一、人機(jī)界面簡(jiǎn)介

人機(jī)界面（HumanMachineInteracTIon，簡(jiǎn)稱HMI），又稱用戶界面或使用者界面，是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞、交換信息的媒介和對(duì)話接口，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介，它實(shí)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(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著人機(jī)界面。

二、人機(jī)界面的發(fā)展歷程

1.命令語言用戶界面

早期的人機(jī)界面是命令語言人機(jī)界面，人機(jī)對(duì)話都是機(jī)器語言。人機(jī)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(duì)系統(tǒng)詢問的方式來完成。這要求驚人的記憶和大量的訓(xùn)練，要求操作者有較高的專業(yè)水平。對(duì)一般用戶來說，命令語言用戶界面易出錯(cuò)，不友善且難學(xué)習(xí)錯(cuò)誤處理能力也較弱。因此，這一時(shí)期被認(rèn)為是人機(jī)對(duì)峙時(shí)期。

2.圖形用戶界面

隨著硬件技術(shù)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、軟件工程、窗口系統(tǒng)等軟件技術(shù)的進(jìn)步，圖形用戶界面（GraphicUserInterface）產(chǎn)生并得到廣泛應(yīng)用，成為當(dāng)前人機(jī)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(yùn)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(biāo)（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(biāo)題欄、支持移動(dòng)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(huì)更有活力和個(gè)性。圖標(biāo)是用于標(biāo)識(shí)某個(gè)對(duì)象的圖形標(biāo)志，很大一部分來源于術(shù)語符號(hào)，初次接觸時(shí)需要記憶，例如最小化、關(guān)閉等;還有一部分圖標(biāo)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(dòng)作命令，在一個(gè)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(jí)聯(lián)式（多層次的菜單）等。指針是一個(gè)圖形，用以對(duì)指點(diǎn)設(shè)備（鼠標(biāo)或軌跡球）輸入到系統(tǒng)的位置進(jìn)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(shí)顯示不同種類的信息，使用戶在幾個(gè)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(shí)期被認(rèn)為是人機(jī)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(jī)界面的進(jìn)步提供了契機(jī)，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(dòng)畫、音頻、視頻等動(dòng)態(tài)媒體，特別是引入了音頻媒體，大大豐富了計(jì)算機(jī)表現(xiàn)信息的形式，拓寬了計(jì)算機(jī)輸出的帶寬。同時(shí)，多媒體技術(shù)的引入也提高了人對(duì)信息表現(xiàn)形式的選擇、控制能力，增強(qiáng)了信息表現(xiàn)與人的邏輯、創(chuàng)造能力的結(jié)合，擴(kuò)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(duì)信息的主動(dòng)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(biāo)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(jìn)中。此時(shí)，多通道用戶界面研究的興起，無疑給解決人機(jī)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(jì)80年代后期以來，多通道用戶界面（MulTImodalUserInterface）成為人機(jī)交互技術(shù)研究的嶄新領(lǐng)域，在國(guó)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(dāng)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(shì)等新的交互通道、設(shè)備和技術(shù)，使用戶利用多個(gè)通道以自然、并行、協(xié)作的方式進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，而機(jī)器則通過整合來自多個(gè)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(biāo)器之外的輸入通道主要是語音和自然語言、手勢(shì)、書寫及眼部運(yùn)動(dòng)，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(jī)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(duì)計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)對(duì)用戶輸入信息的理解問題，今天所研究的多通道人機(jī)界面所要達(dá)到的目標(biāo)可歸納為：使用戶盡可能多地利用已有的日常技能與計(jì)算機(jī)交互;使人機(jī)通訊信息吞吐量更大、形式更豐富，發(fā)揮人機(jī)彼此不同的認(rèn)知潛力;吸取已有人機(jī)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(shí)和技能得以利用。

在人機(jī)交互過程中，人不滿足于通過屏幕顯示或打印輸出信息，進(jìn)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(shì)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(jìn)入”到環(huán)境空間中去，形成人機(jī)“直接對(duì)話”，取得“身臨其境”的體驗(yàn)，為此，又有了虛擬現(xiàn)實(shí)人機(jī)界面

5.虛擬現(xiàn)實(shí)人機(jī)界面

虛擬現(xiàn)實(shí)（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(yàn)。我們知道，在傳統(tǒng)的人機(jī)系統(tǒng)中，人是操作者，機(jī)器只是被動(dòng)的反應(yīng);在現(xiàn)行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，人是用戶，人與計(jì)算機(jī)之間以一種對(duì)話方式工作;然而，自20世紀(jì)90年代以來新興起一種計(jì)算機(jī)界面理論，該理論認(rèn)為以對(duì)話為基礎(chǔ)的人機(jī)界面是個(gè)錯(cuò)誤的發(fā)展模式，此模式容易誤導(dǎo)缺乏經(jīng)驗(yàn)的使用者，即使是經(jīng)驗(yàn)老道的軟件設(shè)計(jì)師也容易被誤導(dǎo)而做出難以使用的界面系統(tǒng)。該理論認(rèn)為，人與電腦間的互動(dòng)關(guān)系不應(yīng)是人與人之間的對(duì)話關(guān)系，而應(yīng)是由人去探索另一個(gè)世界，而程序設(shè)計(jì)的工作便是去創(chuàng)造一個(gè)可供探索、游歷的世界。即使是一個(gè)初學(xué)者也可漫步其間，靠著機(jī)智與親手操作，在游歷過程中積累點(diǎn)點(diǎn)滴滴的經(jīng)驗(yàn)。這種理論認(rèn)為，應(yīng)將電腦看成是個(gè)世界而不是交談的對(duì)象，人機(jī)界面研究努力的方向是去縮短人與這個(gè)世界的距離。因此，未來的人機(jī)交互模式，應(yīng)該突破屏幕的限制，讓使用者直接進(jìn)入電腦的虛擬空間，直接與3D物體做互動(dòng)，這就是虛擬現(xiàn)實(shí)人機(jī)界面理論發(fā)展的起點(diǎn)。

三、人機(jī)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(jī)上用畫面組態(tài)軟件編輯“工程文件”；

測(cè)試并保存已編輯好的“工程文件”；

PC機(jī)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(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

四、HMI人機(jī)界面產(chǎn)品的組成及工作原理

人機(jī)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(jí)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(yùn)行于HMI硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于PC機(jī)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(jī)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(yùn)行。

五、HMI人機(jī)界面產(chǎn)品的基本功能及選型指標(biāo)

人機(jī)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(chǔ)，設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄;

4）簡(jiǎn)單的邏輯和數(shù)值運(yùn)算;

5）可連接多種工業(yè)控制設(shè)備組網(wǎng)。

人機(jī)界面選型指標(biāo)：

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(biāo)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(jī)界面如何控制plc

人機(jī)界面控制：通過plc模擬量輸入模塊把熱電偶的信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，然后通過算式把信號(hào)顯示在觸摸屏處！這點(diǎn)需要做好溫度的控制，簡(jiǎn)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(dòng)會(huì)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?yàn)樗菬o觸點(diǎn)控制，使用壽命會(huì)較長(zhǎng)。

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(gè)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(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)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(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)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(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。