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01  Abbildung eines Tag- und Nacht­designs auf dem Gebe-Indico-Format

OEM nehmen HMI­-Design selbst in die Hand

02  Projekt erstellen und Anzeige auswählen

03  Zeiger wählen und Eingangskanal festlegen

04 Event-Prozessor erstellen mit Alarm-LED

Human Machine Interfaces (HMI) haben sich in den letzten Jahren rasant weiterentwickelt. Heute steht ein breites Spektrum an HMI-Geräten in unterschiedlichen Funktionsklassen zur Verfügung. Teilweise fehlt es allerdings an einfachen Lösungswegen, über die Anwender ihre Applikation selbst erstellen können. Dem bietet Gebe mit seinem PC-basiertes Design-Tool Abhilfe. Anwendern wird damit die Möglichkeit geboten, in Kombination mit der HMI-Geräteserie des Herstellers, ein applikationsspezifisches HMI-Design zu erstellen.

Die Bandbreite der heute am Markt angebotenen HMI ist weit gefächert. So kann der OEM-Entscheider einerseits aus einer Vielzahl von kleinen „Einbau-PC“ wählen, die häufig mit Windows CE ausgerüstet sind. Am anderen Ende der Skala stehen hoch spezialisierte HMI-Geräte zur Ver­fügung, deren Tools es dem Benutzer leicht machen, seine Applikation selbst zu erstellen. Nachteilig wirkt sich hierbei oftmals aus, dass diese auf ein bestimmtes, branchen­spezifisches Aufgabengebiet ausgerichtet und daraufhin optimiert sind. Für branchenfremde Benutzer gestaltet sich somit ­deren Einsatz für ihren Zweck schwierig. Oder die Tools bieten zugunsten einfacherer Bedienung nur grafische Standardelemente, die höheren grafischen Ansprüchen nicht genügen und wenig ansprechend wirken.

Individuelles HMI-Design
Kleine Einbau-PC sind am Markt zu relativ geringen Preisen erhältlich. Das erscheint zunächst vorteilhaft. Doch benötigen diese zusätzlich eine Software, die sie zur HMI-Lösung ertüchtigt. Und diese muss in der Regel von einem fachkundigen Softwareentwickler erstellt werden. Für den Entscheider tun sich also weitere Kosten auf. Zwar gibt es mächtige Grafikbibliotheken, die den Softwareentwickler unterstützen, doch der Weg zum fertigen HMI-Design ist lang.
Vielfach sind mehrere Anläufe für den Entwickler notwendig, bis das Design seinem Gegenüber „gefällt“. Die Frage heißt also: Wie lässt sich eine individuelle HMI-­Lösung einfach und schnell realisieren.

Die grafische Darstellung
Werden grafische Standardelemente beim Erstellen der HMI-Oberfläche verwendet, hat das den Vorteil, dass das Design schnell, einfach und ohne tiefe Programmierkenntnisse umgesetzt werden kann. Der Nachteil eingeschränkter Designvielfalt lässt sich überwinden, indem diese Standard­elemente zusätzlich frei editierbar gemacht werden. Beispielsweise arbeiten Desktop-Publishing-Programme in ­dieser ­Weise. Jedes Element enthält Eigenschaften, die über ein Menü eine freie Gestaltung ermöglichen. Typische HMI-Elemente sind Analoginstrumente, Bargrafen (wie Füllstandsanzeigen), Textfelder, Eingabe-Tastenfelder, Anzeigenfelder (wie virtuelle LED oder nur Grafiken), statische Texte und Logos.

Die Funktion der Darstellung
Ist das grafische Design erstellt, muss in den Eigenschaften des Elementes selbst festgelegt werden, welche Ein- oder Ausgangskanäle oder Aktionen es gibt. Bei einem Textfeld bedeutet das beispielsweise, ob die variablen Anzeigedaten über eine Schnittstelle übertragen werden oder ob sie Messdaten eines analogen Messeinganges sind. Bei einem Tastenfeld stellt sich die Frage, wohin die Information des Tastendrucks weitergeleitet werden soll.

Schnell zum überzeugenden Ergebnis
Die Firma Gebe hat ein PC-basiertes Design Tool entwickelt, das die genannten Möglichkeiten bietet. Zusammen mit der eigenen HMI-Geräteserie Gebe-Indico steht eine HMI-Lösung zur Verfügung, die den schnellen Einsatz in unterschiedlichen Applikationen möglich macht. Dabei ist es nicht erforderlich, ein spezielles Softwareprogramm zu erstellen. Das Design­programm basiert grafisch darauf, dass Bilder (zum Beispiel ein Zeiger) vor einem definierten Hinterg­rund (zum Beispiel einer Skala) bewegt werden. Ein analoges Instrument kann darin grafisch komplett vom Anwender erzeugt werden. Zudem ist es möglich, einen fertigen Hintergrund und Zeiger zu verwenden. Das Programm lädt Bilder zusammen mit einer Anweisungsdatei in das HMI-Gerät. Diese gibt an, wie sie zu verwenden sind, welche Ein- und Ausgangskanäle verwendet werden und welche Aktionen stattfinden sollen. Der Designer bietet eine Vielzahl grundlegender Formen zur grafischen Darstellung an. Im Folgenden wird beispielhaft dargestellt, wie ein analoges Ins­trument erstellt werden kann: Mit einem analogen Eingangskanal und einem Alarm, der eine virtuelle LED aufleuchten lässt, sobald ein Messwert überschritten wird.

  • Das Instrument bestimmen
    Zunächst muss für das neue HMI-Projekt ein passender Hintergrund gewählt werden. Es können beliebige Hintergründe, Farbverläufe, Bilder, Logos und Texte hinzugefügt und gestaltet werden. Dann kann das gewünschte Rundinstrument ausgewählt werden.
    Mit dem Skalentype (drehend, geradlinig, numerisch) wird die grafische Fläche, die für die analoge Darstellung eines Messwerts benötigt wird, und die Art der Messwert-Darstellung festgelegt. Im Fall der Rundskala können Mittel­punkt, Anfangs- und Endwinkel angegeben werden. Je nach Element lässt sich die Darstellung in Farbe, Breite, Länge, Schrift usw. gestalten.
  • Den Zeiger auswählen
    Der Designer bietet unterschiedliche, editierbare, grafische Darstellungen von Zeigern (Pointer) und auch importierbare beliebige Bilddateien. Der interessante Aspekt eines Zeigers ist die Zuordnung eines Messwerts zu einem grafischen Messbereich, wie er in einer Skala definiert wird. Nachdem ein Pointer erstellt und seine Eigenschaften gestaltet sind, muss er noch auf eine Skala gesetzt werden – ähnlich dem Aufstecken des Sekundenzeigers auf die mittlere Achse einer Uhr.
    Numerische Zeiger werden zwar nicht grafisch animiert, dafür sind Schriftgröße, Farbe und Formatierung variabel.
  • Den Messwert festlegen
    Jedem Zeiger wird ein Geräte-Input-Kanal zugewiesen, aus dem er die Werte erhält, die er anzeigen soll. Das können analoge Eingänge oder auch Dateneingänge, wie RS-232, USB oder auch CAN-Bus, Modbus usw., sein. Da es sich oft um RAW-Werte handelt, kann im Designprogramm festgelegt werden, wie der RAW-Wert in die darzustellende Messgröße der Messeinheit umgerechnet wird. Beispiel: Ein analoger Input (0 V…10 V) misst eine Temperatur von 0 °C bis 100 °C. Hiermit können einfache lineare Skalierungen im Gerät „programmiert“ werden.
  • Die Alarmfunktion einrichten
    Bisher wurde ein Anzeigegerät beschrieben. Zu einem HMI gehört aber auch die Eingabe von Prozessdaten, das Erstellen von Menüstrukturen oder das Reagieren auf eingehende Prozessdaten. Hierzu muss auf Ereignisse (Events) reagiert werden können.
    Mit dem Gebe-Indico-Designer werden Event-Prozessoren definiert, die eine Verarbeitung von Prozessdaten erlauben. Dabei ist das Prinzip immer gleich: Ein Ereignis (eingehende Daten, Tastendruck, Timer, Veränderung eines Messwerts oder Ähnliches) ruft einen Event-Prozessor auf. Dieser wird auf die programmierten Bedingungen geprüft und nach einer „If-Then-Else-Logik“ verarbeitet.
    In dem genannten Beispiel werden drei Event-Prozessoren (EP) definiert:
  • EP1: Wenn die Umgebungshelligkeit 900 cd überschreitet, soll das Projekt im Tagdesign gestartet werden.
  • EP2: Bei Unterschreiten von 800 cd startet das Nacht­design.
  • EP3: Wenn der Messwert 8 V überschreitet, soll eine LED aufleuchten; unter 8 V soll sie verlöschen. Diesen EP könnte man auch in zwei EP aufteilen, um eine Umschalt-Hysterese zu erzeugen.
    Der atomare Aufbau der EP-Struktur erlaubt es, verschiedene Lösungswege für ein und dasselbe Problem zu finden.
  • Fertig zum Einsatz
    Per Download-Aktion wird dieses Projekt in das HMI geladen. Danach ist das Messgerät einsatzbereit.

Für OEM einfach und kostensparend gelöst
Die Erläuterung der genannten Schritte zu einem hier zwar einfachen, aber eben genau nach Wunsch angelegten, funktionsfähigen OEM-Instrument macht es deutlich: Die Funktionsweise des beschriebenen Designprogramms ist einfach erlern- und anwendbar. Es erlaubt dem OEM, den betriebswirtschaftlich sinnvollen Einsatz moderner grafischer HMI-Technik, insbesondere auch in kleinen und mittleren Projekten. Der Funktionsumfang des Programms ist über das ausgeführte Beispiel hinaus weitaus größer, sodass sich damit auch andere Applikationen ohne zusätzlichen Eingriff in die Geräte-Firmware vom Kunden selbst realisieren lassen. Weitere Einsatzbeispiele sind Automatendisplays, Displays für den Einsatz in der Gebäudeautoma­tion oder an Schrankenanlagen, oder einfach nur ein Textdisplay-Ersatz.
Gebe zeigt die neue Produktserie mit Anwendersoftware auf der Embedded World in Halle 1, Stand 372. (ih)

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Autor: Dipl.-Ing. (FH) Klaus Baldig ist Leiter Entwicklung bei der Gebe Elektronik und Feinwerktechnik GmbH in Germering. kb@gebe.net.