交钥匙式HMI应用 适合你吗？
发布时间：2005-11-22 作者：Jeanine Katzel，Control Engineering高级编辑
当前，可视化操作很少单独存在，已经与其他的工厂信息系统和日益复杂的工作任务紧密地集成在一起，因此，全面的解决方案正逐渐成为一个主流的选择。
“The cheese stands alone，the cheese stands alone。”这句话在童谣中可能很有意义，可是放在人机界面和可视化系统上，就行不通了。过去，人机界面（HMI）的形式十分简单，仅由开关和按钮组成。现在，HMI已经与制造环境联系得越来越紧密。它作为系统的一部分，必须与商务系统、信息系统以及各种受监控的设备相集成。
当前，HMI的功能已经不再局限于对某一操作进行可视化，或者为过程监控提供实现的机制。现代HMI已经成为全面解决方案中的复杂组件，被广泛用于分析和执行精细的系统活动。这些特点促使用户们在指定和安装HMI时，更倾向于选择系统的方法或者是交钥匙方式（turnkey approach）。
图1：图中所示为一台用于制药包装的液体灌装设备。交钥匙HMI系统对
该设备的小瓶灌装操作进行精确的监控。一个典型的HMI系统通常包括
计算机硬件系统、显示机制、输入设备和连接元件（如PLC和驱动器）。
所有的组件必须协同工作，并与工厂商务系统和信息系统结合起来以实现
高度的集成化。（图片来源：Bosch Rexroth）
为何选择交钥匙方式？ 通常，交钥匙方式是一种借助单一来源厂商和/或与系统集成商合作的系统方法，但是采用这种方法有利也有弊。Bosch Rexroth公司的电子驱动器和控制器产品经理Rami Al-Ashqar介绍说：“一次性采购可能无法保证与最新的技术保持同步。某一专门厂商可能在某一领域拥有前沿技术，但在另一领域却不行。”
Wonderware公司的可视化产品市场经理Ren巈 Brandt也同意上述观点，他说：“硬件厂商常常劝说用户们使用自己的软件，但这些软件可能并不是最优的选择，因为它们在使用、升级以及与其他系统集成等方面并不是最佳的。最终用户在考虑采用交钥匙系统时，一定要保证自己委托的厂商能够尽职尽责地为所有的组件选用最佳的产品。”
然而，采用交钥匙方式总体来说仍是利大于弊。Al-Ashqar指出：“如果用户采用了我们的全套系统，包括HMI、PLC、马达和驱动器，那么我们就能更快和更有效地发现、定位和解决问题。此外，如果最终用户在服务和维修等业务中也采用单一来源方式，则能避免在解决某一问题时由于参与人员众多而带来的麻烦。”
Rockwell Automation公司的RS View产品市场经理Mark Hobbs从历史的角度对交钥匙方式进行了总结，他说：“在10至15年前，客户往往自行编写定制的HMI程序。由于当时的选择余地很小，客户一旦觉得在市面上找不到自己需要的产品时，就会选择自行开发。这是交钥匙系统的原始阶段。现在，时代变了。大多数公司没有雇佣专门人员从事HMI程序的开发，再加上他们需要全球化的，而不是本地化的系统，他们因此迫切需要一套现成的能够按照自己的要求进行配置的解决方案。这就是交钥匙系统的高级阶段。系统集成商（SI）或者主要厂商的服务咨询人员可针对不同公司的特殊需求设计整个HMI项目。”
GE Fanuc Automation公司的HMI/SCADA产品市场总监Roy Kok说：“有趣的是，现在人们都将全套系统说成是一个解决方案。当前，最受重视的不是产品，而是作为一个整体的系统。GE Fanuc公司的Proficy系统便是一个集成技术解决方案的典范。它是一个模块化的产品，你可将自己创建的组件复用在系统的其他部分。相反，如果你的HMI、PLC或者历史数据库（data historian）采购自不同的厂商的话，那就很难实现这种高度的集成性。我们在Proficy系统的设计中采用了一种开放的层次化概念，有助于对第三方产品划分层次和加以集成。”
图2：图示为交钥匙HMI系统的另一个例子。该系统由1个I/O模块（在图
中上部）、控制器和HMI显示器/软件协同工作来监控某家水灌装工厂
的一个抽水系统。（图片来源：Opto 22）
规划的重要性
交钥匙方式需要大量的预先规划和调研。Wonderware公司的Brandt强调说：“如果你想委托某家公司开发一套交钥匙系统，那你最好选择一家在企业所在领域有资深经验并且有成功的安装记录的供应商。你应该与供应商认真讨论自己对新系统的各项期望目标。例如，你是否想升级旧设备？是否需要更高的品质？是否需要遵守某些政府法规？无论与你合作的是什么公司，它都应该明确自己的工作内容和责任范围。”
Bosch Rexroth公司的Al-Ashqar又补充说：“如果要采用交钥匙方式，你就一定要明确自己的目标，并针对一些因素预先规划和设计，如谁将使用系统？操作员应该做什么？系统运行在什么环境下？需要什么样的显示器？这还只是在项目启动前需要回答的诸多问题中的一小部分。”
Beckhoff Automation公司的总裁Graham Harris指出：“最终用户最了解自己的应用情况。解决方案提供商和系统集成商虽然能够提供专业的知识，但实施效果最终取决于用户能否充分地消化和吸收这个系统。我们提供资深的经验，但只有客户自己才能对系统有全面的认识。他们需要考虑控制回路的物理配置直到实际显示的全过程，并保证每一元素都经过优化。此外，他们还需要综合考虑硬件和软件。”
图3：当工程师们需要依靠嵌入式系统来满足确定的性能要求时，
可选择使用PDA和无线联网技术，这是交钥匙HMI的另一个应用场合。
对于使用可编程自动控制器（如National Instruments公司的PXI或者
Compact FieldPoint）的应用，用户们可以借助NI的LabView软件，为坚
固型商用PDA开发出嵌入式应用程序和自定义的HMI系统，以方便显示控制
器上的系统数据。LabView软件提供了可运行于任何计算机平台的应用程序，
并为嵌入式程序提供了全面的HMI备选方案。
集成化，互操作性
交钥匙系统必须在设备级与商务系统和信息系统进行连接。当前，对HMI系统影响最大的是开放的体系结构和连通性。Ethernet应用、用于远程系统监控的Web浏览器、用于异构系统间通信的OPC服务器和无线通讯能力为各个厂商创造了广阔的市场机会，但同时也带来了巨大的挑战。
Iconics公司的总裁Russ Agrusa指出：“每一个独立组件可能都是极好的，但解决问题的归根到底是整个系统。基于PC的HMI系统面临的最大问题是通信。一个开放的系统解决方案要能够与历史数据库、pocket PC和移动电话等设备协同工作，同时，它还要与企业、IT基础设施和ERP（企业资源规划）系统相集成。如果用来组建系统的各个产品经过微软认证，或者符合OPC Foundation规范的话，那么就能保障系统正常地协同工作。”
Opto 22公司的系统工程师James Davis认为，采用单一来源系统的主要目的是实现无缝集成。他说：“供应商对项目本身和开放系统概念的透彻理解是决定交钥匙系统能否成功开发的重要因素。系统需要使用开放的协议来集成数据库。在项目启动前，合作双方需就整个工程以及牵涉的各个方面进行细致的讨论，确保合作方清楚什么才是重要的。”
此外，即使安装了新的硬件，交钥匙系统也必须与现有的系统协同。Wonderware公司的Brandt指出：“在通常情况下，工厂不会替换所有的商务系统或者控制器，他们只需升级操作的一部分。关键是要有与那些不希望加以改变的产品相集成的能力。”
图4：交钥匙HMI系统的关键特点是操作员界面的多样性，
它可为工业应用提供高度的灵活性。通过调节TFT显示器的尺寸和分辨率可以满足绝大
多数的应用要求。TFT显示器还整合了触摸屏、触摸板和键盘等设备。
（图片来源：Beckhoff Automation）
可视化的未来
Brandt介绍说：“借助于交钥匙系统供应商和集成商，最终用户得以将自己的注意力集中在商务问题上。也就是说，公司能将重心放在提高生产力和产品质量上，不必为跟进新兴技术而操心。”
GE Fanuc Automation公司的自动化解决方案部门商务总管Maria Piazza指出：“应用正变得越来越复杂，而客户们也倾向于在性能和成本间寻找一个折衷的方案。灵活的系统解决方案使客户们能按照自己的需要挑选功能，此外，系统内置的迁移路径也使升级变得容易而经济。”
现在，HMI已经演变为一个完整的系统，这主要归功于技术的飞速发展。正如Rockwell Automation公司的Hobbs所说：“技术进步使今天的HMI系统具有了显示数据、图像和动画的能力，它让一切变得更简单、更高效。”HMI解决方案会对整个生产过程产生深远的影响，公司必须对此给予充分的重视。经过恰当的设计、规划和执行，交钥匙方式可以带来巨大的效益。
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