人机界面——控制器
(安全人机工程学)第6章人机界面设计
控制器设计应便于维护和修理，降低维护成本和时 间。
CHAPTER 04
交互设计
交互方式的类型与选择
文本输入
提供文本输入选项，允许用户通过键盘或手 写输入信息。
语音识别
利用语音识别技术，允许用户通过语音与系 统进行交互。
图形界面
使用图形元素，如按钮、图标和菜单，提供 直观的操作方式。
触摸屏
提供触摸屏界面，使用户能够通过触摸操作 与系统进行交互。
交互界面的设计要素
布局
合理安排界面元素的位置，确 保用户能够快速找到所需功能
。
色彩搭配
选择适当的颜色，以增强界面 的视觉效果和用户体验。
字体选择
使用清晰易读的字体，确保用 户在阅读信息时不会感到疲劳 。
图标与按钮
设计简洁明了的图标和按钮， 以便用户快速识别和操作。
信息可读性
显示信息应清晰、易读，避免产生视觉疲劳和误读。
可视化友好
对于视觉显示，应采用易于理解的图表、符号等可视 化元素，提高信息传达效果。
CHAPTER 03
控制器设计
控制器的类型与选择
1 2 3
机械式控制器
利用机械原理实现控制功能的控制器，如开关、 旋钮等。选择时应考虑其可靠性、耐久性和稳定 性。
提供一定程度的个性化 设置选项，满足不同用 户的习惯和需求。
人机界面设计发展趋势
整合多种交互方式，如语音、手势、 触摸等，提供更加自然和便捷的交互 体验。
将情感因素融入界面设计，增强用户 与界面的情感联系，提升用户体验的 愉悦感和满足感。
智能化
多模态交互
无障碍设计
情感化设计
借助人工智能技术，实现界面的自适 应、智能推荐等功能，提高用户体验。
了解机械工程中的人机界面规范要求
了解机械工程中的人机界面规范要求机械工程中的人机界面规范要求人机界面是指机器（如设备、工具或计算机系统）与人之间进行交互的界面。
在机械工程领域中，人机界面的设计要求十分重要，因为良好的人机界面设计可以提高操作效率、降低错误率，确保工作环境的安全性和舒适性。
本文将介绍机械工程中的人机界面规范要求。
一、界面设计中的人体工程学要求人体工程学是一门研究人员与工作环境之间关系的科学，它涉及到人体测量学、人体生物力学以及人体心理学等领域。
在机械工程中，人体工程学要求的重点在于设计符合人体结构特征的人机界面，以减少人体的不适和疲劳感。
1.1 控制器位置控制器的位置应该便于操作者触及，并且需要保证在操作时不会造成僵硬或过度伸展的姿势。
例如，一些设备的控制器应该放置在操作者自然伸臂范围内，以便于操作者的手在操作时保持舒适的位置。
1.2 按钮和开关设计按钮和开关的大小、形状和布局应该符合人手的操作习惯。
它们应该易于区分，避免产生操作错误。
同时，按钮的触感和声音反馈也是重要的设计考虑因素，可以提供直观的操作体验。
1.3 显示屏设计显示屏的位置和角度应使操作者可以轻松地看到并获取信息，而无需额外的扭动头部或调整身体姿势。
此外，显示屏上的文字和图标大小和颜色应该符合可读性要求，以确保信息的清晰可见。
二、界面设计中的可视化要求在人机界面设计中，可视化是指通过图形、符号、颜色等视觉元素来传达信息和指令。
良好的可视化设计可以提高操作员的理解能力和工作效率。
2.1 图标和符号设计在机械工程中使用的图标和符号应该具有易于理解和识别的特点。
它们应该简洁明了，避免复杂的细节和冗长的文字说明，以便在快节奏的操作中能够迅速传递信息。
2.2 颜色选择颜色的选择应该考虑到人眼对颜色的感知和区分能力。
一般来说，不同颜色的组合应能清晰地传递信息，而不会造成混乱或误解。
此外，还需要注意一些颜色在不同文化和环境下的意义和共识。
三、界面设计中的操作反馈要求操作反馈是指操作者执行某个操作后，系统通过声音、震动或视觉信号等方式给予及时的反馈。
PLC与人机界面HMI的配合使用
PLC与人机界面HMI的配合使用随着自动化技术的发展，PLC（可编程逻辑控制器）和人机界面HMI（Human Machine Interface）已成为现代工业领域中不可或缺的技术。
PLC负责逻辑控制，而HMI则负责与操作员进行交互和监控。
本文将探讨PLC与HMI的配合使用，并探讨其在工业自动化中的应用。
一、PLC与HMI的基本介绍PLC是一种专门设计用于控制工业过程的电子设备。
它能够根据程序的需求，执行各种逻辑操作，如计数、定时、判断等。
PLC的输入和输出接口能够与各种传感器和执行器相连接，实现对工业设备的控制。
HMI是一种用于人机交互的设备，可以通过触摸屏或键盘等方式，使操作员与PLC进行交互。
HMI通常包含一个可视化界面，可以显示各种参数、状态和报警信息等。
操作员可以通过HMI对PLC进行编程、监控和控制。
二、PLC与HMI的配合优势1. 高效可靠：PLC和HMI之间通过串口或以太网等方式进行通信，实时传输数据，确保系统的稳定性和可靠性。
操作员可以直接在HMI上进行设备控制和检测，大大提高了工作效率。
2. 灵活性：PLC的程序可以通过HMI进行编程和修改，无需专业编程人员介入。
这使得操作员能够根据实际需求进行快速调整和改变。
同时，HMI的可视化界面能够直观地显示工艺参数和设备状态，方便操作员进行监控和调试。
3. 故障排除：PLC和HMI协同工作，能够更方便地进行故障排查和维修。
当系统出现问题时，操作员可以通过HMI上的报警信息和参数显示快速定位故障原因，并采取相应的措施进行处理。
4. 数据管理：PLC可以与HMI共同完成数据采集和存储，实现工艺过程的数据管理。
通过HMI可以方便地查看历史数据、生成报表和趋势图，为工艺优化和决策提供数据支持。
三、PLC与HMI的应用场景PLC与HMI的配合使用广泛应用于各种工业自动化领域，以下是一些常见的应用场景：1. 生产线控制：PLC负责监控和控制生产线上的各个设备，而HMI 则提供操作界面，方便操作员进行调试和控制。
PLC与人机界面(HMI)的集成与优化
PLC与人机界面（HMI）的集成与优化随着工业自动化的迅速发展，PLC（可编程逻辑控制器）与人机界面（HMI）的集成变得越来越重要。
本文将探讨PLC与HMI的集成优势以及如何进行优化，以便提高生产效率和操作便捷性。
一、PLC与HMI的基本概念PLC是一种专门用于工业自动化控制的电子设备，它通过编程控制输入输出（IO）设备，实现对机械、电气、液压等工业过程的自动控制。
HMI则是人机界面，通常由屏幕和操作按钮组成，使操作员可以与PLC进行交互，并监视和控制工业系统。
二、PLC与HMI的集成优势1. 实时监控和控制：通过PLC与HMI的集成，操作员可以实时监测生产过程中的各项参数，并通过触摸屏幕进行控制调整，实现精确控制和灵活调节。
2. 信息显示和报警提示：HMI可以直观地显示设备状态、生产统计数据和报警信息，帮助操作员快速了解生产情况，并及时采取措施处理异常情况，避免生产中断和设备损坏。
3. 数据采集和记录：通过PLC与HMI的集成，可以实现对生产数据的采集和记录，为管理人员提供准确的生产数据和报表，帮助他们进行决策分析和生产优化。
4. 灵活性和可扩展性：PLC与HMI的集成使得系统更加灵活和可扩展，可以根据生产需求进行定制，添加新的功能模块和界面，以适应不断变化的工艺和市场需求。
三、PLC与HMI集成的优化策略1. 界面设计优化：HMI界面应设计简洁直观、操作友好，避免过多繁杂的图表和文字，确保操作员能够快速理解和使用。
同时，界面颜色和布局应合理搭配，提高可视化效果和信息传递效果。
2. 数据传输优化：PLC与HMI之间的数据传输应考虑实时性和稳定性，使用高速传输方式和可靠的通信协议，减少延迟和数据丢失，确保监控和控制的准确性。
3. 报警管理优化：HMI的报警系统应能够准确识别和分类设备的异常情况，并及时发出警报，方便操作员快速定位和解决问题。
报警信息的处理和记录也应方便管理，并可追溯和分析。
4. 远程监控和控制优化：通过网络技术和远程访问，实现对PLC和HMI系统的远程监控和控制，提高管理人员的工作效率和生产的灵活性。
PLC与人机界面(HMI)的集成与应用
PLC与人机界面（HMI）的集成与应用PLC（可编程逻辑控制器）和人机界面（HMI）是现代自动化系统中常见的两个关键组成部分，它们之间的集成与应用对于实现高效的工业控制至关重要。
本文将从几个方面探讨PLC与HMI的集成与应用，并介绍其在工业控制领域的重要性。
一、PLC与HMI简介PLC是一种专门用于控制工业过程和机器的计算机设备。
它通过预先编程的指令，根据输入信号采取相应的控制动作，控制输出信号的状态。
PLC具有可靠性高、可编程性强、扩展性好等特点，被广泛应用于制造业、自动化工程等领域。
HMI是指人与机器之间进行交互的界面，通常由触摸屏和相应的软件组成。
人机界面的主要功能是显示和操作PLC系统的各种信息，包括实时数据、报警信息、设备状态等。
通过直观、友好的界面，操作人员可以方便地控制和监测工业系统的运行状态。
二、PLC与HMI的集成方式1. 直接连接方式最简单的集成方式是将PLC和HMI直接连接在一起。
PLC通过一个特定的通信模块与HMI进行通信，实现数据的传输和控制的交互。
这种方式适用于小型控制系统，但对于大型系统来说，直接连接方式可能导致数据传输速度慢、容错性差等问题。
2. 以太网连接方式采用以太网连接方式可以克服直接连接方式的局限性。
通过以太网通信，PLC和HMI可以实现高速稳定的数据传输。
此外，以太网连接方式还支持远程监控和管理，方便维护人员对系统进行远程操作。
3. 使用总线通信方式使用总线通信方式是集成PLC和HMI的一种常见方式，常见的总线通信协议包括Profibus、Modbus、CAN等。
通过总线通信，PLC和HMI可以实现多路通信，提高系统的扩展性和灵活性。
三、PLC与HMI的应用1. 自动化生产线控制在自动化生产线上，PLC和HMI的集成应用十分广泛。
通过PLC控制器对生产线各个步骤进行编程，再通过HMI界面，操作人员可以实时监测生产状态、设备运行参数，并可以进行相关参数的调整和控制，从而提高生产效率和产品质量。
自动化控制系统的组成部分及作用
自动化控制系统的组成部分及作用自动化控制系统是利用计算机技术和控制理论相结合，实现对生产过程、设备和系统的自动控制和管理的系统。
它由多个组成部分构成，每个部分都有不同的作用和功能。
本文将详细介绍自动化控制系统的组成部分及其作用。
1. 传感器和执行器：传感器是自动化控制系统的重要组成部分，用于感知和采集被控对象的信息，如温度、压力、流量等。
传感器将感知到的信息转换为电信号，并传输给控制器进行处理。
执行器则根据控制器的指令，将电信号转换为相应的力、速度或位置控制信号，控制被控对象的运动或动作。
传感器和执行器的作用是实现自动化控制系统与外部环境的信息交互和物理控制。
2. 控制器：控制器是自动化控制系统的核心部分，它接收传感器采集到的信息，经过处理和分析后，生成控制信号，并将控制信号发送给执行器，实现对被控对象的控制。
控制器根据预设的控制策略和算法，对系统状态进行监测和调节，以达到所需的控制目标。
不同类型的自动化控制系统采用不同的控制器，如PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。
3. 人机界面：人机界面是自动化控制系统与操作人员之间的交互界面。
它通过显示屏、键盘、触摸屏等设备，将系统状态、参数设置、报警信息等信息直观地展示给操作人员，同时接收操作人员的指令和参数设定。
人机界面的作用是实现操作人员对自动化控制系统的监控、控制和管理，提高系统的可操作性和人机交互效率。
4. 通信网络：通信网络是自动化控制系统中各个组成部分之间进行信息传输和共享的媒介。
它可以是局域网、广域网或互联网等不同类型的网络，通过有线或无线通信方式实现设备之间的数据交换和远程访问。
通信网络的作用是实现不同设备之间的数据传输和共享，使得自动化控制系统能够实现分布式控制和远程监控。
5. 数据存储与处理：数据存储与处理是自动化控制系统中的重要环节，它涉及到对大量的数据进行采集、存储和处理。
自动化控制系统可以通过采集和存储历史数据，进行数据分析、建模和优化，从而改进控制策略和算法，提高系统的控制性能和效率。
可编程控制器与人机界面
知识链接三 ：昆仑通态触摸屏TPC7062K
注：查找触摸屏TPC7062K的相关资料
• 知识链接四： MCGS嵌入版组态软件
MCGS嵌入版组态软件是昆仑通态公司专 门开发用于mcgsTpc的组态软件。
MCGS嵌入版组态软件与其他相关的硬件 设备结合，可以快速、方便的开发各种 用于现场采集、数据处理和控制的设备。
出安装程序窗口。点击“下一步”，启动安 装程序。
按提示步骤操作，随后，安装程序将提示指定
安装目录，用户不指定时，系统缺省安装到 D:\MCGSE目录下，建议使用缺省目录，如 图所示，系统安装大约需要几分钟；
• MCGS嵌入版主程序安装完成后，继续安 装设备驱动，选择“是”；
• 点击下一步，进入驱动安装程序，选 择所有驱动，点击下一步进行安装；
选择好后，按提示操作，MCGS驱动程序 安装过程大约需要几分钟；
安装过程完成后，系统将弹出对话框提示 安装完成，提示是否重新启动计算机， 选择重启后，完成安装。
安装完成后，Windows操作系统的桌面上 添加了如下图所示的两个快捷方式图标， 分别用于启动MCGS嵌入式组态环境和 模拟运行环境：Leabharlann (2)连接TPC7062K和PC机
如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集 模块，无纸记录仪、无人值守的现场采 集站、人机界面等专用设备。
1、MCGS嵌入版组态软件的主要功能 （1）简单灵活的可视化操作界面 （2）实时性强、有良好的并行处理性能 （3）丰富、生动的多媒体画面 （4）完善的安全机制 （5）强大的网络功能 （6）多样化的报警功能 （7）支持多种硬件设备 特点：MCGS嵌入版组态软件具有与通用
• 知识链接二 ： 触摸屏
触控屏（Touch panel）又称为触控面板 起源于20世纪70年代，目 前触摸屏的应用范围从工 业用途的工厂设备的控制 /操作系统、公共信息查询 的电子查询设施、商业用 途的银行自动柜员机、工 控机等，迅速扩展到手机、 PDA、GPS、PMP(MP3， MP4等），甚至平板电脑 （Tablet PC）等大众消 费电子领域。
人机界面设计的知识结构图
减小手指的重复劳动
音响及报警装置 言语显示装置
听觉显示 器设计
显示器设计
触觉显示 器设计
控制—显示组合设计
控制--显示的空间相合性 控制--显示的运动相合性
受力
累积损伤疾病 及其原因
重复 姿势 休息
累积损伤疾病与 工具设计
与手有关的累 积损伤疾病
避免静肌负荷
手握式工具 设计原则
保持手腕伸直 使组织压迫最小
人机界面设计
人机界面概述
控制器的分类
计要求
控制器的外形结构 控制器的阻力
控制器的偶发启动
手动控制器的设计（旋钮、按 钮、扳动开关、控制板）
主要控制器 的设计
脚动控制器的设计 （脚踏板、脚踏钮）
控制--显示比
信号灯显示设计 仪表显示器
标志符号的设计 荧光屏显示设计
视觉显示 器设计
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O O O O O O O O O O O O O
各种控制装置的使用情况比较
使用 情况 需要 的空 间 编码 视觉 辨别 位置 触觉 辨别 位置 按钮 旋钮 旋转 跨钮 旋纽 开关 中 好 纽子 手摇 开关 把 小 较好 操纵 杆 子轮 踏板
小 好
小-中 较小 好 差
中-大 中-大 较好 好
大 较好
• 2．大小编码 3．位置编码 4．色彩编码 5．符号编码 • 控制器上的编码（汽车门）
四、操作控制系统的安全因素
• l．操作误差的种类
• 1）置换差错。 2）调节错误。 • 3）逆转错误。 4）无意的操作错误。
2．操作误差的相关因素
• 1）手套 2）鞋 3）工作服
• 工作服装的作用： ①保证人的生命得以正常维持。 ②为生产劳动提供最大的方便，有利于提 高工作效率。 ③保障操作系统安全。
美国空军常用的控制器形状编码
海军雷达系统中常用的控制钮
常用的旋钮控制器
• 连续旋转钮 （控制范围超过360o）， 见图（a）（b）； • 部分旋转钮 （控制范围不超过360o）， 见（c）； • 定位指示旋钮 （控制范围有固定的边界限范围 有固定的边界限制） 见图（d）。
（a）
（b）
（c）
Mirror-image controls
控制器的设计原则
• 一. 习惯问题 • 1. 当控制器向右方移动时, 圆形的或水平的显示器的指 针也应向左移动. 在 • 直方向显示器, 指针应向上移动. • 2. 当控制器向上或向前运动时, 指针应向上或向右运 动. • 3. 右手转或顺时针转意味着增加, 所以显示器也应该 显示增加. • 4. Hoyos推荐对于圆盘移动式显示器, 当控制器向右 移动时, • 刻度应向右移动, 但是刻度从左到右应是增加的, 这样向右转可以使读数增大. • 5. 当控制器向上, 向前, 或向右移动时, 显示器的读数 应增大, 或开关应当在'开'的位置, 为了使读数减少, 或关 掉开关, 控制器的手柄应向内, 或向左, 或向下移动,.
3．控制器的选择原则
• 1）快速而精确度高的操作一般采用手控或指控 装置，用力的操作则采用手臂及下肢控制； 2）手控制器应安排在肘和肩高度之间且容易接 触到的位置，并且易于看见； 3）紧急制动的控制器要尽量与其他控制器有明 显区分，避免混淆； 4）控制器的类型及方式应尽可能适合人的操作 特性，避免操作失误。
小区域连续性装置 大区域连续性装置
用于追踪的控制装置选择
追踪信号的运动形 适宜的控制器类型 式 圆形 圆形转动 直线 圆形转动 直线 直线移动 圆形 直线移动 方案比较 最好 好 中等 一般
一、控制器信息的反馈
• • • • 1）光显示。 2）振动变化。 3）音响显示。 4）操纵阻力。
不同控制器所要求的最小阻力
建议使用的控制器 按钮、踏钮、拨动开关、摇动开关 按钮、拨动开关、旋钮、选择开关
同心成层旋钮、键盘、拨动开关、旋转选 择开关 25 个以上分开的装置 键盘 小区域的连续装置 旋钮
较大区域的连续装置
2 个分开的装置 4 个分开的装置 4 － 24 个分开的 装置
2 个分开的装置
3－24 个分开的装置
曲柄 扳手、杠杆、大按钮、踏钮 扳手、杠杆 手轮、踏板、杠杆 大曲柄
操纵阻力的变化
习惯
• 1. 当控制器向右方移动时, 圆形的或水平的显示 器的指针也应向左移动. 在直方向显示器, 指针应 向上移动. • 2. 当控制器向上或向前运动时, 指针应向上或向 右运动. • 3. 右手转或顺时针转意味着增加, 所以显示器也 应该显示增加. • 4. Hoyos推荐对于圆盘移动式显示器, 当控制器向 右移动时, • 刻度应向右移动, 但是刻度从左到右应 是增加的, 这样向右转可以使读数增大. • 5. 当控制器向上, 向前, 或向右移动时, 显示器的 读数应增大, 或开关应当在‘开’的位置, 为了使 读数减少, 或关掉开关, 控制器的手柄应向内, 或向 左, 或向下移动。
大 差
可
好
差
好
好
可
好
较好
差
可
较好
较好
较好
一排 类似 控制 装置 的检 查 一排 控制 装置 的操 作 合并 控制
差 好 差 好 好 差 好 差 差
好 差 差 差 好 差 好 差 差 较 好 好 差 好 差 好 好 差 好
不同工作情况下选择控制装置的建议
工作情况
操 纵 力 较 小 情 况 操 纵 力 较 大 情 况
二、控制运动方向与系统的关系
操纵控制与 系统反应 的对应方向
操作准确性与控制器操纵方向及系统反应方向关系
系统反应方 向 控制器操作 方向 向上 向前（离开 自己） 从下往上 向侧面（向 左和向右） 操作错误数占实验总数的百 分数 单手操作 双手操作 5.0 7.0 7.5 11.7 11.3 13.3 8.8 15.3 18.5 19.8
向后（向自 己） 向下
控制器的编码
• • • • • • • 1. 形状编码. 2. 大小编码. 3. 位置编码. 4. 颜色编码. 5. 标号编码. 6. 安置. 7. 结构和材料.
三、控制器编码
• 1．形状编码 • 1）形状编码要尽量简单易识别。实验证明，简 单的形状要比复杂形状识别的准确性高，易记忆， 识别速度快。 2）形状编码的形态设计要尽量与其使用功能的 特点相吻合，以使人容易识别控制器的功能和用 途。 3）控制器的形状编码的手感要好，不会引起人 的不舒适；当戴手套操作时，也应能较好地分辨 和使用。
控制器类型 手动按钮 扳动开关 旋转选择开关 旋纽 摇柄 手轮 手柄 脚动按钮 脚踏板 所需最小阻力 2.8 2.8 3.3 0～1.7 9～22 22 9
5.6( 如果脚停留在控制器上 ) 17.8( 如果脚不停留在控制器上 ) 44.5( 如果脚停留在控制器上 ) 17.8( 如果脚不停留在控制器上 )
控制器的类型及选择
• 一、控制器的类型 • 1．按操纵方式划分 1）手动控制器 2）脚动控制器 • 2．按控制器的功能划分 1）开关控制器。 2）转换控制器。 3）调整控制器。 二、控制器的选择 4）制动控制器。 • 1．按功能选择 3．其他控制器
• 各种控制装置的使用功能
控制装置名 称 按钮 钮子开关 旋钮选择开 关 旋钮 踏钮 踏板 曲柄 手轮 操纵杆 键盘 启动 O O 不连续调节 O 使用功能 定量调节 连续控制 输入数据