操作員界面設備是工業(yè)自動化的關鍵要素，但許多產(chǎn)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(yè)邊緣和其它關鍵應用，使經(jīng)典人機界面的最佳功能與現(xiàn)代商業(yè)技術相結合。

用于機器和過程的工業(yè)自動化系統(tǒng)必須監(jiān)控工況、設備指令和協(xié)調(diào)控制。設計人員通過結合各種工業(yè)自動化技術來實現(xiàn)這些功能，如傳感器和儀器、輸入/ 輸出（I/O）模塊和數(shù)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(tǒng)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(tǒng)交互的電子設備統(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)品的設計吸收了過去的經(jīng)驗，同時利用了最新的商業(yè)技術。

01 傳統(tǒng)HMI面臨的挑戰(zhàn)

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(tǒng)的運行方式并進行適當?shù)恼{(diào)整。

報警和事件記錄、歷史數(shù)據(jù)和顯示趨勢是后來逐步增加的功能?？梢詮椭坪捅４?/span>HMI和操作員接口終端配置，如果舊設備損壞或發(fā)生故障，可以相對快速地部署新設備。改進的網(wǎng)絡功能，尤其是以太網(wǎng)和Wi-Fi，意味著HMI 不再需要安裝在物理上靠近機器的位置?？梢栽诂F(xiàn)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(yōu)點，但也有一些缺點。

所面臨的挑戰(zhàn)包括：

· 專有硬件和軟件的限制；

· 初始成本較高；

· 持續(xù)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(tǒng)接口。由于專用于工業(yè)市場，因此它們并不能獲益于消費電子產(chǎn)品所提供的規(guī)模商業(yè)利益，使其在性價比方面競爭力不足。但是，它們通?？梢猿惺軔毫拥墓I(yè)環(huán)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(tǒng)，正在迅速被更開放的系統(tǒng)取代。

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(xù)的維護和支持要求。

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

圖2 ：先進消費電子產(chǎn)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 EdgeAppliance 是一個以太網(wǎng)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(shù)據(jù)處理應用程序。

但與更大的消費市場相較而言，工業(yè)市場的創(chuàng)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。

02 最新的HMI 技術

最新一代HMI 產(chǎn)品通過融合成熟的商業(yè)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(yōu)勢包括：

開源：理想情況下，現(xiàn)代HMI將傳統(tǒng)操作員接口終端的穩(wěn)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(tǒng)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(xiàn)場使用。設計合理，即使在充滿挑戰(zhàn)的工業(yè)環(huán)境中，硬件也像在家中使用一樣，能夠提供PC 級性能。

經(jīng)濟實惠的配置：可以進行定制，但不是必需的，因為現(xiàn)代HMI 硬件包括內(nèi)置的標準功能，可滿足大多數(shù)需求?；?/span>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(shù)或運行時間。

易用性：開發(fā)工具選項不但使新開發(fā)人員可以輕松地使用現(xiàn)代HMI 來創(chuàng)建基本應用程序，還可以讓高級程序員使用可選的SecureShell 訪問來開發(fā)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(jù)需要提供更大的本地顯示。此外，多個以太網(wǎng)和USB端口以及I/O 模塊，可促進與任何現(xiàn)場設備或系統(tǒng)的連接。

網(wǎng)絡和基于云的連接：當用戶利用網(wǎng)絡和基于云的連接時，可以從現(xiàn)代HMI 實現(xiàn)更多功能。可以在數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)之間安全地共享數(shù)據(jù)，并且HMI 可視化可以擴展到經(jīng)授權的、能夠托管網(wǎng)絡瀏覽器的任何計算機或移動設備。

移動設備：移動性是現(xiàn)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(nèi)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(tǒng)產(chǎn)品的最佳功能與現(xiàn)代開源硬件、軟件和網(wǎng)絡技術相結合，以解決傳統(tǒng)產(chǎn)品帶來的挑戰(zhàn)。

由于這些最新的HMI可以輕松無縫地聯(lián)網(wǎng)并部署到任何典型的移動設備上，因此最終用戶發(fā)現(xiàn)當今的技術正以他們能夠承受的價格滿足他們的需求。