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
- 常见接口配置：
- 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"
- 一般工业现场：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
- 主流尺寸（按应用场景推荐）：
- 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
- 电阻式触控
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，模块化复用，高效构建项目
- 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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