隨著人機界面（HMI）之類的工業(yè)可視化工具正變得越來越開放化，變更管理和安全性能正越發(fā)受到人們的關注。HMI能夠顯示過程數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)，因此正確的安全預防措施需要根據(jù)不同的控制功能提供多種選擇。諸如OPCUA之類的標準以及其他一些更新穎的技術能夠讓過時的產品變得更靈活、更具有重用性，從而滿足最嚴苛的要求。

　　圖形化用戶界面的價值在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中得到了充分的體現(xiàn)。HMI在自動化系統(tǒng)中的作用遠遠超出了那句格言：一圖勝千言。

　　HMI往往被定義為一部機器中用于就地顯示的小型用戶界面；它可以被看成是機器中的一個嵌入式部件。相對而言，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）則是一種多合一軟件包，他包含了多個組件，能夠從整體上對系統(tǒng)進行操作?？紤]到設計SCADA軟件的復雜性，當它們朝著功能多樣化的方向發(fā)展時，軟件開發(fā)和管理的難度也迅速增加。目前，SCADA系統(tǒng)呈現(xiàn)出層次化的發(fā)展趨勢，而且能夠以相對獨立的專業(yè)化模塊的方式向用戶提供，例如歷史記錄模塊、通信服務器、用戶界面以及其他功能模塊。

　　用戶界面的作用是在方案策劃者和方案執(zhí)行者之間建立一座聯(lián)系的橋梁。

　　如今的軟件允許用戶在同一個界面上啟動不同的操作。例如，你可以讓一臺數(shù)控機床開始鉆孔，也可以將200MW的電能從一家工廠遠程傳輸?shù)搅硪患夜S。這兩種情況下，操作員都只需要按下觸摸屏上的“確定”按鈕就能夠啟動操作。而且，這種HMI界面能夠縮減開發(fā)和配置成本。

　　人機界面交互性

　　一個高效的人機互動界面需要提供以下功能：

　　•能夠反映過程表現(xiàn)和當前狀態(tài)——輸出界面

　　•能夠接收操作員決策的傳感器——輸入界面

　　HMI廠商可以運用3D圖像、觸摸屏、語音識別、運動追蹤和其他許多技術。但有效的通信所包含的內容遠遠不止界面那么簡單。

　　自動化過程是動態(tài)的、由當前狀態(tài)決定的，因此界面必須提供充分的信息幫助相關人員作決策。為了實現(xiàn)這一目標，過程表現(xiàn)必須由過程變量及時反映，以使屏幕內容得到最佳調整，并將最重要的及時顯示出來。由于自動化系統(tǒng)添加了過程變量，相關人員必須慎重選擇控制系統(tǒng)的架構，使之更加可視化。

　　每個變量都具有一系列屬性：變量值、質量、時間戳和含義。前三項屬性的表示方法可以簡單也可以復雜，還可以通過數(shù)值與圖形結合的方式顯示在屏幕上。含義這一屬性往往不隨時間變化，因此這部分會在設計時被做死。舉例而言，一位操作人員可以通過屏幕上的一個特定部分與自動化制藥生產線上的一臺色譜分析儀進行通信。

　　不幸的是，這樣的安排太過局限以至于當我們更換HMI設備時，無法對系統(tǒng)實施無縫改進和升級。尤其是當我們換用其他廠商的產品時，情況更是如此。而且，當我們遇到一臺可添加組件和多種附件的多功能設備時，這種不可更改的顯示方式就無從應對了。為了避免增加不必要的設計成本以及專用解決方案，下一代界面需要采用“語義HMI”方式。一臺語義HMI根據(jù)工廠中的測量和控制設備，諸如分析儀、PLC、DCS等等，提供的元數(shù)據(jù)判斷過程變量的含義。元數(shù)據(jù)在包含實時過程數(shù)據(jù)的同時，還必須經過高智能語義HMI處理。

　　過程界面互動性

　　如果兩臺設備需要協(xié)同工作，那么它們必須采用相同（廠家自己定義的或符合標準）的協(xié)議，并且通過通信基礎設施互相連接。由于各廠家定義的非公開解決方案會限制系統(tǒng)今后的擴展性，因此我們不推薦采用這類方案。雖然各家廠商都能夠為工廠級設備提供標準的協(xié)議，但不幸的是，在自動化領域已經出現(xiàn)了上百個“開放協(xié)議”。

　　為了克服這一缺點，OPC基金會制定了OPC規(guī)范，希望在通用操作系統(tǒng)、過程控制硬件及軟件之間建立起連接的橋梁。OPC以間接通信的方式取代了工廠底層設備（過程）與過程數(shù)據(jù)用戶（HMI）間的直接通信。在流程控制行業(yè)，常用的通信協(xié)議數(shù)以百計。OPC規(guī)范以其顯著的特點為我們詮釋了“過程觀察者”這一概念。

　　OPC規(guī)范并不是一套全新的、試圖在競爭中脫穎而出的協(xié)議。它是一種數(shù)據(jù)采集技術：一套精確包含了特定服務的接口，專門用來管理過程數(shù)據(jù)。它采用了MicrosoftDCOM技術作為系統(tǒng)平臺實現(xiàn)這些服務。由于采用了DCOM技術并且被整合到MicrosoftWindows操作系統(tǒng)家族中，OPC成為了一個強大的、可重復使用的平臺，能夠支持通信并很好地應對安全問題。這一標準的主要缺點是無法獲得充足的過程元數(shù)據(jù)。

　　為了克服這一缺點并且從目前普遍被接受的DCOM標準遷移到一些新出現(xiàn)的技術上，OPC基金會開發(fā)了一套OPC統(tǒng)一架構（OPCUA）規(guī)范。這套面向服務的架構（SOA）采用了萬維網聯(lián)盟（W3C）定義的網絡服務。

　　OPCUA能夠滿足現(xiàn)代控制系統(tǒng)的要求，因為它是：

　　•基于Internet的技術；

　　•一個與平臺無關的標準，可以在任何系統(tǒng)（包括嵌入式系統(tǒng)）上使用；

　　•支持多種獲取過程變量的形式以及獲取元數(shù)據(jù)的對象模型；

　　•采用高效率的協(xié)議實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸；

　　•適用范圍涵蓋了嵌入式應用到企業(yè)級的過程自動化；

　　•支持的工業(yè)應用很廣泛，并且正用于其他一些工業(yè)標準，例如PAT、OpenPLC、ISA95、ISA88、EDDL、MIMOSA、OAGiS等等。

　　安全課題

　　HM（I決策制定設備）和過程控制設備（決策執(zhí)行設備）在連接方面會牽扯到很多技術控制工程網版權所有，例如RS-232總線（位于包含Internet的接線盒中）、無線連接等等。連接方式的多樣性只是對安全性能的一個考驗。安全性能強大與否還取決于被傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)源和用戶數(shù)據(jù)的正確性。

　　即使是在核電站這樣完全封閉的控制室內，我們在結束一天的工作之前都必須明確，如果出現(xiàn)任何問題，是誰來負責按下“確認”按鈕。另一方面，我們也不希望在緊要關頭看到屏幕上顯示這樣一條信息“你必須登陸后才能繼續(xù)”。

　　安全HMI在設計過程中需要添加一個合適的通信層。幸運的是，新的OPCUA標準提供了現(xiàn)成的強大而有效的網絡安全技術。

　　CAS公司（OPC基金會成員之一）的軟件架構師MaciejZbrzezny表示，OPCUA對未來的開放式過程控制系統(tǒng)發(fā)展具有重要意義。CAS提供的軟件通過三個簡單的步驟就能配置OPCUA：設計信息模型（設計階段）、不通過編程將模型與過程變量綁定（配置階段）、獲得數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)（運行階段），從而構筑起一套現(xiàn)成的方案。

　　擁有8000個節(jié)點的過程控制系統(tǒng)

　　大多數(shù)現(xiàn)代HMI都具備了先進的圖形界面、較高的分辨率、觸摸屏、高防護等級面板、更快速的處理器、整合現(xiàn)代操作系統(tǒng)等特點。然而作為一種決策設備，它們需要做的遠遠不止這些。

　　在波蘭Lodz（一個人口為750,000的城市），全市的供熱網絡受控于一套過程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)所管轄的三家工廠總發(fā)熱量達到2,560MW，用于傳送熱水的管網總長大約為800公里，交叉連接了8控制工程網版權所有,000個左右的節(jié)點。這套控制系統(tǒng)最大的特點是開放、支持互操作性、能夠通過過程元數(shù)據(jù)靈活地獲取過程數(shù)據(jù)、有合適的安全防范措施可供選擇。

　　OPCUA之類的新標準與可反復使用的早期產品相結合，能夠滿足那些最高要求的應用。