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从基础到进阶：全面了解 HMI 人机界面与触摸屏技术 2025年

发布时间：

2025-07-23 17:23

什么是HMI

HMI 的全称是 Human Machine Interface，用来描述人类与机器、系统或流程进行交互的接口。中文一般称为“人机界面”，或者狭义地叫做“工业触摸屏”。 HMI 面板在工业自动化中充当关键桥梁，使用户能够实时监控、控制和配置复杂设备及生产线。

简单来说，HMI 就是一块屏幕或仪表盘，让人看到机器在做什么并发出指令。它把复杂的机器数据转换成可视化图形和可操作控件，便于操作员、工程师或管理者快速决策。HMI 面板可以显示罐体液位、温度、报警或机器状态等内容。这就是工业中 HMI 基本含义。

在工厂里，触摸屏 可安装在生产设备上，让操作员启动或停止机器、调节速度、监控压力与温度、查看报警。例如，在食品加工厂，触摸屏 可用来监控混合过程、控制配料流量、确保卫生条件——全部实时完成。无论是触摸屏、实体按钮面板还是平板控制系统，触摸屏 核心含义不变：实现人与自动化系统之间的直观交互。

HMI 的主要用途与功能

基础功能：数据采集与显示
HMI 最基本的工作是从 PLC、传感器、控制器采集数据，并在屏幕上实时清晰显示。例如，操作员无需打开机器即可查看温度、电机转速或产量计数。
数据可视化
HMI 用图形、趋势图、仪表盘甚至简单动画展示信息，便于操作员理解。趋势图等可视化元素可显示随时间的变化。
实时监控与控制
HMI 面板让操作员直接控制机器：启动/停止、修改设定值或切换模式。实时报警显示使操作员能迅速应对高温、高压等问题。
历史数据与报警管理
HMI 可记录历史数据和报警。操作员可回顾事件、检查报警日志、分析系统行为，有助于故障排查与维护。
数据分析与报表
高级 HMI 系统能进行基础数据分析。操作员可查看性能趋势、生成简易报表、发现模式，用以提升生产效率。
数据转发与系统集成
HMI 触摸屏可将采集的数据发送到 SCADA、MES 或 ERP 等平台，实现生产与管理系统的更好协同。
用户权限与安全
HMI 支持用户登录与权限分级。不同用户（操作员、工程师、经理）拥有不同权限，确保只有授权人员才能执行关键操作或更改设置。
Web 访问与远程监控
现代 HMI 面板通常支持 Web UI，用户可通过电脑、平板或手机浏览器查看 HMI 画面，实现远程监控及有限远程控制。
配方管理
HMI 可存储并管理不同“配方”或预设值，方便生产线快速切换不同产品。
操作日志
HMI 可记录所有操作——谁按了什么、何时按的——便于追踪问题并确保责任明确。
摄像头支持（本地/网络）
部分 HMI 可连接摄像头进行实时视频监控，操作员可直接在屏幕查看机器状态或安全区域。
多媒体播放
许多现代 HMI 触摸屏支持音视频播放，可用于展示培训视频或维护说明。

HMI的类型

传统HMI

传统 HMI 是最基本、最常见的人机界面类型，配有彩色显示屏和灵敏触摸屏。操作员可通过点击或滑动实时监控数据、确认报警、输入设置或控制机器。

通常通过串口（RS232/RS485）或以太网连接 PLC 或传感器，屏幕显示运行状态、机器控制、图形和报警。它们安装在控制柜上，安装简单。

传统 HMI 经济、可靠、易用，广泛用于输送系统、包装机、自动给料机和食品机械。

物联网 HMI

物联网 HMI 具备先进连接和云端集成功能。除标准显示功能外，还支持以太网、Wi-Fi 或 4G/5G 连接。内置 VNC 允许从智能手机、平板或 PC 远程查看与控制，界面与现场完全一致。

这些触摸屏 可把机器数据上传云端，实现实时监控、历史记录和报警推送，并支持多用户同时访问同一界面。

物联网 HMI 适用于远程管理、现场服务、无人值守站点及需要移动控制和集中监控的智能工厂。

Web HMI

Web HMI 基于浏览器，无需额外应用或软件。用户打开浏览器输入 IP 地址即可访问实时数据、控制页面和报警。

采用 HTML5，支持响应式设计，界面自动适配电脑、平板或手机。Web HMI 支持多用户登录并按角色（只读、操作员、管理员）呈现定制视图。

适用于希望轻松部署、集中监控多地站点、实现跨设备随处访问的企业。

裸屏

裸屏是一种不带内置显示屏的人机界面设备，通常通过 HDMI 端口连接外部显示器，让用户自选屏幕尺寸和类型，或在无需本地显示时完全无屏运行。

它仍运行完整 HMI 项目，并支持通过 VNC、浏览器或其他协议远程访问。裸屏适用于紧凑安装、极简设计或需灵活集成的嵌入式系统。

HMI + PLC 一体机

这种一体化设备将 HMI 与 PLC 集成在同一外壳内，既能显示操作画面又能运行控制逻辑。只需一套开发软件，即可同时设计控制程序和 HMI 画面。

简化接线，减少元件，降低系统成本，无需担心 HMI-PLC 通信配置，部署更快。

适用于紧凑型设备、OEM 方案及空间与成本受限的预算型自动化项目。

工控机

工控机（IPC） 是专为严苛环境设计的高性能计算机，运行 Windows 或 Linux 等完整操作系统，具备强大处理器、大容量存储和丰富 I/O 接口（多路以太网、串口、 USB）。

IPC 可运行 SCADA 系统、数据库、MES 客户端和分析工具，支持海量数据记录、远程管理和多设备同时控制。

常用于电厂、大型工厂、智能楼宇和交通枢纽，是当需要超越常规 HMI 的计算能力与灵活性时的最佳选择。

HMI、SCADA 与 IPC 的区别

在工业自动化领域，HMI、SCADA、 IPC 常被同时提及，但它们并不相同。简单区分如下：

? 什么是 SCADA？

SCADA 意为 Supervisory Control and Data Acquisition，是一套可监控并控制多台机器甚至整个工厂的软件系统。

SCADA 可采集数据、存入数据库、生成报表、发送报警。

? 如果 HMI 是汽车仪表盘，SCADA 就是管理多条道路的交管中心。

? HMI 与 SCADA 的区别

HMI 用于本地控制——单台机器或局部区域。
SCADA 用于集中控制——多台机器、广域系统。
HMI 显示并发出指令，但不保存大量数据。
SCADA 长期采集、存储、分析数据。

通常，HMI 是 SCADA 系统的一部分——它们协同工作。

? 什么是 IPC ？

IPC 是带内置触摸屏的计算机。与传统 HMI 设备不同，Panel PC 运行 Windows 或 Linux，可安装任何软件——包括 HMI 或 SCADA 应用。

? 它就像为工厂打造的平板或笔记本，既可当 HMI，也可作为小型 SCADA 站。

? HMI 与 IPC 的区别

HMI 简单，专为单一任务设计（常限于单一品牌）。
IPC 更强大灵活——可运行多种软件、连接更多设备、轻松升级。

HMI 的未来

简而言之，HMI（人机界面）是人们与机器互动的方式。在工厂里，它是工人控制机器、查看数据、做决策的屏幕。但这块屏幕正在迅速改变。

未来，HMI 将更智能、更易用、更互联。首先，云技术 让数据可在多地共享，工人可用手机或平板远程查看机器。其次，人工智能（AI） 让 HMI 提供更智能的建议，不再只显示数字，而是提示：“这台机器可能很快故障，是否检查？”

增强现实（AR） 也将发挥作用。想象在工厂里戴上智能眼镜，镜片直接显示需维修部位或机器运行状态，无需再看屏幕。

触摸屏也会升级，支持多点触控和手势控制，如同手机。某些场景甚至无需屏幕——仅用语音助手或可穿戴设备。

最终，未来 HMI 将更关注用户体验，只显示最重要信息，其余按需呈现，帮助用户更快更安全决策。

简言之，HMI 将成为更智能的伙伴，而非简单控制面板，助力未来工厂更快、更安全、更智能地运转。

如何选择 HMI

驱动支持｜确保与设备无缝连接
应选择支持现有 PLC/控制器协议的触摸屏，避免后期开发或调试困难。
- ? 支持协议越多越好：如 Modbus RTU/TCP、西门子 S7、 EtherNet /IP、三菱、欧姆龙等主流 PLC 协议
- ? 支持自定义协议或脚本开发：适用于需特殊通信逻辑的项目
- ? 考虑未来扩展：支持 OPC UA/MQTT 等 IIoT 协议更具前瞻性
通信接口｜决定连接能力与扩展性
接口不足限制扩展，接口不全无法连接现场设备。
- 常见接口配置：
  - 串口：RS232/485/422（适用于旧设备或多 PLC）
  - 以太网：1~2 个 LAN 口（冗余或子网使用）
  - USB：接外设（U 盘、鼠标、键盘）或工程下载
- ? 部分高端机型还提供 CAN、HDMI 等特殊接口
显示性能｜尺寸决定可视区域，亮度影响应用场景
不仅要“看得见”，更要“看得清”。
- 主流尺寸（按应用场景推荐）：
  - 小控制柜：4.3"、7"
  - 一般工业现�。�10.1"、12.1"
  - 大型设备或集中监控：15.6"、21.5"
- 分辨率：建议至少 800×480；主流为 1024×600、1280×800、1920×1080
- 亮度要求：室内 ≥300 nits；强光/户外 ≥500 nits
HMI 编程软件｜决定开发效率与维护便捷性
界面开发是否高效、功能是否完善取决于软件。
- 支持所见即所得编辑、丰富元件库
- 提供多语言切换、趋势图、报警、权限管理、宏指令
- 支持项目仿真、模板复用、远程下载、调试日志查看
系统性能｜系统是否卡顿、启动是否迅速
性能不足迟早出问题。
- CPU：建议双核或四核 ARM A7/A9/A53 架构
- 内存：≥512MB RAM，Flash ≥4GB
- 系统平台：Linux 优于裸机方案，更稳定、可扩展
远程访问｜让 HMI“永不离线”
是否支持远程访问不仅关乎便利，更关乎运维效率。
- 支持远程监控、远程项目上载/下载
- 内置 VNC 或浏览器访问
- 支持接入工业云平台（MQTT、FlexCloud 等）
安全｜别让“权限”成为系统漏洞
一旦误操作或恶意访问，可能导致停产。
- 提供用户等级权限（操作员、工程师、管理员等）
- 项目加密，防止非法下载
- 支持远程连接认证、审计记录功能（部分高端机型）
认证标准｜到哪都能合法使用
出口、投标、特殊行业均要求认证。
- 出口：CE、FCC、RoHS、UL、EMC
- 特殊场景：IP65/IP67 防护、防爆（Ex）、抗振等级
IIoT 支持｜数据上传、远程交互，智能工厂基础
触摸屏不仅是显示器，更是数据网关。
- 支持 MQTT、OPC UA 等工业物联网协议
- 可对接 MES、SCADA、云平台
- 提供本地数据缓存、历史记录、报警推送
输入方式｜决定操作便捷与环境适应性
并非所有操作环境都适合“直接手触”，选对触控方式至关重要。
现场条件差异大：戴手套操作、潮湿或油污环境、需用笔操作、或需多点手势控制——匹配触控技术是用户体验关键。工业 HMI 三大触控技术：
- 电阻式触控
  - 依靠压力感应，两层导电膜受压后导通检测触控
  - 优点：可戴手套或非导电工具（如塑料笔）操作，抗干扰强，成本低
  - 适用：油污、高温、戴手套或需工具操作环境
- 电容式触控
  - 检测导电体（如人手）引起的电容变化
  - 优点：灵敏度高、响应快、玻璃表面耐刮
  - 缺点：需裸手操作，厚手套不适用
  - 适用：洁净室、无尘环境、高端 HMI
- 投射式电容（PCAP）
  - 高端主流技术，支持多点触控，高透光率，响应灵敏
  - 优点：比标准电容更灵敏，部分型号支持薄手套，适合多指操作
  - 注意：如需使用手写笔，需选导电笔尖
  - 适用：医疗、自动化产线、对 UI/UX 和设计要求高的仪表面板

繁易 HMI 触摸屏解决方案的关键特性

1. 规格多样｜适配所有工业场景

尺寸丰富：4.3"、7"、10.1"、12.1"、15.6"
支持横屏/竖屏
多种分辨率及显示色彩可选
电阻/电容触控面板，适应不同环境
产品线覆盖：基础型、高性能型、物联网型、Web HMI、裸屏

2. 易用开发｜快速部署

手机蓝牙调试 ，无需现场 PC
微信小程序快速导出数据、监控状态、调整参数
面向对象编程，�？榛从茫咝Ч菇ㄏ钅�
基于数据模型的项目实现设备标准化、可扩展开发

3. 工业级硬件｜适应严苛环境

高性能工业 CPU，大内存大存储
宽温运行 ：-10°C 至 60°C
防尘、防油雾、防潮、防热坚固设计

4. 功能丰富｜一屏多用

内置 400+ 主流 PLC 协议，即插即用
MQTT 支持，免脚本轻松发布/订阅数据
多网络接口（以太网/ WiFi /4G）无缝上云
VNC 远程投屏，异地监控操作
海量数据采集、查询、报表生成
多点触控与手势控制，提升 UI/UX
Web 架构，浏览器跨设备访问，一套项目多端展示

5. 可靠售后｜随时随地

线上线下完整培训，涵盖开发、调试、维护
专业技术支持团队，电话/远程/邮件快速响应
手册、示例工程、FAQ、视频教程一应俱全
全球合作伙伴网络，提供本地化服务与更快支持
远程协助与在线升级，系统安全常新
主动客户回访，持续改进与反馈融合

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