隨著人機界麵（HMI）之類的工業可視化工具正變得越來越開放化，變更管理和安全性能正越發受到人們的關注。HMI 能夠顯示過程數據和元數據，因此正確的安全預防措施需要根據不同的控製功能提供多種選擇。諸如OPC UA之類的標準以及其他一些更新穎的技術能夠讓過時的產品變得更靈活、更具有重用性，從而滿足最嚴苛的要求。

　　圖形化用戶界麵的價值在現代控製係統中得到了充分的體現。HMI在自動化係統中的作用遠遠超出了那句格言：一圖勝千言。

　　HMI 往往被定義為一部機器中用於就地顯示的小型用戶界麵；它可以被看成是機器中的一個嵌入式部件。相對而言

，數據采集與監視控製係統（SCADA）則是一種多合一軟件包
，他包含了多個組件，能夠從整體上對係統進行操作。考慮到設計SCADA 軟件的複雜性，當它們朝著功能多樣化的方向發展時，軟件開發和管理的難度也迅速增加。目前
，SCADA係統呈現出層次化的發展趨勢，而且能夠以相對獨立的專業化模塊的方式向用戶提供，例如曆史記錄模塊

、通信服務器、用戶界麵以及其他功能模塊。

　　用戶界麵的作用是在方案策劃者和方案執行者之間建立一座聯係的橋梁。

　　如今的軟件允許用戶在同一個界麵上啟動不同的操作。例如
，你可以讓一台數控機床開始鑽孔，也可以將200MW 的電能從一家工廠遠程傳輸到另一家工廠。這兩種情況下

，操作員都隻需要按下觸摸屏上的“確定”按鈕就能夠啟動操作。而且，這種HMI 界麵能夠縮減開發和配置成本。

　　人機界麵交互性

　　一個高效的人機互動界麵需要提供以下功能：

　　• 能夠反映過程表現和當前狀態——輸出界麵

　　• 能夠接收操作員決策的傳感器——輸入界麵

　　HMI 廠商可以運用3D 圖像
、觸摸屏、語音識別、運動追蹤和其他許多技術。但有效的通信所包含的內容遠遠不止界麵那麼簡單。

　　自動化過程是動態的
、由(you)當(dang)前(qian)狀(zhuang)態(tai)決(jue)定(ding)的(de)，因(yin)此(ci)界(jie)麵(mian)必(bi)須(xu)提(ti)供(gong)充(chong)分(fen)的(de)信(xin)息(xi)幫(bang)助(zhu)相(xiang)關(guan)人(ren)員(yuan)作(zuo)決(jue)策(ce)。為(wei)了(le)實(shi)現(xian)這(zhe)一(yi)目(mu)標(biao)，過(guo)程(cheng)表(biao)現(xian)必(bi)須(xu)由(you)過(guo)程(cheng)變(bian)量(liang)及(ji)時(shi)反(fan)映(ying)，以(yi)使(shi)屏(ping)幕(mu)內(nei)容(rong)得(de)到(dao)最(zui)佳(jia)調(tiao)整(zheng)
，並(bing)將(jiang)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)及(ji)時(shi)顯(xian)示(shi)出(chu)來(lai)。由(you)於(yu)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)添(tian)加(jia)了(le)過(guo)程(cheng)變(bian)量(liang)，相(xiang)關(guan)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)慎(shen)重(zhong)選(xuan)擇(ze)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)架(jia)構(gou)，使(shi)之(zhi)更(geng)加(jia)可(ke)視(shi)化(hua)。

　　每個變量都具有一係列屬性：變量值、質量、時shi間jian戳chuo和he含han義yi。前qian三san項xiang屬shu性xing的de表biao示shi方fang法fa可ke以yi簡jian單dan也ye可ke以yi複fu雜za，還hai可ke以yi通tong過guo數shu值zhi與yu圖tu形xing結jie合he的de方fang式shi顯xian示shi在zai屏ping幕mu上shang。含han義yi這zhe一yi屬shu性xing往wang往wang不bu隨sui時shi間jian變bian化hua，因yin此ci這zhe部bu分fen會hui在zai設she計ji時shi被bei做zuo死si。舉ju例li而er言yan，一yi位wei操cao作zuo人ren員yuan可ke以yi通tong過guo屏ping幕mu上shang的de一yi個ge特te定ding部bu分fen與yu自zi動dong化hua製zhi藥yao生sheng產chan線xian上shang的de一yi台tai色se譜pu分fen析xi儀yi進jin行xing通tong信xin。

　　不幸的是，這樣的安排太過局限以至於當我們更換HMI 設she備bei時shi，無wu法fa對dui係xi統tong實shi施shi無wu縫feng改gai進jin和he升sheng級ji。尤you其qi是shi當dang我wo們men換huan用yong其qi他ta廠chang商shang的de產chan品pin時shi
，情qing況kuang更geng是shi如ru此ci。而er且qie，當dang我wo們men遇yu到dao一yi台tai可ke添tian加jia組zu件jian和he多duo種zhong附fu件jian的de多duo功gong能neng設she備bei時shi，這zhe種zhong不bu可ke更geng改gai的de顯xian示shi方fang式shi就jiu無wu從cong應ying對dui了le。為wei了le避bi免mian增zeng加jia不bu必bi要yao的de設she計ji成cheng本ben以yi及ji專zhuan用yong解jie決jue方fang案an
，下xia一yi代dai界jie麵mian需xu要yao采cai用yong“語義HMI” 方式。一台語義HMI 根據工廠中的測量和控製設備，諸如分析儀
、PLC
、DCS 等等


，提供的元數據判斷過程變量的含義。元數據在包含實時過程數據的同時，還必須經過高智能語義HMI 處理。

　　過程界麵互動性

　　如果兩台設備需要協同工作
，那麼它們必須采用相同（廠家自己定義的或符合標準）的(de)協(xie)議(yi)，並(bing)且(qie)通(tong)過(guo)通(tong)信(xin)基(ji)礎(chu)設(she)施(shi)互(hu)相(xiang)連(lian)接(jie)。由(you)於(yu)各(ge)廠(chang)家(jia)定(ding)義(yi)的(de)非(fei)公(gong)開(kai)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)會(hui)限(xian)製(zhi)係(xi)統(tong)今(jin)後(hou)的(de)擴(kuo)展(zhan)性(xing)，因(yin)此(ci)我(wo)們(men)不(bu)推(tui)薦(jian)采(cai)用(yong)這(zhe)類(lei)方(fang)案(an)。雖(sui)然(ran)各(ge)家(jia)廠(chang)商(shang)都(dou)能(neng)夠(gou)為(wei)工(gong)廠(chang)級(ji)設(she)備(bei)提(ti)供(gong)標(biao)準(zhun)的(de)協(xie)議(yi)，但(dan)不(bu)幸(xing)的(de)是(shi)

，在(zai)自(zi)動(dong)化(hua)領(ling)域(yu)已(yi)經(jing)出(chu)現(xian)了(le)上(shang)百(bai)個(ge)“開放協議”。

　　為了克服這一缺點，OPC 基金會製定了OPC 規範，希望在通用操作係統、過程控製硬件及軟件之間建立起連接的橋梁。OPC 以間接通信的方式取代了工廠底層設備（過程）與過程數據用戶（HMI）間的直接通信。在流程控製行業，常用的通信協議數以百計。OPC規範以其顯著的特點為我們詮釋了“過程觀察者”這一概念。

　　OPC 規範並不是一套全新的
、試圖在競爭中脫穎而出的協議。它是一種數據采集技術：一套精確包含了特定服務的接口，專門用來管理過程數據。它采用了Microsoft DCOM技術作為係統平台實現這些服務。由於采用了DCOM 技術並且被整合到Microsoft Windows 操作係統家族中，OPC 成為了一個強大的
、可重複使用的平台，能夠支持通信並很好地應對安全問題。這一標準的主要缺點是無法獲得充足的過程元數據。

　　為了克服這一缺點並且從目前普遍被接受的DCOM標準遷移到一些新出現的技術上，OPC基金會開發了一套OPC統一架構（OPC UA）規範。這套麵向服務的架構（SOA）采用了萬維網聯盟（W3C）定義的網絡服務。

　　OPC UA 能夠滿足現代控製係統的要求
，因為它是：

　　• 基於Internet 的技術
；

　　• 一個與平台無關的標準，可以在任何係統（包括嵌入式係統）上使用
；

　　• 支持多種獲取過程變量的形式以及獲取元數據的對象模型；

　　• 采用高效率的協議實現高速數據傳輸；

　　• 適用範圍涵蓋了嵌入式應用到企業級的過程自動化；

　　• 支持的工業應用很廣泛
，並且正用於其他一些工業標準，例如PAT、OpenPLC、ISA95、ISA88、EDDL、MIMOSA、OAGiS 等等。

　　安全課題

　　HM（I 決策製定設備）和過程控製設備（決策執行設備）在連接方麵會牽扯到很多技術控製工程網版權所有，例如RS-232 總線（位於包含Internet 的接線盒中）
、無線連接等等。連接方式的多樣性隻是對安全性能的一個考驗。安全性能強大與否還取決於被傳輸數據
、數據源和用戶數據的正確性。

　　即使是在核電站這樣完全封閉的控製室內
，我們在結束一天的工作之前都必須明確，如果出現任何問題，是誰來負責按下“確認”按鈕。另一方麵，我們也不希望在緊要關頭看到屏幕上顯示這樣一條信息“你必須登陸 後才能繼續”。

　　安全HMI 在設計過程中需要添加一個合適的通信層。幸運的是
，新的OPC UA 標準提供了現成的強大而有效的網絡安全技術。

　　CAS公司（OPC 基金會成員之一）的軟件架構師Maciej Zbrzezny 表示
，OPC UA 對未來的開放式過程控製係統發展具有重要意義。CAS 提供的軟件通過三個簡單的步驟就能配置OPC UA ：設計信息模型（設計階段）
、不通過編程將模型與過程變量綁定（配置階段）、獲得數據和元數據（運行階段），從而構築起一套現成的方案。

　　擁有8000 個節點的過程控製係統

　　大多數現代HMI 都具備了先進的圖形界麵
、較高的分辨率、觸摸屏、高防護等級麵板、更快速的處理器
、整合現代操作係統等特點。然而作為一種決策設備
，它們需要做的遠遠不止這些。

　　在波蘭Lodz（一個人口為750,000 的城市），全市的供熱網絡受控於一套過程控製係統。該係統所管轄的三家工廠總發熱量達到2,560MW
，用於傳送熱水的管網總長大約為800 公裏，交叉連接了8控製工程網版權所有,000 個左右的節點。這套控製係統最大的特點是開放、支持互操作性、能夠通過過程元數據靈活地獲取過程數據、有合適的安全防範措施可供 選擇。

　　OPC UA 之類的新標準與可反複使用的早期產品相結合
，能夠滿足那些最高要求的應用。