人机界面的发展历程和组成结构及工作原理,人机界面如何控制plc?

      一、人机界面简介

　　人机界面（Human Machine InteracTIon，简称HMI），又称用户界面或使用者界面，是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。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。

　　二、人机界面的发展历程

　　1.命令语言用户界面
　　早期的人机界面是命令语言人机界面，人机对话都是机器语言。人机交互方式只能是命令和询问，通信以正文形式通过用户命令和用户对系统询问的方式来完成。这要求惊人的记忆和大量的训练，要求操作者有较高的专业水平。对一般用户来说，命令语言用户界面易出错，不友善且难学习错误处理能力也较弱。因此，这一时期被认为是人机对峙时期。

      2.图形用户界面
　　随着硬件技术的发展以及计算机图形学、软件工程、窗口系统等软件技术的进步，图形用户界面（GraphicUserInterface）产生并得到广泛应用，成为当前人机界面的主流。比较成熟的商品化系统有Apple的Macintosh、IBM的PM（PresentaTIonManag2er）、Microsoft的Windows和运行于Unix环境的X2Window等。图形用户界面也被称为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）。其中，窗口是交互的基础区域，主要包括标题栏、支持移动和大小缩放、菜单栏、工具栏以及操作区。窗口通常是矩形，但现在很多软件把它做成不规则形，以便看上去会更有活力和个性。图标是用于标识某个对象的图形标志，很大一部分来源于术语符号，初次接触时需要记忆，例如小化、关闭等;还有一部分图标来源于生活，比较象形而不必记忆，比如喇叭就是调节音量，房子表示HOME，信封表示邮件等等。菜单是供用户选择的动作命令，在一个软件中所有的用户命令都包含在菜单中。菜单通常要通过窗口来显示，常见类型有工具栏（包括图形工具栏）、下拉式、弹出式（右键菜单）和级联式（多层次的菜单）等。指针是一个图形，用以对指点设备（鼠标或轨迹球）输入到系统的位置进行可视化描述，图形界面指针常用的有箭头、十字、文本输入I、等待沙漏等等。图形用户界面能同时显示不同种类的信息，使用户在几个环境中切换而不失去工作之间的联系，用户可通过下拉式菜单方便地执行任务，在减少键盘输入的情形下，大大提高交互效率。这一时期被认为是人机协调期。

      3.多媒体用户界面
　　多媒体技术的迅速发展为人机界面的进步提供了契机，在原来只有静态媒体的用户界面中，多媒体技术引入了动画、音频、视频等动态媒体，特别是引入了音频媒体，大大丰富了计算机表现信息的形式，拓宽了计算机输出的带宽。同时，多媒体技术的引入也提高了人对信息表现形式的选择、控制能力，增强了信息表现与人的逻辑、创造能力的结合，扩展了人的信息处理能力。借助多媒体用户能提高接受信息的效率，所以，多媒体信息比单一媒体信息具有更大的吸引力，它更有利于人对信息的主动探索。

　　令人遗憾的是，多媒体用户界面虽然在信息输出方面变得更加丰富，但它在信息输入方面仍迫使用户使用常规的输入设备（键盘，鼠标器和触摸屏），即输入是单通道的，输入输出表现出极大的不平衡，这种不足限制了它的应用。虽然多媒体与人工智能技术的结合将改变这种状况，但今天的多媒体用户界面仍处于探索和改进中。此时，多通道用户界面研究的兴起，无疑给解决人机界面的输入输出不平衡带来了更大的希望。

　　4.多通道用户界面
　　20世纪80年代后期以来，多通道用户界面（MulTImodalUserInterface）成为人机交互技术研究的崭新领域，在国际上受到高度重视。多通道用户界面的研究正是为了消除当前图形用户界面———WIMP/GUI、多媒体用户界面通信带宽不平衡的弊病而兴起的。在多通道用户界面中，综合采用视线、语音、手势等新的交互通道、设备和技术，使用户利用多个通道以自然、并行、协作的方式进行人机对话，而机器则通过整合来自多个通道的精确的和不精确的输入来捕捉用户的交互意图，提高交互的自然性和高效性。研究中涉及键盘、鼠标器之外的输入通道主要是语音和自然语言、手势、书写及眼部运动，并以具体系统研究为主。

　　多通道用户界面与多媒体用户界面一道共同提高人机交互的自然性和效率。其中，多媒体用户界面主要关注用户对计算机输出信息的理解与接受的效率问题，而多通道用户界面主要关注用户输入信息的方式及计算机对用户输入信息的理解问题，今天所研究的多通道人机界面所要达到的目标可归纳为：使用户尽可能多地利用已有的日常技能与计算机交互;使人机通讯信息吞吐量更大、形式更丰富，发挥人机彼此不同的认知潜力;吸取已有人机交互技术的成果，与传统的用户界面特别是广泛流行的GUI兼容，使老用户、专家用户的知识和技能得以利用。

　　在人机交互过程中，人不满足于通过屏幕显示或打印输出信息，进一步要求能够通过视、听觉等器官交互，于是有了多媒体用户界面。人们不满足于单通道的输入，要更多的利用嗅觉、触觉以及形体、手势或口令交互，于是有了多通道用户界面。人们还要更自然地“进入”到环境空间中去，形成人机“直接对话”，取得“身临其境”的体验，为此，又有了虚拟现实人机界面

      5.虚拟现实人机界面
　　虚拟现实（VirtualReality）又称虚拟环境（Virtu2alEnvironment），目的是向用户提供身临其境（im2merse）的体验。我们知道，在传统的人机系统中，人是操作者，机器只是被动的反应;在现行的计算机系统中，人是用户，人与计算机之间以一种对话方式工作;然而，自20世纪90年代以来新兴起一种计算机界面理论，该理论认为以对话为基础的人机界面是个错误的发展模式，此模式容易误导缺乏经验的使用者，即使是经验老道的软件设计师也容易被误导而做出难以使用的界面系统。该理论认为，人与电脑间的互动关系不应是人与人之间的对话关系，而应是由人去探索另一个世界，而程序设计的工作便是去创造一个可供探索、游历的世界。即使是一个初学者也可漫步其间，靠着机智与亲手操作，在游历过程中积累点点滴滴的经验。这种理论认为，应将电脑看成是个世界而不是交谈的对象，人机界面研究努力的方向是去缩短人与这个世界的距离。因此，未来的人机交互模式，应该突破屏幕的限制，让使用者直接进入电脑的虚拟空间，直接与3D物体做互动，这就是虚拟现实人机界面理论发展的起点。

      三、人机界面使用方法

　　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。

　　四、HMI人机界面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。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。

      五、HMI人机界面产品的基本功能及选型指标

　　人机界面基本功能：
　　1）设备工作状态显示;

　　2）数据、文字输入操作，打印输出;

　　3）生产配方存储，设备生产数据记录;

　　4）简单的逻辑和数值运算;

　　5）可连接多种工业控制设备组网。

　　人机界面选型指标：
　　1）显示屏尺寸及色彩，分辨率;

　　2）HMI的处理器速度性能;

　　3）输入方式：触摸屏或薄膜键盘;

　　4）画面存贮容量，注意厂商标注的容量单位是字节、还是位;

　　5）通讯口种类及数量，是否支持打印功能。

       六、人机界面如何控制plc

　　人机界面控制：通过plc模拟量输入模块把热电偶的信号转换为控制信号，然后通过算式把信号显示在触摸屏处！这点需要做好温度的控制，简单些的温度控制方式可以用比较指令控制法，但温度控制波动会比较大；另一种温度控制的方法是使用PID控制，通过PID控制指令来控制温度。加热控制的元件选用热电偶，因为它是无触点控制，使用寿命会较长。

　　1、输入采样阶段

　　在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

　　2、输出刷新阶段

　　当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。