人机交互技术与智能界面设计（基础篇）课件 项目1 初识HMI

人机交互技术与智能界面设计（基础篇）01PART/ONE初识HMI目录任务1.2HMI的发展趋势及特点任务1.3HMI产品的组成与作用CONTENTS任务1.1了解HMI的发展历程

任务1.4

汇川HMI产品

目标类型具体内容知识目标1.了解工业自动化在技术革新与经济发展层面的推动作用。2.了解HMI产品需求的变化。3.了解HMI的发展历程和产品升级情况。4.掌握HMI的软硬件组成。技能目标1.掌握不同型号HMI的应用条件。2.熟悉汇川HMI产品，能根据需求进行产品选型。素养目标了解工业生产中人机是如何进行交互的，直观感受数字化带来的便利，为将来步入岗位、成长为一名工匠型人才奠定基础。教学目标任务1.1了解HMI的发展历程任务描述1.探究工业自动化发展背景2.探究HMI

产生背景及技术支撑5.了解工业自动化及HMI

在特定行业的实际应用4.掌握基于HMI

的设备运行数据处理与分析应用3.了解HMI

功能特点及作用1.早期自动化技术的应用20世纪初，电气技术发展，如电动机应用，为工业动力传输和简单机械控制提供新手段。例如，电动机驱动输送带，实现初步机械化、自动化，减轻人力负担。2.电子技术与计算机技术助力20世纪中叶后，电子管等发明推动自动化技术进步。计算机诞生意义重大，可精确控制和处理工业生产数据。如化工生产中，计算机可监测参数并自动调整生产条件，确保生产稳定高效。1.1.1工业自动化发展背景1.1.1.1

技术发展推动任务1.1了解HMI的发展历程1.1.1.2经济发展需求1.提高生产效率2.

降低生产成本全球经济发展，市场对工业产品需求增加。人工生产难以满足大规模、高效率要求。工业自动化采用先进设备和系统，实现生产快速、连续运转，提高效率。如汽车制造，自动化生产线提升组装速度，组装时间大幅缩短。一方面，自动化减少人工依赖，降低人力成本。另一方面，自动化精确控制原材料和能耗，减少浪费，降低生产成本。如钢铁生产，自动化系统精确配料，避免原材料过度消耗，优化设备参数，降低能耗。任务1.1了解HMI的发展历程1.1.1.3社会因素影响社会教育提升，人们倾向知识及服务型工作，传统工业招工难。工业自动化可缓解劳动力短缺。2.

安全生产需求1.

劳动力结构变化危险工业环境如煤矿、化工有毒区，人工操作安全风险大。自动化可远程控制和无人作业，保障工人安全。如煤矿用自动化设备，工人可在地面操作监控。任务1.1了解HMI的发展历程1.1.1.4市场竞争驱动2.产品更新换代加快1.

产品质量提升自动化生产系统按标准操作，减少误差，生产稳定产品。在电子设备制造行业，自动化生产线确保精度，提高产品质量。市场需求要求企业调整生产。工业自动化可实现改造和切换，帮助企业竞争。如服装企业用自动化设备调款式，推新品。任务1.1了解HMI的发展历程1.1.2HMI的产生与定义1.1.2.1

早期工业需求催生1.大量交互需求工业生产中，设备和流程复杂，操作人员需便捷了解设备、监控生产并控制设备。传统方式无法满足精细化管理需求。如化工装置中，分散仪表盘难让操作人员掌握生产状况，手动操作效率低且易出错。2.精细化生产需求允许在触摸屏上精确设置设备参数，如电机转速、加热功率、阀门开度等，精度需满足生产需求。可快速切换参数方案，确保生产灵活精准。任务1.1了解HMI的发展历程1.1.2.2技术发展奠定基础计算机技术、电子显示技术及通信技术等的不断发展为HMI

(人机界面)的产生提供了

坚实的技术支撑。计算机强大的运算和数据处理能力可以对大量的工业生产数据进行分析、

处理并以直观的形式呈现出来；电子显示技术使高分辨率、可视化效果好的屏幕得以实现，能够清晰展示复杂的图形、图表等信息；通信技术保证了设备与控制终端(即人机界面)之

间的数据传输，使操作人员能远程获取设备数据并发送控制指令。例如，早期的阴极射线管

(Cathode

Ray

Tube,CRT)显示器到后来的液晶显示器

(Liquid

Crystal

Display,LCD)等的发展，为HMI

提供了良好的可视化显示载体，而不断进步的网络通信协议确保了数据在工业环境中的可靠传输。任务1.1了解HMI的发展历程HMI可展示机器运行状态信息（如温度、速度、压力、故障代码）给操作人员。例如，在自动化流水生产线上，HMI能实时显示工位设备运行情况。1.信息显示操作人员可通过HMI输入设备（触摸屏、按键、鼠标等）向机器发送控制指令，实现启动、停止、调速、参数设置等操作。例如，在数控机床中，可通过HMI设置加工参数并控制机床启停。2.

操作控制HMI处理分析设备运行数据，如统计运行时长、故障频率等，为操作人员提供参考，助其管理维护设备。在电力系统监控中，HMI分析变电站设备数据，得出负载率趋势等信息，辅助运维。3.

数据处理与分析HMI,即人机界面

(Human

Machine

Interface),是一种在人与机器之间实现信息交互的设备或软件系统。它主要具备以下功能特点。任务1.1了解HMI的发展历程文本显示器的局限文本显示器展示能力有限。工业自动化提升，数据量增大，需更直观展示助人员掌握生产状态。如大型工业控制系统，文本难以清晰呈现信息，LCD屏幕可图形化展示，提高信息可读性。LCD的优势LCD分辨率高、清晰度高、色彩丰富，能满足工业复杂信息展示需求。可显示实时数据曲线、工艺流程图等，帮助操作人员了解生产过程，及时调整。1.1.3HMI的演变过程1.1.3.1

演变原因1.功能需求的提升1)信息展示需求增加任务1.1了解HMI的发展历程文本显示器输入操作烦琐易错，无法满足频繁快速操作的工业场景要求。文本显示器操作不便电容屏支持多点触控，操作灵活、响应快，提高便捷性和效率。操作人员可滑动、缩放、点击完成设置、查询等任务。LCD屏与电容屏结合，提供直观便捷的操作体验。电容屏和LCD的优势02012)操作便捷性要求提高任务1.1了解HMI的发展历程2.

技术进步的推动

工业机器人本体LCD技术的成熟：LCD成本降低，性能提升。CRT体积大、重、功耗高，效果差。LCD取代CRT成为主流，用于工业领域。电容屏技术的兴起：电容屏技术为工业HMI带来新机遇。电容屏灵敏度高、触摸精准，制造工艺改进、成本降低，应用越来越广。

1)显示技术的发展

2）处理器性能的提升工业HMI需要处理大量实时数据和图形信息，对处理器性能要求高。处理器技术进步，性能提升，满足工业HMI需求，为其演变提供技术支持。任务1.1了解HMI的发展历程1)抗干扰能力的增强工业环境有电磁干扰、灰尘、振动等，对HMI稳定性和可靠性要求高。电容屏和LCD采用抗干扰技术和防护措施，能适应工业环境。文本显示器抗干扰能力弱，易在复杂工业环境中出故障。3.

工业环境的适应性要求2)耐用性的提高工业HMI对设备耐用性要求高。电容屏和LCD经优化，耐用可靠，满足工业长期使用需求。如工业级LCD屏幕采用高强度玻璃和金属外壳，抗冲击磨损。任务1.1了解HMI的发展历程1)早期简单显示工业自动化初期，HMI以文本显示器为主，如图1.1所示。采用单片机控制，图形化显示弱。由数码管、液晶显示屏等组成，仅显示有限文字信息。操作人员需通过代码或按键获取信息，操作复杂不直观。2)功能改进与应用拓展技术发展使文本显示器功能增强，显示信息更丰富准确。在简单工业控制场景中，因其成本低、可靠性高仍广泛应用。但复杂工业流程和需直观操作场景中，其局限性明显。1.1.3.2HMI演变过程1.

文本显示器阶段图1.1

文本显示器任务1.1了解HMI的发展历程2.

电容屏兴起阶段电容屏HMI在工业自动化等领域应用广泛，可用于监控和操作生产流程，切换参数和模式，也可随时监控和管理设备，提高效率和管理灵活性。2)在工业领域的应用发展电容屏技术引入工业HMI领域。电容屏(见图1.2)灵敏度高、可多点触控、操作流畅，实现灵活便捷操作。操作人员可触摸屏幕图形元素快速操作和设置参数，提高人机交互效率和便捷性。与文本显示器相比，电容屏操作更符合人类习惯，降低学习成本和操作难度。1)技术引入与优势体现图1.2

电容屏任务1.1了解HMI的发展历程3.LCD发展阶段2)在工业HMI中的广泛应用工业自动化中，LCD成为主流显示技术。人员可查看设备信息并操作。LCD技术推动HMI智能化，高端设备集成多项功能，支持生产管理。1)技术成熟与特点优势LCD(见图1.3)技术成熟，在工业HMI领域应用广泛。LCD体积小、质量轻、功耗低、显示清晰、色彩丰富，比CRT更适合工业环境，视觉效果更好，便于获取信息。LCD分辨率不断提高，能显示更细腻图像和文字。图1.3

LCD任务1.1了解HMI的发展历程知识测验一、不定项选择题1.工业自动化发展的推动因素包括以下()方面。A.技术发展推动B.经济发展需求C.社会因素影响D.市场竞争驱动2.20世纪中叶以后，以下()发明极大地推动了自动化技术的进步。A.电子管B.晶体管C.集成电路D.电动机3.工业自动化在降低生产成本方面的体现有()。A.减少对大量人工劳动力的依赖，降低人力成本支出B.更加精确地控制原材料的使用，减少浪费C.优化设备运行参数，降低能源消耗D.提高产品质量，降低次品率4.HMI的产生是基于以下()早期工业需求。A.大量交互需求B.精细化生产需求C.降低生产成本需求D.提高产品更新换代速度需求5.以下()技术的发展为HMI的产生提供了坚实的技术支撑。A.计算机技术B.电子显示技术C.通信技术D.机械制造技术任务1.1了解HMI的发展历程6.HMI的功能特点包括()。A.信息显示B.操作控制C.数据处理与分析D.产品设计与研发7.在信息呈现与监控方面，HMI能实现以下()功能。A.实时状态显示B.故障报警与提示C.历史数据查阅D.设备故障修复8.关于HMI的操作控制便捷化功能，以下说法正确的是()。A.具有远程操作功能B.可方便地进行参数设置与调整C.能提供操作流程引导D.可以直接生产产品9.工业HMI从文本显示器向电容屏和LCD演变的过程中，关于信息展示方面的意义，以下说法正确的是()。A.文本显示器能清晰展示复杂的图形信息，而电容屏和LCD主要用于简单文字显示B.电容屏和LCD的出现主要是为了让工业HMI外观更美观，与信息展示关系不大C.由于工业生产数据量增多，需要更直观的展示方式，LCD凭借高分辨率、色彩丰富等优势可更好呈现如实时数据曲线等复杂信息，满足需求D.信息展示在工业HMI的演变中不是关键因素，操作便捷性才是最重要的任务1.1了解HMI的发展历程二、问答题1.简述经济发展需求是如何推动工业自动化发展的。2.请说明HMI的定义及其主要功能特点。3.在工业自动化中，社会因素对其发展产生了哪些影响?4.阐述工业自动化是如何通过技术发展推动而逐步发展起来的。5.请阐述工业HMI从文本显示器向电容屏和LCD演变过程在工业自动化发展趋势方面的重要意义。任务1.1了解HMI的发展历程班级组号指导老师组长学号组员姓名学号姓名学号任务分工1.简述工业发展对HMI技术的推动作用有哪些。负责人：[]2.利用对比分析分法，分析不同时期的HMI的优劣势。负责人：[]任务演练填写任务分组表，如下。任务评价：(1)学生互评表。任务1.1了解HMI的发展历程班级组名日期年月日评价指标评价要素分数分数评定信息检索能有效利用网络资源、工作手册查找有效信息5能用自己的语言有条理地去解释、表述所学知识5能将查找到的信息有效转换到学习中5感知工作能熟悉自己的工作岗位，认同工作价值5在工作中能获得满足感5参与状态与教师、同学之间能相互尊重、理解、平等交流5与教师、同学之间能够保持多向、丰富、适宜的信息交流5能处理好合作学习和独立思考的关系5能提出有意义的问题或能发表个人见解；能按要求正确操作；能够倾听、协作分享5能积极参与，在实训练习的过程中不断学习，提升动手能力5任务评价(1)学生互评表。任务1.1了解HMI的发展历程学习方法工作计划、操作技能符合规范要求5能获得进一步发展的能力5工作过程能遵守管理规程，实施步骤的操作过程符合要求5上课的出勤情况和工作任务完成情况良好5能成功完成任务，善于多角度思考问题，能主动发现、提出有价值的问题10思维状态能发现本任务的学习目的、理解实训的含义；能解决在操作过程中遇到的问题10自评反馈能严肃认真地开展互评，并能独立完成自测试题10合计100简要评述接上表任务1.1了解HMI的发展历程(2)教师综合评价表。班级组名姓名出勤情况序号评价指标评价要求分数分数评定一任务描述、接受任务能口述任务内容细节2二任务分析、分组情况依据任务分析程序编写步骤3三制定计划能制定任务计划能准备任务涉及的软硬件15四计划实施能根据计划完成任务能检验是否与任务目标一致能查找和分析差异部分原因55五检测分析是否完成任务，工程是否合格，结果是否正确15六总结任务总结10合计100简要评述任务1.1了解HMI的发展历程4.了解在不同工业环境下(高温、高湿、多尘等)工业HMI产品实际性能(耐久性、

防尘防水、高亮度、高对比度等)的表现。3.了解显示技术升级(高清化、大尺寸化、3D显示)在工业场景中起到的作用。03042.了解工业HMI与工业物联网深度融合过程中，能够达到的实际效果。1.了解多模态交互的含义与应用场景。0102

任务描述任务1.2HMI的发展趋势及特点1.2.1发展趋势1.2.1.1

智能化与自动化程度不断提高具备更强自动化控制功能，能依规则算法调设备参数、控生产，实现高程度自动化生产。如智能工厂中，工业HMI可紧密结合自动化生产线，实现全自动化控制。1.人工智能与机器学习的融合2.

自动化操作与控制的进一步强化工业HMI系统集成AI，分析数据，预测故障，优化流程，提建议。如监测分析数据，预警故障，降低成本。任务1.2HMI的发展趋势及特点1.2.1.2多模态交互成为主流1.语音交互的广泛应用语音识别发展，使语音交互在工业HMI中广泛应用。操作人员可用语音指令操作设备、查询信息，提高便捷性和效率，双手操作不便时优势大。2.手势识别技术的发展手势识别技术成熟，工业HMI可识别人员手势以控制设备，如切换界面、调参数，提供自然交互方式。3.触觉反馈技术的引入触觉反馈技术可提供触觉反馈，增强操作真实感和准确性。如触摸屏幕操作时，屏幕可震动确认执行。任务1.2HMI的发展趋势及特点1.2.1.3与工业物联网的深度融合支持远程监控与管理，操作人员可远程操作设备，不受时空限制。对分布式生产等场景有意义，能降本增效。2.远程监控与管理工业HMI将成为工业物联网重要部分，无缝连接设备、传感器等，实时采集传输生产数据。融合工业物联网，实现协同工作和信息共享，提高生产效率和质量。1.数据的互联互通任务1.2HMI的发展趋势及特点1.2.1.4显示技术的升级3D显示技术将用于工业HMI，提供直观视觉体验。如用3D建模展示设备结构、原理，帮助操作人员掌握情况。2.3D显示技术的应用显示屏分辨率将提高，图像文字更清晰。大尺寸显示屏将更受欢迎，方便监控操作。如大型工业控制室用大尺寸高清屏可显示多设备状态参数。1.

高清化与大尺寸化显示技术的升级任务1.2HMI的发展趋势及特点1.2.1.5个性化与定制化需求增加不同行业、不同企业的生产流程和操作需求各不相同，因此工业HMI

的界面将越来越注

重个性化定制。操作人员可以根据自己的工作习惯和需求，对界面的布局、颜色、字体等进行定制，提高操作的舒适性和效率。1.

界面定制1根据企业的特定需求，工业HMI可以定制开发特定的功能模块，如特定的数据分析、报表生成、报警处理等功能，满足企业的个性化需求。2.

功能定制2任务1.2HMI的发展趋势及特点1.2.2产品特点1.2.2.1

环境特点1.

耐久性和可靠性工业触摸屏专为在恶劣的工业环境下长时间稳定运行而设计，可承受机械振动、温度波

动和尘埃等挑战。2.防尘和防水功能设计具备防尘防水功能，能够在工厂和车间等环境中长时间稳定运行，减少维护需求。3.高亮度和对比度在强光环境下依然能提供清晰可见的显示效果，确保信息清晰可见。任务1.2HMI的发展趋势及特点1.2.2.2操作特点1.

多控触点操作灵活性提升支持多人协作操作复杂操作的简化精准定位与控制1234工业HMI多控触点技术允许用户多指操作，如双指缩放、三指滑动。查看复杂图纸等时，可双指缩放调整图像大小，查看细节，提高操作灵活性和效率。工业场景中，多人可同时操作触摸屏。多控触点技术使协作无干扰。如工业监控中心，人员可同时查看数据、设置参数，加快处理，提高效率。对于复杂操作任务，多控触点可简化。如工业设计或编程界面，用户多指操作可实现图形旋转、移动和复制，减少对外部设备依赖，使操作更流畅自然。这对提高效率和降低学习成本有重要意义。多控触点技术定位操作指令。工业生产中精确控制重要。多控触点减少误操作。如调整参数时，多指操作确保设备最佳运行。任务1.2HMI的发展趋势及特点多种手套类型兼容不同工业场景需不同手套，优质工业触摸屏兼容多类型手套，能灵敏操作。如汽车车间，防油污手套也能在触摸屏上操作，方便控制监控设备。兼顾操作灵敏度与防护性工业HMI设计需兼顾手套操作灵敏度和防护性能。确保触摸屏在戴手套时准确识别信号，且具备防护能力，防止屏幕损坏。现代工业触摸屏采用特殊技术和材料平衡需求。特殊功能优化工业HMI针对手套操作优化，如调触摸灵敏度、增加触摸区域大小、用软件算法处理触摸信号，提高操作稳定性与准确性。适应特殊工作环境多控触点技术定位操作指令。工业生产中精确控制重要。多控触点减少误操作。如调整参数时，多指操作确保设备最佳运行。2.

手套操作任务1.2HMI的发展趋势及特点知识测验1.工业HMI系统集成人工智能技术后，能够实现()功能?A.预测设备故障B.优化生产流程C.提供智能的操作建议D.直接修复设备故障2.()属于多模态交互在工业HMI中的应用方式。A.语音指令操作设备B.手势切换界面C.触觉反馈确认操作D.眼神控制设备参数3.工业HMI与工业物联网深度融合带来的好处包括()。A.数据的互联互通B.远程监控与管理C.设备之间协同工作D.降低设备采购成本4.工业HMI显示技术升级的表现有()。A.高清化与大尺寸化B.2D转黑白显示C.3D显示技术应用D.显示屏变小但分辨率提高5.工业HMI产品的环境特点包括()。A.耐久性和可靠性B.防尘和防水能力C.高亮度和对比度D.易受电磁干扰任务1.2HMI的发展趋势及特点6.工业HMI个性化与定制化可针对()进行。A.界面布局B.颜色C.字体D.特定功能模块开发二、简答题1.请简要阐述工业HMI中自动化操作与控制是如何实现更高程度的自动化生产的，并举例说明。2.简述语音交互在工业HMI中的优势及应用场景。3.说明工业HMI与工业物联网深度融合后，远程监控与管理功能是如何发挥作用的，并举例说明其重要性。4.请解释工业HMI显示技术中3D显示技术的应用能给操作人员带来哪些好处，并举例说明。5.简述在工业HMI产品的操作特点中多控触点及手套操作的必要性和实现方式。6.请说明工业HMI个性化与定制化需求增加的原因，并列举两种常见的定制内容。任务1.2HMI的发展趋势及特点班级组号指导老师组长学号组员姓名学号姓名学号任务分工1.口述多模态交互的含义与应用场景。负责人：[]2.工业HMI与工业物联网深度融合过程中，通过头脑风暴工具探讨能够达到的实际效果。负责人：[]3.试说明显示技术升级(高清化、大尺寸化、3D显示)在工业场景中起到的作用。负责人：[]任务演练填写任务分组表，如下。任务评价：学生互评表和教师综合评价表可参考任务1.1。任务1.2HMI的发展趋势及特点任务描述5.基于对HMI产品系统组成的理解，探讨如何根据具体的工业应用需求选择合适的HMI产品。3.对比常见的HMI系统软件的优缺点。1.详细阐述HMI产品从信号输入到信息输出的完整工作流程。2.分析HMI系统硬件部分各个组件的功能特点及在不同应用场景下的优势。4.描述画面组态软件在HMI系统中的作用及重要性。任务1.3HMI产品的组成与作用1.

用户输入用户通过HMI的输入单元(如触摸屏、键盘、鼠标等)向系统输入操作指令、工作参数等信息。例如，在工业自动化控制系统中，操作人员通过触摸屏上的虚拟按钮或输入框输入

设备的运行参数，如温度、压力、速度等设定值。2.设备反馈输入连接到HMI的工业控制设备(如PLC、变频器、仪表等)将自身的运行状态信息反馈给HMI。这些信息可以是数字信号，如设备的开关状态、故障代码等；也可以是模拟信号，如温度、压力、流量等传感器采集到的连续变化的数据。通过特定的通信接口和协议，这些信号被传输到HMI的处理器进行处理。1.3.1工作原理1.3.1.1

信号输入任务1.3HMI产品的组成与作用HMI处理器转换解析输入信号，转为HMI系统可处理的数据格式，如将PLC二进制代码转为设备状态信息，或将模拟信号转为数字量。1.

数据转换与解析处理器对输入数据进行运算判断。例如比较参数与阈值，判断设备状态；根据指令和当前状态，确定操作命令。2.

逻辑运算与判断HMI有数据存储单元，存储设备运行数据等信息，提供查询、分析、生成报表，帮助用户监控管理设备。3.

数据存储与管理1.3.1.2数据处理任务1.3HMI产品的组成与作用HMI根据用户指令和数据处理结果，向工业控制设备发信号以控制设备。如用户点击启动，HMI发指令给PLC启动设备；设备参数超阈值，HMI报警并采取控制措施，如停机。2.控制输出HMI显示单元将处理数据可视化呈现，如用图形、文字等展示设备状态、参数、报警信息。例如，触摸屏显示实时参数、指示灯、趋势曲线，帮助用户了解设备运行。1.屏幕显示1.3.1.3

信息输出任务1.3HMI产品的组成与作用1.3.2

系统组成1.3.2.1

硬件部分4.通信接口负责HMI系统数据传输和通信。常见接口有串口(如RS232、RS485)、以太网接口、USB接口等。串口适用于小数据量、短距离通信；以太网接口适用于高速、远程通信；USB接口用于连接扫描枪、指纹采集器等USB设备。2.显示单元用于展示信息，如文本、图形等。常见类型有LCD、LED、OLED等。特殊场景可能用投影设备。1.

处理器是HMI系统核心，类似电脑CPU，处理数据指令。性能决定HMI运行速度和处理力，常见有8、16、32位等，数字越高处理力越强。3.输入单元用户与HMI交互的途径，接收操作指令，包括触摸屏、键盘、鼠标、按钮、旋钮等。触摸屏常用，操作方便直观；键盘鼠标用于文字输入或精确操作；按钮旋钮用于简单操作控制。5.数据存储单元存储HMI系统程序、配置、历史数据等，常见有硬盘、闪存、存储卡。其容量和读写速度影响HMI系统性能和数据存储能力。任务1.3HMI产品的组成与作用HMI系统的基础运行环境，类似于电脑的操作系统，负责管理硬件资源、调度任务、提供基本的输入/输出功能等。常见的HMI系统软件有嵌入式操作系统，如Linux、WindowsCE等，也有一些厂商自行开发的专用操作系统。1.系统软件1画面组态软件用于创建编辑HMI系统界面，用户可图形化拖曳元素并设置属性功能，实现数据交互和操作控制。不同厂商HMI硬件需用相应软件，且组态软件功能特点各异。2.

画面组态软件21.3.2.2软件部分任务1.3HMI产品的组成与作用

实时状态显示能准确直观展示机器设备实时运行状态信息给操作人员。如自动化生产线，HMI呈现设备温度、压力等参数，助操作人员了解设备运行情况。以汽车制造冲压车间为例，HMI显示冲压机数据，助判断设备状态。01

实时状态显示

设备出现故障或异常时，HMI及时报警，显示故障位置、类型及参数。如化工装置中反应釜温度异常，HMI弹出报警窗口，告知反应釜编号、温度值及故障原因，便于维修。02故障报警与提示

可存储和管理设备过往运行数据，操作人员可随时查阅特定时间段运行记录，含参数变化、故障历史等。电力系统中，运维人员通过HMI查看变电站设备长期历史数据（如负载率、电压波动），分析运行趋势，提前维护预防）。03历史数据查阅1.3.3HMI的作用1.3.3.1

信息呈现与监控任务1.3HMI产品的组成与作用1.3.3.2操作控制便捷化

借助通信技术，操作人员可以通过HMI实现对设备的远程控制，无须在设备现场就能完成启动、停止、调速、切换运行模式等操作。例如，在大型矿山开采作业中，操作人员可在

远离采场的控制室内，通过HMI远程控制采掘机械的运行，提高作业的安全性和便捷性。01

远程操作功能

操作人员能够通过HMI方便地对设备的各种参数进行设置和调整。在数控机床加工中，

工人可以通过HMI上的触摸屏幕或按键，轻松设置切削速度、进给量、刀具补偿等加工参数，

确保加工过程符合生产要求。02参数设置与调整

HMI可以为操作人员提供详细的操作流程指导，特别是对于一些复杂设备或新上岗人员。

例如，在制药生产线上，HMI会以图文并茂的形式展示药品生产的各个步骤，提示操作人员

在每个环节应进行的操作，降低因操作不当导致的风险。03操作流程引导任务1.3HMI产品的组成与作用1.3.3.3数据处理与分析

HMI会对采集到的设备运行数据进行统计和汇总，生成各类报表，如设备运行时长报表、

故障发生频次报表、生产效率报表等。在电子制造工厂，HMI可以统计每条生产线每天的产

量、设备故障次数等数据，并生成直观的报表供管理人员分析生产状况。01

数据统计与汇总

HMI通过分析设备长期运行数据呈现运行趋势，帮助人员预测问题并采取维护措施。在空调企业测试车间，HMI分析空调机组数据可预测设备性能下降或故障，以便及时维修。02运行趋势分析

基于设备运行数据分析，HMI可为企业生产管理、设备维护提供优化决策支持。如钢铁企业，HMI分析高炉数据后，可提供炉料配比、送风制度等优化建议，提高效率、降低成本。03操作流程引导任务1.3HMI产品的组成与作用1.3.3.4提升人机协作效率1.直观交互体验HMI提供了直观、便捷的人机交互方式，操作人员可以通过触摸屏幕、按键、鼠标等方式轻松与设备进行信息交互，减少了因沟通不畅或操作复杂导致的人机协作障碍。在智能仓

储系统中，操作人员通过HMI的触摸屏幕即可快速查询货物存储位置、下达搬运指令等，提

高了仓储管理的效率。个性化定制可以根据不同用户、不同设备、不同生产场景的需求进行个性化定制。例如，在食品加

工企业，针对不同的加工生产线，HMI可以定制不同的界面布局、显示内容和操作功能，以

满足特定生产线的监控和操作需求，进一步提升人机协作的针对性和有效性。任务1.3HMI产品的组成与作用知识测验一、不定项选择题1.HMI的信号输入包括以下哪些方面?()A.用户输入B.设备反馈输入C.网络输入D.传感器自动输入2.HMI处理器对输入信号进行的处理操作有(。A.数据转换与解析B.逻辑运算与判断C.数据存储与管理D.信号放大与缩小3.以下属于HMI显示单元常见类型的有()。A.液晶显示屏(LCD)B.发光二极管显示屏(LED)C.有机发光二极管显示屏(OLED)D.等离子显示屏4.HMI输入单元包括()。A.触摸屏B.键盘C.鼠标D.按钮、旋钮5.常见的HMI通信接口有()。A.串口(如RS232、RS485等)B.以太网接口C.USB接口D.蓝牙接口任务1.3HMI产品的组成与作用6.数据存储单元常见的设备有()。A.硬盘B.闪存C.存储卡D.光盘7.以下属于HMI系统软件的有()。A.LinuxB.WindowsCEC.厂商自行开发的专用操作系统D.Android8.画面组态软件的作用包括()。A.创建和编辑HMI系统的用户界面B.设置界面元素的属性和功能C.实现与控制系统的数据交互和操作控制D.直接控制工业设备的运行9.在判断设备是否处于正常运行状态时，HMI处理器会进行以下哪些操作?()A.比较输入的参数与设定的阈值B.对输入信号进行转换和解析C.根据用户操作指令确定需要执行的操作D.进行逻辑运算与判断任务1.3HMI产品的组成与作用10.当用户在HMI上点击启动按钮时，PLC输出端状态改变。涉及以下哪些环节的操作?()A.HMI向连接的工业控制设备发送控制信号B.处理器对用户输入信号进行处理C.显示单元显示设备启动状态D.数据存储单元记录启动操作11.以下关于HMI处理器性能说法正确的是()。A.8位处理器处理能力最强B.数字越高，处理能力越强C.处理能力与处理器位数无关D.16位处理器只能处理简单任务12.串口通信适用于以下哪种场景?()A.数据传输量较大、通信距离较长B.数据传输量较小、通信距离较短C.需要高速数据传输和远程通信D.与外部存储设备连接13.以下哪种显示单元在一些特殊应用场景中可能会被使用?()A.投影设备B.液晶显示屏(LCD)C.发光二极管显示屏(LED)D.有机发光二极管显示屏(OLED)任务1.3HMI产品的组成与作用14.不同厂商的HMI硬件通常需要使用()。A.相同的画面组态软件B.相应的画面组态软件C.通用的操作系统D.无须特定软件15.在HMI系统中，数据存储单元的容量和读写速度会影响()。A.HMI系统的性能B.数据存储能力C.工业设备的运行速度D.画面组态软件的使用16.HMI在数据处理与分析方面的作用有()A.数据统计与汇总B.运行趋势分析C.优化决策支持D.数据加密传输17.HMI提升人机协作效率体现在以下哪些方面?()A.直观交互体验B.个性化定制C.提高设备运行速度D.减少设备维修次数任务1.3HMI产品的组成与作用二、简答题1.简述HMI产品的工作原理，包括信号输入、数据处理和信息输出三个环节。2.请分别说明HMI系统硬件部分中处理器、显示单元、输入单元、通信接口、数据存储单元的主要功能。3.对比嵌入式操作系统(如Linux、WindowsCE等)和厂商自行开发的专用操作系统在HMI系统中的优缺点。4.请举例说明画面组态软件如何实现与控制系统的数据交互和操作控制。5.在选择HMI产品时，从硬件和软件方面分别需要考虑哪些因素?6.请举例说明HMI在提升人机协作效率方面的具体体现。任务1.3HMI产品的组成与作用班级组号指导老师组长学号组员姓名学号姓名学号任务分工1.利用流程图画出HMI产品从信号输入到信息输出的完整工作流程。负责人：[]2.利用表格罗列常见的HMI系统软件的优缺点。负责人：[]3.试说明画面组态软件在HMI系统中的作用及重要性。负责人：[]4.如何根据工业应用需求选择合适的HMI产品。负责人：[]任务演练填写任务分组表，如下。任务评价：学生互评表和教师综合评价表可参考任务1.1。任务1.3HMI产品的组成与作用1.

了解汇川IT7000系列和ITS7000系列HMI产品命名规则和产品型号。2.

了解汇川HMI产品的特点。任务描述任务1.4汇川HMI产品1.4.1IT7000系列命名规则及产品型号汇川HMI产品的优势硬件性能优良，如采用高性能CPU等，确保运行流畅；提供多种显示尺寸，满足不同场景需求；通信接口丰富，可通过串口、以太网等与各类设备相连，支持多种主流协议，组网灵活；在编程方面，有便捷的开发软件，可将图形化与符号式编程结合；功能强大，涵盖数据处理、动画播放、远程访问等诸多功能；防护性能良好，能适应众多工业环境。1.

命名规则IT7000

系列

HMI

命名规则如图1.4所示。图1.4IT7000系列HMI命名规则任务1.4汇川HMI产品2.产品型号IT7000系列HMI机型如表1.1所示。表1.1IT7000系列HMI机型任务1.4汇川HMI产品1.4.2ITS7000系列命名规则及产品型号1.

命名规则ITS7000系列HMI命名规则如图1.5所示。图1.5ITS7000系列HMI命名规则ITS7000系列HMI产品基于Linux操作系统，采用Android风格设计，为用户提供友好的交互式界面体验，其结构兼容性强，支持多种尺寸和安装方式；防护等级高，正面采用IP66防护等级；背面除端口外无多余开孔，易连接；采用Type-C接口。01任务1.4汇川HMI产品2.产品型号ITS7000系列HMI机型如表1.2所示。表1.2IT7000系列HMI机型型号描述ITS7100SITS7000系列10寸经济型触摸屏(标清)ITS7100EITS7000系列10寸触摸屏(标清以太网)ITS7070EHITS7000系列7寸触摸屏(高清以太网)ITS7070EITS7000系列7寸触摸屏(标清以太网)ITS7070SHITS7000系列7寸经济型触摸屏(高清)ITS7070SITS7000系列7寸经济型触摸屏(标清)ITS7070E-GITS7000系列7寸触摸屏(标清以太网灰色)ITS7070S-GITS7000系列7寸经济型触摸屏(标清灰色)ITS7070SH-GITS7000系列7寸经济型触摸屏(高清灰色)ITS7100S-GITS7000系列10寸经济型触摸屏(标清灰色)ITS7100E-GITS7000系列10寸触摸屏(标清以太网灰色)ITS7070EH-GITS7000系列7寸触摸屏(高清以太网灰色)任务1.4汇川HMI产品1.4.3产品特点1.可视化操作与显示汇川HMI产品界面提供图形元素，如按钮等，直观呈现设备状态、参数。用户无需专业知识，观察图形变化即可了解情况。例如，在工业自动化领域，可通过不同颜色的指示灯图形直观显示设备的启停、故障等状态。1)直观图形界面汇川HMI产品：用户可自行设计屏幕布局，灵活调整元素位置、大小和样式，适应不同设备流程和监控重点。如特定生产线监控HMI，可将关键设备状态显示在显眼位置，按设备重要性分配显示区域大小。2)可定制化布局任务1.4汇川HMI产品汇川HMI产品有多种通信接口，如以太网、串口、USB等，可连接不同设备，实现数据采集与传输。例如，汇川HMI产品可以与PLC通过以太网连接，获取生产线上各种传感器采集到的温度、压力、流量等数据。1)多种数据连接方式汇川HMI产品能接收、处理连接设备数据，并及时更新显示，帮助操作人员准确决策。例如，在电力监控系统中，HMI可实时更新各变电站的电压、电流等参数，让调度人员随时掌握电网运行状况。2)实时数据更新汇川HMI产品可记录数据，形成历史文件，方便查询分析。部分产品还具备简单数据分析功能。以制药生产为例，HMI可记录各生产环节的温度、湿度等数据，通过分析这些数据来确保生产过程符合质量标准。3)数据记录与分析2.数据交互与处理任务1.4汇川HMI产品3.易用性与便捷性1)简单操作逻辑采用简洁易懂的操作逻辑，通常通过触摸屏幕或简单的按键操作即可完成各种功能的调用，如查看详细信息、设置参数、执行控制命令等。例如，在智能家居HMI中，用户只需在触摸屏上点击相应图标就能打开或关闭灯光、调节空调温度等。2)多语言支持为了满足不同地区用户的需求，提供多语言界面选项，用户可以根据自己的语言习惯选择合适的语言进行操作。常见于出口型设备的HMI,可支持英语、汉语、德语、法语等多种语言。3)远程访问功能部分通用HMI产品支持通过网络进行远程访问，用户可以在异地通过手机、计算机等终端设备登录HMI系统，查看设备运行情况、进行远程操作等。在一些大型工厂或分布式系统中，管理人员可以通过远程访问HMI及时处理突发情况，无须到现场。任务1.