Explizites Modell für Benutzungsschnittstellen im gesamten Lebenszyklus einer leittechnischen Anlage

Produktbeschreibung

Diese Arbeit schlägt ein neues Konzept für die Erstellung, Wartung und den Gebrauch von Benutzungsschnittstellen für prozesstechnische Anlagen vor. Die gesamte Darstellung wird als HMI-Modell hinterlegt. Dafür wurden nicht nur für alle Grafikelemente (Text, Rechteck, Kreis …), sondern auch für die gesamte Interaktion mit dem Prozess und dem Bediener Modellbausteine (als Metamodellbausteine) definiert. Dies erleichtert die automatische Erstellung und Veränderung der gesamten Darstellung. Dieses Metamodell ist für größte Zukunftssicherheit technologieunabhängig definiert. Um ein solches HMI-Modell einer Anlage darzustellen wird ein Anzeigesystem benötigt, welches die wenigen definierten Metamodellbausteine zur Laufzeit interpretiert. Dieses Anzeigesystem kann bei Bedarf im Laufe der Lebensdauer der technischen Anlage in neuen Technologien implementiert werden.

Inhaltsverzeichnis

Vorwort III
1 Einleitung 1
2 Hintergrund und Motivation 3 2.1 Stand der Technik  . . . . . . 4

2.1.1 iPhone/Android Programierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.1.2 Field Device Tool/Device Type Manager (FDT/DTM) . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.1.3 Siemens SIMATIC WinCC, Honeywell Experion PKS . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.1.4 Beckhoff TwinCAT 3 HMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1.5 ACPLT/HMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1.6 NAMUR Module Type Package . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.1.7 automotive HMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.1.8 MOVISA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.1.9 IT HMI Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.2 Gemeinsamkeiten und allgemeine Struktur von Bedienoberflächen . . . . . . . . . . . 12

2.3 Automatische Erstellung von Bedienoberflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.4 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3 Explizites Modell für Benutzungsschnittstellen leittechnischer Funktionen 15

3.1 Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.2 Grobstruktur des Modells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.3 Modellierungsebenen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.4 Komponenten des Modells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.4.1 Darstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.4.2 Kopiervorlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.4.3 Ereignisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.4.4 Aktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.4.5 Baustein zur Freitext-Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.5 Erweiterung der Grundkomponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.5.1 Erweiterung der Darstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.5.2 Erweiterung der Ereignisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.5.3 Erweiterung der Aktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4 Realisierung 36

4.1 Prototypische Implementierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

5 Evaluation im Lebenszyklus (durch Anwendungen) 39

5.1 Eignung zur automatischen Erstellung von Bedienoberflächen . . . . . . . . . . . . . . 39

5.2 Engineering von Anlagenplanungsdaten (R&I-Fließbilder) . . . . . . . . . . . . . . . . 41

5.3 Eignungen des Modells zur Simulationssteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

5.4 Engineering von Anlagensteuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

5.4.1 Engineering einer Funktionsbausteinsprache nach IEC 61131-3 . . . . . . . . 46

5.4.2 Engineering einer Ablaufsprache nach IEC 61131-3 . . . . . . . . . . . . . . . 48

5.5 Eignung für Bedienoberflächen im Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

5.6 Integration von fremden Bibliotheken in die Modellstruktur . . . . . . . . . . . . . . . . 53

5.7 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

6 Diskussion und Ausblick 56

Anhang 59

1 Anwendung R&I-Fließschema-Editor im Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

2 Interner Aufbau der Anzeigekomponente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3 JavaScript API cshmimodel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Literaturverzeichnis 71

Keywords: HMI, Human-Machine Interface, Bedienoberflächen, Modellierung, Prozessleittechnik, Prozesstechnik, PLT, Softwaredesign, Automatisierungstechnik ,