Moderne Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) entwickeln sich weltweit in Fabriken rasant weiter. Herkömmliche resistive Touchscreens ermöglichten es Bedienern, jeweils nur einen einzigen Berührungspunkt zu registrieren. Heute unterstützen Multi-Touch-HMI-Panels intuitive Mehrfingergesten und gleichzeitige Eingaben mehrerer Bediener in anspruchsvollen industriellen Automatisierungsumgebungen.

Überwindung der Einschränkungen von Single-Touch-HMIs in der Fabrikautomation

Herkömmliche industrielle HMIs basieren stark auf resistiven Single-Touch-Technologien. Diese Systeme verarbeiten nur einen Kontaktpunkt und ignorieren nachfolgende Eingaben. Daher müssen Bediener repetitive, menülastige Navigationsabläufe ausführen, um komplexe Fertigungsaufgaben zu steuern.

Darüber hinaus erfordern Single-Touch-Bildschirme häufig externe Eingabegeräte wie physische Tastaturen und Mäuse. Die Integration zusätzlicher Hardware vergrößert die erforderlichen Montageausschnitte, erschwert die Abdichtung von Gehäusen und erhöht den langfristigen Wartungsaufwand. Moderne Produktionsanlagen benötigen vielseitigere Schnittstellenlösungen, um eine hohe Produktivität aufrechtzuerhalten.

Die zugrunde liegende Technik: Projected Capacitive Touch (PCT)

Die Multi-Touch-Funktionalität basiert hauptsächlich auf der Sensortechnologie Projected Capacitive Touch (PCT oder PCAP). Ein mikrofeines Gitter aus leitfähigen Elektroden aus Indiumzinnoxid (ITO) bedeckt das Display entlang der X- und Y-Achse. Ein Mikrocontroller überwacht kontinuierlich das elektrostatische Feld über diesem Gitter mit festen Frequenzen.

Wenn ein Bediener den Bildschirm berührt, verformt der Finger das lokale elektrostatische Feld und verändert die gegenseitige Kapazität. Der interne Prozessor berechnet sofort präzise Koordinaten mehrerer Berührungspunkte über das Matrixgitter. Dadurch verfolgt das System nahtlos komplexe Mehrfingergesten wie Zusammenziehen, Zoomen, Drehen und Wischen gleichzeitig.

Experteneinschätzung: Im Gegensatz zu Smartphones für Endverbraucher verfügen industrielle PCAP-Panels über verstärkte, chemisch gehärtete Glasabdeckungen. Industriehersteller stimmen die Controller-Firmware so ab, dass Berührungen auch dann zuverlässig erkannt werden, wenn Bediener dicke Nitril-, Leder- oder isolierte Arbeitshandschuhe tragen.

Zentrale betriebliche Vorteile für industrielle Leitsysteme

Die Multi-Touch-Technologie optimiert Betriebsabläufe und senkt die Gesamtbetriebskosten durch wichtige technische Vorteile:

• Schnellere Einarbeitung der Bediener: Bediener steuern industrielle Bildschirme mit vertrauten Gesten aus dem Verbraucherbereich, etwa zum Vergrößern und Verkleinern. Dadurch verkürzen Werksleiter die Schulungszeiten für neue technische Mitarbeiter.
• Optimiertes HMI-Design: Entwickler fassen mehrere Untermenüs in einzelnen interaktiven Bildschirmen mit dynamischen Pop-ups zusammen. Dadurch erstellen Ingenieure schlankere und übersichtlichere HMI-Anwendungsprogramme.
• Hardware-Konsolidierung: Multi-Touch-Displays machen externe Tastenfelder, Trackballs und mechanische Drucktaster überflüssig. Dadurch sparen Schaltschrankbauer Platz im Gehäuse und senken die Montagekosten.
• Höhere Umweltbeständigkeit: Solid-State-PCAP-Bildschirme verfügen über nahtlose Glasoberflächen, die gegen Staub, Öle, Chemikalienspritzer und mechanischen Verschleiß beständig sind.

Vergleichende Analyse: Single-Touch- und Multi-Touch-HMI-Systeme

Für die Auswahl der geeigneten Schnittstellenarchitektur müssen bestimmte betriebliche Eigenschaften bewertet werden:

Anwendungsszenario: Multi-User-SCADA-Überwachung in Chemieanlagen

Betrachten wir eine komplexe chemische Destillationsanlage, die von einem verteilten Leitsystem (DCS) und hochauflösenden industriellen PCAP-Panels gesteuert wird.

Umsetzungsstrategie

• Sicherheitsüberprüfung: Das Leitsystem erfordert eine Zweihand-Sicherheitsgeste: Ein Sicherheits-Schlüsselsymbol muss mit einer Hand gedrückt gehalten werden, während mit der anderen ein Betätigungsschalter angetippt wird, um gefährliche Ventilsequenzen einzuleiten.
• Detaillierte Überwachung: Ingenieure vergrößern Rohrleitungs- und Instrumentierungsdiagramme (P&ID) mit einer Pinch-to-Zoom-Geste, um Druckregelkreise in Echtzeit zu prüfen, ohne den Überblick über den gesamten Prozess zu verlieren.

Betriebliche Ergebnisse

Die duale Touch-Sicherheitsbestätigung verhindert versehentliche Ventilbetätigungen vollständig. Darüber hinaus können Anlageningenieure Prozessalarme bis zu 40 % schneller eingrenzen, indem sie sofort in die betroffenen Systemabschnitte hineinzoomen.

Über den ursprünglichen Autor

Chen Ming ist leitender Automatisierungsingenieur und Spezialist für Mensch-Maschine-Schnittstellen mit über 15 Jahren Praxiserfahrung in industriellen Leitsystemen. Er ist auf die Entwicklung robuster Bedienerschnittstellen, visueller SCADA-Architekturen und hochverfügbarer Steuerungsarchitekturen für Automobilmontagelinien, Erdölraffinerien und Energieversorgungsunternehmen in Asien und Nordamerika spezialisiert.