PLC和人机界面组合的控制系统研究_陈永利
【148】 第34卷 第7期 2012-7(上)
收稿日期：2012-03-15
作者简介：陈永利（1974－），女，河南沁阳人，讲师，硕士，研究方向为单片机、PLC 及自动控制系统。0 引言
抢答器是一种广泛应用在各种智力竞赛中的一种典型电气控制产品，目前，市场上的抢答器，种类繁多，功能各异，控制方法也不相同。
本文采用了一种新的控制方式，用PLC 和人机界面组合实现抢答器控制系统的控制。PLC 结构简单，功能强大，通用性好，抗干扰能力强，可以提高系统的可靠性、稳定性；人机界面是一种连接人和机器的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理、监控和管理可能变化的信息，人员和设备的信息交流、数据修改、故障处理等都很方便。将二者结合更可以提高系统的性能。
1 抢答器的控制要求
1）该抢答器为六组选手提供按钮进行抢答，选手若回答主持人提出的问题时，需抢先按下各自的抢答按钮。
2）正常抢答：主持人按下人机界面上的开始抢答按钮之后，绿灯亮，在15秒倒计时内，6组选手可按下按钮开始抢答，有人抢答成功，触摸屏上对应的选手指示灯亮，并在七段数码管和触摸屏上显示抢答者的选手号，此时停止倒计。
3）违规抢答：主持人未按下人机界面上的开始抢答按钮，若有选手开始抢答，指示灯红灯亮，并在七段数码管和触摸屏上显示抢答者的选手组号，此时抢答无效。
4）主持人按下人机界面上的复位按钮，系统开始下一轮抢答。
PLC 和人机界面组合的控制系统研究
Research on PLC and man-machine interface control system
陈永利，李玉鼎 CHEN Yong-li, LI Yu-ding
（济源职业技术学院 电气工程系，济源 459000）
摘 要： PLC和人机界面组合是现代工业控制中的一种新方法。介绍了PLC和人机界面在六路抢答器控
制系统中的应用，着重论述了系统硬件和软件设计方案。实际应用表明，该系统具有运行稳定、可靠性高、实用性强等特点。
关键词： PLC；人机界面；顺序控制；抢答器
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2012)07(上)-0148-03Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2012.7(上).45
2 抢答器的软硬件设计
根据系统的控制要求，分析系统的输入输出设备，本装置选用西门子S7-200系列的CPU224模块，CPU224模块本身有14个输入点，10个输出点，可以满足本系统的要求。人机界面选用同是西门子公司的K-TP178触摸屏，该触摸屏使用方便、人机对话界面友好、组态技术易掌握、与PLC 可进行良好通信。2.1 PLC 的硬件分析2.1.1 输入/输出端子分析
1）输入端子：主持人开始和复位按钮由触摸屏画面组态，不占用输入端子；六组选手共需6个按钮，占用6个输入端子，因此，PLC 应配置6个输入端子。
2）输出端子：用一个七段数码管显示抢答者的组别号，占用7个输出端子；再加上1个绿灯用于显示允许开始抢答、1个红灯表示抢答无效共2个负载，因此，PLC 应配置9个输出端子。
3）触摸屏与PLC 之间用专用通信电缆连接。2.1.2 PLC 的输入/输出端子分配
PLC 的输入/输出端子分配如表1所示。
表1 PLC 的输入/输出端子分配表
输入端子输入设备输出端子输出设备I0.0第1组选手抢
答按钮SB1Q0.0数码管a 段I0.1第2组选手抢答按钮SB2Q0.1数码管b 段I0.2
第3组选手抢答按钮SB3
Q0.2
数码管c 段
I0.3第4组选手抢
答按钮SB4
Q0.3数码管d段
I0.4第5组选手抢
答按钮SB5
Q0.4数码管e段
I0.5第6组选手抢
答按钮SB6
Q0.5数码管f段
Q0.6数码管g段
Q1.0绿灯
Q1.1红灯2.1.3 PLC的外部接线图
根据控制要求和I/O分配设计PLC的外部接线图如图1所示。
图1 PLC外部端子接线图
2.2 触摸屏画面设计
K-TP178触摸屏使用西门子公司的WinCC flexible软件进行画面的组态，因使用画面中的按钮发送开始与复位信号，PLC程序执行的结果要控制画面中的指示灯，因此必须将画面中的图形对象与PLC中的编程元件建立变量连接。画面中的图形对象与PLC的编程元件的关系如表2所示。在WinCC flexible软件中进行画面组态时，先进行连接设置，再进行变量设置，再进行画面组态，设计触摸屏组态画面如图2所示。触摸屏画面设计好后通过通信线将组态画面下载到触摸屏中。
表2 触摸屏图形与PLC的编程元件关系表
图形名称图形部件对应的PLC编程元件
开始按钮按钮M0.0（中间继电器）
复位按钮按钮M0.1（中间继电器）第一组抢答指示灯指示灯M1.1（中间继电器）第二组抢答指示灯指示灯M1.2（中间继电器）第三组抢答指示灯指示灯M1.3（中间继电器）第四组抢答指示灯指示灯M1.4（中间继电器）第五组抢答指示灯指示灯M1.5（中间继电器）第六组抢答指示灯指示灯M1.6（中间继电器）抢答组号数值VW0
违规组号数值VW2
图2 触摸屏组态画面
2.3 软件设计
2.3.1 工序图
根据控制要求，绘制抢答器的工序图如图3所示。
图3 抢答器控制工序图
2.3.2 程序设计
1）顺序控制功能图程序设计
根据六路抢答器的控制要求和工序图，分析可知该控制系统满足不同的要求进入不同的分支，每个分之中按一定的顺序依次执行，属于典型的顺序控制结构，因此采用选择性分支结构进行功能图程序的设计。设计的功能图程序如图4所示。
2）顺序控制继电器分配
S0.0初始状态；S0.1允许抢答状态；S1.1第一组正常抢答状态；S1.2第二组正常抢答状态；S1.3第三组正常抢答状态；S1.4第四组正常抢答状态；S1.5第五组正常抢答状态；S1.6第六组正常抢答状态；S2.1第一组违规抢答状态；S2.2第二组违规抢答状态；S2.3第三组违规抢答状态；S2.4第四组违规抢答状态；S2.5第五组违规抢答状态；S2.6第六组违规抢答状态。
续表
?????
????
g f e d c b a
Q0.6 PLC Q0.5
Q1.1Q1.0
1L2L Q0.4Q0.3Q0.2Q0.1Q0.0
I0.6I0.5
1M2M
L+M I0.4I0.3I0.2I0.1I0.0
SB6SB5SB4SB3SB2SB1?
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3 结束语
将PLC 与触摸屏结合进行控制系统的设计，既可以提高系统的可操作性，还可以节省I/O 点数，代替传统的按钮、指示灯等设备，减少PLC 的外部接线，提高系统的可靠性。目前该系统以投入使用，实践证明该系统稳定可靠，有一定的推广价值。
SM0.1
M0.0
C1S0.0
S0.1
T37T37M0.0
Q1.0
I0.5-M1.1-M1.2-M1.3-M1.4-M1.5
I0.4-M1.1-M1.2-M1.3-M1.5-M1.6I0.3-M1.1-M1.2-M1.3-M1.5-M1.6I0.2-M1.1-M1.2-M1.4-M1.5-M1.6I0.1-M1.1-M1.3-M1.4-M1.5-M1.6I0.1-M1.2-M1.3-M1.4-M1.5-M1.6P
CD CTD
LD PV T37C1S1.6
M1.1R Q0.0R R 161001015
1
1
1
1
1
11MOV_DW OUT EN IN IN PT
TON 100 ms /VD0QB0
MOV_W EN
IN OUT SEG
EN IN
OUT 66VW0M1.6S S1.5
QB0MOV_W EN IN OUT SEG
EN IN
OUT 55VW0M1.5S S1.4
QB0
MOV_W EN
IN OUT SEG
EN IN
OUT 44VW0M1.4S S1.3
QB0
MOV_W EN
IN OUT SEG
EN IN
OUT 33VW0M1.3S S1.2
QB0
MOV_W EN
IN OUT SEG
EN
IN
OUT 22VW0M1.2S S1.1
QB0
MOV_W EN
IN OUT SEG
EN IN OUT 1
1VW0M1.1S M0.1
M0.1
I0.5-M1.1-M1.2-M1.3-M1.4-M1.5
1
S2.6
QB0
MOV_W EN
IN OUT SEG
EN IN
OUT 66VW2M1.6S Q1.1S M0.1
1
S2.5
QB0
MOV_W EN
IN OUT SEG
EN IN
OUT 55VW2M1.5S Q1.1S M0.1
1
S2.4
QB0
MOV_W EN
IN OUT SEG
EN IN
OUT 44VW2M1.4S Q1.1S M0.11
S2.3
QB0
MOV_W EN
IN OUT SEG
EN IN
OUT 33VW2M1.3S Q1.1S M0.11
S2.2
QB0
MOV_W EN
IN OUT SEG
EN IN
OUT 22VW2M1.2S Q1.1S M0.1
1
111111S2.1
QB0
MOV_W EN
IN OUT SEG
EN IN
OUT 11VW2M1.1S Q1.1S M0.1M0.1
M0.1
M0.1
M0.1
I0.4-M1.1-M1.2-M1.3-M1.5-M1.6
I0.3-M1.1-M1.2-M1.3-M1.5-M1.6
I0.2-M1.1-M1.2-M1.4-M1.5-M1.6
I0.1-M1.1-M1.3-M1.4-M1.5-M1.6
I0.0-M1.2-M1.3-M1.4-M1.5-M1.6
图4 六路抢答器控制功能图程序
参考文献：
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北京: 机械工业出版社, 2007
[4] 韩满林. 用触摸屏和PLC 实现四人抢答器的控制设计[J].
电子工程师, 2007(12)
组态人机界面与单片机通信案例
组态人机界面与单片机通信案例 很多时候，工业控制或者产品设计方面受到PLC这种功能确定，扩展麻烦，成本昂贵等方面的制约因素，需要独立开发一种特殊功能，但是又需要连接触摸屏通讯，工程师在这个方面往往需要花费很大功夫，现在我要帮大家解决的问题就是单片机与人机界面触摸屏通讯的最简单，最有效的2种方法，其实就是分为2种通讯协议，即工业标准的Modbus RTU协议和工程师自己定义的自由协议。 本实例采用微嵌组态软件，因为公司提供一系列的技术支持和公布单片机源代码，加上公司的人机界面支持自由协议等等先天优势，开发工程方便有效。方案比较： 方案一modbus—rtu协议： 优点：工业标准通讯协议，具有通用性，，传输数据量大 缺点：需要时间去了解协议的格式和以及按照规定编写通讯程序（需要MODBU S-RTU源代码） 方案二自由协议： 优点：数据格式客户自己定义，灵活多变，定制性强，可以模拟任何已知报文的通讯协议 缺点：传输数据量不大，通用性不强，移植不方便 工程师可以根据以上两种通讯协议的优缺点来选择理想的方案；
新建一个工程文件 型号对应的是公司出产产品型号。新增一个通信口，微嵌的人机界面有两个通讯口COM1，COM2，这两个串口既可以做RS232，又可以做RS485，通讯协议对应的是单片机工程师需要用到的协议，其中有modbus RTU协议，自由协议Free Protocol，当然还包括西门子S7-200，台达PLC，欧姆龙，三菱等协议，这里我们选择COM1自由协议Free Protocol，通讯速率57600，数据位8,1位停止位，偶校验：
首先我们随便建一个比较简单实用的画面，用位按钮开关控制单片机的指示灯，采集单片机的模拟数据显示在组态软件的数码管（可以通过电脑串口连接单片机在线模拟实际应用）
人机界面设计(含案例分析)
人机界面设计（含案例分析） 家电（冰箱）Haier/海尔 BCD-231WDBB 场所：冰箱是家用厨房内最为常见的家电产品之一。在公共空间比 如餐厅，酒店也都有配备。 作用：冰箱使食物或其他物品保持冷态，具有储藏，冷冻的功能。 人机界面分析： 把手： ①位置：把手设计符合大众身高结构，一般根据实际冰箱高度设 计，比如此冰箱总高1722mm，三门设计，把手分别在550mm左 右、950mm左右、1300mm左右。 ②形状：此冰箱把手属于隐藏式把手设计，使机器整体统一美观。 把手形状呈长方形凹槽，适用于大多数家庭成员的高度差异。 ③功能：此把手设计即运用手部动作，通过抓、拉来实施对冰 箱门的控制。外观大方，开门方便，不积灰尘，容易清理。 存储空间： ①位置：此冰箱为三门设计，区分两个不同的存储空间，分别 是冷藏室和冷冻室。上门与下门等比例分布，中门5°C--- 18°C全温区变温。 ②形状：三个存储空间均为长方形，中间有长方形隔板分割， 阶梯式分割方式，适用于不同食材的存放。冷冻室采用抽屉设 计，极大拓展了冷冻空间，抽屉装饰有仿金属材质亮银色饰 条，质感强，坚固耐用。 ③功能：冷藏室主要储存新鲜的食物或是烹饪过的食物，海鲜肉类在放入 冷藏室24小时低温排毒后放入冷冻室保存。冷冻室一般保存海鲜肉类等需 要保存较长时间不使用的食物。 显示部分、按钮： ①位置：显示部分、按钮一般在人眼可以看见，手可以触及的范围内。此 冰箱在面板中间高约1650mm的位置。 ②形状：此冰箱显示按钮部分为竖立的长方形，与整体机器相统一，整体 感强。从上到下分为四个区域，用黑色实线区分，分别是温区选择、温度 调节、功能选择和设定。上面三个区域为LED灯的液晶显示，设定按钮呈圆形，触摸式按钮，反应灵敏好操作。
污水处理人机界面组态
污水处理人机界面组态 监控软件的基本功能包括数据采集和数据管理，完成过程监视(工艺状况显示)、监视控制、报警、报表、数据存储归档。 （1）画面包括系统总图，污水处理总工艺图，药剂储罐区、一沉池、芬顿反应池、凝絮反应池、难降解水调节池、化废调节池、废水调节池、物化污泥浓缩池、生化污泥浓缩池、厌氧池、二沉池、二沉池污泥泵房、好氧池2区、缺氧池、出水提升泵房、三沉池、三沉池污泥泵房、事故池、深度处理车间等工艺图及参数显示、报警画面，趋势图，报表等。 （2）在工艺画面上可以显示阀位、温度、压力、流量等信号，同时可以对阀门、电机等设备进行操作，对于重要设备的操作需要确认对话框认可，以避免误操作。 （3）配有一台打印机用于生产实时打印。 监控软件为基于Windows2003操作系统的开放型全图形化人机操作界面，具有组态方便，操作简单的特点。 （4）上位机为两台工业控制计算机，设在中央控制室。中央控制室上位机可显示整个厂区的模拟画面；监控生产作业过程，包括显示控制过程画面和实时数据，显示系统总体框图；绘制重要参数的变化趋势图；显示设备的工作状态；历史数据的统计分析和存储，提供决策参考。 现场控制站上位机除具有以上功能外，还可对污水处理厂数据采集及控制自动化系统的控制参数进行设置；完成数据采集及控制自动化系统的组态；进行在线、离线编程及设定参数的修改。 （5）中控室内设投影仪和电动投影屏幕，投影仪与计算机通讯口连接，可实时显示全厂工艺流程图，取代了模拟屏的作用，并有便于修改的优势。 （6）画面显示的形式 显示器上显示的各种信息以报告、图形、声音等形式及时提供给运行人员。 报告显示: 报告显示内容包括报警、事故和正常运行所必要的全部数据。报告分类 报告内容有状态变化、测量值越限、计算机监控系统设备异常、就地监控
上位机人机界面组态软件HMIMaker
上位机人机界面组态软件HMIMaker HMIMaker专为易显工控机（工控电脑），VGA工控机开发的的界面编辑设计软件！ 具有绘图、按钮、位开关、字符控件、数据监控、实时曲线、动态图片、用户与密码设置等功能，完善的界面设计控件和通讯协议，使用简单，灵活，方便。只需用单机机或PLC通过串口简单发送指令，您的显示部分就一切轻松搞定！"所见即所得"、"0"代码！快速生成超炫图形界面设计，如"制作PPT"一样容易、快速！支持离线和在线模拟，快速验证您的设计效果，方便设计和调试，大大减轻软件开发人员在人机界面开发的负担和提高开发效率，专心于专业产品的开发，避免重复性劳动。为您大大地短了产品的开发周期。 HMIMaker组态软件有以下几方面的功能： （1）强大的界面显示组态功能。可视化的风格界面、丰富的工具栏，操作人员可以直接进人开发状态，节省时间。丰富的图形控仵和工况图库，既提供所需的组件，又是界面制作向导。提供给用户丰富的作图工具，丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移动等等，使界面生动、直观。可随心所欲地绘制出各种工业界面，并可任意编辑，从而将开发人员从繁重的界面设计中解放出来。 （2）良好的开放性。指组态软件能与多种通信协议互联，支持多种硬件设备。开放性是衡量一个组态软件好坏的重要指标。组态软件向下应能与低层的数据采集设备通信，向上能与管理层通信，实现上位机与下位机的双向通信。 (3) 丰富的功能模块。提供丰富的控件功能库，满足用户的测控要求和现场需求。利用各种功能模块，完成实时监控产生功能报表显示历史曲线、实时曲线、提示报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作，系统既叫适用于单机集中式控制、DCS分布式控制，也可以是带远程遇信能力的远程测控系统． （4）强大的数据库。配有实时数据库，可存储各种数据，如模拟量、离散量、字符型等，实现与外部设备的数据交换。
进行人机界面设计的研究
进行人机界面设计的研究 1.界面风格的设计控制台人机界面选用非标准Windows风格，以实现用户个性化的要求。但考虑到大多数用户对于标准Windows系统较熟悉，在界面设计中尽量兼容标准Windows界面的特征。界面使用的功能按钮选用MFC类库提供的CBmpButton类动态创建自定义位图图标的按钮。因为位图按钮可在操作中实现高亮度、突起、凹陷等效果，使界面表现形式更灵活，同时可以方便用户对控件的识别。但是，界面里使用的对话框、编辑框、组合框等都选用Windows标准控件，对话框中的按钮也使用标准按钮。控件的大小和间距尽量符合Windows界面推荐值的要求。 界面默认窗体的颜色是亮灰色。因为灰色调在不同的光照条件下容易被识别，且避免了色盲用户在使用窗体时带来的不便。为了区分输入和输出，供用户输入的区域使用白色作为底色，能使用户容易看到这是窗体的活动区域；显示区域设为灰色（或窗体颜色），目的是告诉用户那是不可编辑区域。窗体中所有的控件依据Windows界面设计标准采用左对齐的排列方式。对于不同位置上多组控件，各组也是左对齐排列的。 人机界面的布局设计根据人体工程学的要求应该实现简洁、平衡和风格一致。典型的工控界面分为3部分：标题菜单部分、图形显示区以及按钮部分，如图1所示。该界面界面美观，在屏幕上的对象左右达到平衡、不堆挤在某一处，无杂乱无章的感觉。数据的过分拥挤会产生视觉疲劳和接收错误。界面的平衡原则推荐显示屏幕总体性覆盖度不超过40％，而分组中屏幕覆盖度不超过20％。控制台人机界面中包含着大量的图形显示信息，因此将图形显示区布置在屏幕长宽各占屏幕70％左右的范围内，以保证显示信息的清晰和全面。控制按钮组布置在显示区的右侧，一方面是考虑到绝大多数操作者是右手操作用户，按钮区布置在最右侧更加方便；另一方面是根据界面布局的主次原则，把用户注意力最集中的左上区域留给图形显示区。 根据一致性原则，保证屏幕上所有对象，如窗口、按钮、莱单等风格的一致。各级按钮的大小、凹凸效果和标注字体、字号都保持一致，按钮的颜色和界面底色保持一致。 选择界面的概念取决于多个界面。可将界面设计为循环或FIFO缓冲器。
《人机交互设计》复习整理
Chapter 1 1. Describe three populations of users with special needs. For each of these populations, suggest three ways current interfaces could be improved to better serve them.(book from p17 to p21) 1）残疾用户 对于盲人或者眼睛有疾病导致视觉不好的人，可以使用文本到语音的转换，文本到语音的转换能够帮助盲人用户接受电子邮件或阅读文本文件，语音的设备更能允许某些用户界面进行语音控制的操作。这项技术同样可以用于虽然视力完好但是特殊情况下的人，例如开车、工作等。 对于听力障碍的用户，往往可以经过简单改动的计算机，实现声音到可视信号的转变。 对于身体障碍用户，需要大量特殊输入设备，这要取决于具体的障碍，语音技术和人眼跟踪设备、头戴式光电鼠标都可以被用来满足残疾用户的需要。世界上有名的例子就是伟大天文学家霍金和他的个人电脑。 2）老年用户 通过用户提供对字体大小、显示对比度和音量大小的控制、更清晰的导航路径、一致的布局和更简单的命令语言来设计界面，从而为老年人改进对界面内容的访问。还有诸如手眼协调、增强灵敏性和改进反应时间等作法，都能改善老年人的使用体验。另外，计算机游戏对老年人来说也是一个有吸引的东西，这可以让一些惧怕使用电脑的老年人获得体验机会而被吸引。老年人使用鼠标往往很迟钝，我们可以转换成高精度的触摸屏。 3）儿童 儿童的用户界面，强调娱乐性和教育性。儿童的用户界面往往与父母息息相关。首先要注意到界面的教育性，要为儿童的教育着想，可以附带丰富的知识内容、家长指南资料和教师培训资料等，尤其在艺术、音乐、写作和数学方面的教学资料。另外，设计需要考虑到儿童的局限性，要简单，易懂，避免复杂的序列。特别需要注意的是，在教育和父母对孩子的关注来说，避免对暴力、种族主义、色情资料还有儿童隐私陌生人威胁等问题的信息访问，这都是非常重要的。 3. Suppose you need to design a system for users in both the United States and China. Present a list of cultural differences that you should be aware of so that a successful design can be made. 1）中国的用户来自沉思的传统文化，，他们更喜欢稳定显示的界面，而美国的用户都是行动导向的基于新奇文化的用户，他们更偏爱生动的屏幕和多次点击。2）在高校主页来反应二者的文化差异，中国主要喜欢在主页上强调他们深刻印象的建筑物和有名的师资，美国的高校主页则更多表现那种学生团队精神和活跃的社交生活。 3）文本作为世界用户界面的一个关键因素，必须重视其中涉及到的文化差异，这些差异因素主要表现在： 字符、数字、特殊符号和区分符 阅读方向（从左到右与从右到左、垂直阅览等） 日期和时间格式
人机界面设计原则
1.以用户为中心的基本设计原则 在系统的设计过程中，设计人员要抓住用户的特征，发现用户的需求。在系统整个开发过程中要不断征求用户的意见，向用户咨询。系统的设计决策要结合用户的工作和应用环境，必须理解用户对系统的要求。最好的方法就是让真实的用户参与开发，这样开发人员就能正确地了解用户的需求和目标，系统就会更加成功。 2．顺序原则 即按照处理事件顺序、访问查看顺序（如由整体到单项，由大到小，由上层到下层等）与控制工艺流程等设计监控管理和人机对话主界面及其二级界面。 3．功能原则 即按照对象应用环境及场合具体使用功能要求，各种子系统控制类型、不同管理对象的同一界面并行处理要求和多项对话交互的同时性要求等，设计分功能区分多级菜单、分层提示信息和多项对话栏并举的窗口等的人机交互界面，从而使用户易于分辨和掌握交互界面的使用规律和特点，提高其友好性和易操作性。 4．一致性原则 包括色彩的一致，操作区域一致，文字的一致。即一方面界面颜色、形状、字体与国家、国际或行业通用标准相一致。另一方面界面颜色、形状、字体自成一体，不同设备及其相同设计状态的颜色应保持一致。界面细节美工设计的一致性使运行人员看界面时感到舒适，从而不分散他的注意力。对于新运行人员，或紧急情况下处理问题的运行人员来说，一致性还能减少他们的操作失误。 5．频率原则 即按照管理对象的对话交互频率高低设计人机界面的层次顺序和对话窗口莱单的显示位置等，提高监控和访问对话频率。 6．重要性原则
即按照管理对象在控制系统中的重要性和全局性水平，设计人机界面的主次菜单和对话窗口的位置和突显性，从而有助于管理人员把握好控制系统的主次，实施好控制决策的顺序，实现最优调度和管理。 7．面向对象原则 即按照操作人员的身份特征和工作性质，设计与之相适应和友好的人机界面。根据其工作需要，宜以弹出式窗口显示提示、引导和帮助信息，从而提高用户的交互水平和效率。 人机交互界面，无论是面向现场控制器还是面向上位监控管理，两者是有密切内在联系的，他们监控和管理的现场设各对象是相同的，因此许多现场设备参数在他们之间是共享和相互传递的。人机界面的标准化设计应是未来的发展方向，因为它确实体现了易憧、简单、实用的基木原则，充分表达了以人为本的设计理念。各种工控组态软件和编程工具为制作精美的人机交互界面提供了强大的支持手段，系统越大越复杂越能体现其优越性。 组态软件人机界面设计步骤 1.界面风格的设计 控制台人机界面选用非标准Windows风格，以实现用户个性化的要求。但考虑到大多数用户对于标准Windows系统较熟悉，在界面设计中尽量兼容标准Windows界面的特征。因为位图按钮可在操作中实现高亮度、突起、凹陷等效果，使界面表现形式更灵活，同时可以方便用户对控件的识别。但是，界面里使用的对话框、编辑框、组合框等都选用Windows标准控件，对话框中的按钮也使用标准按钮。控件的大小和间距尽量符合Windows界面推荐值的要求。 界面默认窗体的颜色是亮灰色。因为灰色调在不同的光照条件下容易被识别，且避免了色盲用户在使用窗体时带来的不便。为了区分输入和输出，供用户输入的区域使用白色作为底色，能使用户容易看到这是窗体的活动区域；显示区域设为灰色（或窗体颜色），目的是告诉用户那是不可编辑区域。窗体中所有的控件依据Windows界面设计标准采用左对齐的排列方式。对于不同位置上多组控件，各组也是左对齐 2．系统界面布局分析
西门子人机界面(触摸屏)组态与应用技术(第2
西门子人机界面（触摸屏）组态与应用技术（第2 版） （西门子工业自动化系列教材） 作者： 廖常初 价格：40元 出版社： 机械工业出版社 书号：ISBN 978-7-111-19896-3 出版日期：2008年7月 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 内容简介 本书介绍了人机界面与触摸屏的工作原理和应用技术，通过大量的实例，深入浅出地介绍了使用组态软件WinCC flexible对西门子的人机界面进行组态和模拟调试的方法，包括对变量、画面、动画、报警、用户管理、数据记录、趋势图、配方、报表、运行脚本、以太网通信的组态方法，以及文本显示器TD200的使用方法。介绍了在控制系统中应用人机界面的工程实例和用WinCCflexible对人机界面的运行进行离线模拟和在线模拟的方法，以及用WinCC flexible和STEP7来模拟人机界面和S7-300/400组成的控制系统的运行的方法。随书光盘提供了大量西门子人机界面产品和组态软件的用户手册，还提供了作者编写的与教材配套的例程，读者用例程在计算机上做模拟实验，可以较快地掌握人机界面组态的方法。本书各章配有思考题，附录中有实验指导书。 本书可以作为大专院校电类、机电一体化专业和培训班的教材，也可供工程技术人员参考。 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 目录 前言 第1 章概述 1．1 人机界面概述 1．1．1 人机界面的基本概念 1．1．2 人机界面的分类 1．1．3 液晶显示器 1．1．4 人机界而的工作原理 1．1．5 人机界面的操作与维护 1．2 触摸屏的工作原理 1．2．1 触摸屏的基本工作原理 1．2．2 电阻式触摸屏 1．2．3 表面声波触摸屏 1．2．4 电容式触摸屏 l．2．5 红外线触摸屏 1．3 思考题 第2 章西门子人机界面设备简介 2．1 按钮面板
(国人)人机界面设计指南
关键词:人机界面,设计 文章简要介绍人机界面设计的一些经验，有助于设计者设计出友好、高效的人机界面。下面介绍三类人机界面设计指南： 1、一般交互指南 涉及信息显示、数据输入、系统整体控制，这类是全局性的。下面讲述一般交互指南： （1）保持一致性。菜单、命令输入、数据显示等使用一致格式。 （2）提供有意义、用户可理解、可读的反馈。 （3）执行破坏性动作前要求用户确认。如删除记录。 （4）允许取消、撤销操作。 （5）尽量减少记忆量。不用记忆看到操作界面即可进行下一步操作。 （6）尽量减少按键次数、减少鼠标移动的距离，避免用户问“这是什么意思”的情况。提高行动和思考的效率。 （7）允许操作员犯错误，但是可以恢复。 （8）按功能对动作分类，并据此设计屏幕布局。比如菜单、下拉菜单、右键弹出式菜单。 （9）提供必要帮助，包括集成实时帮助和附加帮助文件。 （10）使用简单动词或动词短语作为命令名。 2、数据输入指南 数据输入界面往往占终端用户的大部分使用时间，也是计算机系统中最易出错的部分之一。其总目标：简化用户的工作，并尽可能降低输入出错率，还要容忍用户错误。 这些要求在设计实现时可采用多种方法： （1）尽可能减轻用户记忆，采用列表选择。 （2）尽量减少用户输入动作，按键次数。 （3）使界面具有预见性和一致性。
用户应能控制数据输入顺序并使操作明确，采用与系统环境(如Windows操作系统)一致风格的数据输入界面。 （4）防止用户出错。 在设计中可采取确认输入(只有用户按下键，才确认)，明确的移动(使用TAB键或鼠标在表中移动)，明确的取消，已输入的数据并不删除。对删除必须再一次确认，对致命错误，要警告并退出。对不太可信的数据输入，要给出建议信息，处理不必停止。 （5）提供反馈。 要使用户能查看已输入的内容，并提示有效的输入提示或数值范围。 （6）按用户速度输入和自动格式化。 用户应能控制数据输入速度并能进行自动格式化，对输入的空格都能被接受。 （7）允许编辑。 理想的情况，在输入后能允许编辑且采用风格一致的编辑格式。 （8）数据输入界面可通过对话设计方式，若条件具备尽可能采用自动输入。特别是条码、图像、声音输入。 （9）消除冗余输入。尽可能提供默认值；不要求输入单位；程序可以自动计算的信息绝对不要用户输入；系统自动填入用户已输入过的内容。 3、屏幕显示指南 下面是人机界面显示信息的设计指南： （1）只显示与当前工作内容有关的信息。 （2）尽量使用图形或图表直观方式表现数据。 （3）使用一致的标记、标准的缩写和可预知的颜色。 （4）产生有意义的出错信息，用户可理解的信息。 （5）使用大小写、缩进和文本分组以帮助理解。 （6）使用窗口分割不同类型的信息。 （7）高效率使用显示屏。
组态软件人机界面设计步骤
组态软件人机界面设计步骤 1.界面风格的设计 控制台人机界面选用非标准Windows风格，以实现用户个性化的要求。但考虑到大多数用户对于标准Windows系统较熟悉，在界面设计中尽量兼容标准Windows界面的特征。因为位图按钮可在操作中实现高亮度、突起、凹陷等效果，使界面表现形式更灵活，同时可以方便用户对控件的识别。但是，界面里使用的对话框、编辑框、组合框等都选用Windows标准控件，对话框中的按钮也使用标准按钮。控件的大小和间距尽量符合Windows界面推荐值的 要求。 界面默认窗体的颜色是亮灰色。因为灰色调在不同的光照条件下容易被识别，且避免了色盲用户在使用窗体时带来的不便。为了区分输入和输出，供用户输入的区域使用白色作为底色，能使用户容易看到这是窗体的活动区域；显示区域设为灰色（或窗体颜色），目的是告诉用户那是不可编辑区域。窗体中所有的控件依据Windows界面设计标准采用左对齐的排列方式。对于不同位置上多组控件，各组也是左对齐 2．系统界面布局分析 人机界面的布局设计根据人体工程学的要求应该实现简洁、平衡和风格一致。典型的工控界面分为3部分：标题菜单部分、图形显示区以及按钮部分。根据一致性原则，保证屏幕上所有对象，如窗口、按钮、莱单等风格的一致。各级按钮的大小、凹凸效果和标注字体、字号都保持一致，按钮的颜色和界面底色保持一致。 3．打开界面的结构体系 选择界面的概念取决于多个界面。可将界面设计为循环，如果运行大量界面，必须设计一个合理的结构体系来打开界面。选择简单而永久的结构以便操作员能够快速了解如何打开 界面。 用户一次处理的信息量是有限的，所以大量信息堆积在屏幕上会影响界面的友好性。为了在提供足够的信息量的同时保证界面的简明，在设计上采用了控件分级和分层的布置方式。分级是指把控件按功能划分成多个组，每一组按照其逻辑关系细化成多个级别。用一级按钮控制二级按钮的弹出和隐藏保证了界面的简洁。分层是把不同级别的按钮纵向展开在不同的区域，区域之间有明显的分界线。在使用某个按钮弹出下级按钮的同时对其他同级的按 钮实现隐藏，使逻辑关系更清晰。
HMI人机界面
HMI HMI是Human Machine Interface 的缩写，“人机接口”，也叫人机界面。人机界面（又称用户界面或使用者界面）是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。 HMI的接口种类很多,有RS232,RS485,RJ45网线接口, 举个例子来说，在一座工厂里头，我们要搜集工厂各个区域的温度、湿度以及工厂中机器的状态等等的信息透过一台主控器监视并记录这些参数，并在一些意外状况发生的时候能够加以处理。这便是一个很典型的SCADA/HMI的运用，一般而言，H MI系统必须有几项基本的能力： 实时的资料趋势显示——把撷取的资料立即显示在屏幕上。 自动记录资料——自动将资料储存至数据库中，以便日后查看。 历史资料趋势显示——把数据库中的资料作可视化的呈现。 报表的产生与打印——能把资料转换成报表的格式，并能够打印出来。 图形接口控制——操作者能够透过图形接口直接控制机台等装置。 警报的产生与记录——使用者可以定义一些警报产生的条件， 比方说温度过度或压力超过临界值，在这样的条件下系统会产生警报，通知作业员处理。 [编辑本段] 一、人机界面（HMI）产品常识 1、人机界面产品的定义 连接可编程序控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备,由硬件和软件两部分组成。 2、人机界面（HMI）产品的组成及工作原理 人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了HMI 产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、3 2位的处理器。HMI软件一般分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件（如JB－HMI画面组态软件）。使用者都必须先使用HMI的画面组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。 图1 人机界面硬件构成
人机界面设计方法
人机界面设计方法 1.界面风格的设计 控制台人机界面选用非标准Windows风格，以实现用户个性化的要求。但考虑到大多数用户对于标准Windows系统较熟悉，在界面设计中尽量兼容标准Windows界面的特征。界面使用的功能按钮选用MFC类库提供的CBmpButton类动态创建自定义位图图标的按钮。因为位图按钮可在操作中实现高亮度、突起、凹陷等效果，使界面表现形式更灵活，同时可以方便用户对控件的识别。但是，界面里使用的对话框、编辑框、组合框等都选用Windows标准控件，对话框中的按钮也使用标准按钮。控件的大小和间距尽量符合Windows界面推荐值的要求。 界面默认窗体的颜色是亮灰色。因为灰色调在不同的光照条件下容易被识别，且避免了色盲用户在使用窗体时带来的不便。为了区分输入和输出，供用户输入的区域使用白色作为底色，能使用户容易看到这是窗体的活动区域；显示区域设为灰色（或窗体颜色），目的是告诉用户那是不可编辑区域。窗体中所有的控件依据Windows界面设计标准采用左对齐的排列方式。对于不同位置上多组控件，各组也是左对齐排列的。 图1 典型的工控界 2．系统界面布局分析 人机界面的布局设计根据人体工程学的要求应该实现简洁、平衡和风格一致。典型的工控界面分为3部分：标题菜单部分、图形显示区以及按钮部分，。该界面界面美观，在屏幕上的对象左右达到平衡、不堆挤在某一处，无杂乱无章的感觉。数据的过分拥挤会产生视觉疲劳和接收错误。界面的平衡原则推荐显示屏幕总体性覆盖度不超过40％，而分组中屏幕覆盖度不超过20％。控制台人机界面中包含着大量的图形显示信息，因此将图形显示区布置在屏幕长宽各占屏幕70％左右的范围内，以保证显示信息的清晰和全面。控制按钮组布置在显示区的右侧，一方面是考虑到绝大多数操作者是右手操作用户，按钮区布置在最右侧更加方便；另一方面是根据界面布局的主次原则，把用户注意力最集中的左上区域留给图形显示区。 根据一致性原则，保证屏幕上所有对象，如窗口、按钮、莱单等风格的一致。各级按钮的大小、凹凸效果和标注字体、字号都保持一致，按钮的颜色和界面底色保持一致。 3．打开界面的结构体系 选择界面的概念取决于多个界面。可将界面设计为循环或FIFO缓冲器，。 图2 打开画面的结构体系 如果运行大量界面，必须设计一个合理的结构体系来打开界面。选择简单而永久的结构以便操作员能够快速了解如何打开界面。 用户一次处理的信息量是有限的，所以大量信息堆积在屏幕上会影响界面的友 好性。为了在提供足够的信息量的同时保证界面的简明，在设计上采用了控件分级和分层的布置方式。分级是指把控件按功能划分成多个组，每一组按照其逻辑关系细化成多个级别。用一级按钮控制二级按钮的弹出和隐藏保证了界面的简洁。分层是把不同级别的按钮纵向展开在不同的区域，区域之间有明显的分界线。在使用某个按钮弹出下级按钮的同时对其他同级的按钮实现隐藏，使逻辑关系更清晰。 通常要由3个层面组成。层面1是总览界面。该层面要包含不同系统部分在系统所显示的信息，以及如何使这些系统部分协同工作。层面2是过程界面。该层面包含指定过程部分的详细信息，并显示哪个设备对象属于该过程部分。该层面还显示了报警对应的设各对象。层面3是详细界面。该层面提供各个设备对象的信息 ，例如控制器、控制阀、控制电机等，
人机界面系统
作者] 侯金奎(潍坊学院计算机科学系) 摘要：本文介绍了人机界面设计的一般过程，人机界面实现的原则，人机界面的风格和对人机界面设计的评价。关键词：人机界面；菜单；风格；软件模型 由于受传统观念的影响，很长一段时间里，人机界面一直不为软件开发人员所重视，认为这纯粹是为了取悦用户而进行的低级活动，没有任何实用价值。评价一个应用软件质量高低的唯一标准，就是看它是否具有强大的功能，能否顺利帮助用户完成他们的任务。近年来，随着计算机硬件技术的迅猛发展，计算机的存储容量、运行速度和可靠性等技术性能指标有了显著的提高，计算机硬件的生产成本却大幅度下跌，个人计算机日益普及。新一代的计算机用户，在应用软件的可操作性以及软件操作的舒适性等方面对应用软件提出了更高的要求除期望所用的软件拥有强大的功能外，更期望应用软件能尽可能的为他们提供一个轻松、愉快、感觉良好的操作环境。这表明，人机界面的质量已成为一个大问题，友好的人机界面设计已经成为应用软件开发的一个重要组成部分。 1人机界面的风格分析 这里所指的人机界面的风格，是指计算机系统的用户界面上控制输入的方法，大致经过了四代的演变： 1.1命令语言：在图形显示、鼠标、高速工作站等技术出现之前，现实可行的界面方式只能是命令和询问方式，通信完全以正文形式并通过用户命令和用户对系统询问的响应来完成。这种方式使用灵活，便于用户发挥其创造性，对熟练的用户有很高的工作效率，但对一般用户来说要求高，易出错，不友善并难于学习，它的错误处理能力也较弱。 1.2菜单选项：这种方式与命令行方式相比不易出错，可以大大缩短用户的培训时间，减少用户的击键次数，可以使用对话管理工具，错误处理能力有了显著提高。但使用起来仍然乏味，可能出现菜单层次过多及菜单选项复杂的情形，必须逐级进行选择，不能一步到位，导致交互速度显得太慢。 1.3面向窗口的点选界面此类界面亦称WIMP界面，即窗口(Windows)、图标(Icons)、菜单(Menus)、指示器(PointingDevice)四位一体，形成桌面(Desktop)。这种方式能同时显示不同种类的信息，使用户可在几个工作环境中切换而不丢失几个工作之间的联系，用户可通过下拉式菜单方便执行控制型和对话型任务，引入图标、按钮和滚动杆技术，大大减少键盘输入，对不精于打字的用户无疑提高了交互效率。 1.4自然语言使用自然语言与应用软件进行通信，把第三代界面技术与超文本、多任务概念结合起来，使用户可同时执行多个任务(以用户的观点)。 随着文字、图形、语音的识别与输术技术的进一步发展，多媒体技术在人机界面开发领域内的进一步发展，自然语言风格的人机界面将得以迅速的发展，最终走向实用化。 2人机界面的设计原则 人机界面设计的好坏与设计者的经验有直接有关系，有些原则对几乎所有良好的
人机界面设计指南
文章简要介绍人机界面设计的一些经验，有助于设计者设计出友好、高效的人机界面。下面介绍三类人机界面设计指南： 1、一般交互指南 涉及信息显示、数据输入、系统整体控制，这类是全局性的。下面讲述一般交互指南：（1）保持一致性。菜单、命令输入、数据显示等使用一致格式。 （2）提供有意义、用户可理解、可读的反馈。 （3）执行破坏性动作前要求用户确认。如删除记录。 （4）允许取消、撤销操作。 （5）尽量减少记忆量。不用记忆看到操作界面即可进行下一步操作。 （6）尽量减少按键次数、减少鼠标移动的距离，避免用户问“这是什么意思”的情况。提高行动和思考的效率。 （7）允许操作员犯错误，但是可以恢复。 （8）按功能对动作分类，并据此设计屏幕布局。比如菜单、下拉菜单、右键弹出式菜单。（9）提供必要帮助，包括集成实时帮助和附加帮助文件。 （10）使用简单动词或动词短语作为命令名。 2、数据输入指南 数据输入界面往往占终端用户的大部分使用时间，也是计算机系统中最易出错的部分之一。其总目标：简化用户的工作，并尽可能降低输入出错率，还要容忍用户错误。 这些要求在设计实现时可采用多种方法： （1）尽可能减轻用户记忆，采用列表选择。 （2）尽量减少用户输入动作，按键次数。 （3）使界面具有预见性和一致性。 用户应能控制数据输入顺序并使操作明确，采用与系统环境(如Windows操作系统)一致风格的数据输入界面。 （4）防止用户出错。 在设计中可采取确认输入(只有用户按下键，才确认)，明确的移动(使用TAB键或鼠标在表中移动)，明确的取消，已输入的数据并不删除。对删除必须再一次确认，对致命错误，要警告并退出。对不太可信的数据输入，要给出建议信息，处理不必停止。 （5）提供反馈。 要使用户能查看已输入的内容，并提示有效的输入提示或数值范围。 （6）按用户速度输入和自动格式化。 用户应能控制数据输入速度并能进行自动格式化，对输入的空格都能被接受。 （7）允许编辑。 理想的情况，在输入后能允许编辑且采用风格一致的编辑格式。 （8）数据输入界面可通过对话设计方式，若条件具备尽可能采用自动输入。特别是条码、图像、声音输入。 （9）消除冗余输入。尽可能提供默认值；不要求输入单位；程序可以自动计算的信息绝对不要用户输入；系统自动填入用户已输入过的内容。 3、屏幕显示指南 下面是人机界面显示信息的设计指南：
人机界面(HMI)基础常识
一、人机界面（HMI）产品常识 1、人机界面产品的定义 连接可编程序控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备,由硬件和软件两部分组成。 2、人机界面（HMI）产品的组成及工作原理 人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了HMI产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器。HMI 软件一般分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件（如JB－HMI画面组态软件）。使用者都必须先使用HMI的画面组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。 3、人机界面产品的基本功能及选型指标 基本功能： 设备工作状态显示，如指示灯、按钮、文字、图形、曲线等 数据、文字输入操作，打印输出 生产配方存储，设备生产数据记录 简单的逻辑和数值运算 可连接多种工业控制设备组网 选型指标： 显示屏尺寸及色彩，分辨率 HMI的处理器速度性能 输入方式：触摸屏或薄膜键盘 画面存贮容量，注意厂商标注的容量单位是字节（byte）、还是位（bit） 通讯口种类及数量，是否支持打印功能
4、人机界面产品分类 薄膜键输入的HMI，显示尺寸小于5.7ˊ，画面组态软件免费，属初级产品。如POP－HMI 小型人机界面 触摸屏输入的HMI，显示屏尺寸为5.7ˊ～12.1ˊ，画面组态软件免费，属中级产品 基于平板PC计算机的、多种通讯口的、高性能HMI，显示尺寸大于10.4ˊ，画面组态软件收费，属高端产品 5、人机界面的使用方法 明确监控任务要求，选择适合的HMI产品 在PC机上用画面组态软件编辑“工程文件” 测试并保存已编辑好的“工程文件” PC机连接HMI硬件，下载“工程文件”到HMI中 连接HMI和工业控制器（如PLC、仪表等），实现人机交互 二、人机界面产品问答 1、人机界面与人们常说的“触摸屏”有什么区别？ 从严格意义上来说，两者是有本质上的区别的。因为“触摸屏”仅是人机界面产品中可能用到的硬件部分，是一种替代鼠标及键盘部分功能，安装在显示屏前端的输入设备；而人机界面产品则是一种包含硬件和软件的人机交互设备。在工业中，人们常把具有触摸输入功能的人机界面产品称为“触摸屏”，但这是不科学的。 2、人机界面和组态软件有什么区别？ 人机界面产品，常被大家称为“触摸屏”，包含HMI硬件和相应的专用画面组态软件，一般情况下，不同厂家的HMI硬件使用不同的画面组态软件，连接的主要设备种类是PLC。而组态软件是运行于PC硬件平台、windows操作系统下的一个通用工具软件产品，和PC 机或工控机一起也可以组成HMI产品；通用的组态软件支持的设备种类非常多，如各种PLC、PC板卡、仪表、变频器、模块等设备，而且由于PC的硬件平台性能强大（主要反应在在速度和存储容量上），通用组态软件的功能也强很多，适用于大型的监控系统中。 3、人机界面产品中是否有操作系统？ 任何人机界面产品都有系统软件部分，系统软件运行在HMI的处理器中，支持多任务