Ersetzen stationärer HMIs durch kontextbezogene HMIs

In den letzten Jahren hatten stationäre HMIs Mühe, mit den Erwartungen der Mobilfunkbetreiber Schritt zu halten, was zu einem Vakuum geführt hat wird schnell durch fortschrittlichere kontextbezogene HMIs gefüllt . Das Problem hat seine Wurzel in der mangelnden Effizienz. Beispielsweise verschwenden Wartungstechniker ständig ihre Zeit zwischen der Inspektion des stationären HMI und dem physischen Standort, an dem sich die Anlage befindet. Es gibt mehrere Fälle, in denen die Wartung auf der gegenüberliegenden Seite der Anlage durchgeführt werden muss, von der sich das stationäre HMI-Display befindet. Dies geschieht normalerweise während der Fehlersuche, Diagnose, Inbetriebnahme oder Geräteumstellung, wenn der Bediener die Zustandsparameter der Anlage überprüfen muss.

Mobilität ist eine der wertvollsten Funktionen kontextbezogener HMIs für Ingenieure und Bediener. Eine Workstation-HMI verwendet normalerweise einen Webbrowser, aber mit kontextbezogenen HMIs wird die Schwierigkeit beim Surfen auf einem viel größeren Bildschirm auf einem mobilen Gerät beseitigt. Per Definition bedeuten kontextbezogene HMIs, dass die Anzeige angepasst wird gemäß der Gerätespezifikation des Arbeiters, die den Anforderungen der auszuführenden Arbeit entspricht.

Die spezifischen HMI-Komponenten, die auf dem Display des Bedieners angezeigt werden, werden über einen kontextbezogenen Mobilitätsserver, der den Standort und die Zugänglichkeitsstufe des Benutzers kennt, auf sein Gerät übertragen. Dies geschieht nur, wenn sich der Arbeiter innerhalb einer bestimmten Reichweite des Geräts befindet, das gewartet/eingerichtet werden muss. Aus Sicherheitsgründen ist es zwingend erforderlich, dass das Gerät nach einem bestimmten Zeitrahmen oder Nähegrad automatisch aus dem HMI-Dienst entfernt wird.

Ein Betriebsleiter kann kontextbezogene HMIs voll ausschöpfen, wenn die bereitgestellte Infrastruktur nicht mit Komplexitäten übersät ist. Mobile Geräte bilden den Kern der kontextbezogenen HMI-Infrastruktur. Mit dem Fortschritt in den mobilen Technologien sind Geolokalisierung und drahtlose Konnektivität in Geräten erschwinglich verfügbar, wodurch es möglich wird, eine dynamische und kontextbezogene HMI bereitzustellen, die auf der Nähe des Mitarbeiters zu einem geografischen Gebiet basiert. Die Definition eines „geografischen Gebiets“ ist vage und obliegt den Facility Managern; Eine Zone kann ein Raum, eine Etage oder die gesamte Einrichtung sein oder nur wenige Meter um das betreffende Gerät herum.

Geografische Zonen können mit Hilfe von Geo-Tags wie Nahfeldkommunikation (NFC), Bluetooth-Low-Energy-Beacons (iBeacons) oder QR-Codes entworfen werden, die dann strategisch um Assets platziert werden, um einen kontextbezogenen HMI-Push auf mobile Geräte auszulösen. Als nächstes muss eine sichere mobile Anwendung für Näherungsdienste entwickelt werden, die eine Identifizierung von den Geo-Tags erhält, wenn die Reichweite der Zone überschritten wird. Wenn mehr als ein Gerät innerhalb einer bestimmten Reichweite verwendet werden muss, wird ein Geotag mit einem stärkeren Signal benötigt. Das Konzept wird als „Geofencing“ bezeichnet und ermöglicht Kontrollaktionen basierend auf der Zone, in der sich der Bediener befindet.

Die Reihenfolge der Operation ist wie folgt:

• Auf dem Mobilgerät wird die Anwendung ausgeführt, die die Kommunikation herstellt mit dem Server für kontextbezogene Mobilität unter Verwendung eines standardmäßigen IP-Protokolls über Wi-Fi oder ein Mobilfunknetz.
• Der Server für kontextbezogene Mobilität wertet die Anfrage aus und authentifiziert den Benutzer.
• Basierend auf der Authentifizierungsebene überträgt der Server die erforderlichen Informationen und Kontrollen an das mobile Gerät.
• Die gepushten Informationen und Steuerelemente passen zu den Anzeigemöglichkeiten des Mobilgeräts.

Es sollte beachtet werden, dass weder der Server für kontextbezogene Mobilität noch die mobile App direkt mit dem Asset kommuniziert. Die Rolle der Überwachung, Steuerung und Automatisierung verbleibt bei Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) oder Gebäudemanagementsystem (BMS), wobei der kontextbezogene Mobilitätsserver als Vermittler fungiert. Es empfängt Eingaben vom mobilen Gerät, die es dann unter Verwendung von OPC oder anderen kompatiblen Protokollen an das SCADA/BMS weiterleitet.

Die gesamte Infrastruktur beruht auf zwei Technologien:

• Contextual Mobility Server
• Contextual Logic Engine

Der Mobilitätsserver ist für die Pflege einer Datenbank verantwortlich, die die Geozonen, Benutzerprofile und Informationen bezüglich der Gerätesteuerungen, Aktionen und Ereignisse verfolgt. Die Contextual Logic Engine führt alle Authentifizierungen durch und generiert entsprechende Aktionen für die Verteilung von Informationen an das Mobilgerät. Dies können Ressourcen wie Schaltpläne, Zeichnungen usw. sein, die die Bediener zur Erfüllung ihrer Aufgabe benötigen.

Durch kontextbezogene HMIs können Bediener und Wartungspersonal ihre Aufgaben effektiver erledigen, durch ein besseres Situationsbewusstsein und eine intelligente Steuerung. Erforderliche Informationen werden automatisch an das mobile Gerät gesendet, wenn der Server erkennt, dass der Benutzer die Geozone betreten hat und alle Authentifizierungsverfahren erfüllt wurden. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, ein HMI für die Anlage zu entwerfen, zusammen mit der Mühe, einen Monitorbildschirm zu installieren, der sich letztendlich an einem ungeeigneten Ort befindet. Tritt ein Fehler auf, kann der nächste Techniker gerufen werden und benötigt zur Fehlerbehebung nur noch sein mobiles Endgerät. Im Gegensatz dazu kann die Wartung schwierig werden, wenn der HMI-Bildschirm selbst bei einem Unfall beschädigt wird.

Die kontextbezogene Mobilitätsinfrastruktur wäre ohne ein privates und vor allem sicheres Messaging-System unvollständig, da es den Betreibern ermöglicht, Informationen sowohl mit jedem als auch mit dem Kontrollraum auszutauschen. Die Funktionalitäten des Messaging-Systems müssen nicht erweitert werden, sollten aber zumindest Text, Fotos, Videos und Audiokommunikation umfassen.

Ein integriertes Messaging-System ist nützlicher als Software von Drittanbietern, da es die Produktivität steigert. Benutzer müssen nicht zwischen Bildschirmen wechseln oder sich Gedanken über die Offenlegung vertraulicher Informationen machen, und die Nachrichten können ein fester Bestandteil der Betriebs- und Wartungsaufzeichnung werden. All dies ist mit Apps von Drittanbietern nicht möglich. Darüber hinaus ermöglicht die elektronische Nachrichtenübermittlung, dass Nachrichten an bestimmte Zugangsgruppen oder Einzelpersonen gerichtet werden, die wiederum vom Betriebsleiter überwacht werden können.

Eine kontextbezogene Mobilitätsinfrastruktur wäre nur dann erfolgreich, wenn mobile Geräte an allen Standorten Zugriff auf das Netzwerk haben. Eine schlechte Signalstärke kann zu Unterbrechungen oder Trägheit führen, was den Zweck kontextbezogener HMIs zunichte machen würde. Daher sollte das Design zusätzlich zur effektiven Platzierung von Geo-Tags die Arbeitslast berücksichtigen, der ein bestimmtes Asset ausgesetzt ist, und die Fähigkeiten der Netzwerkinfrastruktur entsprechend auswählen.

Schließlich können die hohen Kosten für die Bereitstellung einer kontextbezogenen HMI-Lösung ein hinderlicher Faktor sein, aber die langfristigen Vorteile, wie z. B. der Wegfall stationärer HMIs, gesteigerte Produktivität und verbesserte Sicherheit, werden den Vorteil ausgleichen

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