西門子1200寬溫型CPU模塊6AG12141BG405XB0

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西門子HMI人機界面：觸摸屏

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西門子陸續推出了關于programming、關于HMI Style，以及項目的標準化等內容的指南，但是關于HMI design的說明遲遲未見，但是相信不久也會推出發布。

個人興趣的原因，在網絡上狠是查找了一番，也發現了許多與設計相關的文章，多數原文都是英文寫的，感覺這篇寫得有些參考價值，于是就機翻了一下，放到這里與諸位共享一下。

當然西門子一些例程做得也是相當不錯，其風格也很有借鑒和學習價值。

有效的原理圖HMI設計指南

2015年6月18日

儀表板和顯示器，數據可視化，流程制造

大多數現代制造過程由基于計算機的控制和數據采集系統控制和監控。這意味著操作員與過程交互的主要方式之一是通過計算機顯示屏。這些屏幕可以簡單地被動地顯示信息，或者它們可以是交互式的，允許操作員選擇對象并進行改變，然后將其轉發到實際過程。這個人與顯示器交互的界面，以及隨后的過程，被稱為人機界面或HMI。

正如您可以想象的那樣，或者可能已經經歷過，這些界面的設計可能會令人困惑，困難，或者清晰明了。在界面控制大型過程（例如發電廠，煉油廠或紙漿廠）的情況下，HMI盡可能易于理解和簡單是至關重要的。由設計不良的HMI引起的錯誤和誤解至少部分地涉及一些非常嚴重的工業事故。

HMI配置

所有基于計算機的控制系統的供應商都提供軟件來配置顯示器以與其控制器交互。與任何類型的軟件一樣，每個配置包都有其優點和缺點。還有一些供應商不提供控制設備，但專門從流程和流程周圍的業務活動中收集和存儲數據。它們還提供配置包，以便以*的方式向工廠運營中的每個人顯示數據。

HMI分類

對于生產相關過程，HMI屏幕可分為四個基本組：

·基于表格和文本的屏幕 - 數據和狀態值的列表或表格組

·原理圖屏幕 - 數據顯示在實際過程的示意圖中

·趨勢屏幕 - 在圖表上繪制的數據的當前和歷史值與時間的關系

·高性能屏幕 - 通過基本圖形元素增強的當前數據，以傳達更多信息

我們之前討論過這些不同類型的優點和缺點。本討論其余部分的目的是討論設計可能是屏幕類型的正確和不正確的方法，即原理圖屏幕。

原理圖屏幕

對原理圖屏幕有天生的吸引力。如果水箱中的水位增加，如水箱圖像中的移動條形指示器所示，可以直觀地點擊水箱出口處的控制閥并增加水箱的出水流量,降低液位。

任何HMI屏幕的目標都是發展“情境意識”，或者識別過程并理解情況的關鍵要素的能力。在嘗試提高意識并通過原理圖樣式屏幕控制過程的情況下，該屏幕的設計將成為主要因素。以下是大化原理圖HMI屏幕有效性的一些指導原則：

顏色

對顏色的討論必須從選擇“好”背景顏色開始。*采用DCS系統時，所有屏幕的背景顏色根本不是顏色，或者是黑色。黑色具有與幾乎所有其他顏色提供良好對比度的優點，但當時的彎曲CRT屏幕傾向于反射光。為了盡量減少這種情況，許多控制室都變暗了，以容納屏幕。

黑暗房間的問題在于使其他正常任務（例如紙質閱讀和書寫）變得困難。它還會對警覺性產生負面影響，特別是在由于輪班工作而導致睡眠模式中斷的操作員中。

目前的想法是擁有一個更明亮的控制室。為了避免眼睛疲勞，當操作者將他們的視線從整個房間移動到顯示器時，眼睛應變會發生，顯示器應該具有與周圍環境大致相同的發光。灰色背景滿足了這種需求，并且仍然提供了可以看到其他顏色的背景。

當使用顏色時，它應該被*地應用并且應該傳達意義。除了幫助調出異常情況外，大部分應避免使用明亮的原色。靜態容器和設備應以灰色陰影顯示。目標是創建在正常操作下有些無聊的顯示器。在柔和的彩色屏幕上很容易看到閃爍的紅色警報狀況;如果整個屏幕是高對比度，明亮色彩的密集集合將會困難得多。具體而言，紅色不應用于表示設備的“正常”（開/關，打開/關閉）狀態。

如果管道線基于它們包含的材料以顏色顯示，則工藝流程通常更為明顯。例如，殼管式液體加熱器將有四條線連接到它上面。兩條液體管線具有相同的顏色，蒸汽供應管線和冷凝物管線可以各自具有它們自己的不同顏色。

有時顏色可用于描繪過程條件，例如在多效蒸發器組中。在這種情況下，重要的是要知道，特別是為了排除故障，相鄰容器的內部區域處于相同的壓力。柔和的顏色編碼可用于指示處于相同壓力下的容器部分。

一些顯示系統將允許這樣的圖表以兩種模式顯示。在正常操作模式下，容器可以顯示為簡單，不分散注意力的形狀。出于參考目的，用來培訓和故障排除，可以暴露內部構件和壓力顏色編碼。

在設計HMI屏幕時，請記住不要僅僅依靠顏色來顯示異常情況。有些人是色盲，并沒有發現某些顏色差異。只簡單地將值的顏色或值的背景更改為紅色，以顯示警報是不夠的。除了顏色變化外，還應顯示閃爍的邊框或表示警報狀態的符號。

布局

早期的原理圖通常基于過程和儀表圖（P＆ID）。繪制這些圖表作為工程和儀表人員的參考資料;它們的目的不是為了提高運營商的情況意識。基于P＆ID表示過程的一組屏幕可以稱為“平面”。每個屏幕都會非常詳細地顯示該過程的一部分，并且該過程中的下一個屏幕將顯示該過程的下一部分。控制硬件限制鼓勵盡可能多地在每個屏幕上放置數據。

表示流程的更有效方式是使用級別。單個圖表可以顯示單元中的主要設備和重要的過程變量。甚至可能沒有顯示支持設備，如熱交換器和泵。下一級“向下”將包含一組更詳細的視圖，可能更類似于P＆ID，用于概述中顯示的過程的子部分。根據過程的復雜程度，可以使用第三級屏幕來支持二級屏幕中顯示的過程設備。這種方法的目標是避免任何給定屏幕過載。通過在信息樹中向下一級顯示參考屏幕的詳細信息，每個顯示可以保持整潔并且可以快速理解。

示意圖在信息表示中不應過于密集，并且應盡可能地嘗試表示設備的實際物理布局。在成為控制室操作員之前，操作員通常在現場工作。如果蒸餾塔的回流罐位于塔頂附近的平臺上，則應在示意圖中盡可能靠近該位置。它不應該位于屏幕的其他位置，因為列圖標的位置沒有留下足夠的空間將鼓放在正確的位置。應重新繪制整個圖表以反映正確的空間關系。

從字面上描繪設備可能會走得太遠。隨著顯示系統的圖形功能的提高，可以創建逼真的紋理3D設備渲染。3D模型導致漂亮但不實用的顯示器。“增強型”設備描繪不會增加任何價值，但會增加視覺干擾，這會干擾對屏幕上數據的理解。

沿著類似的線思考，一些顯示包提供了向屏幕添加動畫的功能。雖然這可能初看起來很有吸引力，但動畫卻不能創建一個可靠的HMI。我們的眼睛自然會被吸引到動畫中。諸如旋轉泵葉輪或動畫火焰之類的動畫可能會分散操作者的注意力并延遲觀察基于關鍵數據的問題。

總之，簡單的過程原理圖更易于理解，并減少了某人控制錯誤的可能性。

過程值和標簽

在設計原理圖屏幕時，需要考慮動態值和標簽的相對重要性。實時過程值應該比它們之后的單位描述符更突出（更大或粗體字體）。不重要的過程值，例如普通泵的安培數，不應位于較高級別的概覽型屏幕上。此類參考信息應放在較低級別的詳細類型屏幕上。

應使用適當的小數點顯示實時值。如果流量超過每分鐘10加侖，則可能不需要在讀數中每分鐘包含十分之一加侖，因為該流量計可以精確測量該流量。一個次要的，不斷變化的“十分之一”數字通常不會增加情境意識，它會增加整體演示的視覺混亂。

實時數字值可以伴隨圖形元素，例如條形或圓形模擬儀表面。根據屏幕的密度，這些模擬元件可用于顯示當前值與正常范圍和/或操作限制的關系。

設備標簽很有用，特別是對于經驗不足的人，但應該很小。他們不應該支配或混淆屏幕。

實時過程值應該在圖表上正確且明確地定位。原理圖類型屏幕的主要優點之一是幫助操作員可視化過程并正確解釋所呈現的信息。如果連續顯示四個水箱并且屏幕上顯示四個液位，則應在水箱上或水箱上方顯示水位。不應將這些級別收集在一起并放在屏幕一側的“級別”表中。它們也不應該顯示在兩個水箱之間，這使得液位是屬于左側還是右側的水箱產生了模糊性。

*性和導航

如前所述，HMI不僅僅是一個屏幕;它通常是一組屏幕。除了能夠在單個屏幕上快速解釋信息之外，操作員能夠在這些屏幕之間輕松移動是很重要的。為此，屏幕應具有*的設計方法。使用大型控制系統，讓多個人在顯示屏上工作并不罕見。每個人都有自己的方法來顯示信息。但是，作為一個團隊，他們應該嘗試在所有屏幕上保持*的外觀和功能。

操作員如何在屏幕之間導航很重要。一些控制和顯示系統可能對如何訪問屏幕施加限制。然而，一般而言，設計者應該在每個屏幕上保持導航按鈕的數量，功能和位置相同。導航的*性從危機中的運營商的頭腦中消除了一個認知任務。按邏輯層次順序對屏幕進行分組。包括重要屏幕的直接訪問按鈕，例如Overview和Alarm Summary頁面。雖然不是每個頁面都可以單擊或點擊其他每個頁面，但設計目標是小化在屏幕之間移動所需的步驟數。

摘要

將示意性工藝流程顯示屏組合在一起相對容易。有效的HMI設計需要更多的思考和一些遵守既定指南。所提出的大多數指南都是通過艱苦的經驗和/或在人為因素研究中進行測試而開發的。按照這些指南創建的HMI將減少錯誤，提高生產率，重要的是，更安全地操作該過程。

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