人机界面的基本概念

第一讲人机界面概述1.1人机界面的发展及特点1.1.1人机界面的发展1.1.2人机界面的功能及特点1.2组态软件的功能及特点1.2.1组态软件的功能1.2.2组态软件的特点1.2.3常用的组态软件1.3触摸屏的功能及特点1.3.1触摸屏的功能1.3.2触摸屏的特点1.3.3威伦&三菱触摸屏的规格与型号2020/3/41人机界面的基本概念1、人机界面的定义人机界面（Human-MachineInterface）又称人机接口，简称为HMI。人机界面可以连接可编程序控制器（PLC）、变频器、直流调速器、温控仪表、数采模块等工业控制设备，利用显示屏显示，通过触摸屏、按键、鼠标等输入单元写入参数或输入操作命令，进而实现用户与机器进行信息交互。2、人机界面的组成及工作原理人机界面产品一般由HMI硬件设备和HMI操作软件两部分组成。HMI硬件设备包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存储单元等，其中处理器的性能决定了人机界面产品的性能高低，是人机界面的核心单元。图1-1提供了自动化监控系统的基本结构总览。2020/3/423、人机界面的软件软件一般分为两部分，即运行HMI硬件中的系统软件和运行于计算机Windows操作系统下的画面组态软件。4、工控领域人机界面产品包括触摸屏和组态软件。•触摸屏又称图形操作终端（GraphOperationTerminal,GOT）,是一种代替鼠标及键盘部分功能，安装在显示屏前端的输入设备。•组态软件又称组态监控系统软件，是指一些数据采集与过程控制的专用软件，是自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。2020/3/43人机界面的基本概念人机界面产品的分类1、根据其输入方式的不同，可以将人机界面产品分为四类，分别是薄膜键盘输入的HMI、触摸屏输入的HMI、触摸屏+薄膜键盘输入的HMI与基于PC计算机的HMI。◆薄膜键输入的HMI，显示尺寸小于5.7(lin=0.025),属初级产品，如POP-HIM小型人机界面；◆触摸屏输入的HMI，显示屏尺寸为（5.7~12.lin）,属中级产品；◆基于平板计算机的、多种通信口的、高性能HMI，显示尺寸大于10.4in,属高端产品。2、根据其显示方式的不同，可以将人机界面产品分为文本显示的HMI与图形显示的HMI两类。3、根据其安装固定方式的不同，可以将人机界面产品分为固定安装的HMI与移动的HMI两类。2020/3/441.1人机界面的发展及特点一般情况下，不同厂家的HMI硬件使用不同的画面组态软件，在工业控制系统中，连接的主要设备是PLC。通用的组态软件支持的设备种类非常多，如各种PLC、PC板卡、仪表、变频器、模块等设备，而且由于PC的硬件平台性能强大，通用组态软件的功能也很多，适用于大型的监控系统中。处理器的性能决定了HMI产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器分为8位、16位、32位的处理器。HMI软件一般分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行于计算机Windows操作系统下的画面组态软件。2020/3/451.1.1人机界面的发展随着计算机技术的发展和应用领域的拓宽，从而带来了不同的理论方法。20世纪80年代以来，人机界面的研究有了前所未有的发展，微型计算机的迅速普及对此起了重要的推动作用。由于用户界面能更好地反映出设备和流程的状态，并通过视角和触摸的效果，带给用户更直观的感受，因此国内的自动化产业，一些原本不用人机界面的行业，现在也开始使用人机界面了，这说明人机界面已经成为人们生活中不可缺少的一部分。某些人机界面产品已经具备了工控机的功能，甚至比工控机更强，它综合了从软件到硬件，从显示到CPU核心部件，以及工控机的操作系统，包括工业以及太网的接口。因此，我们所说的人机界面是工控机的另一种体现形式，而不仅限于显示和控制，也能更好地为客户提供综合的解决方案。2020/3/461.1.1人机界面的发展随着数字电路和计算机技术的发展，未来的人机界面产品在功能上的高、中、低划分将越来越不明显，HMI的功能将越来越丰富；5.7in以上的HMI产品将全部是彩色显示屏，屏的寿命也将更长。由于计算硬件成本的降低，HMI产品将以平板计算为HMI硬件的高端产品为主，因为这种高端的产品在处理器速度、储存容量、通信接口种类和数量、组网能力、软件资源共享上都有较大的优势，是未来HMI产品的发展方向。人机界面的改变，将在形状上、观念上、应用场合等方面都有所改变。2020/3/471.1.2人机界面的功能及其特点随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足客户的各种要求。在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用频率低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源修改，因而更是相当困难。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。2020/3/48•过程可视化：将工业生产控制过程动态的显示在HMI设备上。设备工作状态显示，如指示灯、按钮、文字、图形、曲线等；可连接多种工业控制设备组网。•操作员对过程的控制：操作员可以通过图形用户界面来控制工业生产过程。数据、文字输入操作。•显示报警：对工业生产过程的临界状态会自动触发报警。•归档过程值和报警：根据需求，可以记录报警和过程值，检索以前的生产数据。•过程值和报警记录：根据需求，可以打印输出报警和过程值报表。•过程和设备的参数管理：依据产品的不同品种，可以将工业生产过程中相应产品的参数存储在配方中。2020/3/49人机界面的基本功能•实时的资料趋势显示——把撷取的资料立即显示在屏幕上。•自动记录资料——自动将资料储存至数据库中，以便日后查看。•历史资料趋势显示——把数据库中的资料作可视化的呈现。•图型接口控制——操作者能够透过图形接口直接控制机台等装置。•警报的产生与记录——使用者可以定义一些警报产生的条件。2020/3/410人机界面的高级功能1.2组态软件的功能及特点1.2.1组态软件的功能组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，他们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方式，他就解决了控制系统通用的问题。其余设置的各种软件模块可以非常容易的实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O产品，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软硬件的全部接口，进行系统集成。2020/3/411•强大的界面显示组态功能。目前，工控组态软件大都运行于Window环境下，充分利用Windows的图形功能完善界面美观的特点，可视化的风格界面、丰富的工具栏，操作人员可以直接进入开发状态，节省时间；丰富的图形控件和工况图库，既提供所需的组件，又是界面制作向导，提供给用户丰富的作图工具，可随心所欲地绘制出各种工业界面，并可任意编辑，从而将开发人员从繁重的界面设计中解放出来，丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移动等，使界面生动、直观。•良好的开放性。社会化的大生产，使得系统构成的全部软硬件不可能出自一家公司，“异构”是当今控制系统的主要特点之一。开放性是指组态软件能与多种通信协议互联，支持多种硬件设备。开放性是衡量一个组态软件好坏的重要指标。组态软件向下应能与底层的数据采集设备通信，向上能与管理层通信，实现上位机与下位机的双向通信。2020/3/412组态软件功能•丰富的功能模块。提供丰富的空间功能库，满足用户的测控和现场要求。利用各种功能模块，完成实时监控，产生功能报表，显示历史曲线、实时曲线、提供报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作，系统既适用于单机集中式控制、DCS分布式控制，也可以适用于带远程通信能力的远程测控系统。•强大的数据库。配有实时数据库，可存储各种数据，如模拟量、离散量、字符型等，实现与外部设备的数据交换。2020/3/413组态软件功能•可编程的命令语言。有可编程的命令语言，使用户可根据自已的需要编程，增强图形界面。•周密的系统安全防范。对不同的操作者，赋予不同的操作权限，保证整个系统的安全可靠运行。•仿真功能。提供强大的仿真功能，使系统并行设计，从而缩短开发周期。2020/3/414组态软件功能1.2组态软件的功能及特点1.2.2组态软件的特点作为通用型工具软件，组态软件在自动化系统中始终处于“承上启下”的地位。在工业信息化的项目中，如果涉及实时数据采集，人们首先会考虑用组态软件。正因如此，组态软件几乎应用于所有的工业化项目当中。2020/3/415•延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需做很多修改，就能方便地完成软件的更新和升级；•封装性（易学易用），通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；•通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I/O驱动，开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理，历史数据和曲线并存，具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。2020/3/416组态软件特点组态软件注重数据处理能力和数据吞吐能力的提高，组态软件除了常规的实时数据通信、人机界面功能外，1万点以上的实时数据历史存储与检索、100个以上C/S或B/S客户端对历史数据库系统的并发访问，对组态软件的性能都是严峻的考验。随着应用深度的提高，这种要求会变得越来越普遍。2020/3/417组态软件特点1.2.3常用的组态软件国外Wonderware(万维)公司的InTouch软件是最早进入我国的组态软件。InTouch是为以工厂和操作员为中心的制作信息系统提供可视化界面，使信息能够在工厂内和不同工厂之间共享。但是，早期的InTouch软件采用DDE(DynaminDataExchange,动态数据交换)方式，与驱动程序通信，性能较差，最新的InTouch7.0版已经完成基于32位Windows平台，并且提供了OPC（OLEforProcessControl,用于过程控制的OLE）支持。GE(通用电气）智能平台的iFIX软件，提供了强大的组态功能，是面向对象的编程语言。FIX将原有的Script语言改为VBA(VisualBasicForApplication),并且在内部集成了微软的VBA开发环境。为了解决兼容问题，iFIX里面提供FIXDesktop程序，可以直接运行FIX程序。2020/3/4181.2.3常用的组态软件国外CiT(熟雅特)公司的Citech也是较早进入我国市场的产品。Citech产品控制算法比较好，提供了类似C语言的脚本语言进行二次开发，但其操作方式更多的是面向程序员，而不是工控用户。Siemens（西门子）公司的WinCC也是一套完备的组态开发环境，功能强大，提供类似C语言的脚本，包括一个调试环境。WinCC内嵌OPC支持，并可对分布式系统进行组态。InfoPlus.21软件是美国AspenTech(艾斯本)公司的产品，是国际上使用最广泛的一个过程信息系统开发软件包，其核心是一个实时数据库，外层有多个满足不同需要的层次化产品，可作为工厂实施CIMS(ComputerIntergratedManufacturingSystems,计算机一体化制造系统)的软件平台之一。能适应多种开放系统，具有独