用于HMI應(yīng)用的工具

　　操作員界面似乎比以往任何時候都要更加復(fù)雜和成熟，但它們之間的差別卻在于屏幕背后的東西。

　　為您的操作構(gòu)建一種有效的人機(jī)界面（HMI）純粹是一種個人行為，因?yàn)槊恳环N安裝都不一樣，都具有不同的要求、目標(biāo)及需求。因此為您的操作創(chuàng)建一種合適的人機(jī)界面，意味著需先徹底了解您的過程及其周邊系統(tǒng)....然后再從能對它們進(jìn)行監(jiān)控及調(diào)整的角度來創(chuàng)建對這些過程的反映。

　　這項(xiàng)工作既簡單又復(fù)雜，之所以說它簡單，是因?yàn)榻裉斓?HMI 軟件內(nèi)容豐富而且用戶友好，并能完成多種現(xiàn)成功能。但需清楚，很少有應(yīng)用能用一種切甜餅的方式來進(jìn)行處理，但今天的大多數(shù)HMI軟件已能進(jìn)行廣泛的定制，因此可針對具體要求對應(yīng)用進(jìn)行裁減。

　　選擇一種工具

　　HMI軟件可集成多種工具來幫助簡化今天的界面系統(tǒng)開發(fā)。無論是Excel、XML、VB，還是OPC、C++或C#，都能按用戶的想象或要求來使用。這些標(biāo)準(zhǔn)編程語言可用來創(chuàng)建生動的過程、滲透過防火墻、在互聯(lián)網(wǎng)上沖浪以及處理數(shù)據(jù)等等。

　　選擇何種方式來創(chuàng)建或加強(qiáng)您的HMI，在很大程度上取決于您個人的偏好及能力，永遠(yuǎn)都不會有“唯一”的方式。因此有人可能會用VB來創(chuàng)建應(yīng)用，但需要將OPC用于運(yùn)行時間通信。簡單應(yīng)用可能只需要現(xiàn)成的配置，但較為精細(xì)的系統(tǒng)則可能需要用C++或C#來進(jìn)行詳細(xì)的加強(qiáng)。適合于大多數(shù)HMI軟件、以及可充當(dāng)添加件的符號庫及ActiveX控制，可用來進(jìn)一步幫助您定制應(yīng)用。一些供應(yīng)商還為特定行業(yè)提供特定套裝軟件，半導(dǎo)體及汽車行業(yè)就是其中兩個很好的例子。

　　編程工具的選擇可委托供應(yīng)商進(jìn)行，企業(yè)常常需要一種能跨整個企業(yè)建立一致性的公共編程工具或方法。例如，大型企業(yè)一般都會為其遍布全球的工廠開發(fā)一系列企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且其政策還規(guī)定必須用一致的方式來開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)HMI以外的相關(guān)應(yīng)用，以及必須將開發(fā)出的程序移植回工廠已安裝的HMI軟件中來增加所需的界面。

　　用來創(chuàng)建可通過HMI進(jìn)行邏輯訪問的開發(fā)語言，一般都具有它們自己的特性。梯形邏輯對于北美很多人來說是直接和易于理解的；而VB則很直觀，而且通過它更容易學(xué)會大多數(shù)編程語言；但C++不能進(jìn)行交互、且更復(fù)雜而且確實(shí)很難使用；XML的廣泛使用使其成為一種常見及普通的開發(fā)工具，它只有很少的語法因此相當(dāng)容易學(xué)習(xí)，而且還能用來跨行業(yè)構(gòu)建各種不同類型的HMI。

　　但并非總是需要對HMI進(jìn)行編程。今天大多數(shù)HMI都是面向配置設(shè)計的，因此非編程人員或只擁有很少編程背景的人員，都能用很少的工作來創(chuàng)建相當(dāng)有效的系統(tǒng)。通過用戶友好的GUI（圖形用戶界面）、填空式屏幕及一些培訓(xùn)，大多數(shù)工程師即很容易使用配置及專用腳本工具來完成他們所期望的工作。

　　西門子自動化部HMI產(chǎn)品營銷經(jīng)理Paul Shelton是這樣看的：“無論軟件是生成VBA、XML還是生成其他什么東西，用戶都不應(yīng)該必須去關(guān)心采用什么樣的代碼。我們希望能使配置時間最少，并提供一組易于配置的工具，而且如果應(yīng)用需要的話，還能對這些工具還進(jìn)行擴(kuò)展”。西門子開發(fā)出的兩種主要HMI軟件解決方案包括：具有全SCADA（監(jiān)視控制及數(shù)據(jù)采集）特性的WinCC及其既往產(chǎn)品，以及面板配置工具ProTool。

　　“如果我們用配置工具來完成我們的工作，則能減少我們完成項(xiàng)目所需的定制數(shù)額。有了HMI配置軟件，你就能說，OK，這是一個泵，我只需在屏幕上拖放一個智能對象，然后再敲入一個參數(shù)就可以了。如果你想要訪問其他屬性或者增加腳本，則不難訪問到高級配置層次。當(dāng)配置完成后，你也很容易將新的定制對象增加到你的庫中。另外，公開公共配置參數(shù)可縮短你的開發(fā)時間。但如果我想訪問其他細(xì)節(jié)的話，我也擁有這樣的能力--如果我需要的話”。

　　配置、腳本及程序

　　如果這些現(xiàn)成的配置工具還不夠用，那么你可以通過增加簡單的腳本并將其放入可用添加件中，即可獲得所需要的結(jié)果?！澳_本語言使我們能做更多的事情”，Omron Electronics培訓(xùn)師Thad McCoy指出，ActiveX控制程序就是一個這樣的例子，“你可以從互聯(lián)網(wǎng)上下載一個MP3 ActiveX控制程序，并將其腳本編成：‘當(dāng)條件滿足時特定播放器才會啟動并播放指定的MP3文件’。這種形式的添加對于建立像告警這樣的特性非常有用，因?yàn)樗ぷ鞯煤芎谩薄?

　　ActiveX控制使用戶很容易用他們自己的HMI來完成更多的工作。這些包含圖形組件的容器可用來顯示或運(yùn)行過程。它們可從許多來源上得到，并可用作允許用戶啟用或運(yùn)行第三方程序的橋梁。ActiveX控制可用于數(shù)據(jù)庫訪問、告警、基本趨勢及更多。

　　如果腳本語言具有足夠綜合的功能，則大多數(shù)應(yīng)用可以只使用腳本來進(jìn)行構(gòu)建，因?yàn)槟悴⒎强偸切枰幊蹋琖onderware公司可視化產(chǎn)品經(jīng)理Keith Jones解釋說，但每一種應(yīng)用都需要有一定數(shù)量的定制?！耙?yàn)槿魏我环N操作都需要增添其自己的畫面及組件”，他說，“所以你總是需要編制少量的腳本，即使它是一行用來在你按下按鈕時啟動一個應(yīng)用這樣簡單的指令。Wonderware公司提供的InTouch就采用了通常比編程更易于使用的腳本語言”。

　　InTouch被設(shè)計用來為操作員及管理人員提供可接近過程的工廠可視化，并與工廠控制設(shè)備進(jìn)行接口和連接。“用戶可配置使他能看見過程并與其進(jìn)行交互的任何東西。如果用戶想要轉(zhuǎn)動一條傳送帶，則他可使用InTouch中的WindowMaker（窗口產(chǎn)生器）來自己完成，或者從現(xiàn)有庫中取出一個這樣的程序，今天有很多這樣的庫可以使用。你可以將一個項(xiàng)目拖放到你的應(yīng)用中，并將它與幾個I/O點(diǎn)或標(biāo)簽進(jìn)行掛鉤，這樣，當(dāng)傳送帶活動動時它也跟著移動”。

　　InTouch軟件的SymbolFactory（符號工廠）擁有3000條項(xiàng)目，從簡單的管子到熔爐等。而第三方供應(yīng)商則能提供數(shù)千條以上的項(xiàng)目。

　　當(dāng)需要更多東西時

　　與容易用最少的編程來創(chuàng)建應(yīng)用同樣重要的是，在需要時要能對應(yīng)用進(jìn)行擴(kuò)展?！皼]有哪種現(xiàn)成的HMI軟件可滿足所有用戶的需求”，Rockwell Software HMI產(chǎn)品業(yè)務(wù)經(jīng)理Pradeep David承認(rèn)，“因此我們所有的產(chǎn)品都允許使用VB，因?yàn)槲覀兦度肓薞isual Basic for Applications (VBA)。例如鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用經(jīng)常會使用計算，而VB則能提供擴(kuò)展HMI所需的工具。在我們這種情況下，如果你想要完成比我們的HMI所提供的現(xiàn)成功能更多的事情，則RSView擁有能使你通過VBA來創(chuàng)建標(biāo)簽/屏幕以及從外部修改HMI行為的對象模型。這是一種使HMI能完成起初并未賦予它的某些功能的強(qiáng)大而有效的方法”。

　　誠然，人們要求HMI軟件能做更多的事情，但關(guān)鍵在于它如何通過自動功能以及為用戶提供增加特性來完成這些事情。National Instruments公司的LabVIEW平臺經(jīng)理Norma Dorst給出了這樣的評述：“靈活的軟件使系統(tǒng)集成盡可能容易進(jìn)行，它必須在最底層實(shí)現(xiàn)I/O集成，亦即從PLC及儀表到DAQ系統(tǒng)等，HMI都必須能與這一層進(jìn)行集成”。

　　HMI還必須能與通信及系統(tǒng)管理層進(jìn)行集成，她繼續(xù)說，像XML、.Net及ActiveX這樣的工具，都在這一層起作用，以幫助實(shí)現(xiàn)所有的集成及HMI中所需的集成。她指出，NI公司提供的LabVIEW，即可幫助實(shí)現(xiàn)HMI與XML電子表格的通話，并在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行通信。“如果你不需要這種經(jīng)過精心設(shè)計的通信，那么你不必為這些特性操心，但有些SCADA系統(tǒng)卻需要有這樣的特性。大多數(shù)HMI供應(yīng)商都在擔(dān)心管理層，但嵌入層也一樣重要”。

　　除創(chuàng)建應(yīng)用外，HMI系統(tǒng)還必須能公開地與各種元素進(jìn)行通信。這種供應(yīng)商多樣性及設(shè)備差異性，使得用戶今天必須強(qiáng)制使用其他軟件工具（如由OPC基金提供的軟件工具等）。以客戶機(jī)及服務(wù)器能力，OPC規(guī)范可將對象與設(shè)備相連，并充當(dāng)各系統(tǒng)間的仲裁及橋梁。OPC服務(wù)器通過從客戶機(jī)（或程序）上獲取信息并將其轉(zhuǎn)化成可理解的格式，實(shí)現(xiàn)了第三方軟件與完全不同硬件之間的通信。

　　Rockwell公司的Pradeep David評述說：“所有HMI軟件都需要成為OPC服務(wù)器及客戶程序，因?yàn)楹苌儆杏脩裟艽_切知道他的系統(tǒng)需要與哪家或多少供應(yīng)商提供的硬件進(jìn)行通信。很多HMI都需要進(jìn)行上至MES層、下至設(shè)備或部件層的通信，OPC即是一個可完成這種任務(wù)的機(jī)制”。

　　擴(kuò)展應(yīng)用

　　GE Fanuc公司Intellution產(chǎn)品部HMI/SCADA產(chǎn)品市場總監(jiān)Roy Kok建議在HMI軟件中尋求靈活性，但重要的是要能集成盡可能多的功能。用戶希望能將我們的標(biāo)準(zhǔn)軟件完全轉(zhuǎn)換成他們唯一擁有的程序。GE Fanuc Automation提供兩種HMI軟件套裝：面向離散的Complicity HMI--一種由事件驅(qū)動且更適合于汽車及機(jī)器控制應(yīng)用的軟件，以及面向過程的iFix--一種由時間驅(qū)動且針對過程應(yīng)用中常見的分析及連續(xù)控制應(yīng)用（如石油天然氣、供水及廢水處理行業(yè)中的控制應(yīng)用等）的軟件。這兩種產(chǎn)品都支持像食品飲料、建筑物管理及電力供應(yīng)這樣的混合市場。

　　Kok認(rèn)為，你應(yīng)該能使用一種像Cimplicity HMI這樣的標(biāo)準(zhǔn)HMI軟件，將它安裝在一臺機(jī)器上，且不用自己去編程?！澳悴槐厝ゾ幠_本或用VBA來完成一個應(yīng)用”，他堅(jiān)持說，“你要做的就是指向和點(diǎn)擊鼠標(biāo)、選擇標(biāo)簽名稱、拖動圖標(biāo)并鏈接操作。從理論上說，市場需要簡單易用的產(chǎn)品”。

　　“但我們正在看到系統(tǒng)越來越多的集成，HMI已不再僅僅是監(jiān)視工廠運(yùn)行”，他繼續(xù)說，“它還帶有關(guān)系數(shù)據(jù)庫，因此它能提供定單或進(jìn)度信息，它還能進(jìn)行上下通信及交互。我們甚至有客戶希望他們的HMI產(chǎn)品能為其業(yè)務(wù)運(yùn)營提供一個有關(guān)所有操作員的視圖”。

　　Omron的McCoy評述說，“大多數(shù)HMI產(chǎn)品都有增加插件及創(chuàng)建程序的渠道，以便用戶能增強(qiáng)或擴(kuò)展其HMI的功能”。 Omron開發(fā)的HMI軟件--CX自動化套件系列，可提供基于Microsoft Window技術(shù)的模塊化集成HMI解決方案。其工具覆蓋編程、仿真、通信、SCADA及應(yīng)用功能。利用CX-Supervisor模塊，用戶能定制HMI系統(tǒng)中的所有元素。它具有類似的結(jié)構(gòu)且感覺起來像VB，McCoy說，“它非常直觀，且試圖使用戶能一步接一步地通過整個過程。ActiveX控制件還使我們能與特定設(shè)備進(jìn)行鏈接和通信”。

　　由于擁有大多數(shù)程序，CX自動化套件允許將第三方ActiveX控制件集成到HMI軟件中。而用戶也可用VB來編寫一小段程序以執(zhí)行一個操作。所提供的ActiveX控件使用戶很容易從Microsoft Excel及Visual Basic上進(jìn)行可靠的通信。

　　向零編程HMI方向發(fā)展

　　HMI會向哪個方向發(fā)展？

　　“相互依賴”是一個操作用詞。HMI是整個自動化系統(tǒng)中的一個--也僅僅是一個--方面，而且必須將它放在整個自動化系統(tǒng)中來考慮，它是所有其他工廠自動化功能的一個關(guān)鍵數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

　　GE公司的Kok認(rèn)為HMI系統(tǒng)正在向從一個軟件包上提供業(yè)務(wù)運(yùn)營的一個操作員視圖方向發(fā)展。為做到這一點(diǎn)，HMI將在其圖形界面中托管許多第三方的內(nèi)容，“HMI軟件需要成為可靠而又安全的ActiveX容器。如果你的圖形容器中擁有第三方內(nèi)容的話，那么你可能需要考慮犧牲你HMI環(huán)境的部分可靠性。我可能會從網(wǎng)上購買和下載ActiveX控制，并將它安裝到我的圖形界面中。我們還從來沒有在我們的系統(tǒng)中測試過它，也沒有在執(zhí)行其他所有功能時試用過它，因此它有可能使我的系統(tǒng)崩潰。容器需要捕獲和隔離開發(fā)中的問題，并使它們不至于影響到應(yīng)用的其他方面”，Kok說。

　　人們今天已經(jīng)能構(gòu)建真正令人不可思議的HMI，NI公司的Dorst評述說，“我們現(xiàn)在真的在HMI成熟度上不再具有任何限制”，但她警告說，“如果你不向操作員示范一些有用的東西--如果它僅僅是漂亮的話--那它就毫無意義。但當(dāng)它向操作員展示在精確性及對實(shí)時情況的掌握上有不同之處時，則它就是操作員所需要的。你示范得越好，你的最終工廠或機(jī)器設(shè)計也就越好”。

　　Dorst還相信，微軟公司的Visual Studio .Net已經(jīng)將一種全新的觀念帶到HMI開發(fā)中。“VB及VC++（Microsoft Visual C++）用戶希望能用一種更加結(jié)構(gòu)化的語言來構(gòu)建更加成熟的應(yīng)用。Visual Studio .Net其實(shí)是功能更強(qiáng)大的VB與更容易使用的C及C++之間的折衷。人們會緩慢但確實(shí)地轉(zhuǎn)向Visual Studio .Net，而且我相信未來你將會看到它被人們更多地使用”。

　　總之，未來將允許“更多”及“更少”。人們無疑將會看到HMI開發(fā)過程的進(jìn)一步簡化，這是一個被Rockwell公司的David稱為“零編程HMI”的概念。系統(tǒng)正在被開發(fā)成完全“無標(biāo)簽”，David解釋說，“你不用去創(chuàng)建標(biāo)簽，你只需概念地在程序中創(chuàng)建一個像 [Autodesk Auto] CAD或 [Microsoft] Visio這樣的塊，然后這個塊會通過特定接口被翻譯成梯形邏輯或其他HMI程序。從某種意義上說，它為你工作，因此用戶只需花很少的時間來開發(fā)HMI。很明顯，我們還沒有做到這一點(diǎn)，但我相信你會看到在這方面將有大的動作”。

　　相反，隨著最終用戶變得更加成熟以及對HMI產(chǎn)品更加了解，他們將通過修改現(xiàn)成的軟件來針對其過程及系統(tǒng)進(jìn)行更多的定制，以便能適合其業(yè)務(wù)運(yùn)營。HMI軟件的結(jié)構(gòu)為用戶提供了這樣的機(jī)會和手段。

　　應(yīng)該從HMI軟件中尋找什么？

　　以下是您在檢查HMI軟件及其工具時需要記住的幾個要點(diǎn)：

　　■ 使用是否方便？

　　■ 配置過程是否簡單？

　　■ 是否能進(jìn)行擴(kuò)展？是否接受用戶開發(fā)的組件以及將這些組件集成到已經(jīng)完成的應(yīng)用中？

　　■ 是否能與未來版本兼容？

　　■ 是否耐用？是否是一種系統(tǒng)集成員容易使用的程序？

　　■ 是否方便實(shí)現(xiàn)I/O連接？

　　■ 是否能進(jìn)行擴(kuò)展？是否能模塊化地擴(kuò)展你創(chuàng)建的組件？

　　■ 程序塊是否能重復(fù)使用？

　　Linux 如何?

　　基于Linux的HMI最近受到了人們的極大關(guān)注，其中的原因很多，不僅僅是因?yàn)樗某杀?。Linux最初是由Linus Torvalds在全世界開發(fā)人員的幫助下所創(chuàng)建的一種自由開放式Unix操作系統(tǒng)。在GNU通用公共許可證下開發(fā)的Linux源代碼，對任何人都是公開的（詳情請?jiān)L問下面列出的網(wǎng)站）

　　盡管已有幾家供應(yīng)商在提供或計劃提供基于Linux的設(shè)備，但人們對HMI所使用操作系統(tǒng)的適用性及可用性的觀點(diǎn)很不一樣。從Web 服務(wù)的觀點(diǎn)上講，Linux的功能極為強(qiáng)大。Rockwell Automation公司的Pradeep David說，“我認(rèn)為Linux在服務(wù)器端可發(fā)揮巨大的作用，而服務(wù)器成本現(xiàn)在已經(jīng)很低。但從客戶端角度來說，HMI則是一種胖客戶機(jī)，且到目前為止，Windows操作系統(tǒng)仍是桌面臺式機(jī)的首選，但Linux將給制造環(huán)境帶來重大的沖擊”。

　　然而，應(yīng)用似乎正在進(jìn)行合并，而且一些廠商將很快會擁有安裝在某臺機(jī)器上的Linux HMI系統(tǒng)。Kemet電子公司的Joe Jansen相信，我們將很快看到一些用Linux完成的清蛋白液盒PC控制?！皬哪莾浩穑M(jìn)入嵌入式市場就會是一種自然的擴(kuò)展”，他說，“基于Linux的HMI屏幕確實(shí)存在，而且在許可證方面的情況也極好，它是免許可的”。

　　好了，幾乎完全免費(fèi)。西門子公司的Paul Shelton同意Linux在服務(wù)器端表現(xiàn)得很好，而且他估計Linux在服務(wù)器端的存在將會進(jìn)一步向前發(fā)展。至于說到成本，Paul Shelton指出：“如果注意一下部分硬件的總擁有成本，其中有操作系統(tǒng)成本及應(yīng)用和維護(hù)成本，但從'免費(fèi)'操作系統(tǒng)上獲得的成本節(jié)省，將在以后長期的維護(hù)及技術(shù)支持中逐漸消失。Microsoft操作系統(tǒng)目前是HMI行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，這種標(biāo)準(zhǔn)化使開發(fā)人員能將精力集中在易于共享信息的富特性應(yīng)用上”。

　　免費(fèi)還是不免費(fèi)并沒有明確的界定，正如Wonderware公司的Keith Jones所指出的，“我們的產(chǎn)品目前完全處于Windows環(huán)境下，而且我們也對此作出了承諾。我們目前還沒有任何改變或開發(fā)基于Linux系統(tǒng)的計劃，但我們正在與用戶合作來共同開發(fā)基于嵌入式Linux硬件的瘦客戶機(jī)，然后再將它們與一臺InTouch服務(wù)器相連。這是一種極可嵌入的技術(shù)而且還免費(fèi)，它對于那些想要構(gòu)建這種HMI屏幕的OEM們具有極大的吸引力，但這是我們用Linux所作的僅有一點(diǎn)工作”。

　　GE Fanuc公司的Roy Kok同意這一觀點(diǎn)，“自動化世界長期受Microsoft技術(shù)的驅(qū)動，人們希望在他們開發(fā)及使用HMI系統(tǒng)時能利用Excel以及其他應(yīng)用。你可以將一個帶有基本信息的文件輸入到Excel中，并將Excel用作一個開發(fā)工具，然后再將它移植回HMI系統(tǒng)中。而這些工作在Linux環(huán)境下就很難完成，因此兼容性開發(fā)工具其實(shí)并不存在”。

　　“在操作系統(tǒng)不是關(guān)鍵因素的地方--瘦客戶機(jī)終端就是一個極好的例子--我們可以利用像Microsoft Terminal Services (微軟終端服務(wù)）這樣的技術(shù)。Linux在這些應(yīng)用中具有優(yōu)勢，這非常像CE”。

　　（編選，2004,6,）