Ursprünglich waren die meisten eingebetteten HMI-Anwendungen darauf ausgerichtet, bestimmte Aufgaben in einem einzigen Gerät zu erledigen. Ein typisches eingebettetes HMI wird verwendet, um die Tasten, Anzeigen, analogen Anzeigen und Rändelräder auf einem einfachen Maschinenbedienfeld zu ersetzen. Es kommuniziert mit der Steuerung der Maschine (in der Regel eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)) über eine serielle Kommunikationsverbindung mit niedriger-Geschwindigkeit und kommuniziert nicht mit anderen Geräten, Steuerungen oder Computern.
Die Programmierung dieser grundlegenden eingebetteten HMIs erfolgt auf einem PC, und das kompilierte Programm wird über serielle Kommunikation auf das HMI heruntergeladen. Eingebettete HMIs verwenden proprietäre Betriebssysteme (OS) und Hardware, was kostspielig sein kann. Nach der Programmierung kann das eingebettete HMI nicht mehr modifiziert oder geändert werden, es sei denn, es wird auf dem PC neu programmiert, das HMI wird heruntergefahren und ein neues Programm wird geladen.
Trotz dieser hohen Kosten und Einschränkungen bieten eingebettete HMIs im Vergleich zu bestehenden festverdrahteten Bedienerschnittstellenlösungen enorme Verbesserungen in Bezug auf Flexibilität, Leistung und Kosten.
Die bedeutendsten Einsparungen sind auf den Wegfall der SPS-Ein- und -Ausgänge für alle Bedienerschnittstellengeräte zurückzuführen. Bei festverdrahteten, am Bedienfeld montierten Bedienerschnittstellengeräten benötigt jeder Druckknopf einen entsprechenden diskreten SPS-Eingang, jedes Licht wird von einem diskreten SPS-Ausgang angesteuert, jedes Messgerät benötigt einen analogen SPS-Ausgang und jedes Rändelrad und Potentiometer ist mit einem analogen SPS-Eingang verbunden. Das war nicht nur im Vorfeld sehr teuer, es war auch ein Albtraum.
Bei einer festverdrahteten Bedienerschnittstelle erfordert das einfache Hinzufügen von Anzeigeleuchten das Bohren von Löchern in die Gehäusefrontplatte, die Installation der Leuchten und ihrer Namensschilder, den Anschluss der Leuchten wieder an die SPS-Ausgänge und die Neuprogrammierung der SPS. Dies setzt voraus, dass auf der Vorderseite genügend Platz und freie SPS-Ausgänge vorhanden sind. Im Gegensatz dazu ist die Neuprogrammierung der HMI und SPS zum Hinzufügen zusätzlicher Anzeigesymbole relativ einfach.
Für Maschinen und andere Anwendungen, die eine große Anzahl von Tasten, Lichtern, Messgeräten und Rändelrädern oder Potentiometern-alle mit entsprechenden SPS-E/A-erfordern, können eingebettete HMIs erhebliche Kosteneinsparungen ermöglichen. Darüber hinaus können eingebettete HMIs möglicherweise erweiterte Funktionen wie Trenderstellung und Diagrammerstellung bereitstellen, die Diagrammschreiber ersetzen können.
HMI-Evolution
Um sich von einer einfachen, isolierten Maschinenbedienerschnittstelle zu einem fortschrittlichen System zu entwickeln, nutzen eingebettete HMIs dieselben technologischen Veränderungen, die die Entwicklung von SCADA-Systemen (d. h. PCs und Windows-Betriebssystemen) vorangetrieben haben.
In den frühen 1990er Jahren wurden PCs in Fabriken und Anlagen eingeführt, auf denen häufig SCADA und ähnliche Software in Kontrollräumen untergebracht waren. Später im Jahrhundert wurden Industrie-PCs eingeführt, um die Migration fortschrittlicher HMI-Anwendungen in die Fabrikhalle zu ermöglichen.
Nach einer anfänglichen Zurückhaltung auf dem Markt aufgrund der schlechten Echtzeitleistung und der häufigen Neustarts von Windows wurden diese PC-basierten fortschrittlichen HMIs zum De-facto-Standard und läuteten den Todesstoß für proprietäre SCADA- und andere fortschrittliche HMI-Systeme ein.
Die nächste Revolution fand in den verwandten Bereichen Bandbreite und Netzwerk statt. Dank der Erweiterung der Ethernet-Fähigkeiten erhöhte sich die Bandbreite drastisch, sodass Systeme problemlos miteinander verbunden werden konnten und Automatisierungssilos überwunden wurden.
Durch die Einführung von Netzwerkstandards wie TCP/IP und der immer offeneren PC-basierten SCADA-Architektur konnten immer mehr Remote-Geräte wie Laptops und Büro-PCs auf Fertigungsinformationen zugreifen.
Nach der Einführung von PC{0}}basiertem SCADA ermöglichte die Einführung der Microsoft Windows CE-Betriebssystemplattform Entwicklern die Bereitstellung vieler Tools und Funktionen von PC-basierten SCADA-Systemen für eine Vielzahl von Remote-Geräten mit geringerer Kapazität. Infolgedessen konkurrierten viele Anbieter um die Entwicklung kostengünstiger Plattformen, was die Hardwarepreise senkte.
Gleichzeitig hat das Internet den Weg für den Informationsaustausch zwischen einer breiteren Palette von Hardwareplattformen geebnet, darunter eingebettete HMIs, SPS und SCADA-Systeme. Eingebettete und fortschrittliche HMI-Softwarepakete boten erstmals Fernzugriff, zunächst über Browser und dann über Anwendungen. Dies war mehr als nur ein Komfortfaktor, da die Möglichkeit für Bediener und Manager, Informationen von überall aus anzuzeigen, dazu beitrug, dass Anlagen effizienter und mit weniger Arbeitsaufwand betrieben werden konnten.
Durch die Übernahme von Windows CE und seinem eingebetteten Windows-Nachfolger als Standardbetriebssystem sehen eingebettete HMIs eher wie fortschrittliche PC-- und Windows-basierte HMI-Softwarepakete aus und funktionieren auch so. Für viele Benutzer sind eingebettete HMIs mittlerweile mehr als ausreichend für ihre Anwendungen und ermöglichen ihnen den Wechsel von PC-basierten HMIs. Dies führt zu enormen Kosteneinsparungen, da alles, was mit eingebetteter HMI zu tun hat, viel günstiger ist, einschließlich Programmiersoftware, Laufzeitlizenzen, jährlichen Softwarewartungsgebühren und Zielplattformen.
Für die Verwendung eines PC-basierten HMI in einer industriellen Umgebung sind ein Industrie-PC und ein Monitor erforderlich. Mit eingebetteter HMI kann eine industriell verbesserte Plattform die gleiche Rolle zu deutlich geringeren Kosten erfüllen. Moderne eingebettete HMI-Software kann sich auf eingebetteten Plattformen mit begrenzter Verarbeitungsleistung, Speicher und anderen Hardwareressourcen befinden, bietet aber dennoch erweiterte Funktionen wie benutzerfreundliche grafische Oberflächen, Fernzugriff sowie Echtzeitberichte und Trenddarstellung wichtiger Leistungsindikatoren.
Fernzugriff und benutzerfreundliche-Schnittstellen
Ingenieure und Bediener erwarten, dass sie in ihrer Arbeitsumgebung die gleiche Benutzerfreundlichkeit und Funktionalität wie ihre persönlichen Geräte bieten, insbesondere wenn es um HMIs geht. Da die heutigen Smartphones und Tablets die Erwartungen der Benutzer an drahtlose Konnektivität, grafische Benutzeroberflächen und überlegene Mobilität steigern, ist es keine Überraschung, dass Unterhaltungselektronik zu einem wichtigen Faktor im industriellen HMI wird. Tatsächlich senken viele Unternehmen ihre Kosten, indem sie „Bring Your Own Device“ (BYOD)-Richtlinien einführen, die es Produktionsmitarbeitern ermöglichen, ihre eigenen Smartphones und Tablets als mobile HMI zu verwenden.
HMI-Anwender fordern mittlerweile eine einheitliche Benutzeroberfläche für alle Geräte. Sie möchten, dass HMI-Software{{1}ob eingebettet oder PC-basiert-das gleiche Dashboard-Erlebnis auf mehreren Hardwaretypen bietet, von eingebetteten HMI-Bildschirmen bis hin zu Smartphones und Tablets, unabhängig vom Betriebssystem.
Als Reaktion darauf bieten mittlerweile eine Reihe eingebetteter HMI-Softwarepakete diese Funktionen. Diese Softwarelösungen erstellen Anwendungen für eingebettete HMI-Geräte, auf die von PCs, anderen eingebetteten HMIs, Smartphones und Tablets aus zugegriffen werden kann.
Durch die Bereitstellung von HTML5-Unterstützung sind diese HMI-Lösungen leicht über den Haupt-HMI-Bildschirm zugänglich, aber so dimensioniert, dass sie auf jedes Gerät passen, das den HTML5-Standard unterstützt. Der HTML5-Standard befreit Benutzer von langsamen Internetbrowser-Downloads oder monatelangen Wartezeiten auf die Erstellung von Anwendungen für ihr spezifisches Gerät, da er es Anbietern eingebetteter HMI-Software ermöglicht, eine Anwendung schnell auf praktisch jedem Smartphone oder Tablet bereitzustellen. Mit zunehmender Verbreitung von BYOD-Richtlinien wird die HTML5-Unterstützung zu einer Anforderung, da Mitarbeiter bei der Arbeit mehrere Geräte verwenden und Anwendungen benötigen, die Browsern überlegen sind.
Um die Effizienz der Mitarbeiter zu verbessern, müssen Daten nicht nur auf allen Geräten auf die gleiche Weise dargestellt werden, sondern sie müssen auch leicht zugänglich und manipulierbar sein. Auch wenn die Multi-Touch-Technologie wie eine weitere „Me-too“-Funktion erscheint, hilft sie Benutzern tatsächlich dabei, Befehle bis zu dreimal schneller auszuführen als herkömmliche Single-Touchscreens.
Da zum Abrufen von Informationen immer mehr Handheld-Geräte verwendet werden, benötigen Benutzer eine vertraute und schnelle Möglichkeit, mit Daten zu interagieren. Multi-Touch bringt die bekannten Funktionen von Smartphones und Tablets in industrielle Anwendungen wie Scrollen, Zoomen, Objektdrehung und Drilldown. Anstatt im Notfall wertvolle Zeit damit zu verschwenden, zwischen Bildschirmen mit Dropdown-Menüs und Befehlen zu wechseln, können Multi-Touch-Benutzer die erforderlichen Informationen finden, dann den Problembereich vergrößern und in Sekundenschnelle Änderungen vornehmen.
Die Zukunft ist überall um uns herum
Fortschritte bei HMIs haben das Spektrum an Schnittstellengeräten für die industrielle Automatisierung erweitert, und da Anwendungen immer stärker integriert werden, ist es möglich, dass dieser Begriff eines Tages durch einen neuen Begriff wie Visualisierung ersetzt wird. Diese Möglichkeit könnte sogar noch größer sein, wenn es um eingebettete HMI geht.
Die Zeiten isolierter, teurer und proprietärer HMIs mit eingeschränkter Funktionalität und Zugriff nur durch den Benutzer vor der Maschine gehen schnell zu Ende. Die heutigen eingebetteten HMI-Anwendungen bieten viele der Funktionen von SCADA und anderen fortschrittlichen HMI-Systemen, jedoch zu einem viel attraktiveren Preis, insbesondere für Anwendungen im Fertigungsbereich, die eine industriell verbesserte Plattform erfordern.
Während in einigen Fällen weiterhin Bediener in der Werkstatt benötigt werden, wird die Verbreitung von Remote-HMI-Geräten, die mit lokalen Steuerungen und HMIs kommunizieren, die Mobilität und Produktivität der Arbeiter erheblich steigern. Diese Zukunft wird den Bedarf an Menschen nicht ersetzen, aber ihre Reichweite über mehrere Werke und Werksbereiche hinweg erheblich vergrößern, so dass sie ihr Fachwissen schnell einsetzen können, um den Betrieb bei Bedarf zu verbessern.