淺析工業智能人機畫面HMI

田豐源

鞍鋼集團信息產業有限公司，中國·遼寧 鞍山 114005

1 引言

如何定義HMI？人機交互或人機交互（簡稱HCI 或HMI）是一門研究系統與用戶交互的知識。一個系統可以是各種機器，也可以是計算機化的系統和軟件。人機界面通常是用戶可見的部分。用戶通過人機界面與系統進行通信并對其進行操作，它小到收音機的播放按鈕，大到飛機上的儀表盤或鋼鐵廠的控制室。

2 基礎自動化的HMI 設計

一般由用戶和編程方共同選擇操作站和工業監控軟件。操作站可根據現場情況，資金情況來選擇硬件。軟件的選擇要求其能夠方便地進行數據監控和處理，如全動態圖形顯示（采單、窗口）、報警處理和記錄（排序、再現）、過程變量存檔（數值、曲線記錄）、報表制作生成（定時、隨機）、復雜數據處理（內嵌C，VB 語言）、標準數據接口（SYBASE等數據庫）、應用程序接口（多進程、多線程）、信息發布接口（通過Internet 瀏覽）等。例如，德國Smiemens 公司的Wincc，美國AB 公司的Rsview，美國Intellution 公司開發的IFIX 等，都是優秀的工業監控軟件[1]。

簡單來說HMI——PLC、變頻器、直流調速器、儀表等工業控制設備，利用顯示屏顯示，通過“輸入”（Input）與“輸出”（Ouput）輸入單元（觸摸屏、鍵盤、鼠標等）寫入工作參數或輸入操作命令，實現人與機器信息交互的數字設備（見圖1）。

圖1 人與機器信息交互

3 一級與二級系統的工作站一體方式

與PLC 聯網的計算機既可作為一級系統的操作員工作站，也可作為二級系統的工作站。工作站上可安裝工業監控軟件，以Smiemens 公司的WinCC 為例。WinCC 是運行在Windows 或WindowsNT、Windows2000 環境下的面向對象的工業監控軟件。它采用“SybasekSQLhAnywhere”數據庫來存儲數據，它能自動組織和存儲要為特定項目顯示的所有數據，并作為一個圖標顯示出來。這是一個32 位的應用程序，在單用戶系統中獨立運行和在客戶機/服務器組態中運行，它特別適用于數據的快速存儲，因此最能滿足過程自動化系統的要求。

與PLC 聯網的計算機可通過內裝WinCC 控制軟件來完成工藝流程畫面顯示，生產過程控制畫面，運行參數顯示，主要參數的報警、歷史趨勢。

與PLC 聯網的計算機可通過內裝的WinCC 的編程界面ODBC 或SQL 可以訪問數據庫中的數據。對數據庫的操作是安全的，保證存儲在數據庫的數據安全穩定可靠。通過WinCC 還可以訪問用戶程序和Windows 應用程序，因此可使用Excel 和PowerkPoint 及其他文件來創建用戶滿意的項目[2]。WinCC 可將過程或生產中發生的事件清楚地記錄下來并提供給各種功能模塊以實現圖形顯示、信息處理、測量處理及報表等功能，實現了二級計算機的功能。

4 各自獨立并行的HMI

基礎自動化系統通過一定的網絡實現上位監控機和可編程控制器PLC 通訊和數據交換，上位機從PLC 采集現場生產數據，作為故障判斷和定位的基礎，在上位機上以工業監控軟件（Wincc、Rsview，ifix 等）作平臺，制作適宜于項目的畫面，上位機對采集的數據進行處理，判斷現場各設備工作狀態，狀態的正誤以不同的形式在項目畫面上顯示出來。系統中的監控畫面可并行運行，系統同時在幾臺監控機上運行，由HMI 身份識別程序進行窗口切換。

5 HMI 的簡介

5.1 HMI 的組成

人機界面產品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數據存儲單元等，其中處理器的性能決定了HMI 產品的性能高低，是HMI 的核心單元。根據HMI的產品等級不同，處理器可分別選用8位、16 位、32 位的處理器。HMI 軟件一般分為兩部分，即運行于HMI 硬件中的系統軟件和運行于PC 機Windows 操作系統下的畫面組態軟件（如JB——HMI 畫面組態軟件）[3]。使用者都必須先使用HMI 的畫面組態軟件制作“工程文件”，再通過PC 機和HMI 產品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到HMI 的處理器中運行（見圖2）。

圖2 人機界面

5.2 HMI 的基本功能

①設備工作狀態顯示。

②數據、文字輸入、打印輸出。

③生產配方存儲，設備生產數據記錄。

④簡單的邏輯和數值運算。

⑤可鏈接多種工業控制設備組網。

5.3 C/S 的HMI

與PLC 聯網的計算機也可采用C/S（客戶/服務器）體系結構，支持采用C/S 的理由主要有以下幾點。

①應用的不確定性，逐步開發和增加新應用的需要。

②適應將來開放的異種網絡環境中應用的需要。

③用戶數、數據量增長的可能性。

④適應電腦開發、維護、供應商與相關技術人員變更的需要。

⑤有利于動態規劃與動態開發過程，對系統可靠性的保證。

6 結語

未來人機界面必將成為自動化行業的主流。人機界面解決方案的開放平臺架構將為OEM 廠商提升應用的視覺效果、功能和連接性提供一系列機會，從而推動具有高度完整性的獨特產品的推出。在中國包裝產業的高速發展中人力不能完全填補工廠所缺的生產力，這時候我們需要更機械化更加自動化的產業鏈。所以人機界面在中國的前景是十分值得期待的。