嵌入式人机界面符合工厂中消费者的技术期望

最初，大多数嵌入式 HMI 应用程序都致力于在单个设备中处理特定任务。典型的嵌入式 HMI 将用于替换简单机器操作面板上的按钮、指示灯、模拟仪表和指轮。它将通过低速串行通信链路与机器的控制器（通常是可编程逻辑控制器 （PLC））进行通信，并且不会与其他设备、控制器或计算机进行通信。

这些基本嵌入式 HMI 的编程是在 PC 上完成的，编译后的程序通过串行通信下载到 HMI。嵌入式 HMI 使用专有的操作系​​统 （OS） 和硬件，这使得成本很高。一旦编程，嵌入式 HMI 就无法修改或更改，除非在 PC 上重新编程、关闭 HMI 并加载新程序。

尽管存在这些高成本和限制，嵌入式 HMI 在灵活性、性能和成本方面仍然比现有的硬接线操作员界面解决方案有巨大的改进。

最显着的节省是由于消除了所有操作员界面设备的 PLC 输入和输出。使用硬接线面板安装的操作员界面设备，每个按钮都需要相应的离散 PLC 输入，每个灯都由离散 PLC 输出驱动，每个仪表都需要模拟 PLC 输出，每个指轮和电位计都连接到模拟 PLC 输入。 这不仅在前期非常昂贵，而且是一场噩梦。

使用硬接线操作员界面，简单地添加指示灯需要在外壳前面板上钻孔，安装灯及其铭牌，将灯连接回 PLC 输出，并重新编程 PLC。这假设有足够的前面板空间和备用 PLC 输出。相比之下，重新编程 HMI 和 PLC 以添加额外的指示符号的任务相对简单。

对于需要大量按钮、灯、仪表和指轮或电位计的机器和其他应用——所有这些都带有相应的 PLC I/O——嵌入式 HMI 可显着节省成本。此外，嵌入式人机界面可能还能够提供一些高级功能，例如趋势和图表，从而可以取代图表记录器。

人机界面演变

为了从孤立的基本机器操作员界面演变为高级系统，嵌入式 HMI 利用了推动 SCADA 系统（即 PC 和 Windows 操作系统）演变的相同技术变革。

在 1990 年代初期，PC 被引入工厂和工厂，通常在控制室中托管 SCADA 和类似软件。在本世纪后期，引入了工业 PC，允许高级 HMI 应用程序迁移到工厂车间。

在最初由于 Windows 的实时性能差和频繁重启导致市场上的一些不情愿之后，这些基于 PC 的高级 HMI 成为事实上的标准，这为专有的 SCADA 和其他高级 HMI 系统敲响了丧钟。

下一场革命发生在带宽和网络的相关领域。由于以太网功能的扩展，带宽大幅增加，使系统能够轻松地连接在一起，从而结束自动化孤岛。

TCP/IP 等网络标准的引入以及日益开放的基于 PC 的 SCADA 架构使越来越多的远程设备（如笔记本电脑和办公室 PC）能够访问车间信息。

在引入基于 PC 的 SCADA 之后，Microsoft Windows CE OS 平台的推出使开发人员能够将基于 PC 的 SCADA 系统中的许多工具和功能提供给各种容量较小的远程设备。结果，许多供应商竞相构建低成本平台，从而压低了硬件价格。

与此同时，互联网为更广泛的硬件平台之间的信息交换铺平了道路，包括嵌入式 HMI、PLC 和 SCADA 系统。嵌入式和高级 HMI 软件包开始提供远程访问功能，首先是从浏览器，然后是从应用程序。这不仅仅是一个便利因素，因为让操作员和管理人员能够从任何地方查看信息有助于工厂以更少的人力更高效地运行。

通过采用 Windows CE 及其嵌入式 Windows 继任者作为标准操作系统，嵌入式 HMI 的外观和功能更像是先进的基于 PC 和 Windows 的 HMI 软件包。对于许多用户来说，嵌入式 HMI 现在对于他们的应用来说已经绰绰有余，允许他们从基于 PC 的 HMI 切换。这导致了巨大的成本节约，因为与嵌入式 HMI 相关的一切都便宜得多，包括编程软件、运行时许可证、年度软件维护费和目标平台。

在工业环境中使用基于 PC 的 HMI，需要工业 PC 和监视器。借助嵌入式 HMI，一个经过工业强化的平台可以扮演同样的角色，而且成本显着降低。现代嵌入式 HMI 软件可以驻留在处理能力、内存和其他硬件资源有限的嵌入式平台上，但仍提供高级功能，例如用户友好的图形界面、远程访问和实时报告以及关键性能指标的趋势。

远程访问和用户友好的界面

工程师和操作员希望他们从个人设备获得的易用性和功能也能出现在他们的工作环境中，特别是在 HMI 方面。今天的智能手机和平板电脑设定了用户对无线连接、图形界面和卓越移动性的期望，因此消费电子产品正在成为工业 HMI 的主要力量也就不足为奇了。事实上，许多企业正在通过制定“自带设备”（BYOD） 政策来削减成本，允许生产人员将自己的智能手机和平板电脑用作移动 HMI。

HMI 用户现在呼吁统一所有设备的操作员界面体验。他们希望 HMI 软件——无论是嵌入式的还是基于 PC 的——能够跨多种硬件类型提供相同的仪表板体验，从嵌入式 HMI 屏幕到智能手机和平板电脑，无论操作系统如何。

作为回应，一些嵌入式 HMI 软件包现在提供这些功能。这些软件解决方案可以为嵌入式 HMI 设备创建应用程序，这些设备可以从 PC、其他嵌入式 HMI、智能手机和平板电脑访问。

通过提供 HTML5 支持，这些 HMI 解决方案便于访问主 HMI 屏幕，但尺寸适合支持 HTML5 标准的每个设备。HTML5 标准让用户摆脱了互联网浏览器下载缓慢或等待为其特定设备创建应用程序长达数月的困境，因为它允许嵌入式 HMI 软件供应商快速将应用程序推广到几乎任何智能手机或平板电脑。随着 BYOD 政策变得越来越普遍，HTML5 支持将成为一项要求，因为工作人员在工作中使用多种设备并要求应用程序的性能优于浏览器。

数据不仅必须以相同的方式跨设备呈现以提高工作人员的效率，而且还必须易于访问和操作。虽然多点触控技术看起来像是另一个“我也是”的功能，但它实际上帮助用户执行命令的速度比传统的单点触控屏幕快三倍。

随着越来越多的手持设备被用于检索信息，用户需要一种熟悉且快速的方法来与数据交互。多点触控将智能手机和平板电脑的熟悉功能提供给工业应用，例如滚动、缩放、对象旋转和向下钻取。多点触控用户无需在紧急情况下使用下拉菜单和命令在屏幕之间移动浪费宝贵的时间，而是能够找到必要的信息，然后放大问题区域并在几秒钟内进行更改。

未来就在我们身边

HMI 的进步扩大了工业自动化接口设备的范围，随着应用程序变得更加集成，它有可能有一天会被一个新术语所取代，例如可视化。在讨论嵌入式 HMI 时，这种可能性可能更大。

孤立、昂贵和专有的 HMI 功能有限，只有机器前的用户才能访问的时代正在迅速结束。今天的嵌入式 HMI 应用程序提供了 SCADA 和其他高级 HMI 系统的许多功能，但价格更具吸引力，特别是对于需要工业强化平台的工厂车间应用程序。

虽然在某些情况下仍需要操作员在车间工作，但与本地控制器和 HMI 通信的远程 HMI 设备的普及将大大提高工人的流动性和生产力。这个未来不会取代对人类的需求，而是会大大增加他们在多个工厂和工厂区域的覆盖范围，使他们能够根据需要快速应用他们的专业知识来改进运营。

审核编辑：郭婷