配置直观的HMI屏幕，简化自动化
人机界面(hmi)的设计标准和最佳实践在不断发展，但简单和清晰永远不会过时。
无论我们是否考虑到这一点，我们中的大多数人，作为日常消费者，已经对人机界面(hmi)应该如何外观和感觉形成了自己的看法。这是因为我们经常使用智能手机、网站，甚至汽车控制，这些都有数字人机界面。当我们与他们互动时，我们会直观地了解哪些是容易理解的，哪些是容易做的，哪些是尴尬或困难的。
对于工厂设备和系统，专业的工业hmi已经存在多年。硬件和软件已经改进，提供了广泛的选项，但有时选择太多，配置可能变得比必要的更复杂。另一方面，综合标准是最近才发展起来的。然而，标准并不总是完全适合每个行业、系统类型或偏好，它们可能对hmi必须代表的所有独特项目不够具体。
工业系统和原始设备制造商(OEM)开发人员需要HMI并希望它们有用，但他们可能没有时间或专门的人员来创建自己广泛的HMI标准和风格。解决这个问题的最佳选择通常是简单和清晰，这是一种为hmi提供最佳态势感知和可用性的经过验证的方法。本文提供了规划和实施有效的工厂自动化HMI的基本技巧和最佳实践。
研究资源
在从头开始创建任何设计之前，检查可用资源是很重要的。行业文件和标准，如ISA101和其他组织制定的文件和标准，提供HMI设计指导。然而，其中许多集中在加工、石化和核工业。
许多HMI开发人员发现Bill Hollifield、Dana Oliver、Ian Nimmo和Eddie Habibi撰写的《高性能HMI手册》是有用的资源。它不仅展示了许多最佳实践概念，而且还描述了非常常见的糟糕设计。但是，这本书在某种程度上是面向过程的。
根据所使用的HMI平台的不同，开发环境可能会提供标准或可选的对象库，以及用于创建新项目的其他辅助工具，这些总是值得一看。请记住，在将这些库对象部署为公司标准之前，需要进行一些修改是非常常见的。
为新应用程序创建有效的工厂HMI通常是一个迭代过程，如果从适用的标准或示例开始，则会简化。一个好的起点是定义构建块对象。
把它分解成积木
每个终端用户都可能拥有典型的行业元素的组合，例如阀门和泵，以及特殊的组件——所有这些都必须在HMI上表示出来。早期的步骤应该是确定将重复使用的元素，并为每个元素创建标准设计(参见图1)。
并非所有的HMI设计元素都与物理设备有关。HMI对象，如启动/停止按钮，开/关指示器，配方值和数据输入标签是HMI与控制器交互所必需的逻辑结构，但不一定会在任何机械或电气设计文档中描述。
说到控制器，通常是可编程逻辑控制器(PLC)， HMI的开发必须与PLC的代码密切配合。如果PLC有特殊的设备警报，或其他派生值，如电机运行时间，这些必须包含在HMI中。
用故事板来构建它
故事板是一种描绘创作过程的方式。它们通常与电影联系在一起，但也可以在创作小说、建筑和软件中发挥作用。在开发工厂HMI的上下文中，故事板允许设计人员预先计划需要多少屏幕及其层次结构，以便团队可以在进行重大HMI配置工作之前检查流程。
设计师可以使用基于文本的大纲、电子表格、草图或技术的组合来创建故事板(见图2)。无论采用哪种方法，都应该是灵活的，并允许评审团队理解并帮助产生良好的安排。
情节串连板应该指出系统、子系统和其他详细信息是如何相互关联的，通常是指在每个屏幕上将显示的内容。这种安排在很大程度上取决于自动化内容的复杂性，以及必须显示哪些构建块对象。
一台非常基本的机器可能有一个或两个屏幕来描述所有的操作条件，并提供一些对象供操作员交互。更复杂的设备将有更多的屏幕，包括一些提供详细的操作员输入值、历史数据趋势、告警/事件日志以及衍生的性能和诊断信息的屏幕。
一旦工厂自动化达到一定的复杂程度，引入HMI组织级别的概念可能是有用的，例如:
- 1级仪表板:提供概要的“一目了然”操作信息
- 2级典型控制:精简的操作屏幕，提供必要的监控和控制选项
- 三级详细控制:详细的操作屏幕，比二级更多的选项
- 4级特定控制:非常详细的弹出窗口、配置或诊断屏幕，不经常使用。
在故事板过程中，请记住团队成员不仅包括程序员，还包括来自其他工程学科的人员，以及操作员、维护人员和管理层。每个成员应根据自己的角色作出贡献。
定义HMI风格的五种方法
HMI的风格包含许多外观、感觉和功能方面。虽然目前的“高性能”HMI概念要求最小化颜色和非常简单的对象，但用户必须采用适合其特定应用的内容(见图3)。创建HMI风格指南的考虑因素包括导航和可用性、颜色选择、数据文本定义、简单图形和可用性。
1.导航和可用性。常识表明，最重要的控件，通常是启动和停止命令，以及导航按钮，应该始终易于使用。一种常见的方法是为这些控件保留每个屏幕的一部分。
弹出窗口是出现在完整显示屏前的较小窗口屏幕，通常用于简短地查看和/或输入非常具体的信息，然后消失。有时允许弹窗持续是有帮助的，例如对于比例积分导数(PID)调整面板。然而，尽管弹出窗口对于不频繁的详细任务可能有用，但它们可能会分散正常操作的注意力，占用显示器上的空间，应该经常避免。
应根据需要应用密码保护安全，但要明智地避免锁定系统并妨碍操作人员。在一个有密码保护的屏幕上合并机器调优参数通常是有用的。
2.注意颜色。颜色用于背景、字体、静态元素和动画对象，但它们可能是一个有争议的HMI主题。大多数标准推荐浅灰色背景和灰色对象，为异常保留颜色。这提供了简单的可见性，并引导用户知道什么是重要的。然而，某个行业或设备可能会规定颜色的使用。电力工业通常用红色表示通电(危险)，用绿色表示断电(安全)。如果一件装备有三个颜色编码的子系统，也许在标题栏上包含这些颜色是有意义的，以便于识别。
另外，避免只依赖对象的动画颜色编码。在可能的情况下，最好提供表示状态或条件的辅助补充符号。
3.定义文本数据。样式还扩展到使用的字体和文本如何大写。计划只定义一些字体来覆盖必要的场景。标题和重要内容保留较大/粗体的字体，细节保留较小的字体。明确哪些值只能显示，哪些值可以由操作符输入。包括工程单位和允许范围。
4.简化图形的简单性。数字hmi的一个主要好处是能够呈现用户可以识别的图形图像和图标，而不需要阅读或可能由于语言障碍造成误解。然而，这并不意味着图像应该是详细的工程图纸、复杂的照片或任何动画。
相反，当代的最佳实践是尽可能地提供简化的图标图形。恒定动画在有限的情况下可能有用，但它会消耗处理资源，通常被认为是一种分心。
虽然不鼓励使用位图类型的图像，但是有很多很好的理由将它们包含在工厂自动化中。例如，设计人员可以在设备和部件的图像上加上箭头，以清楚地向用户指出故障发生的位置。
5.可用性放在第一位。研究帮助操作员完成工作的其他高级功能。不要只是显示容器的当前水位，而是将水位作为趋势显示，这样操作员就可以了解系统最近的运行情况。更好的是，将关键指示值嵌入屏幕上的小趋势。
警报也有类似的概念。对于大多数系统，指示当前活动的警报是很重要的。带有日期/时间戳的详细历史告警/事件日志允许用户查看问题是如何产生的，从而有助于故障排除工作。
态势感知是目标
态势感知的概念是由军事理论和最近的航空工业发展而来的，但它适用于工业工厂自动化设计。自动化系统的HMI部分的最终目标是提供所有相关信息，以便用户能够了解正在发生什么并知道需要采取什么行动。
大型工程公司或工艺设施可能拥有大量可用资源来开发他们的HMIs。然而，较小的组织、系统集成商和原始设备制造商可以利用最新的设计概念。在设计过程中考虑到上述所有主题，并在开发开始时让关键人员参与进来，将确保创建干净和有用的HMI体验。
比尔•德恩在他14年的工程生涯中，他花了大部分时间为石油和天然气，电力和包装处理行业设计和安装工业控制系统。他拥有美国空军航空电子副学士学位，目前在AutomationDirect工作，担任技术营销工程师。
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