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Eine HMI könnte verwendet werden, um physische Eingaben (wie Tasten oder Schalter) durch virtuelle Tasten auf einer Benutzeroberfläche (UI) zu ersetzen. Dies kann eine größere Funktionalität und Flexibilität bieten als ein festes Bedienfeld.

SPSen sind wohl das Rückgrat der modernen Industrie, da sie es ermöglichen, komplexe Aufgaben durchgängig und automatisch auszuführen. Aber selbst bei SPS erfordern die meisten Automatisierungssysteme auf einer bestimmten Ebene menschliche Interaktion. In diesem Artikel betrachten wir eines der wichtigsten Werkzeuge zu diesem Zweck: die Mensch-Maschine-Schnittstelle oder HMI.

Die genaue Definition von HMI ist ziemlich weit gefasst und kann technisch auf jedes Gerät angewendet werden, mit dem ein Mensch eine Maschine steuern kann. Der Begriff bezieht sich jedoch am häufigsten auf einen Anzeigebildschirm (entweder mit Touch-Funktionalität oder physischen Tasten), der in einem industriellen Automatisierungssystem verwendet wird.

Während SPS den Großteil der Logik- und Low-Level-Gerätekommunikation übernehmen, ermöglicht eine HMI dem Bediener die Überwachung des Gerätestatus und der Eingabebefehle. Beispielsweise kann eine SPS so programmiert sein, dass sie sich je nach einer Reihe von Eingängen unterschiedlich verhält. Eine HMI könnte verwendet werden, um physische Eingaben (wie Tasten oder Schalter) durch virtuelle Tasten auf einer Benutzeroberfläche (UI) zu ersetzen. Dies kann eine größere Funktionalität und Flexibilität bieten als ein festes Bedienfeld.

HMI-Schnittstellen unterstützen auch mehrere Seiten, die miteinander verlinkt sind, Grafiken zur Anzeige von Momentan- und historischen Werten und andere Visualisierungen, die den Bedienern bei der Produktion helfen. Ein HMI kann praktisch alle von einer SPS verwendeten Daten lesen und steuern. HMIs verfügen über viele zusätzliche Funktionen, die jedoch je nach Hersteller variieren.

Dank ihrer Vielseitigkeit können HMIs nahezu jedes System verbessern, das eine SPS verwendet. Die meisten Fabrikhallen, Smart Farms, Wasseraufbereitungsanlagen und andere industrielle Umgebungen verwenden ein oder mehrere HMIs. In einigen Fällen dient ein HMI als Überwachungs- und Fehlerbehebungstool, das passiv Warnungen und andere Details auf niedriger Ebene bereitstellt. In anderen Fällen ist das gesamte System so ausgelegt, dass die Bediener ständig mit HMIs interagieren.

In einer abgesetzten Pumpstation beispielsweise sollen Pumpen ohne menschliches Eingreifen kontinuierlich betrieben werden. Ein HMI an einem solchen Standort wird nur während der Wartung verwendet oder wenn ein Techniker ein bekanntes Problem behebt. An einer Montagelinie kann eine HMI jedoch verwendet werden, um einen Roboterarm oder andere Maschinentypen kontinuierlich zu steuern. Da immer von einem Bediener erwartet wird, dass er anwesend ist, ist die Fähigkeit des HMI, Warnungen und andere Informationen in Echtzeit zu übermitteln, viel konsequenter.

Die genaue Funktion eines HMI hängt stark von der Umgebung ab, in der es verwendet wird, sowie vom Zielbenutzer. Eine speziell für Ingenieure entwickelte Benutzeroberfläche kann ganz anders aussehen als eine für alltägliche Arbeiter oder Bauleiter. Glücklicherweise sind HMIs umprogrammierbar und können somit ohne Änderungen an der Hardware verschiedenste Anforderungen erfüllen.

HMIs können von kleinen LCD-Bildschirmen mit integrierten Tasten bis hin zu leistungsstarken Touchscreen-Computern mit hochauflösenden Displays reichen. Neben HMIs verkaufen einige Unternehmen Industrie-PCs (IPCs), die eine erhöhte Rechenleistung und universelle Betriebssysteme bieten. Aber da Computerprozessoren kleiner und billiger in der Herstellung werden, verschwimmt die Grenze zwischen HMIs und IPCs. Wie können Sie bei der Vielzahl der Optionen wissen, welches HMI das richtige für Sie ist?

Einige Faktoren, die es wert sind, untersucht zu werden, sind Preis, Leistung, Größe und Softwarefähigkeit. Es gibt immer einen Kompromiss zwischen Kosten und Qualität. Allerdings braucht nicht jedes Projekt das größte oder schnellste HMI; manchmal ist Einfachheit sogar vorzuziehen. Als Faustregel gilt, für jeden Faktor einen akzeptablen Bereich zu ermitteln, Raum für Erweiterungen zu lassen und dann nach der günstigsten Option zu suchen, die alle Anforderungen erfüllt. Ein HMI kann beispielsweise einen Vortest problemlos durchführen, aber wenn während der Entwicklung genügend Tags und andere Funktionen hinzugefügt werden, kann die Leistung beeinträchtigt werden. Ebenso könnte ein HMI-Modell perfekt in einen Schalttafelausschnitt passen, aber wenn ein Werkzeuganschluss durch das Setup blockiert ist, können Sie das Projekt nicht vor Ort aktualisieren. Aufgrund von Situationen wie diesen kann eine gewisse Flexibilität bei der Planung später große Probleme vermeiden.

Kommunikationsoptionen sind ein weiterer wichtiger Aspekt, da nicht jedes HMI direkt mit jedem Hardwaregerät verbunden werden kann. Obwohl normalerweise Zwischenprotokolle (wie Modbus) verfügbar sind, kann die resultierende Verbindung langsam oder für das Programm unbequem sein. Daher ist es eine gute Idee, die gesamte Hardware des Projekts gleichzeitig auszuwählen, um die Kompatibilität zu gewährleisten. Für einen optimierten Kundensupport und eine kürzere Engineering-Zeit ist es hilfreich, für SPS und HMIs dieselbe Marke zu verwenden. In manchen Situationen können Sie die beiden sogar zu einer einzigen Hardwareeinheit kombinieren. Einige Unternehmen – darunter CIMON – verkaufen Hybridgeräte, die eine Touchscreen-HMI und eine SPS in einem Gerät vereinen. Für allgemeinere Projekte bietet CIMON auch eine Reihe von eigenständigen HMIs an, die alle über fortschrittliche Kommunikationsprotokolle und wettbewerbsfähige Preise verfügen.

Egal für welche Option Sie sich entscheiden, ein HMI ist nur so gut wie seine Software. Während Touchscreen-Anwendungen (zumindest theoretisch) von Grund auf neu programmiert werden könnten, bieten die meisten Hersteller Projektbearbeitungssoftware für ihre HMIs an. Ein Beispiel ist der XpanelDesigner, der für CIMON Xpanel HMIs verwendet wird. Mit diesem Programm können Benutzer grafische Seiten entwerfen, benutzerdefinierte Benutzeraktionen definieren, Visualisierungsobjekte einfügen und die Kommunikation zwischen Geräten konfigurieren. Projekte können dann über eine von mehreren Verbindungsoptionen auf ein Xpanel-HMI heruntergeladen werden. XpanelDesigner bietet auch ein Planungssystem, eine Skript-Engine, einen HMI-Simulator und andere praktische Funktionen.

Obwohl das Erscheinungsbild der Benutzeroberfläche von Projekt zu Projekt variiert, neigen Designer dazu, einige gemeinsame Prinzipien zu befolgen. Da Industriearbeiter so schnell wie möglich auf Informationen zugreifen müssen, sollten Text und andere UI-Elemente groß und gut sichtbar sein. Oft werden kontrastreiche Farben gegenüber ästhetisch ansprechenden Farben bevorzugt. Zum Beispiel ist eine „STOP“-Taste normalerweise hellrot – sowohl, damit die Bediener die Taste nicht versehentlich drücken, als auch damit die Taste bei Bedarf leicht gefunden werden kann. Jede Funktion sollte sich klar von den anderen unterscheiden lassen.

Das Seitenlayout hat auch einen großen Einfluss auf die Benutzererfahrung. Theoretisch könnten Sie jede Schaltfläche und jedes Datenelement auf demselben Bildschirm platzieren, aber dies wäre überwältigend und schwierig zu navigieren. Stattdessen sollten Designer ein Gleichgewicht zwischen Organisation, Reaktionsfähigkeit und Zugänglichkeit suchen. Eine Möglichkeit, dies zu erleichtern, besteht darin, den Hauptmenübildschirm einzuschließen. In diesem Menü sollten Benutzer in der Lage sein, jede andere Seite oder Funktion allein mithilfe von visuellen Hinweisen und Beschreibungen zu finden.

Darüber hinaus sollten UI-Funktionen unter Berücksichtigung bestimmter Anwendungsfälle entwickelt werden. Wenn der Bediener beispielsweise einen Bildschirm betrachtet, der den Status einer Maschine anzeigt, könnten Fehlercodes so programmiert werden, dass sie automatisch erscheinen und eine kurze Beschreibung geben. Dies würde verhindern, dass der Bediener zu einem anderen Bildschirm wechseln muss, was Zeit und Mühe spart.

Neben der Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine können HMIs auch als Brücke zwischen Geräten verwendet werden. Während die meisten zeitkritischen Logiken von einer SPS ausgeführt werden sollten, sollten bestimmte Arten der Kommunikation besser einer HMI überlassen werden. Mithilfe von Skripten oder anderen integrierten Funktionen kann ein HMI bestimmte Arten von Werten viel effizienter manipulieren als eine SPS. Protokollerstellung, Datenverarbeitung und Trendanalyse sind hervorragende Beispiele für HMI-Anwendungen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein HMI dem Bediener die Überwachung und Steuerung von Geräten über eine Benutzeroberfläche ermöglicht. So wie SPSen unterschiedlichsten Zwecken dienen, können HMIs auf unterschiedliche Branchen und Anwendungsfälle zugeschnitten werden. Mit dem technologischen Fortschritt werden HMIs kostengünstiger und erhalten neue Funktionen. Wenn Sie mehr über HMIs erfahren möchten, einschließlich technischer Spezifikationen und Produktvergleiche, besuchen Sie bitte unsere HMI- und IPC-Produktseiten. Sie können XpanelDesigner auch kostenlos herunterladen, indem Sie hier klicken und ein Konto erstellen. Der technische Support von CIMON ist immer kostenlos. Zögern Sie also nicht, sich bei Fragen oder Kommentaren an support@cimoninc.com zu wenden.

CIMON ist ein führendes Unternehmen für die industrielle Automatisierung mit Fokus auf Prozesssteuerung und Fertigung. Seit seiner Gründung im Jahr 1999 ist CIMON dank mehrerer preisgekrönter Produktreihen, darunter die Xpanel HMI-Serie, die PLC- und PLC-S-Serie, Xpanel Hybrid, UltimateAccess SCADA-Software und Industrie-PCs, von aufstrebenden asiatischen Märkten nach Europa und Nordamerika gewachsen . CIMON arbeitet seit über 20 Jahren mit Herstellern zusammen und hat das Vertrauen renommierter Unternehmen wie LG, Samsung, General Motors, Kia, Hankook, SK Chemicals, Posco und Durex gewonnen. Hardware und Software werden bei CIMON gleichzeitig entwickelt, was eine optimale Produktversorgung und Systemdesignlösungen ermöglicht, die die Anlageneffizienz und Reaktionszeit auf dem Markt erhöhen und gleichzeitig die langfristigen Kosten senken. Einige Branchen, mit denen CIMON zusammenarbeitet, sind die Automobilindustrie, Öl- und Gasindustrie, Kraftwerke, Elektronik, Wasser- und Abwasserwirtschaft, Luft- und Raumfahrt, Pharmazie und Gesundheitswesen, Lebensmittel und Getränke, Chemie, Verpackung, Papier und Zellstoff, Landwirtschaft und viele andere.

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