HMI设计指南

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西门子陆续推出了关于programming、关于HMI Style，以及项目的标准化等内容的指南，但是关于HMI design的说明迟迟未见，但是相信不久也会推出发布。

个人兴趣的原因，在网络上狠是查找了一番，也发现了许多与设计相关的文章，多数原文都是英文写的，感觉这篇写得有些参考价值，于是就机翻了一下，放到这里与诸位共享一下。

当然西门子一些例程做得也是相当不错，其风格也很有借鉴和学习价值。

有效的原理图HMI设计指南

仪表板和显示器，数据可视化，流程制造

大多数现代制造过程由基于计算机的控制和数据采集系统控制和监控。这意味着操作员与过程交互的主要方式之一是通过计算机显示屏。这些屏幕可以简单地被动地显示信息，或者它们可以是交互式的，允许操作员选择对象并进行改变，然后将其转发到实际过程。这个人与显示器交互的界面，以及随后的过程，被称为人机界面或HMI。

正如您可以想象的那样，或者可能已经经历过，这些界面的设计可能会令人困惑，困难，或者清晰明了。在界面控制大型过程（例如发电厂，炼油厂或纸浆厂）的情况下，HMI尽可能易于理解和简单是至关重要的。由设计不良的HMI引起的错误和误解至少部分地涉及一些非常严重的工业事故。

HMI配置

所有基于计算机的控制系统的供应商都提供软件来配置显示器以与其控制器交互。与任何类型的软件一样，每个配置包都有其优点和缺点。还有一些供应商不提供控制设备，但专门从流程和流程周围的业务活动中收集和存储数据。它们还提供配置包，以便以*特的方式向工厂运营中的每个人显示数据。

HMI分类

对于生产相关过程，HMI屏幕可分为四个基本组：

·基于表格和文本的屏幕 - 数据和状态值的列表或表格组

·原理图屏幕 - 数据显示在实际过程的示意图中

·趋势屏幕 - 在图表上绘制的数据的当前和历史值与时间的关系

·高性能屏幕 - 通过基本图形元素增强的当前数据，以传达更多信息

我们之前讨论过这些不同类型的优点和缺点。本讨论其余部分的目的是讨论设计可能是较流行的屏幕类型的正确和不正确的方法，即原理图屏幕。

原理图屏幕

对原理图屏幕有天生的吸引力。如果水箱中的水位增加，如水箱图像中的移动条形指示器所示，可以直观地点击水箱出口处的控制阀并增加水箱的出水流量,降低液位。

任何HMI屏幕的目标都是发展“情境意识”，或者识别过程并理解情况的关键要素的能力。在尝试提高意识并通过原理图样式屏幕控制过程的情况下，该屏幕的设计将成为主要因素。以下是较大化原理图HMI屏幕有效性的一些指导原则：

颜色

对颜色的讨论必须从选择“好”背景颜色开始。**采用DCS系统时，所有屏幕的背景颜色根本不是颜色，或者是黑色。黑色具有与几乎所有其他颜色提供良好对比度的优点，但当时的弯曲CRT屏幕倾向于反射光。为了尽量减少这种情况，许多控制室都变暗了，以容纳屏幕。

黑暗房间的问题在于使其他正常任务（例如纸质阅读和书写）变得困难。它还会对警觉性产生负面影响，特别是在由于轮班工作而导致睡眠模式中断的操作员中。

目前的想法是拥有一个更明亮的控制室。为了避免眼睛疲劳，当操作者将他们的视线从整个房间移动到显示器时，眼睛应变会发生，显示器应该具有与周围环境大致相同的发光。灰色背景满足了这种需求，并且仍然提供了可以看到其他颜色的背景。

当使用颜色时，它应该被一致地应用并且应该传达意义。除了帮助调出异常情况外，大部分应避免使用明亮的原色。静态容器和设备应以灰色阴影显示。目标是创建在正常操作下有些无聊的显示器。在柔和的彩色屏幕上很*看到闪烁的红色警报状况;如果整个屏幕是高对比度，明亮色彩的密集集合将会困难得多。具体而言，红色不应用于表示设备的“正常”（开/关，打开/关闭）状态。

如果管道线基于它们包含的材料以颜色显示，则工艺流程通常更为明显。例如，壳管式液体加热器将有四条线连接到它上面。两条液体管线具有相同的颜色，蒸汽供应管线和冷凝物管线可以各自具有它们自己的不同颜色。

有时颜色可用于描绘过程条件，例如在多效蒸发器组中。在这种情况下，重要的是要知道，特别是为了排除故障，相邻容器的内部区域处于相同的压力。柔和的颜色编码可用于指示处于相同压力下的容器部分。

一些显示系统将允许这样的图表以两种模式显示。在正常操作模式下，容器可以显示为简单，不分散注意力的形状。出于参考目的，用来培训和故障排除，可以暴露内部构件和压力颜色编码。

在设计HMI屏幕时，请记住不要仅仅依靠颜色来显示异常情况。有些人是色盲，并没有发现某些颜色差异。只简单地将值的颜色或值的背景更改为红色，以显示警报是不够的。除了颜色变化外，还应显示闪烁的边框或表示警报状态的符号。

布局

早期的原理图通常基于过程和仪表图（P＆ID）。绘制这些图表作为工程和仪表人员的参考资料;它们的目的不是为了提高运营商的情况意识。基于P＆ID表示过程的一组屏幕可以称为“平面”。每个屏幕都会非常详细地显示该过程的一部分，并且该过程中的下一个屏幕将显示该过程的下一部分。控制硬件限制鼓励尽可能多地在每个屏幕上放置数据。

表示流程的更有效方式是使用级别。单个**图表可以显示单元中的主要设备和较重要的过程变量。甚至可能没有显示支持设备，如热交换器和泵。下一级“向下”将包含一组更详细的视图，可能更类似于P＆ID，用于概述中显示的过程的子部分。根据过程的复杂程度，可以使用*三级屏幕来支持二级屏幕中显示的过程设备。这种方法的目标是避免任何给定屏幕过载。通过在信息树中向下一级显示参考屏幕的详细信息，每个显示可以保持整洁并且可以快速理解。

示意图在信息表示中不应过于密集，并且应尽可能地尝试表示设备的实际物理布局。在成为控制室操作员之前，操作员通常在现场工作。如果蒸馏塔的回流罐位于塔**附近的平台上，则应在示意图中尽可能靠近该位置。它不应该位于屏幕的其他位置，因为列图标的位置没有留下足够的空间将鼓放在正确的位置。应重新绘制整个图表以反映正确的空间关系。

从字面上描绘设备可能会走得太远。随着显示系统的图形功能的提高，可以创建逼真的纹理3D设备渲染。3D模型导致漂亮但不实用的显示器。“增强型”设备描绘不会增加任何价值，但会增加视觉干扰，这会干扰对屏幕上数据的理解。

沿着类似的线思考，一些显示包提供了向屏幕添加动画的功能。虽然这可能较初看起来很有吸引力，但动画却不能创建一个可靠的HMI。我们的眼睛自然会被吸引到动画中。诸如旋转泵叶轮或动画火焰之类的动画可能会分散操作者的注意力并延迟观察基于关键数据的问题。

总之，简单的过程原理图更易于理解，并减少了某人控制错误的可能性。

过程值和标签

在设计原理图屏幕时，需要考虑动态值和标签的相对重要性。实时过程值应该比它们之后的单位描述符更**（更大或粗体字体）。不重要的过程值，例如普通泵的安培数，不应位于较高级别的概览型屏幕上。此类参考信息应放在较低级别的详细类型屏幕上。

应使用适当的小数点显示实时值。如果流量**过每分钟10加仑，则可能不需要在读数中每分钟包含十分之一加仑，因为该流量计可以精确测量该流量。一个次要的，不断变化的“十分之一”数字通常不会增加情境意识，它会增加整体演示的视觉混乱。

实时数字值可以伴随图形元素，例如条形或圆形模拟仪表面。根据屏幕的密度，这些模拟元件可用于显示当前值与正常范围和/或操作限制的关系。

设备标签很有用，特别是对于经验不足的人，但应该很小。他们不应该支配或混淆屏幕。

实时过程值应该在图表上正确且明确地定位。原理图类型屏幕的主要优点之一是帮助操作员可视化过程并正确解释所呈现的信息。如果连续显示四个水箱并且屏幕上显示四个液位，则应在水箱上或水箱上方显示水位。不应将这些级别收集在一起并放在屏幕一侧的“级别”表中。它们也不应该显示在两个水箱之间，这使得液位是属于左侧还是右侧的水箱产生了模糊性。

一致性和导航

如前所述，HMI不仅仅是一个屏幕;它通常是一组屏幕。除了能够在单个屏幕上快速解释信息之外，操作员能够在这些屏幕之间轻松移动是很重要的。为此，屏幕应具有一致的设计方法。使用大型控制系统，让多个人在显示屏上工作并不**。每个人都有自己的方法来显示信息。但是，作为一个团队，他们应该尝试在所有屏幕上保持一致的外观和功能。

操作员如何在屏幕之间导航很重要。一些控制和显示系统可能对如何访问屏幕施加限制。然而，一般而言，设计者应该在每个屏幕上保持导航按钮的数量，功能和位置相同。导航的一致性从危机中的运营商的头脑中消除了一个认知任务。按逻辑层次顺序对屏幕进行分组。包括重要屏幕的直接访问按钮，例如Overview和Alarm Summary页面。虽然不是每个页面都可以单击或点击其他每个页面，但设计目标是较小化在屏幕之间移动所需的步骤数。

摘要

将示意性工艺流程显示屏组合在一起相对*。有效的HMI设计需要更多的思考和一些遵守既定指南。所提出的大多数指南都是通过艰苦的经验和/或在人为因素研究中进行测试而开发的。按照这些指南创建的HMI将减少错误，提高生产率，较重要的是，更安全地操作该过程。

附：习惯英文的可以点击下面原文链接