如何针对各类工业环境选用平板 HMI 以实现最佳效果

使人机界面 (HMI) 平板显示器的性能与工业网络应用的要求相匹配是一项复杂的工作。网络设计人员必须考虑众多架构、运行和环境因素。

应用是否需要网络接口？集成可编程逻辑控制器 (PLC) 有优势吗？预计会在恶劣环境或户外使用吗？这些都是比较简单的问题。

更复杂的决策涉及到环境耐受性与触摸屏输入性能等方面的问题。输入准确性和响应速度对于复杂的控制任务非常重要，当工人可能戴着手套时操作时尤其如此。

其他因素包括集成式网络安全功能、机械坚固性要求、连接选项、系统集成支持等。

无论应用的要求和复杂程度如何，Schneider Electric 的 Pro-face 都能满足工业 4.0 制造、自动化和过程控制系统对 HMI 的需求。该系列产品种类广泛，从满足大多数工业网络应用需求的入门级和基础型号，到可在石油钻井平台和化学加工厂等极端室外环境中工作的型号，应有尽有。

入门级和基础级版本

Pro-face 产品线的 HMI 分为几个性能等级，首先是 ET6000 系列，这是一款入门级型号，专用于简单、经济高效的机器可视化。性能更高一级的是 ST6000 系列基础型号，如 PFXST6500WADE，具有更高级的可视化功能、连接性和性能，适合更复杂的应用。

ET6000 系列面向小型机械、输送带系统、楼宇自动化以及只需基本控制和监控功能的类似应用。ST6000 系列具有更先进的内置连接功能，例如支持安全、标准化数据流的 OPC UA 服务器。

ST6000 系列还支持 Pro-face Connect，可使用个人电脑、平板电脑或智能手机从任何地方对机器进行安全、简单、基于云的远程监控、诊断和控制。虽然不同型号的具体连接方式各不相同，但 ET6000 系列的接口数量和类型通常较为有限，仅提供以太网、串行端口和 USB 等基本接口选择。

ST6000 HMI 具有了更广泛的连接选择和可扩展性，包括支持 MQTT 等各种工业协议、多个以太网接口以及如视频等扩展单元。

ST6000 系列包括五个宽屏和两个传统 4:3 宽高比的型号，而 ET6000 则只有四个宽屏型号（图 1）。这两个系列都配有 1600 万色 TFT 彩色液晶显示屏和阻式模拟触摸屏。

图 1：ET6000 系列包括四种宽屏型号。(图片来源：Schneider Electric）

模块化、进阶版、旗舰版

STM6000 是一种模块化 HMI，具有与 ST6000 系列相同的高级可视化功能，但可以快速、免工具、按键式安装到标准的 22 mm 圆孔中。该产品支持 GP-Pro EX 软件，可实现与现有资产的顺利迁移和集成，还可使用 Pro-face BLUE 软件，获得最新的功能和性能。

对于更高的性能，可使用 Pro-face 的旗舰型号和进阶型号。PFXSP5400WAD 等进阶型号除了具有基本型号的功能外，还具有大量附加功能，主要集中在增强型连接、性能和灵活性方面，可促进工业物联网 (IIoT) 解决方案和安全的远程访问。

诸如 PFXSP5800WCD 等旗舰型号的屏幕分辨率更高，有 1600 万种颜色，而进阶型 HMI 只有 26.2 万种颜色。旗舰型号还配备更大的屏幕，最大可达 19 英寸，而进阶型号的屏幕最大为 12 英寸。此外，旗舰型 HMI 还配有前置 USB 端口、亮度传感器和自动缩放功能，这些都是进阶型号所不具备的功能。

连接 IT 和 OT 系统

能否在工厂车间的操作技术 (OT) 系统与更高层级的信息技术 (IT) 企业系统和云计算之间实现互连互通，提供一个接口是关键的选型考量。

除了作为数据可视化的强大工具外，HMI 还能收集实时生产数据，这些数据可存储在 SQL 数据库或企业资源规划 (ERP) 系统中，以支持数据驱动型的决策。

Pro-face Connect 和 Pro-face Remote 软件可提供安全的远程访问，可通过个人电脑、平板电脑或智能手机监控设备的运行和性能。这还可以提高灵活性，缩短维护响应时间。

Pro-face Blue Open Studio 软件支持用于 PLC 和其他设备的 250 多个通信驱动程序。根据型号的不同，Pro-face HMI 支持 1,200 多种设备以及工业网络和 IT 协议。这种广泛的通信和连接支持功能，使 Pro-face HMI 能够连接从工厂车间到云的 IT 和 OT 网络（图 2）。

图 2：Pro-face HMI 可在 IT 和 OT 网络之间提供高效、安全的链接。(图片来源：Schneider Electric）

例如，STM6000 边缘盒式 HMI 可以安全地将数据上传到诸如 Amazon Web Services (AWS) 和 Microsoft Azure 等各种云服务，并能与 AVEVA Insight 等平台集成。

HMI + 网络连接

Pro-face STW6000 网络 HMI 包括一个浏览器，可用作网络客户端，与可编程逻辑控制器 (PLC)、电机驱动器和其他设备连接。这些 HMI 可取代小型机床上的基础型 HMI，并能轻松显示 HTML5 数据。

这款 HMI 还可以用作一款高性价比辅助显示器，显示有限的维护和诊断信息，这些信息直接来自 PLC 或具有嵌入式服务器的主显示器（图 3）。

图 3：STW6000 人机界面可用作主显示屏（左）或辅助显示屏（右）。（图片来源：Schneider Electric）

HMI + PLC

对于部分应用来说，将 HMI 和 PLC 的功能整合到一个紧凑的装置中，会带来显著优势。这就是 STC6000 操作界面系列的优势所在。这种集成解决方案可以减少组件数量，简化小型机器的维护工作。这种方案还消除了对定制 PLC 控制器和多种软件包的需求，进一步简化了落地实施过程并加快了部署速度。

STC6000 装置配备串行、以太网和 USB 接口。连接功能可通过 CANOpen 和 TM3 模块扩展，这些控制器可轻松与第三方设备连接。这些装置配备集成式输入/输出接口，可支持传感器、灯具、堆叠灯或阀门。这些装置具有专为电机控制应用设计的扩展功能，适用于工业洗衣机和包装机（图 4）。

图 4：STC6000 HMI 高度灵活，适用于各种简单的机器设计。(图片来源：Schneider Electric）

网络安全

强大的网络安全是确保运营完整的重要考虑因素。最新的 Pro-face HMI 系列，如本文介绍的 ST6000、STW6000、STC6000 和 SP5000 系列，具有广泛的网络安全功能，可确保安全的 OT/IT 集成。

这些 Pro-face HMI 支持多种网络安全措施且无需复杂的防火墙设置，具体包括 TLS 加密和远程安全访问。这些 HMI 兼容如 EdgeIPS 等外部网络入侵防御系统 (IPS)。

作为 Schneider Electric 产品的一部分，Pro-face 采用安全开发生命周期 (SDL) 流程（包括威胁建模和渗透测试），以确保其产品符合 IEC 62443 等行业标准。

Pro-face Connect 为远程安全访问提供嵌入式加密 VPN 解决方案，可通过访问级别和安全证书进行管理。许多 Pro-face HMI 配备两个以太网端口，可实现安全、直接的网络分离。有关详细信息和部署建议，设计人员可参阅 Pro-face HMI/IPC 网络安全指南。

手套模式及其他

一些 Pro-face HMI 具有“手套模式”，方便用户戴手套操作。用户可以在系统设置中选择手套模式，以及其他选项，如标准模式（用于裸手）和水检测模式，后者在屏幕上有液体时禁止触摸输入，以防止意外输入。

手套模式可提高容式触摸屏的触摸灵敏度。在这种模式下，屏幕软件能够识别各种类型手套的触摸输入，如丁腈橡胶手套、多功能手套或羊毛手套，而标准模式往往无法识别这些输入。

在用户为确保安全而必须戴手套或在寒冷天气中戴手套时，就会显示出手套模式的强大优势（图 5）。SP5000X Extreme 系列 HMI 也具有手套模式。

图 5：手套模式可提高操作员的安全、操作效率和舒适度。(图片来源：Schneider Electric）

极致的性能

石油和天然气钻井平台和炼油厂、化工厂、重型工程车辆、停车场和加油站等应用，可能会暴露在极端的户外环境中，就需要像 Pro-face SP5000X Extreme 系列这样坚固耐用的高亮度 HMI。

例如，PFXSP5690WAD 型号的额定工作温度为 -30°C 至 +70°C，而大多数 Pro-face HMI 的工作温度为 0°C 至 +55°C。该系列的其他一些极限性能指标如下：

• 亮度为 1,000 cd/m²，防眩光屏幕可在阳光直射下可清晰显示
• 符合 IEC IP66F 和 IP67F 防水等级（后缀“F”表示防油或燃料飞溅），并且符合 NEMA 4X/12/13 型标准
• 更强的抗冲击和振动能力，是标准 HMI 的 2.7 倍
• 紫外线阻隔率不低于 99%，可实现高等级防护

结语

Pro-face HMI 适用于所有类型的工业 4.0 运行。产品范围从用于简单机器的入门设备，到用于苛刻应用和户外环境的极端型号。所有这些 HMI 均支持有效实现工厂可视化所需的连接性、可靠性、软件兼容性和网络安全。

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