OPC UA案例：如何摆脱传统HMI的制约？

IT世界的工程师真的是一个很辛苦的职业，网上流传着他们的逼疯的故事—频繁变更的需求、架构的调整，甚至推倒重来，难道自动化行业就没有这样的事情吗？

大家都认为IT的程序结构复杂，自动化行业主要是顺序逻辑控制，结构肯定没有那么复杂---如果你这么想，大概是说的20年前的可编程“逻辑”控制器的年代，现在的机器哪里只有逻辑那么简单，运动控制、总线、HMI、安全、液压、行业工艺算法……。

今天就说一个“简单点”的事情—HMI的画面编辑。

看上去你把很牛的算法都写完了，也把运动控制功能调通了，温度的PID也自整定了—可是，对于HMI的开发而言，你还有很多需要面对的痛苦：

（1）经常变更的HMI设计—这是让程序员疯掉的事情。

（2）设计的显示控件总是被抱怨太丑,高大上的HMI就像别人家的孩子？

（3）程序变更就得改HMI的显示，但是，程序的确经常在改。

工程师有时候会抱怨，出差半天就为了去现场给客户改一下程序，花费半天把程序里的变量与HMI的显示关联起来。

据估算，为了实现User-Friendly的HMI设计，程序员需要在HMI画面上花费大约30%的时间，这本身也是一种巨大的浪费。

解决问题的思路—关注点分离（SoC）

软件工程中有非常重要的方法称为“关注点分离”，即SoC(Separation ofConcerns)，通过SoC可以实现高内聚、低耦合的软件架构设计。对于面向服务的架构SoA而言，关注点分离是实现这一架构的重要途径。

由于PLC中运行的程序和产生的数据在HMI上访问是一种变量的绑定关系，因此，如果在HMI上的画面进行了修改，那么与之对应的程序也要进行调整，而另一方面，由于程序的变化导致了数据显示的问题，也必须在HMI上进行调整，包括显示的位置、单位、上下限的变化。

实现通道：OPC UA的应用

OPC UA就可以帮助我们实现应用程序与HMI显示的“关注点分离”，图2的架构让我们看到他们之间的关系：

由于OPC UA采用了统一标准的数据对象，包括对象所对应的结构与语义，比如：温度的数据和单位（摄氏度），而这些都可以被存储在OPC UA Server的地址空间里，这就像一个共享内存或者物理上的双口RAM，应用程序的数据可以被写入至这个共享区间，而OPC UA Client则通过Http方式来访问这个地址空间的数据。

这样就可以实现：

（1）程序中的数据变化进入共享区间，而HMI同时会更新数据而无需干预，因为HMI访问的是地址对应的参数。

（2）不同的HMI，如不同级别的用户（操作员、工程师、电气经理、总经理）通过IE、Andriod的浏览器可以访问同一个应用而无需开发不同的画面。

图1-通过OPC UA实现关注点分离的简图

如图1-原有的HMI与程序的绑定造成了无法分离，HMI与PLC程序修改必然会导致对方的修改，而采用图1右侧的架构则可以看出，无论程序和HMI怎么修改，都相互不影响，HMI仅访问标准格式下的数据对象，而对于程序而言，也仅需往OPC UA服务器的地址空间按标准写数据即可。

这样即实现了HMI数据访问与应用程序的脱离，双方仅需访问中间的共享区域即可。

OPC UA即扮演这样的角色。

mappVIEW

贝加莱的mappVIEW即按照“SoC”的思想所设计，mappVIEW的架构如下图

图2-mappVIEW的实现原理

如图2所示，mappVIEW是在PLC上集成OPC UA Server，然后由支持HTML5、Javascript、CSS的终端来访问，例如iPhone、iPAD、Andriod平台的智能手机，支持各种浏览器例如：IE、Google的Chrome、Apple的Safari等，包括Automation Panel、Power Panel T系列等贝加莱自主的HMI产品，均可访问控制器（PLC/PC均可）。

mappVIEW还提供众多的控件给用户使用

图3-mappVIEW也支持多点触摸的控件

HMI支持更多的媒体形式啦！

OPC UA支持Web Service使得通过OPC UA来访问的底层控制器上的数据类型也可以多种多样：

（1）PDF文件：对于满足FDA Gamp认证的的制药行业而言，不可篡改的PDF电子文档能够确保数据报表满足审计要求。当然，在线提供一个PDF文档作为帮助文件，对于今天基于Windows平台的Panel PC或PC已经不新鲜。

（2）动画：采用动画可以直观的反应设备的运行状态，可以提供更为简单易用的画面设计，让操作人员更为简单的理解机器的运营。

（3）视频：如果需要传播机器现场的视频，这也是可以的，当然，希望你用一个比较小的格式，免得网络带宽耗费太大。

图5-mappVIEW的画面设计

机器也可以有高大上的画面啦！

图6-报表功能就像IT世界的一样精美直观

易用性

提供直接登录互联网的技术方式

无需网络开发的专业知识，mappVIEW是自动化工程师有力直观的HMI开发工具

100%借力网络标准化，可以在任何输出设备上完美显示内容

所有GUI功能封装在功能块中，动动鼠标就能完成配置

内容和设计完全分开，最大成都满足客户的定制需求

机器控制器和HMI应用完全分开，可重复使用和修改HMI软件或单独GUI部件

降低维护费用，提高整体质量

mappVIEW举例：韩国Woojin的HMI画面设计

基于mappVIEW开发的韩国Woojin的注塑机HMI画面，采用了精致的基于Web风格的画面，并采用了OPC UA来访问控制器的模式，可以实现非常便利的画面适应力。

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