Komfort-Konzept

Elektroautomation

Bedienpanels - Angesichts des stetig steigenden Wettbewerbsdrucks suchen Unternehmen nach Differenzierungsmerkmalen, die ihre Maschinen und Anlagen von den Lösungen der Marktbegleiter abheben. Als einen Ansatzpunkt haben hier viele Hersteller die Optimierung der Bedienoberfläche identifiziert, die oftmals als Visitenkarte der jeweiligen Applikation fungiert. Und hier erweist sich die Multitouch-Technologie als komfortabel, robust und sicher.

22. April 2014

Die auf multitouch und Gestensteuerung basierenden Geräte aus dem Consumerbereich prägen dabei die Entwicklung und Einführung von Lösungen für industrielle Anwendungen. Allerdings gilt es, die Anwendungsfelder der Mehrfinger-Bedienung auszuloten und sich auf die notwendige Touchscreen-Technologie einzustellen.

In Industrie-Applikationen mit einem klassischen Panel-PC erfolgt die Touchscreen-Bedienung heute noch konventionell mit einem Finger – dem sogenannten Singletouch. Die hierbei genutzte Technik der resistiven Touchscreens hat sich in den industriellen Branchen etabliert, ist kostengünstig und arbeitet zuverlässig. Der Touchscreen besteht aus einer Glasscheibe und einer Kunststoff-Folie, die vor dem TFT-Display angebracht wird. Die beiden gegeneinander liegenden Seiten von Glasscheibe und Folie verfügen über eine leitfähige Beschichtung, an der eine Spannung anliegt.

Analog-resistive Touchscreens erschweren fließende Bewegungen

Die Oberfläche der Glasscheibe und der Kunststoff-Folie sind durch sehr kleine Abstandshalter – Spacer Dots genannt – voneinander getrennt. Durch Druck auf den Touchscreen entsteht ein elektrischer Kontakt zwischen den beschichteten Seiten. Der Touch-Controller verwendet die daraus abgeleiteten Spannungsabfälle in X- und Y-Richtung, um die Koordinaten und somit die Fingerposition genau zu ermitteln. Mit dem klassischen analog-resistiven Touchscreen ist jedoch konstruktionsbedingt nur ein Touch-Ereignis erfassbar. Werden gleichzeitig zwei Punkte auf dem Touchscreen berührt, errechnet der Touch-Controller den Mittelwert der unterschiedlichen Koordinaten. Da die analog-resistiven Geräte mit mechanischem Druck funktionieren, können neben dem Finger jede Art von Stift und Handschuhe zur Bedienung eingesetzt werden. Zudem schützt das Prinzip vor Beeinträchtigungen durch Schmutzanhaftungen oder Flüssigkeiten wie Spritzwasser. Scharfe Gegenstände oder aggressive Reinigungsmittel können allerdings den Touchscreen beschädigen.

Müssen darüber hinaus Bedienelemente auf dem Touchscreen bewegt werden, wie dies bei der Betätigung virtueller Schieberegler der Fall ist, empfinden die Anwender das häufig als unangenehm und ungenau. Dieses Gefühl resultiert aus der aufzuwendenden Kraft, um den Kontakt zwischen den beschichteten Flächen herzustellen und dabei den Widerstand der Spacer Dots zu überwinden. Eine fließende Bewegung wird also erschwert. Obendrein behindert die Kunststoff-Folie den Ablesewinkel und die Lichtdurchlässigkeit.

Projective Capacitive Touchscreens eröffnen neue Design- und Einsatzmöglichkeiten

Bei der Multitouch-Bedienung, die heute fast ausschließlich durch einen Projective Capacitive Touchscreen (PCT oder auch PCAP) realisiert wird, ist die notwendige Sensorik beschädigungsfrei hinter einer Glasscheibe verbaut. Daher kann die Funktionsfähigkeit des Touchscreens nicht von außen beeinträchtigt werden, und es tritt kein Verschleiß auf. In diesem Fall besteht der Touch-Sensor aus einem Gitternetz feiner Drähte oder geätzter Halbleiterschichten aus Indiumzinnoxid (ITO), die gegeneinander isoliert einlaminiert sind.

Liegt eine Spannung an, wird ein elektrisches Feld erzeugt und eine kapazitive Kopplung zwischen beiden Schichten ausgelöst. Die Berührung der Glasoberfläche mit einem Finger oder einem anderen leitenden Gegenstand ändert die Kapazität. Der Touch-Controller erfasst diese Spannungsabfälle und errechnet die Koordinaten des Berührpunkts.

Die kapazitive Technik hat den Vorteil, dass mehrere Berührungspunkte ermittelt werden können. Weil keine mechanischen Widerstände zu überwinden sind, lassen sich vom Bediener Schiebe- und Drehbewegungen einfacher ausführen. Der Wegfall der Kunststoff-Folie auf der Glasfront erhöht ferner die Robustheit der kapazitiven Technik im Hinblick auf aggressive Reinigungsmittel und scharfe Gegenstände. Durch die Glasscheibe ergibt sich folglich eine robuste Front, die insbesondere von Applikationen gefordert wird, die vandalensichere Geräte voraussetzen.

Außerdem kann die Glasscheibe über die komplette Front des Panel-PCs verlaufen. Das eröffnet neue Möglichkeiten für das Design – beispielsweise die Anordnung von Sensortasten außerhalb des eigentlichen Display-Bereichs – und wertet optisch das Erscheinungsbild einer Anlage deutlich auf. Darüber hinaus sorgt die durchgängige Glasfront dafür, dass es keine Schmutzkanten gibt, was den Einsatz der Panel-PCs im medizinischen Bereich oder in der Lebensmittelindustrie ermöglicht. Dabei funktionieren kapazitive Touchscreens selbst dann noch, wenn ihre Glasoberfläche durch wenig sachgemäße »Behandlung« zerkratzt ist.

Sichere Erkennung bestimmter Bewegungsmuster

Einschränkungen für den Betrieb der Projective Capacitive Touchscreens in industriellen Systemen bestehen hauptsächlich bei der Bedienung. So müssen Touch-Stifte leitfähig sein und Handschuhe dürfen nicht zu stark isolieren, was bei Lederhandschuhen oftmals der Fall ist. Der größte Vorteil multitouchfähiger Touchscreens liegt jedoch darin, dass sie gleichzeitig mehrere Berührungen erkennen. Auf diese Weise kann der Anwender beispielsweise zwei Elemente, die sich in unterschiedlichen Bereichen des Displays befinden, parallel bedienen.

Neben dem Erfassen einer Vielzahl an Druckpunkten zeichnen sich die Multitouch-Geräte durch das Feststellen bestimmter Bewegungsmuster wie Drehen, Zoomen oder Verschieben aus, die als »Gesten« bezeichnet werden. Ferner lassen sich vordefinierte Befehle durch die Kombination mehrerer Finger oder Hände zu Bewegungsabläufen umsetzen. Die Gestensteuerung erlaubt zum Beispiel einen Seitenwechsel, indem der Bediener mit der Hand eine Wischbewegung ausführt. Eine Spreizbewegung vergrößert die jeweiligen Prozessinformationen. Damit haben die unbeliebten und zeitraubenden Scroll-Balken ausgedient.

Zudem lassen sich komplexe Anlagenstrukturen, wie sie in Windparks oder Fertigungsstraßen üblich sind, auf einer Seite anzeigen. Durch das Wischen, Zoomen und Drehen navigiert der Anwender bei Bedarf schnell in jeden Bereich der Anlage. »Digital Natives«, die die Maschinen und Anlagen in Zukunft bedienen werden, setzen derartige Funktionen voraus und wenden sie intuitiv an.

Bedienung gestaltet sich einfacher und sicherer

Die Multitouch-Technologie und Gestensteuerung verspricht somit eine deutliche Steigerung der Benutzerfreundlichkeit, da sich die Anlagenbedienung sowohl einfacher als auch sicherer gestaltet. Es ist beispielsweise denkbar, dass der Bediener mit einer Hand ein Menü öffnet und mit der anderen Hand Parameter setzt. Dadurch wird der Sprung in ein Untermenü und wieder zurück vermieden sowie die Bedienung übersichtlicher.

Ebenfalls einfacher ist das Scrollen in Listen, weil der Inhalt selbst und nicht ein schmaler Slider verschoben wird. Die Bediensicherheit lässt sich durch Verriegelung mit einem weiteren Button zur simultanen Bedienung mit der anderen Hand erhöhen. Selbst wenn diese Vorgehensweise noch keine fehlersichere Zweihand-Bedienung ersetzt, verhindert die Multitouch-Bedienung auf diese Weise unbeabsichtigte kritische Bedienschritte.

Im Gegensatz zum Consumerbereich ist es in industriellen Anwendungen wichtig, die Komplexität der Gesten zu reduzieren. Durch die bewusste Beschränkung auf Funktionen wie Zoomen, Scrollen und auch eine bestimmte Geste als Home-Funktion erweist sich die Bedienung als industrietauglich. Darüber hinaus wird die Möglichkeit von Fehleingaben minimiert, der Schulungsaufwand gesenkt und die Bedienereffizienz erhöht.

Komplexe Anlagenstrukturen lassen sich auf einer Seite anzeigen

Die Anfragen von Maschinen- und Anlagenbauern belegen, dass Multitouch und Gestensteuerung im Bereich der Mensch-Maschine-Kommunikation längst keine Wunschvorstellung mehr sind, sondern eine reale Anforderung der Endanwender. Der Trend zu größeren Displays mit raffinierten, benutzerfreundlichen Bedienoberflächen wird sich verstärkt fortsetzen, denn die ständig komplexer werdenden Fertigungsstrukturen im Maschinen- und Anlagenbau müssen verständlich dargestellt werden. Außerdem bietet die Technologie neue Möglichkeiten zur Anlagenbedienung. So lässt sich zum Beispiel eine komplette Produktionshalle auf einem Bildschirm visualisieren, wobei der Maschinenbediener zur Lokalisierung von Störungen in jede Maschine und jeden Schaltschrank hineinzoomen kann.

Ansprechende Visualisierungen und ein modernes Oberflächen-Design werden zunehmend Einzug in die Industrie halten und einen immer größeren Stellenwert erlangen. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle ist mittlerweile zu einem Aushängeschild der Maschinen und Anlagen geworden. Trotzdem werden konventionelle analog-resistive Singletouch-Lösungen nicht komplett vom Markt verdrängt werden. Dies vor dem Hintergrund, weil die Technologie insbesondere in schmutzigen Umgebungen, die eine Handschuh-Bedienung erfordern, unverzichtbar ist.

Erschienen in Ausgabe: 03/2014