HMI

HMI

HMI是Human Machine Interface 的縮寫,“人機接口”,也叫人機界面。人機界面(又稱用戶界面或使用者界面)是系統和用戶之間進行互動和信息交換的媒介, 它實現信息的內部形式與人類可以接受形式之間的轉換。凡參與人機信息交流的領域都存在著人機界面。

基本介绍

  • 中文名:人機接口
  • 外文名:HMI
  • 全稱:Human Machine Interface
  • 性質:系統和用戶互動和信息交換的媒介
本文中的HMI,人機界面產品的定義,人機界面(HMI)產品的組成及工作原理,接口種類,產品常識,人機界面產品的定義,人機界面(HMI)產品的組成及工作原理,人機界面產品的基本功能及選型指標,人機界面產品分類,人機界面的使用方法,產品問答,

本文中的HMI

HMI是Human Machine Interface 的縮寫,“人機接口”,也叫人機界面。人機界面(又稱用戶界面或使用者界面)是系統和用戶之間進行互動和信息交換的媒介, 它實現信息的內部形式與人類可以接受形式之間的轉換。凡參與人機信息交流的領域都存在著人機界面。

人機界面產品的定義

連線可程式序控制器(PLC)、變頻器直流調速器、儀表等工業控制設備,利用顯示屏顯示,通過輸入單元(如觸控螢幕、鍵盤、滑鼠等)寫入工作參數或輸入操作命令,實現人與機器信息互動的數字設備,由硬體和軟體兩部分組成。

人機界面(HMI)產品的組成及工作原理

人機界面產品由硬體和軟體兩部分組成,硬體部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數據存儲單元等,其中處理器的性能決定了HMI 產品的性能高低,是HMI的核心單元。根據HMI的產品等級不同,處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。HMI軟體一般分為兩部分,即運行於 HMI硬體中的系統軟體和運行於PC機Windows作業系統下的畫面組態軟體(如JB-HMI畫面組態軟體)。使用者都必須先使用HMI的畫面組態軟體製作“工程檔案”,再通過PC機和HMI 產品的串列通訊口,把編制好的“工程檔案”下載到HMI的處理器中運行。

接口種類

HMI的接口種類很多,有RS232RS485CANRJ45網線接口。
舉個例子來說,在一座工廠裡頭,我們要蒐集工廠各個區域的溫度、濕度以及工廠中機器的狀態等等的信息。通過一台主控器監視並記錄這些參數,並在一些意外狀況發生的時候能夠加以處理。這便是一個很典型的SCADA/HMI的運用。
一般而言,HMI系統必須有幾項基本的能力:
實時的資料趨勢顯示——把擷取的資料立即顯示在螢幕上。
自動記錄資料——自動將資料儲存至資料庫中,以便日後查看。
歷史資料趨勢顯示——把資料庫中的資料作可視化的呈現。
報表的產生與列印——能把資料轉換成報表的格式,並能夠列印出來。
圖形接口控制——操作者能夠透過圖形接口直接控制機台等裝置。
警報的產生與記錄——使用者可以定義一些警報產生的條件,比方說溫度過度或壓力超過臨界值,在這樣的條件下系統會產生警報,通知作業員處理。
主要廠商:
HMI產品主要分為三類:觸控螢幕、文本終端、平板電腦,其中以觸控螢幕為代表產品。
愛德克:主要提供4.6寸到12.1寸觸控螢幕,具備大型、中型、小型觸控螢幕、手提式以及具有卓越的操作感的CC開關型機種和一體化HMI,可實現最理想的HMI環境。主要產品有:可程式顯示器HG4G、HG3G、HG2G、HG1F;小型手提式人機界面HG1U型、HG1T型、HG1H型。
台達:主打HMI產品為5.7寸、7寸、8寸及10寸觸控螢幕和部分文本終端。產品有DOP擴展模組,DOP-A系列,DOP-AE系列,DOP-AS系列,DOP-B系列.
步科:提供從3.7寸到15寸、從單色到彩色、從觸控螢幕到文本終端的多系列產品。
三菱電機:要提供3.7寸到15寸觸控螢幕和非常少的一部分文本終端產品。主要產品有:GT10系列、GT15系列、GT11系列、GOT-F900、GTWorks2、GOT1000。
歐姆龍:主要提供3寸到12.1寸觸控螢幕和部分文本終端產品。主要產品有NT系列、NS系列、NP系列等。
西門子:包括文本終端(TD系列)、按鈕面板(PP系列)、觸控螢幕(TP系列)、操作員面板(OP系列)和多功能面板(MP系列),包含5.7寸-15.1寸的觸控螢幕和文本終端產品。

產品常識

人機界面產品的定義

連線可程式控制器(PLC)、變頻器直流調速器、儀表等工業控制設備,利用顯示屏顯示,通過輸入單元(如觸控螢幕、鍵盤、滑鼠等)寫入工作參數或輸入操作命令,實現人與機器信息互動的數字設備,由硬體和軟體兩部分組成。

人機界面(HMI)產品的組成及工作原理

人機界面產品由硬體和軟體兩部分組成,硬體部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數據存儲單元等,其中處理器的性能決定了HMI 產品的性能高低,是HMI的核心單元。根據HMI的產品等級不同,處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。HMI軟體一般分為兩部分,即運行於 HMI硬體中的系統軟體和運行於PC機Windows作業系統下的畫面組態軟體(如JB-HMI畫面組態軟體)。使用者都必須先使用HMI的畫面組態軟體製作“工程檔案”,再通過PC機和HMI 產品的串列通訊口,把編制好的“工程檔案”下載到HMI的處理器中運行。
圖1 人機界面硬體構成
HMI

人機界面產品的基本功能及選型指標

基本功能:
設備工作狀態顯示,如指示燈、按鈕、文字、圖形、曲線等
數據、文字輸入操作,列印輸出
生產配方存儲,設備生產數據記錄
簡單的邏輯和數值運算
可連線多種工業控制設備組網
選型指標:
顯示屏尺寸及色彩,解析度
HMI的處理器速度性能
輸入方式:觸控螢幕或薄膜鍵盤
畫面存貯容量,注意廠商標註的容量單位是位元組(byte)、還是位(bit)
通訊口種類及數量,是否支持列印功能

人機界面產品分類

薄膜鍵輸入的HMI,顯示尺寸小於5.7ˊ,畫面組態軟體免費,屬初級產品。如POP-HMI 小型人機界面
觸控螢幕輸入的HMI,顯示屏尺寸為5.7ˊ~12.1ˊ,畫面組態軟體免費,屬中級產品
基於平板PC計算機的、多種通訊口的、高性能HMI,顯示尺寸大於10.4ˊ,畫面組態軟體收費,屬高端產品

人機界面的使用方法

明確監控任務要求,選擇適合的HMI產品
在PC機上用畫面組態軟體編輯“工程檔案”
測試並保存已編輯好的“工程檔案”
PC機連線HMI硬體,下載“工程檔案”到HMI中
連線HMI和工業控制器(如PLC、儀表等),實現人機互動

產品問答

1、人機界面與人們常說的“觸控螢幕”有什麼區別?
從嚴格意義上來說,兩者是有本質上的區別的。因為“觸控螢幕”僅是人機界面產品中可能用到的硬體部分,是一種替代滑鼠及鍵盤部分功能,安裝在顯示屏前端的輸入設備;而人機界面產品則是一種包含硬體和軟體的人機互動設備。在工業中,人們常把具有觸摸輸入功能的人機界面產品稱為“觸控螢幕”,但這是不科學的。
2、人機界面和組態軟體有什麼區別?
人機界面產品,常被大家稱為“觸控螢幕”,包含HMI硬體和相應的專用畫面組態軟體,一般情況下,不同廠家的HMI硬體使用不同的畫面組態軟體,連線的主要設備種類是PLC。而組態軟體是運行於PC硬體平台、windows作業系統下的一個通用工具軟體產品,和PC機或工控機一起也可以組成HMI產品;通用的組態軟體支持的設備種類非常多,如各種PLC、PC板卡、儀表、變頻器、模組等設備,而且由於PC的硬體平台性能強大(主要反應在速度和存儲容量上),通用組態軟體的功能也強很多,適用於大型的監控系統中。
3、人機界面產品中是否有作業系統?
任何人機界面產品都有系統軟體部分,系統軟體運行在HMI的處理器中,支持多任務處理功能,處理器中需有小型的作業系統管理系統軟體的運行。基於平板計算機的高性能人機界面產品中,一般使用WinCE,Linux等通用的嵌入式作業系統
4、人機界面只能連線PLC嗎?
不是這樣的。人機界面產品是為了解決PLC的人機互動問題而產生的,但隨著計算機技術和數字電路技術的發展,很多工業控制設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控制設備,如變頻器直流調速器、溫控儀表、數采模組等都可以連線人機界面產品,來實現人機互動功能。
5、人機界面只能通過標準的串列通訊口與其它設備相連線嗎?
大多數情況下是這樣的。但隨著計算機和數字電路技術的發展,人機界面產品的接口能力越來越強。除了傳統的串列(RS232RS422/RS485通訊接口外,有些人機界面產品已具有網口、並口、USB口等數據接口,它們就可與具有網口、並口、USB口等接口的工業控制設備相連線,來實現設備的人機的互動。
6、是否有通訊功能的設備一定能和人機界面產品連線?
應該是這樣的。因為通用的人機界面產品都提供了大量的、可供選擇的常用設備通訊驅動程式;一般情況下,只要在人機界面的畫面組態軟體中選擇與連線設備相對應的通訊驅動程式,就可以完成HMI和設備的通訊連線。如果所選HMI產品的組態軟體中沒有要連線設備的通訊驅動程式,用戶則可以把要連線設備的通訊口類型和協定內容告知HMI產品的生產商,請HMI廠商代為編制該設備的通訊驅動程式。
7、PC機不加觸控螢幕,能否直接與PLC通訊,完成HMI的功能?
當然可以。不過還要編制相應的HMI軟體,才能使PC機成為一個真正的HMI產品。
8、未來人機界面的發展趨勢是什麼?
隨著數字電路和計算機技術的發展,未來的人機界面產品在功能上的高、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產品將全部是彩色顯示屏,屏的壽命也將更長。由於計算機硬體成本的降低,HMI產品將以平板PC計算機為HMI硬體的高端產品為主,因為這種高端的產品在處理器速度、存儲容量、通訊接口種類和數量、組網能力、軟體資源共享上都有較大的優勢,是未來HMI產品的發展方向。當然,小尺寸的(顯示尺寸小於 5.7寸)HMI產品,由於其在體積和價格上的優勢,隨著其功能的進一步增強(如增加IO功能),將在小型機械設備的人機互動套用中得到廣泛套用。

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