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HMI 面板(faceplate)设计:电机、阀门与 PID 回路

设计指南 · 操作员界面 · 约 8 分钟

面板(faceplate)是操作员在工艺画面上点击某个对象时打开的面板。画面让人一眼看清每台电机和每个阀门的状态;面板则显示其中某一个的全部信息,并且是操作员下达命令的地方。好的面板能在两秒内回答三个问题:它处于什么状态,为什么,以及我能做什么。

简而言之

面板的用途

工艺画面必须保持平静:设备用灰色,颜色只用于状态和报警,不放不需要的数字。这样每个对象上就没有空间放启动按钮、设定值输入框或联锁列表。面板的解决办法是把细节挪到一次点击之外。操作员选中一个对象,面板在画面上方打开,操作员动手操作,然后关闭。这与画面层级中的细节层级是同一个思路,只是应用于单个对象。

由此得出两点。第一,面板必须可预测:没有人应该为了找到启动按钮而去阅读它。第二,它必须诚实:它显示现场上报的真实状态,而不是已发出的命令。

面板的结构

无论是什么对象,同样的五个区域都自上而下出现。在整个项目中保持它们的顺序固定:

电机面板的线框图 一个面板,自上而下有五个区域:带位号和状态的标题栏、模式按钮、命令按钮、联锁列表和报警行。 M M-201 进料螺旋 · 运行 × 模式 自动 手动 就地 命令 启动 停止 联锁 下游输送机运行中 过载继电器正常 急停已复位 报警 无活动报警 趋势 · 参数 · 维护
  1. 标题栏。位号、描述和状态图片。使用对象在工艺画面上的同一张图片,让操作员一眼认出。关闭按钮始终在同一个角落。
  2. 模式。自动、手动、就地。当前模式为实心填充,其他为空心轮廓。切换模式和其他命令一样,也是一条命令。
  3. 命令。启动和停止、打开和关闭,或设定值输入。只有当前模式下允许的命令才处于启用状态。
  4. 联锁和许可条件。对象运行之前必须满足的条件,每条都有自己的状态圆点。缺少这个区域时,操作员最容易因此吃亏。
  5. 报警和链接。该对象的活动报警及其优先级,以及指向趋势、参数和维护数据的一行链接。

每种类型的面板上放什么

电机、泵和风机

电机状态清单中的九种状态是起点。在上述区域之外,如果项目测量了运行反馈(例如转速或电流),就加上它。存在未满足的联锁时,启动命令被阻止:把按钮置灰,并且在联锁区域列出缺失的条件。

开关阀

打开和关闭命令,来自两个限位开关(开到位、关到位)的位置反馈,以及两者都未动作时的状态:行程中或卡住。如果阀门有故障安全位置,在标题栏中注明。状态图片见阀门符号指南。

调节阀和 PID 回路

项目显示什么
PV过程值,带单位,字号大,并且在每个回路中位置相同。
SP设定值,仅在自动或串级模式下可编辑。显示允许范围,并拒绝范围之外的值。
OUT控制器输出,以百分比表示,仅在手动模式下可编辑。
模式手动、自动、串级。当前模式为实心填充。
棒图或迷你趋势PV、SP 和 OUT 在最近几分钟的变化,让操作员无需离开面板就能看到回路的趋势。
报警高限和低限,活动的高亮显示。

把整定参数放在第二个标签页。它们是给调试回路的人用的,不是给当班操作员用的,而且误改它们可能让过程失稳。

让每个面板都易读的规则

实际构建

每个 HMI 平台都有自己制作可复用弹出窗口或对象类型的方式,术语也因平台而异。上面的设计不依赖于此:每种对象类型画一个面板,把它绑定到被点击实例的变量,并从工艺画面上的每个实例打开它。集成指南涵盖了常见平台的导入步骤。

标题栏的图片是只需绘制一次、反复使用的部分。在符号编辑器 (Symbol Builder) 中,你可以绘制对象,并在 ZIP 中导出每个状态一张图片,这样面板的标题栏和工艺画面上的对象就是同一张图片。以后改一个颜色,两处同时改变。

为你的面板绘制状态图片

绘制一次电机、阀门或泵,并把每个状态(停止、启动中、运行、无反馈、手动、禁用、故障)导出为 PNG 或 SVG。编辑器免费使用,绘制无需账户;下载需要免费账户,Free 计划每月 5 次。

打开编辑器 → 阅读 9 种电机状态 →

常见问题

什么是 HMI 面板(faceplate)?

操作员在工艺画面上点击某个对象(例如电机、阀门或 PID 回路)时打开的面板。它显示该对象的完整状态(状态、模式、数值、联锁、报警),并提供它的命令。工艺画面让人一眼看清状态;面板是操作员动手操作的地方。

电机面板应该显示什么?

位号和描述,当前状态(使用与工艺画面相同的图片),模式(自动、手动、就地),启动和停止命令,许可条件缺失时启动被阻止的原因,带优先级的活动报警,以及趋势和维护数据的链接。

PID 回路面板应该显示什么?

并排显示过程值、设定值和输出,模式(手动、自动、串级),活动报警,以及一个显示这三个值在最近几分钟变化的棒图或小趋势图。整定放在第二个标签页。

ISA-101 要求使用面板吗?

不要求。ISA-101 没有规定面板的布局;它要求的是一致性。同一类对象在任何地方都应外观一致、行为一致。定义面板通常是项目 HMI 风格指南的一部分。

如何在我的 HMI 软件中构建面板?

每个平台都有自己的可复用弹出窗口或对象类型机制。设计规则是相同的:每种对象类型一个面板,绑定到被点击实例的变量,并从每个实例打开。标题栏的状态图片可以从符号编辑器导出。

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