Auswahl von Flachbildschirm-HMIs für optimale Ergebnisse in allen industriellen Umgebungen

Die Anpassung der Performance von Flachbildschirmen mit Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) an die Anforderungen in industriellen Netzwerkanwendungen ist komplex. Netzwerkdesigner müssen zahlreiche architektonische, betriebliche und umweltbezogene Faktoren berücksichtigen.

Benötigt die Anwendung eine Webschnittstelle? Wäre eine integrierte speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) von Vorteil? Ist eine Verwendung in einer rauen Umgebung oder im Freien vorgesehen? Das sind die einfacheren Fragen.

Zu den komplexeren Entscheidungen gehören Überlegungen wie die Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen oder die Performance der Touchscreen-Eingabe. Eingabegenauigkeit und Reaktionsschnelligkeit sind wichtig für komplexe Steuerungsaufgaben, insbesondere wenn die Mitarbeiter Handschuhe tragen.

Weitere Faktoren sind integrierte Cybersicherheitsfunktionen, Anforderungen an die mechanische Robustheit, Netywerkoptionen, Unterstützung für die Systemintegration und vieles mehr.

Unabhängig von den Anforderungen und der Komplexität der Anwendung unterstützt die Marke Pro-face von Schneider Electric die HMI-Anforderungen von Fertigungs-, Automatisierungs- und Prozesssteuerungssystemen der Industrie 4.0. Die Produktpalette beginnt mit Einsteiger- und Basismodellen, die die meisten Anforderungen an industrielle Netzwerkanwendungen erfüllen, und reicht bis zu Modellen, die für den Betrieb in extremen Außenumgebungen wie Ölplattformen und chemischen Verarbeitungsanlagen ausgelegt sind.

Einstiegsniveau und Grundlagen

Die HMIs der Pro-face-Produktlinie sind in verschiedene Leistungsstufen eingeteilt, beginnend mit der Serie ET6000, einem Einsteigermodell für die einfache und kostengünstige Maschinenvisualisierung. Die nächste Stufe bilden die Basismodelle der Serie ST6000, wie z. B. das PFXST6500WADE, mit erweiterten Visualisierungsfunktionen, Anschlussmöglichkeiten und einer Performance, die für komplexere Anwendungen geeignet ist.

Die Serie ET6000 ist für kleine Maschinen, Fördersysteme, Gebäudeautomation und ähnliche Anwendungen gedacht, die nur eine einfache Steuerung und Überwachung erfordern. Die Serie ST6000 bietet erweiterte integrierte Vernetzung, wie z. B. einen OPC-UA-Server zur Unterstützung eines sicheren, standardisierten Datenflusses.

Die Serie ST6000 unterstützt zudem Pro-face Connect, das eine sichere, einfache, cloudbasierte Fernüberwachung, -diagnose und -steuerung von Maschinen von jedem Ort aus über PCs, Tablets oder Smartphones ermöglicht. Während die spezifische Vernetzung je nach Modell variiert, ist die Serie ET6000 im Allgemeinen in Bezug auf die Anzahl und Art der Schnittstellen eingeschränkter und bietet nur grundlegende Optionen wie Ethernet, serielle Anschlüsse und USB.

Die HMIs der Serie ST6000 bieten ein breiteres Spektrum an Netzwerkoptionen und Erweiterungsmöglichkeiten, einschließlich Unterstützung für verschiedene Industrieprotokolle wie MQTT, mehrere Ethernet-Schnittstellen und Erweiterungseinheiten wie Video.

Die Serie ST6000 umfasst fünf Breitbild- und zwei traditionelle 4:3-Modelle, während das ET6000 in vier Breitbildmodellen erhältlich ist (Abbildung 1). Beide Serien verfügen über TFT-Farb-LCDs mit 16 Millionen Farben und analog-resistive Touch-Panels.

Abbildung 1: In der ET6000-Familie gibt es vier Breitbildmodelle. (Bildquelle: Schneider Electric)

Modular, fortschrittlich und hochwertig

Das STM6000 ist ein modulares Basis-HMI, das die gleichen modernen Visualisierungsfunktionen wie die Serie ST6000 bietet, aber für den schnellen, werkzeuglosen Einbau in eine runde Standardbohrung von 22 mm konzipiert ist. Es unterstützt die Software GP-Pro EX für eine reibungslose Migration und Integration mit bestehenden Anlagen und kann die Software Pro-face BLUE für die neuesten Funktionen und Möglichkeiten nutzen.

Für höhere Performance bietet Pro-face erweiterte und Premium-Modelle an. Erweiterte Geräte wie das PFXSP5400WAD bieten im Vergleich zu den Basismodellen erhebliche zusätzliche Funktionen, die sich in erster Linie auf verbesserte Vernetzung, Performance und Flexibilität konzentrieren, um industrielle IoT-Lösungen (IIoT) und sicheren Fernzugriff zu ermöglichen.

Premium-Modelle wie das PFXSP5800WCD verfügen über einen höher auflösenden Bildschirm mit 16 Millionen Farben, verglichen mit 262 Tausend bei modernen HMIs. Die Premium-Modelle bieten auch größere Bildschirme, bis zu 19 Zoll, gegenüber einer maximalen Größe von 12 Zoll bei den Advanced-Modellen. Außerdem verfügen die Premium-HMIs über USB-Anschlüsse an der Vorderseite, einen Helligkeitssensor und eine automatische Skalierung - Funktionen, die bei modernen Geräten nicht angeboten werden.

Überbrückung von IT- und OT-Systemen

Die Bereitstellung einer Schnittstelle, die die Kluft zwischen den OT-Systemen (Operational Technology) in der Fabrikhalle und den übergeordneten IT-Unternehmenssystemen sowie der Cloud überbrückt, kann ein wichtiger Aspekt sein.

HMIs sind nicht nur leistungsstarke Werkzeuge für die Datenvisualisierung, sondern können auch Produktionsdaten in Echtzeit erfassen, die in SQL-Datenbanken oder ERP-Systemen (Enterprise Resource Planning) gespeichert werden können, um datengesteuerte Entscheidungen zu unterstützen.

Pro-face Connect und die Pro-face-Remote-Software ermöglichen einen sicheren Fernzugriff, so dass der Betrieb und die Performance der Geräte von PCs, Tablets oder Smartphones aus überwacht werden können. Dies kann auch die Flexibilität verbessern und die Reaktionszeiten bei der Wartung verkürzen.

Die Open-Studio-Software Pro-face Blue unterstützt über 250 Kommunikationstreiber für SPSen und andere Geräte. Je nach Modell unterstützen die Pro-face-HMIs über 1200 Geräte sowie industrielle Netzwerk- und IT-Protokolle. Dank dieser umfassenden Kommunikations- und Netzwerkunterstützung können Pro-face HMIs IT- und OT-Netzwerke von der Fabrikhalle bis zur Cloud verbinden (Abbildung 2).

Abbildung 2: Pro-face-HMIs können eine effiziente und sichere Verbindung zwischen IT- und OT-Netzwerken herstellen. (Bildquelle: Schneider Electric)

So kann die STM6000 Edge Box HMI beispielsweise Daten sicher auf eine Vielzahl von Cloud-Diensten wie Amazon Web Services (AWS) und Microsoft Azure hochladen und mit Plattformen wie AVEVA Insight integrieren.

HMI + Web-Verbindung

Die STW6000-Web-HMIs von Pro-face enthalten einen Browser, der als Web-Client für die Verbindung mit speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPSen), Motortreibern und anderen Geräten verwendet werden kann. Diese HMIs können Basis-HMIs auf kleinen Maschinen ersetzen und zeigen problemlos HTML5-Daten an.

Sie können auch eine kostengünstige Sekundäranzeige sein, um begrenzte Informationen für Wartung und Diagnose zu visualisieren, direkt von der SPS oder von einer Hauptanzeige, wenn diese einen eingebetteten Server hat (Abbildung 3).

Abbildung 3: STW6000-HMIs können als primäre Anzeige (links) oder als sekundäre Anzeigen (rechts) verwendet werden. (Bildquelle: Schneider Electric)

HMI + SPS

Bei einigen Anwendungen kann es von Vorteil sein, die Funktionen einer HMI und einer SPS in einer einzigen, kompakten Einheit zu kombinieren. Hier kommen die Bedienerschnittstellen STC6000 ins Spiel. Diese integrierte Lösung kann die Anzahl der Komponenten reduzieren und die Wartung von kleinen Maschinen vereinfachen. Außerdem sind keine kundenspezifischen SPS-Steuerungen und mehrere Softwarepakete erforderlich, was die Implementierung weiter vereinfacht und den Einsatz beschleunigt.

STC6000-Geräte verfügen über serielle, Ethernet- und USB-Schnittstellen. Die Vernetzung kann mit CANOpen- und TM3-Modulen erweitert werden, und diese Steuerungen lassen sich problemlos mit Geräten von Drittanbietern verbinden. Sie enthalten integrierte I/O, die Sensoren, Lampen, Lichtsäulen oder Ventile unterstützen können. Mit Erweiterungsmöglichkeiten für Motorsteuerungsanwendungen sind diese Geräte für industrielle Waschmaschinen und Verpackungsmaschinen geeignet (Abbildung 4).

Abbildung 4: STC6000-HMIs sind hochflexibel und eignen sich für eine Vielzahl von einfachen Maschinenkonstruktionen. (Bildquelle: Schneider Electric)

Netzsicherheit

Robuste Cybersicherheit ist ein wichtiger Aspekt, um die betriebliche Integrität zu gewährleisten. Die neuesten Pro-face-HMI-Serien, wie die in diesem Artikel vorgestellten Serien ST6000, STW6000, STC6000 und SP5000, sind mit umfangreichen Cybersecurity-Funktionen ausgestattet, um eine sichere OT/IT-Integration zu gewährleisten.

Diese Pro-face-HMIs unterstützen mehrere Cybersicherheitsmaßnahmen, einschließlich TLS-Verschlüsselung und sicheren Fernzugriff ohne komplexe Firewall-Einrichtungen. Sie sind kompatibel mit externen netzwerkbasierten Intrusion-Prevention-Systemen (IPS), wie z. B. EdgeIPS.

Als Teil von Schneider Electric wendet Pro-face einen SDL-Prozess (Secure Development Lifecycle) an, der Bedrohungsmodellierung und Penetrationstests umfasst, um sicherzustellen, dass seine Produkte Industriestandards wie IEC 62443 erfüllen.

Pro-face Connect bietet eine eingebettete, verschlüsselte VPN-Lösung für den sicheren Fernzugriff, der mit Zugriffsebenen und Sicherheitszertifikaten verwaltet werden kann. Viele Pro-face-HMIs verfügen über zwei Ethernet-Ports, um eine sichere und einfache Netzwerktrennung zu ermöglichen. Weitere Details und Vorschläge für den Einsatz finden Entwickler im Pro-face HMI/IPC Cybersecurity Guide.

Handschuh-Modus und mehr

Mehrere Pro-Face-HMIs verfügen über einen „Handschuhmodus“, der die Bedienung mit Handschuhen ermöglicht. Der Benutzer kann den Handschuhmodus in den Systemeinstellungen auswählen, neben anderen Optionen wie dem Standardmodus (für die Bedienung mit bloßen Fingern) und dem Wassererkennungsmodus, der die Toucheingabe deaktiviert, wenn sich Flüssigkeiten auf dem Bildschirm befinden, um unbeabsichtigte Eingaben zu verhindern.

Der Handschuhmodus erhöht die Berührungsempfindlichkeit eines kapazitiven Touchscreens. Sie ermöglicht es der Bildschirmsoftware, Berührungseingaben von verschiedenen Handschuhtypen wie Nitril-, Gebrauchs- oder Fleecehandschuhen zu erkennen, die im Standardmodus oft nicht erkannt werden.

Sie kann besonders in Umgebungen nützlich sein, in denen die Benutzer aus Sicherheitsgründen oder aus Gründen des Komforts bei kaltem Wetter Handschuhe tragen müssen (Abbildung 5). Der Handschuhmodus ist auch in den HMIs der Serie SP5000X Extreme enthalten.

Abbildung 5: Der Handschuhmodus erhöht die Sicherheit, die Effizienz und den Komfort des Bedieners. (Bildquelle: Schneider Electric)

Extreme Leistung

Anwendungen wie Öl- und Gasbohrinseln und Raffinerien, Chemieanlagen, schwere Baufahrzeuge, Parkplätze und Tankstellen können extremen Außenbedingungen ausgesetzt sein, die robuste HMIs mit hoher Helligkeit wie die Serie SP5000X Extreme von Pro-face erfordern.

Das Modell PFXSP5690WAD ist beispielsweise für den Betrieb bei -30°C bis +70°C ausgelegt, während die meisten Pro-Face-HMIs bei 0°C bis +55°C arbeiten. Zu den weiteren extremen Leistungsmerkmalen dieser Serie gehören:

• Helligkeit von 1000 cd/m² und ein entspiegeltes Display für gute Lesbarkeit bei direkter Sonneneinstrahlung
• Sie entsprechen den IEC-Schutzklassen IP66F und IP67F, wobei das Suffix „F“ den Schutz gegen Öl- oder Kraftstoffspritzer angibt, und sie sind nach NEMA Typ 4X/12/13 eingestuft
• Verbesserte Stoß- und Vibrationsfestigkeit, bis zu 2,7-mal stärker als bei Standard-HMIs
• UV-Beständigkeitsgrenze von mindestens 99%, für hohen Schutz

Fazit

Es gibt Pro-face-HMIs für alle Arten des Industrie-4.0-Betriebs. Das Angebot reicht von Einsteigergeräten für einfache Maschinen bis hin zu Extrem-Modellen für den Einsatz in anspruchsvollen Anwendungen und Außenbereichen. Sie unterstützen die Vernetzung, Zuverlässigkeit, Softwarekompatibilität und Cybersicherheit, die für eine effektive Fabrikvisualisierung erforderlich sind.

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