什么是HMI和HMI编程-PLC中的HMI是什么？

在工业自动化领域，可编程逻辑控制器或 PLC 控制车间设备以制造某些商品。尽管自动化领域在过去几十年中取得了巨大的发展，但人类在操作、故障排除和维护这些复杂系统方面发挥着重要作用。

相关阅读：
电机中的门逻辑和hmi有什么关系？

人机界面，简称 HMI，是一种允许人类给出指示并从控制制造过程的 PLC 接收反馈的设备。换句话说，它是一种将命令输入您的机器并获得有关其状态的反馈的方法。

简而言之，HMI 是一种工业计算机，它被正确放置以在 PLC 和制造车间的操作员之间进行通信。

人机界面编程

HMI 编程与大多数其他编程语言不同。原因是 HMI 是制造车间正在发生的事情的直观表示。因此，实际的 HMI 编程通常被称为 HMI 开发，因为大部分时间都花在设计屏幕布局上，而不是编写传统意义上的代码定义

此外，控制 HMI 输入和输出的编程通常驻留在 PLC 上，从而使 PLC 程序员对 HMI 的操作功能具有大部分控制权。然而，这两种功能在大多数设施中都结合在一起，PLC 程序员要么创建 HMI 屏幕的布局，要么对流程足够熟悉，以决定如何进行 HMI 编程。

HMI 系统和设计良好实践

HMI 系统的主要功能是允许操作员控制过程。如果实施得当，HMI 应该：

• 功能完善
• 高效的
• 使用直观

让我们分别探讨每一种的区别。

人机界面功能 | 基础和高级功能

最基本的 HMI 将允许操作员查看特定过程的当前状态。想象一下，您有一台磨床，您可以通过按下任一按钮来启动和停止它。可以创建一个 HMI 以直观地指示机器的当前状态：已停止或正在运行。但是，PLC 可以从这台机器中提取更多信息，具体取决于操作的需要。因此，HMI 可用于将这些信息传达给操作员，并允许他就流程做出更好的决策。

想象一下，同一台磨床也能出故障。它可能由于缺乏维护（油位低）、意外故障（进料口堵塞）或操作员错误（安全门打开）而停止。这些故障状态中的每一个都由电气面板上的 LED 直接显示。由于我们有这些信息可用，我们可以选择将其添加到 HMI 中，以便为操作员提供更精细的反馈机制，从而消除固有故障。

现在想象一下，这台机器有许多可由操作员调整的功能。这可能包括速度、温度、配速等设置. 过去，这些设置中的每一个都通过一系列电位器进行调整。现在，其中大部分都可以直接从 HMI 进行更改。我们确实想快速说明一下，良好的 HMI 设计实践将规定 HMI 的某些功能可能仅限于不同的用户。例如，操作员应该能够启动、停止和选择机器的速度。他们不应该能够根据可能影响最终产品的温度来调整设置。此设置可能仅限于主管或工程级别的人员。稍后再谈。

最后，HMI 可以包括流程的高级功能，例如批次控制、配方管理、生产线状态等等。

随着 HMI 变得更加强大，它们开始从控制单台机器转变为有时被描述为监督控制和数据采集或 SCADA 系统的全厂控制方案。有一条灰线，HMI 将被视为 SCADA 系统，但为了您的理解，HMI 将控制一条生产线。相比之下，SCADA 系统将监督整个区域或整个制造工厂。

HMI 系统效率

HMI 设计易于掌握，但难以掌握。精心设计的 HMI 将允许该区域的用户访问正确的信息和控制，而无需跳过多个环节。

换句话说，设计应该包括操作员需要的元素，并消除那些不需要的元素。此外，当涉及到每种类型的屏幕布局时，效率转化为 HMI 设计最佳实践。

在系统集成项目的 HMI 开发和 HMI 编程阶段，您必须牢记以下基本设计注意事项：

• 按钮大小合适吗？
• 可以在没有过多导航循环的情况下访问每个屏幕吗？
• 可以从每个相关屏幕启动和停止该过程吗？
• 您可以更改当前未运行的配方吗？

人机界面设计 | 简单直观

创建真正先进的 HMI 的困难在于将自己置于使用屏幕的人的位置。

当涉及到控制不同机器的系统时，经验丰富的 HMI 程序员将考虑到操作员的有限知识，创建易于遵循的导航菜单并允许用户快速导航到关键元素。

此外，系统的流程将保持一致并保留私密的细节，这将使用户能够更轻松地了解他们在 HMI 周围的方式。最后，系统的设计应该足以模拟真实系统，以使用户能够舒适地使用界面，而无需访问其他信息。这可能包括地板上机器的适当名称、易于理解的图标以及准确代表工厂资产的符号。

人机界面软件 | FactoryTalk View Studio

在 Allen Bradley 控制系统领域，FactoryTalk View Studio 是人机界面的软件开发环境。您可以将此软件视为与 RSLogix 或 Studio 5000 等效的 HMI。FactoryTalk View Studio 提供多种 HMI 开发套件，包含多种工具，并且可以支持对各种规模和需求的站点进行 HMI 编程。

FactoryTalk View Studio 机器版 [ME]

FactoryTalk Studio 的 Machine Edition 版本是使用最广泛的软件变体。它用于对 PanelView 和 PanelView Plus 系列的独立 HMI 终端进行编程。我们将在本指南中进一步讨论硬件。Machine Edition 软件将部署在终端上，这些终端将与地板上的 PLC 进行独特的交互并发挥作用，而无需任何额外的设备。

FactoryTalk View Studio ME 通常部署在较小的设施或独立设备中，例如装箱机、码垛机或其他设备。原始设备制造商 (OEM) 通常会开发一个应用程序来控制他们的机器，而无需与系统外部的任何硬件进行通信。该软件的ME版本是一个很好的选择。

FactoryTalk View Studio 站点版 [SE]

FTView Studio 的 Site Edition 版本用于部署通常控制整个站点的分布式应用程序。但是，在 HMI 软件的 Site Edition 套件中，向用户提供了三个不同的版本。

1. 第一个选项是创建一个将在 Windows PC 上运行的独立客户端
2. 第二种选择是创建一个网络分布式架构，该架构将从服务器应用程序中提取数据并将其分发给整个制造车间的客户端。
3. 第三种选择涉及网络布局，其中包含多个 HMI 屏幕，这些屏幕将联网在一起，为现场操作员提供更好的体验。

FactoryTalk View Site Edition 通常出现在能够支持高可用性网络基础设施的大型站点。该软件包能够从多个 PLC、生产线和机器中收集数据。它具有冗余功能，自动替换故障服务器，并将按照设计工程师的配置将 HMI 屏幕分布在整个楼层。

如何为新项目在 FTView ME 和 SE 之间进行选择

对于希望部署 HMI 解决方案的客户，我们收到并必须澄清的常见问题与 FactoryTalk View ME 与 SE 有关。底线是 ME 的前期投资较低，但每个终端的成本更高。另一方面，SE 在服务器和部署许可证方面的固定前期成本很高，但比 ME 替代方案便宜得多。

我们根据终端价格使用的经验法则是，如果您希望部署少于 10 个终端，那么 ME 的成本会更低；否则 SE 是一种具有成本效益的解决方案。

话虽如此，其他因素可能会影响选择过程。例如，我们的许多客户在部署后会将服务器用于其他功能。他们还将缩短 SE 终端的维修时间，并且能够比其他方式更快地部署额外的 HMI。

人机界面硬件 | 选择 HMI 终端

为 HMI 终端构建的应用程序将根据其性质需要不同的硬件。根据我们的经验，HMI 通常会部署到以下三种设备之一：

1. 基于 PC 的 HMI 解决方案– 使用 Windows 或操作系统的工业变体（如 Windows IoT 或 Linux Core）实现工业级个人计算机。
2. 专用 HMI 解决方案– 每个供应商（例如：Allen Bradley、Siemens、Automation Direct）都有专门的解决方案，其中预装了 HMI 软件。这些终端只能运行通过各自供应商的工具开发的软件。例如，PanelView Plus 终端只能运行 FactoryTalk View Studio ME 中内置的应用程序。
3. 分布式 HMI 解决方案– 类似于专用版本，每个供应商都会指定能够运行其分布式版本工具的硬件。Allen Bradley 的 ThinManager 就是一个例子。这种分布式解决方案将规定其运行所需的硬件规格。

PanelView 和 PanelView Plus 终端

Allen Bradley 独立的 HMI 屏幕系列是 PanelView 和 PanelView Plus 终端。这些 HMI 终端坚固耐用，能够不间断地运行，并且预装了开箱即用运行 FactoryTalk View Studio ME 应用程序所需的软件。如上所述，独立终端是让 HMI 终端进入生产车间的最快途径，因为它预先配置了正确的软件。然而，拥有这种能力的缺点是终端的成本。一般来说，独立终端的成本要比分布式客户端高得多。

Allen Bradley 的面板有多种变体。根据设施的需要，工程师可以选择带有外部按钮、单色与 RGB 肤色、不同宽度、允许单个或多个 PLC 连接的不同软件包等的板。

HMI 编程和开发入门

随着 PLC 程序员在控制器编程方面获得经验，他们自然会开始需要一个可以模拟某些项目的界面。在本节中，我们将讨论如何进入 HMI 开发的典型学习路径，并推荐一些应该考虑与他们的 PLC 一起使用的入门级终端。

FactoryTalk View Studio ME 版

如上所述，FactoryTalk View Studio Machine Edition 广泛用于北美的许多工厂。该解决方案允许用户创建将部署到独立 PanelView 和 PanelView Plus 终端上的应用程序。此外，FactoryTalk View Studio 允许用户通过开发软件模拟整个应用程序，并在将其上传到终端之前对不同的配置进行试验。由于这些原因，它是学习 HMI 开发的推荐路径。

如何学习HMI编程和开发

• 安装软件并熟悉它。
• 创建与基于 PLC 的流程相关的基本输入和输出结构。
• 探索 HMI 终端的中间功能。
• 锻炼你的设计技能。

首先，安装软件并首先熟悉必不可少的绘图工具。这些工具类似于您在 Microsoft Paint 等视觉设计软件中看到的工具，但确实创建了一种与元素交互的不同方式。

其次，创建与基于 PLC 的流程相关的基本输入和输出结构。一个初学者项目可能是创建一个简单的路灯系统，允许用户启动该过程并根据道路的方向显示适当的路灯。

第三，一旦您对此感到满意，我们建议您探索 HMI 终端的中间功能。在实际应用中，用户应该设计一个导航系统，一种基于按钮和/或图标按下进入屏幕的方式，一种显示系统一般故障的方式等等。

独立 HMI 终端的高级功能可能包括系统报告的警报、基于用户权限的安全系统、对操作员隐藏但对维护团队可用的一系列元素等。

掌握 HMI 编程除了技术技能外，还需要您建立自己的设计技能。专业的 HMI 开发人员将创建令人赏心悦目的布局并反映系统的状态。

例如，这可能意味着插入储罐液位的数值与通过灌装秤显示实际液位之间的差异。

HMI和SCADA有什么区别？

SCADA代表监督控制和数据采集。尽管它们有时在随意的对话中可以互换使用，但有些组件对一个比另一个更常见。

HMI 通常是一个独立的终端，可以与现场的一个（最常见的）或多个 PLC 通信。这样的终端可能分布在整个工厂中，并且通常彼此不知道。

SCADA 系统将与大量控制系统连接。它将通过网络访问整个工厂的 PLC 和 HMI。基于收集到的信息，SCADA 系统将处理信息并将其部署到适当的终端或 HMI。它了解现场的所有 HMI，并将智能分配要显示的信息。

关键 SCADA 组件

• 服务器基础设施– 允许 SCADA 收集数据并将其存储到专用的冗余数据库中。SCADA 可以在 HMI 终端上存储和显示历史数据。
• 工厂网络– 允许 SCADA 系统连接到每个 PLC、HMI 和现场设备（通常通过 PLC）。此外，SCADA 系统通常可以访问 WAN，以便为外部用户提供数据服务（远程访问、电子邮件警报等）

• 历史数据– 允许用户查看系统随时间收集的数据。