Bildverarbeitung

 Individuelle Bedienoberflächen mit HTML für die Bildverarbeitung

Passgenaue Visualisierung auf Basis universeller Webtechnologie

20.12.2020 -

An der Schnittstelle zwischen Mensch und Vision-System setzt ein Bildverarbeitungshersteller seit Jahren auf HTML. Das webbasierte HMI läuft im Browser quasi auf ­jeder Hardware. Durch Eintrag der Parameter in eine Textdatei kann der Anwender Bedienober­flächen und Prüfparameter an seine Bedürfnisse anpassen – ganz ohne ­Programmierkenntnisse. Das Beispiel eines Glasflaschenherstellers zeigt, wie weit die Individualisierung gehen kann und welchen Nutzen die Qualitätssicherung davon haben kann.

Die Bedienoberflächen industrieller Bildverarbeitungssysteme müssen viele Anforderungen erfüllen. Maschinenbauer und Anwender wollen zunehmend individuelle Visualisierungen. Sie stellen hohe Ansprüche an Bedienerfreundlichkeit, flexible Sprachanpassung sowie auf ihre spezifischen Bedürfnisse zugeschnittene Servicefunktionen. Der Bildverarbeitungshersteller Vision & Control setzt deshalb bei Steuerung und Bedienoberflächen seiner Geräte konsequent auf eine HTML-basierte Mensch-Maschine-Schnittstelle – sein Web-HMI.
HTML, die Hypertext-Auszeichnungssprache, und ihr Übertragungsprotokoll HTTP sind plattform- und herstellerunabhängige Standards. Sie werden praktisch von allen Betriebssystemen, sei es nun Windows, Android, Linux, Mac OS, und auch vielen pro­prietären HMI-Panels unterstützt. Es muss nur ein Web-Browser darauf laufen. Aus diesem Grund erfreuen sich webbasierte Applikationen einer immer größeren Beliebtheit. Beispielsweise auch in der Hausautomation oder generell dem Internet of Things (IoT). Es liegt also nahe, diese Webtechnologie auch zum Visualisieren und Steuern von industriellen Bildverarbeitungssystemen oder -geräten einzusetzen.
Vision & Control sieht sich hier als Pionier und liefert seinen Web-HMI-Baukasten mit allen Geräten kostenlos aus. Je nach Aufgabe können Systemintegratoren oder Maschinenbauer damit individuelle Benutzeroberflächen zusammenstellen, die ohne weitere Anpassung sowohl auf dem Bedienpanel der Anlage wie auch im Web-Browser des Büro-PCs oder auf dem Tablet laufen. Ohne HTML-Kenntnisse, nur mittels einer Konfigurationsdatei, lassen sich später vom Anwender vorgefertigte Prüfabläufe mit einstellbaren Prüfzonen und -kriterien erstellen.

Flexibles Inspektionssystem in der Glasflaschenproduktion

Just-In-Time-getaktet, gestatten moderne Fertigungsprozesse keine langen Umrüstzeiten. Die industrielle Bildverarbeitung zu Überwachung und Prüfung der Herstellung muss daher äußerst flexibel sein, sich in kürzester Zeit auf neue Aufgaben einstellen lassen. Solange die Hersteller dabei aber auf spezialisierte Dienstleister der Bildverarbeitungsbranche angewiesen sind, haben sie keine Kontrolle über ihre Systeme. Die Produktion und damit deren Erfolg hängt dann davon ab, dass eine externe Firma genau dann Zeit hat, wenn das Produkt umgestellt wird. Das Web-HMI ermöglicht es, dass der Endkunde selbst in seinem vorbereiteten Webinterface ein neues Produkt mit neuen Prüfbereichen, Schwellwerten und Kriterien definiert. Zunächst bedeutet dies zwar etwas Mehraufwand bei der Integration. Doch die damit gewonnene Freiheit zahlt sich bei häufigen Produktwechseln schnell aus.
So etwa bei der Firma Heinz Glas, wo unter anderem in hohen Stückzahlen Glasflaschen in unterschiedlichen Farben und Höhen herstellt werden. Aufgrund der baulichen Gegebenheiten an der Fertigungsstraße können fehlerhafte Produkte nicht sofort am Prüfplatz entnommen werden. Sie werden dort nur markiert und später an einer günstigeren Stelle aussortiert. Vision & Control entwickelte dafür ein Erkennungssystem, das auch mit dem häufig wechselnden Produktportfolio zurechtkommt. Die Web-HMI-Benutzeroberfläche wurde in das Bedienfeld des vorhandenen Siemens-Panels integriert. Neben anderen fertigungstechnisch bedingten Parametern kann der Maschineneinrichter hier nun auch direkt vor Ort die passenden Belichtungszeiten und Auswurfschwellen für die anstehenden ­Flaschenfarben und -größen selbst ein­geben.

Angepasstes Design für intuitive Bedienung

Damit sich das Web-HMI optimal in andere Anwendungen und Benutzerschnittstellen integriert, achteten die Entwickler von Vision & Control darauf, dass sich alle Logos, Schriftgrößen und Farben ändern lassen. Durch die optische Angleichung an bestehende Bedienoberflächen verwischt die Grenze von Bildverarbeitung und Produk­tionssystem. Auch alle Bezeichnungen können in Sprache und Stil per Konfigurationsdatei geändert werden. Dadurch ist dem Nutzer der Umgang mit diesem System von Anfang an vertrauter als ein neutrales mit universellen Begriffen.
Auf Basis von VC Win und Konfigurationsdateien ermöglicht das intelligente Bildverarbeitungssystem ein standardisiertes und effizientes Arbeiten. Das Konfigurationskonzept hält den Programmieraufwand gering, ist strukturiert, kompakt und damit auch auf einfache Inbetriebnahme und Wartung ausgelegt. Auch bestehende Prüfprogramme lassen sich ohne großen Aufwand um das neue Web-HMI erweitern. HTML-programmieren muss der Systemintegrator dafür nicht. Die eigentliche Vernetzung durch die HMI-Panels erfolgt dann über das Einfügen eines Browser-Controls und den Aufruf einer URL. Zudem ermöglicht die Architektur des Web-HMI auch die Visualisierung mehrerer Bildverarbeitungssysteme oder Prüfstationen in einer Oberfläche.
Damit sich das Inspektionssystem dort parametrieren lässt, wo auch die restliche Maschine auf ein neues Produkt eingestellt wird, unterstützt Web-HMI viele Panel-Typen mit ihren teilweise älteren Browsern. So genügt es etwa in den Siemens Comfort & Basic Panels, im Browser-Plugin die entsprechende URL zu hinterlegen. Ähnlich funktioniert dies auch bei Indraworks von Bosch Rexroth oder Opcon. Für Beckhoff-Steuerungen lässt sich über C# das Windows-Browser-Plugin einblenden und dann aufrufen. Mit allen Panel-Herstellern pflegt Vision & Control engen Kontakt und testet die Oberfläche mit den jeweiligen Komponenten. Das Unternehmen ist stolz darauf, solch eine umfassende Unterstützung für diese marktführenden Hersteller geschaffen zu haben.

Maßgeschneiderte Ansichten

Verschiedene Stellen im Produktionsprozess benötigen für ihre Arbeit unter Umständen völlig andere Ansichten vom gleichen Prozess. Der Maschinenbediener vor Ort will vor allem die aktuellen Auswertungen, statistische Produktionsdaten oder Regelkarten sehen. Das Servicepersonal benötigt die letzten Fehlerbilder, aber auch die Option, Ausgänge einzeln zu schalten und Livebilder anzuzeigen. Die Qualitätssicherung schließlich arbeitet in erster Linie mit statistischen Informationen über längere Zeiträume. Damit jede Instanz nur das sieht, was sie braucht, bietet Web-HMI die Möglichkeit, verschiedene Ansichten zu generieren.

Webtechnologie auch ohne Internetanbindung nutzbar

Unter Webtechnologie verstehen wir im Kern den Austausch von HTML-Dokumenten mittels http-Protokoll vom Webserver zum Webclient. Da in diesen Begriffen das Wort Web steckt, wird sie gemeinhin mit einer Internetverbindung, Virengefahr und unerwünschten Fremdzugriffen assoziiert. Das ist aber ein Missverständnis. Ein Webserver kann, aber muss nicht zwangsläufig mit dem Internet verbunden sein. Daher ist Webtechnologie nicht gefährlicher als jedes andere standardisierte Protokoll über Ethernet, etwa Profinet. Große Teile der Bedienung in der SPS-Automatisierungswelt basieren bereits auf einer Webschnittstelle, zum Beispiel Opcon, Codesys Webvisu. Auch eine Siemens S7-1200 kann als Webserver betrieben werden. Der Vorteil liegt darin, dass HTML und damit die Visualisierungs-Software standardisiert ist. Jeder aktuelle Browser oder -plugin kann HTML-Seiten abrufen und darstellen.
Die Gefahr, dass Schadsoftware ein System befällt, besteht natürlich immer. Es ist dabei unerheblich, ob die Geräte über HTTP oder ein anderes standardisiertes Protokoll kommunizieren. Vision & Control ist sich dieses Umstandes bewusst und schützt seine Bildverarbeitungssysteme mit einem schreibgeschützten Betriebssystem, verschlüsseltem Systemzugriff und einer harten Sicherheitsrichtlinie. Diese erlaubt nur sehr begrenzten Zugriff über wenige Schnittstellen. Da eine denkbare Schadsoftware den Schreibschutz sowie die speziellen Sicherheitsvorkehrungen des angepassten Linux-Systems überwinden müsste, wäre dieser Angriff ein zielgerichtet auf Vision & Control-Produkte entwickelter Virus. Ein allgemeiner Virenscanner wäre somit zwecklos. Der Markt liefert jedoch bereits Komponenten in Form von Routern und intelligenten Switchen, mit denen die Kommunikation zwischen zwei Netzwerkteilnehmern reglementiert wird. Dies ist nicht anders als bei jedem anderen Gerät mit Netzwerkanschluss.

Sind alle Browser gleich gut?

Durch die Standardisierung der Webtechnologie ist es eigentlich egal, welchen Browser man verwendet. Allerdings fußt das Web-HMI von Vision & Control auf Googles Framework Polymer. Dies ist eine Bibliothek, um Funktionen auf allen Browsern möglichst gleich darzustellen. Das Framework identifiziert den Browser und verwendet, sofern vorhanden, spezielle schnelle Funktionen. Wenn die fehlen, wird auf langsamere Universalfunk­tionen mit gleichem Endergebnis umgeschaltet. Browser mit der größten Unterstützung von Polymer-Funktionen sind derzeit Google Chrome sowie der Open-Source-Browser Opera. Danach folgt Safari. Am Schluss des Unterstützungsumfangs folgen Internet Explorer 11/Edge und Firefox. Die in HMI-Panels verbauten Browser-Plugins verwenden im Hintergrund in aller Regel einen dieser Browser. Da Polymer auf allen Browsern unter dem Strich das gleiche darstellt, ist das Ergebnis identisch. Chrome und Opera sind bei hohen Taktraten allerdings zu bevorzugen.
Vision & Control arbeitet weiterhin an der Vereinfachung der Nutzerschnittstellen. Das Unternehmen plant bereits Produkte, die mit vorinstalliertem Prüfablauf und fertiger Webschnittstelle ausgeliefert werden. Mit Web-HMI lässt sich dies realisieren. Kunden können diese direkt nutzen oder auf Wunsch auch selbständig modifizieren und gegebenenfalls erweitern.

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