HMI auf Schiffen, Bild: Phoenix Contact

Auf Schiffen lassen sich Human Machine Interfaces an den verschiedensten Stellen finden – ein Beispiel ist die Brücke. Bild: Phoenix Contact

Um beispielsweise auf der Brücke genutzt werden zu können, müssen HMI gemäß EN 60945 zertifiziert sein. Darüber hinaus ist ein jederzeit blendfrei ablesbarer Bildschirm erforderlich. Deshalb verfügen die Geräte von Phoenix Contact über ein gebondetes Display. Da beim Verkleben von Touch-Glas und Display kein Luftspalt auftritt, gibt es keine Brechung oder Reflexion des Lichts. Der Bildschirm-Inhalt lässt sich bereits bei einer geringen Lichtstärke und auch bei direkter Sonneneinstrahlung gut erkennen. Während der Nachtzeit kann der diensthabende Offizier die Helligkeit des Displays über zwei Tasten auf einen angenehmen Pegel regeln oder ausschalten. Ein eingebauter Buzzer sorgt dafür, dass kein Alarm verpasst wird: an den potentialfreien Ausgang des Bediengeräts kann ein externer Alarmgeber angeschlossen werden, der die Mannschaft in ihren Kabinen weckt.

Ballastwasser und Anti-Heeling-Anlagen

HMI finden ebenfalls in der Ballastwasser-Reinigungsanlage Anwendung. Sie ist notwendig, weil sich im aus dem jeweiligen Hafenbecken aufgenommenen Ballastwasser die landestypischen Bakterien, Mikroorganismen und kleinere Meeresbewohner befinden, die der heimischen Fauna und Flora schaden könnten. Das Bediengerät protokolliert den Reinigungsvorgang und speichert die anfallenden Daten. Da es im Maschinen- oder Kontrollraum untergebracht ist, erweisen sich der Betriebstemperaturbereich von minus 20 bis plus 60 Grad Celsius, optionale CAN- und RS232/485-Schnittstellen sowie das redundante Kommunikationssystem aus zwei unabhängigen Ethernet-Interfaces in Gigabit-Ausführung als sinnvoll.

Ein weiterer Einsatzort der Bediengeräte liegt in der Anti-Heeling-Anlage. Sie gleicht Gewichtsveränderungen des Schiffs beim Be- und Entladen aus. In diesem Umfeld ist es wichtig, dass die Touch Panel auch mit Handschuhen sicher bedient werden können und die Tasten einfach aufzufinden sind. Manövrieranlagen wie Bugstrahlruder, Ruderpropeller oder Querstrahler bedingen eine komplexe Steuerung, die über das HMI mit dem Bediener kommuniziert. Die im geschützten Außenbereich montierten Geräte verfügen über eine kratzfeste Glas-Film-Glas-Oberfläche, die selbst gegen eindringende Feuchtigkeit schützt und so als Dampfsperre wirkt. Das Betriebssystem Windows Embedded Standard 7 erlaubt eine gestochen scharfe Darstellung des Bildschirm-Inhalts mit Kantenglättung.

Ballastwasser-Reinigungsanlage, Bild: Phoenix Contact
Die Ballastwasser-Reinigungsanlage muss in rauen Umgebungsbedingungen arbeiten. Bild: Phoenix Contact

Hintergrund-Dimmung für ein längeres Leben

Auf der Brücke zählt jeder Millimeter Einbaubreite, denn die Geräte sind dicht gedrängt installiert. Deshalb nutzt der Gerätehersteller den konstruktiven Spielraum bei Rahmen und Dichtung. So ist statt einer breiten Flach- eine schmale Rundschnurdichtung in den sechs Millimeter umfassenden spritzwasserfesten Rahmen eingepresst. Neben der Bauform kommt der Wartungsfreundlichkeit und langen Betriebsdauer der Bediengeräte eine besondere Bedeutung zu. Weil bewegte Teile stets fehleranfällig sind, verzichten die maritimen HMI auf jegliche Art von Lüfter und beinhalten keine Festplatte, sondern einen Flash-Speicher. Auf diese Weise funktionieren sie trotz Vibrationen und Schocks zuverlässig. Weitere Leistungsmerkmale wie die Hintergrund-Dimmung tragen ebenfalls zur Erhöhung der Lebensdauer der Geräte bei.

Bediengerät für maritime Anwendungen, Bild: Phoenix Contact
Die Bediengeräte für maritime Anwendungen verfügen über eine moderne Gestaltung. Bild: Phoenix Contact

Bevor ein HMI in Serie geht, testet der Spezialist für Kommunikationstechnologie die entsprechenden Prototypen ausführlich – und das unter extremen Bedingungen. Obwohl die späteren Serienprodukte im realen Einsatz eher nicht mit derartigen Belastungen konfrontiert werden, betreiben die Prüfer die Prototypen in der Produktqualifikation weit über ihre Spezifikation hinaus. Die Auswertung der gewonnenen Daten gibt Auskunft über Belastungsreserven. Vor der Auslieferung durchlaufen die Serienprodukte zudem einen Burn-in-Test im Klimaschrank. Neben der Brückennorm EN 60945 verfügen die Bediengeräte über Zulassungen vom American Bureau of Shipping, Bureau Veritas, Det Norske Veritas, Germanischer Lloyd und Lloyds Register.

Hintergrundwissen: Offene Plattformen

Standard-Tools von Microsoft werden immer häufiger in industriellen Anwendungen genutzt. Denn während proprietäre Systeme den Kunden aus Sicht des Geräteherstellers an sein Unternehmen binden, fühlt sich der Kunde in der Wahl des technisch am besten geeignetsten Produkts für seine Anforderungen eingeschränkt. Daher verwendet Phoenix Contact eine offene Programmier-Plattform, welche die Programmerstellung in Visual Studio, .Net und Hochsprache unterstützt. Das Unternehmen liefert die Schnittstellen, damit ein OEM seine individuelle Applikation programmieren kann. Dazu gehört eine Hardware Access Library mit verschiedenen DLLs (Dynamic Link Library), über die der Programmierer in seiner .Net- oder Visual-Studio-Applikation direkt auf die Hardware zugreift, Werte ausliest oder Ausgänge aktiviert.

Auch Investitionssicherheit spielt in der Industrie eine wichtige Rolle. Der jeweilige Hersteller sollte seine Produkte über zehn und mehr Jahre zuverlässig bereitstellen können. Doch teilweise werden elektronische Bauteile innerhalb weniger Monate verändert, abgekündigt oder durch die nächste Generation ersetzt. Phoenix Contact sichert die langfristige Verfügbarkeit seiner Bediengeräte deshalb durch eine stringente Design-, Beschaffungs- und Konstruktionspolitik. Die Nutzung von COM-Modulen profitiert hier einerseits vom stetig schnelleren Generationswechsel bei Prozessoren und der damit einhergehenden kontinuierlichen Steigerung der Performance. Auf der anderen Seite wird die lange Lieferfähigkeit der HMIs sichergestellt.

Große Displays für aufwendige Grafiken

Rückseite des Bediengeräts von Phoenix Contact, Bild: Phoenix Contact
Auf der Rückseite des Bediengeräts von Phoenix Contact befindet sich eine Anschlussmöglichkeit für abgesetzte Signalgeber. Bild: Phoenix Contact

Die Touch Panels von Phoenix Contact sind als Einbaugeräte konzipiert und deswegen nicht rundum gleichermaßen geschützt. Während die Gerätefront der Schutzklasse IP65 entspricht, erfüllt die Rückseite die geringere Schutzklasse IP20. Weil das HMI nicht geschlossen ist, lässt es sich besser belüften und entwärmen, denn die Luft zirkuliert besser und es herrscht eine natürliche Konvektion. Das wirkt sich vorteilhaft auf die Leistungsfähigkeit aus, da die CPU auch bei hoher Rechenleistung nicht zurückgetaktet werden muss.

Industrielle Anwender tendieren bei Bediengeräten zu größeren Displays für die aufwendigen Grafiken sowie zu mehr Schnittstellen. Das bedingt leistungsfähigere Prozessoren und höhere Speicherkapazitäten. Das in den HMI verwendete Qseven-Computer-On-Modul Conga-QA6 umfasst daher einen Prozessor aus der Atom-E6xx-Serie von Intel sowie den Plattform-Controller-Hub EG20T. Die Bauteile sind für Umgebungstemperaturen von minus 40 bis plus 85°C spezifiziert.

Außerdem enthält das Modul schnelle differenzielle Schnittstellen wie PCI Express und Sata. Als robuster Massenspeicher werden optional bis zu 32 GB onboard Flash über das Sata-Interface angeboten. Das QA6-Modul kann auf bis zu zwei GB onboard DDR2-Speicher zugreifen. Arbeitsspeicher-Zugriff, Sound und Grafik sind in den Prozessor integriert, der eine 3D-fähige-Grafik-Engine beinhaltet. Den Wünschen der maritimen Anwender an ein Bediengerät kann nur durch marktspezifisches Know-how begegnet werden. Der interne Rechner stellt dabei lediglich einen Teil der Lösung dar. Weil das Design einer Prozessorkarte vielschichtig ist, setzt Phoenix Contact Computer-on-Board-Module von Congatec ein und fokussiert sich auf die applikationsbezogene Hard- und Software. jl

Hintergrundwissen: HMI in maritimem Umfeld

  • Um auf der Brücke genutzt werden zu können, müssen Human Machine Interfaces gemäß EN 60945 zertifiziert sein. Hinzu kommen Zulassungen vom American Bureau of Shipping (ABS), Bureau Veritas (BV – Zertifikat 1 und 2), Det Norske Veritas (DNV), Germanischer Lloyd (GL) und Lloyds Register (LR).
  • Eine Ballastwasser-Reinigung erfolgt, da sich in dem im Hafenbecken aufgenommenen Ballastwasser die landestypischen Bakterien, Mikroorganismen und kleinere Meeresbewohner befinden, die der heimischen Fauna und Flora schaden könnten. HMI-Bediengeräte protokollieren hier den Reinigungsvorgang und speichern die Daten.
  • Ein weiterer Einsatzort der Bediengeräte liegt in der Anti-Heeling-Anlage. Sie gleicht Gewichtsveränderungen des Schiffs beim Be- und Entladen durch ein vielschichtiges System aus Ballasttanks und Pumpen aus.