田丰源

鞍钢集团信息产业有限公司，中国·辽宁 鞍山 114005

1 引言

如何定义HMI？人机交互或人机交互（简称HCI 或HMI）是一门研究系统与用户交互的知识。一个系统可以是各种机器，也可以是计算机化的系统和软件。人机界面通常是用户可见的部分。用户通过人机界面与系统进行通信并对其进行操作，它小到收音机的播放按钮，大到飞机上的仪表盘或钢铁厂的控制室。

2 基础自动化的HMI 设计

一般由用户和编程方共同选择操作站和工业监控软件。操作站可根据现场情况，资金情况来选择硬件。软件的选择要求其能够方便地进行数据监控和处理，如全动态图形显示（采单、窗口）、报警处理和记录（排序、再现）、过程变量存档（数值、曲线记录）、报表制作生成（定时、随机）、复杂数据处理（内嵌C，VB 语言）、标准数据接口（SYBASE等数据库）、应用程序接口（多进程、多线程）、信息发布接口（通过Internet 浏览）等。例如，德国Smiemens 公司的Wincc，美国AB 公司的Rsview，美国Intellution 公司开发的IFIX 等，都是优秀的工业监控软件[1]。

简单来说HMI——PLC、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过“输入”（Input）与“输出”（Ouput）输入单元（触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备（见图1）。

图1 人与机器信息交互

3 一级与二级系统的工作站一体方式

与PLC 联网的计算机既可作为一级系统的操作员工作站，也可作为二级系统的工作站。工作站上可安装工业监控软件，以Smiemens 公司的WinCC 为例。WinCC 是运行在Windows 或WindowsNT、Windows2000 环境下的面向对象的工业监控软件。它采用“SybasekSQLhAnywhere”数据库来存储数据，它能自动组织和存储要为特定项目显示的所有数据，并作为一个图标显示出来。这是一个32 位的应用程序，在单用户系统中独立运行和在客户机/服务器组态中运行，它特别适用于数据的快速存储，因此最能满足过程自动化系统的要求。

与PLC 联网的计算机可通过内装WinCC 控制软件来完成工艺流程画面显示，生产过程控制画面，运行参数显示，主要参数的报警、历史趋势。

与PLC 联网的计算机可通过内装的WinCC 的编程界面ODBC 或SQL 可以访问数据库中的数据。对数据库的操作是安全的，保证存储在数据库的数据安全稳定可靠。通过WinCC 还可以访问用户程序和Windows 应用程序，因此可使用Excel 和PowerkPoint 及其他文件来创建用户满意的项目[2]。WinCC 可将过程或生产中发生的事件清楚地记录下来并提供给各种功能模块以实现图形显示、信息处理、测量处理及报表等功能，实现了二级计算机的功能。

4 各自独立并行的HMI

基础自动化系统通过一定的网络实现上位监控机和可编程控制器PLC 通讯和数据交换，上位机从PLC 采集现场生产数据，作为故障判断和定位的基础，在上位机上以工业监控软件（Wincc、Rsview，ifix 等）作平台，制作适宜于项目的画面，上位机对采集的数据进行处理，判断现场各设备工作状态，状态的正误以不同的形式在项目画面上显示出来。系统中的监控画面可并行运行，系统同时在几台监控机上运行，由HMI 身份识别程序进行窗口切换。

5 HMI 的简介

5.1 HMI 的组成

人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存储单元等，其中处理器的性能决定了HMI 产品的性能高低，是HMI 的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16 位、32 位的处理器。HMI 软件一般分为两部分，即运行于HMI 硬件中的系统软件和运行于PC 机Windows 操作系统下的画面组态软件（如JB——HMI 画面组态软件）[3]。使用者都必须先使用HMI 的画面组态软件制作“工程文件”，再通过PC 机和HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI 的处理器中运行（见图2）。

图2 人机界面

5.2 HMI 的基本功能

①设备工作状态显示。

②数据、文字输入、打印输出。

③生产配方存储，设备生产数据记录。

④简单的逻辑和数值运算。

⑤可链接多种工业控制设备组网。

5.3 C/S 的HMI

与PLC 联网的计算机也可采用C/S（客户/服务器）体系结构，支持采用C/S 的理由主要有以下几点。

①应用的不确定性，逐步开发和增加新应用的需要。

②适应将来开放的异种网络环境中应用的需要。

③用户数、数据量增长的可能性。

④适应电脑开发、维护、供应商与相关技术人员变更的需要。

⑤有利于动态规划与动态开发过程，对系统可靠性的保证。

6 结语

未来人机界面必将成为自动化行业的主流。人机界面解决方案的开放平台架构将为OEM 厂商提升应用的视觉效果、功能和连接性提供一系列机会，从而推动具有高度完整性的独特产品的推出。在中国包装产业的高速发展中人力不能完全填补工厂所缺的生产力，这时候我们需要更机械化更加自动化的产业链。所以人机界面在中国的前景是十分值得期待的。