选择正确的HMI

人机界面(hmi)具有许多硬件和软件特性，用户应该从目标应用程序向后工作，以确保满足所有需求。

通过比尔•德恩 2019年6月10日

终端用户期望直观的操作界面，产品设计师通过将这些界面构建到更多的产品中来回应。对于工业自动化，触摸屏人机界面(HMIs)是一项成熟的技术，是许多机器和过程自动化应用的宝贵补充，扩展了控制面板中开关、按钮和指示灯的功能。然而，这种熟悉不应忽视这样一个事实，即应该仔细评估HMI的每个用例，以确保根据应用程序需求正确选择产品。

人们可能很容易先看看所需的HMI功能，然后选择似乎能满足需求的设备和软件。但是，更实用和可靠的方法是检查目标应用程序的特定需求，并向后工作以确认所有必要的选项都已选择。

风化因素

必须首先评估目标应用程序的环境条件，因为HMI必须能够在一个位置上物理地生存，甚至被认为是一个可行的选择(图1)。这些选择大多数是直观的，但有些不是。

位于容易受到落水或直接冲刷的环境中的hmi需要符合NEMA 250外壳电气设备标准或UL 50列表的兼容评级。当清洁化学品、工艺化学品或其他空气污染物可能影响HMI时，这一点至关重要。现场污染程度或材料安全数据表可能有助于确定预期的环境条件。客户规范以及本地安装代码或首选项可能推动对某些评级或清单的需求。

另一个关键问题是HMI将位于室内还是室外。NEMA和UL评级通常被限制为“仅限室内使用”。即使是最亮的hmi也会在户外的强光下挣扎，阳光直射也会导致热量问题。用户应考虑将户外hmi放置在更多的保护区域或为其配备遮阳板。

hmi通常包含敏感的显示元件和背光，并且可能比其他自动化组件有更严格的允许工作温度范围。显示器亮度(通常以尼特表示)和平均背光寿命应仔细评估。亮度是查看显示器是否容易的关键指标，而始终打开的背光寿命将指示该设备可能使用多长时间。

HMI物理显示尺寸和接口考虑因素

选择正确的显示尺寸通常是一个平衡的行为(图2)。大多数操作人员更喜欢尽可能大的显示尺寸，特别是当他们需要选择触摸链接时，但如果应用程序是仅视图的，并且他们想从远处观察显示。更大的显示器为程序员开发图形提供了更多的空间。各种尺寸的HMI硬件产品线可以帮助用户学习适用于许多不同型号的系统。

当然，更大的hmi成本更高，而且会占用宝贵的控制面板安装空间。显示器需要安装在适合大多数员工的工作高度，通常被认为是从成品地板到显示器中间的66英寸左右。

大多数hmi提供多种颜色，但除了显示的物理尺寸外，用户应该确保比较像素分辨率，这决定了图形的详细程度。

对于某些应用程序，特别是涉及数据输入的应用程序，用户可能希望使用板载物理键盘或外接键盘和鼠标。然而，大多数设计师都在追随移动设备的脚步，寻找触屏设备。

需要注意的是，许多消费者的触摸设备倾向于使用电容式多点触摸。这项技术通常不会感知戴着手套的手指，而且可能会受到水的影响，但它确实有能力解释多个同时的触摸或手势。另一方面，工业hmi通常采用电阻式单点触技术。电阻式触摸屏可以用戴着手套的手指进行操作，并且一次只对一次触摸做出正确的反应，这通常是工业应用的首选。

不要忘记记忆

除了物理尺寸外，HMI产品通常根据内存和处理器性能进行分组。它们用于通信一定数量的软件标签和平均显示。细心的设计师会对预期的图形进行分镜，并对标签数量进行粗略估计，以确保它们在限制范围内。

具有可扩展内存或多种内存大小的hmi可能有助于消除限制。同样重要的是要记住，诸如板载计算、趋势和食谱等高级功能将影响HMI性能，因此最好使用保守的估计。

对于hmi来说，支持一个或多个SD卡插槽已经变得很普遍，这样用户就可以安装自己的可移动存储来记录数据。这个特性对于任何历史化和趋势化数据应用程序都是必须的。

连接问题

连接也是选择HMI的一个关键因素。最常见的情况是，用户需要一个以太网端口，以便HMI可以在可编程逻辑控制器(PLC)网络上进行通信。然而，在某些应用中，可能仍然需要使用串行RS232C或RS422/485连接。串行连接器最常见的是15针D-sub型，但也可以是RJ-12型，甚至是端子排型。在最终确定HMI选择之前，必须确定PLC连接要求。

USB端口有两种版本:A型和b型。A型端口(就像pc上的端口一样)允许用户添加键盘、鼠标、记忆棒、条形码扫描仪或其他兼容接口设备等配件。Type B(通常在打印机上)允许用户将上传/下载编程电缆从PC直接连接到HMI，而不影响以太网。

另一个必须具备的功能是HDMI输出端口。HDMI连接可以驱动位于工厂或设施中的第二个板外监视器，如大屏幕电视。操作员可以在本地操作HMI显示器，而其他操作员可以从远处看到更大的显示器。

更深奥的连接，如“音频线输出”或“麦克风输入”，可能需要非常具体的应用。为了确保获得必要的HMI连接，建议设计人员列出所有所需的连接，甚至可能绘制系统架构图。

制作软件清单

选择具有正确软件功能的HMI需要详细的调查。HMI软件应在三个方面进行评估:

配置环境(和模拟，如果适用)
运行时特性
远程访问。

HMI配置环境是程序员花费大量时间的地方(图3)。对于最终用户来说，找出许可要求或软件是否免费是很重要的。典型的用户会对软件的易用性和功能感兴趣，比如拖放编辑，点击创建对象，以及最常用的对象是否预定义。程序员会想知道软件是否有良好的导入/导出支持和数据库工具，是否提供有效的复制和复制工作的方法，以及是否包含内置的模拟或测试环境，以便用户可以在没有实际硬件的情况下测试项目的概念验证和检查编程。

程序员使用组态软件创建与plc和其他设备通信的标记，开发与这些标记相链接的图形，并配置其他内置的HMI功能。以下是用户应该考虑的10个最重要的运行时特性:

基本的对象:用于绘制管道和设备等静态图形
静态库对象:例如坦克、容器和筒仓
位图的功能:允许用户导入自己的图像
动画对象:按钮，数字显示和柱状图
预配置的库对象:更复杂的对象，如比例积分导数(PID)面板
先进的对象:例如趋势、食谱和警报显示
安全:能够定义用户和访问组，并为对象分配特权
语言切换:适用于在国际上销售设备的制造商
令人震惊的:用于指示离散和模拟报警条件
数据记录:用于支持船上趋势分析和船外分析。

尽管HMI似乎在规格表上提供了正确的功能，但用户需要意识到实际实现并不总是如预期的那样。对于需要特定外观和功能的用户，最好的计划是将几种类型的HMI配置分镜，列出必要的功能列表，并获得一个版本的配置软件来测试它。

高级应用程序可能要求在选择模型之前调查非常具体的HMI细节。HMI如何处理浮点标记和任何相关的数学或计算是一个值得关注的问题。逻辑通常在plc中执行;信息显示在hmi界面。

然而，一些hmi提供板载逻辑、触发评估、操作能力和事件管理器功能。它们通常用于制作更精细的显示，但它们也可能作为机器逻辑的一部分。当需要复杂的特性时，非常值得尝试对它们进行预测试。

扩展HMI的范围

近年来，hmi的一些最令人兴奋的发展与远程访问选项有关。如今的hmi通常包括板载网络服务器，允许在任何能够运行网络浏览器的外部设备(如笔记本电脑、智能手机或平板电脑)上查看本地显示。

嵌入式文件传输协议(FTP)服务器使得开发人员可以轻松地远程更新和备份HMI配置。最后，一些hmi可以发起出站电子邮件，远程通知用户生产状态或警告。

这些远程访问功能可以以新的方式扩展设备自动化功能，可能是选择HMI时的决定因素。

开始

hmi是许多工业自动化项目的重要补充。设计人员在选择人机界面时应密切关注硬件和软件特性。其他商业考虑因素包括硬件和软件的定价、保修期以及是否提供免费支持。对于需求复杂或自定义的应用，建议获取HMI硬件和软件的测试样本，以证明其满足项目需求。当软件包含低成本或免费的模拟模式时，最终用户可以更容易地测试HMI以确保它满足他们的需求。

比尔•德恩， AutomationDirect的技术营销经理。由制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．