De HMI – niet de besturing

Gebruiksgemak, ontwerp en ergonomie zijn eisen die heden ten dage worden gesteld aan moderne websites en smartphones. Met omvangrijke multidisciplinaire teams wordt in de computer- en telefoniewereld dagelijks alles op alles gezet om voortdurend state of the art technologie te kunnen leveren. In razend tempo volgt de ene technologische ontwikkeling de andere op. Kosten noch moeite worden gespaard om de concurrentie voor te blijven. Ook operators van machines stellen steeds hogere eisen aan de technologie waarmee ze dag in, dag uit werken. Niet alleen moet deze technologie uitermate betrouwbaar zijn, maar bij voorkeur ook intuïtief net als bij smartphones. Een groot contrast met de consumentenwereld is echter dat er in de machinebouw geen omvangrijke ontwikkelteams klaar staan waarop ze kunnen terugvallen. En dat terwijl er wel een toenemende vraag naar is. Om dit gat te dichten heeft B&R ‘easy to use’-tools ontwikkeld. Tools die te gebruiken zijn in combinatie met het al bestaande software-ontwikkelpakket Automation Studio.

Machinebouw

Indrukwekkende grafische plaatjes en multi-touch navigatie maken dan wellicht indruk op smartphonegebruikers, maar voor operators is dit bij lange na niet afdoende. In de machinebouwwereld is het namelijk van cruciaal belang dat een HMI direct bijdraagt aan de primaire doelstellingen van een organisatie, namelijk maximale productiviteit en minimale stilstand. Om aan deze doelstellingen te kunnen voldoen is het essentieel dat de juiste informatie op het juiste moment op de juiste plaats is. Met andere woorden: kritische meldingen als bijvoorbeeld storingsmeldingen en tijdelijke stroomuitval moeten ongeacht het tijdstip direct bij de juiste verantwoordelijke terecht komen; of de informatie nu moet worden weergegeven op een PC aan een productielijn of op een smartphone of tablet van de operator die op afstand de lijn monitort.

Met mapp View zijn al deze uitdagingen te ondervangen, doordat deze tool voor 100% is ontwikkeld op basis van bekende webstandaarden. De technologieën die schuil gaan achter het wereldwijde web zijn op een zodanige wijze ingericht dat het voor de content niet meer uitmaakt op welk medium de informatie uiteindelijk gepresenteerd wordt en/of voor welke specifieke doelgroepen. Dit in tegenstelling tot voorheen, toen voor elk mogelijk medium waarop de informatie moest worden getoond aparte pagina’s moesten worden ontworpen. Niet alleen zeer kostbaar, maar ook tijdrovend. Met mapp View is dat voortaan niet meer nodig.

‘Widgets’

Evenals bij de ontwikkeling van webapplicaties, maakt mapp View gebruik van HTML 5, CSS3 en JavaScript en integreert zo webtechnologie in een engineeringsomgeving. Terwijl het wereldwijde web voortdurend onderhevig is aan veranderingen, is de technologie die schuil gaat achter alle webapplicaties nagenoeg onveranderd gebleven. Zo zijn HTML-pagina’s die 20 jaar geleden zijn gemaakt, nog steeds te zien in hedendaagse browsers. Voor de ontwikkelaars van mapp View, was dit dan ook reden om te werken met gangbare webtechnologie. Eenmaal gebouwde pagina’s hoeven dan namelijk niet meer constant te worden geüpdatet. Zelfs niet als er nieuwe versies uitkomen van de HMI-software.

Doordat mapp View benaderbaar is via Automation Studio, hoeven ontwikkelaars van industriële besturingen bij machinebouwers geen kennis meer te hebben van bovengenoemde webtechnologieën. In plaats daarvan kunnen ze eenvoudigweg intuïtieve HMI-pagina’s bouwen in Automation Studio. Alle benodigde grafische functionaliteit is ondergebracht in modulaire ‘widgets’, die via ‘drag and drop’ naar eigen inzicht op de juiste positie op een pagina kunnen worden geplaatst en vervolgens kunnen worden geconfigureerd. Standaard zijn de widgets – op zichzelf staande programmadeeltjes – beschikbaar met een uniforme ‘look and feel’. Naar keuze is het echter ook mogelijk om deze geheel in een eigen huisstijl uit te voeren.

Modulaire architectuur

Net als bij webapplicaties is bij mapp View de content gescheiden van de vormgeving. Zelfs nadat de content van de HMI-applicatie is voltooid en de functionele testen zijn uitgevoerd, is het nog mogelijk de vormgeving in het kader van bijvoorbeeld gebruiksvriendelijkheid verder te optimaliseren. De applicatie zelf wijzigt daarbij niet. Verder zijn niet alleen de content en de vormgeving gescheiden in mapp View, maar ook de machinebesturing en het programmeren van de HMI-applicatie. Doordat deze steeds opnieuw kunnen worden hergebruikt en aangepast, leent deze nieuwe tool zich bij uitstek voor het inrichten van flexibele, modulaire machinearchitecturen. Omdat mapp View volledig is geïntegreerd in Automation Studio, kunnen ook besturingssystemen van andere fabrikanten relatief eenvoudig worden gekoppeld aan de HMI via het open protocol OPC UA. Deze aanpak leidt enerzijds tot het verbeteren van de kwaliteit van machinearchitecturen in het algemeen, en anderzijds tot een verlaging van de onderhoudskosten in het bijzonder.

 

De X20BC008U-buscontroller verzamelt data van alle aangesloten I/O-modules en functioneert als een OPC UA-server.

Grote gevolgen

Want zijn machine en bijbehorende HMI-applicatie eenmaal in bedrijf, dan kunnen de kleinste aanpassingen grote gevolgen hebben. "Kijk je naar de levensduur van een machine, dan geef je veel meer uit aan het aanpassen en onderhouden van de software, dan je in eerste instantie hebt gedaan om de software te ontwikkelen", aldus Wolfgang Portugaller die aan het hoofd staat van B&R’s systeemarchitecten. Behalve de directe kosten voor een bezoek op locatie, kunnen daar aardig wat secundaire kosten bijkomen als een machine of zelfs de hele productielijn moet worden stilgezet. Of als de software-update tot nieuwe fouten in het systeem leidt. OEM-ers zijn daarom op zoek naar manieren om software eenvoudiger en goedkoper te kunnen onderhouden.

Wolfgang Portugaller, B&R’s hoofd Systeemarchitectuur:".,.architectuur van de visualiseringssoftware van (…) grote invloed op het onderhoud van een complete machine of installatie."

"Conventionele HMI-oplossingen zijn nauw verweven met de machinetoepassing", legt Portugaller uit. "Dit betekent dat als je de besturingslogica wijzigt, je ook de HMI-applicatie moet updaten. Omgekeerd precies hetzelfde: als je de userinterface (UI) gebruiksvriendelijker maakt, moet je de besturingslogica ook aanpassen." Om bijvoorbeeld de waarde van een procesvariabele weer te geven, moet de variabele zelf vaak direct aan het UI-element zijn gekoppeld. Dat is geen punt als de machine ongewijzigd 20 jaar blijft draaien. Maar dat is zelden het geval. Procesvariabelen krijgen een andere benaming; UI-schermen worden gewijzigd; nieuwe gebruikers worden toegevoegd. Zelfs een kleine aanpassing kan een verrassende hoeveelheid herprogrammeerwerk opleveren.

Strikte scheiding

Een manier om dat te voorkomen is voor het softwareontwerp dus het principe ‘Separation of Concerns’ (SoC) te hanteren. Als het over HMI-software gaat betekent dit een strikte scheiding tussen de layout van de UI-schermen en de data die daarop wordt weergegeven. "We hebben dit principe consequent toegepast op elk aspect van onze de nieuwe HMI-oplossing mapp View", aldus Portugaller. De communicatie tussen de besturing en de HMI-applicaties is bij mapp View gebaseerd op de open OPC UA-standaard. Om bijvoorbeeld een temperatuurwaarde weer te geven, roept de HMi-applicatie niet de procesvariabele in de besturingsapplicatie aan, maar de waarde die afkomstig is van de OPC UA-server in de machinecontroller.

Metadata

"De voordelen van een dergelijke architectuur komen vooral naar voren als het tijd wordt een van de componenten te hergebruiken, een nieuwe versie van de machine te bouwen of wijzigingen door te voeren", licht Portugaller toe. Om het bereik van de waarde van een procesvariabele aan te passen – zelfs als die op tien verschillende UI-schermen wordt weergegeven – volstaat één wijziging in de OPC UA-server. Zo kan je fouten door ‘knippen en plakken’ en eventueel vergeten schermen bijna helemaal voorkomen.

Het gebruik van OPC UA heeft bovendien een belangrijk voordeel. OPC UA geeft ook contextuele informatie in de vorm van metadata in plaats van ruwe data. Je krijgt voor een temperatuurvariabele niet alleen de numerieke waarde, maar ook de fysische eenheid om de waarde te kunnen interpreteren. De kans op omrekenfouten wordt zo vermeden. De eenheid kan met een klik of aanraking op het HMI-scherm worden omgezet, onafhankelijk van de eenheid die in de besturingsapplicatie wordt gebruikt.

Mapp View omvat alle benodigde tools voor het programmeren van intuitieve HMI-oplossingen.

Grote invloed

Ook het instellen van grenswaarden is handig. De visualisering geeft de bediener direct een melding mocht de ingegeven waarde buiten het toegestane bereik liggen, zonder dit uit de machine-applicatie te moeten halen. Wordt in het kader van onderhoud bijvoorbeeld een machine gevuld met een nieuw koelmiddel, dan worden de grenswaarden in de machineapplicatie aangepast. De OPC UA-server in de machinebesturing geeft deze waarden vervolgens automatisch door aan de visualisering.

Bij het instellen van grenswaarden spelen ook de gebruikersrechten een belangrijke rol, stelt Portugaller. De informatie welke gebruikersrol welke veranderingen van een waarde mag doorvoeren wordt met de OPC UA-metadata meegeleverd. Met B&R’s gebruikersmanagementsysteem kunnen rollen, rechten en gebruikers eenvoudig worden beheerd. "Je kunt vrijelijk tijdens bedrijf gebruikers toevoegen en rollen toewijzen wanneer je maar wilt. In het managementsysteem zelf hoef je niets aan te passen."

De visualiseringsoplossing is een optioneel bestanddeel van Automation Studio – vanaf versie 4.2.5 LTS. Een selectief gezelschap gebruikt mapp View nu ongeveer een jaar en de eerste machines zijn nu in gebruik en geservicet. "Onze klanten zijn enthousiast over de eenvoud van het softwareonderhoud met mapp View", meldt Portugaller. "Ze hadden niet verwacht dat de architectuur van de visualiseringssoftware van zo’n grote invloed op het onderhoud van een complete machine of installatie is."

http://www.br-automation.com/