Neuer Glanz für alte Maschinensteuerungen

Bild 1: Das intelligente Artista GUI-II vereinfacht das Erstellen von Bedienoberflächen. Shutterstock/Distec

Bild 2: TFT-Controller auf Basis des Raspberry PI Compute Module (CM3) bilden eine gute Basis für kosteneffiziente IoT- und Industrie-4.0-Anwendungen. Distec

Bild 3: Projiziert kapazitive Touchscreens PCAP (Projected CAPacitive) bieten eine Multi-Touch-Funktion für bis zu zehn Finger, die Gestensteuerung möglich macht. Distec

Wenn Mensch und Maschine miteinander auf einfache Art und Weise kommunizieren müssen, ist momentan das GUI, also eine grafische Benutzeroberfläche, das Mittel der Wahl. Sie hat die Aufgabe, Anwendungssoftware auf einem Rechner mittels grafischer Symbole oder Steuerelemente für den Menschen einfach bedienbar zu machen. Dies geschieht klassisch etwa mittels Maus und Tastatur, oder aber neuerdings mehr und mehr mit Touchscreens.

Während dies bei neuen Entwicklungen von Anfang an mitberücksichtigt werden kann, können beim nachträglichen Aufrüsten von älteren Maschinensteuerungen Probleme auftauchen. Wo früher lediglich ein paar Leuchtdioden Betriebszustände angezeigt haben, soll nun ein Vollgrafikdisplay, eventuell sogar auch mit Touch, zum Einsatz kommen.

An diesem Punkt stehen Entwickler häufig vor einem oder mehreren Problemen: Im einfachsten Fall fehlt nur eine nach außen geführte Grafikschnittstelle, im schlimmsten Fall hat der verwendete Prozessor schlicht nicht genug Rechenleistung, um eine grafische Oberfläche flüssig darzustellen. Wenn aber das System an sich perfekt funktioniert, beispielsweise durch jahrzehntelangen Feinschliff, ist es naheliegend, dass man nur ungern ein Re-Design in Angriff nehmen möchte, um die Grafikfähigkeit nachzurüsten. Unter Umständen wären dann auch aufwendige Neuzulassungen notwendig, die zum einen Geld und zum anderen eine ganze Menge Zeit kosten können.

Grafische Benutzeroberflächen

Abhilfe schaffen in so einem Fall externe GUIs. Diese rüsten die grafische Benutzeroberfläche einfach nach, ohne dabei das Projektbudget allzu stark zu belasten. Das Vorgehen ist dabei immer gleich: Die bewährte Maschinensteuerung bleibt auf dem Stand, der optimal funktioniert. Im ersten Moment komplett getrennt davon, kann mit der externen GUI eine moderne, intuitiv zu bedienende grafische Menüführung entwickelt werden. Plattformen wie die Artista-GUI-II verwenden für das Modellieren des GUI beispielsweise entweder Qt oder den Embedded Wizard von Tara.

Embedded Wizard ist eine leicht zu bedienende und kostengünstige Embedded-GUI-Software von Tara Systems, die es Entwicklern selbst bei ressourcenbeschränkten Mikrocontrollern ermöglicht, plattformunabhängige und sehr leistungsfähige grafische Benutzeroberflächen zu erstellen. Es stehen verschiedene, grafisch anspruchsvolle Objekte zur Verfügung, die an individuelle Bedürfnisse angepasst werden können. Mit dem Editor lassen sich mühelos Bildschirmseiten per Drag-and-Drop-Bedienung erstellen. Dabei sind die Eigenschaften der einzelnen Objekte jederzeit editierbar und Aktionen (zum Beispiel für Touchtasten) lassen sich einfach erstellen.

Qt ist ein GUI-Toolkit zur plattformübergreifenden Entwicklung grafischer Benutzeroberflächen und Programme. Darüber hinaus bietet Qt umfangreiche Funktionen zur Internationalisierung sowie Datenbankfunktionen und XML-Unterstützung an. Das Artista-GUI ist ein Stand-alone-Computer und basiert auf dem Compute Module 3 von Raspberry Pi. Sie funktioniert also völlig autark und ist über viele Jahre verfügbar.

Eine gemeinsame Schnittstelle

Die Projektteams der externen GUIs und der ursprünglichen Maschinensteuerung müssen sich lediglich auf eine gemeinsame Schnittstelle, zum Beispiel RS232, Ethernet, USB oder GPIOs, und ein Kommandoprotokoll verständigen. Im Idealfall besitzt die Maschinensteuerung sogar schon eine Schnittstelle für eine externe Steuerung, welche dann einfach genutzt werden kann. Während bei der externen GUI im Vordergrund optisch ansprechende Animationen auf aktuellem Stand der Technik die Benutzer über Betriebszustände informieren oder durch Einstellungen navigieren, übersetzt die Software im Hintergrund die Benutzereingaben in eine für die Maschinensteuerung verständliche Form.

Selbstverständlich können dank ausreichender Rechenleistung und voller Treiberunterstützung auch aktuelle Touch-Systeme direkt angebunden werden. Projiziert kapazitive Touches (PCAP) mit vollflächiger Glasfront und Mehrfingerfähigkeit verleihen jedem Gerät ein Aussehen und Bediengefühl, das dem modernster Geräte entspricht. Außerdem wird die Maschinenbedienung noch selbsterklärender, da sich der Touchscreen wie ein gängiges Smartphone oder Tablet bedienen lässt. Sowohl Tara als auch Qt unterstützen Touch-Eingaben direkt ab Werk. Der Linux-Unterbau sorgt für störungsfreien Betrieb, selbst wenn einmal der Strom ausfallen sollte. Danach fährt das System einfach wieder hoch.

Zum Schluss werden die zunächst getrennt entwickelten Systeme über die zuvor definierte Schnittstelle miteinander verbunden. So erhält der Kunde eine kinderleichte Nachrüstlösung für ein modernes GUI in einer Maschine, die nicht von Anfang an darauf ausgelegt war, eine solche Schnittstelle anzubieten. In der Medizintechnik und in der Industrie sind TFT-Displays aus den meisten Anwendungen nicht mehr wegzudenken. Sie vereinfachen die Bedienung und werten jedes Gerät optisch auf. Dabei ist jedoch eine übersichtliche und moderne Bedienoberfläche von großer Bedeutung. Mit externen GUIs wie dem Artista GUI-II können Anwender dieses Ziel einfach und schnell erreichen. Sollten interne Ressourcen zu knapp sein, um sich in das Thema GUI-Erstellung einzuarbeiten, bieten Spezialisten wie Distec diesen Service auch als Dienstleistung an. Kunden erhalten dann ein Plug & Play-Nachrüstset für ihre Servicetechniker im Feld.

(ah)