Visualisieren über Ethernet

IT-Administratoren nutzen Remote-Desktop-Protokolle wie PC anywhere oder VNC seit langem, um PC-Systeme von der Ferne aus zu bedienen. Mit der Akzeptanz von Ethernet im Feld wird die Technologie auch für HMI-Lösungen in Ex-Zonen interessant.

IT-Administratoren nutzen Remote-Desktop-Protokolle wie PC anywhere oder VNC seit langem, um PC-Systeme von der Ferne aus zu bedienen. Mit der Akzeptanz von Ethernet im Feld wird die Technologie auch für HMI-Lösungen in Ex-Zonen interessant.

Bei vielen Anlagen der Prozessindustrie (Chemie, Pharmazie, Farben und Lacke, Öl & Gas, Lebensmittel) sind die Bedienkomponenten den mitunter rauen Umwelteinflüssen (Schmutz, Temperaturen, Feuchtigkeit, Vibrationen) ausgesetzt und müssen zudem unter Explosionsschutz-Bedingungen betrieben werden. Beides schränkt den Einsatz von Industrie-PCs ein. Um solche Anlagen dennoch vor Ort über das Prozessleitsystem bedienen zu können, wird der Visualisierungs-PC getrennt von Monitor und Eingabemedien wie Tastatur und Maus im sicheren Bereich installiert. Dabei sind in der Regel große Distanzen zwischen dem PC im sicheren, klimatisierten Technikraum und den Bedienkomponenten vor Ort zu überbrücken.

Das Problem: Die üblichen Videoschnittstellen eines PC wie VGA können nur Distanzen im Bereich weniger Meter überbrücken. Abhilfe schaffen aktive Treiberbaugruppen, sogenannte KVM-Verstärker (KVM: Keyboard, Video, Maus), die das analoge Videosignal der Grafikkarten bis zu einer Entfernung von einigen 100 m übertragen. Allerdings ist die Analog-Technik empfindlich gegen elektromagnetische Störungen. KVM-Verstärker mit integriertem analog-digital Wandler sind zwar unempfindlicher gegen EMV-Störungen, aber auch teurer.

Ein ebenso effizientes wie robustes Übertragungsprinzip ermöglicht die Kombination aus leistungsfähigen Industrie-PCs und Ethernet-Netzwerk: In Verbindung mit geeigneten Algorithmen zur Bildanalyse und Komprimierung lassen sich Videodaten über das paket-orientierte TCP/IP-Protokoll und Standard-Ethernet (IEEE 802.3) übertragen. Entsprechende Software gibt es bereits seit längerem, zum Beispiel VNC, GoToMyPC von Citrix, PCanywhere von Symantec, NetOP oder NetC@P von ads-tec sowie X-Terminal. Auch von Microsoft ist ein Komprimierungs-Algorithmus verfügbar: Das Remote Desktop Protocol (RDP), welches bereits seit Jahren die Grundlage der Terminal-Services von Betriebssystemen wie Windows NT 4.0, 2000, 2003-Server bildet. Seit Windows XP ist das RDP genereller Bestandteil des Betriebssystems und damit auch im aktuellen Windows Vista verfügbar.

Je nach Komplexität der Videobilder liegt die benötigte Datenrate bei wenigen Kilobit/s, beispielsweise bei weitgehend statischen Prozessbildern. Lediglich bei bewegten, großformatigen Kamerabildern sind Übertragungsraten von einigen Megabit/ s notwendig.

Zur digitalen Übertragung von Video, Tastatur, Maus und aller seriellen Schnittstellen im industriellen Umfeld braucht es lediglich ein geeignetes Netzwerkkabel (Typ Cat.6e oder Cat.7 S/STP – S/STP:Screened/Shielded Twisted Pair) zwischen dem abgesetzten Monitor als Bedienplatz und dem PC beziehungsweise dem nächsten Switch. Denn die Daten können ebenso über Switches, Hubs und Router übertragen werden. Alles weitere erledigt die auf dem PC und den Monitoren installierte RDP-Software.