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Industrie-PCs

Technik der Flüssigkristall-Bildschirme für den Einsatz in industriellen Umgebungen

| Autor/ Redakteur: Tom Behnke* / Holger Heller

Die Flexibilität von Bürocomputern, unterschiedliche Anwendungen auszuführen, macht sie zu attraktiven Plattformen für industrielle Umgebungen. Eine typische Produktionsumgebung ist jedoch nicht für Bürocomputer geeignet. Die Gegenwart von Staub, Wasser, Hitze oder Chemikalien kann die Gesamtkosten für die Nutzung eines Büro-PCs in einer industriellen Umgebung erhöhen.

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SealTouch15 von GE Fanuc: für den Betrieb bis 50 °C Umgebungstemperatur entwickelt
SealTouch15 von GE Fanuc: für den Betrieb bis 50 °C Umgebungstemperatur entwickelt
( Archiv: Vogel Business Media )

Für einige industrielle Anwendungen werden sogar zusätzliche Zertifizierungen wie ATEX Zone 2 benötigt. Dafür sind noch teurere Gehäuse und zusätzliche Wartungskosten erforderlich. Hinzu kommen Platzbeschränkungen, die es nicht erlauben große Schaltschränke oder Gehäuse einzusetzen. Mit weiteren Herausforderungen ist dabei zu rechnen. Neben den Überlegungen zur Auswahl des Computers muss auch der Bildschirm zur Anwendung passen. Röhrengeräte sind groß, schwer abzudichten; sie benötigen viel Leistung und damit Kühlung. In einer staubigen Umgebung ist gut gefilterte Luft erforderlich.

LCDs (Flüssigkristallanzeigen) bieten in industriellen Anwendungen daher Vorteile. Die flachen Bildschirme sind klein, lassen sich in vorhandene Anwendungen einbauen und versiegeln. Wegen des geringen Stromverbrauchs der Aktiv-Matrix-TFT-Bildschirme entsteht wenig Wärme, weshalb sich unter den meisten Bedingungen eine aktive Kühlung erübrigt. Flache Bildschirme bieten einen weiteren Vorteil: Sie lassen sich mit einer berührungssensitiven Oberfläche ausrüsten. Meist kann deshalb auf Tastaturen oder Mäuse verzichtet werden.

Die Kontrastverhältnisse spielen eine wichtige Rolle

Bei Flachbildschirmen ist aber auch die Beleuchtung unter den Betriebsbedingungen zu berücksichtigen. Die verschiedenen Hersteller bieten unterschiedliche Beleuchtungstechniken an. Es genügt nicht, nur die den Lichtbedingungen entsprechende Helligkeit zu berücksichtigen. Auch die Kontrastverhältnisse (je höher desto besser) sind zu beachten. Die Bildschirmhelligkeit wird in den USA üblicherweise in „nits“ (1 nit = 1 cd/m²) angegeben.

Bild 1: Verschiedene Techniken werden eingesetzt, um die Lesbarkeit von passiv verbesserten Touch-Bildschirmen zu maximieren (Archiv: Vogel Business Media)

Viele Hersteller bieten helle Bildschirme bei geringem Kontrast an. Das ergibt dann ein helles, aber verwaschenes Bild. Die transflektive Technik (passive Verbesserungen) maximiert die Lesbarkeit eines berührungssensitiven Bildschirms und ist damit die beste Wahl für die meisten Anwendungen. Verschiedene Techniken werden eingesetzt, um die Lesbarkeit von passiv verbesserten Bildschirmen zu maximieren (Bild 1):

  • Der Berührungsbildschirm selbst sollte mit einer blendfreien Oberfläche, sowie mit einer blendfreien Beschichtung an der Vorder- und Rückseite des LCD ausgerüstet sein, um ein besseres Kontrastverhältnis zu bieten.
  • Das LCD sollte mit einem Film an der transflektiven Hintergrundbeleuchtung versehen sein, um die maximale Lichtmenge vom Hintergrund durch die vordere Oberfläche zu reflektieren.

Auswahlkriterien für Berührungsbildschirme

Bei der Vielfalt an Berührungsbildschirm-Techniken sollten bei der richtigen Auswahl folgende Fakten berücksichtigt werden:

  • Wird der Bediener den Bildschirm mit dicken Arbeitshandschuhen oder mit den bloßen Händen berühren?
  • Müssen Chemikalien aus der Umgebung oder an den Händen oder Handschuhen des Bedieners berücksichtigt werden?
  • Gibt es Staub in der Umgebung und scheuert dieser?
  • Die Möglichkeit, dass ein Anwender auf den Berührungsbildschirm einschlägt oder diesen missbraucht.
Tabelle 1: Vor- und Nachteile verschiedener Berührungsbildschirm-Techniken (Archiv: Vogel Business Media)

Wegen der Vielzahl an Touch-Techniken und trotz der genannten Herausforderungen, gibt es oft eine oder mehrere Techniken, die sich für die Anwendung am Besten eignen. In Tabelle 1 sind die meistgenutzten Arten von Berührungsbildschirmen mit ihren Vor- und Nachteilen aufgelistet. Eine sorgfältige Auswahl der Bildschirmtechnik bringt auf lange Sicht zufriedene Anwender und niedrige Projektkosten.

Als Reaktion auf diese verschiedenen Erwägungen, haben die Entwickler passende Industrie-PC-Systeme hergestellt, die auf handelsüblichen elektronischen Komponenten aus Standard-Bürorechnern und mobilen Computern basieren. Diese Systeme nutzen die Leistung, Softwareverfügbarkeit und Umsatzgrößenersparnis von PCs, wurden aber speziell für Widerstand gegen Umwelteinflüsse und Dauerbetrieb weiterentwickelt.

Bild 2: Aufbau eines widerstandssensitiven Berührungsbildschirms (Archiv: Vogel Business Media)

Eine wichtige Entwicklung in diesem Prozess war die zunehmende Verfügbarkeit von Komplettsystemen basierend auf Benutzerschnittstellen an Berührungsbildschirmen. Weil die Unterstützung anderer Anwenderschnittstellen (Tastatur, Maus) abgeschafft wurde, bieten diese Systeme beste Versiegelung bei Nutzung im industriellen Dauerbetrieb. Rechner mit Touch-Bedienung können auch als integrierte, flache Einheit gebaut werden, die sich in fast jeder Lage an der Wand befestigen lassen. Wird drahtlose Kommunikation hinzugefügt, dann lässt sich ein für den rauen Betrieb ausgerüsteter, flacher Berührungsbildschirm-Computer praktisch überall dort einsetzen, wo ein Stromanschluss vorhanden ist.

Einfache Industriesysteme

GE Fanuc Intelligent Platforms bietet eine Reihe von Flachbildschirm-Computern, die diese Anforderungen erfüllen. Von einem nach IP-Richtlinien abgedichteten Einbau-Bildschirm bis zum vollständig gekapselten Computer mit ATEX-Zone-2-Zertifikat stehen Lösungen parat.Auch einfache Industriesysteme stehen zur Auswahl: Zwei der beliebtesten sind die VAMP-WN-Serie von Industrie-Flachbildschirm-Monitoren und die PAC-OPR-Serie von industriellen Flachbildschirm-Computern. Beide sind für den Einbau in einen Schaltschrank oder für den Anbau an eine Wand geeignet. Sie sind nach IP 54 zum Schutz in staubigen Umgebungen versiegelt und werden mit unterschiedlichen Bildschirmvarianten angeboten.

Die VAMP-WN-Serie bietet Bildschirmgrößen von 6,4 bis 47" bei einer Vielzahl von Auflösungen und wahlweise mit transflektiver Technik. Die PAC-OPR-Serie von 12- bis 19"-Industrie-Flachbildschirm-Computern bildet zusammen mit einem Einplatinencomputer eine komplette PC-Lösung in einem Industriegehäuse. Der Einplatinencomputer kann mit jedem Standard-PC-Betriebssystem ausgerüstet werden. Dazu gehören MS Windows oder eines der vielen Linux-Pakete. Damit ist die Plattform offen für die Unterstützung jeder PC-Anwendung, wie bekannte SCADA-Pakete oder Anwendungen (Steuerung und Datenerfassung), die speziell für einen bestimmten Einsatz in einem Werk entwickelt und kompiliert wurden. Die PAC-OPR bieten auch eine Reihe von E/A- und Festplatten-Optionen, sowie zwei PCI-Steckplätze für Erweiterungen.

Robuste Industriesysteme

Ist eine robustere Lösung mit Flachbildschirm-Computer erforderlich, die vollständig gegen Staub und leichte Wasserstrahlen geschützt ist, steht der SealTouch-15 zur Verfügung, der für den Betrieb bis 50 °C Umgebungstemperatur entwickelt wurde. Er ist mit einem Intel Celeron M 1,5-GHz-Prozessor mit bis zu 2 GByte DDR RAM auf DIMM-Sockeln, einem resistiven Berührungsbildschirm und mit Unterstützung für Festplatten und Flash-Speicher ausgerüstet.

Das Wolverine-System wiederum wurde für einen zuverlässigen Betrieb unter extremen Umgebungsbedingungen entwickelt: Es ist für die doppelten Stoß- und Vibrationsbelastungen ausgelegt wie Bürocomputersysteme. Weitere Merkmale sind ein bei Sonnenlicht lesbares 15"-LCD, der aktuellste Intel-Prozessor und die Flexibilität für Erweiterungen im Feld. Eine eingebaute, unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) sorgt bis zu 20 Minuten für den Notbetrieb mit einer Batterie.

(Archiv: Vogel Business Media)

Die Idee die Computer-Leistung und Flexibilität von elektronischen Systemen für Endverbraucher bei industriellen Anwendungen einzusetzen, ist sehr reizvoll. Weil aber die industriellen Anwendungen große Umweltanforderungen an gewöhnliche Computer stellen, haben Hersteller wie GE Fanuc Intelligent Systems diese Systeme entsprechend verbessert. Ein Beispiel für ein robustes System ist das Wolverine-Flachbildschirmsystem mit berührungssensitivem Bildschirm. Mit der Stoß- und Vibrationsfestigkeit, Pentium-Prozessor, Funktechnik und mit einem bei Sonnenlicht lesbaren Bildschirm kann das Wolverine-System die Vorteile von MS Windows in einem Paket anbieten, das anspruchsvolle industrielle Anforderungen erfüllt.

*Tom Behnke ist Product Manager Displays bei GE Fanuc Intelligent Platforms.

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