正确选用HMI/PLC集成产品
这是一种常见的情况：你需要为你的家庭娱乐系统选择新的TV和DVD播放器。在本地经销商处，你能够找到很多独立的部件设备，和少数几种包含所有组件的集成产品。你会选择哪种?集成产品更加方便、简洁，并且系统尺寸也很小，但是可能无法提供独立组件所能提供的所有功能或者灵活性。也许你需要一台蓝光播放器，但是集成产品却并不支持蓝光。现在，让我们更改一下条件，为你公司的会议室做同样的选择，是否不同的应用场合会使你做出不同的选择?
假如你的应用要求选择PLC和HMI来对设备或者部分过程单元进行控制，你可能会经历同样的思考过程。虽然控制器和界面通常都是独立的单元，但是由于处理器性能越来越高，电子器件成本越来越低，所以将PLC和HMI集成在一起已经变得切实可行。如果应用于合适的场合，这种整合能够使作业简化并提供更高的便利性，但是，它们并非适用于任何场合。
集成单元通常包含如下组件：
• HMI，包括显示器，可能是一块触摸屏加上独立的按键;
• PLC，具有合适的处理性能和功能特性;
• I/O，具有合适的数量和类型。有些I/O还使用额外的可添加组件以实现扩展性。
推崇此种设计的人认为这种设计非常便利，且减少了电缆用量和机柜体积。所有的布线都汇总到一点，降低了故障排查难度。甚至软件也简单了一些，无需为PLC和HMI分别编写程序。
Maple System公司工程部经理Sam Schuy说道：“当你的PLC和HMI合二为一，你仅需要一套编程软件就能够对PLC和HMI的功能特性进行编程。从学习曲线角度来看，这种设计缩短了学习产品编程所需要的时间。”
有限的选择
与选择TV和DVD二合一产品类似，相比于选择独立的组件产品，集成单元的选择要少得多。因此，你是否能享受到这种便利，取决于你的应用是否能够满足这些限制条件。对于那些想要提供此类产品的供应商来说，问题的关键在于确定到底哪种功能的组合更加通用更加市场化。虽然众口难调，但是生产厂商仍旧希望能够将产品类型尽可能地维持在较低水平。因为这些选择取决于应用场合，言外之意就是适用于特定市场。例如，如果你的目标是成套的机械设备，你就可以明确常规需求，并依此进行选择。
大多数控制器和HMI的集成产品的显示屏幕相对来说较小，在没有触摸屏的条件下，附加的薄膜式按键能够实现更多功能。
Siemens Industry公司自动化系统工厂自动化分部产品管理小组经理Tom Elswick说道：“问题的关键在于明确市场定位，然后再确定集成单元的定位。如果你能说出‘这些就是我们的目标OEM厂商和应用场合’，那么这些产品定会像爆米花一样热销。”他的经验告诉他最难实现的整合就是CPU和显示器。对于常规应用，较容易的实现手段是将I/O端口和CPU集成，而将HMI独立开来。
按键的功能可以自选，以适应特定的应用场合。
图片来源：Maple Systems公司。
Elswick 补充道：“I/O端口和CPU整合在一起之后，我们就能更好地服务于具体应用。我们的用户可以要求‘我需要一块15英寸的显示屏’或者‘我需要一块10英寸显示屏’，这就是我们正在致力应对的多种需求。对于特定人群，我们能够投其所好，这是好的一面。但是从更广泛的角度来看，通常I/O端子数量、I/O端子类型和CPU类型之间的相关度较高。对于HMI来说，你可能已经具有一个非常强大的CPU，但是你却十分希望使用较小的HMI，因为你已经与SCADA 系统相连，而后者能够实现更大尺寸的图像处理。或者，你需要一块没有很多I/O端口也没有很多功能特性的低端CPU，但是却希望能够获得具有多种诊断能力和功能特性的漂亮的前端显示。”
确实方便，但是否尽如人意?
对于集成平台来说有几个概念时常令用户烦恼不已。“大多数人在审视PLC时，认为PLC应该专注于安全、效率和高效控制，仅此而已。” Invensys Operations Management公司HMI部门产品管理总监John Krajewski说道，“他们并不需要PLC成为全能选手，他们也不希望其他功能影响PLC的性能，特别是当PLC与安全相关的时候。如果你使用了一片普通CPU，然后开始在HMI上利用CPU进行各种操作，导致当时控制功能无法使用CPU，这种情况很糟糕。你不希望有人利用它访问数据库进而导致CPU 一时非常繁忙，而此时CPU同时又负责一些和安全相关的连锁动作。这就是将两者整合所面临的常见的争论。”
某些单元提供模块化I/O组件，有多种端子数量和端子类型可选。图片来源：Maple Systems公司。
即使小型的显示屏也能够显示有用的图像，但是这些设备是否会被用于机械设备的日常操控?某些设备仅仅在故障排查的时候才会用到。图片来源：Maple Systems公司。
某些集成设备具有更为明确的应用目的，例如这台温度控制器，它包括可扩展的历史数据功能。图片来源：Invensys Operations Management公司。
Krajewski知道，考虑到这种集成系统的复杂度，那些使用在潜在危险场所的应用可能不会选择这种集成解决方案，但是对于那些对PLC的响应速度要求极高的离散生产应用来说，这个问题同样存在。
谁在使用HMI?
虽然产品可能有不同配置，但是集成单元通常配有尺寸适中的屏幕。对于那些要求较大尺寸的应用场合，大型过程单元中的泵、滤网、流量计和控制阀通常都会内嵌一个滑轨，并且这些大型单元几乎是必然会与控制室内的大型控制系统相连。只有在设备发生故障时操作人员才需要使用滑轨上的HMI，所以现场几乎也用不到那么精良的HMI产品。
而且在某些应用场合中，例如食品和饮料工厂的包装过程，现场几乎一直有操作人员操作设备。Krajewski 解释道：“如果你工作于此类行业，例如食品和饮料行业，设备一直由操作人员看管是很常见的，因为在这些场合中，操作人员需要添加物料或者确保各种瓶瓶罐罐保持向前移动，所以他们希望能够靠近设备。对于其他领域的应用来说，靠近设备是不实际的，想象一下水处理和污水处理设备，系统之间通常相聚数英里。”
对OEM厂商有吸引力的价格
Siemens 公司的Elswick说道，大多数此类集成单元的采购行为都发生在身处离散工业界或者在过程环境中实现离散应用的OEM厂商。“他们建造特定的设备，必然有特定的目的。”他说道，“OEM厂商会认为‘我今年将会建造200套设备，我了解自己产品的I/O端口的情况，我了解自己的产品拥有多少I/O端口，我也了解自己的产品的显示屏的情况。’此时，这种产品才能够与其性价比达到完美匹配。”
几乎所有的用户对成本都很在意，OEM厂商必须明确产品上附加了多少成本、多少组件或者多少生产工艺步骤。集成单元能够提供一种十分高效的方法，避免由安装和购买大量零部件所带来的人力成本。单一单元的安装十分迅速，外壳也更小，避免额外采购电缆和附件。
“当你看到OEM厂商如何为设备标价时，你会发现他们计算了每一个小项目、每一条电缆、每一个电缆托盘和所有他们不得不提供的东西，他们把这一切都计算进了成本。”Krajewski说：“时至今日，经济性才是影响决定的最终因素。”
实践上的局限
正如之前所提到的，集成单元趋向于服务低端市场。随着应用要求更多的I/O端口数量和更高的编程复杂度，提供成品设备的可实现性越来越低，而且供应商也不认为这样有利可图。虽然如此，一些生产厂商仍在挖掘市场的细分深度。
Schuy 认为其产品线还有扩展的余地。Maple Systems公司最初的集成产品采用了尺寸相对较小的3.5英寸和5.7英寸显示屏，而公司的独立HMI产品则采用了15英寸显示屏。配有7英寸和10 英寸显示屏的新型集成产品也正在接受市场检验，但是他认为那些产品已经到达了实用的极限。“一旦你使用了更大的显示屏，选用传统分离型组件产品和集成 HMI/PLC产品的成本差异就很小了。”他说道：“主要的成本就存在显示屏本身，那是最昂贵的部件，如果用户需要更大的显示屏，例如10英寸、12英寸或者15英寸，他们可能就会采用分离型解决方案。”
I/O选项也受到了限制。在HART或者现场总线网络上选择智能仪表来搭建系统支持过程生产工厂的用户几乎找不到任何集成选项。离散传感器I/O端口的极高的可用性反映了技术向离散应用上的倾斜。
将HMI与基于PC的控制集成在一起是一种日益增长的趋势，在工业PC中嵌入软PLC可以提供更多的功能性。图片来源：Siemens公司。
其他类型的集成
正如Elswick已经陈述的，Siemens公司发现不集成HMI，而仅集成I/O端口和PLC是很容易的。Invensys公司和Siemens公司两者都发现了在PC控制器上集成HMI相比于在传统PLC上集成HMI具有更大的机会。Krajewski认为，越来越多的OME厂商需要能够搭载于这些控制器上的HMI产品，现在这种技术披上了软PLC的概念。他说：“在20世纪90年代末，我们就以Wonderware InControl产品进入了基于PC控制的市场。那时候一切尚早，还没有嵌入式系统和类似的产品，那时候我们谈论的是Windows95和98，人们不信任这些产品可以付诸控制应用。”
当显示屏足够大，就可以采用触摸屏实现具有更高灵活性的可视化旋钮和按钮。不过在实际应用中这会有最小空间的要求。图片来源：Invensys Operations Management公司。
技术的发展比以往任何一个时候都具有多向性，用户可以根据应用需求选择最为合适的产品，最大的挑战反而是在各种各样的选择面前犹豫不前。
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