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人機界面監控系統的過(guò)去、現在和未來(lái)
從*個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)被研制出來(lái),人機界面監控系統(下文簡(jiǎn)稱(chēng)HMI)便成為工業(yè)中一個(gè)*的部分。在通用汽車(chē)公司中,HMI系統能夠幫助工程師進(jìn)行故障診斷和設備維護工作。但是,在通用汽車(chē)公司中,HMIzui主要的作用還是確保設備*地運行。
通過(guò)HMI系統延長(cháng)設備*運行時(shí)間地關(guān)鍵在于過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。行之有效地開(kāi)展維護工作并對故障進(jìn)行準確地判斷將有利于共產(chǎn)隔得正常?;仡橦MI系統發(fā)展地歷程將有助于我們了解HMI系統未來(lái)發(fā)展地方向以及如何更好地實(shí)現工廠(chǎng)運營(yíng)地目標-提率,增加*運行時(shí)間。
早期設備
zui初地HMI應用項目中包含有大量地按鈕開(kāi)關(guān)、指示燈、選擇開(kāi)關(guān)和其它簡(jiǎn)單地控制設備,功能于啟動(dòng)、停止某個(gè)設備,并顯示該設備地狀況。從某種意義上來(lái)說(shuō),這也是一種控制系統。這樣地控制系統非常簡(jiǎn)單,通常由許多繼電器組合在一起來(lái)實(shí)現。在當時(shí),設計者地重要設計思想就是讓控制電路越簡(jiǎn)單越好,人機界面地雛形也受到這種思想地影響。
按鈕、開(kāi)關(guān)以及指示燈在控制系統中地應用是一個(gè)不小地進(jìn)步,早期地HMI系統常常不能有效地進(jìn)行故障診斷,因為他們畢竟太簡(jiǎn)陋了。在通用汽車(chē)公司,如果一個(gè)設備停止了工作,我們不許通過(guò)查看、測試控制系統地電路來(lái)找出故障。*地檢測技術(shù)就是用探針一一檢查測試點(diǎn)到設備控制電路、操作臺的導通情況?,F在,即便沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的故障診斷功能,HMI和自動(dòng)化控制系統也能較以前的系統能夠更快地診斷出故障原因。
PLC的引入
可編程控制器的問(wèn)世給HMI監控系統帶來(lái)了*次飛躍。這是,可以通過(guò)將所需的設備連接到PLC上來(lái)增加HMI系統的功能。當設備出現故障時(shí),HMI系統不僅能夠與停機的設備通信,還能夠知道設備為何停機。
用戶(hù)可以通過(guò)編程終端發(fā)現程序中出現錯誤的字節。當設備出現故障時(shí),PLC甚至可以通過(guò)編程來(lái)實(shí)現自動(dòng)救助。
與此同時(shí),HMI系統的監控范圍開(kāi)始擴大,它能夠與設備進(jìn)行通訊并獲取其狀態(tài)信息,同時(shí)還能計算某個(gè)車(chē)間的產(chǎn)量,并通過(guò)大量的指示燈來(lái)顯示這些信息,這成為當時(shí)車(chē)間中zui為普遍的景象。HMI系統獲取了大量的信息,這意味著(zhù)操作員要觀(guān)察比以往更多的指示燈,有時(shí)候因為信息太多卻不能進(jìn)行快速、有效的處理。除非操作員非常熟悉這些機器,否則他將被淹沒(méi)在大量的信息中而不知所從。
顯示設備的引入
從簡(jiǎn)單的指示燈到七段數碼管,再到字母顯示管,通過(guò)這些顯示設備,使得HMI監控系統能夠更加準確地向操作員反映系統的狀態(tài),從而減少故障診斷時(shí)間。通過(guò)我們經(jīng)常在老式計算器上看到的七段式LED顯示屏,用戶(hù)能夠更加準確地獲取設備地狀態(tài)信息。早期地準斷系統能在屏幕上顯示一個(gè)故障地I/O編號或者某些數字,用戶(hù)需要在手冊上查找這些數字,從而得到到底發(fā)生了什么故障。
字母顯示管的到來(lái)使得HMI系統能夠顯示文本信息。用戶(hù)還可以用不同的顏色顯示文本,在文本信息中加入變量,如不同車(chē)間的產(chǎn)量等數據。這時(shí)的操作員可以輕而易舉地了解更大范圍內設備的信息。但是,隨著(zhù)被監控設備復雜程度的增加需要花費大量的時(shí)間用于編寫(xiě)顯示屏的程序。
*可編程HMI系統
HMI發(fā)展歷程中zui為重要的突破在于*可編程HMI設備的出現,從此它代替了傳統的按鈕和指示燈。在CRT顯示器上繪制出可編程的按鈕、指示燈燈虛擬對象,工程師再對這些虛擬的按鈕和指示燈進(jìn)行編程,讓它們按要求顯示出來(lái)。
很快,CRT顯示器的局限性顯露出來(lái)-每次只能在一個(gè)畫(huà)面中顯示為數不多的按鈕。因此工程師必須花大量的時(shí)間進(jìn)行編程,將多個(gè)按鈕和指示燈安放在不同的畫(huà)面中。這樣,顯著(zhù)增加了設計成本。
對于順序機械加工,其加工步驟表很快成為的現場(chǎng)用戶(hù)指南。工人能夠看到準確的加工步驟并按照這個(gè)步驟執行相應的操作,加工步驟包括何時(shí)加入工件等內容。公車(chē)果農是可以很快地調整、修改工序。同時(shí),這個(gè)加工步驟為小型和大型的應用都提供了統一的界面,所以就不再需要多個(gè)畫(huà)面來(lái)顯示整個(gè)加工步驟,只需根據工件的加工情況動(dòng)態(tài)更新一個(gè)的列表即可。
現在,可視化的顯示畫(huà)面能夠更為生動(dòng)地反應被控設備的情況。操作員不僅可以通過(guò)文本信息得知哪個(gè)設備造成了停機,而且還能夠在畫(huà)面上觀(guān)察到機器的情況,并指示出故障設備的位置。這一功能減少了修復故障所需的時(shí)間,但是為了開(kāi)發(fā)每個(gè)設備的可視化畫(huà)面需要花費不少的精力。設計的費用將隨著(zhù)設備大小和復雜程度的增加而增加。
當前以及未來(lái)的HMI
當前的HMI系統取得了長(cháng)足的發(fā)展,實(shí)現了過(guò)去難以想象的功能,同事其價(jià)格也更利于人們的接受。開(kāi)發(fā)及編程人員使用專(zhuān)門(mén)的程序來(lái)進(jìn)行系統開(kāi)發(fā),這樣便可以勝任HMI日益增加的功能同時(shí)又保持低廉的開(kāi)發(fā)承辦?,F在的HIM系統能夠提供多路按鈕和顯示畫(huà)面,從而用意個(gè)畫(huà)面對工廠(chǎng)中所有相同的設備進(jìn)行控制。這樣,開(kāi)發(fā)人員僅需設定從哪個(gè)設備采集數據用于HMI顯示目的,所示用的功能將通過(guò)文字列表顯示出來(lái)。因此,在系統中增加新的功能只需要增加一航新的文字即可,從而節省了屏幕空間。
●硬件方面
基于PC的HMI系統在過(guò)去十年內得到了充分的發(fā)展,但是目前大多數HMI系統仍然使用為工業(yè)環(huán)境所設計的設備?;赑C的HMI系統(包括控制系統)存在一系列的關(guān)鍵性問(wèn)題,因而阻礙了它的進(jìn)一步推廣。
工業(yè)計算機的成本通常較商用計算機高很多,而且所采用的技術(shù)不如商用計算機先進(jìn);
個(gè)人計算機通常被用作編程終端,因而不會(huì )因它的故障造成整個(gè)線(xiàn)的停機,但在惡劣的工業(yè)環(huán)境中很少直接采用;
個(gè)人計算機的硬盤(pán)通常被認為zui薄弱的環(huán)節,由它所造成的故障足使其喪失在惡劣環(huán)境,特別是震動(dòng)環(huán)境中應用的機會(huì ),因此在某些重要的應用中將個(gè)人計算機排除在外;
在計算機上添加監控軟件和通訊板卡的成本較高,甚至超出了某些專(zhuān)門(mén)的工業(yè)控制設備;
廠(chǎng)商對消費類(lèi)計算機的產(chǎn)品備件支持年限較短,購買(mǎi)多年前計算機所使用的配件并不是一件容易的事情。但是,工業(yè)控制設備廠(chǎng)商非常了解用戶(hù)在長(cháng)期使用過(guò)程中面臨的問(wèn)題,因此對其產(chǎn)品的支持年限都比較長(cháng);
基于PC的HMI系統憑借技術(shù)優(yōu)勢,已經(jīng)顯著(zhù)改進(jìn)了上述缺點(diǎn),特別是在價(jià)格上更是有較大的吸引力。隨著(zhù)觸摸顯示屏和基于WindowsCE操作系統的HMI監控設備的廣泛應用,基于PC的HMI系統將是未來(lái)發(fā)展的方向。
隨著(zhù)基于PC的HMI產(chǎn)品的普及,工業(yè)系統中應用的鍵盤(pán)和鼠標也會(huì )隨之而來(lái)。用戶(hù)在車(chē)間與機器之間的交互式控制也變得如同操作家用計算機一樣簡(jiǎn)單。
彩色觸摸顯示屏已經(jīng)開(kāi)始在商業(yè)領(lǐng)域的HMI系統中應用。在雜貨店、電影院、銀行、甚至購物中心都能看到他們。應用市場(chǎng)的增長(cháng)將有助于降低不同尺寸平板顯示器的價(jià)格,從而消除價(jià)格上的障礙,為更廣泛的工業(yè)應用提供可能。隨著(zhù)小型平板彩色觸摸顯示屏的出現,便攜式人機界面越來(lái)越受到人們的歡迎。用戶(hù)可以直接拿著(zhù)這些設備走到機器跟前進(jìn)行控制。
●軟件方面
越來(lái)越多的通用控件能夠在基于PC的HMI系統中使用,例如通過(guò)單選按鈕就可以替代原來(lái)的選擇開(kāi)關(guān),通過(guò)復選框來(lái)替代原來(lái)的按鈕。這些改變將有助于用戶(hù)更加熟悉操作界面,從而減少在培訓方面的花費。
HMI軟件的發(fā)展使其能夠在一個(gè)應用系統中支持多國語(yǔ)言文字,這種功能在當前一體化的市場(chǎng)環(huán)境中變得更為有用。目前,大多數的應用項目在支持多國語(yǔ)言時(shí)需要重新調整整個(gè)項目中每個(gè)畫(huà)面的文字,但是如果采用文本與應用項目分離的方式,在改變語(yǔ)言時(shí)僅需要提供相應的語(yǔ)言文件包即可。
在HMI軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中也引入了自動(dòng)化設計,在為大量相似的機器設計HMI系統時(shí),可以通過(guò)一系列的向導來(lái)完成。隨著(zhù)系統的增加,這樣的自動(dòng)化設計能夠明顯降低系統的開(kāi)發(fā)成本,特別是對于那些每年都新安裝數百臺機器的大企業(yè)。
HMI軟件同時(shí)提供各種開(kāi)放功能,它能夠與用戶(hù)自定義程序、第三方徹骨女婿以及其他格式的文件緊密集成在一起,從而為用戶(hù)的應用項目提供更好的支持。例如工業(yè)控制公司能夠提供輔助設計支持軟件,同時(shí)控制系統公司出售更具附加值的產(chǎn)品,這樣便可節省zui終用戶(hù)總體投入成本。
相信在不遠的將來(lái),HMI系統都將運行于MicrosoftWindows操作系統上,設備的HMI系統將逐步退出市場(chǎng).這樣有助于制造商盡全力研制運行于該平臺的軟件,創(chuàng )建統一的信息交換標準。到那時(shí),獲取診斷數據和開(kāi)發(fā)維護工作將變得更為簡(jiǎn)單,從而不再需要用設備上的HMI設備獲取診斷數據,再用其它的HMi設備對其展開(kāi)維護工作。操作員只需要一臺HMI設備就能對故障設備進(jìn)行診斷和維護。設備上的HMI更能夠和整個(gè)車(chē)間或廠(chǎng)區的應用系統協(xié)同工作。通過(guò)基于PC的HMI系統連接到上層的監控系統,將有助于工廠(chǎng)信息系統了解到現場(chǎng)的情況。
未來(lái)HMI可能的發(fā)展方向
HMI系統在發(fā)展過(guò)程中將不斷增強其功能,同時(shí)壓縮總體成本,隨著(zhù)PC市場(chǎng)的發(fā)展,可能會(huì )有如下幾個(gè)發(fā)展方向:
●三維可視化
為了克服機器可視化圖形設計所需的高昂費用,今后的HMI系統可能會(huì )直接共享機器設備在設計階段的參數數據。不再需要花費大量的時(shí)間去制作二維的視圖,可以將機器設備的參數數據導入,從而在HMI系統中生成更為直接的三維畫(huà)面。
●邏輯控制與HMI系統的集成
目前,自動(dòng)化設計過(guò)程只關(guān)注于zui初的設計,在HMI發(fā)展的下一個(gè)階段將會(huì )提供貫穿于整個(gè)系統生命周期的自動(dòng)化設計工具。當前,在HMI系統和邏輯控制系統之間存在著(zhù)密不可分的,因此今后很有可能將兩者集成在一起。
●使用Web集成技術(shù)
HMI系統不斷的革新以來(lái)于與其它設備連接性的增強。有一天,HMI用戶(hù)可以通過(guò)瀏覽器來(lái)觀(guān)看其它設備狀態(tài),甚至能夠進(jìn)行控制。車(chē)間主管也能夠使用嵌入Web技術(shù)的HMI系統獲取整個(gè)車(chē)間設備的信息,以便集中進(jìn)行管理。
●NET-應用項目動(dòng)態(tài)傳輸
瀏覽器的功能終究不能滿(mǎn)足客戶(hù)端的需要。為了不至于將整個(gè)客戶(hù)端應用項目嵌入到HMI中,應用項目可以直接在設備端提供對HMI的支持。.NET技術(shù)為這一應用奠定了基礎,大大減少了不同平臺、不同硬件設備之間的溝通障礙。
未來(lái)的HMI系統為我們展現出了美好的前景,但是今天,用戶(hù)在選擇HMI系統時(shí)所考慮的首要問(wèn)題還是成本和可靠性,有時(shí)甚至可能把那些功能強大的系統排除在外。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展-無(wú)論是小規模試用還是正在處于測試階段,廠(chǎng)商勢必都將為用戶(hù)提供價(jià)格更為合理,功能更強,性能更穩定的HMI系統,從而滿(mǎn)足未來(lái)力提升的需要。
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