人机界面（HMI）完整指南

机器制造旨在减轻人工负担，但最终由用户控制。允许用户控制机器的平台称为HMI或人机界面。HMI本质是接口，广义可用于MP3播放器、家电到制造业过程控制系统。HMI提供系统可视化呈现，给用户实时监控和控制能力，以用户友好方式提高生产率。

HMI产品源于更复杂机器开发，催生更易操作需求。HMI前有批处理界面（1945-1968）、命令行界面（1969至今）、GUI（1981至今）。各界面有各自时间线，有些至今仍用，HMI直接源于GUI（图形用户界面）。

GUI利用按钮、文本框、消息框、列表、表单等提供可交互易用界面。HMI在其基础上开发，使机器操作更有效。

HMI详解

人机界面形式多样，从控制面板到核设施到移动屏幕。本文讨论制造过程用HMI。制造线上，HMI控制面板为整个行业提供集中监控和控制。可编程逻辑控制器（PLC）与HMI紧密关联，作为HMI所有信息输入输出的后端控制。

可视化决策远比命令或手动环境更易理解。为给用户完全控制，HMI必须与PLC保持持续联系，提供实时信息。HMI访问控制器内特定寄存器，以可理解方式呈现给用户。同样，用户决策时，HMI仅改变控制器对应寄存器值，触发硬件反应。

HMI类型

HMI出现前，用由数百LED和按钮组成的硬件控制面板模拟。今天场景大不同。

三种基本HMI类型：

• 按钮替代器： 简化制造流程，集中原由按钮及类似硬件控制处理的所有功能。

• 数据处理器： 需机械持续反馈的系统开发数据处理器HMI。允许用户处理数据趋势、数据记录、报警处理等功能，掌握大量数据。

• 监督者： 引入SCADA或MES系统时安装监督者HMI。运行Windows，有多个以太网通信端口。监控大区域，如整个站点和综合体。

HMI物理特性

HMI实际物理特性因应用类型和制造商而异。水厂HMI具多重水密封防故障；仓库HMI则不需此功能。HMI尺寸取决于具体应用。控制复杂功能可能需多个大尺寸LCD；简单应用可能只需小型黑白显示器。技术规格也不同。需跟踪处理大量参数的HMI需要大内存和算力；仅提供基本控制的HMI显著更低资源池即可。

HMI环境因素

选型时考虑运行环境不可忽视。例如仓库HMI可能经历过度振动。食品加工HMI可能面对水、化学品等介质。钢厂必须考虑温度作为选型因素。

编程软件

HMI三大编程软件类别：

• 专有软件
• 硬件无关软件
• 开源软件

专有软件由制造商提供，易部署无麻烦。缺点是缺乏对第三方硬件的支持和灵活性。

硬件无关软件可互操作，支持多种协议，给开发者极大自由。但缺乏专有软件的用户友好度。

开源软件给开发者设计过程完全自由，但仅适合有专门研发部门的公司，因需大量资源。

HMI优势

HMI给用户和整体带来诸多益处：

• 用户友好： HMI极其友好，利用GUI允许易识别和即时响应。图片、图标等丰富元素减少大量培训需求。

• 优于单用PLC： 仅用PLC只提供机器基本控制。实时反馈、报警管理、重编程不易。HMI功能水平高，能处理高度复杂性。新兴HMI设计带来远程访问和可定制UI等功能。

• 便利性： HMI带来的易用性无与伦比。系统数字化实现的功能使HMI无可匹敌。HMI将自动化线上分散的控制功能集中在单一位置访问。远程访问让操作员位置无关，确保随处正确操作。此外，弥合企业与技术部门鸿沟，让信息随生成即用。

• 界面灵活性： 个性化界面能力是HMI卖点。以前控制面板必须设计成涵盖工业阵容所有可能控制。升级或功能变更时几乎无余地。HMI可瞬间修改，允许安装新组件，无需担心按钮和LED接线麻烦。

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