人机界面的功能及工作原理

人机界面最基本的功能是显示现场设备（通常是plc）中的开关量状态和存储器中数字变量的值，用监控画面向 PLC 发出开关量命令，以及修改 PLC 存储器中的参数。

1. 对画面组态

“组态” （Configuration） 一词有配置和参数设置的意思。 人机界面用个人计算机上运行的组态软件来生成满足用户要求的监控画面， 用画面中的图形对象来实现其功能， 用项目来管理这些画面。

使用组态软件可以很容易地生成人机界面的画面， 用文字或图形动态地显示 PLC 中的开关量的状态和数字量的数值。 通过各种输入方式， 将操作人员的开关量命令和数字量设定值传送到 PLC。 画面的生成是可视化的， 一般不需要用户编程， 组态软件的使用简单方便，很容易掌握。

在画面中生成图形对象后， 只需要将图形对象与 PLC 中的存储器地址联系起来， 就可以实现控制系统运行时 PLC 与人机界面之间的自动数据交换。

画面由组成背景的静态对象和动态对象组成。 静态对象包括静态文字、 数字、 符号和静态图形， 图形可以在组态软件中生成， 也可以用其他绘图软件生成。

动态对象用与 PLC 内的变量相连的数字、 图形符号、 条形图或趋势图等方式显示出来。在运行时， 可以用功能键来切换画面。 还可以组态人机界面监视 PLC 的报警条件和报警画面， 以及报警发生时需要打印的信息。

2. 人机界面的通信功能

人机界面具有很强的通信功能， 有的配备有多个通信接口。 使用各种通信接口和通信协议， 人机界面能与各主要生产厂家的 PLC 通信， 以及与运行组态软件的计算机通信。 通信接口的个数和种类与人机界面的型号有关。 西门子现在的人机界面设备基本上都有以太网接口， 此外有的还有 RS-485 串行通信接口 （简称串口） 和 USB 接口。 串口可以使用 MPI/PROFIBUS-DP 通信协议。 可以实现一台触摸屏与多台 PLC 通信， 或者多台触摸屏与一台PLC通信。

3. 编译和下载项目文件

编译项目文件是指将建立的画面和设置的信息转换成人机界面可以执行的文件。 编译成功后， 需要将组态计算机中的可执行文件下载到人机界面的 Flash EPROM （闪存） 中， 这种数据传送称为下载 （见图）。 为此首先应在组态软件中选择通信协议， 设置计算机侧的通信参数， 同时还应通过人机界面的控制面板设置人机界面的通信参数。

4. 运行阶段

在控制系统运行时， 人机界面和 PLC 之间通过通信来交换信息， 从而实现人机界面的各种功能。 不用为 PLC 或人机界面的通信编程， 只需要在组态软件中和人机界面中设置通信参数， 就可以实现人机界面与 PLC 之间的通信。

5. 人机界面的操作与维护

只能用手指或触摸笔触摸 hmi 设备的触摸屏， 只能使用手指操作 HMI 设备的薄膜按键。 使用坚硬、 锋利或尖锐的东西， 或采取粗重的方式操作触摸屏和按键， 可能大大降低其使用寿命， 甚至导致完全毁坏。

HMI 设备是为免维护操作而设计的。 尽管如此， 触摸屏或键盘保护膜和显示器都必须定期清洁。 在清洁前， 应关闭 HMI 设备， 以避免意外触发功能。

可以使用有清洁剂的湿润的布来清洁设备， 只能使用少量液体皂水或屏幕清洁剂， 不要将清洁剂直接喷在 HMI 设备上， 要用布蘸上使用。 不要使用有腐蚀性的溶剂或去污粉， 清洁时不要使用压缩空气或喷气鼓风机。

为了在 HMI 设备通电和运行项目时也可进行清洁， 组态工程师可以组态一个操作员控制对象 （例如按钮）， 来调用 “清洁屏幕” 功能。 “清洁屏幕” 功能被激活之后， 在组态的时段内， 将锁定触摸屏操作和功能键操作。 组态工程师可以将操作锁定5～30s。 用进度条指示到操作锁定结束时剩余的时间。

HMI 设备本身一般不提供屏幕使用的保护膜， 可以订购 HMI 设备的保护膜。 保护膜是一种自粘膜， 可以防止刮擦和弄脏屏幕， 取下保护膜时屏幕上不会留下任何粘留物。禁止使用锋利或尖锐的工具 （例如刀等） 取下保护膜， 这可能会损坏触摸屏。