新一代人机界面（HMI）的发展趋势

最新一代的HMI将传统产品的最佳功能与现代开源硬件、软件和网络技术相结合，以解决传统产品面临的挑战。

操作员界面设备是工业自动化的关键要素，但许多产品存在缺点和实施障碍。坚固、易用等新特性的融入，让操作员界面设备应用于工业边缘和其它关键应用，使经典人机界面的最佳功能与现代商业技术相结合。

用于机器和过程的工业自动化系统必须监控工况、设备指令和协调控制。设计人员通过结合各种工业自动化技术来实现这些功能，如传感器和仪器、输入/ 输出（I/O）模块和数字控制器。即使是最先进的机器也不能自行运行，这意味着自动化系统也必须提供某种形式的操作员界面。

允许操作员与自动化系统交互的电子设备统称为人机界面（HMI）。 有时，在非个人电脑（PC）计算平台上构建的更专用的设备，可能被称为操作员接口终端（OIT）。将HMI 和操作员接口终端集成到自动化系统至关重要。它们能提供比简单面板设备更多的接口选项，如果需要更改，通常可以以更低的成本重新配置或重新编程HMI 或操作员接口终端。

然而，有些增加的操作员界面功能，仍然存在一些缺点，使HMI 成本过高且难以维护。为了解决这些缺点，最新HMI 产品的设计吸收了过去的经验，同时利用了最新的商业技术。

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 传统HMI面临的挑战

第一代HMI 和操作员接口终端专注于让用户启动和停止设备、了解系统的运行方式并进行适当的调整。

报警和事件记录、历史数据和显示趋势是后来逐步增加的功能。可以复制和保存HMI和操作员接口终端配置，如果旧设备损坏或发生故障，可以相对快速地部署新设备。改进的网络功能，尤其是以太网和Wi-Fi，意味着HMI 不再需要安装在物理上靠近机器的位置。可以在现场安装多个HMI，以便在控制室、机器和办公室中提供接口。

与硬接线面板设备相比，这些HMI 和操作员接口终端具有许多优点，但也有一些缺点。

所面临的挑战包括：

· 专有硬件和软件的限制；

· 初始成本较高；

· 持续的支持和维护成本；

· 许可复杂性和成本；

· 广泛的工程师和操作员培训；

· 集成多个平台所需的努力；

· 滞后的技术。

专用操作员接口终端可能采用专有硬件和软件（见图1）。制造商提供这些设备，以在相对独立的空间中提供足够的控制系统接口。由于专用于工业市场，因此它们并不能获益于消费电子产品所提供的规模商业利益，使其在性价比方面竞争力不足。但是，它们通常可以承受恶劣的工业环境，并提供实用、可维护的解决方案。

图1 ：操作员界面终端通常是用于专有和封闭系统，正在迅速被更开放的系统取代。 本文图片来源：Opto 22

随着更先进的基于PC 的HMI 的推出，与先前的解决方案相比，硬件被认为具有更高的价值，能够为用户提供了灵活性和连接性。然而，它也有一个缺点，就是增加了持续的维护和支持要求。

现如今，用户希望设备外观优雅，能够频繁进行免费更新，并且对设备操作系统和应用程序进行改进（图2）。

图2 ：先进消费电子产品的普及，促使最终用户期望在所有设备类型上拥有丰富直观的人机界面，并具有便捷的移动访问功能。Groov EdgeAppliance 是一个以太网和USB 插件设备，允许设计人员为自动化设备和IoT 设备构建连接和数据处理应用程序。

但与更大的消费市场相较而言，工业市场的创新速度稍慢，因为它的市场相对较小，更不用说与走在技术尖端的个人电子市场相比更为保守。

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 最新的HMI 技术

最新一代HMI 产品通过融合成熟的商业技术解决了这些缺陷，同时包含并构建了前几代HMI 和操作员接口终端的最佳功能。

带来的优势包括：

开源：理想情况下，现代HMI将传统操作员接口终端的稳健性和易用性，与基于PC的HMI的功能和价值相结合。当硬件平台基于像Linux 这样的实时开源操作系统时，这种组合成为可能，不需要采购费用或许可费用。占地面积小、热插拔组件、本地LED 指示灯和其它实用的触摸功能，使该平台更适合于现场使用。设计合理，即使在充满挑战的工业环境中，硬件也像在家中使用一样，能够提供PC 级性能。

经济实惠的配置：可以进行定制，但不是必需的，因为现代HMI 硬件包括内置的标准功能，可满足大多数需求。基于PC 的HMI 配置软件价格合理，没有限制性许可费用。最终用户可以专注于将HMI 应用到最适合的位置，而无需担心限制标签计数或运行时间。

易用性：开发工具选项不但使新开发人员可以轻松地使用现代HMI 来创建基本应用程序，还可以让高级程序员使用可选的SecureShell 访问来开发自定义应用程序。原始设备制造商通常需要这种类型的灵活性，来编写机器专用的程序，甚至是C/C ++、Python 和其它语言的专有算法。

集成屏幕和灵活端口：某些设备上提供的板载显示器可以为应用提供远超所需的HMI，但高清多媒体接口（HDMI）可根据需要提供更大的本地显示。此外，多个以太网和USB端口以及I/O 模块，可促进与任何现场设备或系统的连接。

网络和基于云的连接：当用户利用网络和基于云的连接时，可以从现代HMI 实现更多功能。可以在数据库和系统之间安全地共享数据，并且HMI 可视化可以扩展到经授权的、能够托管网络浏览器的任何计算机或移动设备。

移动设备：移动性是现代HMI 的另一个关键组成部分。一旦安装和配置了基础设备，任何移动设备都可以安全连接并成为另一个HMI，为工程师和运行人员提供更大的灵活性。

设计人员可以更多地关注HMI 内容和体验应该是什么，同时减轻底层平台的费用和复杂性。最新一代的HMI 将传统产品的最佳功能与现代开源硬件、软件和网络技术相结合，以解决传统产品带来的挑战。

由于这些最新的HMI可以轻松无缝地联网并部署到任何典型的移动设备上，因此最终用户发现当今的技术正以他们能够承受的价格满足他们的需求。

END

本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2019年05月刊《封面故事》栏目，原标题为：新一代操作员界面的发展趋势

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