Robotik 28.11.2008, 19:38 Uhr

Roboter „spricht“ via Internet mit dem Bediener  

VDI nachrichten, Nürnberg, 28. 11. 08, Si – In der Industrie verstärkt sich der Trend, über internetbasierte Mensch-Maschine-Schnittstellen mit den Produktionsanlagen im Betrieb zu kommunizieren. Sogar Roboter sind bereits mittels Webportal steuerbar. Auf dem SPS/IPC/Drive-Kongress in Nürnberg berichteten Experten über die aktuellen Möglichkeiten moderner Bedien- und Visualisierungsapplikationen.

Webapplikationen mit geeigneten Visualisierungstechnologien bieten sich nach Ansicht von Joern Kowalewski vom Kieler Softwarehaus Macio geradezu an, um eine Übersicht über den aktuellen Zustand einer Produktionsstrecke zu erhalten. Der für Projektierung verantwortliche Geschäftsführer berichtete auf dem Kongress der Messe SPS/IPC/Drive in Nürnberg, wie sich internetbasierte Mensch-Maschine-Schnittstellen (Web-HMI) in der Praxis bereits bewähren.

Die Anwender erwarteten heute alle Vorteile einer echten interaktiven Desktop-Applikation, so Kowalewski. Dabei sei jedoch Vorsicht geboten – gerade bei Anwendungen, bei der durch Fehlbedienung erhebliches Gefahrenpotenzial besteht, wie beispielsweise bei der Steuerung von Maschinen. Hier sei es unumgänglich, dass eine Steuerungsfunktion nur vom dafür berechtigten Personal ausgeführt werden könne und das auch nur von einem Ort aus, an dem die komplette Einsicht der relevanten Maschinen- bzw. Anlagenfunktionen gewährleistet sei.

„Eine einfache Webseite, die auf Anforderung mehr oder minder statische Daten anzeigt, genügt an dieser Stelle nicht“, betonte Kowalewski und zeigte gleich eine passende Problemlösung auf: Für die Programmierung von hochdynamischen Weboberflächen stünden mit JSF (Java Server Faces) und dem Datenübertragungskonzept Ajax/Reverse Ajax gut eingeführte Technologien zur Verfügung. Damit gelinge es, ansprechende Mensch-Maschine-Schnittstellen zu bauen, die ohne zusätzliche Plug-ins arbeiteten und ausschließlich mit Firewall-freundlichen Protokollen auskämen.

Die einfache Projektierung von Web- und Desktop-Applikationen mit einem einzigen, vorzugsweise auf dem Entwicklungs-Tool Eclipse basierten Werkzeug darzustellen ist den Kieler Softwareexperten aber noch nicht gelungen, wie Kowalewski berichtete. Vielversprechende, neue Universalwerkzeuge wie Adobe Flex oder MS Silverlight kämen ihrerseits nicht ohne Browsererweiterung aus. „Zumindest in Bereichen mit Gefahrenpotenzial halten wir die strikte Trennung von Bedien- und Visualisierungsapplikationen nach wie vor für sinnvoll“, betonte der Experte. Nur letztere könnten ohne zusätzliche Sicherungsmaßnahmen Browser-basiert aufgebaut werden. Auf dem Kongress stellte Kowalewski dazu ein von Macio entwickeltes Projektierungs-Tool vor, mit dem sich jederzeit neue Teile der Applikation aus einem graphischen Baukasten zusammenklicken lassen.

Über Maschine-to-Machine-Kommunikation (M2M) vom Sensor bis zum Webportal berichtete Klaus-Dieter Walter von der M2M Alliance, Aachen. Als typisches Anwendungsbeispiel nannte er die Monitoring-Anwendung bei Windkraftanlagen, mit der beispielsweise ein sich abzeichnendes Versagen mechanischer Komponenten rechtzeitig erkennen lasse.

In jedes einzelne Windrad werde dazu eine entsprechende Sensorik mit M2M-Device integriert, um Betriebszustände wie Rotordrehzahlen, Temperatur und Laufgeräusche der Getriebe sowie des Generators zu messen. Betriebsunterbrechungsversicherungen für Windkraftanlagen würden in der Regel ohnehin ein derartiges Condition Monitoring mit Langzeitdatenaufzeichnung fordern.

Für die Anbindung der Sensoren an eine M2M-Device-Datenübertragung eigne sich laut Walter praktisch jeder lizenzfreie ISM-Frequenzbereich (Industrial, Scientific, and Medical) zur Audio-, Video- oder Datenübertragung. Besonders empfehlenswert seien die Sub-GHz-Bereiche bei 868 MHz in Europa, bzw. 915 MHz in den USA, sowie der GHz-Frequenzbereich bei 2,4 GHz, der weltweit – bis auf einige relativ geringe Unterschiede – einheitlich geregelt sei, so Walter. Die Dämpfung sei jedoch für niedrige Frequenzen geringer als für hohe Frequenzen. Je mehr Sendeenergie aber aufgebracht werden müsse, desto größer sei der Strombedarf – ein sehr wichtiger Gesichtspunkt für batteriebetriebene Sensoren.

Laut Walter würde ein winziger Sensor-Mikrocontroller mit 8 KByte RAM, 32 Kbyte Flash und einer integrierten Funkschnittstelle zusammen mit einem M2M-Device für den Dauerbetrieb nur wenig Energie benötigen. Diese ließe sich leicht mittels einer kleinen Solarzelle oder eines externen Thermogenerators direkt aus der Umwelt gewinnen.

Häufiger werden laut Walter derzeit auch GSM/GPRS/EDGE- und neuerdings UTMS/HSDPA-Modems mit batteriebasierter Spannungsversorgung eingesetzt – so etwa bei Containern in Verbindung mit einem GPS-Sensor. Der Platzbedarf für solche Lösungen ließe sich heute schon fast auf das Volumen einer Streichholzschachtel reduzieren. „Dabei wird leicht übersehen, dass diese Verfahren zum Teil nicht unerhebliche Übertragungskosten verursachen können,“ warnte Walter. Die meisten Mobilfunk-Provider böten inzwischen allerdings schon spezielle M2M-Tarife an, so dass sich eine Anwendung realisieren lasse, die monatlich nur wenige Euro je M2M-Device koste.

Wie eine flexible offene Antriebssteuerung auf Basis eines Embedded Webcontrollers (IPC@CHIP) für einen mobilen Kommunikationsroboter aufgezogen werden kann, erläuterte Prof. Reinhard Langmann vom Telelabor der FH Düsseldorf. Via Webbrowser lasse sich die Antriebssteuerung mit einfachen Kommandos parametrieren und bedienen. Das ersetze die bisherige firmenspezifische PC-basierte Steuerung. So agiere der über das Internet gesteuerte mobile Kommunikationsroboter „Ego Secundus (ES)“ mit räumlich entfernten Partnern über das Internet. Kernstück der im Rahmen des Trafo-Programms NRW geförderten Entwicklung sei eine mobile Roboterplattform von Neobotix, die über das Web gesteuert werden könne und die gleichzeitig über einen bidirektionalen Video- und Audiokanal verfüge. „Die Antriebssteuerung zeigte im praktischen Einsatz ausgezeichnete Resultate“, erklärte Langmann. Beispielsweise habe sich ein wesentlich besseres Steuerverhalten ergeben, da mit dem ES problemlos fließende Kurven gefahren werden könnten. EDGAR LANGE

Windkraftanlagensind ein typischer Anwendungsfall

Von Edgar Lange
Von Edgar Lange

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