跟踪HMI的进展

人机界面(HMI)的典型应用是人类需要与机器或过程交互的任何地方。我们人类要么将信息输入机器或过程，要么将信息提取或读取回来。当人们意识到为HMI类型的显示器编程比让电工为每台生产的机器在机器面板上连接单个按钮和显示设备要便宜时，HMI的起源就开始了。早期的人机界面设备被认为只是按钮的替代品。他们有一个对象工具箱来匹配这个想法。当时，基本的按钮和指示灯是配置对象工具包的核心。

在控制系统的世界里，人机界面随着技术的进步和控制系统世界的其他部分而发展。技术趋势是采用随着商业计算机技术(如个人电脑、笔记本电脑和移动设备)的发展而发展的硬件设计。

曾经有一段时间，HMI设备中使用的处理器、内存和外围硬件相当深奥。由于当时商用级硬件相对脆弱，许多制造商为人机界面和控制系统的其余部分选择了军用级组件。这往往会使价格居高不下，并限制供应。随着PC和移动设备的出现，硬件组件的耐用性显著提高。不仅组件的耐用性得到了提高，而且由于个人电脑、手机和平板电脑推动了紧凑耐用组件的批量生产，价格也有所下降。这里有一个有趣的技术逆转:触摸屏在工业人机界面中的应用远远早于它们在移动设备中的出现(见图1)。

在HMI软件和固件开发方面，用于开发驱动HMI硬件的固件和软件的相同工具也经历了类似的变化。而不是汇编代码和x86类型的处理器，设计师可以使用最新的精简指令集计算(RISC)架构和设备，如ARM或ATOM处理器，类似于目前使用的移动设备。操作系统也在不断发展。早期的HMI设备具有专有的操作系统，具有特定的工具，并且封闭系统带来的熟悉性、可重用性和功能增长有限。今天的趋势显然是标准化更开放的系统，例如Microsoft Windows Embedded 7 (WEC7)，在那里，通用的可重用工具可以在几代硬件上使用，并且设计人才更容易获得。

在hmi中使用的微处理器的类型经常跟随PC市场的领导。PC市场上使用的处理器更容易以合理的价格获得。内存和外围硬件也是如此。

直到后来才添加了更高级的工具。一些更高级的工具是图形对象、趋势对象、配方工具，一直到更高级的独立编程语言，如c++和VB.Net。当前的趋势是自动化人机界面屏幕设计过程。该过程由模板提供帮助，模板使用典型的工具和对象，用于包括逻辑、运动、视觉、安全、机器人和网络在内的应用程序。人机界面正变得如此强大，以至于我们达到了今天的水平:将一些PLC功能卸载到人机界面中以允许PLC做其他事情的可能性。

今天什么天气热?

在缺乏范式转换发展的情况下，当今人机界面技术的热点是什么?在移动设备上远程观看人机界面已经在用户和制造商中流行起来。该功能被视为监督人员检查操作员正在查看的内容以及随时收集机器状态和生产数量等快速信息的一种方式。例如，会议中的主管可以在他的移动设备上查看操作员的屏幕，以确认生产状态或特定过程的进展情况。

在运行时在HMI上以流行格式显示媒体的能力正在成为一种必须具备的功能。PDF, Xcel, Word和视频格式查看器允许HMI程序显示可以培训操作员，帮助操作员运行机器或解决机器问题的信息。例如，机器堵塞可以记录警报，然后显示如何清除堵塞和如何使机器再次运行的视频。

能够共享设计或设计的一部分正变得越来越重要，其推动力是标准化相同或类似的机器或机器过程在制造实体内的操作方式。屏幕或控制对象组可以打包到一个文件中，该文件可以与其他HMI设计人员共享，这样就可以建立与机器或过程接口的标准方法，从而可以进行标准化的操作人员培训，甚至可以在全局级别上进行培训。

宽屏、高分辨率显示器正在许多新的人机界面模型中寻找出路。宽屏幕的优点是允许在屏幕上放置更多的控制对象，并减少屏幕更改的数量，在特定的过程或操作中，更改屏幕将是麻烦的(参见图2)。然而，当太多的控制对象在没有经过深思熟虑的情况下被放置在一个屏幕上时，也可能存在相反的问题。有些人可能会争辩说，在制造环境中不需要高分辨率显示器。然而，对于竞争激烈的市场中的机器制造商来说，高分辨率的人机界面控制面板可以赋予机器更高的价值。不管怎样，随着消费市场推动显示器的数量向高分辨率、宽屏幕的方向发展，这些可能有一天会成为最经济的，也许是唯一的选择。

可以说，目前大多数用于HMI设备的编程软件根本就不是真正的编程软件，而更多的是一个配置包，其功能仅限于HMI供应商在配置包中提供的功能。许多HMI提供商现在都提供更深入地控制HMI的能力，以创建自定义控件和功能，并提供更高级的语言支持。VB。Net和c++是某些模型的选项。使用这些语言可以让HMI设计人员更直接地连接到HMI的底层硬件，以实现更快的操作速度，有时还可以实现更高效的自定义功能。

HMI、控制器和控制外围设备的集成开发环境对设计工程师来说更有意义。在独立的开发/配置环境中，标签和/或其他配置数据必须从各种配置或编程包中导入或导出。具有共享标记数据库和集成配置/编程环境的环境正变得越来越受欢迎。对于能够提供整个自动化解决方案的自动化供应商来说，问题变成了:“为什么要维护这么多编程包来使用您的完整解决方案?”对于与外围设备供应商合作以提供完整自动化解决方案的自动化供应商来说，这个问题变得很难回答，因为他们可能需要将自己的专有环境集成到一个完全不同的环境中。

因为我们大多数人都使用移动设备，我们对这些设备的熟悉程度，放大或缩小图像的能力，以及用手指滑动切换屏幕的能力，都开始在HMI设备中找到自己的方式。

前方是什么?

预测未来是一个敏感的话题，但事实就是这样。一个方向可能是功能的拆分。这个市场和其他许多市场一样，是由最终用户的需求驱动的。最终，用户的趋势是只需要并为他们将使用的功能付费。有可能，在某一时刻，模型会发展为为应用程序选择工具和特性，而最终用户只对他们使用的东西收费。

云正在将全新的概念引入工业控制领域。在某种程度上，我们可能会看到HMI和控制系统的某些部分驻留在私有或公共云中。根据所需的功能，HMI或其他控制硬件本身可能是购买的，也可能是租用的。这些功能将根据唯一的物联网(IoT)标识符(MAC ID或IP地址)或与设备购买或租赁相关的序列号，从云端下载到硬件上。

云也可能是存储机器控制不直接需要的信息的一种方式。信息，如收集的数据;所需的合规数据;操作员登录、注销、活动信息;安全记录;产品可追溯性信息;预测性维护信息;菜谱信息;警报历史可以作为一项服务存储在云端。真正需要留在机器本地的唯一数据将是以控制为中心的数据。 The cloud could be used to minimize the information technology (IT) work a controls engineer has to deal with. Today, controls engineers straddle the controls world and IT world with responsibility for rack-mounted servers and switches in cabinets or closets close to the manufacturing area. If it is important to a manufacturing organization to keep manufacturing communications and enterprise data separate, the cloud could assist in this as well.

云计算也可能是一种确保全球制造实体的远程位置运行相同的控制和HMI程序的方法。系统可以设计为定期刷新其编程或从基于云的主程序进行控制程序有效性测试。

其他有趣的发展是电子产品的持续小型化和功率效率的提高。我们可能会看到HMI安装在机器外壳的表面上，在面板上只有用于电源和通信的小孔，而不是在面板上切割一个矩形开口来安装HMI设备。如果以太网供电继续增长，到HMI只需要一个电气连接，而不是目前的两个电源和通信连接。将人机界面安装在外壳的外表面将减少外壳中的热量积聚，使人机界面更容易安装，并且还将使其更容易满足危险位置的要求，因为进入外壳的切口将被最小化。下一步可能是一个机器上的HMI, HMI不再有一个外壳，直接安装到机器上，在需要的地方，连接到附近的机器上的通信块，或者可能是无线操作(见图3)。更进一步，柔性OLED显示器和柔性电路板已经在这里了。我们可能会看到HMI显示器在某种程度上是柔性的，可以安装在不平整的表面上，或者在易振动的环境中使用时，显示器的耐用性得到改善。

目前正在开发的概念是，将眼球运动与显示器结合起来，来指示需要修改的物体或功能。在显示屏前的活动区域中的手势可以用来做出改变。

我们可以肯定的一件事是，我们与机器交互的方式将不断发展。

Clark Kromenaker是HMI, IPC和RFID的产品营销经理欧姆龙自动化与安全。他在工业控制和高科技产品的工程、应用和营销方面拥有超过15年的经验。

本文发表在应用自动化补充的控制工程
和设备工程。

-参见下文增刊中的其他文章。

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