【专业解读】如何高效地升级HMI ，补充你工控知识的空白

大多数的制造业工厂使用基于PC的人机界面（HMI）来操作和监控自动化设备。不幸的是，几乎每一个这样的工厂所拥有的HMI软件或硬件早晚都会变得陈旧过时（请见图1）

如何才能高效地从一个基于PC的HMI操作系统升级到其他设备上，并且能够将现有HMI的画面、编程和配置的重复工作量控制在最少？办法就是从一个HMI软件的版本升级到另一个版本，或者从一个HMI软件供应商升级到另一个供应商。

复杂的操作系统升级

升级一个基于PC的HMI操作系统（OS）往往要面对很多问题，但通常以PC的硬件故障所引起的问题居多。要执行这种升级，必须要对表格1中所列的问题进行评估并得到解决。

通常，第一步做的就是咨询HMI软件供应商哪个版本的HMI可以与新的操作系统兼容。因为，随着技术的进步，许多HMI供应商在创造新产品时很容易受到诱惑，往往会忽视与老旧操作系统的兼容性。

图1：如果一台HMI看起来像一部生锈的老爷车，那就是时候考虑升级操作系统和HMI或者重新选择一个新的HMI软件供应商。图片来源：Wonderware 工业软件

HMI软件最初设计的应用程序不会一直更新，要想支持新的操作系统，它必须要迁移至不同的HMI软件 – 不仅仅是相同软件的新版本。

如果必须要迁移，应用程序一般需要部分或者全部重新设计，但是会带来严重的后果，例如与工程设计和停机相关的高额代价。如果在购买HMI软件的时候，供应商承诺通过先进的技术能够使当前的应用程序与旧版本的应用程序兼容，那么这些成本就可以减少甚至得到避免。

实现专有物理层的通讯协议（例如数据高速公路（DH+）、Profibus DP等等）需要一个实体适配器来连接专有网络和PC。这样的适配器需要定制的设备驱动，这样操作系统才能识别他们。迁移到一个新的操作系统通常需要对这些设备驱动更新版本。

长远来看，如果可行的话，应避免与这种迁移相关的风险和代价，或者将其控制在最低程度的最好的方法就是替换，使用支持通过标准的基于以太网的通讯的协议替换基于专有物理层的协议和网络。

以太网已经成长为自动化系统中的标准实体网络。提供抽象层或通讯接口与标签数据库之间隔离的HMI软件有利于新的配置，并且能够简化未来的升级操作。

表1：升级HMI操作系统和PC时的注意事项

对HMI软件项目的影响程度取决于HMI软件提供的通讯接口与其它项目接口（例如画面显示和脚本）之间隔离水平的高低。

硬件迁移问题

在升级PC的显示器的时候，画面分辨率的变化可能会产生两个常见的问题：

1、不同的画面分辨率具有相同的屏幕高宽比（例如从800x600迁移到1024x768）。有一些产品能够自动调整画面尺寸，所以不需要修改原来的应用程序来适应新的分辨率。但是不具备自动调整功能的产品只能通过离线自动转换，或者最坏的情况就是通过手动调整屏幕画面。

2、分辨率和屏幕高宽比同时修改，例如从1024x768迁移到1920x1080的同时升级到16:9的宽屏显示器和面板。这种情况下的迁移比较经济有效的方法是使用HMI软件开发平台的自动画面尺寸调整功能。另外一种可行的办法就是设计一个可以一直显示关键报警提示的画面，这样就可以填补由于新屏幕高宽比造成的间隙。

在我们更新PC的外观尺寸时，经常会忽视机械方面修改，特别是当设备必须和机柜门大小相匹配的时候。触摸屏的操作也可能变化，HMI软件必须与新的工作站的诸如触摸屏、实体钥匙以及鼠标等输入方式兼容。根据原来软件的属性，也可能需要根据实际应用进行配置调整。

升级HMI版本的注意事项

升级现有的HMI软件有很多功能方面的原因，例如改善的用户界面、增加的特性以及改进的通讯。另一个升级的理由是持续获得软件供应商的客户支持服务，因为大多数供应商为其最新版本提供的支持服务相对于老一些的版本会更好。最后一个升级的原因是考虑到各种补丁和修复的问题。

决定升级HMI软件版本的成本与收益方面的一个关键因素是向下兼容性。如果当前的HMI软件供应商不能提供平滑的迁移路径，那我们需要考虑更换一个可以顺利提供迁移的供应商，因为这样可以减少未来升级所需要的工程投资（请见表格2）。

检查HMI软件供应商为新版本发行的版本注释是一种很好的做法。因为通过寻找那些已经得到解决的潜在问题可以发现新的特性，新的特性可能会促进新功能的实施，例如支持多点触摸和手势。

机器或工艺的改进也会涉及到HMI和控制器。在许多情况下，新的控制器支持基于标签的通讯，而不仅限于内存寻址。在这种情况下，将HMI升级到一个支持标签与控制器集成的版本会显著地减少调整应用程序所需要的时间。不需要手动输入，只需从控制器中浏览和选择标签即可，这样会将配置错误控制在最少。

新版本的HMI软件通常包括可追溯性和授权认证、可以降低达到规定要求的难度以及改进操作。

新的软件版本提高了连接性

连接性或互操作性是现代系统的一个关键因素。新的HMI版本能够提供额外的工具来与新设备进行数据交换 ，而且也可以与ERP系统、数据库、历史站、基于云技术的系统等交换数据。

许多HMI软件产品最初被设计只是用来在安装并运行这些HMI软件的PC或其他设备上显示信息的。但是，大多数新产品支持远程维护、故障诊断、甚至应用程序的可视化。从PC、平板电脑或智能手机上进行的远程访问可以将停机时间控制在最短，同时还可以提高产量。

基于云技术的系统和广域网连接的集成在地域上分散了系统，物联网(IoT)架构在实质上已经提高了自动化系统中网络安全性的重要性和必要性。到目前为止还没有能够有效地防止或缓解网络攻击的办法，不过保持HMI软件更新到最新版本是一个最大程度控制和消除以前版本漏洞的有效方式。

表2：迁移到新的HMI软件版本需要注意的事项

更换HMI供应商的注意事项

一些基于PC的HMI软件包可以从已安装的基于PC的HMI导入已有的应用程序，甚至那些由其他供应商生产的HMI，也可以包括各种驱动的标签集成，这使得直接导入HMI标签更简单（请见表格3）。使用这些导入工具可以很容易地从一个供应商切换到另一个供应商，其结果是让你拥有改进功能的、更好的HMI(请见图2)。

图2：最新的HMI软件可以实现诸如远程访问、标签集成等功能，同时还能提高网络的安全性。

正常来讲，将HMI应用程序迁移到可以提供更大价值或更佳性能HMI软件平台是一笔极大的开销，但是导入工具可以极大地降低迁移成本导入工具可以自动从旧系统中导入标签，甚至可以将旧的应用程序与现有的应用程序合并。

当本机的导入工具不支持要迁移的HMI产品的应用程序时，通常的可能是从一个外部列表（例如从微软Excel）中复制标签列表，并粘贴到应用程序的标签表单中。导入向导也可以导入诸如对象和图片的屏幕图形化组件，也可以导入与它们相关的属性和动画。

安全设定一般不会自动导入，主要原因有两个。第一个是尊重授权设定的保密性，主要指的是密码。第二个是版本或不同系统之间的差异。新升级的软件以及相关的安全系统在本质上很可能更复杂，也可能是使用了与旧系统不同的设置。因此，极力推荐通过最终产品的图形化用户界面(GUI)来对导入的应用程序安全设定进行配置。

所支持协议的通讯设定应该会自动导入。这对于在标签数据库和通讯驱动之间具有分隔功能的HMI应用程序是可能的，这也有助于使用新内容替换旧的驱动和协议配置。

报警条件和信息也应该可以自动导入。这使得通过电子邮件或短信消息进行远程报警通知的配置更简化。

表3：变更HMI软件供应商需要注意的事项

对配方数据的支持要根据旧的应用程序所配置的格式而定。考虑到HMI应用程序导入，或支持各种格式的配方数据和趋势历史数据，包括文档文件（CSV，XML，TXT等等）或数据库（MDB，SQL服务器等等）。

HMI的升级决策

升级HMI软件或其他系统时，都应该根据成本效益分析来制定和决策。任何系统，不管是硬件还是软件都最终会老化。随着硬件或者软件的逐渐老化，停机时间和安全风险会逐渐增加。

在一个HMI软件平台老化之前，升级到一个新的系统可以为企业带来更多好处，也会让升级系统的成本合理化。尽管迁移到一个不同的供应商在短期内比升级到现有供应商成本会高一些，但是从长远来看会大大地降低成本。如果切换到一个可以促进向下兼容、开放、互操作性、支持各种标准以及减少维护成本的HMI供应商，这是相当值得考虑的。

一些硬件制造商设计的专有软件会将限制用户只能使用他们的HMI硬件、控制器和网络。从另一方面看，与硬件无关的供应商提供的HMI软件为硬件和OS隔离提供了关键的临界层。这有效地提高了灵活性和可移植性，在决定将HMI系统升级到最新版本时，会节约很大一笔费用。