5.1.1认识人机界面

主讲：张寅锋认识人机界面目录CONTENTS人机界面组成PART01人机界面工作原理PART02认识西门子精简系列面板PART04西门子人机界面（HMI）分类PART03人机界面组成01认识人机界面

人机界面（HumanMachineInterface,HMI）是工业自动化系统中实现人与设备交互的核心组件，通过字符、图形、动画等元素动态展示现场数据及设备状态，同时支持操作指令下发。其硬件形态包括工业触摸屏、嵌入式显示屏、工控计算机等，软件层面则依托组态工具（如西门子TIAPortal

、昆仑通泰MagsPro）实现界面设计与功能集成。作为PLC（可编程逻辑控制器）的“最佳搭档”，HMI在工业控制中扮演监控中枢与操作入口的双重角色，是智能制造系统的“可视化大脑”。人机界面组成

人机界面（HMI）作为工业自动化系统的交互核心，由硬件与软件协同构成完整功能体系。1.硬件部分人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件包括处理器（如CPU）、显示单元(如显示器)、输入单元（如鼠标、键盘）、通讯接口（如网卡）和数据存储单元（如硬盘）等，其中处理器的性能决定了HMI产品性能的高低，是HMI的核心单元。2.软件部分分为两大模块：1.嵌入式系统软件运行于HMI硬件，基于实时操作系统（如VxWorksRTOS）实现毫秒级任务调度，内置驱动层（触控校准、背光调节）及通信协议栈（OPCUA、MQTT），通过硬件抽象层（HAL）屏蔽底层差异，确保跨平台兼容性

；2.PC端组态软件（如西门子WinCCAdvanced）提供可视化开发环境，支持拖拽式界面设计、VBScript脚本扩展及3D设备模型导入，可一键生成适配不同HMI硬件的工程文件，同时集成AI算法接口（如TensorFlowLite）实现预测性维护功能。通过软硬件深度融合，HMI在工业4.0场景中成为兼具高可靠性、智能交互与数据中枢能力的核心设备。人机界面工作原理

按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，可以把触摸屏分为电阻式、电容感应式、红外线式以及表面声波式等多种类型。本教材介绍目前市场应用最广泛的电阻式触摸屏和电容式触摸屏。电容屏技术应用的时间比电阻屏晚，电容屏的技术相对而言更高端，电容屏比电阻屏成本更高。人机界面的功能如下：

控制程序运行

：通过对HMI图形界面的操作来改变PLC程序的执行。

可视化：可显示设备的工作状态，如指示灯、按钮、文字、图形、曲线等。

数据记录：HMI系统可连续、顺序记录过程数据和报警信息，检索历史数据。

显示报警

：实时监视过程变量，达到临界状态可自动触发报警功能。

配方管理：生产配方存储，根据需求选用配方参数。

通信：可连接多种工业控制设备组网。人机界面工作原理02电阻式触摸屏

电阻式触摸屏的屏体部分最下面是一层玻璃或有机玻璃，作为基层(玻璃层)，其表面涂有一层透明导电层，上面再盖有一层外表面经硬化处理、光滑防刮的薄膜层;薄膜层的内表面也涂有一层透明导电层，在两层透明导电层之间有许多细小(直径小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开(绝缘)，如图所示。

当笔触或手指接触屏幕的薄膜层时，两层透明导电层中间出现一个接触点，使薄膜层得该处电压发生改变，控制器检测到这个电压信号后，进行模数转换，并将得到的一透明隔离点透明导电层电压与参考值进行比较，即可得出该笔触或手指接触点的坐标。电容式触摸屏

电容式触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分别从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。

西门子人机界面（HMI）分类03西门子人机界面（HMI）分类

基本型SIMATICHMI

按键式面板（KeyPanel）：基于PROFINET按钮式面板，便于安装，可直接操作，使用无需组态。图123按键式面板（KeyPanel

精简面板（BasicPanel）：拥有全面的人机界面基本功能，是适用于简易人机界面应用的理想入门级系列面板。图123精简面板（BasicPanel）西门子人机界面（HMI）分类

增强型SIMATICHMI

精智面板(ComfortPanel)：高可视化，显示多样化，功能强，是高端应用的理想之选。

移动面板(MobilePanel)：高端移动应用的不二之选。该面板支持线缆或Wi-Fi通信，还可应用于故障安全设备和分布较广的工厂中。

增强型SIMATICHMI-PC

系统存储空间大，数据处理能力强。

适用于记录与处理大数据量信息及完成复杂的可视化任务。认识西门子精简系列面板04认识西门子精简系列面板触摸屏是人机界面的一种，用户可以在触摸屏上生成满足自己要求的触摸式按键，使用直观方便，易于操作。

屏幕上的按钮和指示灯可以代替相应的硬件元件，减少PLC需要的I/O点数。