淺析工業(yè)智能人機(jī)畫面HMI

田豐源

鞍鋼集團(tuán)信息產(chǎn)業(yè)有限公司，中國(guó)·遼寧 鞍山 114005

1 引言

如何定義HMI？人機(jī)交互或人機(jī)交互（簡(jiǎn)稱HCI 或HMI）是一門研究系統(tǒng)與用戶交互的知識(shí)。一個(gè)系統(tǒng)可以是各種機(jī)器，也可以是計(jì)算機(jī)化的系統(tǒng)和軟件。人機(jī)界面通常是用戶可見的部分。用戶通過人機(jī)界面與系統(tǒng)進(jìn)行通信并對(duì)其進(jìn)行操作，它小到收音機(jī)的播放按鈕，大到飛機(jī)上的儀表盤或鋼鐵廠的控制室。

2 基礎(chǔ)自動(dòng)化的HMI 設(shè)計(jì)

一般由用戶和編程方共同選擇操作站和工業(yè)監(jiān)控軟件。操作站可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控和處理，如全動(dòng)態(tài)圖形顯示（采單、窗口）、報(bào)警處理和記錄（排序、再現(xiàn)）、過程變量存檔（數(shù)值、曲線記錄）、報(bào)表制作生成（定時(shí)、隨機(jī)）、復(fù)雜數(shù)據(jù)處理（內(nèi)嵌C，VB 語(yǔ)言）、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口（SYBASE等數(shù)據(jù)庫(kù)）、應(yīng)用程序接口（多進(jìn)程、多線程）、信息發(fā)布接口（通過Internet 瀏覽）等。例如，德國(guó)Smiemens 公司的Wincc，美國(guó)AB 公司的Rsview，美國(guó)Intellution 公司開發(fā)的IFIX 等，都是優(yōu)秀的工業(yè)監(jiān)控軟件[1]。

簡(jiǎn)單來說HMI——PLC、變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設(shè)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(biāo)等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器信息交互的數(shù)字設(shè)備（見圖1）。

圖1 人與機(jī)器信息交互

3 一級(jí)與二級(jí)系統(tǒng)的工作站一體方式

與PLC 聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)既可作為一級(jí)系統(tǒng)的操作員工作站，也可作為二級(jí)系統(tǒng)的工作站。工作站上可安裝工業(yè)監(jiān)控軟件，以Smiemens 公司的WinCC 為例。WinCC 是運(yùn)行在Windows 或WindowsNT、Windows2000 環(huán)境下的面向?qū)ο蟮墓I(yè)監(jiān)控軟件。它采用“SybasekSQLhAnywhere”數(shù)據(jù)庫(kù)來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，它能自動(dòng)組織和存儲(chǔ)要為特定項(xiàng)目顯示的所有數(shù)據(jù)，并作為一個(gè)圖標(biāo)顯示出來。這是一個(gè)32 位的應(yīng)用程序，在單用戶系統(tǒng)中獨(dú)立運(yùn)行和在客戶機(jī)/服務(wù)器組態(tài)中運(yùn)行，它特別適用于數(shù)據(jù)的快速存儲(chǔ)，因此最能滿足過程自動(dòng)化系統(tǒng)的要求。

與PLC 聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)可通過內(nèi)裝WinCC 控制軟件來完成工藝流程畫面顯示，生產(chǎn)過程控制畫面，運(yùn)行參數(shù)顯示，主要參數(shù)的報(bào)警、歷史趨勢(shì)。

與PLC 聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)可通過內(nèi)裝的WinCC 的編程界面ODBC 或SQL 可以訪問數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作是安全的，保證存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)安全穩(wěn)定可靠。通過WinCC 還可以訪問用戶程序和Windows 應(yīng)用程序，因此可使用Excel 和PowerkPoint 及其他文件來創(chuàng)建用戶滿意的項(xiàng)目[2]。WinCC 可將過程或生產(chǎn)中發(fā)生的事件清楚地記錄下來并提供給各種功能模塊以實(shí)現(xiàn)圖形顯示、信息處理、測(cè)量處理及報(bào)表等功能，實(shí)現(xiàn)了二級(jí)計(jì)算機(jī)的功能。

4 各自獨(dú)立并行的HMI

基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)通過一定的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)上位監(jiān)控機(jī)和可編程控制器PLC 通訊和數(shù)據(jù)交換，上位機(jī)從PLC 采集現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，作為故障判斷和定位的基礎(chǔ)，在上位機(jī)上以工業(yè)監(jiān)控軟件（Wincc、Rsview，ifix 等）作平臺(tái)，制作適宜于項(xiàng)目的畫面，上位機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備工作狀態(tài)，狀態(tài)的正誤以不同的形式在項(xiàng)目畫面上顯示出來。系統(tǒng)中的監(jiān)控畫面可并行運(yùn)行，系統(tǒng)同時(shí)在幾臺(tái)監(jiān)控機(jī)上運(yùn)行，由HMI 身份識(shí)別程序進(jìn)行窗口切換。

5 HMI 的簡(jiǎn)介

5.1 HMI 的組成

人機(jī)界面產(chǎn)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(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元等，其中處理器的性能決定了HMI 產(chǎn)品的性能高低，是HMI 的核心單元。根據(jù)HMI的產(chǎn)品等級(jí)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(yùn)行于HMI 硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于PC 機(jī)Windows 操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件（如JB——HMI 畫面組態(tài)軟件）[3]。使用者都必須先使用HMI 的畫面組態(tài)軟件制作“工程文件”，再通過PC 機(jī)和HMI 產(chǎn)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(yùn)行（見圖2）。

圖2 人機(jī)界面

5.2 HMI 的基本功能

①設(shè)備工作狀態(tài)顯示。

②數(shù)據(jù)、文字輸入、打印輸出。

③生產(chǎn)配方存儲(chǔ)，設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄。

④簡(jiǎn)單的邏輯和數(shù)值運(yùn)算。

⑤可鏈接多種工業(yè)控制設(shè)備組網(wǎng)。

5.3 C/S 的HMI

與PLC 聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)也可采用C/S（客戶/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，支持采用C/S 的理由主要有以下幾點(diǎn)。

①應(yīng)用的不確定性，逐步開發(fā)和增加新應(yīng)用的需要。

②適應(yīng)將來開放的異種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中應(yīng)用的需要。

③用戶數(shù)、數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)的可能性。

④適應(yīng)電腦開發(fā)、維護(hù)、供應(yīng)商與相關(guān)技術(shù)人員變更的需要。

⑤有利于動(dòng)態(tài)規(guī)劃與動(dòng)態(tài)開發(fā)過程，對(duì)系統(tǒng)可靠性的保證。

6 結(jié)語(yǔ)

未來人機(jī)界面必將成為自動(dòng)化行業(yè)的主流。人機(jī)界面解決方案的開放平臺(tái)架構(gòu)將為OEM 廠商提升應(yīng)用的視覺效果、功能和連接性提供一系列機(jī)會(huì)，從而推動(dòng)具有高度完整性的獨(dú)特產(chǎn)品的推出。在中國(guó)包裝產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展中人力不能完全填補(bǔ)工廠所缺的生產(chǎn)力，這時(shí)候我們需要更機(jī)械化更加自動(dòng)化的產(chǎn)業(yè)鏈。所以人機(jī)界面在中國(guó)的前景是十分值得期待的。