電氣工程師必需知道的人機(jī)界面知識

人機(jī)界面常識是對初學(xué)者來說是首要了解的知識，產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存貯單元等。

HMI軟件一般分為兩部分，即運(yùn)行于HMI硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于PC機(jī)Windows操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件。本文為大家詳細(xì)介紹人機(jī)界面的10大常識。

人機(jī)界面(Human Machine Interaction，簡稱HMI)

常用的名詞：觸摸屏、HMI、人機(jī)界面

(一)人機(jī)界面產(chǎn)品的基本功能及選型指標(biāo)

(1)基本功能：

設(shè)備工作狀態(tài)顯示，如指示燈、按鈕、文字、圖形、曲線等;

數(shù)據(jù)、文字輸入操作，打印輸出;

生產(chǎn)配方存儲，設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄;

簡單的邏輯和數(shù)值運(yùn)算;

可連接多種工業(yè)控制設(shè)備組網(wǎng)。

(2)選型指標(biāo)：

顯示屏尺寸及色彩，分辨率;

HMI的處理器速度性能;

輸入方式-觸摸屏或薄膜鍵盤;

畫面存貯容量-容量單位是字節(jié)、還是位;

通訊口種類及數(shù)量，是否支持打印功能等。

(3)產(chǎn)品分類：

初級產(chǎn)品：薄膜鍵輸入式，顯示尺寸通常小于六英寸

中級產(chǎn)品：觸摸屏輸入式，顯示尺寸通常大于六英寸

高級產(chǎn)品：計(jì)算機(jī)輸入式、顯示尺寸通常大于十英寸

(二)人機(jī)界面的常規(guī)使用步驟

(1)明確監(jiān)控任務(wù)要求，選擇適合的HMI產(chǎn)品;

(2)在PC機(jī)上用畫面組態(tài)軟件編輯“工程文件”;

(3)測試并保存已編輯好的“工程文件” ;

(4)PC機(jī)連接HMI硬件，下載“工程文件”到HMI中;

(5)連接HMI和工業(yè)控制器(如PLC、儀表等)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

(三)人機(jī)界面與人們常說的“觸摸屏”有什么區(qū)別?

從嚴(yán)格意義上來說，兩者是有本質(zhì)上的區(qū)別的。因?yàn)椤坝|摸屏”僅是人機(jī)界面產(chǎn)品中可能用到的硬件部分，是一種替代鼠標(biāo)及鍵盤部分功能，安裝在顯示屏前端的輸入設(shè)備。

人機(jī)界面產(chǎn)品則是一種包含硬件和軟件的人機(jī)交互設(shè)備。在工業(yè)中，人們常把具有觸摸輸入功能的人機(jī)界面產(chǎn)品稱為“觸摸屏”，但這是不科學(xué)的。

(四)人機(jī)界面和組態(tài)軟件有什么區(qū)別?

人機(jī)界面產(chǎn)品，常被大家稱為“觸摸屏”，包含HMI硬件和相應(yīng)的專用畫面組態(tài)軟件，一般情況下，不同廠家的HMI硬件使用不同的畫面組態(tài)軟件，連接的主要設(shè)備種類是PLC。

組態(tài)軟件是運(yùn)行于PC硬件平臺、windows操作系統(tǒng)下的一個通用工具軟件產(chǎn)品，和PC機(jī)或工控機(jī)一起也可以組成HMI產(chǎn)品;通用的組態(tài)軟件支持的設(shè)備種類非常多，如各種PLC、PC板卡、儀表、變頻器、模塊等設(shè)備，而且由于PC的硬件平臺性能強(qiáng)大(主要反應(yīng)在在速度和存儲容量上)，通用組態(tài)軟件的功能也強(qiáng)很多，適用于大型的監(jiān)控系統(tǒng)中。

(五)人機(jī)界面產(chǎn)品中是否有操作系統(tǒng)?

任何人機(jī)界面產(chǎn)品都有系統(tǒng)軟件部分，系統(tǒng)軟件運(yùn)行在HMI的處理器中，支持多任務(wù)處理功能，處理器中需有小型的操作系統(tǒng)管理系統(tǒng)軟件的運(yùn)行?；谄桨逵?jì)算機(jī)的高性能人機(jī)界面產(chǎn)品中，一般使用WinCE，Linux等通用的嵌入式操作系統(tǒng)。

(六)人機(jī)界面只能連接PLC嗎?

不是這樣的。人機(jī)界面產(chǎn)品是為了解決PLC的人機(jī)交互問題而產(chǎn)生的，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，很多工業(yè)控制設(shè)備都具備了串口通訊能力，所以只要有串口通訊能力的工業(yè)控制設(shè)備，如變頻器、直流調(diào)速器、溫控儀表、數(shù)采模塊等都可以連接人機(jī)界面產(chǎn)品，來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。

(七)人機(jī)界面只能通過標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊口與其它設(shè)備相連接嗎?

不是這樣的。但隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)界面產(chǎn)品的接口能力越來越強(qiáng)。除了傳統(tǒng)的串行(RS232、RS422/RS485)通訊接口外，很多人機(jī)界面產(chǎn)品已具有網(wǎng)口、并口、USB口等數(shù)據(jù)接口，它們就可與具有網(wǎng)口、并口、USB口等接口的工業(yè)控制設(shè)備相連接，來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的人機(jī)的交互。

(八)是否有通訊功能的設(shè)備一定能和人機(jī)界面產(chǎn)品連接?

應(yīng)該是這樣的。因?yàn)橥ㄓ玫娜藱C(jī)界面產(chǎn)品都提供了大量的、可供選擇的常用設(shè)備通訊驅(qū)動程序;一般情況下，只要在人機(jī)界面的畫面組態(tài)軟件中選擇與連接設(shè)備相對應(yīng)的通訊驅(qū)動程序，就可以完成HMI和設(shè)備的通訊連接。如果所選HMI產(chǎn)品的組態(tài)軟件中沒有要連接設(shè)備的通訊驅(qū)動程序，用戶則可以把要連接設(shè)備的通訊口類型和協(xié)議內(nèi)容告知HMI產(chǎn)品的生產(chǎn)商，請HMI廠商代為編制該設(shè)備的通訊驅(qū)動程序。

(九)PC機(jī)加顯示屏，能否直接與PLC通訊，完成HMI的功能?

當(dāng)然可以。不過PC機(jī)還要編制相應(yīng)的組態(tài)軟件，才能使PC機(jī)成為一個真正的HMI產(chǎn)品。

(十)未來人機(jī)界面的發(fā)展趨勢是什么?

隨著數(shù)字電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，未來的人機(jī)界面產(chǎn)品在功能上的高、中、低劃分將越來越不明顯，HMI的功能將越來越豐富;5.7寸以上的HMI產(chǎn)品將全部是彩色顯示屏，屏的壽命也將更長。

由于計(jì)算機(jī)硬件成本的降低，HMI產(chǎn)品將以平板PC計(jì)算機(jī)為HMI硬件的高端產(chǎn)品為主，因?yàn)檫@種高端的產(chǎn)品在處理器速度、存儲容量、通訊接口種類和數(shù)量、組網(wǎng)能力、軟件資源共享上都有較大的優(yōu)勢，是未來HMI產(chǎn)品的發(fā)展方向。

當(dāng)然，小尺寸的(顯示尺寸小于5.7寸)HMI產(chǎn)品，由于其在體積和價(jià)格上的優(yōu)勢，隨著其功能的進(jìn)一步增強(qiáng)(如增加IO功能)，將在小型機(jī)械設(shè)備的人機(jī)交互應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。

有些機(jī)械行業(yè)，比如說機(jī)床、紡織機(jī)械、電子設(shè)備等行業(yè)，在國內(nèi)已經(jīng)發(fā)展有幾十年的歷史了，相對來說屬于比較成熟的行業(yè)，從長遠(yuǎn)看，這些行業(yè)還存在著設(shè)備升級換代的需求。在這個升級換代的過程中，確實(shí)會有一些小的、一直使用比較低端產(chǎn)品的廠家被淘汰掉，但也有很多企業(yè)在設(shè)備更新過程中，將需求重新定位，去尋找那些能夠符合他們發(fā)展計(jì)劃，幫助他們提高自身生產(chǎn)力的設(shè)備供應(yīng)商。

鑒于這種需求，以后人機(jī)界面的改變，將在形狀上、觀念上、應(yīng)用場合等方面都有所改變，從而帶來工控機(jī)核心技術(shù)的一次次變革?？傮w來講，人機(jī)界面的未來發(fā)展趨勢是六個現(xiàn)代化：平臺嵌入化、品牌民族化、設(shè)備智能化、界面時(shí)尚化、通訊網(wǎng)絡(luò)化和節(jié)能環(huán)?；?。

審核編輯：湯梓紅