HMI Touchpanel – die Mensch-Maschine-Schnittstelle

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Als während der Industrialisierung die ersten Maschinen konstruiert und gebaut wurden, machte man sich über die Bedienung oder gar HMI-Konzepte noch keine Gedanken. Die Abkürzung HMI steht für Human Machine Interface – Mensch-Maschine-Schnittstelle. Die Bedienung einer Maschine hat sich früher aus der Funktionsweise ergeben, wobei die Maschinen damals vergleichsweise einfach aufgebaut waren. Im Zuge der Automatisierung hat sich das wesentlich geändert.

Mit den ersten Steuerungen per Schütztechnik sind auch Schalter, Taster und Lampen in den Maschinen eingebaut worden, mit denen Zustände angezeigt und Benutzereingaben gemacht werden konnten. Heute haben Touchpanels die Lämpchen und Taster als Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine abgelöst. Nur der Not-Aus-Taster bleibt oft als klassisches Bedienelement erhalten.

Wie sich die Benutzerschnittstellen entwickelten

Ursprünglich sind mit der zunehmenden technischen Komplexität der Maschinen auch die Anforderungen an das Bedienpersonal gestiegen. Lange Zeit musste der Bediener ein Spezialist in seinem Fachgebiet sein und über ein enormes Fachwissen verfügen.

Mit dem Einzug der grafischen Bedienoberflächen wurde die Bedienung der Maschinen einfacher. Es werden – im Vergleich zu den früheren Steuerpulten mit vielen bunten Knöpfen und Reglern – nur die Elemente angezeigt, die in der jeweiligen Situation wirklich benötigt werden.

Seit den 1980er-Jahren werden Bedienpanels eingesetzt und tragen zu einer sicheren Maschinenbedienung bei. Fehlbedienungen lassen sich durch zusätzliche Sicherheitsabfragen erschweren. An kritischen Anlagen wie Pressen oder Schneidemaschinen lässt sich beispielsweise die Zweihandbedienung erzwingen.

Touch ist heute Alltag

Mit der Verbreitung der Smartphones ist die Bedienung per Touch (=Berührung) im Alltag angekommen. Besonders im privaten Bereich sehen wir diese Nutzung als selbstverständlich an. Unabhängig davon, ob die Bedienung per Fingertipp im Auto, im Smart Home oder an einer Produktionsanlage erfolgt, hat man zwei entscheidende Vorteile:

  1. Der Benutzer muss den Blick nicht zwischen Eingabe- und Anzeigemedium wechseln, er nutzt den Touch für die Anzeige und die Eingabe.
  2. Es sind keine mechanischen Schalter und Taster erforderlich, die viel Platz im Gehäuse benötigen und durch Verschmutzung oder Verschleiß ausfallen können.

Allerdings möchte ich auch einen Nachteil nicht verschweigen: Bei der Touch-Bedienung bekommt der Benutzer keine direkte Bestätigung. Im Gegensatz zu einem mechanischen Schalter, der hör- oder fühlbar klickt, bekommt man bei der Touchbedienung eines HMI keine unmittelbare Rückmeldung vom Display. Um zu sehen, ob der Bedienvorgang erfolgreich war, muss der Bediener in der Regel auf das Display blicken, um eine Statusanzeige wahrzunehmen. Eine Rückmeldung akustisch oder durch Vibration ist nicht immer gegeben oder möglich.

 

E10A mit HTMNL-Visu tci Touchpanel E10A als HMI, zeigt eine mögliche HTML-Visu

 

Nachfolgend ein kurzer Überblick und Vergleich über die am meisten verbreiteten Touch-Technologien.

Kapazitiver Glas-Touch

Bei dieser Glaoberfläche wird durch den Hersteller eine durchsichtige Metalloxidschicht aufgetragen. Eine Wechselspannung an den Enden dieser Schicht erzeugt ein gleichmäßiges elektrisches Feld. Beim Berühren mit dem Finger entsteht ein geringer Stromfluss, der an den Ecken des Touch-Bereichs gemessen wird. Anhand dieser Werte ermittelt der Touch-Controller die exakte Position des Fingers. Nachteil: Funktioniert nicht mit Handschuhen.

 

Kapazitiver Touch Detailskizze. Bild: tci GmbH Detailskizze kapazitiver Touch. Bild: tci GmbH

 

Die kapazitive Touch-Technologie ist in Spielkonsolen und Smartphones verbreitet, und gehört selbstverständlich auch als moderne Ausstattung in jeden Industrie Computer und in Touch-Panels für Gebäude.

Resistive Touchscreens

Der resistive Touch-Sensor besteht aus zwei leitenden Schichten – eine flexible und eine feste, die auf Abstand gehalten werden und einen Spannungsteiler bilden. Zur Bedienung wird die flexible Schicht auf die feste Schicht gedrückt. Der Controller misst den elektrischen Widerstand und berechnet daraus die genaue Position des Druckpunkts.

 

Detailskizze resistitiver Touch. Bild: tci GmbH Detailskizze resistiver Touch. Bild: tci GmbH

 

Im Vergleich zum kapazitiven Touch, der nur leicht berührt wird, muss der Anwender durch einen gewissen Druck des Finders den resistiven Touch bedienen. Auch mit Handschuhen oder einem Stift kann das erfolgen. Nachteil: Die flexible Schicht unterliegt einem gewissen Verschleiß. Eine dünne kratzfeste Glasschicht schützt die flexible Schicht bei der neuen GFG-Technologie (Glas-Film-Glas). Sie bietet daher alle Vorteile einer herkömmlichen Glasoberfläche gerade in Bezug auf Reinigung und Pflege.  Beispielsweise sind die Industrie Computer der H-ST-Serie von tci mit resistivem Glas-Touch (GFG) lieferbar.

Es gibt noch weitere Touch-Technologien, die aber eher in Spezial-Anwendungen zum Einsatz kommen, daher verweise ich hier auf Wikipedia.

Die Zukunft des HMI

Wo geht die Reise hin? Ich gehe davon aus, dass in Zukunft Gestik, Mimik und Sprache die manuelle Bedienung von Touchsystem ersetzen oder zumindest ergänzen können. Das erfordert mehr Leistung auf der Ebene der Sensoren und mehr Rechenleistung.

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Geposted von René Jung am 08.09.2020

Marketing / PR bei tci GmbH Leitung Marketing | Head of Marketing bei tci GmbH Seit 2002 arbeite ich als Mitarbeiter in der Abteilung Marketing bei tci und bin seither für Online-Marketing, Messen und vieles andere im Bereich Marketing zuständig. Ein Blog in der Automatisierungsbranche soll zusammenführen, was zusammen gehört - tci als Hersteller von Industrie Computer und alle, die unsere Produkte brauchen. Ich freue mich über alle Kommentare und Meinungen zu unseren Themen.
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