一、人機界面簡介

人機界面（HumanMachineInteracTIon，簡稱HMI），又稱用戶界面或使用者界面，是人與計算機之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，是計算機系統(tǒng)的重要組成部分。是系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，它實現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機信息交流的領(lǐng)域都存在著人機界面。

二、人機界面的發(fā)展歷程

1.命令語言用戶界面

早期的人機界面是命令語言人機界面，人機對話都是機器語言。人機交互方式只能是命令和詢問，通信完全以正文形式通過用戶命令和用戶對系統(tǒng)詢問的方式來完成。這要求驚人的記憶和大量的訓練，要求操作者有較高的專業(yè)水平。對一般用戶來說，命令語言用戶界面易出錯，不友善且難學習錯誤處理能力也較弱。因此，這一時期被認為是人機對峙時期。

2.圖形用戶界面

隨著硬件技術(shù)的發(fā)展以及計算機圖形學、軟件工程、窗口系統(tǒng)等軟件技術(shù)的進步，圖形用戶界面（GraphicUserInterface）產(chǎn)生并得到廣泛應(yīng)用，成為當前人機界面的主流。比較成熟的商品化系統(tǒng)有Apple的Macintosh、IBM的PM（PresentaTIonManag2er）、Microsoft的Windows和運行于Unix環(huán)境的X2Window等。圖形用戶界面也被稱為WIMP界面，即窗口（Windows）、圖標（Icons）、菜單（Menus）、指示器（PoinTIngDevice）四位一體形成桌面（Desktop）。其中，窗口是交互的基礎(chǔ)區(qū)域，主要包括標題欄、支持移動和大小縮放、菜單欄、工具欄以及操作區(qū)。窗口通常是矩形，但現(xiàn)在很多軟件把它做成不規(guī)則形，以便看上去會更有活力和個性。圖標是用于標識某個對象的圖形標志，很大一部分來源于術(shù)語符號，初次接觸時需要記憶，例如最小化、關(guān)閉等;還有一部分圖標來源于生活，比較象形而不必記憶，比如喇叭就是調(diào)節(jié)音量，房子表示HOME，信封表示郵件等等。菜單是供用戶選擇的動作命令，在一個軟件中所有的用戶命令都包含在菜單中。菜單通常要通過窗口來顯示，常見類型有工具欄（包括圖形工具欄）、下拉式、彈出式（右鍵菜單）和級聯(lián)式（多層次的菜單）等。指針是一個圖形，用以對指點設(shè)備（鼠標或軌跡球）輸入到系統(tǒng)的位置進行可視化描述，圖形界面指針常用的有箭頭、十字、文本輸入I、等待沙漏等等。圖形用戶界面能同時顯示不同種類的信息，使用戶在幾個環(huán)境中切換而不失去工作之間的聯(lián)系，用戶可通過下拉式菜單方便地執(zhí)行任務(wù)，在減少鍵盤輸入的情形下，大大提高交互效率。這一時期被認為是人機協(xié)調(diào)期。

3.多媒體用戶界面

多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展為人機界面的進步提供了契機，在原來只有靜態(tài)媒體的用戶界面中，多媒體技術(shù)引入了動畫、音頻、視頻等動態(tài)媒體，特別是引入了音頻媒體，大大豐富了計算機表現(xiàn)信息的形式，拓寬了計算機輸出的帶寬。同時，多媒體技術(shù)的引入也提高了人對信息表現(xiàn)形式的選擇、控制能力，增強了信息表現(xiàn)與人的邏輯、創(chuàng)造能力的結(jié)合，擴展了人的信息處理能力。借助多媒體用戶能提高接受信息的效率，所以，多媒體信息比單一媒體信息具有更大的吸引力，它更有利于人對信息的主動探索。

令人遺憾的是，多媒體用戶界面雖然在信息輸出方面變得更加豐富，但它在信息輸入方面仍迫使用戶使用常規(guī)的輸入設(shè)備（鍵盤，鼠標器和觸摸屏），即輸入是單通道的，輸入輸出表現(xiàn)出極大的不平衡，這種不足限制了它的應(yīng)用。雖然多媒體與人工智能技術(shù)的結(jié)合將改變這種狀況，但今天的多媒體用戶界面仍處于探索和改進中。此時，多通道用戶界面研究的興起，無疑給解決人機界面的輸入輸出不平衡帶來了更大的希望。

4.多通道用戶界面

20世紀80年代后期以來，多通道用戶界面（MulTImodalUserInterface）成為人機交互技術(shù)研究的嶄新領(lǐng)域，在國際上受到高度重視。多通道用戶界面的研究正是為了消除當前圖形用戶界面———WIMP/GUI、多媒體用戶界面通信帶寬不平衡的弊病而興起的。在多通道用戶界面中，綜合采用視線、語音、手勢等新的交互通道、設(shè)備和技術(shù)，使用戶利用多個通道以自然、并行、協(xié)作的方式進行人機對話，而機器則通過整合來自多個通道的精確的和不精確的輸入來捕捉用戶的交互意圖，提高交互的自然性和高效性。研究中涉及鍵盤、鼠標器之外的輸入通道主要是語音和自然語言、手勢、書寫及眼部運動，并以具體系統(tǒng)研究為主。

多通道用戶界面與多媒體用戶界面一道共同提高人機交互的自然性和效率。其中，多媒體用戶界面主要關(guān)注用戶對計算機輸出信息的理解與接受的效率問題，而多通道用戶界面主要關(guān)注用戶輸入信息的方式及計算機對用戶輸入信息的理解問題，今天所研究的多通道人機界面所要達到的目標可歸納為：使用戶盡可能多地利用已有的日常技能與計算機交互;使人機通訊信息吞吐量更大、形式更豐富，發(fā)揮人機彼此不同的認知潛力;吸取已有人機交互技術(shù)的成果，與傳統(tǒng)的用戶界面特別是廣泛流行的GUI兼容，使老用戶、專家用戶的知識和技能得以利用。

在人機交互過程中，人不滿足于通過屏幕顯示或打印輸出信息，進一步要求能夠通過視、聽覺等器官交互，于是有了多媒體用戶界面。人們不滿足于單通道的輸入，要更多的利用嗅覺、觸覺以及形體、手勢或口令交互，于是有了多通道用戶界面。人們還要更自然地“進入”到環(huán)境空間中去，形成人機“直接對話”，取得“身臨其境”的體驗，為此，又有了虛擬現(xiàn)實人機界面

5.虛擬現(xiàn)實人機界面

虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）又稱虛擬環(huán)境（Virtu2alEnvironment），目的是向用戶提供身臨其境（im2merse）的體驗。我們知道，在傳統(tǒng)的人機系統(tǒng)中，人是操作者，機器只是被動的反應(yīng);在現(xiàn)行的計算機系統(tǒng)中，人是用戶，人與計算機之間以一種對話方式工作;然而，自20世紀90年代以來新興起一種計算機界面理論，該理論認為以對話為基礎(chǔ)的人機界面是個錯誤的發(fā)展模式，此模式容易誤導缺乏經(jīng)驗的使用者，即使是經(jīng)驗老道的軟件設(shè)計師也容易被誤導而做出難以使用的界面系統(tǒng)。該理論認為，人與電腦間的互動關(guān)系不應(yīng)是人與人之間的對話關(guān)系，而應(yīng)是由人去探索另一個世界，而程序設(shè)計的工作便是去創(chuàng)造一個可供探索、游歷的世界。即使是一個初學者也可漫步其間，靠著機智與親手操作，在游歷過程中積累點點滴滴的經(jīng)驗。這種理論認為，應(yīng)將電腦看成是個世界而不是交談的對象，人機界面研究努力的方向是去縮短人與這個世界的距離。因此，未來的人機交互模式，應(yīng)該突破屏幕的限制，讓使用者直接進入電腦的虛擬空間，直接與3D物體做互動，這就是虛擬現(xiàn)實人機界面理論發(fā)展的起點。

三、人機界面使用方法

明確監(jiān)控任務(wù)要求，選擇適合的HMI產(chǎn)品；

在PC機上用畫面組態(tài)軟件編輯“工程文件”；

測試并保存已編輯好的“工程文件”；

PC機連接HMI硬件，下載“工程文件”到HMI中；

連接HMI和工業(yè)控制器（如PLC、儀表等），實現(xiàn)人機交互。

四、HMI人機界面產(chǎn)品的組成及工作原理

人機界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存貯單元等，其中處理器的性能決定了HMI產(chǎn)品的性能高低，是HMI的核心單元。根據(jù)HMI的產(chǎn)品等級不同，處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。HMI軟件一般分為兩部分，即運行于HMI硬件中的系統(tǒng)軟件和運行于PC機Windows操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件。使用者都必須先使用HMI的畫面組態(tài)軟件制作“工程文件”，再通過PC機和HMI產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到HMI的處理器中運行。

五、HMI人機界面產(chǎn)品的基本功能及選型指標

人機界面基本功能：

1）設(shè)備工作狀態(tài)顯示;

2）數(shù)據(jù)、文字輸入操作，打印輸出;

3）生產(chǎn)配方存儲，設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄;

4）簡單的邏輯和數(shù)值運算;

5）可連接多種工業(yè)控制設(shè)備組網(wǎng)。

人機界面選型指標：

1）顯示屏尺寸及色彩，分辨率;

2）HMI的處理器速度性能;

3）輸入方式：觸摸屏或薄膜鍵盤;

4）畫面存貯容量，注意廠商標注的容量單位是字節(jié)、還是位;

5）通訊口種類及數(shù)量，是否支持打印功能。

六、人機界面如何控制plc

人機界面控制：通過plc模擬量輸入模塊把熱電偶的信號轉(zhuǎn)換為控制信號，然后通過算式把信號顯示在觸摸屏處！這點需要做好溫度的控制，簡單些的溫度控制方式可以用比較指令控制法，但溫度控制波動會比較大；另一種溫度控制的方法是使用PID控制，通過PID控制指令來控制溫度。加熱控制的元件選用熱電偶，因為它是無觸點控制，使用壽命會較長。

1、輸入采樣階段

在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

2、輸出刷新階段

當掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。