HMI,OI

用于IIoT优化的HMI软件改进

统一人机界面(HMI)软件集中了设备管理和机器数据,提高了企业的可用性并增加了连通性。

Ramey米勒 2020年10月15日
提供:西门子工业公司。

学习目标

  • 在专用设备或个人电脑上运行的新一波人机界面软件与现代智能手机更加协调。
  • 协作对于操作改进是至关重要的,这统一了HMI软件的支持。
  • 随着一切都变得更加互联,人机界面软件技术必须跟上步伐。

越来越多的连接和更高性能的制造工厂需要相应的自动化进步。虽然传感器和可编程逻辑控制器(plc)在过去十年中变得更加智能,但并非所有人机界面(HMI)软件都经历了同样的技术进步。现在,尽管最新一代的人机界面软件有许多进步,包括:

  • 改进的图形特征
  • 车载生产力应用
  • 连接到多种设备的能力,以及
  • 用户能够在HMI的开放平台上定义自己的脚本和数据管道。

这些进步正在优化工业人机界面,以便与工业物联网(IIoT)应用中的设备一起使用。

图1:西门子WinCC统一HMI设备支持多点触控手势识别,以及HTML5、SVG和JavaScript等web技术。提供:西门子工业公司。

图1:西门子WinCC统一HMI设备支持多点触控手势识别,以及HTML5、SVG和JavaScript等web技术。提供:西门子工业公司。

改进操作技术

数字化不再是制造业的竞争优势;对于盈利能力、寿命和对不断变化的市场趋势的响应能力来说,这是一种竞争的必要条件。统一的人机界面软件通过允许开发人员构建复杂的、响应性强的、功能丰富的适合数字时代的应用程序来应对这些挑战。

这一波运行在专用设备或个人电脑上的人机界面软件更适合现代智能手机,而不是笨重过时的前辈。现代统一的人机界面与预先安装的应用程序,用于查看文件,观看教学媒体剪辑和访问外部基于web的系统。改进的多点触控手势——比如缩放和平移——允许流畅的文档导航和网页浏览(图1)。操作人员可以使用多点触控滑动来改变屏幕和在列表中滚动。

对HTML5、可缩放矢量图形(svg)和JavaScript等本地web技术的支持越来越普遍。该功能使开发人员能够自定义和动画人机界面,从基于像素的图形到基于矢量的图形的移动提高了屏幕上的美观和机器可视化。

Web服务器功能允许授权的操作员远程访问HMI应用程序从任何设备能够托管一个Web浏览器-如笔记本电脑,智能手机或平板电脑-不安装应用程序或插件。这为工厂员工和办公室工程师之间的协作提供了机会,使团队更容易地排除问题。

图2:西门子WinCC统一HMI软件支持在多个设备之间共享屏幕、标签、警报和生产数据,以促进协作。提供:西门子工业公司。

图2:西门子WinCC统一HMI软件支持在多个设备之间共享屏幕、标签、警报和生产数据,以促进协作。提供:西门子工业公司。

人机界面、IIoT协作和连接

对于小型机械制造企业和国际企业来说,合作对于改善经营至关重要。为了鼓励加强协作,统一的HMI软件支持在工厂车间的多个设备之间共享屏幕、标签、警报和生产数据,它将所有数据存储在一个中心位置(图2)。现代HMI设备还支持通过多种协议进行数据传输,例如用于云连接的消息队列遥测传输(MQTT)。

无论工厂布局如何,制造商整合所有生产数据以进行分析和工艺改进都是有利的。在过去,每种机器类型通常需要自己的第三方驱动程序将数据传输到中心位置,但统一的HMI软件克服了这一陈旧的障碍。建立在.NET编程语言等平台上的统一HMI软件系统连接性超越了基于工厂的历史记录,扩展到制造执行和企业资源规划系统中更高级别的组织工作流。

开发人员可以利用统一的HMI软件与这些工作流的集成,为受生产数据触发器影响的业务流程定义规则和操作。还可以监视生产关键性能指标,并将这些数据包括在业务流程报告中。通过在统一的HMI软件环境中安装可选应用程序,运营商可以通过安装在智能手机、智能手表或平板电脑上的并行应用程序接收与生产相关的移动警报和通知。

图3:西门子WinCC统一HMI软件能够管理众多设备。由于应用程序对象的公共库,伸缩性很简单。提供:西门子工业公司。

图3:西门子WinCC统一HMI软件能够管理众多设备。由于应用程序对象的公共库,伸缩性很简单。提供:西门子工业公司。

共享软件生态系统

整个工厂连接的关键是统一的人机界面共享软件生态系统。共享软件意味着一个人机界面开发和运行时环境用于所有可视化设备-控制室电脑,智能手机,平板电脑和面板人机界面。所有可视化接口都共享一个应用程序对象、svg和脚本的公共库。因为符号可以跨设备类型重用,所以随着工厂生产的扩大和额外的可视化设备上线,就不再需要花费时间和金钱开发新的图形(图3)。

共享软件的优势并不停留在人机界面层面。统一人机界面软件自带一套应用程序,使工厂主能够模块化地选择和构建他们的软件基础设施,以满足特定的公司需求。这些应用程序提供业务工作流集成、机器对机器(M2M)数据交换、数据可视化和分析、中央设备管理等功能。

集中设备管理——也称为组策略管理——是移动设备的熟悉概念,但在工业HMIs中不太常见。统一HMI软件引入了这种功能,基于管理员定义的设备组规则和分配,在整个企业的HMI设备上实现版本控制、安全补丁和应用程序管理。这确保设备仅用于授权的目的,并防止安全漏洞。

对于用户来说,共享的软件生态系统意味着在所有可视化和控制界面(包括移动设备)上拥有相似的外观和感觉。这可以提高操作人员的熟悉度和更好的决策,因为理解多个接口所需的工作更少,从而节省了时间,可以专注于操作改进。跨平台的并行和直观的界面也减少了用户的挫败感。

对现代植物的开放

在其整个软件生态系统的一致性之上,统一的HMI软件使用户能够导入自定义控件和文件。开发人员可以将第三方工具创建的对象导入统一的HMI软件中,以便在运行时应用程序中部署(图4)。该软件的开放性还允许通过使用常用的。net和c++框架与数据库和其他系统交换大量信息。

图4:开发者可以将使用第三方工具创建的自定义对象导入WinCC Unified HMI软件中,用于运行时应用,他们也可以开发开放api,用于自定义外部应用的web控制。提供:西门子工业公司。

图4:开发者可以将使用第三方工具创建的自定义对象导入WinCC Unified HMI软件中,用于运行时应用,他们也可以开发开放api,用于自定义外部应用的web控制。提供:西门子工业公司。

用户还可以创建开放式应用程序编程接口(API),以便与业务和生产工作流集成。机器制造商和最终用户都可以将其自定义编程作为开放API注入统一HMI软件的DNA中。例如,开发人员可以创建比较报告和调试跟踪,以便在应用程序代码或设备配置出现错误之前捕获错误,从而缩短调试时间并降低机器故障风险。

应用程序的开放性提供了分析整个工厂生成的数据所需的可访问性,而不会造成不必要的低效或停机时间。运行时开放性为第三方应用提供了直接访问HMI运行时标签和自定义web控件的权限,以增加设备和工作流程的灵活性。

脱机数据收集工具本机包含,用于向指定服务器提交数据。这允许与数据库系统交换大量信息,以及共享屏幕、标记、事件档案和历史报警。

安全是核心

把安全放在次要地位的日子一去不复返了。随着整个行业的入侵频率不断上升,机器制造商和工厂所有者必须认真对待软件安全问题。统一的人机界面软件配备了几个内置的措施,以防止未经授权的机器访问。

统一的HMI设备包含独立的控制面板和构建在操作系统(OS)之上的运行时层。系统管理员可以允许每个经过身份验证的用户访问一层或两层,还可以为操作系统访问配置用户授权。默认应用程序、用户应用程序和API位于控制面板层,而运行时层处理用于生产系统控制的熟悉HMI应用程序。

管理员可以启用和禁用物理端口——USB、以太网和总线——以及SNMP和传输协议。使用集中设备管理,管理员可以为每个设备组创建允许或禁止某些应用程序的规则,并管理企业中所有连接设备的安全补丁。

与旧的HMI软件不同,不需要第三方中央管理软件,因为用于编程和运行时的统一HMI软件包括中央设备管理所需的所有工具。该软件还支持与其他应用程序的设备和数据集成。运行统一HMI软件的所有设备之间的通信均经过加密,HMI可配置为自动系统备份,以防止数据丢失。

这些和其他功能可用于改进操作。例如,一家机器制造商正努力满足其利益相关者对更高功能性和可用性的日益增长的需求。制造商最近停止使用传统HMI产品,并在其机器上安装了统一的HMI软件,以提供更高的性能和灵活性。

这使得制造商能够导入自己的软件和应用程序来进行维护支持,而且许多本地通信协议使得用户能够在现有机器的同时集中管理他们的新设备。

未来的人机界面

随着越来越多的智能设备和企业连接软件系统在世界各地的工业工厂中实施,HMI软件技术必须跟上步伐。统一HMI软件提供现代图形界面质量,同时实现与多种外部设备和软件系统的连接。

通过实施这些先进技术并不断发展,制造商可以保持竞争优势,增加产量,提高效率。

Ramey米勒, HMI edge/产品营销经理,西门子工业公司.由副主编克里斯·瓦夫拉编辑,控制工程, CFE Media and Technology,cvavra@cfemedia.com

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关键词:HMI,人机界面,工业物联网

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Ramey米勒
作者简介:Ramey Miller是美国西门子工业公司HMI/Edge产品营销经理。他持有普渡大学计算机和电气工程学士学位。雷米拥有超过15年的工业自动化经验,并在西门子工作了3年。