用于HMI应用程序的工具包括在线额外功能

为您的操作构建有效的人机界面(HMI)是一项非常个人化的工作。每一次安装都是不同的，有不同的要求、目标和需求。为您的操作实现正确的界面屏幕意味着彻底了解您的流程及其所有周围系统。

通过珍妮Katzel 二三年十二月一日

一目了然

定制HMIs
配置与编程
选择软件
扩展应用程序

栏:
在HMI软件中寻找什么

这篇文章包括在线额外内容:
莱纳斯呢
应用HMI工具:3M
应用HMI工具:Kemet Electronics

为您的操作构建有效的人机界面(HMI)是一项非常个人化的工作。每一次安装都是不同的，有不同的要求、目标和需求。为您的操作实现正确的界面屏幕意味着彻底了解您的流程及其周围的所有系统……然后创建这些流程的反映，以便相关人员可以从中监视和修改它们。

这项任务既简单又复杂。这很简单，因为今天的HMI软件包是全面的和用户友好的，旨在完成许多开箱即用的工作。然而，由于很少有应用程序遵循千篇一律的方法，大多数HMI软件包还允许广泛的自定义，让应用程序适合特定的需求。

选择工具

人机界面软件可以结合许多工具中的任何一种来帮助简化当今界面系统的开发。无论是Excel还是XML, Visual Basic还是OPC, c++还是c#，都有方法来完成用户可以想象或渴望的任何事情。这些标准编程语言可以创建动态进程、穿透防火墙、在Internet上传输和处理数据，等等。

选择以何种方式创建或增强HMI在很大程度上取决于个人偏好和能力。永远不会只有一个道路可以使用Visual Basic创建应用程序，但需要应用OPC进行运行时通信。简单的应用程序可能只需要开箱即用的配置，而更复杂的系统可能需要使用c++或c#进行详细的增强。符号库和ActiveX控件，适用于大多数HMI软件包和可作为附加组件，有助于进一步定制应用程序。一些供应商为特定行业提供垂直包。半导体和汽车行业就是两个很好的例子。

编程工具的选择可能是公司要求的。公司通常需要一个通用的编程工具和方法来建立一致性。例如，大公司通常会为其全球所有工厂制定企业标准。策略可能要求标准HMI包之外的相关应用程序开发以一致的方式进行。然后将程序移植回工厂位置的任何软件包中，以增加所需的接口。

用于创建可通过HMI访问的逻辑的开发语言有其自己的特点。阶梯逻辑很简单，很多北美人都能理解。Visual Basic非常直观，比大多数语言都更容易学习。c++的交互性不强，更复杂，而且肯定更难使用。XML的广泛使用使它成为一种熟悉而常见的工具。它几乎没有语法，相当容易学习，并且可以跨行业使用来构建许多类型的hmi。

然而,编程HMI并不总是必要的。如今大多数hmi都是面向配置的，设计的目的是让非程序员或只有很少编程背景的人可以轻松地生成一个相当有效的系统。通过用户友好的gui(图形用户界面)、填空屏幕和一些培训，大多数工程师可以轻松地使用配置和专有脚本工具来完成需要完成的工作。

Paul Shelton，自动化营销，HMI产品，西门子，这样看待它:“用户不应该关心代码的样子，软件是否生成VBA或XML或其他东西。我们希望最大限度地缩短配置时间，提供一套易于配置的工具，如果应用程序需要，这些工具是可扩展的。”西门子两大主要的人机交互软件解决方案包括WinCC，一个全功能的SCADA和历史产品，以及ProTool，一个面板配置工具。

“如果我们使用配置工具来完成工作，”Shelton说，“完成项目所需的定制量应该会减少。有了HMI配置包，你应该可以说，好吧，这是一个泵，在屏幕上拖放一个智能对象，输入一些参数，就完成了。如果您希望访问其他属性或添加脚本，则可以轻松访问高级配置级别。配置完成后，可以轻松地将新的自定义对象添加到库中。公开公共配置参数，从而缩短开发时间。但是如果我想要来访问更多的细节，如果我需要，这个功能就在那里。”

配置，脚本，程序

当这些开箱即用的配置工具还不够时，添加简单的脚本并添加可用的附加组件可能会产生预期的结果。欧姆龙电子(Omron Electronics)的课程开发/培训师萨德•麦考伊(Thad McCoy)指出:“脚本语言让我们可以做更多事情。ActiveX控件就是一个例子:“你可以从互联网上拉下一个MP3 ActiveX控件，并编写脚本告诉它‘当满足这个条件时，这个特定的播放器将启动并播放指定的MP3文件。“这类附加功能对于建立报警等功能通常很重要。效果非常好。”

ActiveX控件让用户可以轻松地完成更多的人机界面。这些用于图形和组件的容器可用于可视化或运行流程。它们可以从许多来源获得，并充当允许用户启动或运行第三方程序的桥梁。ActiveX控件可用于数据库访问、告警报告、基本趋势等。

如果脚本语言的功能足够全面，大多数应用程序都可以单独使用脚本构建。Wonderware的可视化产品经理Keith Jones解释说，你并不总是需要编程，但每个应用程序都需要定制的元素。“任何操作都需要添加自己的图片和组件，”他说。“你总是需要编写一些脚本，即使它像按下按钮时启动应用程序的一行指令一样简单。Wonderware的InTouch使用脚本，这通常比编程更容易使用。”

InTouch旨在为操作员和管理人员提供工厂车间的可视化过程，同时与工厂控制设备进行接口和连接。用户配置任何他需要看到的东西来与他的流程交互。如果他想画一个传送带，他可以用InTouch的WindowMaker自己做，或者从现有的库中拉出来。现在有许多现有的库可用。你可以拖放一个项目到你的应用程序中，把它连接到一些I/O点或标签上，它会随着传送带的移动而移动。”

InTouch的SymbolFactory有大约3000种产品，从简单的管道到熔炉。第三方供应商提供更多的产品。

当需要更多

用最少的编程轻松创建应用程序固然重要，但在必要时能够扩展应用程序也同样重要。罗克韦尔软件公司HMI产品业务经理Pradeep David承认:“没有一个单一的HMI包可以立即满足所有客户的所有需求。“因此，我们所有的人机界面产品都被授权使用Visual Basic;它们都嵌入了Visual Basic for Applications (VBA)。例如，在钢铁工业中，应用程序经常使用高速计算。Visual Basic提供了扩展HMI所需的工具。在我们的例子中，如果你想做的不仅仅是我们的HMI提供的开箱即用，RSView有一个对象模型，你可以通过VBA访问它来创建标记、创建屏幕，并从外部修改HMI的行为。这是一种强大而有效的方式，可以让人机界面做一些原本不打算做的事情。”

不可否认，人机界面软件被要求做更多的事情。如今，关键在于如何通过自动化功能和为用户提供附加功能来实现这一点。美国国家仪器公司LabVIEW平台经理Norma Dorst提供了以下观察结果:“灵活的软件使系统集成尽可能简单。在最底层，它必须完成I/O集成。从plc和仪器到DAQ系统，HMI必须与该层集成。”

HMI还必须与通信层和系统管理层集成，她继续说道。XML、. net和ActiveX等工具在这些层中发挥作用，以帮助实现HMI中所需的所有集成和交互。她指出，NI的LabVIEW可以帮助hmi与XML电子表格对话，并在互联网上进行通信。“如果你不需要如此复杂的沟通，你就不需要担心这些功能。但是一些SCADA系统需要这些功能。大多数HMI供应商担心的是管理层，但嵌入式层也很重要。”

除了创建应用程序，HMI系统还必须准备好与所有类型的元素进行公开通信。这种供应商的多样性和设备的差异使得其他软件工具(例如来自OPC基金会的工具)在今天非常重要。通过客户端和服务器功能，OPC规范将对象链接到设备。OPC充当中介，在系统之间架起桥梁。OPC服务器允许第三方包通过从客户端获取信息并将其转换为可理解的格式来与不同的硬件进行通信。

罗克韦尔的Pradeep David说:“所有HMI包都需要是OPC服务器和客户端，因为很少有终端用户确切地知道他们的系统需要与哪些或多少硬件供应商通信。许多hmi需要向上与MES层通信，也需要向下与设备或组件级通信。OPC就是完成这一任务的机制。”

扩展应用程序

GE发那科智能产品组HMI/SCADA产品营销总监Roy Kok建议寻找灵活的HMI软件。“能够融入尽可能多的定制功能非常重要。用户需要能够转向我们的把标准软件变成独一无二的东西他们的．GE发那科自动化提供两个HMI软件包:Cimplicity HMI，一个面向离散的、事件驱动的软件包，更适合汽车和机器控制应用;iFix是一种面向过程、时间驱动的系统，专为石油、天然气、水和废水行业等过程应用的分析和连续控制而设计。这两种产品都支持食品和饮料、建筑管理和电力等混合市场。

Kok认为，你应该能够将Cimplicity HMI这样的标准HMI软件包安装在机器上，而不需要编程。“你不需要编写脚本或应用VBA来完成应用程序，”他坚持说。“一切都是指向点击，选择标签名称，绘制图片和链接操作。理想情况下，这个市场需要易用性。

”然而,我们是看到越来越多的系统集成——HMI不再只是监控工厂车间的情况，”他继续说。“它还与关系数据库进行通信，以便提供订单信息或调度信息。它向上和向下交流和交互。我们有客户希望他们的HMI产品成为他们对业务的整个操作员视图。”

欧姆龙的McCoy指出，大多数产品都提供了整合附加组件和创建程序的方法，以增强或扩展HMI功能。欧姆龙的CX Automation Suite系列人机界面软件提供了基于微软视窗技术的集成模块化人机界面解决方案。工具涵盖编程、仿真、通信、SCADA和应用程序功能。通过一个单独的模块CX-Supervisor，用户可以定制HMI系统的所有元素。McCoy指出，它的结构和感觉与Visual Basic相似。“这是非常直观的;它尝试一步一步地引导用户完成整个过程。ActiveX控件可以让我们与特定的设备连接和通信。”

与大多数软件包一样，CX-Automation Suite允许将第三方ActiveX控件集成到HMI中。使用Visual Basic，用户可以编写一个小程序来执行一个活动。提供的ActiveX控件使从Microsoft Excel和Visual Basic进行通信简单可靠。

迈向零努力的人机界面

HMI和HMI的发展方向是什么?

相互依赖是关键字。HMI是一个而且只有一个在整个自动化系统中，必须在该上下文中考虑。它是所有其他工厂自动化功能的关键数据基础。

通用电气的Roy Kok认为HMI系统正朝着通过一个软件包向一个操作员提供业务视图的方向发展。为了做到这一点，他说，hmi将在图形中托管大量第三方内容:“软件包需要是可靠、安全的ActiveX容器。如果图形容器中有第三方内容，则需要考虑HMI环境的可靠性是否会受到影响。我可能会从互联网上购买并下载一个ActiveX控件，并将其安装在我的图形中。它从未在我们的系统中测试过，与所有其他正在执行的功能一起尝试过，可能会使我的系统崩溃。容器需要捕获和隔离开发的问题，并防止它们影响应用程序的其他方面。”

NI的多尔斯特认为，如今人们可以构建出真正令人难以置信的人机界面。“我们真的不再限制人机交互的复杂程度了，”然而，她警告说:“如果你没有向操作员说明一些有用的东西——如果它只是漂亮——那么它就毫无意义。但当它对操作员的准确性和理解发生了什么产生影响时，它就需要在那里。你越能说明这些东西，你最终的植物或机器设计就会越好。”

她还认为微软的Visual Studio . net为人机界面开发带来了新的倾斜。VB和vc++ (Microsoft Visual c++)的用户想要一种更结构化的语言来构建更复杂的应用程序。Visual Studio . net创建了一个更强大的VB和更易于使用的C和c++的中间地带。人们正在缓慢但坚定地迁移到Visual Studio . net，我相信在未来你会看到它被更多地使用。”

总之，未来会允许的更多的而且少．毫无疑问，它将进一步简化开发过程——Rockwell的David称之为“零工作量HMI”的概念。他解释说，正在开发的系统实际上是“无标签”的。“标签不是你创造的。在概念上，您可以在[Autodesk Auto] CAD或[Microsoft] Visio等程序中创建一个块。该块通过某些接口被转换为阶梯逻辑或其他HMI代码。在某种意义上，它为你工作。用户只需要花费很少的时间来开发HMI。显然，我们还没有做到这一点，但我相信你会看到这一领域的重大举措。”

相反，随着终端用户对HMI产品变得更加复杂和了解，他们将通过修改现成的软件来更适合操作，从而寻求对流程和系统进行更大的定制。人机交互软件的结构提供了这样做的机会和手段。

更多产品
访问www.globalelove.com/ buyersguide。对于积分器，请访问www.globalelove.com/integrators。要获得免费的供应商信息，请使用www.globalelove.com/freeinfo提供的“enter”号码:
GE发那科自动化
www.gefanucautomation.com
国家仪器
www.ni.com
欧姆龙电子
www.info.omron.com
罗克韦尔软件
www.rockwellautomation.com
西门子能源与自动化
www.sea.siemens.com
Wonderware
www.wonderware.com

网上只有
Linux怎么样?
基于linux的hmi最近受到了极大的关注，原因有很多，其中最重要的原因是它的成本。Linux是一个免费的unix类型的操作系统，最初由Linus Torvalds在世界各地开发人员的协助下创建。Linux的源代码是在GNU通用公共许可证下开发的，每个人都可以免费获得(参见下面列出的网站获得更多信息)。

对于操作系统对hmi的适用性和可用性，人们的意见各不相同，尽管有几家制造商提供或计划提供基于linux的设备。从Web服务的角度来看，Linux非常强大。罗克韦尔自动化公司的Pradeep David说:“我认为Linux将在服务器端扮演重要角色。服务器成本低。但是从客户端来看，hmi是富客户端，Windows仍然是桌面的首选。Linux还没有在制造环境中取得重大进展。”

然而，应用程序似乎正在聚集在一起，一些制造商非常接近于拥有一个将放在机器上的系统。Kemet Electronics的Joe Jansen认为，我们很快就会看到一些使用Linux的普通白盒PC控件。他说:“从那里开始，进入嵌入式市场将是一个自然的延伸。”存在基于linux的HMI界面。当然，授权是很棒的:它是免费的。”

几乎是免费的。西门子的Paul Shelton也认为Linux在服务器端做得很好，他预计Linux在服务器端的存在将继续发展。然而，当谈到成本时，他指出:“如果你看看硬件、操作系统以及应用和维护的总拥有成本，那么在‘免费’操作系统上节省的一些成本在长期维护和支持中会减少。微软的操作系统是人机界面行业的标准。这种标准化使开发人员能够专注于功能丰富的应用程序，从而轻松地共享信息。”
无论是否免费，都有一定的局限性，正如Wonderware的Keith Jones所指出的:“我们的产品完全在基于windows的环境中，我们致力于此。我们没有改变或进入基于linux的系统的计划。我们与运行基于嵌入式Linux硬件的瘦客户机的用户合作，然后连接到InTouch服务器。这是非常可嵌入的技术，而且是免费的。这对想要制造这种屏幕的原始设备制造商很有吸引力。但这是我们与Linux的唯一合作。”

GE发那科的Roy Kok对此表示赞同。“自动化世界是由微软技术驱动的。人们希望在开发和使用hmi时能够使用Excel和其他应用程序。您可以将包含基本信息的文件导出到Excel，使用Excel作为开发工具，然后将其移植回HMI系统。这些任务在Linux环境中很难完成。兼容的开发工具根本不存在。

“在操作系统不是关键的地方——瘦客户端终端就是一个很好的例子——我们可以利用像微软终端服务这样的技术。Linux在这些应用程序中是一个好处，就像CE一样。”
有关Linux和基于Linux的hmi的更多信息，请访问Linux Online (www.linux.org, Control.com)和ESA Technology (www.eason.com)。

应用HMI工具:3M
一个新的人机界面平台意味着更少的停机时间、培训和编程，3M公司在圣保罗的试点工厂。过时的控制系统导致了作业效率和上市时间的降低。对改进方法的研究提出了四个要求:产生可重复的结果;保持灵活性;满足产品需求;并提供实验全面进行时可以使用的数据。

每当在20世纪90年代初安装的单一控制系统出现故障时，几台加工机器就会随之停机。因此，该设施寻求一个具有更高可靠性的新系统和一个可以执行数据采集、监测和控制的可视化平台。3M PI&CS工程师Brian Beyersdorf说:“我们需要一个能够提供更快数据更新速度(更接近实时结果)和远程故障排除访问的HMI，这样维护工程师就可以通过内联网查看操作。”

旧系统的编程代码结构很差，文档记录也很差，使得维护、培训和增强变得困难。操作界面和可编程控制排在需要升级的列表之首。以前的经验使公司选择罗克韦尔自动化/艾伦布拉德利产品来完成这项工作。三个系统中的每一个都配备了RSView Machine Edition HMI软件，运行在一台Allen-Bradley RAC6182工业计算机和ControlLogix控制器上。

Beyersdorf和PI&CS工程师Justin Bodie使用RSLogix和RSView Studio编程了新的控制系统组件。这样做的好处之一是能够分部分开发程序，然后轻松地将这些部分集成到一个主程序中。新系统使用结构化的命名约定。第一级标记标识机器，然后是功能，依此类推。

以前的系统不允许命名约定;因此，拜尔斯多夫和博迪不得不重写大部分代码。然而，RSLogix未使用的标记特性有助于保持程序整洁。一旦第一台机器编写好程序，代码就可以方便地移植到另外两台机器上。

ControlLogix平台上的ActiveX ide面板提供了一个简单的接口，用于排除编程问题。Beyersdorf说:“功能块编程的增强功能使系统更容易配置，为我们提供了流程的图形化画像，并为我们提供了额外的功能。”此外，在笔记本电脑上使用HMI编程工具来测试警报和远程检查过程，减少了安装时间。

新系统与传统和新兴网络技术相结合，提高了网络集成。现在，每个HMI设备中都编程了近1200个警报，简化了故障排除。微软windows标准字体和更高的屏幕分辨率提高了HMI设备的视觉能力。总体而言，hmi预测问题的能力将非计划维护时间缩短了10%。顺利实施将启动时间缩短了约10 - 20%。Bodie说:“[W]e能够以最少的安装后支持无缝升级系统。”

应用HMI工具:Kemet Electronics
使用训练有素的人员实现效率，以最高水平的质量运行，并应用领先的技术总结了Kemet Electronics Corp.， Greenville, SC，铝，陶瓷和钽电容器制造商的使命。正如最近的一个项目所表明的那样，执行这一任务扩展到建立最好的HMIs来监测和控制其运营。

控制技术人员Joseph a . Jansen领导了这项工作，目前正专注于开发HMI来监督聚合物生长系统。目前，该项目完成了一半，涉及到大约60个储罐，电容器浸入其中，聚合物生长化学反应发生。部件安装在一个机架上，由一个架空龙门系统移动，延伸40英尺，首尾相连。

Jansen解释道:“过去我们在静态安装的触摸面板上做了一些工作，但我想在这个应用程序上使用的东西之一是便携式手持吊坠。”“我们选择了欧姆龙电子公司的一款手持式彩色触屏吊坠，主要是因为我们已经在使用欧姆龙plc。该系统由模块组成:一个容纳四个浸盘;一个做零件装卸;另一个是龙门架。这个吊坠可以插入到任何模块和特定于该模块的功能中。”

为了确保维持公司的质量目标，Jansen亲自完成了HMI系统的大部分设计和编程。“我们尽量与触屏保持一致。颜色编码就是一个很好的例子。如果你在屏幕上看到一个紫色的物体，你知道你可以触摸它，它将执行某种功能。绿色总是意味着有东西在运行;红色是停止;浅蓝色是静态文本显示;黄色文本是一个过程变量。尽可能多地使用颜色编码，让玩家更容易看到屏幕上的关键元素。如果你始终如一，你就能最大限度地减少猜测。”

Jansen的团队还将安装一个大型的、固定位置的彩色触摸屏显示器，以与模块中的所有plc通信。该工作站将成为一个中央数据交换中心。任何不适合手持吊坠的东西都可以通过固定显示器来完成。例如，所有批数据都将在大显示器上输入。

詹森指出:“我的HMI设计目标是让操作员或维护人员能够在一到两个屏幕内确定发生了什么以及如何修复它。”这意味着错误信息更加详细和有意义。此外，Jansen还在他的显示器上添加了一个“更多帮助”按钮，可以生成一本说明图册，展示系统应该是什么样子，以及几段关于什么可以触发发生的警报类型以及可以采取什么样的行动来修复它。

Jansen说，为一个人机界面编程来提供如此多的信息既耗时又复杂。但是，“这样就不会让周六上第三班的维修工打电话到家里问我‘这是什么意思?“情况可能更糟。一旦设置好屏幕，一切就完成了。”

带有嵌入式Web服务器的OPC控制器将PLC网络与以太网连接起来，允许Jansen读取报告并将数据发送到公司的Oracle数据库，并远程提供信息。举个例子:其中一个dip模块在实验室中，用于化学家的测试。plc在指定时间内以规则频率记录参数;然后将数据保存到微软Excel电子表格中。开放式网络控制器作为一个桥梁，从PLC和电子表格中获取数据，并将其发布到网站上，使信息在过程完成的瞬间可用。

通过创建几个链接和一个简短的Java程序来从PLC读取值并将其实时发送到浏览器，Jansen可以“看到”机器在远程做什么。“通过一点编程，”他指出，“我可以通过网络，准确地看到龙门架在哪里，零件上的电压是多少。我可以拨入公司服务器，如果周六晚上的维修人员必须给我打电话，他可以‘告诉我’他在问什么。”
完整的系统将于2004年年中到位并开始运作。