人机界面(HMI)工业自动化中最前沿的解决方案

　　面对大屏幕，通过操纵手柄，你可以在一个虚拟的三维工厂中自由地走动，你可以随时打开工厂管路设备的阀门，你可以查看仪器仪表的当前显示数据及历史数据，你还可以了解工厂锅炉当前的温度……这是一个大型的3D游戏？不，这是工业自动化中HMI(人机界面)最前沿的解决方案之一。上述的这些操作都能与现实中的控制室双向互动，从而带给员工身临其境的感受。

　　功能日益丰富

     “在自动化行业中，HMI最早是将实际的现场闸门、按钮、观测器等状态传递至计算机显示窗口，并向操作员提供可进行生产过程监视和操作的平台。如今，HMI已不仅仅限于之前简单的状态显示和界面提供，而是逐渐具备更多的功能，变得日益强大。”浙江中控技术股份有限公司研发中心HMI技术经理费振华向记者表示。

     目前，在大部分制造工业(流程工业、离散工业)中，现代企业的生产已经从以往的车间独立管理、工段分离生产的模式，转变为统筹计划、统一调度、合理考核、关注成本的工厂整体管理和控制模式。随着大型实时数据库的成熟、网络通信技术的日益提升，以及集群等计算机技术的进一步发展，HMI已不仅限于之前简单的状态显示和界面提供，而是逐步整合更强大的功能，如：对海量数据的过滤、隔离、汇总、分析和统计；支持现场设备的检测管理；对全厂异常状态进行监视、分级报警并给出各类故障的操作和提示指导；通过优化控制和自动执行批量任务，减少生产消耗、提高生产效率；支持Web化方式进行浏览；普及远程化的生产控制分析模式，提供对操作工的培训，工艺的仿真等。部分HMI产品甚至将传统的HMI功能与MES、ERP等层面的功能揉为一体。“从发展趋势来说，基于工厂整体应用的HMI正逐步往集成度更高、开放性更好、数据处理能力更强、操作更准确高效、界面更人性化的方向发展。”费振华表示。施耐德电气HMI市场部经理杨华军也表示：“HMI的应用从早期的数据监控发展到网络/多媒体广泛应用，继而又开始涉足控制领域。HMI软件也从单一的画面编辑扩展为集成系统配置、PLC逻辑编程和HMI画面编辑的自动化软件平台。”据介绍，施耐德电气今年推出的MagelisXBTGC系列人机控制器，就是一款集成PLC控制功能的人机界面产品，实现了一个软件编程、一次传输程序、一个项目文件管理。而罗克韦尔自动化推出的FactoryTalkViewPoint软件就是基于Web网页的人机界面，从而使用户通过网页浏览器便能对生产运行情况进行观察和管理，远程监控工厂车间的运行状态。GEFanuc智能平台则通过在ProficyHMI/SCADA中部署组件，实现解决方案的可视化和高级分析能力。

        虚拟现实技术融入HMI

　　对于虚拟现实(VR)技术大家并不陌生，经常玩3D游戏的人更是深有体会。但如果将虚拟现实技术运用于工控领域，并与现实中的控制室相连，大家可能还是头一次接触。英维思过程系统(IPS)全球咨询总监MaurizioRovaglio在接受《中国电子报》记者采访时表示，VR作为流程界面用于离线和在线解决方案，在流程行业可以说是完全创新的，它将改变HMI的未来。他强调：“未来的控制室不应该是平面的！”

        据介绍，IPS推出的“身临其境的虚拟现实流程(IVR)”技术可以为一个真正的或假设的工厂，创建一个三维立体的、计算机生成的替代物。通过具有立体视觉效果的头戴式面具，用户可以进入一个完全身临其境的环境，在这个环境中他们能够在工厂中任意移动。令这种自由成为可能的原因是，虚拟环境是以每秒60帧的速度进行呈现的，这比通过传统的、非实时呈现所取得的效果要快得多。除此之外，利用IVR可以与工厂维护数据相连通，这样现场操作人员能够检查设备的详细信息以及设备的剩余部件。用户能够检查和评测设备的维护战略，并在执行任务之前对现场工作人员进行教育。由于IVR技术能够将实时数据和新一代互动能力与软件和系统相连接，而不需要使用键盘和鼠标，所以IVR的这种能力能够更加有效地显示数据，并且这种能力也将超越培训层面，将VR应用到HMI的一个新的维度。“这种对复杂流程的模拟仿真，能使用户直接地体验到一个随着时间进行变化的环境，从而更有效地使员工在培训中所学到的技能应用到实际工作环境中。而且，由于一些平时很少演练的不稳定任务，例如工厂停工等，都可以在一个稳定的、现实的环境中进行预演。这样，用户和操作学员有机会在预演中进行学习、甚至犯错误，从而避免让员工自己、团体或者环境遇到真正的风险。不仅如此，使用真正设备的计算机模型，可以进行无数次的实验，根本就不用设备离线，从而减轻生产的风险。”MaurizioRovaglio表示。由此可见，融入VR技术的HMI将从培训领域逐渐发展到实时操作运营领域。

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