Visualisierung und Edge-Vernetzung mit Pro-face™-HMIs von Schneider Electric

Industrielle Bedienterminals müssen zuverlässig die Visualisierung und Steuerung von automatisierten Infrastrukturen und Roboteranlagen übernehmen und dabei auch rauen Bedingungen standhalten. Ingenieure bevorzugen IIoT-fähige HMIs, die mehrere Displaygrößen bieten, einen energieeffizienten Betrieb unterstützen und für längere Einsätze ausgelegt sind.

Dieser Artikel zeigt, wie das Pro-face-HMI-Portfolio von Schneider Electric die Automatisierungsanforderungen in den Bereichen Verpackung, Materialtransport, Montage und Prozessanwendungen unterstützt. Die ST6000-Modelle (z. B. PFXST6500WADE) bieten hochauflösende TFT-Displays, geringen Stromverbrauch, LED-Hintergrundbeleuchtung und IP65F-Zertifizierung. Webbasierte STW6000-Terminals (z. B. PFXSTW6200WAD) machen den PC überflüssig und ermöglichen die Fernvisualisierung über Standard-Webbrowser. Für Anwendungen, die eine Onboard-Logik erfordern, kombinieren die STC6000-Einheiten (z. B. PFXSTC6300TADDKE) HMI- und Steuerungsfunktionen auf einem einzigen Hardware-Footprint.

Die Pro-face-HMIs unterstützen HTML5-Visualisierung, mehrere Ethernet- und serielle Schnittstellen sowie gängige Industrieprotokolle wie OPC UA, MQTT und Modbus. Eine große Auswahl an Bildschirmgrößen, Montageformaten und Zubehör ermöglicht die problemlose Integration in OEM-Geräte, Upgrades und nachgerüstete Panels. Die IP-geschützte Konstruktion, die weiten Temperaturbereiche und die optionale Schutzbeschichtung unterstützen Umgebungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, bei der Materialhandhabung und der Prozesssteuerung, während gleichzeitig eine einheitliche Benutzeroberfläche für alle aufeinanderfolgenden Modelle beibehalten wird.

HMI-Anforderungen in der industriellen Automatisierung

Automatisierte Industrieanlagen sind auf Bedienterminals angewiesen, um die Lücke zwischen der Produktionshardware und den Überwachungssystemen zu schließen. HMIs müssen eine zuverlässige Visualisierung, vorhersehbare Reaktionszeiten bei der Eingabe und eine deterministische Kommunikation mit SPS, Antrieben und dezentralen I/O bieten. Die Erwartungen in den Betrieben sind einheitlich: schnelle Bildschirmaktualisierungen, intuitive Benutzeroberflächen, eine robuste Konstruktion und verlängerte Produktlebenszyklen, die die Wartungsplanung vereinfachen.

Die Netzwerkanbindung bestimmt zunehmend die Auswahl der HMI, da Fabriken IIoT-Architekturen einführen und datengesteuerte Optimierung implementieren. Maschinen, die früher als isolierte Anlagen betrieben wurden, interagieren jetzt mit IT- und OT-Systemen für Diagnose, Fernzugriff und Analysen. Dies erfordert eine HTML5-Visualisierung für den browserbasierten Zugriff und Industrieprotokolle wie OPC UA, MQTT und Modbus für den Datenaustausch mit Historianern, SCADA-Systemen und Cloud-Plattformen. Da sich die Systeme weiterentwickeln, verringern Abwärtskompatibilität und Firmware-Kontinuität den Bedarf an Revalidierung und Integrationsaufwand.

Überlegungen zu Umwelt und Hardware

Auch die Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen ist eine zentrale Anforderung an HMI. Lebensmittel- und Getränkelinien, Verpackungssysteme und Kioske im Freien setzen Terminals routinemäßig Waschchemikalien, großen Temperaturbereichen, Staub und Vibrationen aus. IP-konforme Abdichtung, LED-Hintergrundbeleuchtung, große Betriebstemperaturbereiche und optionale Schutzbeschichtung schützen vor ungeplanten Ausfallzeiten.

Der Platzbedarf für die Schalttafel, das Energiebudget und die Kosten für die Stückliste sind weitere Kriterien für die Auswahl der HMI. Die Terminals müssen ausreichende Verarbeitungsressourcen und Kommunikationsanschlüsse ohne unnötige Hardware bereitstellen. Viele OEMs standardisieren modulare Produktfamilien, die für alle Displaygrößen und Leistungsstufen eine gemeinsame Entwicklungsumgebung nutzen, was die Bereitstellung und den langfristigen Support vereinfacht. Das Pro-face-Portfolio von Schneider Electric erfüllt diese Anforderungen durch drei HMI-Kernfamilien, die jeweils für bestimmte Einsatzszenarien optimiert sind.

Auf Visualisierung ausgerichtete Terminals (Serie ST6000)

Die Pro-face-Serie ST6000 von Schneider Electric bietet eine Panelmontierte HMI-Architektur für Maschinen, die eine lokale Visualisierung ohne integrierte Steuerungslogik erfordern. Hochauflösende TFT-Displays und LED-Hintergrundbeleuchtung gewährleisten die Sichtbarkeit bei wechselndem Umgebungslicht und während der Reinigung und reduzieren gleichzeitig die Wärmebelastung und den Stromverbrauch in geschlossenen Gehäusen. Die Frontplatten entsprechen der Schutzart IP65F und sind staub- und spritzwassergeschützt sowie resistent gegen Reinigungschemikalien, was den Einsatz in der Lebensmittel-, Getränke- und Fördertechnik erleichtert.

Abbildung 1. Das Basis-HMI Pro-face ST6000 von Schneider Electric bietet eine lokale Visualisierung mit einem hellen TFT-Display, einer Frontabdichtung nach IP65 und einer stromsparenden LED-Hintergrundbeleuchtung, die einen effizienten Betrieb in geschlossenen Gehäusen gewährleistet. (Bildquelle: Schneider Electric)

Die ST6000-Plattform umfasst mehrere Bildschirmgrößen und Seitenverhältnisse und ermöglicht ein einheitliches Schnittstellenlayout für kompakte OEM-Maschinen und große Bedienerstationen. Standard-Montageoptionen ermöglichen einen sofortigen Austausch bei Aufrüstungen oder Nachrüstungsprojekten, und gemeinsame Software-Tools verringern den technischen Aufwand, wenn Varianten an verschiedene Regionen oder Kunden geliefert werden. Da die Schnittstelle über alle Modelle hinweg konsistent bleibt, müssen Bediener und Techniker bei Aktualisierungen der Geräte weder die Navigation noch die Handhabung von Alarmen neu erlernen.

Die Vernetzung unterstützt moderne und ältere Geräte durch mehrere Ethernet-Ports, RS-232/485-Schnittstellen und SD-Karten für die Protokollierung, Datenübertragung und direkte Integration mit SPS und Antrieben. Die HTML5-Visualisierung ermöglicht einen browserbasierten Zugriff zur Diagnose oder Fernunterstützung und macht eine spezielle Client-Software überflüssig.

Die kompakte Hardware trägt zur Verringerung der Schaltschranktiefe bei, und die Softwareumgebung Pro-face BLUE von Schneider ermöglicht die Wiederverwendung von Bildschirmobjekten, Alarmbannern und Trenddiagrammen und verkürzt so die Inbetriebnahme. Für Maschinenbauer, die langlebige, stromsparende Terminals mit lokaler Visualisierung und langen Verfügbarkeitsfenstern benötigen, bietet die ST6000-Serie eine standardisierte Plattform ohne unnötige Steuerungshardware.

Browserbasierte Visualisierung (Serie STW6000)

Die Serie Pro-face STW6000 von Schneider Electric bietet eine webbasierte HMI-Architektur für Geräte, die Fernzugriff und vereinfachte Wartung erfordern. Die Terminals stellen HTML5-Bildschirme in einem Standardbrowser dar, so dass Bediener und Techniker von Tablets oder Laptops aus auf dieselbe Schnittstelle zugreifen können, ohne dass eine Client-Software erforderlich ist. Dadurch verringert sich der Zeitaufwand für die Fehlerdiagnose oder die Unterstützung verteilter Anlagen.

Abbildung 2. Das Web-HMI Pro-face STW6000 von Schneider Electric bietet HTML5-basierte Browser-Visualisierung und zentralisierte Updates, die IIoT-Architekturen und Ferndiagnosen über verteilte Anlagen hinweg ermöglichen. (Bildquelle: Schneider Electric)

Die STW6000-Hardware verfügt über die gleichen industriellen Eigenschaften wie die ST6000-Plattform, einschließlich IP-geschützter Frontplatten, LED-Hintergrundbeleuchtung und eines weiten Betriebstemperaturbereichs. Diese Konsistenz ermöglicht es OEMs, die Visualisierung für Geräte zu standardisieren, die sanitäre Waschbereiche, Gehäuse mit hoher Luftfeuchtigkeit und allgemeine Verpackungs- oder Materialhandhabungsmaschinen umfassen. Das Design eignet sich für eine versenkte Montage und flache Gehäuse, wodurch die Tiefe der Schalttafel in Maschinen mit begrenztem Platzangebot reduziert werden kann.

Da die Visualisierung Standard-Webtechnologien verwendet, werden Bildschirm- und Diagnose-Updates zentral verteilt. Ingenieurteams können Schnittstellenänderungen vornehmen, ohne jede einzelne Maschine besuchen zu müssen, wodurch sich die Inbetriebnahmezeit bei Installationen mit mehreren Linien verkürzt und die Effizienz von Nachrüstungen verbessert. Bediener und Wartungspersonal können Fehler effizienter beheben, indem sie von jedem vernetzten Gerät mit entsprechenden Zugriffsrechten auf Alarme, I/O-Status und Konfigurationsdaten zugreifen.

Die STW6000-Kommunikation unterstützt moderne IIoT-Architekturen. Die Terminals arbeiten mit OPC UA, MQTT und Modbus für den direkten Datenaustausch mit SPSen, SCADA-Servern und Cloud-Analytik. Ethernet-Ports ermöglichen die Segmentierung oder Isolierung von Steuer- und Servicenetzen, während serielle Schnittstellen die Verbindung zu älteren Geräten herstellen.

Für Fördersysteme, Bestückungsanlagen, kleine Verpackungsmodule oder dezentrale OEM-Maschinen bietet die STW6000-Serie eine Visualisierung ohne den Overhead eines PCs. Der browserbasierte Zugriff reduziert den Aufwand für Support-Tools, standardisiert die Schnittstelle für alle Geräte und ermöglicht eine zentrale Wartung für verteilte Anlagen.

Integrierte Logik und Steuerung (Serie STC6000)

Einige automatisierte Anlagen erfordern eine Visualisierung und lokale Steuerung ohne die Kosten oder den Platzbedarf einer separaten SPS und HMI. Die Pro-face-Serie STC6000 von Schneider Electric integriert HMI-Funktionalität und Onboard-Logik in einer einzigen Plattform, was die Anzahl der Komponenten reduziert und das Layout der Schalttafeln vereinfacht. Dieser Ansatz ist besonders effektiv für kompakte Maschinen, isolierte Förderanlagen und eigenständige Automatisierungszellen, bei denen Platz und Verdrahtungsaufwand begrenzt sind.

Abbildung 3. Das Pro-face STC6000 von Schneider Electric integriert Logik und Visualisierung in einem einzigen, kompakten Terminal und minimiert so die Verdrahtung und Steuerungshardware für modulare oder eigenständige Automatisierungssysteme. (Bildquelle: Schneider Electric)

Die STC6000-Einheiten verfügen über die gleichen hochauflösenden TFT-Displays, LED-Hintergrundbeleuchtung und IP-geschützten Frontplatten wie die ST6000-Plattform. In einer vertrauten Entwicklungsumgebung können Ingenieure Bildschirme, Alarme, Trendobjekte und Datenprotokollierung konfigurieren und gleichzeitig das Steuerungsverhalten in derselben Toolchain programmieren. Anstatt eine diskrete Steuerung zu verdrahten, werden die I/Os direkt auf lokale oder vernetzte Module abgebildet, wodurch die Montagezeit minimiert und die Anzahl der zu wartenden Feldgeräte reduziert wird.

Die integrierte Logik bietet deterministische Leistung für grundlegende Sequenzierungs-, Verriegelungs- und Maschinensicherheitsfunktionen, die keine vollständige SPS erfordern. In Kombination mit Ethernet- und seriellen Schnittstellen koordiniert das Terminal Antriebe, Sensoren und vorgelagerte Steuerungen und behält dabei die lokale Autorität über Start-/Stopp-Befehle, Sollwerte und Alarmverarbeitung. Für OEMs, die modulare Geräte liefern, ermöglicht diese Architektur standardisierte Designs, die als unabhängige Stationen funktionieren oder an größere Automatisierungsnetzwerke angeschlossen werden können.

Die Netzwerkprotokolle folgen der breiteren Pro-Face-Palette. Die STC6000-Terminals unterstützen OPC UA, MQTT und Modbus für den Datenaustausch mit SCADA-, MES- und Cloud-Analysesystemen, so dass Maschinendiagnosen und Produktionsmetriken ohne externe Gateways erfasst werden können. Der Browser-basierte Zugriff ermöglicht Fernwartung und Überwachungsvisualisierung und bietet eine einheitliche Schnittstelle für verschiedene Bildschirmgrößen.

Für Anwendungen, bei denen eine herkömmliche HMI-plus-SPS-Architektur zusätzliche Kosten, Verdrahtung oder Gehäusetiefe verursacht, bietet die STC6000-Serie eine kombinierte Lösung auf einer einzigen Montagefläche. Dies reduziert die Komplexität der Stücklisten, beschleunigt die Inbetriebnahme und bietet einen klaren Migrationspfad, wenn OEMs die Funktionalität der Geräte im Feld erweitern.

Die Auswahl der optimalen HMI

Die Auswahl der HMI richtet sich nach den Visualisierungsanforderungen, den Umgebungsbedingungen, der Netzwerkarchitektur und dem verfügbaren Platz auf dem Bedienfeld. Für Geräte, die nur eine lokale Bedienerinteraktion erfordern, bietet die Pro-face-Serie ST6000 eine effiziente Option für den Schalttafeleinbau. Maschinen, die in Gehäusen mit begrenzter Tiefe oder in Bereichen mit hohen Temperaturen eingesetzt werden, profitieren von der stromsparenden LED-Hintergrundbeleuchtung, die die Wärmebelastung reduziert.

Für verteilte oder ferngewartete Anlagen bietet das Pro-face STW6000 einen browserbasierten Zugriff über Standardgeräte und vereinfacht so Diagnose und Updates. Wenn sowohl Visualisierung als auch lokale Steuerung erforderlich sind, integriert das Pro-face STC6000 die Logik- und HMI-Funktionalität in einer einzigen Plattform, wodurch die Verdrahtung und die Größe des Gehäuses reduziert werden, während die deterministische Sequenzierung und die Alarmverarbeitung erhalten bleiben.

Auch Umwelt- und Lebenszyklusfaktoren sind für die Auswahl entscheidend. Die IP65F-zertifizierten Frontpanels, die große Temperaturtoleranz und die optionale Schutzbeschichtung ermöglichen den Betrieb in rauen Wasch- oder staubigen Umgebungen. Die erweiterte Produktverfügbarkeit der Pro-Face-Produktreihe ermöglicht es OEMs, konsistente Schnittstellen über aufeinanderfolgende Maschinengenerationen hinweg beizubehalten und so den Aufwand für Revalidierung und Umschulung zu minimieren.

Tabelle 1 fasst die wichtigsten Anwendungsumgebungen zusammen und zeigt die optimale HMI-Serie für jeden Anwendungsfall auf.

Zielanwendungen Empfohlene Serien Wichtige Vorteile Lokale Bedienfelder, Maschinen für allgemeine Zwecke ST6000 Kompakter Formfaktor, geringer Stromverbrauch, konsistente Visualisierung über alle Displaygrößen hinweg Verteilte oder entfernte Systeme, die eine Ferndiagnose erfordern STW6000 Browserbasierter HTML5-Zugriff, zentralisierte Updates, IIoT-fähige Protokolle Kompakte oder eigenständige Geräte, die sowohl Visualisierung als auch Steuerung erfordern STC6000 Integrierte Logik und Visualisierung, reduzierte Verdrahtung, einzelner Montage-Footprint Lebensmittel-, Getränke- und Prozessumgebungen ST6000/STC6000 IP-geschützte Abdichtung, LED-Hintergrundbeleuchtung, großer Betriebstemperaturbereich Mehrspurige oder modulare OEM-Plattformen Alle Serien Gemeinsame Entwicklungswerkzeuge und Bildschirmbibliotheken, Kontinuität auf Plattformebene

Tabelle 1: Empfohlene Pro-face-Serien für einige Zielanwendungen.

Fazit

Die Pro-Face-Terminals von Schneider Electric bieten eine skalierbare HMI-Plattform für OEMs und Maschinenbauer, die eine zuverlässige Visualisierung, moderne Vernetzung und eine erweiterte Produktverfügbarkeit benötigen. Die ST6000-Serie bietet traditionelle Bedienerschnittstellen für den Schalttafeleinbau, die STW6000 ermöglicht einen browserbasierten Zugriff ohne PC-Abhängigkeiten, und die STC6000 vereint Visualisierung und Logik in einem einzigen Gerät für kompakte Anlagen. Mit HTML5-Visualisierung, Industrieprotokollen und IP-geschützter Konstruktion unterstützt das Portfolio Verpackungs-, Materialhandhabungs-, Lebensmittel-, Getränke- und Prozessanwendungen unter Beibehaltung konsistenter Benutzeroberflächen bei aufeinanderfolgenden Modellen.