工业触摸屏应用技巧，图解实用指南

工业人机界面（Human Machine Interface，HMI），又称触摸屏监控器，是一种智能化操作控制显示装置。工业人机界面以特殊设计的计算机系统（32位RISC CPU芯片）为核心，在STN、TFT液晶显示屏或EL电发光显示器上罩盖触摸屏。

HMI的主要功能有：数据的输入与显示；系统或设备的操作状态方面的实时信息显示；在HMI上设置触摸控件，可把HMI作为操作面板进行控制操作；报警处理及打印。此外，新一代工业人机界面还具有简单的编程、对输入的数据进行处理、数据登录及配方等智能化控制功能。

工业触摸式人机界面是通过触摸式工业显示器把人和机器连为一体的智能化界面。它是替代传统控制按钮和指示灯的智能化操作显示终端。它可以用来设置参数、显示数据、监控设备状态，以曲线/动画等形式描绘自动化控制过程。更方便、快捷、表现力更强，并可简化为PLC的控制程序，功能强大的触摸屏创造了友好的人机界面。触摸屏作为一种特殊的计算机外设，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。

工业触摸式人机界面具有很强的灵活性，可以按照设计要求更换或增加功能模块，扩展性强，可以满足复杂的工艺控制过程，甚至可以直接通过网络系统与PLC通信，大大方便了控制数据的处理与传输，减少了维护量。ROCKWELLPanelViewPlus型工业触摸屏典型结构如图3-3所示。

图3-3 ROCKWELLPanelViewPlus型工业触摸屏典型结构

1.工业触摸式人机界面应用

可编程序控制器（PLC）在工厂自动化中占有举足轻重的地位，技术的不断发展极大地促进了基于PLC为核心的控制系统在控制功能、控制水平等方面的提高。同时对其控制方式、运行水平的要求也越来越高，因此交互式操作界面、报警记录和打印等要求也成为整个控制系统中重要的内容。对于那些工艺过程较复杂，控制参数较多的工控系统来说，尤其显得重要。新一代工业触摸式人机界面的出现，对于在构建PLC工控系统时实现上述功能，提供了一种简便可行的途径。

当HMI用于PLC控制系统时，HMI与PLC之间通过串口以Direct Link（直接连接）方式进行通信。在该方式下，HMI根据要求直接读入PLC的数据或把数据写入PLC相应的地址中。由于内装通信协议，因此无须编制通信程序，只要指定所用PLC类型即指定了通信协议，运行时便可实现通信。因此大大减少了PLC用户程序的负担。在系统设计时，直接指定控制部件与其对应PLC的输入/输出（I/O）、寄存器（R）、中间寄存器（M）的地址，运行时HMI就能自动与PLC进行数据交换。直接读取或改写PLC相应地址的内容，并据此改变画面上显示内容，同时通过对HMI的触摸操作，可向PLC相应的地址输入数据。

整个HMI监控系统采用树形结构，由监控主画面及相应功能子画面组成。在监控主画面下端设有控制功能键，按动功能键可以依次进入相应子画面，执行所需的功能。在每一个子画面中可通过上一页、下一页功能键在同一功能组中进行画面切换，任一子画面都可以通过主画面功能键退回到监控主画面。系统自动采集相关数据，将一些重要生产工艺参数显示在主画面上，便于操作人员的观察。监控主画面上还有生产过程的动态画面显示，在动态画面上以各种形式模拟出主要控制设备的运行情况，例如，光电开关的动作、电磁阀的吸合、电动机的运行停止等，直观、生动地反映出现场的过程，方便操作人员对生产情况、设备工况的了解。显控公司的HMI编程软件Sam Draw3.2提供了丰富的控制部件，例如，按钮部件、画面切换部件、指示灯部件、数据文本显示部件等，实现上述功能只要根据需要选择相应的控制部件，定义好其属性即可。Sam Draw3.2采用监控软件通用模式，所有控制部件的属性通过组态形式完成，以实现相应控制功能。使用Sam Draw3.2内附的图库及绘图工具来构造生产现场的模拟画面，简便易行。内容丰富的绘图工具库，使得画面生动、丰富多彩，而且Sam Draw3.2还支持图片上传以及自定义图库功能，用户可以很方便地将本地图片生成为图库或控件，在以后的组态过程中可以很方便地调用。

此外，充分利用HMI的优势将原先布置在控制柜上的开关、指示灯尽可能地用HMI中的控制部件替代，这样做减少了硬件设备，简化了现场设备间的接线，更重要的是给设计和调试带来诸多方便。

主控系统中有多达近百个参数需要设置，根据控制功能将其分为联锁、横切、横掰、速度、掰边、纵掰及设备参数组，使整个系统的结构更加合理。同时利用HMI触摸操作的特性使参数设置变得极为直观和简便。在参数设定时，点击数字输入控件自动弹出系统的数字键盘进行操作。每个参数在部件属性中定义并分配了相应的PLC地址，当确认后输入的数据将存入PLC指定的地址中。操作完成后，按动ENT键，可消去数字键盘同时完成数字输入。此种设计模式可最大化地利用画面的有效面积。同时每个参数都设有上下限限制，当输入数值超限时，系统将拒绝接受并且不能退出键盘，待输入正确后方可退出。此外对重要的系统设备参数组，为安全起见，可以对参数设置画面设置访问权限，赋予操作人员不同的操作权限，增加系统的安全性。

在系统报警设计时，将故障信息在报警编辑器中编辑好，并在报警记录子画面中设置报警记录显示部件，用于故障信息显示。系统运行发生故障时，HMI根据PLC传送的故障信号，将报警编辑器中对应的故障信息在报警记录子画面中显示出来。同时监控主画面上的“故障”信号灯将闪烁，声响报警。此时操作人员可进入报警记录子画面，根据故障信息查找原因，及时处理。

2.工业触摸式人机界面的相关操作系统

在工业触摸式人机界面系统中，在选择操作系统时，很多时候使用Windows平台，包括：Windows标准平台、Windows嵌入式系统平台。

（1）Windows XPE系统(www.xing528.com)

Windows XP Embedded是以组件化的形式展示Windows强大优势的嵌入式操作系统，它使开发者可以快速地构造先进可靠的嵌入式设备。基于与Windows XP Professional完全相同的二进制文件，Windows XP Embedded包含有超过10000个独立的特性组件，可供开发者选择以达到管理和减小定制的设备镜像大小的最优功能特性。使用Windows XP Embedded构造的常见设备类型包括零售终端、瘦客户机和高级机顶盒。

Windows XP Embedded提供工业领先级的可靠和安全的性能特性，还提供最新的多媒体和Web浏览功能，还包括扩展的设备支持。另外，Windows XP Embedded还加入了最新的嵌入式特性，如支持多重启动和存储、布置、管理操作系统镜像的技术。

由于基于Win32编程模型，Windows XP Embedded使开发者通过使用类似Visual Studio.NET的开发工具和最普通的个人电脑硬件，并且无缝集成桌面应用程序而大大缩短了产品上市时间。

（2）Windows CE系统

Windows CE是一款为嵌入式市场设计的操作系统。它将一个先进的实时嵌入式操作系统与功能强大的开发工具集合在一起，用于快速开发下一代智能互连小型设备。Windows CE有一个完整的操作系统特性集和功能全面的开发工具，包含有供开发者构造、调试和布置定制型设备所需的全部特性。

Windows CE的组件化特性是为下一代要求具备丰富的网络和通信标准、硬实时内核、丰富的多媒体和Web浏览能力，并且小体积的设备而优化设计的。Windows CE的设计可提供以下能力：

1）可伸缩的无线技术用于灵活地连接移动设备。

2）可靠地核心操作系统服务可满足硬实时设计要求。

3）提供跨越设备、个人电脑、服务器和Web服务的丰富个性化体验的创新技术。

4）内容丰富、易于使用的端到端工具集可提高开发者的工作效率。

Windows CE也被设计用来帮助嵌入式开发人员构造将下一代嵌入式设备与现有框架灵活集成的可伸缩平台。比如，使用Windows CE构造的设备使用户可以远程地认证、授权、管理和更新新的应用程序和操作系统服务。

依靠对个人网（PAN）、局域网（LAN）和广域网（WAN）的广泛的无线支持，包括蓝牙和802.11，基于Windows CE的设备可以随时随地地保持互连。对本地和网络安全特性的支持意味着在一个移动的环境下通过这些设备产生、使用、存储和传输数据总是安全的。

Windows CE提供的可靠的核心操作系统服务可满足种类范围宽广的设备的大多数实时嵌入式设计需求。比如，嵌入式开发者使用硬实时操作系统内核支持可实现低延时、有界限的确定的系统性能。

Windows CE用来生成操作系统镜像的平台开发工具叫做Platform Builder（简称PB）。这是一个包含SDK导出工具的集成开发环境，开发者只需要使用它就可以完成全部的新建、编译、调试和布置操作系统运行时镜像的工作。要开发在基于Windows的设备上运行的应用程序，可选择支持本地代码的Microsoft eMbedded Visual C＋＋，或选择支持管理代码的Mi-crosoft Visual Studio.NET。通过使用这些平台和应用开发工具，开发者可以快速构造运行在最新硬件上具有丰富的应用程序的智能型设计。