最初，大多數(shù)嵌入式 HMI 應(yīng)用程序都致力于在單個(gè)設(shè)備中處理特定任務(wù)。典型的嵌入式 HMI 將用于替換簡(jiǎn)單機(jī)器操作面板上的按鈕、指示燈、模擬儀表和指輪。它將通過低速串行通信鏈路與機(jī)器的控制器（通常是可編程邏輯控制器 （PLC））進(jìn)行通信，并且不會(huì)與其他設(shè)備、控制器或計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。

這些基本嵌入式 HMI 的編程是在 PC 上完成的，編譯后的程序通過串行通信下載到 HMI。嵌入式 HMI 使用專有的操作系??統(tǒng) （OS） 和硬件，這使得成本很高。一旦編程，嵌入式 HMI 就無法修改或更改，除非在 PC 上重新編程、關(guān)閉 HMI 并加載新程序。

盡管存在這些高成本和限制，嵌入式 HMI 在靈活性、性能和成本方面仍然比現(xiàn)有的硬接線操作員界面解決方案有巨大的改進(jìn)。

最顯著的節(jié)省是由于消除了所有操作員界面設(shè)備的 PLC 輸入和輸出。使用硬接線面板安裝的操作員界面設(shè)備，每個(gè)按鈕都需要相應(yīng)的離散 PLC 輸入，每個(gè)燈都由離散 PLC 輸出驅(qū)動(dòng)，每個(gè)儀表都需要模擬 PLC 輸出，每個(gè)指輪和電位計(jì)都連接到模擬 PLC 輸入。 這不僅在前期非常昂貴，而且是一場(chǎng)噩夢(mèng)。

使用硬接線操作員界面，簡(jiǎn)單地添加指示燈需要在外殼前面板上鉆孔，安裝燈及其銘牌，將燈連接回 PLC 輸出，并重新編程 PLC。這假設(shè)有足夠的前面板空間和備用 PLC 輸出。相比之下，重新編程 HMI 和 PLC 以添加額外的指示符號(hào)的任務(wù)相對(duì)簡(jiǎn)單。

對(duì)于需要大量按鈕、燈、儀表和指輪或電位計(jì)的機(jī)器和其他應(yīng)用——所有這些都帶有相應(yīng)的 PLC I/O——嵌入式 HMI 可顯著節(jié)省成本。此外，嵌入式人機(jī)界面可能還能夠提供一些高級(jí)功能，例如趨勢(shì)和圖表，從而可以取代圖表記錄器。

人機(jī)界面演變

為了從孤立的基本機(jī)器操作員界面演變?yōu)楦呒?jí)系統(tǒng)，嵌入式 HMI 利用了推動(dòng) SCADA 系統(tǒng)（即 PC 和 Windows 操作系統(tǒng)）演變的相同技術(shù)變革。

在 1990 年代初期，PC 被引入工廠和工廠，通常在控制室中托管 SCADA 和類似軟件。在本世紀(jì)后期，引入了工業(yè) PC，允許高級(jí) HMI 應(yīng)用程序遷移到工廠車間。

在最初由于 Windows 的實(shí)時(shí)性能差和頻繁重啟導(dǎo)致市場(chǎng)上的一些不情愿之后，這些基于 PC 的高級(jí) HMI 成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，這為專有的 SCADA 和其他高級(jí) HMI 系統(tǒng)敲響了喪鐘。

下一場(chǎng)革命發(fā)生在帶寬和網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)領(lǐng)域。由于以太網(wǎng)功能的擴(kuò)展，帶寬大幅增加，使系統(tǒng)能夠輕松地連接在一起，從而結(jié)束自動(dòng)化孤島。

TCP/IP 等網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的引入以及日益開放的基于 PC 的 SCADA 架構(gòu)使越來越多的遠(yuǎn)程設(shè)備（如筆記本電腦和辦公室 PC）能夠訪問車間信息。

在引入基于 PC 的 SCADA 之后，Microsoft Windows CE OS 平臺(tái)的推出使開發(fā)人員能夠?qū)⒒?PC 的 SCADA 系統(tǒng)中的許多工具和功能提供給各種容量較小的遠(yuǎn)程設(shè)備。結(jié)果，許多供應(yīng)商競(jìng)相構(gòu)建低成本平臺(tái)，從而壓低了硬件價(jià)格。

與此同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)為更廣泛的硬件平臺(tái)之間的信息交換鋪平了道路，包括嵌入式 HMI、PLC 和 SCADA 系統(tǒng)。嵌入式和高級(jí) HMI 軟件包開始提供遠(yuǎn)程訪問功能，首先是從瀏覽器，然后是從應(yīng)用程序。這不僅僅是一個(gè)便利因素，因?yàn)樽尣僮鲉T和管理人員能夠從任何地方查看信息有助于工廠以更少的人力更高效地運(yùn)行。

通過采用 Windows CE 及其嵌入式 Windows 繼任者作為標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)，嵌入式 HMI 的外觀和功能更像是先進(jìn)的基于 PC 和 Windows 的 HMI 軟件包。對(duì)于許多用戶來說，嵌入式 HMI 現(xiàn)在對(duì)于他們的應(yīng)用來說已經(jīng)綽綽有余，允許他們從基于 PC 的 HMI 切換。這導(dǎo)致了巨大的成本節(jié)約，因?yàn)榕c嵌入式 HMI 相關(guān)的一切都便宜得多，包括編程軟件、運(yùn)行時(shí)許可證、年度軟件維護(hù)費(fèi)和目標(biāo)平臺(tái)。

在工業(yè)環(huán)境中使用基于 PC 的 HMI，需要工業(yè) PC 和監(jiān)視器。借助嵌入式 HMI，一個(gè)經(jīng)過工業(yè)強(qiáng)化的平臺(tái)可以扮演同樣的角色，而且成本顯著降低。現(xiàn)代嵌入式 HMI 軟件可以駐留在處理能力、內(nèi)存和其他硬件資源有限的嵌入式平臺(tái)上，但仍提供高級(jí)功能，例如用戶友好的圖形界面、遠(yuǎn)程訪問和實(shí)時(shí)報(bào)告以及關(guān)鍵性能指標(biāo)的趨勢(shì)。

遠(yuǎn)程訪問和用戶友好的界面

工程師和操作員希望他們從個(gè)人設(shè)備獲得的易用性和功能也能出現(xiàn)在他們的工作環(huán)境中，特別是在 HMI 方面。今天的智能手機(jī)和平板電腦設(shè)定了用戶對(duì)無線連接、圖形界面和卓越移動(dòng)性的期望，因此消費(fèi)電子產(chǎn)品正在成為工業(yè) HMI 的主要力量也就不足為奇了。事實(shí)上，許多企業(yè)正在通過制定“自帶設(shè)備”（BYOD） 政策來削減成本，允許生產(chǎn)人員將自己的智能手機(jī)和平板電腦用作移動(dòng) HMI。

HMI 用戶現(xiàn)在呼吁統(tǒng)一所有設(shè)備的操作員界面體驗(yàn)。他們希望 HMI 軟件——無論是嵌入式的還是基于 PC 的——能夠跨多種硬件類型提供相同的儀表板體驗(yàn)，從嵌入式 HMI 屏幕到智能手機(jī)和平板電腦，無論操作系統(tǒng)如何。

作為回應(yīng)，一些嵌入式 HMI 軟件包現(xiàn)在提供這些功能。這些軟件解決方案可以為嵌入式 HMI 設(shè)備創(chuàng)建應(yīng)用程序，這些設(shè)備可以從 PC、其他嵌入式 HMI、智能手機(jī)和平板電腦訪問。

通過提供 HTML5 支持，這些 HMI 解決方案便于訪問主 HMI 屏幕，但尺寸適合支持 HTML5 標(biāo)準(zhǔn)的每個(gè)設(shè)備。HTML5 標(biāo)準(zhǔn)讓用戶擺脫了互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器下載緩慢或等待為其特定設(shè)備創(chuàng)建應(yīng)用程序長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的困境，因?yàn)樗试S嵌入式 HMI 軟件供應(yīng)商快速將應(yīng)用程序推廣到幾乎任何智能手機(jī)或平板電腦。隨著 BYOD 政策變得越來越普遍，HTML5 支持將成為一項(xiàng)要求，因?yàn)楣ぷ魅藛T在工作中使用多種設(shè)備并要求應(yīng)用程序的性能優(yōu)于瀏覽器。

數(shù)據(jù)不僅必須以相同的方式跨設(shè)備呈現(xiàn)以提高工作人員的效率，而且還必須易于訪問和操作。雖然多點(diǎn)觸控技術(shù)看起來像是另一個(gè)“我也是”的功能，但它實(shí)際上幫助用戶執(zhí)行命令的速度比傳統(tǒng)的單點(diǎn)觸控屏幕快三倍。

隨著越來越多的手持設(shè)備被用于檢索信息，用戶需要一種熟悉且快速的方法來與數(shù)據(jù)交互。多點(diǎn)觸控將智能手機(jī)和平板電腦的熟悉功能提供給工業(yè)應(yīng)用，例如滾動(dòng)、縮放、對(duì)象旋轉(zhuǎn)和向下鉆取。多點(diǎn)觸控用戶無需在緊急情況下使用下拉菜單和命令在屏幕之間移動(dòng)浪費(fèi)寶貴的時(shí)間，而是能夠找到必要的信息，然后放大問題區(qū)域并在幾秒鐘內(nèi)進(jìn)行更改。

未來就在我們身邊

HMI 的進(jìn)步擴(kuò)大了工業(yè)自動(dòng)化接口設(shè)備的范圍，隨著應(yīng)用程序變得更加集成，它有可能有一天會(huì)被一個(gè)新術(shù)語所取代，例如可視化。在討論嵌入式 HMI 時(shí)，這種可能性可能更大。

孤立、昂貴和專有的 HMI 功能有限，只有機(jī)器前的用戶才能訪問的時(shí)代正在迅速結(jié)束。今天的嵌入式 HMI 應(yīng)用程序提供了 SCADA 和其他高級(jí) HMI 系統(tǒng)的許多功能，但價(jià)格更具吸引力，特別是對(duì)于需要工業(yè)強(qiáng)化平臺(tái)的工廠車間應(yīng)用程序。

雖然在某些情況下仍需要操作員在車間工作，但與本地控制器和 HMI 通信的遠(yuǎn)程 HMI 設(shè)備的普及將大大提高工人的流動(dòng)性和生產(chǎn)力。這個(gè)未來不會(huì)取代對(duì)人類的需求，而是會(huì)大大增加他們?cè)诙鄠€(gè)工廠和工廠區(qū)域的覆蓋范圍，使他們能夠根據(jù)需要快速應(yīng)用他們的專業(yè)知識(shí)來改進(jìn)運(yùn)營(yíng)。

審核編輯：郭婷