人机界面（HMI）产品的组成及工作原理

一、 触摸屏的认知

触摸屏(touch screen)又称为"触控屏"、"触控面板"，是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。主要应用于公共信息的查询、领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。

二、基本常识

1. 人机界面产品的定义

连接可编程序控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备，由硬件和软件两部分组成。HMI为英文Human-Machine Interface的缩写。

2. 人机界面（HMI）产品的组成及工作原理

人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其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，处理器可分别选用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PC机Windows操作系统下的画面组态软件（如JB－HMI画面组态软件）。使用者都必须先使用HMI的画面组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。

3. 人机界面产品的基本功能及选型指标

基本功能：

设备工作状态显示，如指示灯、按钮、文字、图形、曲线等；

数据、文字输入操作，打印输出；

生产配方存储，设备生产数据记录；

简单的逻辑和数值运算；

可连接多种工业控制设备组网。

选型指标：

显示屏尺寸及色彩，分辨率；

HMI的处理器速度性能；

输入方式：触摸屏或薄膜键盘；

画面存贮容量，注意厂商标注的容量单位是字节（byte）、还是位（bit）；

通讯口种类及数量，是否支持打印功能。

4. 人机界面产品分类

薄膜键输入的HMI，显示尺寸小于5.7，画面组态软件免费，属初级产品。如POP－HMI 小型人机界面；

触摸屏输入的HMI，显示屏尺寸为5.7～12.1，画面组态软件免费，属中级产品；

基于平板PC计算机的、多种通讯口的、高性能HMI，显示尺寸大于10.4�，画面组态软件收费，属高端产品。

5. 人机界面的使用方法

明确监控任务要求，选择适合的HMI产品；

在PC机上用画面组态软件编辑“工程文件”；

测试并保存已编辑好的“工程文件” ；

PC机连接HMI硬件，下载“工程文件”到HMI中；

连接HMI和工业控制器（如PLC、仪表等），实现人机交互。

三、人机界面未来的发展趋势

有些机械行业，比如说机床、纺织机械等行业，在国内已经发展有几十年的历史了，相对来说属于比较成熟的行业，从长远看，这些行业还存在着设备升级换代的需求。在这个升级换代的过程中，确实会有一些小的、一直使用比较低端产品的厂家被淘汰掉，但也有很多企业在设备更新过程中，将需求重新定位，去寻找那些能够符合他们发展计划，帮助他们提高自身生产力的设备供应商。

鉴于这种需求，以后人机界面的改变，将在形状上、观念上、应用场合等方面都有所改变，从而带来工控机核心技术的一次次变革。总体来讲，人机界面的未来发展趋势是六个现代化：平台嵌入化、品牌民族化、设备智能化、界面时尚化、通讯网络化和节能环保化。

四、组态软件的认知

组态软件，上位机软件的一种。组态软件<=上位机软件。又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即 数据采集与监视控制。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，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。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。

组态软件在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为"组态式监控软件"。"组态(Configure)"的含义是"配置"、"设定"、"设置"等意思，是指用户通过类似"搭积木"的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的"组态"。它有时候也称为"二次开发"，组态软件就称为"二次开发平台"。"监控(Supervisory Control)"，即"监视和控制"，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。

组态为模块化任意组合。通用组态软件主要特点:

⑴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，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级;

⑵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;

⑶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 Driver、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。

iFix软件包=iFix PDB+iFix Workspace，数据库和监控的画面可以分开，一个数据库可供多个iClient连接，一个iClient可连接多个数据库。

iFix软件的一般特性：

①PLUG&SLOVE结构及COM组件技术，方便第三方软件集成应用；

②安全容器的专利技术保证第三方ActiveX控件稳定运行；

③内置微软的Visual Basic for Application作为脚本程序；

④真正的分布式Client/Server结构

⑤标准SQL/0DBC的接口

⑥65656654完整的OPC的客户服务器模式的支持。

Citect原属澳大利亚悉雅特公司(现已被施耐德公司收购，但独立运营)的Citect是较早进入中国市场的产品，但其操作方式更多地是面向程序员，而不是工控用户。

Citect提供了类似C语言的脚本语言进行二次开发，但与iFix不同的是，Citect的脚本语言并非是面向对象的，而是类似于C语言，这无疑为用户进行二次开发增加了难度。

WinCC组态软件是德国西门子公司的产品，它具有如下特点开放性和系统的稳定性，WinCC具有强大的脚本编程范围，包括从图形对象上单个的动作到完整的功能以及独立于单个组件的全局动作脚本。WinCC甚至在使用Windows API函数时，都可以在动作脚本中完成调用。

此外，集成的脚本编程包含了C翻译器和大量的ANSI-C标准函数。脚本的应用使得WinCC软件具有很强的开放性。在使用的时候，请注意释放所分配的存储器，否则系统运行会越来越慢。

组态王集成了对KingHistorian的支持，且支持数据同时存储到组态王历史库和工业库，极大地提高了组态王的数据存储能力，能够更好地满足大点数用户对存储容量和存储速度的要求。

KingHistorian是亚控新近推出的独立开发的工业数据库。能够更好地满足高端客户对存储速度和存储容量的要求，完全满足了客户实时查看和检索历史运行数据的要求。

MCGS用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制。

MCGS组态软件包括三个版本，分别是网络版、通用版、嵌入版。

具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。

用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。

普洛菲斯，以其创新的科技理念和领先的技术意识为全球客户提供可编程人机界面、工业平板式计算机、图形逻辑控制和工业信息终端等产品，帮助广大用户提高整体生产、经营效率。Pro-face这一品牌也在全球范围占主导地位，成为全球HMI行业领袖，在亚洲、美洲、欧洲都占有极高的市场占有率。

威纶通是集研发、生产、制造、销售于一体的金牌人机界面供应商，基于先进的人机沟通技巧和品牌化发展理念，在生产自动化、过程自动化领域提供多种选择的优质人机界面产品、解决方案及服务。WEINVIEW品牌专注于中国HMI市场，已广泛应用于机械、纺织、电气、包装等行业。

HITECH在中国大陆称为海泰克，积极投入应用于工业自动化领域的人机介面（HMI）研发工作。泉毅是台湾第一家将嵌入式系统技术结合LCD模组，自行研发出工业级HMI产品的厂商。其已经被瑞典贝尔收购，已经归入贝尔旗下。其在大陆主要通过天津罗升销售。目前在国内市场占有率比较高，但已经呈下降趋势。

来自瑞典的BEIJER电子集团，欧洲第一人机品牌，全系列人机采用铝镁合金外壳设计，纤薄抗干扰能力强，64KTFT真彩显示，画面靓丽清晰，内嵌WinCE操作系统，功能强大，可靠性高，前面板防护等级为IP66，通过ULDNVRoHS等多种认证。

三菱电机自动化包括可编程控制器、触摸屏、变频调速器、交流伺服系统、数控系统等。目前其PLC有Q系列（中型）、FX系列（小型）、L系列（中大型）HMI有GT10系列、GT15系列、GT11系列、GOT-F900、GOT1000这几个系列三菱FX系列小型PLC进入国内早，目前三菱的HMI基本都是与三菱的PLC配套。

西门子股份公司是世界最大的机电类公司之一，在制造自动化、过程自动化及楼宇电气安装领域提供产品、系统、应用和服务。西门子S7-200产品在产业机械上的使用非常广泛，其HMI基本都是与自己的PLC做配套，近几年其HMI被其他品牌抢占了大部分；近期西门子推出SMART系列经济型HMI，是使用重点。

施耐德电气从事钢铁工业、重型机械工业、轮船建造业；施耐德做为一个综合性的集团公司，其在国内市场的知名度、市占率都非常高。

在控制类产品方面，其中大型PLC使用非常广泛，施耐德在触摸屏方面有模块化触摸屏终端、工业触摸显示器、触摸屏图形终端系列、MagelisXBTGK系列、MagelisXBTGT系列、MagelisXBTGTW系列、MagelisXBTXBTN,R,RT系列等。

编辑：黄飞