轻便意味着移动得更快、更远可以完成更多任务。这似乎是许多操作员界面、人机界面（HMI）技术及其用户的新年愿望，它们不再是简单地在各种平板电脑和智能手机上显示多个数据流，现在这些设备和显示器的首要任务是为操作员提供决策所需的基本信息。

每个人都渴望获得信息，但他们也不想被信息淹没，所以许多HMI正按照ISA101的HMI标准简化显示信息，并且采用不容易分散注意力的灰度显示，MaliskoEngineering公司，一家位于密苏里州圣路易斯的CSIA认证系统集成商，运营总监兼首席工程师DanMalyszko说。然而，许多操作员已经习惯于PID彩色动画显示风格，例如活动流程和水平指示。尽管ISA101建议将带电设备显示为阴影白色而非阴影灰色，但熟悉工艺常识的操作员还是依赖于观察屏幕上的清晰流程。这时我们应当适应标准，然后采用柔和的色彩来满足HMI标准，同时牺牲一点操作性。虽然界限很模糊，但我们希望以一种折中方式来实现高性能的现代化HMI图形显示。

当然，渴求信息还体现在用户希望在更少的界面上查看多个数据流。虽然已经有许多关于建立一个虚拟管理平台的讨论，但现实情况是用户需要查看来自于多个完全不同软件包的输入。交付有关用户身份、位置和行为的内容可以解决这一问题。例如，ACPThinManager能帮助我们交付、管理和维护屏幕与平板电脑上的内容安全性。随着HMI的发展，我们面临的挑战是如何在正确的时间将相关信息交付给正确的人。

升级提升HMI性能

当然，简化HMI、优先处理数据流以及整合显示器的最佳时机是在大型工艺与生产升级期间。例如，赢创公司（http://corporate.evonik.com）位于阿拉巴马州莫比尔的工厂正在升级多个机组的自动化功能。该动物营养产品的生产工艺包括柱体启动时序、结晶、过滤以及日常冲洗程序。

赢创也在逐步淘汰APACS+控制系统的柱体并升级到西门子的新型PCS7控制系统。莫比尔工厂的该部门总共有5000个I/O，而立即受影响的过程包含300-400个I/O。到目前为止，他们已完成基本的工程时序，将很快实施详细的工程计划。PCS7的硬件与时序已于去年秋天完成，计划于四月启动。虽然已将升级规划为两个阶段，但在完成APACS+OSHMI转换与实现I/O转换的时间点之间可能存在一个三至五年的灰色阶段。

这种迁移发生在停工计划所指定的两个阶段，赢创的过程控制高级项目工程师PatrickSpomer称。第一阶段是为APACS+操作系统转换HMI，部署新型西门子工业PC，迁移到PCS7架构，然后增加AS410-5H控制器和网络基础设施。第二阶段是将APACS+I/O转换为PCS7I/O，并且考虑安全仪表系统（SIS）的相关事项。

Spomer列出了赢创升级计划的一些优势：

配备工业以太网模块（IEM）的基础设施利用一个公用PCS7OSHMI实现遗留的APACS+与PCS7AS410H控制器之间的通信；

灰色阶段促进迁移路径向前推进；

利用顺序功能图（SFC）可视化面板实现的HMI功能现在可由PCS7配置自动生成；

详细的劳动力减少规划节省的费用是梯形逻辑图（LLD）实施成本的两倍；

SFC类型可应用于需要相同时序的多机组运行。

Spomer补充说，在赢创的HMI上增加SFC功能可以节省约500个工时，这是因为：现在多个时序都是相同的，所以单个时序可以节省一些工时；一旦ACM控制器被移除，就无需从APACS+到PCS7的时序重建；LLD正在被逐步淘汰，SFC/CFC作为替代品可以带来编程和人机界面优势。

灰色阶段带来的好处包括将各个阶段与配置联系起来、在工厂中推广新理念以及引入新I/O作为PCS7I/O，Spomer解释说。在第二阶段的分段性I/O硬件转换期间，我们可以轻松地分阶段互换I/O，而且除了通道驱动软件之外只需很少的编程。

此外，Spomer称SFCHMI的高级过程库（APL）面板为操作员成功运行时序带来了优势，而SFC代码无需进行重大的重新配置就能实现从APACS+I/O到PCS7I/O的转换。我们还通过SFC类型的批量工程设计能力来节省工程配置的成本，他补充说。S-FCHMI面板为操作员提供了有关过程位置的图形和数字信息，无需查看工程逻辑，这有助于减少循环时间和提高安全性。一旦实施后SFC类型可以用于一个安装了西门子SIMIT模拟软件的未来培训系统以实现HMI图形过程的可视化，我们将于明年启动该系统来培训操作员。

联合起来攻克难题

终端用户和系统集成商称，简化HMI通常意味着整合多个接口以及支持技术，在过去它们往往是独立的，而且需要单独编程、配置和维护。例如，印第安纳州印第安纳波利斯的KinetrexEnergyLNG公司于2014年升级了自己的控制系统，但随后发现该控制系统受限于现有的筒仓式软件包。两年后，Kinetrex与同样位于印第安纳波利斯的电气自动化承包商Miller-Eads签订合同安装InductiveAutomation公司的Ignition软件来集成其软件和系统。Kinetrex的液化天然气流程包括约2700个标签、600个历史标签、约50个屏幕、约30个警报器、12个客户端（包括8个工作站）、两台平板电脑与一台移动显示器、标准Ignition架构、单一站点MySQL数据库以及MicrosoftSQL数据库。<图1：scadaHUB筛选的前后对比显示了系统集成商如何重新设计显示界面以减少那些在渲染设备和系统时会分散注意力的颜色和图形（上图），然后用更柔和的设计（下图）替换它们，这些设计能生动地指示警告和警报，这有助于提高操作员的意识和工作表现。

我们与Miller-Eads公司合作，为HMI、CMMS、数据记录系统、卡车运输、后勤订单获取与处理、工作人员时间跟踪与管理报告等功能提供识别、开发、测试和部署的解决方案，Miller-Eads公司自动化服务总监CharlieHen-drixson说。我们还开发了解决方案，让Kinetrex能轻松地将事务数据导出到QuickBooks，并将特定客户的事务数据导出到FuelQuest。我们设计了一个平板电脑启动项目，Kinetrex员工可以通过平板电脑完成行业所需的每小时一次的设备与过程检查。

我们帮助Kinetrex强化其现有的SaaS和标准内部软件以增强效率和功能。该项目的独特之处在于Ignition集成了Kinetrex从操作员到会计部门的所有业务流程。

Inductive公司销售工程总监TravisCox补充道：虽然HMI的新技术并不多，但也有类似的新方法。例如，许多人认为HMI与SCADA是一回事，但它们可能是不同的。SCADA通常是位于中央的软件和屏幕，而HMI必须确保本地可见性并负责处理边缘功能。然而，用户仍然希望集中管理HMI，使其成为更大生态系统的一部分，然后他们就能在办公桌上进行修改以便推送至数百个HMI及其他边缘设备。我们两年前推出的Ignition边缘和Ignition边缘面板可以提供本地HMI，它能安装在用户要求的任何硬件上，包括低成本的树莓派电脑。然而，它们同样采用集中式管理，而且能与MQTT通信然后将数据发送回公司所在地、云端及其他决策场所。

BeijerElectronics公司区域产品经理JeffHayes报道称，就像智能手机集成全球定位系统（GPS）而且能根据需要安装应用程序那样，拥有机载计算功能、内存和数据存储的HMI和PLC也可以运行操作系统和软件，如果它们拥有多核处理器就能运行各种应用程序。有了这些软件我们可以将PLC和I/O功能添加到HMI，然后添加更多软硬件来设计HMI，然后将其用于船舶、包装机或石油钻机上的特定应用程序，为操作员显示他们需要看到的与众不同的对象。

Hayes补充说，虽然具有滑动和多点触摸缩放功能的电容式触摸屏将继续取代传统电阻式触摸屏，但最近也出现了无屏幕HMI潮流。它们拥有电路板、CPU存储器、电源、外壳和网络，但省去了通常的显示器和触摸屏，将该功能转移到具有HMTL5和无线网络的第三方手持设备。Opto22公司的Groov视图是无屏幕人机界面的好例子，它很简单而且成本低廉，因为人机界面一半的成本来自于屏幕，他说。

事实上，Opto22公司于10月宣布推出新版Groov软件，它将IIoT技术、MQTT和OPC-UA驱动程序直接嵌入其工业边缘设备中。Opto22公司称，新版GroovView软件添加了web与移动可视化功能以及开源Node-RED开发环境，这为工程师、技术人员和开发人员提供了一套在工业环境中实施边缘部署的完整工具。这些嵌入的新功能是Inductive公司与CirrusLinkSolutions公司紧密合作的成果，它们属于IgnitionEdgeOnboard计划的一部分。

除了省去屏幕之外，Hayes称一些HMI也在增加计算与控制能力。例如，Beijer刚刚发布了具有PLC功能的X2系列HMI，它具有X2极限密封，这是一种无需外壳的HMI，因为它几乎可以安装在任何地方。X2没有面板及其后方有DIN导轨，而是将HMI与PLC集成于一体，其成本通常是单独运行它们时的一半，他补充道。

适应界面

即使是最优秀、最具创新性的HMI，开发人员表示操作员仍然需要时间来习惯新界面。幸运的是有很多实用工具可以帮助他们加快适应速度。

BOXSTORY

人机界面标准与资源

关于开发人机界面（HMI），有几个主要的组织和标准。它们是：

ISA101（www.isa.org/isa101）及其协会涵盖了菜单层次结构、屏幕导航协议、图形与颜色协议、动态元素、报警协议、安全方法与电子签名属性、后台编程与历史数据库接口、弹出协议、用于处理警报的帮助屏幕与方法、程序对象接口，以及数据库、服务器和网络的配置接口。

异常情况管理（ASM）联盟（www.asmconsortium.net）组织研究与测试；评估那些培养并强化其成员集体知识的解决方案；指导开发工具、最佳做法，以及那些促进ASM知识转化为实践的服务；定义异常情况并讨论造成异常情况的主要原因；帮助用户处理异常情况。

操作员绩效中心（www.operatorperformance.org）是一个由不同企业、供应商和学术界代表组成的团体，他们利用研究、协作和人因工程来解决人类能力与局限性的问题。其使命是通过公开分享知识与理念来提升操作员的绩效水平，改善健康状况、安全性和环境效益，其方法包括邀请供应商参与研究决策、与主要人为因素研究人员与大学合作、与他人合作关注健康、安全和环保（HSE）。

由BillHollifield、DanaOliver、IanNimmo和EddieHabibi合著的《高性能人机界面手册》包含评估、设计和实施过程控制人机界面的最佳做法。它详细描述了许多常见但糟糕的HMI做法，提供了修改的理由，并且详细展示了设计和实现高性能HMI的最佳方法。

几十年来，SCADA对操作员来说一直是PLC的眼睛和手，但现代SCADA并没有像其他软件那样发展，位于巴西弗洛里亚诺波利斯的CSIA成员系统集成商scadaHUB公司的联合创始人兼业务总监MarioIshikawa说。该公司经常利用Elipse公司的软件来为本地电力公司构建和更新HMI屏幕（图1），还承接来自其他系统集成商（包括美国的一些公司）的外包SCADA项目。

二十年前，许多操作员只在工作中与SCADA系统交互时才访问计算机，但现在他们总是使用笔记本电脑、平板电脑和智能电话，因此他们对用户体验的期望要高得多，Ishikawa补充说。但许多厂内屏幕并不太好，而且采用很亮的老式3D图形，因此我们一直按照Hollifield和Habibi的《高性能人机界面手册》中的原则来设计屏幕和图形，该手册注重工厂与用户的实际需求，遵循技术标准，同时让HMI使用起来更舒适。Cox称Inductive公司还建议其用户遵循手册上的技巧，比如向操作员介绍其HMI上的移动模拟指示器。这些竖条信号通常表示实际的操作水平，但在可接受的操作范围内显示这些数据可以更好地维持操作员意识。

Ishikawa补充说，新型界面和SCADA显示器对于用户来说很难理解，但是培训可以帮助他们从第一天的抱怨变为一周后的欣然接受与适应。Ishikawa解释说：我们最近在更新一个带平板显示器的应用，它有许多单元格，用起来不太舒服，由于受到视觉污染，即使在几英尺外也很难看清楚。新系统的界面更舒适，但因为操作员已经习惯了老显示器上的正确位置，所以他们的第一反应并不好。然而，一周后他们就习惯了不太复杂的新显示器。

Malyszko报道称，为了帮助操作员适应新型HMI，一些供应商已经增加了配备通用设备状态指示器的内置软件对象，以便为整个系统提供一个共同的外观与感觉。例如，当操作员进行材料转移时，可能存在多个利用接近开关来验证流动路径的手动连接。新型HMI中的软件对象让我们能将此验证信息整合到可配置面板中，从而显示它们是否正常连接。例如，罗克韦尔自动化">罗克韦尔自动化的过程对象库是PlantPAxDCS的一部分，它拥有内置的许可对象和互锁对象，我们可以轻松配置这些对象来显示什么阻碍了进程。这意味着开发人员不再需要编写自定义代码和一次性图形，而是使用已通过测试与验证的预先开发的标准对象。我们并不是在消除PLC和PAC中的特定应用程序代码，而是简化部署过程以便获得更一致、更集中的用户体验。

边缘安全性

简化HMI和优先处理数据的另一个好处是可以进一步大范围推广这些功能。例如，弗吉尼亚州林奇堡的林奇堡区域废水处理厂最近采用来自BedrockAutomation公司的集成开发环境（IDE）实现自动控制，以此升级并控制其脱氯和雨水再利用项目。该处理厂平均每天处理1300万加仑来自城市及周边社区的废水。位于弗吉尼亚州圆山的系统集成商Instrulogic公司负责提供编程设计以帮助在该城市现有的InductiveAutomation公司的IgnitionSCADA/HMI系统中部署并集成这些功能。

我们希望利用边缘控制器功能从集中式转型为分布式方法。Bedrock公司让我们能使用远程监控，这是首次将多个设备引入到SCADA系统，林奇堡市SCADA经理JasonHamlin解释说。在当前环境中为现有扫描器/警报器提供公共访问意味着可以自由访问SCADA系统，这是我们无法做到的。有了Bedrock公司的网络安全功能，我们可以自信地监视溢出情况并将数据馈送给IgnitionSCADA系统，同时发布公共通知。

Bedrock公司的产品与客户服务经理ChrisHarlow补充说，许多已经超过10年的基础设施不能被拆除，所以我们需要更好地保护现有的PLC。通过占用现有控件与现有SCADA系统之间的插槽以及作为一个运行自己控制代码的硬件防火墙，Bedrock的OSA平台能保护遗留的PLC。因此，它不仅可以传递加密数据，还能利用我们的公共-私有基础设施成为一个安全代理，用于监视并转换从不太安全的PLC协议（如Modbus、Profinet和EtherNet/IP）到比较安全的OPCUA的数据，然后根据异常情况触发警告和警报，让用户做出实时反应。这比常规防火墙更有效。