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  • 用于HMI應用的工具

    2015-07-03 11:47:07 人評論 次瀏覽 分類:產品項目設計

    操作員界面似乎比以往任何時候都要更加復雜和成熟,但它們之間的差別卻在于屏幕背后的東西。
      為您的操作構建一種有效的人機界面(HMI)純粹是一種個人行為,因為每一種安裝都不一樣,都具有不同的要求、目標及需求。因此為您的操作創建一種合適的人機界面,意味著需先徹底了解您的過程及其周邊系統然后再從能對它們進行監控及調整的角度來創建對這些過程的反映。
      這項工作既簡單又復雜,之所以說它簡單,是因為今天的 HMI 軟件內容豐富而且用戶友好,并能完成多種現成功能。但需清楚,很少有應用能用一種切甜餅的方式來進行處理,但今天的大多數HMI軟件已能進行廣泛的定制,因此可針對具體要求對應用進行裁減。
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     選擇一種工具
      HMI軟件可集成多種工具來幫助簡化今天的界面系統開發。無論是Excel、XML、VB,還是OPC、C++或C#,都能按用戶的想象或要求來使用。這些標準編程語言可用來創建生動的過程、滲透過防火墻、在互聯網上沖浪以及處理數據等等。
      選擇何種方式來創建或加強您的HMI,在很大程度上取決于您個人的偏好及能力,永遠都不會有“唯一”的方式。因此有人可能會用VB來創建應用,但需要將OPC用于運行時間通信。簡單應用可能只需要現成的配置,但較為精細的系統則可能需要用C++或C#來進行詳細的加強。適合于大多數HMI軟件、以及可充當添加件的符號庫及ActiveX控制,可用來進一步幫助您定制應用。一些供應商還為特定行業提供特定套裝軟件,半導體及汽車行業就是其中兩個很好的例子。
      編程工具的選擇可委托供應商進行,企業常常需要一種能跨整個企業建立一致性的公共編程工具或方法。例如,大型企業一般都會為其遍布全球的工廠開發一系列企業標準,并且其政策還規定必須用一致的方式來開發標準HMI以外的相關應用,以及必須將開發出的程序移植回工廠已安裝的HMI軟件中來增加所需的界面。
      用來創建可通過HMI進行邏輯訪問的開發語言,一般都具有它們自己的特性。梯形邏輯對于北美很多人來說是直接和易于理解的;而VB則很直觀,而且通過它更容易學會大多數編程語言;但C++不能進行交互、且更復雜而且確實很難使用;XML的廣泛使用使其成為一種常見及普通的開發工具,它只有很少的語法因此相當容易學習,而且還能用來跨行業構建各種不同類型的HMI。
      但并非總是需要對HMI進行編程。今天大多數HMI都是面向配置設計的,因此非編程人員或只擁有很少編程背景的人員,都能用很少的工作來創建相當有效的系統。通過用戶友好的GUI(圖形用戶界面)、填空式屏幕及一些培訓,大多數工程師即很容易使用配置及專用腳本工具來完成他們所期望的工作。
      西門子自動化部HMI產品營銷經理Paul Shelton是這樣看的:“無論軟件是生成VBA、XML還是生成其他什么東西,用戶都不應該必須去關心采用什么樣的代碼。我們希望能使配置時間最少,并提供一組易于配置的工具,而且如果應用需要的話,還能對這些工具還進行擴展”。西門子開發出的兩種主要HMI軟件解決方案包括:具有全SCADA(監視控制及數據采集)特性的WinCC及其既往產品,以及面板配置工具ProTool。
      “如果我們用配置工具來完成我們的工作,則能減少我們完成項目所需的定制數額。有了HMI配置軟件,你就能說,OK,這是一個泵,我只需在屏幕上拖放一個智能對象,然后再敲入一個參數就可以了。如果你想要訪問其他屬性或者增加腳本,則不難訪問到高級配置層次。當配置完成后,你也很容易將新的定制對象增加到你的庫中。另外,公開公共配置參數可縮短你的開發時間。但如果我想訪問其他細節的話,我也擁有這樣的能力--如果我需要的話”。

     

      配置、腳本及程序
      如果這些現成的配置工具還不夠用,那么你可以通過增加簡單的腳本并將其放入可用添加件中,即可獲得所需要的結果?!澳_本語言使我們能做更多的事情”,Omron Electronics培訓師Thad McCoy指出,ActiveX控制程序就是一個這樣的例子,“你可以從互聯網上下載一個MP3 ActiveX控制程序,并將其腳本編成:‘當條件滿足時特定播放器才會啟動并播放指定的MP3文件’。這種形式的添加對于建立像告警這樣的特性非常有用,因為它工作得很好”。

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    ActiveX控制使用戶很容易用他們自己的HMI來完成更多的工作。這些包含圖形組件的容器可用來顯示或運行過程。它們可從許多來源上得到,并可用作允許用戶啟用或運行第三方程序的橋梁。ActiveX控制可用于數據庫訪問、告警、基本趨勢及更多。
      如果腳本語言具有足夠綜

    合的功能,則大多數應用可以只使用腳本來進行構建,因為你并非總是需要編程,Wonderware公司可視化產品經理Keith Jones解釋說,但每一種應用都需要有一定數量的定制?!耙驗槿魏我环N操作都需要增添其自己的畫面及組件”,他說,“所以你總是需要編制少量的腳本,即使它是一行用來在你按下按鈕時啟動一個應用這樣簡單的指令。Wonderware公司提供的InTouch就采用了通常比編程更易于使用的腳本語言”。
      InTouch被設計用來為操作員及管理人員提供可接近過程的工廠可視化,并與工廠控制設備進行接口和連接?!坝脩艨膳渲檬顾芸匆娺^程并與其進行交互的任何東西。如果用戶想要轉動一條傳送帶,則他可使用InTouch中的WindowMaker(窗口產生器)來自己完成,或者從現有庫中取出一個這樣的程序,今天有很多這樣的庫可以使用。你可以將一個項目拖放到你的應用中,并將它與幾個I/O點或標簽進行掛鉤,這樣,當傳送帶活動動時它也跟著移動”。
      InTouch軟件的SymbolFactory(符號工廠)擁有3000條項目,從簡單的管子到熔爐等。而第三方供應商則能提供數千條以上的項目。

     

      當需要更多東西時
    與容易用最少的編程來創建應用同樣重要的是,在需要時要能對應用進行擴展?!皼]有哪種現成的HMI軟件可滿足所有用戶的需求”,Rockwell Software HMI產品業務經理Pradeep David承認,“因此我們所有的產品都允許使用VB,因為我們嵌入了Visual Basic for Applications (VBA)。例如鋼鐵行業中的應用經常會使用計算,而VB則能提供擴展HMI所需的工具。在我們這種情況下,如果你想要完成比我們的HMI所提供的現成功能更多的事情,則RSView擁有能使你通過VBA來創建標簽/屏幕以及從外部修改HMI行為的對象模型。這是一種使HMI能完成起初并未賦予它的某些功能的強大而有效的方法”。
      誠然,人們要求HMI軟件能做更多的事情,但關鍵在于它如何通過自動功能以及為用戶提供增加特性來完成這些事情。National Instruments公司的LabVIEW平臺經理Norma Dorst給出了這樣的評述:“靈活的軟件使系統集成盡可能容易進行,它必須在最底層實現I/O集成,亦即從PLC及儀表到DAQ系統等,HMI都必須能與這一層進行集成”。
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    HMI還必須能與通信及系統管理層進行集成,她繼續說,像XML、.Net及ActiveX這樣的工具,都在這一層起作用,以幫助實現所有的集成及HMI 中所需的集成。她指出,NI公司提供的LabVIEW,即可幫助實現HMI與XML電子表格的通話,并在互聯網上進行通信?!叭绻悴恍枰@種經過精心設計的通信,那么你不必為這些特性操心,但有些SCADA系統卻需要有這樣的特性。大多數HMI供應商都在擔心管理層,但嵌入層也一樣重要”。
      除創建應用外,HMI系統還必須能公開地與各種元素進行通信。這種供應商多樣性及設備差異性,使得用戶今天必須強制使用其他軟件工具(如由OPC基金提供的軟件工具等)。以客戶機及服務器能力,OPC規范可將對象與設備相連,并充當各系統間的仲裁及橋梁。OPC服務器通過從客戶機(或程序)上獲取信息并將其轉化成可理解的格式,實現了第三方軟件與完全不同硬件之間的通信。
      Rockwell公司的Pradeep David評述說:“所有HMI軟件都需要成為OPC服務器及客戶程序,因為很少有用戶能確切知道他的系統需要與哪家或多少供應商提供的硬件進行通信。很多HMI都需要進行上至MES層、下至設備或部件層的通信,OPC即是一個可完成這種任務的機制”。

      擴展應用
      GE Fanuc公司Intellution產品部HMI/SCADA產品市場總監Roy Kok建議在HMI軟件中尋求靈活性,但重要的是要能集成盡可能多的功能。用戶希望能將我們的標準軟件完全轉換成他們唯一擁有的程序。GE Fanuc Automation提供兩種HMI軟件套裝:面向離散的Complicity HMI--一種由事件驅動且更適合于汽車及機器控制應用的軟件,以及面向過程的iFix--一種由時間驅動且針對過程應用中常見的分析及連續控制應用(如石油天然氣、供水及廢水處理行業中的控制應用等)的軟件。這兩種產品都支持像食品飲料、建筑物管理及電力供應這樣的混合市場。
      Kok認為,你應該能使用一種像Cimplicity HMI這樣的標準HMI軟件,將它安裝在一臺機器上,且不用自己去編程。&

    ldquo;你不必去編腳本或用VBA來完成一個應用”,他堅持說,“你要做的就是指向和點擊鼠標、選擇標簽名稱、拖動圖標并鏈接操作。從理論上說,市場需要簡單易用的產品”。
      “但我們正在看到系統越來越多的集成,HMI已不再僅僅是監視工廠運行”,他繼續說,“它還帶有關系數據庫,因此它能提供定單或進度信息,它還能進行上下通信及交互。我們甚至有客戶希望他們的HMI產品能為其業務運營提供一個有關所有操作員的視圖”。
      Omron的McCoy評述說,“大多數HMI產品都有增加插件及創建程序的渠道,以便用戶能增強或擴展其HMI的功能”。 Omron開發的HMI軟件--CX自動化套件系列,可提供基于Microsoft Window技術的模塊化集成HMI解決方案。其工具覆蓋編程、仿真、通信、SCADA及應用功能。利用CX-Supervisor模塊,用戶能定制 HMI系統中的所有元素。它具有類似的結構且感覺起來像VB,McCoy說,“它非常直觀,且試圖使用戶能一步接一步地通過整個過程。ActiveX控制件還使我們能與特定設備進行鏈接和通信”。
      由于擁有大多數程序,CX自動化套件允許將第三方ActiveX控制件集成到HMI軟件中。而用戶也可用VB來編寫一小段程序以執行一個操作。所提供的ActiveX控件使用戶很容易從Microsoft Excel及Visual Basic上進行可靠的通信。

     

      向零編程HMI方向發展
      HMI會向哪個方向發展?
      “相互依賴”是一個操作用詞。HMI是整個自動化系統中的一個--也僅僅是一個--方面,而且必須將它放在整個自動化系統中來考慮,它是所有其他工廠自動化功能的一個關鍵數據基礎。
      GE公司的Kok認為HMI系統正在向從一個軟件包上提供業務運營的一個操作員視圖方向發展。為做到這一點,HMI將在其圖形界面中托管許多第三方的內容,“HMI軟件需要成為可靠而又安全的ActiveX容器。如果你的圖形容器中擁有第三方內容的話,那么你可能需要考慮犧牲你HMI環境的部分可靠性。我可能會從網上購買和下載ActiveX控制,并將它安裝到我的圖形界面中。我們還從來沒有在我們的系統中測試過它,也沒有在執行其他所有功能時試用過它,因此它有可能使我的系統崩潰。容器需要捕獲和隔離開發中的問題,并使它們不至于影響到應用的其他方面”,Kok說。
    人們今天已經能構建真正令人不可思議的HMI,NI公司的Dorst評述說,“我們現在真的在HMI成熟度上不再具有任何限制”,但她警告說,“如果你不向操作員示范一些有用的東西--如果它僅僅是漂亮的話--那它就毫無意義。但當它向操作員展示在精確性及對實時情況的掌握上有不同之處時,則它就是操作員所需要的。你示范得越好,你的最終工廠或機器設計也就越好”。
      Dorst還相信,微軟公司的Visual Studio .Net已經將一種全新的觀念帶到HMI開發中?!癡B及VC++(Microsoft Visual C++)用戶希望能用一種更加結構化的語言來構建更加成熟的應用。Visual Studio .Net其實是功能更強大的VB與更容易使用的C及C++之間的折衷。人們會緩慢但確實地轉向Visual Studio .Net,而且我相信未來你將會看到它被人們更多地使用”。

      總之,未來將允許“更多”及“更少”。人們無疑將會看到HMI開發過程的進一步簡化,這是一個被Rockwell公司的David稱為“零編程 HMI”的概念。系統正在被開發成完全“無標簽”,David解釋說,“你不用去創建標簽,你只需概念地在程序中創建一個像 [Autodesk Auto] CAD或 [Microsoft] Visio這樣的塊,然后這個塊會通過特定接口被翻譯成梯形邏輯或其他HMI程序。從某種意義上說,它為你工作,因此用戶只需花很少的時間來開發HMI。很明顯,我們還沒有做到這一點,但我相信你會看到在這方面將有大的動作”。
      相反,隨著最終用戶變得更加成熟以及對HMI產品更加了解,他們將通過修改現成的軟件來針對其過程及系統進行更多的定制,以便能適合其業務運營。HMI軟件的結構為用戶提供了這樣的機會和手段。

      應該從HMI軟件中尋找什么?


      以下是您在檢查HMI軟件及其工具時需要記住的幾個要點:
      ■ 使用是否方便?
      ■

    配置過程是否簡單?
      ■ 是否能進行擴展?是否接受用戶開發的組件以及將這些組件集成到已經完成的應用中?
      ■ 是否能與未來版本兼容?
      ■ 是否耐用?是否是一種系統集成員容易使用的程序?
      ■ 是否方便實現I/O連接?
      ■ 是否能進行擴展?是否能模塊化地擴展你創建的組件?
      ■ 程序塊是否能重復使用?

     

      Linux 如何?


      基于Linux的HMI最近受到了人們的極大關注,其中的原因很多,不僅僅是因為它的成本。Linux最初是由Linus Torvalds在全世界開發人員的幫助下所創建的一種自由開放式Unix操作系統。在GNU通用公共許可證下開發的Linux源代碼,對任何人都是公開的(詳情請訪問下面列出的網站)
      盡管已有幾家供應商在提供或計劃提供基于Linux的設備,但人們對HMI所使用操作系統的適用性及可用性的觀點很不一樣。從Web 服務的觀點上講,Linux的功能極為強大。Rockwell Automation公司的Pradeep David說,“我認為Linux在服務器端可發揮巨大的作用,而服務器成本現在已經很低。但從客戶端角度來說,HMI則是一種胖客戶機,且到目前為止,Windows操作系統仍是桌面臺式機的******,但Linux將給制造環境帶來重大的沖擊”。
      然而,應用似乎正在進行合并,而且一些廠商將很快會擁有安裝在某臺機器上的Linux HMI系統。Kemet電子公司的Joe Jansen相信,我們將很快看到一些用Linux完成的清蛋白液盒PC控制?!皬哪莾浩?,進入嵌入式市場就會是一種自然的擴展”,他說,“基于 Linux的HMI屏幕確實存在,而且在許可證方面的情況也極好,它是免許可的”。
      好了,幾乎完全免費。西門子公司的Paul Shelton同意Linux在服務器端表現得很好,而且他估計Linux在服務器端的存在將會進一步向前發展。至于說到成本,Paul Shelton指出:“如果注意一下部分硬件的總擁有成本,其中有操作系統成本及應用和維護成本,但從'免費'操作系統上獲得的成本節省,將在以后長期的維護及技術支持中逐漸消失。Microsoft操作系統目前是HMI行業的標準,這種標準化使開發人員能將精力集中在易于共享信息的富特性應用上”。
      免費還是不免費并沒有明確的界定,正如Wonderware公司的Keith Jones所指出的,“我們的產品目前完全處于Windows環境下,而且我們也對此作出了承諾。我們目前還沒有任何改變或開發基于Linux系統的計劃,但我們正在與用戶合作來共同開發基于嵌入式Linux硬件的瘦客戶機,然后再將它們與一臺InTouch服務器相連。這是一種極可嵌入的技術而且還免費,它對于那些想要構建這種HMI屏幕的OEM們具有極大的吸引力,但這是我們用Linux所作的僅有一點工作”。
      GE Fanuc公司的Roy Kok同意這一觀點,“自動化世界長期受Microsoft技術的驅動,人們希望在他們開發及使用HMI系統時能利用Excel以及其他應用。你可以將一個帶有基本信息的文件輸入到Excel中,并將Excel用作一個開發工具,然后再將它移植回HMI系統中。而這些工作在Linux環境下就很難完成,因此兼容性開發工具其實并不存在”。
      “在操作系統不是關鍵因素的地方--瘦客戶機終端就是一個極好的例子--我們可以利用像Microsoft Terminal Services (微軟終端服務)這樣的技術。Linux在這些應用中具有優勢,這非常像CE”。

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