杨青
湖州科邦自动化研究所 浙江省湖州市 313000
摘要：人机界面的一体化解决方案从自动化项目工程师的立足点出发，引入人机界面的外壳、变量自动导出软件、组态软件和分屏自动安装软件等IT工具，是完成自动化人机界面开发编制工作最为简洁高效的方案。传统的人机界面组态软件供应商理应改变观念，转型为人机界面的一体化解决方案提供商，不能把研发的重点仅仅放在传统的组态软件产品上，要研制人机界面的一体化解决方案系列IT工具，跟上世界技术潮流。
关键词：人机界面；一体化；解决方案
1国内人机界面开发现状
目前，国内人机界面的开发编制一般使用组态软件。在一个自动化工程项目中，人机界面虽然经常与PLC编程一起，由同一个项目工程师使用组态软件组态编制完成，但是总被视为一个在PLC编程之后完成的独立项目。这一点从许多教科书以及技术论文中普遍提到的人机界面组态开发与编制步骤中即可明确表现出来。
人机界面项目被视为一个独立的工程项目，其开发编制有一个繁琐、复杂，甚至对于自动化工程师而言颇为困难的过程。这一过程需要手工收集I／O点参数并填写表格，之后还要将这些I／O点手动输入到组态软件中并设定参数，而稍微大一些的自动化项目常常有数以百计的I／O点，显然这将是一个繁琐费时的工作，并且工作过程中容易出错。更重要的是，这一过程还要涉及绘图、数据库甚至脚本编程等等工作，而这些工作对于一般自动化项目工程师而言，显然是超出其专业领域。除了这些问题，这一过程显然没有考虑到人机界面的标准化、模块化以及可扩展性。
目前国内用于人机界面开发与编制的组态软件，一般从IT项目工程师的立足点出发，聚焦于组态软件的设计理念、编程语言、数据库、通讯技术等等方面，而不是从自动化项目工程师的立足点出发，没有针对人机界面工程实施过程中出现的上述一系列问题，辅助自动化项目工程师简单、高效地完成人机界面工程项目。
2工艺设计一体化
每一个行业有特定的工艺流程，使用什么设备设施，达到何种参数要求，在进行工艺设计时就确定下来了，甚至可以达到工艺设计标准化。工程项目的工艺设计决定了自动化工程的设计以及功能，当然也决定了人机界面的设计及功能：应用何种画面布局，采用何种形式监视与控制设备设施，使用何种视图监视与控制参数，采用什么图形与动画，如何实现实时监控、历史趋势、报警、警告与故障记录报表。因而，在同一行业内，人机界面的许多方面是相同的，可以在某种程度上实现标准化，而这种标准化是与工艺设计相对应的，是捆绑在一起的，或者说人机界面与工艺设计一体化。
根据本行业工艺设计的要求，人机界面解决方案提供商预先编制一个包含本行业通用功能的人机界面框架，这在国外某些企业中称为人机界面的外壳（Shell）。人机界面外壳可以提供的功能，通常包括但不限于绪言中标准化的人机界面的开发与编制步骤中所说的画面结构、历史趋势、报警显示、报表系统、安全权限设置、开机自动打开画面等等。这些功能与本行业具体的自动化工程项目无关，或者说本行业每一个具体的自动化项目都会有同样的这些功能，可以实现标准化。
另外，人机界面解决方案提供商也需要提供本行业所需要的画面模板、动画或图形供自动化项目工程师选用，自动化项目工程师无需自行编制开发，这也是工艺设计一体化的内容之一，当然这是传统意义上的组态软件提供商即可做到的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当自动化项目工程师进行人机界面开发与编制工作时，上述功能已经预先具备了，不需要再使用组态软件来完成这些工作。这样避免了每个项目都要做的重复工作，大幅减少了工作量。对于自动化项目工程师来说大幅降低了工作难度，比如实时监控必然涉及的OPC等通讯技术，历史趋势、报警、警告与故障记录报表必然涉及数据库技术，以及动画脚本编程技术等等，这些技术超出了一般自动化项目工程师的能力要求，这些工作都不必做了。
遵循工艺设计一体化理念的人机界面外壳，把原先由自动化工程项目承包商所属的自动化项目工程师完成的部分工作，转移到了人机界面一体化解决方案提供商属下的IT项目工程师完成。IT项目工程师需要做到的是，保证人机界面的外壳在技术上实现可扩展化，能适应不同自动化工程项目。当然这也需要自动化项目工程师相应地做工作，即按照一定标准来完成PLC编程工作，同时实现人机界面所需工作，这是下面需要讨论的问题。
3PLC编程一体化
设置变量是使用传统的组态软件编制人机界面时所做的一项重要工作。因为每一项变量都需要手动处理，而一个稍具规模的自动化项目就会有数百个变量需要处理，工作量大且容易出错，所以这一项工作最为繁琐耗时。
实际上，人机界面中的变量都来自于PLC程序，在PLC编程时就需要在PLC编程软件中完成变量的设置，而按照上述传统的步骤，完成PLC编程后还要在组态软件中人工手动设置一遍，这样造成了不必要的重复与繁琐。为了解决这一问题，国外某些企业设计了专用的IT工具，在完成PLC编程后，可以导入PLC程序对PLC程序中的符号与变量自动解读并生成相应的变量文件。这种IT工具可以称为变量导出软件或变量导出工具。然后在组态软件中建立新的人机界面项目时，导入变量文件，组态软件在生成的项目中自动完成变量的设置。
在进行PLC编程时，对编程方法进行一定的标准化，将对人机界面的编制带来一系列的便利。对于人机界面编制来说，这样做一方面是变量完整性、标准化的需要，另一方面也是上述人机界面的外壳对PLC编程的需要。为了实现人机界面外壳适应不同的工程项目，具备一定的开放性与可扩展性，需要PLC编程标准化。
PLC编程的标准化主要在以下几个方面，相应地都能为人机界面编制带来便利：
1）PLC符号命名的标准化。不同类型的设备遵循各自的命名准则，组态软件可以自动识别设备变量，给出相对应的图形，方便组态时拖放选用。
2）在变量的PLC数据块里进行分屏区域设置。大型自动化项目经常涉及多个人机界面即多屏控制，组态软件可以自动识别设备变量并设置出分屏画面项目。
3）PLC编程时完善注释与报警。这些注释与报警即人机界面的报警。所谓报警，可以分为信息、警告与故障等等类型，都可以在PLC编程时在数据块里进行设置。人机界面的外壳具有相应的功能，可以自动导入这些注释与报警，并生成实时监控数据与历史记录文件。
组态软件所形成的画面文件，可以导入到人机界面的外壳中，与人机界面外壳一起形成完整的人机界面软件。相对于上述人机界面的外壳，PLC编程所带来的、由组态软件所形成的画面就是人机界面的内容，而同行业内不同项目造成内容的不同，因为不同项目有不同的PLC程序。
因为引进了变量导出软件，并能由组态软件自动导入，使得人机界面的变量设置工作在PLC编程时就已经完成了，这就是所谓的与PLC编程一体化。减少了工作时间，提升了工作效率。在这种情况下的组态软件也不同于传统的组态软件，它把部分功能转移到人机界面的外壳中，而新增了自动导入变量文件功能，并能自动识别变量并分配给相应的图形与分屏画面。所以说，这种组态软件只是人机界面一体化解决方案中的一种IT工具。
结束语
经过多年的发展进化，目前人机界面（Human－MachineInterface，简称HMI）的硬件已经实现了通用化，基本上都使用工业PC（包括触屏工业PC），由此也实现了系统软件的通用化，基本上都使用微软Windows操作系统，而用于实现监视与控制功能的人机界面软件，实际上是运行在PC＋Windows平台上的一种应用软件。
参考文献
[1]冯磊.基于PLC的电气一体化车灯装配工作平台设计[J].汽车电器,2017(07):38-41.
[2]彭于校,孙艺,靳寒.纺织机械机电一体化技术的发展趋势[J].广东蚕业,2017,51(02):71.
[3]许振江,马亮,秦雪峰,张伟宁,吴健.一体化控制器OCS在小区供热中的应用[J].国内外机电一体化技术,2016,19(03):29-32.
论文作者:杨青
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/18
标签：人机界面论文; 组态论文; 项目论文; 变量论文; 软件论文; 的人论文; 工程师论文; 《防护工程》2018年第24期论文;