Industrie 4.0 Legosteine mit Webtechniken sortieren

Nachfolgend wird anhand eines Legostein-Sortierers beschrieben, wie sich eine grafische Steuerungsoberfläche für ein System über Webtechniken anbinden lässt. Diesen Ansatz lässt sich für ähnliche Projekte adaptieren, da über eine API die Programmlogik von der Nutzereingabe getrennt ist.

von Ulrich Kiermaier, der den Legostein-Sortierer im Rahmen seiner Masterarbeit zusammen mit Alexander Zapf bei der Firma Mixed Mode entwickelt hat.

Nutzer interagieren mit Software in der Regel über die grafische Benutzeroberfläche, die deshalb eine bedeutende Rolle spielt. Die Funktion eines Programms kann noch so gut sein, doch wenn die Bedienung und Nutzung nicht schnell zu erfassen sind, wird es sich am Markt nur schwer durchsetzen. Eine intuitiv zu bedienende Oberfläche ist nicht nur für den privaten Endkunden von Vorteil, sondern auch im industriellen Umfeld.

Eine durchdachte Bedienung und ansprechender Nutzerführung erfreut auch über kürzere Einarbeitungszeiten. Außerdem sind grafische Benutzeroberflächen ein Aushängeschild, mit dem man auf sich aufmerksam machen kann.

Zur Maschinensteuerung werden Weboberflächen immer beliebter. Sie sind betriebssystemübergreifend und bieten durch ihre Verbreitung viele Hilfsmittel, mit denen sich eine intuitiv bedienbare, moderne und ästhetisch ansprechende Oberfläche gestalten lässt. So finden sich mehr und mehr vollwertige Programme als Webanwendung, die dem Desktop-Pendant in fast nichts nachstehen. Für Funktionen, die der Browser nicht unterstützt, gibt es häufig Alternativen. Zum Beispiel ist es verbreitet, den aus Sicherheitsgründen unterbundenen Festplattenzugriff durch eine automatische Speicherung in der Cloud zu kompensieren. So können Anwender an einem beliebigen Computer mit dem vorherigen Stand weiterarbeiten.

Im hardwarenahen Bereich setzt sich dieser Trend ebenfalls langsam durch. Um Maschinensteuerungen über Webseiten zu realisieren, sind allerdings Aufgaben zu meistern, die in den traditionellen Gebieten des Internet selten zu finden sind, wie die Kommunikation mit der zu steuernden Hardware. Wesentliche Aspekte bei der Umsetzung einer Maschinensteuerung mit Webtechniken wurden exemplarisch anhand eines Legostein-Sortierers erarbeitet.

Der Sortierer (Bild oben) besteht aus einer mechanischen Sortierkomponente und einer Sortierlogik (Bild 1). Der mechanische Aufbau transportiert die Legosteine und sortiert diese in verschiedene Behälter. Mehrere Mikrocontroller steuern dabei die jeweiligen Aktoren. Die Stein-Erkennung wertet auf einem eigenen Rechner die Kamerabilder aus und entscheidet, in welchen Behälter ein Stein zu befördern ist. Die beiden Komponenten kommunzieren untereinander über einen CAN-Bus mit einem möglichst einfach gehaltenen Protokoll, sodass alle Befehle mit einer CAN-Nachricht übermittelt werden können.

Dieses Konzept eines Sortierers verfügt über alle mechanischen und logischen Voraussetzungen, um Steine grundsätzlich zu erkennen, zu befördern und einzusortieren. Nicht von vorneherein fest eingebaut ist hingegen die Art der Sortierung. Hier kommt der Nutzer ins Spiel, der über eine Programmierschnittstelle (Application Programming Interface, API) die Sortierung möglichst einfach parametrisieren und steuern kann.

Die API kommuniziert mit dem Sortierer über eine Socketverbindung, sodass er in Gang gesetzt beziehungsweise angehalten werden kann und die gewünschten Sortierkriterien eingestellt werden können. Überdies bietet die webbasierte API die Möglichkeit, einen Observer anzumelden, der laufend aktuelle Informationen zum Sortiervorgang erhält wie Statistiken der sortierten Steine, Betriebswerte der Aktoren oder das Kamerabild samt den Informationen, was die Bilderkennung auf dem Bild erfasst (Bild 2).