Touchscreen-HMIs mit energiesparenden Modi für Dauerbetrieb

Die entscheidende Rolle der Touchscreen HMIs in 24/7-Industrieumgebungen

Kontinuierliche Überwachung durch energiesparende Modi ermöglichen

Heute sind Touchscreen-Human-Machine Interfaces (HMIs) mit Funktionen ausgestattet, die die Helligkeit je nach Beleuchtungsbedingungen anpassen und über intelligente Schlafmodi verfügen, die es ermöglichen, dass die Bildschirme rund um die Uhr sichtbar bleiben, gleichzeitig aber Strom sparen. Wenn diese Schnittstellen nicht aktiv genutzt werden, dimmen sie automatisch ab oder heben zunächst wichtige Warnungen hervor, wodurch der Stromverbrauch um etwa 30 bis 35 Prozent reduziert wird, ohne dass die Bediener den Überblick über die Vorgänge im System verlieren. Dies ist besonders für energieintensive Branchen wie chemische Anlagen von großer Bedeutung, da hier während der Produktionsläufe ständig Temperaturen und Drücke überwacht werden müssen. Schwankungen können bereits zu erheblichen Problemen und kostspieligen Reparaturen führen.

Robustes Design und Zuverlässigkeit bei kontinuierlichem Betrieb

Industrielle HMIs müssen einige recht harte Bedingungen überstehen, weshalb Hersteller sie mit gehärteten Glasscheiben, Schutzart IP66 ausstatten, und sie arbeiten über Temperaturbereiche von -20 Grad Celsius bis hin zu 70 Grad Celsius. Diese Eigenschaften stellen sicher, dass die Maschinen auch bei ständigen Vibrationen, Feuchtigkeit oder Staub in Umgebungen wie Minen und Stahlwerken, in denen solche Probleme alltäglich sind, weiterhin reibungslos funktionieren. Laut verschiedenen Feldtests in unterschiedlichen Branchen halten diese industriellen HMIs während ihrer typischen Lebensdauer von fünf Jahren etwa 99,4 Prozent der Betriebszeit aufrecht. Das ist tatsächlich ziemlich beeindruckend im Vergleich zu herkömmlichen Geräten für den Verbrauchermarkt, die in puncto Zuverlässigkeit unter ähnlichen Arbeitsbedingungen ungefähr dreimal so oft versagen.

Integration in die rund-um-die-Uhr-Fertigung und Prozesssteuerung

Touchscreen-HMIs dienen als Steuerungszentren, die alles von Roboterarmen bis hin zu Förderbändern und Qualität koordinieren sensoren auf automatisierten Produktionsflächen. Diese Schnittstellen ermöglichen es Herstellern, Losgrößen anzupassen oder Maschinengeschwindigkeiten flexibel zu verändern – etwas, das besonders bei der bedarfsgerechten Fertigung von Automobilteilen eine große Rolle spielt. Das gesamte System fügt sich nahtlos in das Konzept von Industry 4.0 ein, bei dem Reaktionszeiten unter 50 Millisekunden den Unterschied zwischen sicherem Betrieb und potenziellen Unfällen während der schnellen, schichtübergreifend laufenden Montagearbeiten ausmachen.

Datenanalyse: 68 % der Anlagen berichten über reduzierte Stillstandszeiten durch 24/7 HMI-Systeme (ARC Advisory Group, 2023)

Laut einem kürzlichen Bericht der ARC Advisory Group, der etwa 12.000 verschiedene industrielle Standorte in verschiedenen Branchen untersuchte, sank die ungeplante Stillstandszeit in Fabriken, die fortschrittliche HMI-Technologie implementierten, jährlich um etwa 22 %. Der echte Nutzen ergibt sich daraus, wie diese Systeme Probleme frühzeitig erkennen – beispielsweise können Anzeichen von Verschleißerscheinungen an Motorlagern bereits 8 bis 12 Stunden vor dem eigentlichen Ausfall erkannt werden. Dies gibt dem Wartungsteam ausreichend Zeit, um vorbeugend einzugreifen, bevor Probleme entstehen. In Kombination mit Predictive Analytics Tools führt diese Funktionalität dazu, dass Hersteller im Durchschnitt eine Steigerung der Gesamtproduktivität um etwa 18 % verzeichnen. Dieser Effekt ist besonders in Bereichen wie pharmazeutischen Reinräumen deutlich, wo bereits geringfügige Störungen ganze Chargen im Wert von mehreren tausend Dollar unbrauchbar machen können, aufgrund strenger Sterilitätsanforderungen.

Innovationen im Bereich Leistungsmanagement bei Touchscreen-HMIs

Dynamische Spannungs- und Frequenzskalierung zur Energieeffizienz

Heutige Touchscreen-HMIs nutzen etwas, das als dynamische Spannungs- und Frequenzskalierung (DVFS) bezeichnet wird, optimal aus. Im Grunde funktioniert dies so, dass der Stromverbrauch des Systems je nach aktueller Anforderung angepasst wird. Wenn nicht viel los ist, können solche Systeme ihren Stromverbrauch um etwa 30 % senken, was sich langfristig deutlich bemerkbar macht. Dies ist besonders für Einrichtungen wichtig, die Tag und Nacht in Betrieb sind, da andernfalls zu viel Strom nur dafür verbraucht würde, um ständig alles zu überwachen. Als Beispiel sei eine Fabrikhalle genannt. Die Computer, die die Förderbänder überwachen, können ihre Prozessoraktivität während der Nachtschichten, wenn keine Arbeiter anwesend sind, tatsächlich reduzieren, bleiben aber dennoch wachsam genug, um bei plötzlichen Störungen sofort auf volle Leistung hochzufahren.

Adaptive Helligkeit und kontextbezogene Display-Technologien

HMIs verfügen über Umgebungslichtsensoren und Bewegungsmelder, die automatisch die Bildschirmhelligkeit anpassen oder in den Energiesparmodus wechseln, wenn sich niemand in der Nähe befindet. Laut dem neuesten DisplayTech-Bericht aus dem Jahr 2024 konnten Unternehmen, die diese intelligenten Funktionen implementiert haben, ihre Energiekosten für Displays jährlich um etwa ein Viertel senken. Einige der fortschrittlicheren Systeme gehen sogar noch einen Schritt weiter: Sie schalten überflüssige Hintergrundbeleuchtung an hellen Tagen ab oder reduzieren die Bildschirmintensität, sobald Mitarbeiter Sicherheitsbrillen aufsetzen. Dadurch bleibt alles gut lesbar, ohne das lästige Blendlicht, das in herkömmlichen Industrieanlagen so störend ist.

Nachhaltige Display-Lösungen und reduzierte CO2-Bilanz

Immer mehr Hersteller setzen nun auf recycelbare Glasmaterialien und LED-Hintergrundbeleuchtung ohne Quecksilber, wodurch die Umweltbelastung während des gesamten Produktlebenszyklus reduziert wird. Ein kürzlich veröffentlichter Bericht des Eco Manufacturing Consortium aus dem Jahr 2023 zeigt, dass diese Veränderungen die CO2-Bilanz für industrielle HMIs im Vergleich zu den Angeboten aus dem Jahr 2018 tatsächlich um etwa 40 Prozent gesenkt haben. Zudem sind neue Entwicklungen bei Stromversorgungssystemen zu beobachten, die gut mit Solarpaneelen und anderen grünen Energiequellen funktionieren. Dadurch fällt es Fabriken leichter, ihre Geräte direkt an saubere Energiequellen anzuschließen und somit die lang ersehnten Nachhaltigkeitsziele zu erreichen, über die man seit Jahren spricht.

Industrielle Anwendungen mit 24/7 HMI-Leistungsanforderungen

Touchscreen-HMIs sind in Branchen unverzichtbar geworden, in denen Systemausfälle zu katastrophalen Folgen führen können. Zwei Bereiche verdeutlichen den kritischen Bedarf an robusten, energieeffizienten Schnittstellen: die Kohlenwasserstoffgewinnung und die präzise Arzneimittelherstellung.

Öl und Gas: Fernüberwachung und Betriebskontinuität

Berührungsempfindliche HMIs auf Offshore-Bohrinseln und entlang von Pipelinenetzwerken ermöglichen es den Bedienern, sofort auf Druckmesswerte, Durchflusskennzahlen und den allgemeinen Anlagenstatus zuzugreifen, selbst auf großen Anlagen mit begrenzter Belegschaft vor Ort. Die Displays funktionieren einwandfrei, selbst wenn die Temperaturen von unterhalb des Gefrierpunkts bei -40 Grad Celsius bis hin zu sengenden 70 Grad Celsius schwanken. Bei diesen kritischen Ventilsteuerungen bleiben die Reaktionszeiten stets unter 2 Millisekunden – ein entscheidender Faktor, denn jede Verzögerung könnte langfristig ernste Umweltprobleme verursachen. Wenn die Geräte gerade nicht aktiv genutzt werden, sorgen Energiesparfunktionen dafür, dass die Bildschirmhelligkeit automatisch reduziert wird, während die Hintergrundverarbeitung der Daten weiterläuft. Diese einfache Anpassung hilft dabei, den Energieverbrauch während normaler Betriebsphasen, in denen volle Helligkeit nicht erforderlich ist, um dreißig bis vierzig Prozent zu senken.

Pharmazeutische Produktion: Präzision und energieeffiziente Zuverlässigkeit

In pharmazeutischen Reinräumen müssen die HMIs die Luftqualitätsstandards nach ISO 14644-1 einhalten und gleichzeitig Chargen ohne Unterbrechung verfolgen. Die neueren kapazitiven Touchscreens funktionieren tatsächlich sogar dann ziemlich gut, wenn die Bediener sterile Handschuhe tragen, und bieten eine Genauigkeit von rund 99,9 %. Zudem verbrauchen sie nur die Hälfte der Leistung im Vergleich zu den alten Widerstandsmodellen, die wir früher hatten. Und man muss sich klarmachen, dass Energieeinsparung auch eine bessere Kontrolle über Prozesse wie Lyophilisationskammern und das kontinuierliche Überwachen von Ampelfüllrobotern bedeutet. Wir sprechen hier von der Verhinderung erheblicher finanzieller Verluste – bei Fehlern in der Herstellung von Biologika können das bis zu 2 Millionen Dollar pro Stunde sein. Ganz zu schweigen von den Funktionen zur adaptiven Helligkeitsregelung, die den Bildschirm an die Raumbeleuchtung anpassen und dadurch helfen, Energie zu sparen – besonders wichtig in diesen GMP-zertifizierten Bereichen, in denen jedes Detail eine Rolle spielt.

Leistungs- und Energieeffizienz im Gleichgewicht: Latenz, Reaktionsgeschwindigkeit und Sicherheit

Echtzeitverarbeitung im Energiesparmodus aufrechterhalten

Touchscreen-HMIs, die in industriellen Anlagen eingesetzt werden, schaffen es, den Energieverbrauch zu reduzieren, ohne nennenswert an Geschwindigkeit einzubüßen, dank technologischen Fortschritten wie Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) und intelligenten vorhersagebasierten Ereignis-Algorithmen. Interessant sind auch die Zahlen: solche Systeme können den Stromverbrauch um rund 35 Prozent senken, wenn sie gerade nichts tun, und dennoch innerhalb von unter einer halben Sekunde reagieren – was gerade in zeitkritischen Abläufen wichtig ist, wie beispielsweise bei Roboter-Schweißstationen oder der Steuerung von Förderbändern in Fabrikhallen. Das funktioniert so gut, weil die kontextbasierte Verarbeitung sicherstellt, dass Notfallwarnungen und wesentliche Steuerelemente auch im Energiesparmodus weiterhin ordnungsgemäß funktionieren, während andere Bereiche der Benutzeroberfläche in den Ruhezustand wechseln dürfen.

Fallstudie: 40% Energieeinsparung ohne Einbußen bei der Reaktionszeit in der Automobilfertigung

Ein großer Hersteller von Automobilteilen hat diese smarten HMI-Displays kürzlich auf der gesamten Fabrikfläche installiert. Diese Bildschirme können ihre Bildwiederholrate je nach Bedarf von nur 1 Hz bis hin zu 60 Hz anpassen. Als sie die Aktualisierungshäufigkeit der Displays mit den Bewegungen der Arbeiter sowie den Rhythmen der Maschinen abstimmen konnten, reduzierten sie tatsächlich ihre jährlichen Stromkosten um rund 112.000 US-Dollar. Ziemlich beeindruckend, wenn man bedenkt, dass die Touchscreens weiterhin innerhalb von 100 Millisekunden oder weniger reagierten. Den Erfolg dieser Einrichtung macht die Kombination aus speziellen Kondensatoren aus, die bei plötzlichen Ereignissen wie dem Drücken eines Not-Aus-Schalters aktiv werden, zusammen mit effizienten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlern. Somit wird zwar im gesamten Betrieb viel Energie gespart, dennoch wird auf der Produktionsfläche nichts an der Geschwindigkeit eingebüßt, mit der Prozesse ablaufen müssen.

Kritische Analyse: Können aggressive Energiesparmodi die Betriebssicherheit gefährden?

Laut einer kürzlichen Studie des ARC Advisory Group aus dem letzten Jahr haben etwa 83 Prozent der Industrieanlagen tatsächlich festgestellt, dass sich Energie einsparen lässt, wenn diese fortschrittlichen HMI-Strommodi eingesetzt werden. Es bestehen jedoch erhebliche Einschränkungen in Bereichen, in denen Sicherheit eine entscheidende Rolle spielt. Die Industrie hat im Laufe der Zeit mehrere wesentliche Ansätze entwickelt. Sobald etwas mit den Sicherheitssystemen schief läuft, müssen die Geräte als vorbeugende Maßnahme sofort in den Modus mit voller Leistung zurückwechseln. Jede Änderung an Stromeinstellungen erfordert mehrere Verifikationsebenen, um unbefugte Anpassungen zu verhindern. Die meisten modernen Steuerungspanele zeigen zudem Echtzeitaktualisierungen zum aktuellen Stromstatus direkt auf dem Hauptbildschirm der Benutzeroberfläche an. Einige führende Hersteller fügen sogar spezielle Überwachungsfunktionen hinzu, die den ISO 13849-Standards entsprechen. Diese Systeme schalten die Energiesparfunktionen automatisch ab, sobald die Reaktionszeiten für einen sicheren Betrieb zu langsam werden. Diese Balance zwischen Kostensenkung und Aufrechterhaltung der Sicherheit bleibt für Fertigungssektoren, die täglich mit potenziell gefährlichen Prozessen arbeiten, entscheidend.

FAQ

Welche Funktionen bieten moderne HMIs zur Energieeffizienz?

Moderne HMIs verfügen über Funktionen wie dynamische Spannungs- und Frequenzskalierung sowie adaptive Helligkeitssteuerung, um Energie zu sparen. Dadurch kann das System den Stromverbrauch je nach aktuellen Anforderungen und Umweltbedingungen anpassen.

Wie trägt HMI-Technologie zur Steigerung der Produktivität in industriellen Anwendungen bei?

Fortgeschrittene HMI-Technologie steigert die Produktivität, indem sie Echtzeitüberwachung und Warnungen ermöglicht, Ausfallzeiten reduziert und Predictive Maintenance unterstützt. Dies führt zur frühzeitigen Erkennung möglicher Störungen und effizienten Anpassungen in Fertigungsprozessen.

Welche Herausforderungen bestehen bei aggressiven Energiesparmodi in industriellen HMIs?

Die Hauptherausforderung besteht darin, sicherzustellen, dass Energiesparmodi die Betriebssicherheit nicht beeinträchtigen. Systeme müssen bei Gefährdung der Sicherheit sofort in den Vollleistungsmodus zurückkehren können, und alle Änderungen an den Energieeinstellungen müssen strengen Verifikationsprozessen unterzogen werden.