Industrielle Automatisierungssysteme integrieren zunehmend Spracherkennung, um Abläufe zu optimieren und die Ergonomie am Arbeitsplatz in Smart Factories zu verbessern. Moderne industrielle Automatisierung basiert auf fortschrittlichen Edge-Computing-Schnittstellen, speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) und verteilten Leitsystemen (DCS). Durch die Verknüpfung von Protokollen des Industrial Internet of Things (IIoT) mit der Verarbeitung natürlicher Sprache (NLP) ermöglichen Ingenieure eine Echtzeitsteuerung ohne Hände. Diese technologische Verbindung erlaubt es dem Personal, Automatisierungsprozesse in der Fabrik zu steuern und gleichzeitig räumlichen Abstand zu gefährlichen Anlagen einzuhalten.

Verknüpfung von Spracherkennung und Steuerungen der Fabrikautomatisierung

Sprachgesteuerte Steuerungssysteme passen Verbraucher-Sprachtechnologien an industrielle Umgebungen mit schwerer Fabrikautomation an. Moderne Produktionsbereiche erfordern eine Bedienung ohne Hände, um die Sicherheit der Bediener zu erhöhen und den gesamten Prozessdurchsatz zu steigern. Ingenieure installieren Industriemikrofone, um Sprachsignale trotz hoher Umgebungsgeräusche zu erfassen. Dadurch können Bediener kritische Maschinenabläufe ausführen, ohne Bildschirme oder Drucktasten an Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) physisch zu berühren.

Unterstützung von Bedienern in risikoreichen industriellen Automatisierungsumgebungen

Sprachinteraktion bietet in anspruchsvollen Anlagen der industriellen Automatisierung erhebliche Vorteile hinsichtlich Zugänglichkeit und Sicherheit. Bediener mit körperlichen Einschränkungen erhalten umfassende Möglichkeiten, komplexe Maschinen mühelos zu überwachen und zu steuern. Darüber hinaus schützt die Bedienung ohne Hände Techniker, die in Hochspannungsbereichen oder chemisch gefährlichen Umgebungen arbeiten. Der Wegfall des direkten physischen Kontakts verringert Kontaminationsrisiken und minimiert den Verschleiß mechanischer Schalter über längere Produktionszyklen.

Verarbeitung von Sprachprotokollen innerhalb moderner SPS-Logik

Eine Standard-SPS kann akustische Audiosignale nicht nativ direkt über digitale Eingangskarten analysieren. Stattdessen wandelt eine Edge-Computing-Schnittstelle die rohe Sprache in validierte Zeichenfolgenvariablen oder Pakete industrieller Netzwerke um. Das Gerät überträgt diese formatierten Befehlszeichenfolgen über die Protokolle OPC UA, Modbus TCP oder PROFINET an die Steuerung. Anschließend vergleicht die Steuerung die eingehende Zeichenfolge mit vorprogrammierten Logikroutinen, bevor sie diskrete Ausgänge aktiviert.

Einführung von IIoT-Gateways für Fernsteuerungssysteme

Cloudverbundene IIoT-Gateways ermöglichen die Verarbeitung von Sprachbefehlen über sichere Ethernet-Netzwerke. Bediener erteilen Sprachbefehle an Edge-Gateway-Einheiten, die sich viele Kilometer von den zentralen Leitständen entfernt befinden. Zudem verhindern robuste Verschlüsselungsprotokolle unbefugten Zugriff und Befehlsmanipulationen in industriellen Steuerungssystemen. Diese Cloud-to-Edge-Konnektivität ermöglicht es verteilten Teams, den Betrieb mehrerer Anlagen über zentralisierte Sprachschnittstellen zu überwachen.

Umwandlung akustischer Eingaben in Steuerungsbefehle

Geräte zur Sprachumwandlung funktionieren innerhalb industrieller Netzwerke ähnlich wie biometrische Zutrittsleser. Die Edge-Hardware normalisiert die Sprachwellenformen, gleicht phonetische Daten mit strukturierten Wörterbüchern ab und gibt diskrete Datenwerte aus. Anschließend vergleicht die SPS die verarbeitete Zeichenfolge mit definierten Sicherheitsverriegelungen und Berechtigungsmatrizen. Nach erfolgreicher Prüfung aktualisiert das Steuerungssystem Speicherregister, um Motorantriebe, Pumpen oder Aktoren sicher zu starten.

Praktisches Anwendungsszenario: CNC-Bearbeitungslinie mit freihändiger Bedienung

In einer hochpräzisen Fertigungsanlage für die Luft- und Raumfahrt integrierten Ingenieure ein ATHENA-Spracherkennungs-Gateway mit einer Siemens-S7-1500-SPS zur Steuerung einer mehrachsigen CNC-Maschinenzelle:

• Freihändige Entnahmeabläufe: Die Bediener nutzten Sprachbefehle, um die Freigabe hydraulischer Spannvorrichtungen einzuleiten, während sie 40 kg schwere Titanschmiedeteile manuell sicherten, wodurch sich die Zykluszeiten um 18 % verkürzten.
• Echtzeitdiagnose: Techniker fragten während des Betriebs Antriebsparameter mündlich ab. Daraufhin zeigte das DCS die aktuellen Spindelschwingungswerte auf über Kopf angebrachten Monitoren an, ohne die Bearbeitungsabläufe zu unterbrechen.
• Durchsetzung von Sicherheitsprotokollen: Das Sprach-Gateway verlangte vor der Verarbeitung von Notfallbefehlen zum Zurückfahren der Spindel eine sprachbasierte Zwei-Faktor-Validierung. Dadurch wurde eine versehentliche Ausführung verhindert und gleichzeitig eine schnelle Reaktionszeit gewährleistet.

Über den Autor

Li Ming ist Principal Automation Architect und verfügt über 15 Jahre technische Erfahrung in der Entwicklung von DCS-, SPS- und industriellen Netzwerklösungen für globale Prozess- und Fertigungsindustrien. Er ist auf IIoT-Integration, funktionale Sicherheitssysteme und die Optimierung von Mensch-Maschine-Schnittstellen für risikoreiche industrielle Umgebungen spezialisiert.