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Visualisierung in der Industrie

Java-ProgrammierungRexroth-Steuerungen ohne SPS-Code einbinden

Bosch Rexroth

Programmierer entwickeln jetzt auch mit der weltweit verbreiteten Java-Technologie parallel zur SPS-Automatisierung direkt auf Rexroth-Steuerungen. Die Java-Programmierung ermöglicht die schnelle Umsetzung von individuellen Applikationen auf der Steuerungsplattform IndraMotion MLC, die einfache Anbindung an übergeordnete IT-Systeme und die Verknüpfung mit Cloud-basierten Diensten. Programmierer müssen dazu keinen SPS-Code mehr schreiben.

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VisualisierungssystemeEffizient durch Visualisierung

Visualisierung ist einer der großen Trends in der Automatisierungstechnik – und das schon seit einiger Zeit. Dass die Visualisierung sozusagen einen zweiten Frühling erlebt, liegt an den technischen Möglichkeiten, die inzwischen verfügbar sind. Immer komplexere Prozesse lassen sich heute einfach in eine visuell erfassbare Form bringen, so dass der Bediener die Anlage so fehlerfrei betreiben kann. Denn viele Maschinenhersteller haben realisiert, dass die Produktivität der Anlage von der effizienten Bedienung, also letztlich von der Visualisierung, abhängt.

TIA-Portal Siemens

Das Visualisieren scheint dem Menschen im Blut zu liegen. Frühe Formen der Visualisierung sind beispielsweise die Höhlenmalereien von Lascaux vor gut 15.000 Jahren; die ältesten Kartenfunde stammen aus dem Neolithikum (6.200 v.Chr.) und die ersten Karten basierend auf mathematischen und geometrischen Aspekten zeichnete Anaximander von Milet im Jahr 541 v. Chr. Im 18. Jahrhundert folgten Architekturpläne sowie Konstruktionspläne von Maschinen. Seit 1940 wird die Visualisierung für computergestützte Simulationen sowie die Auswertung und Verarbeitung großer Datenmengen genutzt, etwa von elektronischen Messinstrumenten. Die Aufgabe der Visualisierung im wissenschaftlichen beziehungsweise technischen Sinn ist es, abstrakte Daten und Zusammenhänge in eine visuell erfassbare Form zu bringen. Dazu gehört neben vielen anderen Dingen auch die Maschinen- und die Prozessvisualisierung im technischen Bereich.

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Typische Visualisierungsaufgaben umfassen den Experten zufolge maschinennahes Bedienen und Beobachten mit integrierten Systemdiagnosefunktionalitäten, die einfache Prozessüberwachung sowie eine flexible Produktionsanalyse und das Energiedatenmanagement. Kein Wunder, dass die Visualisierung zu den großen Trends in der Automatisierungstechnik gehört. Zumal die explosionsartige Zunahme der Datenmengen in den letzten zwei Jahrzehnten die Herausforderungen an die Visualisierung heute vielschichtiger macht. Daraus ergeben sich laut Michael Steigberger, Leiter Marketing HMI und SCADA, Siemens Digital Factory Division, gleich mehrere Trends: Neben der Leistung von Hardware und Software spielen Design und Usability, Datenmanagement bzw. Datenarchivierung, der Fernzugriff auf Daten sowie der Einsatz mobiler Geräte in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle.“ Moderne HMI-Systeme müssen heute weit mehr bieten als eine ergonomische Bedienerschnittstelle. Steigberger: „Die Anforderungen an Leistung und Komfort werden immer höher. Der Anwender möchte einen schnellen und komfortablen Zugriff auf immer komplexere Anlagen- und Maschinendaten, die er mit leistungsfähigen Tools intuitiv, effizient und fehlerfrei bedienen kann.“

Visualisierungssoftware PAS Visu

Neben gestiegenen Anforderungen bezüglich der Leistung spielt aus Sicht des Marketingleiters das Thema Design & Usability eine immer entscheidendere Rolle. „Die Usability – also der einfache und intuitive Umgang mit der Bedieneroberfläche – war einer der Schwerpunkte bei der Entwicklung unserer HMI-Software“ erläutert er. Ein weiterer großer Trend im Zusammenhang mit Visualisierung ist für den Siemens-Experten das Archivieren großer Datenmengen über einen längeren Zeitraum. Diese Daten müssen Anwender effizient und anwendergerecht nutzen können. Hierfür nutze man in der Regel SCADA-Systeme (Supervisory Control and Data Acquisition), mit denen sich die gesamte installierte Automatisierungstechnik überwachen, visualisieren und steuern lasse. „Globalisierung und Mobilität erfordern immer öfter Systeme, die weltweit eingesetzt werden können und mobilen Zugang zu Anlageninformationen ermöglichen“, so Steigberger. Siemens habe daher auf diese Anforderungen hin kontinuierlich mit Win CC im TIA Portal ein abgestimmtes System aus HMI-Software und -Hardware aufgebaut.

Das neue Win CC im TIA Portal ist für das Bedienen und Beobachten im maschinennahen Bereich ausgelegt. „Es zeichnet sich dadurch aus, dass es direkt in der Automatisierungslösung integriert ist. Damit bieten wir die bestmöglichste Integration in die Welt der Steuerungs- und Antriebstechnik. Auf diese Weise stellen wir sowohl im Engineering als auch in der Runtime das perfekte Zusammenspiel sicher“, sagt Steigberger. Zudem stelle das System die Durchgängigkeit sowohl von einfachen Bedienlösungen auf Basis von Simatic HMI Basic Panels über leistungsfähige Simatic HMI Comfort und Mobile Panels bis hin zu PC-basierten Ein- und Mehrplatzsystemen mit SCADA-Funktionalität sicher. Für mittlere bis große Anlagen bietet das Unternehmen Simatic Win CC V7 und Simatic Win CC Open Architecture, das laut Steigberger gezielt für Anwendungen mit hohem Anpassungsbedarf konzipiert wurde.

Die zunehmende Komplexität im Zusammenhang mit Visualisierung beschäftigt seinen Kollegen Harald Voigt von Mitsubishi Electric Europe in Ratingen. „Als Visualisierungsanbieter beschäftigt uns die Frage: Wie stellt man immer komplexere Prozesse so dar, dass der Bediener die Anlage einfach und fehlerfrei betreiben kann? Dabei muss der Blick des Anwenders auf das Wesentliche gelenkt werden“, verdeutlicht der Senior Product Manager für die Bereiche PLC und HMI. Anwender, so seine Erfahrung, wollen einen Überblick über den Prozess beziehungsweise die Anlage, aktuelle Produktionszahlen, Wissen, was, wann, wie und wo im Fehlerfall passiert ist und welche Maßnahmen zur schnellen Fehlerbehebung und Vermeidung von Folgefehlern ergriffen werden müssen.

Touch Panel-PC von Comp Mall

„Der gesamtheitliche Vorteil ist die Steigerung der Overall Equipment Efficiency“, verdeutlicht er. Das erreiche man durch den Einsatz diverser HMI-Funktionalitäten wie Alarm- und Meldesysteme, Reporting, Analyse- und Wartungs-Systeme. Mitsubishi Electric bietet hier laut Voigt ein perfekt an die Kundenanforderungen angepasstes HMI Portfolio an. Angefangen bei Touchscreen HMIs der GOT 2000 Serie über das einplatzbasierte Visualisierungssystem MAPS HMI und das klassische Server/Client Visualisierungssystem MAPS SCADA bis hin zum Prozessleitsystem PMSX/Pro. Mit seiner webbasierten Visualisierungssoftware PAS Visu setzt Pilz in Ostfildern auf eine Komplettvisualisierung. „Das heißt, wir visualisieren sowohl zu Diagnosezwecken den Gerätestatus und die Störungsmeldungen der Peripherie als auch den Prozesszustand“, erklärt Armin Glaser, Vice President Product Development beim Automatisierungsspezialisten. Das Wesentliche dabei sei die enge Verzahnung mit der Projektierung, denn man lege großen Wert auf die Reduzierung von Engineeringkosten. Grundlage sei eine einheitliche Datenquelle: Quasi als Nebenprodukt aus dem Engineeringprozess entstünden die Prozessvariablen für die Visualisierung. „Durch den Einsatz von standardisierten Web-Technologien wie HTML5 erfolgt der Zugriff plattformübergreifend und ist über nahezu jedes Endgerät wie PC, Tablet, Smartphone im jeweiligen Web-Browser möglich“, so Glaser weiter.

Die andere Seite ist die Bedienoberfläche. Anwender würden großen Wert auf moderne Oberflächen legen. Dank vordefinierter, graphischer Eingabe- und Anzeigeelemente, den sogenannten Kacheln, sei bei der Pilz-Visualisierungssoftware alles selbsterklärend, so dass sich auch andere Technologien damit verbinden ließen. „Da müssen wir auch ansetzen, denn das ist das moderne Gesicht unserer Steuerungswelt. PAS Visu ist ein wichtiger Meilenstein für Pilz auf dem Weg zu kompletten Automatisierungslösungen“, betont Renate Pilz, Vorsitzende der Geschäftsführung. Und Product Manager Visualisierung Christoph Baumeister ergänzt: „Die Human-Machine-Interface-Software (HMI-Software) wird mit den Bedienpanels PMI gebündelt. Dazu bieten wir das Diagnosekonzept PVIS an, das speziell auf Pilz Steuerungen abgestimmt ist, ist aber in Software Dritter integrierbar.“

HMI WESENTLICHES WERKZEUG

Zusätzlichen Auftrieb bekommt die Visualisierung durch Industrie 4.0. Das Thema Industrie 4.0 mit seinen Assistenzsystemen soll dem Bediener die komplexen Abläufe eines Prozesses beherrschbar machen. „Das HMI ist in diesem Zusammenhang ein wesentliches Werkzeug“, ist Harald Voigt überzeugt. Die Bedienung müsse sich dem Wissensstand des Bedieners anpassen. „Daher werden sich die Controls (Dialogbausteine) und die Visualisierung auf das Level wie etwa die

Sprache des Bedieners automatisch einstellen“, so Voigt. Durch Lösungen wie Google Translate lasse sich so etwas schon heute realisieren. Assistenten für die Fehlersuche in der Anlage seien schon heute Realität, doch die Anwender werden diese im Rahmen der Industrie 4.0 intuitiver nutzen. „Generell müssen Visualisierungssysteme die Grundmechanismen der Industrie 4.0 beherrschen“, verdeutlicht Baumeister. „Das heißt zum einen, dass Fernzugriffe auf die verteilten Applikationen einfach zu realisieren sind und Projekt- und Prozessdaten nicht mehr nur lokal, sondern in Cloud-Systemen gespeichert und abgerufen werden können.“ Zum anderen bedeute es, dass man Kommunikationsprotokolle der Industrie 4.0, wie OPC UA, unterstützen müsse. „Und dies alles unter der Berücksichtigung von Safety & Security“, so der Produktmanager.

Renate Pilz und Armin Glaser

Für Bart Nieuwborg, Product Manager Visualisation bei Rockwell Automation liegt „die Herausforderung bei der Visualisierung in Bezug auf Industrie 4.0 nicht darin, auf Daten zuzugreifen, sondern vielmehr darin, die Daten in relevante, kontextbezogene Informationen zu verwandeln“. Eine intuitive und effiziente Bedienerschnittstelle setze zum einen die angezeigten Daten in einen sinnvollen Zusammenhang zueinander und zeige sie zum anderen in einer auf die Zielgruppe passende Art und Weise an. „Erst so werden aus Daten relevante Informationen, die Entscheidungen in Echtzeit ermöglichen“, verdeutlicht der Produktmanager. Zwei Beispiele für solch intuitive Bedienerschnittstellen sind laut Nieuwborg „Factory Talk View Point“ und „Factory Talk Vantage Point“, die alle verfügbaren Input-Technologien wie Kacheln oder Wischtechniken unterstützen, wenn der Zugriff über ein Smartphone erfolgt. Möglich wird dies durch neue Web-Technologien wie HTML5. „Diese“, so Nieuwborg, „haben sich in den letzten Jahren stark weiterentwickelt. Und HTML5 war in diesem Zusammenhang ein echter Durchbruch auf dem Weg hin zu einheitlicheren, von der Plattform unabhängigen Web Clients.“ Rockwell Automation folge dem Trend und setze diese Technologie in Visualisierungs- und Informationssoftware-Plattformen um. Ein Beispiel sei die kürzlich vorgestellte Version 6.0 der Software Factory Talk Vantage Point Mobile, die vollständig auf HTML5 basiere und es Anwendern ermögliche, von allen mobilen Endgeräten aus auf KPI-Informationen zuzugreifen, unabhängig von der Plattform. Und der Automatisierungsspezialist baut sein Programm diesbezüglich weiter aus. „Im Sommer stellen wir die Version 8.1 der Software Factory Talk View Point vor, in der wir die HTML5 Web Client Technologie umsetzen“, verrät er. Die neue Version ermögliche es den Anwendern Factory Talk View SE-Applikationen und Panel View Plus 7 Bedieneroberflächen dezentral von Tablets, Smartphones und sogar Desktop Computern aus zu nutzen, ohne dass die Software lokal installiert sein muss. Auch die Mitbewerber setzen auf die neuen Web-Technologien. So entwickelte etwa Mitsubishi Electric sein MAPS HMI auf Basis der neuesten Microsoft-Technologien. „Damit unterstützen wir diese Technologien. Unsere Kunden nutzen schon mittels HTML5-Technologie und einem einfachen Internetbrowser den Zugriff auf einen Cloud-basierten MAPS-Server“, betont Voigt. Und auch bei den Touchscreen-HMIs der GOT 2000 Familie werde dies Ende des Jahres mit GT Mobile möglich sein. Branchenprimus Siemens setzt in diesem Umfeld unter anderem auf Apps. „Mit unseren Simatic Apps bieten wir dem Anwender auf seinem mobilen Endgerät im Zusammenspiel mit unseren Produkten einen signifikanten Mehrwert, um ihn bei seinen Aufgaben schnell und effektiv zu unterstützen. Die Win CC Sm@rt Client App beispielsweise ermöglicht das mobile Bedienen und Beobachten von Simatic HMI Systemen aus der Ferne“, erläutert Steigberger. Sowohl Web-Anwendungen als auch mobile Anwendungen seien sehr nahe am Frontend angesiedelt. „Vorteil von HTML5 und JavaScript ist, dass sie plattformunabhängig sind. Deshalb haben wir bei Win CC/Web UX bewusst eine rein web-basierte Technologie mit Zero Client-Installation eingesetzt, um flexibel bei der Entscheidung für mobile Geräte zu sein“, so der Siemens-Experte. Ein weiterer Vorteil dabei sei der wartungsfreie mobile Zugriff auch bei späteren Win CC-Versionsupgrades. Neben den entsprechenden Konzepten und Lösungen braucht moderne Maschinen- bzw. Prozessvisualisierung aber auch eine gemeinsame standardisierte Kommunikationsgrundlage. „Standardisierung ist sowohl beim Engineering als auch bei der Betriebsführung unerlässlich“, ist auch Siemens-Mann Steigberger überzeugt. Betrachte man das Engineering, so könne man nur durch Verwendung von offenen, internationalen Standards spezielle Kundenwünsche relativ einfach einpflegen. „Wir setzen neben dem Profinet-Standard auch auf Schnittstellen wie OPC UA. Durch die standardisierten Kommunikationsschnittstellen ist es jederzeit möglich, sehr schnell auf Veränderungen in der Kommunikationslandschaft zu reagieren“, ergänzt er. Auf Offenheit setzt auch Pilz. Baumeister: Standardisierung hinsichtlich eingesetzter Kommunikationsprotokolle wie OPC UA „nach oben“, sprich in die Leitebene oder als Schnittstelle zu ERP-Systemen, nimmt an Bedeutung stetig zu.“ Darüber hinaus steigere auch die normierte Einbindung verschiedener Steuerungskomponenten in die Human Machine Interface-Anwendung die Akzeptanz bei Unternehmen und Anwendern.

Und auch bei Rockwell Automation sieht man in der Standardisierung nur Vorteile. Die Verwendung von standardisierten integrierten Bibliotheksobjekten für Steuerungs- und Visualisierungsanwendungen sorge für erhebliche Zeitersparnisse sowohl bei der Entwicklung als auch während der Aktualisierung von Anwendungen (Veränderungsmanagement). „So kann man durch die Verwendung von Add-On-Befehlen bei Compact Logix-PACs (Programmable Automation Controller) in Verbindung mit der Global-Objects-Bibliothek von Factory Talk View Point die Zeit für die Entwicklung komplexer Bildschirme um mehr als 90 Prozent senken“, macht Nieuwborg deutlich. Außerdem sorge Standardisierung für mehr Effizienz und beschleunigt den Lernprozess der Bediener. Es wird laut dem Produktmanager immer wichtiger Bedienern Flexibilität zu ermöglichen, damit sie mit mehreren Produktionslinien und Maschinen in der Anlage interagieren können. Johannes Gillar

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