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IIoT Displays und Bedieneinheiten: »Smarte« Elektronikgehäuse

Mobil und stationär verwendete Elektronik muss vor mechanischen und umgebungsbedingten Einflüssen geschützt werden. Elektronikgehäuse der neuen Serie »Displays Carrier System« von Phoenix Contact dienen als Verpackung für die wachsende Anzahl an Displays und Bedieneinheiten im Zeitalter von IIoT.

Interfaces Bildquelle: © Phoenix Contact

Modulare Trägersysteme optimieren die smarten Mensch-Maschine-Schnittstellen im IIoT

Marktstudien zum Thema „Industrial Internet of Things“ (IIoT) prognostizieren für das industrielle Umfeld einige Milliarden neuer, miteinander vernetzter Geräte für die nächsten Jahre. Diese Geräte werden einerseits direkt miteinander kommunizieren – die Notwendigkeit menschlicher Eingaben wird dabei auf ein Minimum reduziert. Andererseits bahnen sich die Bediengewohnheiten, die Anwender smarter Geräte aus dem Konsumgüter-Umfeld kennen, zur Zeit auch zunehmend ihren Weg in die industrielle Gerätetechnik.

Geräte zur Bedienung und Beobachtung bilden dabei die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine. Ihre effiziente und ergonomische Ausgestaltung ist ein wesentlicher Faktor bei der Interaktion des Menschen mit der Welt der vernetzten Maschinen und Prozesse. Auch die Gehäuse für Displays und Touchscreens rücken dabei in den Fokus.

Touch-Technologien

Im Gegensatz zu den klassischen Eingabegeräten – Tastatur mit und ohne Folie, Maus, Trackball – werden beim Touchscreen nicht nur die Finger, sondern auch andere Hilfsmittel verwendet wie etwa Bedienstifte. In Abhängigkeit von der eingesetzten Technik werden folgende Umweltzustände erfasst und zur Positionsbestimmung genutzt: haptische Signale (Druck), elektrostatische Signale (Ladung), akustische Signale (Ultraschall), optische Signale (Infrarotstrahlen) und elektromagnetische Signale (Spannung).

Der Touchscreen ist ein Bedienelement, das durch Berührung einer speziellen Oberfläche eine Reaktion des zu bedienenden Systems hervorruft. Die berührungsempfindliche Oberfläche dient als Touch-Sensor. Das Gehäuse bildet die schützende Hülle für diese Eingabeeinheit und unterstützt die Bedienergonomie. Zusammen mit einem Touch-Controller und einem Software-Treiber bilden diese die Komponenten des Touchscreens.

Das Signal wird vom Touch-Controller verarbeitet, nachdem es über den Touch-Sensor erfasst wurde. Anschließend gibt der Touch-Controller die Information über die Position der Berührung an die Benutzerschnittstelle weiter. Damit diese die Information verarbeiten und interpretieren kann, muss zuvor der Software-Treiber installiert werden. Der Software-Treiber ist dabei mit einem Maus-Emulator vergleichbar. Eine Berührung der berührungsempfindlichen Oberfläche ist daher auch wie ein Mausklick an derselben Stelle zu betrachten. Analog zum Mausklick löst eine kurze Berührung des Touchscreens die entsprechende Reaktion aus. Gleiches gilt für zwei Berührungen mit kurzem Intervall – den Doppelklick – oder für andere Funktionen wie etwa Drag-and-Drop.

 

Michael Schlue Bildquelle: © Phoenix Contact

Michael Schlue, Phoenix Contact: »Mit unseren HMIs und Industrie-PCs haben wir das Portfolio rund um das Thema »Bedienen und Beobachten« in den letzten Jahren stark ausgebaut.«

Wegen der vielseitigen Anforderungen und Einsatzbedingungen gibt es Touchscreens in unterschiedlichen Ausführungen, die hauptsächlich auf den nachfolgend beschriebenen Techniken basieren. Analog-resistive Systeme dienen der Erfassung von haptischen Signalen.

Hier unterscheidet man zwischen Polyester-Touch in 4-Draht-, 5-Draht- oder 8-Draht-Ausführung, Multi-Finger-Operation auf Basis der 5-Draht-Ausführung und Glas-Film-Glas-Touch (GFG-Touch). Kapazitive Systeme dagegen dienen der Erfassung von elektrostatischen Signalen (Ladung). Dabei wird unterschieden zwischen Oberflächen-kapazitivem Touch und projektiv-kapazitivem Touch (P-CAP).

In industriellen Anwendungen spielen zwei dieser Techniken eine dominante Rolle: Der analog-resistive Polyester-Touch und P-CAP-Touch werden zusammen in mehr als 80 Prozent aller industriellen Anwendungen eingesetzt. Dabei ist die Eignung des Touchscreens von den Einsatzbedingungen abhängig, denn es kommt darauf an, ob die Nutzung im geschützten Innenbereich erfolgt oder im Außenbereich bei Witterung und Sonnenlicht.

Eine Rolle spielen auch mechanische und chemische Belastung sowie Temperatur, Feuchtigkeit, Staub und EMV. Die Ablesbarkeit des Displays hängt stark vom Systemaufbau ab – dabei unterscheidet man zwischen Display-Luftspalt-Scheibe und Display-Optical-Bonding-Scheibe. Bei reinen Display-Anwendungen, also ohne Touch-Funktion, kann zwischen Display und Gehäuseinnenseite eine kratzfeste, antireflektive Scheibe integriert werden.

Diese eliminiert die optischen Streuverluste um bis zu 95 Prozent und wird daher im Außenbereich bevorzugt eingesetzt. In manchen Branchen wie etwa in der Medizintechnik oder in Industrien, die explosive Gase oder Stäube verarbeiten, sind zudem geschirmte Touchscreen-Systeme erforderlich.