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Mensch-Maschine-Schnittstelle

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Historische Mensch-Maschine-Schnittstelle einer Dampflokomotive

Moderne Mensch-Maschine-Schnittstelle eines Hochgeschwindigkeitszugs

Mit Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) wird das Untersystem in einem Mensch-Maschine-System bezeichnet, mit dem Menschen interagieren. Sie muss, um vom Menschen bedienbar zu sein, speziell auf die Bedürfnisse des Menschen angepasst sein. In der Mensch-Computer-Interaktionsforschung werden diese Aspekte für die Benutzerschnittstelle berücksichtigt.

Als englischen Begriff bevorzugt man heute HMI (Human-Machine Interface) statt des bisher gebräuchlichen MMI (Man-Machine Interface), weil es weniger geschlechtsspezifisch klingt.

Die Mensch-Maschine-Schnittstelle erlaubt dem Bediener das Bedienen der Maschine, das Beobachten der Anlagenzustände und falls erforderlich das Eingreifen in den Prozess. Die Bereitstellung der Informationen erfolgt entweder hardwaretechnisch über Bedienpulte mit Signallampen, Anzeigefeldern und Tastern oder softwaretechnisch über ein Visualisierungssystem, das auf einem Terminal läuft. Ein solches HMI kommuniziert über die verschiedensten Kommunikationswege mit der SPS oder DSC der Maschine.

Der Austausch der Informationen vereinfacht dargestellt: MenschMensch-Maschine-SchnittstelleMaschine

Häufig fällt in diesem Kontext auch der Begriff SCADA, was die technische Abkürzung für Supervisory Control and Data Acquisition ist. Unter einem SCADA-System versteht man ein Prozessvisualisierungs- oder Leitsystem auf dem mehrere Maschinen oder Linien zusammengeschalten sind. Typisch für ein SCADA-System ist das zentrale Alarmmanagement, die Archivierung von Daten, die Erstellung von Zeitschaltprogrammen und ein Messaging Dienst (SMS, E-Mail, Text-to-Speech).

Kennzeichnungen

Weil von vielen Maschinen eine erhebliche Gefahr ausgehen kann, soll eine Mensch-Maschine-Schnittstelle so übersichtlich und eindeutig sein, dass sie selbst in Panik sicher bedient werden kann. An den Notausschalter werden deshalb besondere Anforderungen gestellt. Internationale Standards nach IEC/EN 60073 (VDE 0199), IEC/EN 60204-1 (VDE 0113 Teil 1) orientieren sich für Anzeigeleuchten an den vertrauten Farben von Lichtzeichenanlagen im Straßenverkehr und leiten davon die Farben der Bedienteile von Drucktastern ab:

Zusätzlich sind Symbole vorgesehen, zum Beispiel:

Symbol Funktion Start Stop

Solche Symbole sind aufgrund der verbreiteten Farbenfehlsichtigkeit vorteilhaft, aber wie einige Warnzeichen erklärungsbedürftig.

Computergestützte Mensch-Maschine-Schnittstellen

Ein solches Visualisierungssystem besteht aus einem PC mit Bildschirm und einer Tastatur bzw. Maus. Manche Systeme benötigen einen firmenspezifischen Computer, die meisten davon können auf einem gewöhnlichen PC implementiert werden. Auf der Bildschirmseite werden mit einer Graphiksoftware wie z. B. Paintbrush kleine Symbole (Bmp-Objekte) gezeichnet, welche ein Prozessbild nach DIN oder ISA 5.1 darstellen. Einige HMI-System wie z. Bsp. InTouch enthalten einen integrierten Grafikeditor und eine Fülle von industriellen Symbolen.

Zum Beispiel Motoren, Ventile, Rohre, Schalter; etc.

Mit der Tastatur, Maus oder den Steuerungsinformationen können dann je nach Programmierung die Symbolobjekte verändert werden.

Durch einzelne Bildschirmobjekte, Grafiken und Seiten entsteht dann eine Benutzeroberfläche, welche die Funktionen und die gespeicherten Daten der Maschine wiedergibt.

HMI--Systeme sind der wichtigste Bestandteil einer Anlage und werden von SPS/HMI-Ingenieuren programmiert.

Später wird dann meist über ein Bussystem (MPI, Profibus,Ethernet) die SPS mit dem HMI gekoppelt.

Points

Digitale oder analoge (Mess-)Werte (Variablen) nennt man Points, z. B.:

• Maschinen-Points, die aus der Maschine kommen
• Virtuelle Points, HMI-interne Daten

Zum Beispiel: Integer, Real, Bit, String Daten

• Digitaler Eingangssignal Bit IX 0
• Digitaler Ausgangssignal Bit QX 0

• Analoger Eingangswert Word IW 2
• Analoger Ausgangswert Word QW 3

Die HMI besitzen verschiedene herstellerspezifische Protokolle, mit denen sie mit dem Controllrechner kommunizieren können, z. B.

• RK512 Siemens S5 Rechner Kopplung AS511
• SNP GE-Fanuc (Series Ninty Protocol)
• [OPC] Offener Standard
• Profibus Process Field Bus
• Modbus

Grafikobjekt

Jeder auf dem Bildschirm gezeichnete Grafikobjekt enthält eine Fülle von Eigenschaften (Properties) OOP-Ansatz .

Beispiel: Ein Kreis kann zum Beispiel in Abhängigkeit von Points gefüllt werden, grün, rot oder gelb sein. Ein Text kann in Abhängigkeit von Points angezeigt (visible) oder verdeckt (invisble) sein. Ein Kreis kann auch eine Programm (Skript) enthalten, das mit einen Point gestartet wird.

Scripts

HMI-Programme werden über ein Event (Ereignis) gestartet.

Zum Beispiel: Ein Programm startet wenn man mit der Maus auf einen Button klickt.

HMI werden mit Hochsprachen programmiert

• BASIC
• Pascal
• C

Viele HMI besitzen eigene SQL-Datenbanken für Datensampling und Trends.

Herstellersysteme

Die verbreitetsten HMI-Anbieter sind:

• INOSOFT VisiWinNET Prozessvisualisierung unter .NET
• INTREX Systems - MIS
• R. STAHL HMI Systems - SPSPlusWIN
• Citect - CitectSCADA
• COPA-DATA -zenOn
• Foxboro -Foxdraw
• GE-Fanuc -Cimplicity
• Pro-face
• Mitsubishi Electric - MX4
• GE Fanuc - iFix
• Siemens -WinCC
• Wonderware -InTouch, Industrial Application Server
• VISAM -VisAM dotNET

Es gibt auch kostenlose HMI-Systeme:

• pvbrowser
• visual
• #SCADA (SharpSCADA)

Literatur

• Grund- und Sicherheitsregeln für die Mensch-Maschine-Schnittstelle - Codierungsgrundsätze für Anzeigengeräte und Bedienteile. Europäische Norm 60073:2002, deutsche Fassung. VDE Verlag, Berlin 2003.
• Grund- und Sicherheitsregeln für die Mensch-Maschine-Schnittstelle - Kennzeichnung der Anschlüsse elektrischer Betriebsmittel und einiger bestimmter Leiter einschließlich allgemeiner Regeln für ein alphanumerisches Kennzeichnungssystem. EN 60445:2000, deutsche Fassung. VDE Verlag, Berlin 2000.
• Grund- und Sicherheitsregeln für die Mensch-Maschine-Schnittstelle - Kennzeichnung von Leitern durch Farben oder numerische Zeichen. EN 60446:1999, deutsche Fassung. VDE Verlag, Berlin 1999.
• Grund- und Sicherheitsregeln für die Mensch-Maschine-Schnittstelle - Bedienungsgrundsätze. EN 60447:2004, deutsche Fassung. VDE Verlag, Berlin 2004.
• Sicherheit von Maschinen - Elektrische Ausrüstung von Maschinen - Allgemeine Anforderungen. EN 60204-1:1997, deutsche Fassung. VDE Verlag, Berlin 1998.