Um die Eingaben des Menschen an die Maschine – genauer an die Maschinensteuerung – weiterzugeben, werden die verschiedensten Kommunikationsstandards eingesetzt. Welcher Standard der richtige ist, hängt u.a. von der Branche, den zu übertragenden Daten und dem Übertragungsweg ab.
Lange Zeit wurden die einzelnen Bedienelemente eines Human Machine Interfaces diskret, also mit jeweils einer eigenen Leitung, angeschlossen: Bei komplexen Bediensystemen entstanden so schnell armdicke Kabelbäume, die mit der Maschine verbunden werden mussten. Dieser Installationsaufwand kann durch Bussysteme erheblich reduziert werden – es ist nur noch ein Stecker und eine Leitung erforderlich.
Jede Branche hat ihre eigenen Bussysteme
Heute existiert eine große Anzahl von Bussystemen, da jede Branche und Applikation andere Anforderungen an die Datenübertragung hat, es unterschiedliche technische Lösungsmöglichkeiten gibt und letztendlich auch verschiedene Hersteller eigene Bussysteme auf den Markt gebracht haben. In industriellen Anwendungen haben sich Systeme wie Profibus, Modbus, CC-Link oder DeviceNet etabliert. Jede Branche nutzt jeweils spezifische Lösungen: In der Gebäudetechnik sind das zum Beispiel KNX, LON (Local Operating Network) oder BACnet (Building Automation and Control Network). Im Automotive-Bereich hat der CAN-Bus (Control Area Network) mit 37,8 Prozent laut Precedence Research den größten Umsatzanteil. Daneben werden heute weitere Bussysteme wie Local Interconnect Network (LIN), Media-Oriented Systems Transport (MOST), FlexRay oder Ethernet verwendet. Jedes Bussystem hat dabei spezielle Anforderungen im Fokus: LIN zum Beispiel ermöglicht eine kostengünstige Integration von Sensoren und Aktoren in Fahrzeugnetzwerken, während FlexRay in sicherheitsrelevanten verteilten Regelungen eingesetzt werden kann.
Ethernet gewinnt an Anteilen
Im Moment gewinnt Ethernet branchenübergreifend an Bedeutung. Dieser Bus wurde bereits in der ersten Hälfte der 1970er-Jahre entwickelt und ist heute der Übertragungsstandard in der IT-Welt. Für industrielle Anwendungen wurde Ethernet so angepasst, dass das System schnell genug ist für die hohen Anforderungen in der industriellen Automatisierung. Zu diesen „Industrial Ethernet“-Protokollen zählt zum Beispiel Profinet, EtherCAT oder Ethernet IP. Wachstumstreiber bei Industrial-Ethernet-Systemen sind höhere Leistung, größere Datenmengen, bessere Echtzeiteigenschaften, die Integration von Safety-Protokollen sowie die Durchgängigkeit in die Büronetzwerke – und damit auch die einfachere Anbindung ans Internet der Dinge und an die Cloud. Um unter anderem auch sicherheitsrelevante Aufgaben steuern zu können, wurde Ethernet weiterentwickelt: Mit TNS (Time Sensitive Networking) wurden eine Reihe von Standards zusammengefasst, die das Ethernet um Funktionen für die Echtzeitübertragung von Daten erweitert.
Herstellerübergreifende Kommunikation
Bei der Integration einer HMI in komplexe Maschinen besteht allerdings das Problem, dass Geräte verschiedener Hersteller angeschlossen werden müssen. Eine Lösung bietet hier der Datenaustausch-Standard OPC-Unified Architecture (OPC-UA). Er wurde in enger Zusammenarbeit zwischen Herstellern, Anwendern, Forschungsinstituten und Konsortien entwickelt. OPC-UA schlägt die Brücke zwischen IP-basierter IT- und Produktionswelt.
Fernsteuerung von Maschinen per Funk
Maschinen, Anlagen und Geräte über eine Funkfernsteuerung zu bedienen, hat viele Vorteile. Eine Funkfernbedienung ermöglicht die freie Wahl des Standortes während eines Prozesses oder einer Aktion. Typische Frequenzbänder für eine Funkfernsteuerung sind 433 MHz und 868 MHz. Das 433-MHz-Frequenzband bietet eine größere Reichweite, allerdings ist das Band aufgrund der hohen Auslastung anfälliger für Störungen als das 868-MHz-Band. Sehr weit verbreitet ist auch die Nutzung des 2,4-GHz-Frequenzbandes. Es ist weltweit frei verwendbar und das einzige Frequenzband, das in allen Ländern ohne Zusatzgenehmigung genutzt werden darf. Der unproblematische Zugang macht die 2,4 GHz sehr populär und vor allem auch für den nicht professionellen Einsatz interessant. Modellbau, Drohnen oder WLAN-Router arbeiten oft auf dieser Frequenz.
Voraussetzung für die Bedienung einer Maschine über eine Fernsteuerung sind stabile Funkverbindungen. Verschiedene Funksysteme verwenden daher LBT-/AFA-Technologien („Listen Before Talk“/„Adaptive Frequency Agility“). Dabei wird zunächst geprüft, ob ein Kanal frei ist. Ist dies der Fall, wird eine Verbindung mittels diesen Kanals aufgebaut. Ist dies nicht der Fall, wird der nächstfolgende Kanal überprüft und gegebenenfalls genutzt. So lassen sich auch Not-Stopp-Funktionen über Funk realisieren.
Vom Consumer Segment in den Profieinsatz
Vorreiter in puncto ergonomischer Bedienoberflächen waren Smartphones und Tablets. Ihre Bedienung ist für viele Menschen heute alltäglich – diesen Vorteil macht man sich zunutze und ermöglicht zunehmend die Steuerung professioneller Anwendungen per mobilem Endgerät. Die Verbindung erfolgt dabei je nach Einsatz über ein WLAN-Modem oder per Bluetooth.
Aus dem Consumer-Bereich ist die USB-Schnittstelle bekannt. Sie wird heute auch in professionellen Anwendungen genutzt, um eine HMI an eine Steuerung oder Zusatzgeräte wie Maus, Tastatur, Signalleuchten oder Fingerabdruckscanner an das Bedienterminal anzuschließen.
