成功的工厂自动化案例（工厂自动化视频）

无论我们是否意识到，我们大多数人作为日常消费者，都对人机界面(HMI) 的外观和使用形成了一些看法。这是因为我们经常在智能手机、网站甚至汽车上使用的控制设备实际上都涉及数字人机界面。当我们与他们互动时，我们直观地了解什么是清楚的，什么是容易执行的，什么是麻烦或困难的。

对于工厂设备和系统，专用工业HMI 已存在多年。硬件和软件已经改进以提供更多选项，但有时选择太多，导致配置比需要的更复杂。另一方面，综合标准最近得到了更好的发展。然而，标准并不总是适合每个行业、系统类型或偏好，并且它们对于HMI 必须显示的所有项目可能不够具体。

工业系统和原始设备制造商(OEM) 开发人员需要HMI 并希望它们发挥作用，但他们可能没有时间或专门的人员来创建自己的HMI 标准和样式。解决此问题的最佳选择通常是简单和清晰，这是提供HMI 最佳态势感知和可用性的行之有效的方法。本文提供了规划和实施有效的工厂自动化HMI 的基本技巧和最佳实践。

图1：HMI 开发环境通常提供许多代表物理设备（例如阀门和泵）和逻辑设备（例如模拟仪器）的设计元素。本文图片来源：Automation Direct

检查可用资源

在从头开始任何设计之前，检查有哪些资源可用非常重要。 ISA101和其他组织提供的工业文档和标准提供了HMI设计指导，但许多都集中在流程工业、石化工业和核工业。

根据所使用的HMI 平台，开发环境可能提供标准或可选的对象库以及其他用于创建新项目的辅助工具。这些资源值得一看。请记住，在将这些库对象采纳为公司标准之前，需要进行一些修改。

为新应用创建有效的工厂HMI 通常是一个迭代过程，如果您从适用的标准或示例开始，则可以简化该过程。定义构建块对象是一个很好的起点。

识别设计元素

每个最终用户可能会混合使用典型的工业元素，例如阀门和泵，以及一些专用组件——，所有这些都必须显示在HMI 上。第一步应该是确定将重用的元素并为每个元素创建标准设计（参见图1）。

并非所有HMI 设计元素都与物理设备相关。 HMI 对象，例如启动/停止按钮、开/关指示器、配方值和数据输入标签，是HMI 与控制器交互所必需的逻辑结构，但不一定在任何机械或电气设计文档中进行描述。

说到控制器，通常是可编程逻辑控制器（PLC），HMI开发必须与PLC代码紧密结合。如果PLC有特殊设备报警或其他派生值，例如电机运行时间，则HMI必须处理这些报警。

构建故事板

故事板是一种描绘创作过程的方法。它们通常与电影联系在一起，但也可用于创作小说、建筑和软件。在开发工厂HMI 时，故事板允许设计人员预先规划所需屏幕的数量和层次结构，以便团队可以在进行重要的HMI 配置工作之前检查流程。

设计人员可以使用基于文本的摘要、电子表格、草图或技术组合来创建故事板（见图2）。无论采取什么方式，都应该灵活，让审核组能够理解并帮助做好安排。

故事板应该显示系统、子系统和其他细节如何相互关联。通俗地说，就是每个屏幕上显示的内容。这种安排很大程度上取决于自动化的复杂性和必须显示的构建块对象。

一台基本机器可能只有一两个屏幕来描述所有操作条件并提供一些对象供操作员交互。更复杂的设备有更多的屏幕，其中一些提供详细的操作员输入值、历史数据趋势、警报/事件日志以及派生的性能和诊断信息。

一旦工厂自动化的复杂性达到一定程度，引入HMI组织层次结构的概念可能会有用，例如：

一级仪表板：提供“概览”操作信息；

二级典型控制：简化的操作屏幕，提供基本的监控选项；

3级详细控制：详细的操作画面，提供比2级更多的信息；

4级特定控件：弹出窗口，非常详细的配置或诊断信息，不常用。

在构建故事板时，请记住，团队成员不仅包括程序员，还包括来自其他工程学科的人员，以及操作、维护和管理人员。每个成员都应该根据自己的角色做出贡献。

定义HMI风格

HMI 的风格涵盖外观、感觉和功能的许多方面。当前“高性能”HMI的概念要求尽量减少颜色、简化对象，并且用户采用的内容必须适合其特定应用（见图3）。创建HMI 风格指南时需要注意的事项包括导航和有效性、颜色选择、数据文本定义、简单图形和可用性。

1. 导航设置。常识表明，最重要的控件通常是启动和停止命令以及导航按钮，它们应该始终易于使用。常见的做法是在每个屏幕上为这些控件保留一些空间。

弹出窗口通常是较小的屏幕，出现在完全显示的屏幕前面，可用于临时查看和输入非常具体的信息，然后将其关闭。有时，允许弹出窗口持续存在会很有帮助，例如比例积分微分(PID) 调整面板。然而，虽然弹出窗口对于不常用的详细任务很有用，但它们会干扰正常操作并占用显示器空间，因此应尽可能避免它们。

应根据安全需要使用密码，但应谨慎使用，以避免锁定系统并妨碍操作人员。在一个受密码保护的屏幕上完成机器参数的调整通常很有用。

2. 谨慎使用颜色。颜色可用于背景、字体、静态元素和动画对象，但它们可能是一个有争议的HMI 主题。大多数标准建议使用浅灰色背景和灰度对象，为异常条件保留颜色。这提供了简单的可见性并向用户指示重要事件。然而，某些行业或设备可能决定使用颜色。电力行业通常使用红色表示通电（危险），使用绿色表示断电（安全）。如果设备项具有三个颜色编码子系统，则这些颜色应包含在标题栏上以便于识别。

另外，避免使用仅依赖于对象的动画颜色编码。如果可能的话，最好提供辅助补充符号来指示状态或条件。

3. 定义文本数据。样式还延伸到使用什么字体以及文本是否大写。仅定义几种字体即可覆盖必要的场景。为标题和重要内容保留较大或粗体的字体，为细节保留较小的字体。弄清楚哪些值仅供显示，哪些值可以由操作人员输入。包括工程单位和允许范围。

4.简化图形，提高运行效率。数字HMI的主要优势之一是能够向用户呈现他们可以识别的图形图像和图标，从而无需阅读或减少由于语言障碍而可能产生的误解。然而，这并不意味着图形应该是详细的工程图、复杂的照片或任何动画。

相反，现代最佳实践是尽可能提供简化的标志性图形。动画在某些有限的情况下很有用，但它会消耗处理资源，并且通常被认为会分散注意力。

尽管不鼓励使用位图图像，但有很多充分的理由将它们包含在工厂自动化中。例如，设计人员可以用箭头勾勒出设备和组件的图像，以清楚地向用户指示出现问题的位置。

5. 可用性第一。探索其他可帮助操作员完成工作的高级功能。不仅仅是显示容器的当前液位，而是将液位显示为趋势，以便操作员了解系统最近的运行情况。更进一步，关键指标值通过迷你趋势显示在屏幕上。

类似的概念也适用于警报。对于大多数系统来说，指示当前活动的警报非常重要。带有日期/时间戳的详细历史警报/事件日志允许用户查看问题的进展情况，有助于及时排除故障。

图3：开发并遵循HMI 风格指南使设计人员能够配置直观的HMI 屏幕，并使操作员能够轻松利用导航功能来监视和控制工厂自动化系统。

态势感知是目标

态势感知的概念是从军事理论和最近的航空工业发展而来的，但它也适用于工业工厂自动化设计。自动化系统HMI的最终目标是提供所有相关信息，以便用户能够了解正在发生的情况并知道需要采取哪些操作。

虽然大型工程公司或过程设施公司可能拥有大量资源专门用于HMI 开发，但小型企业、系统集成商和OEM 可以利用最新的设计概念。在设计之初，考虑上述设计主题和经验教训，并让关键人员参与进来，以确保创建简单易用的HMI 体验。 （作者：比尔德纳）

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