用于HMI應(yīng)用的工具

　　操作員界面似乎比以往任何時(shí)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(gè)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?gòu)哪軐?duì)它們進(jìn)行監(jiān)控及調(diào)整的角度來創(chuàng)建對(duì)這些過程的反映。

　　這項(xiàng)工作既簡(jiǎn)單又復(fù)雜，之所以說它簡(jiǎn)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(duì)具體要求對(duì)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(jiǎn)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(yǔ)言可用來創(chuàng)建生動(dòng)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(gè)人的偏好及能力，永遠(yuǎn)都不會(huì)有“唯一”的方式。因此有人可能會(huì)用VB來創(chuàng)建應(yīng)用，但需要將OPC用于運(yùn)行時(shí)間通信。簡(jiǎn)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(hào)庫(kù)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(gè)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(gè)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(huì)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(yǔ)言，一般都具有它們自己的特性。梯形邏輯對(duì)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(huì)大多數(shù)編程語(yǔ)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(yǔ)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(duì)HMI進(jìn)行編程。今天大多數(shù)HMI都是面向配置設(shè)計(jì)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(dòng)化部HMI產(chǎn)品營(yíng)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(shí)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(duì)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(gè)泵，我只需在屏幕上拖放一個(gè)智能對(duì)象，然后再敲入一個(gè)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(jí)配置層次。當(dāng)配置完成后，你也很容易將新的定制對(duì)象增加到你的庫(kù)中。另外，公開公共配置參數(shù)可縮短你的開發(fā)時(shí)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(jiǎn)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(yǔ)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(gè)這樣的例子，“你可以從互聯(lián)網(wǎng)上下載一個(gè)MP3 ActiveX控制程序，并將其腳本編成：‘當(dāng)條件滿足時(shí)特定播放器才會(huì)啟動(dòng)并播放指定的MP3文件’。這種形式的添加對(duì)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(kù)訪問、告警、基本趨勢(shì)及更多。

　　如果腳本語(yǔ)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?，Wonderware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(shí)啟動(dòng)一個(gè)應(yīng)用這樣簡(jiǎn)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(yǔ)言”。

　　InTouch被設(shè)計(jì)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?！坝脩艨膳渲檬顾芸匆娺^程并與其進(jìn)行交互的任何東西。如果用戶想要轉(zhuǎn)動(dòng)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(kù)中取出一個(gè)這樣的程序，今天有很多這樣的庫(kù)可以使用。你可以將一個(gè)項(xiàng)目拖放到你的應(yīng)用中，并將它與幾個(gè)I/O點(diǎn)或標(biāo)簽進(jìn)行掛鉤，這樣，當(dāng)傳送帶活動(dòng)動(dòng)時(shí)它也跟著移動(dòng)”。

　　InTouch軟件的SymbolFactory（符號(hào)工廠）擁有3000條項(xiàng)目，從簡(jiǎn)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(shí)

　　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(shí)要能對(duì)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(huì)使用計(jì)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(duì)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(chéng)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(dòng)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(tái)經(jīng)理Norma Dorst給出了這樣的評(píng)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(jì)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(duì)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(píng)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(gè)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(chǎng)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(dòng)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(shí)間驅(qū)動(dòng)且針對(duì)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(chǎng)。

　　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(tái)機(jī)器上，且不用自己去編程。“你不必去編腳本或用VBA來完成一個(gè)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(dòng)圖標(biāo)并鏈接操作。從理論上說，市場(chǎng)需要簡(jiǎn)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(kù)，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(yíng)提供一個(gè)有關(guān)所有操作員的視圖”。

　　Omron的McCoy評(píng)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(gè)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(huì)向哪個(gè)方向發(fā)展？

　　“相互依賴”是一個(gè)操作用詞。HMI是整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)--也僅僅是一個(gè)--方面，而且必須將它放在整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中來考慮，它是所有其他工廠自動(dòng)化功能的一個(gè)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(gè)軟件包上提供業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的一個(gè)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(huì)從網(wǎng)上購(gòu)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(cè)試過它，也沒有在執(zhí)行其他所有功能時(shí)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(píng)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(duì)實(shí)時(shí)情況的掌握上有不同之處時(shí)，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(jì)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?！癡B及VC++（Microsoft Visual C++）用戶希望能用一種更加結(jié)構(gòu)化的語(yǔ)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(huì)緩慢但確實(shí)地轉(zhuǎn)向Visual Studio .Net，而且我相信未來你將會(huì)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(huì)看到HMI開發(fā)過程的進(jìn)一步簡(jiǎn)化，這是一個(gè)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(gè)像 [Autodesk Auto] CAD或 [Microsoft] Visio這樣的塊，然后這個(gè)塊會(huì)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(shí)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(huì)看到在這方面將有大的動(dòng)作”。

　　相反，隨著最終用戶變得更加成熟以及對(duì)HMI產(chǎn)品更加了解，他們將通過修改現(xiàn)成的軟件來針對(duì)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(yíng)。HMI軟件的結(jié)構(gòu)為用戶提供了這樣的機(jī)會(huì)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(shí)需要記住的幾個(gè)要點(diǎn)：

　　■ 使用是否方便？

　　■ 配置過程是否簡(jiǎn)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?cái)U(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(duì)任何人都是公開的（詳情請(qǐng)?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(jì)劃提供基于Linux的設(shè)備，但人們對(duì)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L(zhǎng)inux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(tái)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(huì)擁有安裝在某臺(tái)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?，進(jìn)入嵌入式市場(chǎng)就會(huì)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(jì)Linux在服務(wù)器端的存在將會(huì)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(zhǎng)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(duì)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(jì)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(tái)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(duì)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(dòng)化世界長(zhǎng)期受Microsoft技術(shù)的驅(qū)動(dòng)，人們希望在他們開發(fā)及使用HMI系統(tǒng)時(shí)能利用Excel以及其他應(yīng)用。你可以將一個(gè)帶有基本信息的文件輸入到Excel中，并將Excel用作一個(gè)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(gè)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(shì)，這非常像CE”。

　?。ň庍x，2004,6,）