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新一代人機界面(HMI)的發展趨勢

技術資訊

新一代人機界面(HMI)的發展趨勢

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【摘要】:
新一代人機界面(HMI)的發展趨勢?  操作員界面設備是工業自動化的關鍵要素,但許多產品存在缺點和實施障礙。堅固、易用等新特性的融入,讓操作員界面設備應用于工業邊緣和其它關鍵應用,使經典人機界面的最佳功能與現代商業技術相結合。?  用于機器和過程的工業自動化系統必須監控工況、設備指令和協調控制。設計人員通過結合各種工業自動化技術來實現這些功能,如傳感器和儀器、輸入/輸出(I/O)模塊和數字控制器。

新一代人機界面(HMI)的發展趨勢

 

  操作員界面設備是工業自動化的關鍵要素,但許多產品存在缺點和實施障礙。堅固、易用等新特性的融入,讓操作員界面設備應用于工業邊緣和其它關鍵應用,使經典人機界面的最佳功能與現代商業技術相結合。 

  用于機器和過程的工業自動化系統必須監控工況、設備指令和協調控制。設計人員通過結合各種工業自動化技術來實現這些功能,如傳感器和儀器、輸入/ 輸出(I/O)模塊和數字控制器。即使是最先進的機器也不能自行運行,這意味著自動化系統也必須提供某種形式的操作員界面。

  允許操作員與自動化系統交互的電子設備統稱為人機界面(HMI)。 有時,在非個人電腦(PC)計算平臺上構建的更專用的設備,可能被稱為操作員接口終端(OIT)。

  將HMI和操作員接口終端集成到自動化系統至關重要。它們能提供比簡單面板設備更多的接口選項,如果需要更改,通常可以以更低的成本重新配置或重新編程HMI或操作員接口終端。

  然而,有些增加的操作員員界面功能,仍然存在一些缺點,使HMI成本過高且難以維護。為了解決這些缺點,最新HMI產品的設計吸收了過去的經驗,同時利用了最新的商業技術。

  傳統HMI面臨的挑戰

  第一代HMI和操作員接口終端專注于讓用戶啟動和停止設備、了解系統的運行方式并進行適當的調整。

  報警和事件記錄、歷史數據和顯示趨勢是后來逐步增加的功能。可以復制和保存HMI和操作員接口終端配置,如果舊設備損壞或發生故障,可以相對快速地部署新設備。改進的網絡功能,尤其是以太網和Wi-Fi,意味著HMI不再需要安裝在物理上靠近機器的位置。可以在現場安裝多個HMI,以便在控制室、機器和辦公室中提供接口。

  與硬接線面板設備相比,這些HMI和操作員接口終端具有許多優點,但也有一些缺點。所面臨的挑戰包括:

  ●專有硬件和軟件的限制;

  ●初始成本較高;

  ●持續的支持和維護成本;

  ●許可復雜性和成本;

  ●廣泛的工程師和操作員培訓;

  ●集成多個平臺所需的努力;

  ●滯后的技術。

  專用操作員接口終端可能采用專有硬件和軟件(見圖1)。制造商提供這些設備,以在相對獨立的空間中提供足夠的控制系統接口。由于專用于工業市場,因此它們并不能獲益于消費電子產品所提供的規模商業利益,使其在性價比方面競爭力不足。但是,它們通常可以承受惡劣的工業環境,并提供實用、可維護的解決方案。

圖1:操作員界面終端通常是用于專有和封閉系統,正在迅速被更開放的系統取代。 本文圖片來源:Opto 22

  隨著更先進的基于PC的HMI的推出,與先前的解決方案相比,硬件被認為具有更高的價值,能夠為用戶提供了靈活性和連接性。 然而,它也有一個缺點,就是增加了持續的維護和支持要求。 

  現如今,用戶希望設備外觀優雅,能夠頻繁進行免費更新,并且對設備操作系統和應用程序進行改進(圖2)。

圖2:先進消費電子產品的普及,促使最終用戶期望在所有設備類型上擁有豐富直觀的人機界面,并具有便捷的移動訪問功能。Groov Edge Appliance是一個以太網和USB插件設備,允許設計人員為自動化設備和IoT設備構建連接和數據處理應用程序。

  但與更大的消費市場相較而言,工業市場的創新速度稍慢,因為它的市場相對較小,更不用說與走在技術尖端的個人電子市場相比更為保守。

  最新的HMI技術

  最新一代HMI產品通過融合成熟的商業技術解決了這些缺陷,同時包含并構建了前幾代HMI和操作員接口終端的最佳功能。帶來的優勢包括:

  開源:理想情況下,現代HMI將傳統操作員接口終端的穩健性和易用性,與基于PC的HMI的功能和價值相結合。當硬件平臺基于像Linux這樣的實時開源操作系統時,這種組合成為可能,不需要采購費用或許可費用。占地面積小、熱插拔組件、本地LED指示燈和其它實用的觸摸功能,使該平臺更適合于現場使用。設計合理,即使在充滿挑戰的工業環境中,硬件也像在家中使用一樣,能夠提供PC級性能。

  經濟實惠的配置:可以進行定制,但不是必需的,因為現代HMI硬件包括內置的標準功能,可滿足大多數需求。基于PC的HMI配置軟件價格合理,沒有限制性許可費用。最終用戶可以專注于將HMI應用到最適合的位置,而無需擔心限制標簽計數或運行時間。 

  易用性:開發工具選項不但使新開發人員可以輕松地使用現代HMI來創建基本應用程序,還可以讓高級程序員使用可選的Secure Shell訪問來開發自定義應用程序。原始設備制造商通常需要這種類型的靈活性,來編寫機器專用的程序,甚至是C/C ++、Python和其它語言的專有算法。

  集成屏幕和靈活端口:某些設備上提供的板載顯示器可以為應用提供遠超所需的HMI,但高清多媒體接口(HDMI)可根據需要提供更大的本地顯示。此外,多個以太網和USB端口以及I/O模塊,可促進與任何現場設備或系統的連接。

  網絡和基于云的連接:當用戶利用網絡和基于云的連接時,可以從現代HMI實現更多功能。可以在數據庫和系統之間安全地共享數據,并且HMI可視化可以擴展到經授權的、能夠托管網絡瀏覽器的任何計算機或移動設備。

  移動設備:移動性是現代HMI的另一個關鍵組成部分。一旦安裝和配置了基礎設備,任何移動設備都可以安全連接并成為另一個HMI,為工程師和運行人員提供更大的靈活性。設計人員可以更多地關注HMI內容和體驗應該是什么,同時減輕底層平臺的費用和復雜性。  

  最新一代的HMI將傳統產品的最佳功能與現代開源硬件、軟件和網絡技術相結合,以解決傳統產品帶來的挑戰。

  由于這些最新的HMI可以輕松無縫地聯網并部署到任何典型的移動設備上,因此最終用戶發現當今的技術正以他們能夠承受的價格滿足他們的需求。 (作者:Benson Hougland 來源:控制工程網)

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