Vieles ist möglich

Hoch integrierte 21,5-Zoll-Lösung mit IP65-Schutz und Touch Kompakte und robuste 7-Zoll-Lösung.TQ-Group

Fand man bisher HMI (Human Machine Interface) in den klassischen Feldern der Automatisierungstechnik und dem Maschinenbau, sind sie inzwischen in weiten Bereichen unseres Lebens angekommen. Man möchte heute eigentlich alle Geräte und Maschinen so einfach bedienen können, wie ein Smart Phone. Speziell die jüngere Generation kann sich kaum noch eine Bedienung über Tasten und Schalter vorstellen. Ohne Visualisierung geht schon fast gar nichts mehr. Viele haben sicher schon die leidliche Erfahrung an herkömmlichen Getränke- oder Süßigkeiten-Automaten auf Bahnhöfen gemacht, dass man sich schnell mal bei dem Zahlencode vertippt und dann das falsche Produkt aus dem Automaten geliefert wird. Hier wird die Bedienung über einen Touchscreen viel einfacher und vor der endgültigen Entscheidung kann das Produkt nochmals als Bild dargestellt werden, um letzte Sicherheit zu erhalten. Auch das Thema Fremdsprachen ist damit fast gelöst. Auch wäre es denkbar, beispielsweise bei einem Kaffeeautomaten, die bisherige hinterleuchtete, statische Werbefläche durch ein interaktives Display zu ersetzen. Hier könnten neben der Bedienfunktion über Touch gleichzeitig Detailinformationen zum Produkt angezeigt werden. Wird der Automat gerade nicht bedient, könnte eine reine Werbeinformation laufen oder Digital Signage aktiv sein. Aber auch die Waschmaschine zu Hause wird in Zukunft eine HMI haben, wie viele andere Haushaltsgeräte ebenfalls. So ist es keine Utopie mehr, dass der Kühlschrank der Zukunft anzeigen kann, was in seinem Innenleben alles an schönen Speisen vorhanden ist.

Eine kompakte und robuste 7-Zoll-Lösung.TQ-Group

Es zeigt sich also schnell, dass das breite Spektrum, das eine HMI heute abdecken muss, nicht über eine einzelne Lösung zu realisieren ist. Der augenscheinlichste Unterschied bei HMIs ist die Displaygröße. Von 3.5 bis zu 22 Zoll wird nahezu jede Displaygröße in unterschiedlichen Anwendungen gefordert. Reicht bei einem einfachen Getränkeautomaten mit geringen Anforderungen an Bedienkomfort und darzustellender Information schon ein 3,5-Zoll-Display, wird in einer Komfortversion unter Umständen selbst ein 22-Zoll-Display nicht mehr genügen. Hier sind noch größere Displays gefordert. Auch Multitouch, wie beim iPad im Einsatz, wird in Zukunft bei interaktiven Anwendungen eine Rolle spielen. Entscheidend ist weiterhin, ob der Automat im Gebäude oder draußen, zum Beispiel auf einem Bahnhof, steht. Dementsprechend muss das Display ausgelegt sein hinsichtlich Helligkeit, Blickwinkel oder Robustheit und Zuverlässigkeit, auch unter erschwerten Umgebungsbedingungen. Es wird also allein schon bei der Auswahl des Displays schnell deutlich, welch vielfältige und unterschiedliche Anforderungen HMIs erfüllen müssen.

Vielfältige und unterschiedliche Anforderungen

Die geforderte Leistungsfähigkeit und damit die Wahl des entsprechenden Prozessors hängen natürlich von den Anforderungen der Anwendung ab. Wird nur eine einfache Grafik benötigt oder wie im Falle von Digital Signage unter Umständen eine hochauflösende schnelle Grafik, um auch Filme abspielen zu können, ist eine entsprechende Prozessorleistung notwendig. Muss die HMI auch Daten verarbeiten, erfordert dies eine höhere Leistung. Die Anforderung an die notwendigen Schnittstellen sowie das eingesetzte Betriebssystem und die Anwendungssoftware wird die Wahl des Prozessors ebenfalls beeinflussen. So reicht die Bandbreite von Prozessoren in einer HMI von einem einfachen ARM-basierenden Prozessor bis zu einem Intel-Core i7-Hochleistungsprozessor.

Die COMSys-Lösung.TQ-Group

Wie bereits oben angesprochen sind die Anforderungen an die benötigten Schnittstellen so breit gefächert wie die Anwendungen. Bei klassischen HMIs sind dies in erster Linie zwei Ethernet-Schnittstellen, eine zur Einbindung in das Gesamtnetz, die zweite zur Anbindung in die Steuerebene. Hat die HMI zusätzlich Steuerfunktionen, kommen Feldbusschnittstellen, wie CAN, Profibus oder andere hinzu. Herkömmliche serielle Schnittstellen zur Anbindung von Sensoren und Aktuatoren spielen bei HMIs weiterhin eine Rolle, auch wenn diese zunehmend von USB-Schnittstellen abgelöst werden. Darüber hinaus werden drahtlose Verbindungen wie Wireless LAN immer wichtiger. Bei Automaten im Konsumerbereich, wie Getränke- oder Süßwarenautomaten, sind die Anforderungen in aller Regel nicht wesentlich anders als im klassischen Automatisierungsbereich.

Ein entscheidendes Kriterium ist weiterhin der Aufstellungsort. Im Außenbereich, wie zum Beispiel auf Bahnhöfen, muss die HMI unter extremen Witterungsbedingen wie tiefe oder hohe Temperaturen zuverlässig arbeiten können. Der Schutz vor Feuchtigkeit ist im Außeneinsatz von immenser Bedeutung. In einer Maschinenhalle kommen zusätzliche Belastungen wie Schock und Vibrationen hinzu. Wird die HMI im Innenbereich, wie zum Beispiel einem Einkaufszentrum, eingesetzt, sind sicher einfachere Lösungen möglich.

Diese vielfältigen Anforderungen verdeutlichen, dass es kein einfaches Unterfangen ist, die richtige Wahl zu treffen. Der erste Weg ist sicher der, zu den Anbietern zu gehen, die den entsprechenden Markt oder die spezielle Applikation bedienen. Hier gibt es eine Fülle an Standardangeboten, die sicher schon eine erste Lösung darstellen. Oft fehlen jedoch spezielle Kleinigkeiten oder Funktionen, so dass der Einsatz einer Standardlösung nur als Kompromiss gelten kann. Der zweite Weg ist der, zu einem Entwicklungsdienstleister zu gehen, um sich seine ganz individuelle, aber 100-prozentig passende HMI entwickeln und fertigen zu lassen. Wegen der hohen Entwicklungskosten und langen Entwicklungszeiten wird dies allerdings nur bei sehr großen Stückzahlen funktionieren. Um flexibler zu werden, gehen einige Anbieter einen neuen Weg, indem sie Display- und Rechnereinheit trennen. Bei dieser Lösung wird die Rechnereinheit in einer separaten Box hinten auf die Displayeinheit montiert oder an einer anderen gut geeigneten Stelle im System positioniert. Wandeln sich die Anforderungen an das Display, muss bei dieser Art von Baukasten lediglich die Displayeinheit geändert werden, die Rechnerbox bleibt gleich. Umgekehrt ist es bei geänderter Leistungsanforderung lediglich erforderlich, die Rechnereinheit zu wechseln, das Display bleibt. Dies zeigt, dass Modularisierung der Weg zu größerer Flexibilität und damit zu günstigeren Lösungen ist.

Größere Flexibilität und günstigere Lösungen

Das ARM-Cortex-A8-Mainboard.TQ-Group

Der modulare HMI-Baukasten von TQ ermöglicht es, eine kundenspezifische HMI auch bei mittleren Stückzahlen kostengünstig und zeitnah zu realisieren. Damit erhält der Anwender die auf seine Bedürfnisse optimal zugeschnittene Lösung, ohne dabei Kompromisse wie bei Standardlösungen eingehen zu müssen. Der Baukasten enthält Standardkomponenten sowie IPs und zusammen mit einem ECO-System sind nahezu alle Lösungen denkbar. Als Basis dient in aller Regel ein Embedded-Modul. Der TQ-Baukasten bietet nicht nur x86-Lösungen auf Basis von COM Express oder Q7, sondern auch Lösungen auf Basis von ARM-Prozessoren von ARM9 bis ARM Cortex-A9. Die Module werden immer für den jeweiligen Prozessor optimiert, sie sind hoch integriert in kleinster Bauform und alle Signale sind auf dem Systemstecker verfügbar. Diese kompletten Module bieten dem Anwender die größtmögliche Freiheit bezüglich der HMI-Bauform sowie höchste Flexibilität unter Nutzung der verfügbaren Schnittstellen des Prozessors. Mit dem kleinsten Modul TQMa28 mit einem Freescale-i.MX28-ARM9-Prozessor in den Abmessungen 40 mm x 26 mm ist eine HMI in der Größe einer Zigarettenschachtel denkbar. Das Basisboard ist entweder ein Standard-TQ-Mainboard oder es kann nach Kundenwunsch recht schnell, aufbauend auf den IPs des Mainbaords realisiert werden. Auf der Integrationsseite von Gehäuse und Anschluss eines Displays, gegebenenfalls mit Touch, greift TQ auf eigene Standards oder auf ein etabliertes Partner-Netzwerk zurück. Der Anwender entscheidet, ob er die Gesamtlösung aus einer Hand beziehen, oder Teillösungen bei den einzelnen Partnern einkaufen will. Ganz wichtig ist jedoch die Lösungskompetenz, die neben der reinen Hardware auch die Softwarelösung, sowie das entsprechende Betriebssystem mit allen notwendigen Treibern beinhaltet. Hier sind Lösungen aus einer Hand sicher von Vorteil und für den Anwender mit weniger Problemen verbunden.

(ah)