專利名稱：用于人機接口系統(tǒng)的操作者接口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于自動化的商業(yè)和工業(yè)環(huán)境的控制系統(tǒng)，如用于裝配線的
控制系統(tǒng)，并且具體涉及用于HMI (人機接口 )系統(tǒng)的操作者接口設(shè)備，其 提供了操作者工作站和在服務(wù)器上運行的HMI軟件之間的簡單、通用的通信。
背景技術(shù)：
許多商業(yè)、工業(yè)、倉庫和制造機構(gòu)采取自動化以減少人力成本并增加效 率。自動化系統(tǒng)經(jīng)常是被計算機控制的。典型地，計算機將位于中心位置， 并將控制遍及遠離中心位置的機構(gòu)分布的多個操作者工作站。
機器用于將產(chǎn)品和組件從一個位置移動到另一個位置、裝配產(chǎn)品、封裝 產(chǎn)品、并執(zhí)行與機構(gòu)的性質(zhì)有關(guān)的其他服務(wù)。人類操作者可位于操作者工作 站來在工作站操作各種機器、定位組件、監(jiān)視機器處理、并檢修在遠程站可 能出現(xiàn)的問題。
這樣的系統(tǒng)的典型模型是管理控制和數(shù)據(jù)獲取模型(SCADA)模型。 SCADA系統(tǒng)通常包括與機器連接的輸入和輸出信號硬件、與硬件連接的多個 遠程端單元(RTU)或可編程邏輯控制器(PLC)、與RTU或PLC連接的運 行HMI軟件的中心站、以及用于在各組件之間通信的通信基礎(chǔ)設(shè)施。信號硬 件將典型地包括某種警報，或者作為喇p八或其他音頻設(shè)備，或者是燈信號或 信標(beacon)的形式，或者兩者。
這樣的方法的問題是，硬件信號設(shè)備和PLC或RTU是對特定應(yīng)用定制 選擇的。例如，最初開發(fā)PLC以替代自動化系統(tǒng)中的中繼器和開關(guān)的系統(tǒng)， 并且PLC使用電氣或電子技術(shù)人員可以從電子示意圖遵循并編程的類型的簡 單邏輯電路或"梯形邏輯"。已經(jīng)增強了 PLC以使用模塊編程語言，并且在 一些情況下，使用結(jié)構(gòu)化編程語言；然而，PLC保留其基于電路的根本，并 且仍然必須由電工定制以與特定硬件實現(xiàn)接口，這是昂貴和耗時的。RTU遭 受幾乎相同的問題。
例如，汽車裝配線要求多個操作者工作站，每個操作者工作站要求與HMI軟件(如GE Fanuc的Proficy 或Climplicty HMI軟件、 Allen-Bradley/Rockwell自動化HMI、 Wonderware HMI等)接口的輸入/輸出 信號硬件和PLC。車間效率遭受到下述問題對于每個部門或每個車間安裝 五十到一百個工作站、每個工作站好幾萬的成本，以及當工作站需要維護、 修復(fù)、替換或升級時的停機時間。
因此，需要一種HMI系統(tǒng)的通用操作者工作站單元，其直接在信息技術(shù) (IT)控制下操作，而不需要定制安裝。因此，期望解決上述問題的硬件接 口設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
HMI系統(tǒng)的操作者接口設(shè)備提供人機接口 ( HMI)軟件和操作者工作站 之間的通用的、簡單的通信。所述設(shè)備具有至少一個信號傳輸設(shè)備、至少一 個串行通信端口、以及在外殼上安裝的以太網(wǎng)端口。在外殼內(nèi)布置了包括具 有嵌入式以太網(wǎng)能力的微控制器的電子電路。微控制器被配置為通過TCP/IP, 將來自串行通信端口的條形碼讀取器、RFID接收器等的串行數(shù)據(jù)經(jīng)由以太網(wǎng) 傳遞到遠程服務(wù)器上的HMI軟件，并且傳遞到用于至少一個信號傳輸設(shè)備的 (各)控制驅(qū)動器，所述信號傳輸設(shè)備可以是信標、燈、喇p八或其他音頻設(shè) 備、或按鈕開關(guān)。所述設(shè)備還可包括電源和微連接器端口，所述微連接器端 口用于在如轉(zhuǎn)矩控制器的機器控制器和HMI軟件之間傳遞信號。
所述至少一個串行端口可以是RS-232端口。裝配線、部件倉庫和其他工 業(yè)機構(gòu)頻繁使用條形碼讀取器、RFID接收器或收發(fā)器、以及經(jīng)由RS-232標 準與自動化控制軟件通信的其他設(shè)備，使得這樣的設(shè)備(有時稱為傳統(tǒng)的設(shè) 備)經(jīng)常配備有RS-232電纜和插孔。替代地，或除了 RS-232端口之外，所 述至少一個串行通信端口可以是通用串行總線(USB)端口，用于與如此配 備的傳感器或輸入/輸出設(shè)備連接，或連接到打印機、觸摸屏監(jiān)視器、鍵盤、 鼠標或位于操作者工作站的其他輸入設(shè)備。在另一替代中，串行端口可以是 DeviceNet、 Seriplex、 Modbus或其他串行通信端口 。
所述至少一個信號傳輸設(shè)備可以是優(yōu)選地布置在外殼的頂部的信標。所 述信標可包括LED陣列，并且所述設(shè)備可包括在收到來自HMI軟件的指令 時使LED陣列閃光的電路，以指示工作站處需要由人類操作者干預(yù)的錯誤。 用于接通信標的驅(qū)動器電路布置在外殼內(nèi)，并且用于以期望頻率將陣列接通
6和關(guān)斷的振蕩器或定時電路可以并入微控制器中，或可以提供為具有LED驅(qū) 動器的分立電路。
信號傳輸設(shè)備可以是優(yōu)選地布置在外殼的前表面的一個或多個燈，所述 外殼還可包括LED陣列，其中驅(qū)動器電路布置在外殼中。例如在裝配線的情 況下，所述燈可包括用于指示對工作站處的產(chǎn)品的工作正令人滿意地進行的 綠燈、用于指示傳送帶上的產(chǎn)品到達^l喿作者工作站處的站的燈、可閃光或以 其他方式指示當前正在工作站的產(chǎn)品需要非標準或定制部件的燈等等。
信號傳輸設(shè)備可以是具有布置在外殼中的驅(qū)動器電路的揚聲器、喇叭或 其他音頻設(shè)備，所述信號傳輸設(shè)備可在由微控制器經(jīng)由以太網(wǎng)接收到來自 HMI軟件的信號時接通。如果需要，所述音頻設(shè)備可以是由布置在外殼中的 語音處理器驅(qū)動的揚聲器。
信號傳輸設(shè)備可包括一個或多個按鈕，其可由人類操作者操作來發(fā)送信 號到HMI軟件。例如，可提供開始按鈕以向HMI軟件發(fā)信號已經(jīng)校正錯 誤狀態(tài)并且可以重啟裝配線，或可以提供釋放按鈕以發(fā)信號不能在分配的 時間內(nèi)校正錯誤，并且可以釋放或重啟裝配線，但是產(chǎn)品已經(jīng)從帶移除或需 要轉(zhuǎn)移用于在裝配線中的適當節(jié)點(juncture)處的進一步的處理。
微連接器可以是六引腳連接器，其為位于工作站處的高達四個控制器或 傳感器供電并從該四個控制器或傳感器接收輸入。微連接器接線為將離散輸 入/輸出信號往來微控制器傳遞，所述微控制器簡單地將信號往來服務(wù)器傳 遞。微連接器可以是M12連接器。所述設(shè)備可具有安裝在外殼內(nèi)的多個微連 接器。
所述設(shè)備可包括多于一個以太網(wǎng)端口，使得可在網(wǎng)絡(luò)上級聯(lián)多個操作者 接口單元。替代地，額外的以太網(wǎng)端口可用于將可由以太網(wǎng)連接操作的任何 東西(如計算機、打印機、標志(sign)等)連接到網(wǎng)絡(luò)。用于將操作者接口 單元和HMI軟件配合(mesh)的軟件驅(qū)動器為基本命令結(jié)構(gòu)提供HMI軟件 和一個或多個人機接口單元之間的通信的適當關(guān)聯(lián)，這非常像打印機驅(qū)動器 控制計算機和打印機之間的通信。
因此，HMI系統(tǒng)的人機接口提供了通過IT控制在遠程工作站處的人類 操作者和HMI軟件之間的通用通信，而不需要定制輸入/輸出硬件和定制 PLC、 RTU或工作站處的其他中間設(shè)備。
在進一步查看下面的說明書和附圖后，本發(fā)明的這些和其他特征將容易變得明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的HMI系統(tǒng)的操作者接口設(shè)備的前視圖。 圖2是圖1的操作者接口設(shè)備的底視圖。 圖3是在圖1的操作者接口設(shè)備內(nèi)布置的電子電路的框圖。 圖4A和4B是示出圖1的操作者接口設(shè)備的示例性微控制器的引出線的 示意圖。
圖5是圖1的操作者接口設(shè)備的RS-232輸入端口電路的示意圖。
圖6A和6B是用于圖1的操作者接口設(shè)備的以太網(wǎng)隔離電路的示意圖。
圖7是用于根據(jù)本發(fā)明的HMI系統(tǒng)的操作者接口設(shè)備的替代實施例的前視圖。
遍及附圖，相似的參考符號一致地表示相應(yīng)的特征。
具體實施例方式
用于HMI系統(tǒng)的操作者接口設(shè)備提供了人機接口 ( HMI)軟件和操作者 工作站之間的通用的、簡單的通信。設(shè)備的典型應(yīng)用可能是在汽車制造廠的 裝配線中的操作者工作站處。該設(shè)備提供了人類操作者和HMI軟件之間的通 用通信，消除了工作站處的定制設(shè)備的必要，所述工作站通過也必須定制編 程的可編程邏輯控制器與HMI軟件通信。
圖l和2分別示出在附圖中總地表示為IO的設(shè)備的第一實施例的透視圖 和底視圖。設(shè)備10包括外殼12。外殼12可具有任何期望的配置。圖l中示 出的實施例具有細長的外殼，其可在其背面具有墻式安裝(wall-mounting) 的支架、或從頂部和底部延伸的墻式安裝的突出部(未示出)。
設(shè)備IO具有至少一個信號傳輸設(shè)備、至少一個串行通信端口、以及在外 殼12上安裝的以太網(wǎng)端口。圖1和2中示出的設(shè)備12的實施例具有在外殼 12的頂面上安裝的信標14、以及在外殼12的前面布置的第一信號燈16和第 二信號燈18。信標14以及信號燈16和18可包括發(fā)光二極管(LED )或具有 不同色彩透鏡的發(fā)光二極管的陣列，以提供正傳送的不同消息的4^L覺指示。 信標14例如可包括紅色透鏡，以發(fā)信號在工作站處的錯誤情況或故障需要 人類操作者的干預(yù)。第一燈16可具有綠色透鏡和布置在外殼12上的適當?shù)臉擞?0，如"良好運4亍(GOOD JOB)"，以指示工作站處的工作令人滿意地 進行。第二燈18可具有琥珀色透鏡和布置在外殼12上的適當?shù)臉擞?2，如 "站內(nèi)(IN STATION)",以指示存在已經(jīng)到達工作站用于處理的裝配線上的產(chǎn)品。
視覺信號的數(shù)量、其在外殼12上的位置、其配置、以及通過視覺信號的 照亮而傳送的信號可在本發(fā)明的范圍內(nèi)變化。而且，如下所述，信標14和/ 或信號燈16和18可閃光或發(fā)脈沖以吸引人類操作者對視覺信號的注意，或 傳送與裝配線的狀態(tài)或當前位于工作站的產(chǎn)品有關(guān)的特定消息。
設(shè)備10除了視覺信號傳輸設(shè)備外或替代視覺信號傳輸設(shè)備，可包括音頻 信號傳輸設(shè)備，其具有安裝在外殼12的前面或前面板上的揚聲器24。音頻 信號傳輸設(shè)備可以簡單地為喇叭或蜂鳴器，或設(shè)備10可包括用于傳送短的、 標準的語音信號的語音合成器。音頻信號傳輸設(shè)備可與視覺信號傳輸設(shè)備結(jié) 合使用，例如，燈18可照亮以指示產(chǎn)品已經(jīng)到達工作站，并且音頻信號傳輸 設(shè)備可蜂鳴，以指示需要該特定產(chǎn)品的特殊處理。
設(shè)備10可包括布置在外殼12的前面或面板上的按鈕26。按鈕26可由 人類操作者用來發(fā)信號到HMI軟件已經(jīng)清除了工作站處的錯誤狀態(tài)、已經(jīng) 完成了要求的任務(wù)、或在為該任務(wù)分配的時間內(nèi)不能清除錯誤狀態(tài)，使得應(yīng) 當釋放裝配線以用于繼續(xù)操作，其中產(chǎn)品從工作站處的裝配線移除、或為處 于裝配線更下方的適當結(jié)點處的部門標記?？赏ㄟ^提供多個按鈕、或通過按 壓按鈕的特定模式(給定時間段內(nèi)的按壓的數(shù)量、按壓的持續(xù)時間等)來傳 送不同消息。
設(shè)備10包括至少一個串行通信端口。在圖1的實施例中，串行通信端口 包括RS-232端口，其中DB-9連接器28安裝在外殼12的前面板上。裝配線 上使用的許多傳感器是包括RS-232電纜的傳統(tǒng)設(shè)備，包括條形碼掃描儀、 RFID接收器或收發(fā)器、溫度傳感器、光電單元等等。RS-232連接器28提供 了用于通過設(shè)備10將串行通信信號傳遞到HMI軟件的部件。
設(shè)備10還可包括用于將機器控制器或傳感器連接到HMI軟件的微連接 器30。微連接器30優(yōu)選地是六引腳連接器，其為位于工作站處的高達四個 控制器或傳感器供電并從其接收輸入。微連接器被接線為將離散輸入/輸出信 號往來微控制器傳遞，微控制器簡單地將信號往來服務(wù)器傳遞。微連接器30 可以是M12連接器。設(shè)備可具有在外殼中安裝的多個微連接器30。
9設(shè)備10包括用于接收RJ-45插孔的以太網(wǎng)連接器32,以便將設(shè)備10連 接到用于提供與HMI軟件的通信的機構(gòu)的局域網(wǎng)(LAN )或廣域網(wǎng)(WAN )。 以太網(wǎng)連接器32可以布置在外殼12的底面上。設(shè)備IO還包括電力輸入連接 器，如凹陷式公插頭(recessed male plug) 34，用于將設(shè)備10連接到交流市 電。電力輸入連接器34還可布置在外殼12的底面上。替代凹陷式公插頭34, 設(shè)備IO可具有從外殼12延伸的電源線，用于連接到交流市電。
用于為設(shè)備10提供其功能性的電子電路布置在外殼12內(nèi)的印刷電路板 或其他支撐物上。參照圖3,圍繞微控制器36建立電路，所述微控制器36 具有嵌入式以太網(wǎng)能力和至少一個串行通信接口。將理解，微控制器基本是 具有支持電路的專用微處理器，所述支持電路否則將由布置在同一芯片上的 分立組件(ROM、 RAM、串行通信端口、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等)提供，因此提供了 實質(zhì)上是沒有監(jiān)視器、鍵盤或鼠標的微計算機。通過"嵌入式以太網(wǎng)"，申請 人指以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)標準的單芯片實現(xiàn)，使得微控制器具有在不使用計算機的情 況下通過以太網(wǎng)通信的能力。因此，微控制器應(yīng)當能夠建立TCP/IP棧、分配 IP地址、打開端口、形成分組并通過TCP/IP協(xié)議通信等。
適于在設(shè)備10中使用的微控制器應(yīng)當具有至少一個串行通信端口接口 ， 并且應(yīng)當可被編程以將串行通信信號(特別是使用RS-232標準的信號)轉(zhuǎn)換 為分組，所述分組用于通過用戶數(shù)據(jù)協(xié)議(UDP)，或更優(yōu)選地通過傳輸控制 協(xié)議(TCP)經(jīng)由TCP/IP傳輸，使得HMI軟件可從例如條形碼掃描儀透明 地接收信號，就好像條形碼掃描儀直接連接到運行HMI軟件的服務(wù)器計算機 一樣。依賴于由制造或商業(yè)機構(gòu)使用的特定HMI軟件的能力，微控制器36 可被編程以丟棄開始、停止和奇偶校驗位，僅將分組中的數(shù)據(jù)位經(jīng)由以太網(wǎng) 發(fā)送，或可被編程以將RS-232信號中的所有位分組化，使得可將TCP/IP信 號解除分組，并且在服務(wù)器計算機處恢復(fù)全部RS-232,以用于在串行通信總 線上傳輸?shù)紿MI^欠件。
關(guān)于此點，HMI軟件38可以是任何商業(yè)可用的品牌的HMI軟件。HMI
軟件通常提供與車間機器和操作有關(guān)的關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集、監(jiān)視、管理控 制和共享，包括發(fā)送警報或控制信號到車間中的遠程位置。設(shè)備10可與其接
口的示例性HMI軟件38包括GE Fanuc的Proficy⑧或Climplicty HMI軟件、 Allen-Bradley/Rockwell自動化HMI、 Wonderware HMI等。設(shè)備10可配備有 軟件驅(qū)動器40,其可加載到HMI軟件所駐留的服務(wù)器計算機上。與軟件打印機驅(qū)動器的方式非常類似，軟件驅(qū)動器40將來自HMI軟件38的軟件命令轉(zhuǎn) 換為微計算機36的語言中的適當?shù)妮斎朊?，例如，接通信?4或音頻警 報揚聲器24,并且相反地，將來自微控制器36的關(guān)于機器的狀態(tài)的、或來 自按鈕26的輸出信號以由HMI軟件所要求的形式路由到適當?shù)腍MI輸入。 微控制器應(yīng)當能夠從人類觀點幾乎實時地執(zhí)行(100ms〈響應(yīng)時間 <500ms),但是不能快到其不滿足機器控制應(yīng)用的要求，所述機器控制應(yīng)用 要求小于100ms。微控制器應(yīng)當可被編程使得來自機器傳感器和控制器的離 散輸入/輸出信號觸發(fā)硬件IRQ，使得可以立即處理輸入狀態(tài)的變化。微控制 器還應(yīng)當可被編程為從HMI軟件以太網(wǎng)接收端口頻繁地(典型地 10ms-500ms )輪詢TCP/IP棧，以維持對HMI軟件命令的接近實時響應(yīng)。優(yōu) 選地，微控制器能夠打開與微控制器連接的每個串行輸入設(shè)備的分開的 TCP/IP端口和TCP/IP棧、以及經(jīng)由微連接器30連接的分立輸入/輸出設(shè)備的 單個端口。
適于在該設(shè)備中使用的微控制器36是由德克薩斯奧斯汀的飛思卡爾半 導(dǎo)體公司(Freescale Semiconductor, Inc.)制造的MC9S12NE64,在其他特征 當中，該微控制器的特征在于15比特CPU、 64K字節(jié)閃速EEPROM、 6K的 RAM、 A/D轉(zhuǎn)換器、具有集成以太網(wǎng)10/100Mbps收發(fā)器的以太網(wǎng)介質(zhì)訪問 控制器(EMAC)、兩個異步串行通信接口模塊(SCI)、 一個同步串行外圍接 口 (在圖1-2的實施例中不使用)、以及16比特定時器模塊。閃速EEPROM 可用開發(fā)工具包編程。用于在圖l-2的實施例中使用的微控制器36的示例性 示意引腳線在圖4A-4B中示出。將注意到，在本申請中，16比特定時器被配 置為提供信標14的閃光器電路，并且如果需要，還可配置為使燈16和18閃 光。
回來參照圖3，設(shè)備10的電路包括串行通信端口電路42,所述串行通信 端口電路42可僅包括用于RS-232端口的電路，如圖1和2所示的設(shè)備10的 實施例中，或替代RS-232端口或除了 RS-232端口之外，可包括用于通用串 行總線(USB)端口 44的電路，如在設(shè)備的替代實施例中所提供的，在圖7 中所示總地指示為100。圖5中示出用于圖1和2的設(shè)備10的示例性串行通 信端口電路42。串行通信端口電路42通過帶狀電纜連接到DB-9連接器28, 并且經(jīng)由RS-232收發(fā)器(例如，SP3232集成電路)與微控制器36接口連接。 類似電路可用于將USB端口 44與微控制器36接口連接，如電子電路領(lǐng)域所公知的。
用于設(shè)備10的電路還包括布置在微控制器36和RJ-45以太網(wǎng)插孔32之 間的以太網(wǎng)隔離電路46。以太網(wǎng)隔離電路46提供來防止以太網(wǎng)電纜上攜帶 的噪聲通過以太網(wǎng)收發(fā)器引腳影響微控制器36,并從在以太網(wǎng)電纜上發(fā)送到 服務(wù)器計算機上運行的HMI軟件38的信號中移除噪聲。圖6A-6B中示出示 例性以太網(wǎng)隔離電路46。以太網(wǎng)隔離電路使用H110210/100Base-T單端口表 面安裝變壓器48,以提供要求的隔離。以太網(wǎng)隔離電路可選地包括用于維持 微控制器36的MAC地址的24WC32串行EEPROM 50。
用于設(shè)備10的電路包括按鈕電路52，其可包括一個或多個光電隔離器 (如PS2701集成電路)、以及用于反跳開關(guān)并將按鈕26與微控制器36接口 連接的其他組件。這樣的用于將按鈕開關(guān)與微控制器或微處理器接口連接的 電路是本領(lǐng)域公知的，并且將不進一步描述。
用于設(shè)備10的電路包括燈和揚聲器電路54,用于驅(qū)動信標14、信號燈 16和18、以及通過揚聲器28發(fā)出警報的音頻警報設(shè)備。優(yōu)選地，通過LED 的陣列提供信標14以及信號燈16和18的照明，并且電路包括用于限制通過 LED的電流并散熱的電流限制電阻器、以及由晶體管放大器/開關(guān)提供的驅(qū)動 器，如包含光去氯晶體管的陣列的ULN2803LW集成電路。這樣的LED燈電 路是傳統(tǒng)的，并且在本領(lǐng)域公知。將注意，驅(qū)動器晶體管信標14以及信號燈
路閃光或接通和關(guān)斷。揚聲器24可合并喇叭、蜂鳴器、或由ULN2803LW的 晶體管放大器/開關(guān)之一驅(qū)動的其他音頻警報設(shè)備，或替代地，可提供分開的 和分立的語音處理器電路以配備語音警報或指令。
微連接器30可直接連接到微控制器36。用于設(shè)備10的電路還可包括 調(diào)節(jié)電源電路56，其提供用于在以太網(wǎng)上為機器控制器和連接到微連接器端 口 30的傳感器供電的受調(diào)節(jié)的24伏電源；以及使用LM2596電壓調(diào)節(jié)器的 調(diào)節(jié)電源(例如，3.3伏電源)，其用于外殼12內(nèi)布置的微控制器36和其他 電路。這樣的調(diào)節(jié)電源電路在本領(lǐng)域是公知的。
圖7示出設(shè)備100的替代實施例。設(shè)備100封裝在外殼112內(nèi)，并且基 本類似于設(shè)備10,但是包括多個按鈕26a和26b、 USB端口 44、以及多個微 連接器30。設(shè)備100還可包括類似于圖2的插孔32的、在其底面上的多個 以太網(wǎng)插孔，以便級聯(lián)串聯(lián)的若干設(shè)備100,通過以太網(wǎng)電纜將每個設(shè)備100
12連接到下一個。替代地，可使用額外的以太網(wǎng)端口，用于將可由以太網(wǎng)連接 操作的任何東西(如計算機，打印機、標志等)連接到網(wǎng)絡(luò)。
多個按鈕26a和26b為操作者提供用于與HMI軟件通信的額外選項。 USB端口允許其他設(shè)備(如觸摸屏監(jiān)視器和控制臺、打印機、鍵盤、鼠標或 其他USB設(shè)備)通過傳統(tǒng)的電路連接到微控制器36，以擴展操作者與HMI 軟件通信的能力。多個微連接器30允許額外的拾取燈、按鈕、傳感器等連接 到微控制器，用于提供HMI軟件的額外數(shù)據(jù)輸入。
將理解，多個設(shè)備10或設(shè)備100將由LAN通過以太網(wǎng)集線器、路由器、 交換機等，或由WAN通過網(wǎng)關(guān)或其他網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備連接到運行HMI軟件的 服務(wù)器計算機。替代地，設(shè)備10可經(jīng)由以太網(wǎng)，與位于工作站的單個計算機 通信。將看到，HMI系統(tǒng)的操作者接口設(shè)備提供了人機接口 (HMI)軟件和 操作者工作站之間的通用的、筒單的通信，通過計算機網(wǎng)絡(luò)，將機器和操作 者工作站直接放置在來自HMI軟件的IT控制下，而不必定制的介入設(shè)備或 定制的工作站警報和信號傳輸設(shè)備。將注意，如果需要，替代HMI軟件，設(shè) 備可被配置為與通過適當驅(qū)動器與在服務(wù)器計算機上運行的其他軟件應(yīng)用通 信。
一些示例將展示本發(fā)明的使用。位于汽車工廠的裝配線上的工人將廠標 附到機車的車身(trunk)。大部分機車接收到簡單地陳述機車的制造的通用廠 標。需要將機車指定為LS模型的不同廠標的機車到達工作站。條形碼掃描儀 讀取傳送帶或車身上的條形碼，并將該碼傳送到HMI軟件。HMI軟件使得該 設(shè)備上的琥珀色的"站內(nèi)"燈發(fā)亮。HMI軟件從條形碼識別機車需要特殊廠 標并使喇叭蜂鳴以警告工人。工人在附接了特殊廠標之后按下釋放按鈕，作 為對HMI軟件的信號已經(jīng)附接了特殊廠標，并且HMI軟件發(fā)信號通知綠 色的良好運行的燈，以確認并使裝配線前進。如果在為附接廠標分配的時間 內(nèi)沒有按下4姿鈕，則信標閃光并且喇叭持續(xù)鳴笛，裝配線暫停，直到校正了 錯誤并按壓了按鈕。
在另 一示例中，在洗碗機裝配車間的工人使用稱為轉(zhuǎn)矩控制器的特殊工 具來擰緊經(jīng)過工作站的每個洗碗機上的相同六個螺栓。在檸緊每個螺栓后， 扭矩控制器經(jīng)由以太網(wǎng)，通過設(shè)備發(fā)送"OK，，信號到HMI軟件。HMI軟件 保持對OK信號的數(shù)量計數(shù)。如果接收了六個，則綠燈發(fā)亮，并且傳送帶前 進。如果在分配的時間內(nèi)僅接收到五個OK信號，則信標閃光，并且HMI軟件使得傳送帶停止，直到糾正了錯誤并按下了釋放按鈕。
預(yù)期用于HMI系統(tǒng)的操作者接口設(shè)備可用于商業(yè)、工業(yè)、倉庫和制造機
構(gòu)。盡管具體描述為用于使用HMI軟件的自動化系統(tǒng)，但是本發(fā)明的范圍意 圖擴展到與任何其他IT應(yīng)用 一起使用，所述IT應(yīng)用提供月良務(wù)器計算機和操 作者工作站之間的控制或監(jiān)視系統(tǒng)接口 。
要理解，本發(fā)明不限于上述實施例，而是包含在權(quán)利要求的范圍內(nèi)的任 何和所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于人機接口(HMI)系統(tǒng)的操作者接口設(shè)備，包括外殼，適于安裝在操作者工作站；布置在所述外殼上的至少一個信號設(shè)備；布置在所述外殼上的串行通信端口，適于連接到在操作者工作站處的串行設(shè)備；布置在所述外殼上的至少一個以太網(wǎng)端口，適于連接到網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)具有與其連接的運行HMI軟件的服務(wù)器；以及微控制器集成電路芯片，其上布置有嵌入式以太網(wǎng)和至少一個串行通信接口，所述至少一個信號設(shè)備、串行通信端口和至少一個以太網(wǎng)端口連接到所述微控制器，所述微控制器被配置為通過TCP/IP在串行設(shè)備和HMI軟件之間傳遞串行通信信號，并且將HMI軟件與至少一個信號設(shè)備接口連接，以便在HMI軟件和在操作者工作站處的人類操作者之間傳遞消息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的操作者接口設(shè)備，其中所述至少一個信號設(shè)備 包括具有發(fā)光二極管陣列的發(fā)光電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的操作者接口設(shè)備，其中所述微控制器包括用于 響應(yīng)于來自HMI軟件的控制信號、使二極管的陣列閃光的電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作者接口設(shè)備，其中所述至少一個信號設(shè)備 包括布置在所述外殼的頂部的信標。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的操作者接口設(shè)備，其中所述至少一個信號設(shè)備 還包括布置在所述外殼的前表面上的多個燈。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作者接口設(shè)備，其中所述至少一個信號設(shè)備 包括揚聲器，被配置為響應(yīng)于來自HMI軟件的控制信號，發(fā)出音頻信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作者接口設(shè)備，其中所述串行通信端口包括 RS-232連接器，所述操作者接口設(shè)備還包括在RS-232連接器和所述微控制 器之間連接的RS-232收發(fā)器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作者接口設(shè)備，其中所述串行通信端口包括 通用串行總線(USB)連接器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作者接口設(shè)備，還包括微連接器，適于連接 到在操作者工作站處的機器控制器，所述微連接器電連接到所述微控制器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的操作者接口設(shè)備，其中所述微連接器包括M12 連接器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作者接口設(shè)備，其中所述嵌入式以太網(wǎng)包 括配置為建立TCP/IP棧的電路和以太網(wǎng)收發(fā)器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作者接口設(shè)備，還包括軟件驅(qū)動器，適于 在運行HMI軟件的服務(wù)器計算機上加載，所述驅(qū)動器適于將HMI軟件和所 述微控制器接口連接。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作者接口設(shè)備，其中所述至少一個信號設(shè) 備包括布置在所述外殼上的按鈕、以及布置在所述按鈕和所述微控制器之間 的按鈕電路，適于將來自人類操作者的信號傳遞到HMI軟件。
14. 一種用于人機4妻口 (HMI)系統(tǒng)的操作者接口設(shè)備，包括 外殼，適于安裝在操作者工作站；布置在所述外殼的頂部的信標； 布置在所述外殼的前表面的多個信號燈； 布置在所述外殼上的揚聲器；布置在所述外殼上的RS-232連接器，適于連接到在操作者工作站處的串 行設(shè)備；布置在所述外殼上的至少一個以太網(wǎng)端口，適于連接到網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò) 具有與其連接的運行HMI軟件的服務(wù)器； 布置在所述外殼上的微連接器；微控制器集成電路芯片，其上布置有嵌入式以太網(wǎng)和至少一個串行通信 接口，所述至少一個以太網(wǎng)端口連接到所述微控制器，所述微控制器配置為 通過TCP/IP在串行設(shè)備和HMI軟件之間傳遞串行通信信號；布置在RS-232連接器和微控制器之間的RS-232接口電路，所述RS-232 電路具有RS-232收發(fā)器；以及電連接在微控制器和信標、多個燈和揚聲器之間的燈和揚聲器電路，以 便在HMI軟件和操作者工作站處的人類操作者之間傳遞消息。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的操作者接口設(shè)備，還包括布置在所述外殼上 的按鈕、和布置在所述按鈕和所述微控制器之間的按鈕電路，適于將來自人 類操作者的信號傳遞到HMI軟件。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的操作者接口設(shè)備，還包括布置在所述外殼上的通用串行總線(USB)連接器，所述USB連接器電連接到所述微控制器。
17. —種用于將操作者工作站與人機接口 (HMI)軟件接口連接的方法， 所述方法包括步驟 ''將操作者接口設(shè)備定位在操作者工作站處，所述設(shè)備具有音頻信號傳輸 設(shè)備、視覺信號傳輸設(shè)備、按鈕開關(guān)、串行通信端口、以及具有嵌入式以太 網(wǎng)和串行通信接口的微控制器，所述微控制器配置為將通過以太網(wǎng)在串行通 信端口接收的串行通信信號傳輸?shù)紿MI軟件；將串行設(shè)備連接到串行通信端口 ；將設(shè)備連接到通過TCP/IP通信的網(wǎng)絡(luò)，所述HMI軟件在與網(wǎng)絡(luò)連接的 服務(wù)器計算機上運行；操作串行設(shè)備以產(chǎn)生串行通信信號，所述串行通信信號自動在網(wǎng)絡(luò)上傳 遞到HMI軟件，所述HMI軟件自動與所述微控制器通信，以響應(yīng)于此產(chǎn)生 對視覺信號傳輸設(shè)備、以及可選地對音頻信號傳輸設(shè)備的控制信號；響應(yīng)于所述控制信號，執(zhí)行對操作者工作站處的工件的工作；以及操作按鈕，以便對HMI軟件發(fā)信號通知對所述工件的工作的完成。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于接口連接操作者工作站的方法，其中所 述連接串行接口的步驟還包括將條形碼掃描儀連接到操作者接口設(shè)備，所述 操作串行設(shè)備的步驟包括用條形碼掃描儀掃描條形碼。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于接口連接操作者工作站的方法，還包括 將串行通信日期形成為至少一個用于經(jīng)由TCP/IP在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)姆纸M的步 驟，所述形成步驟由微控制器在接收到串行通信信號時自動執(zhí)行。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于接口連接操作者工作站的方法，還包括 將操作者工作站處的機器控制器連接到操作者接口上的以太網(wǎng)連接器的步 驟，所述機器控制器產(chǎn)生通過微控制器傳遞到HMI軟件的狀態(tài)信號，當HMI 軟件響應(yīng)于所述狀態(tài)信號發(fā)信號通知需要操作者工作站處的人類干預(yù)的情況 時，所述微控制器自動在操作者接口設(shè)備上產(chǎn)生警報信號。
全文摘要
用于HMI系統(tǒng)的操作者接口設(shè)備提供人機接口(HMI)軟件和操作者工作站之間的通用的、簡單的通信。所述設(shè)備具有至少一個信號傳輸設(shè)備(54)、至少一個串行通信端口(42)、以及安裝在外殼上的以太網(wǎng)端口(32，46)。所述外殼內(nèi)布置了電子電路，所述電子電路包括具有嵌入式以太網(wǎng)能力的微控制器(36)。所述微控制器配置為將來自條形碼讀取器、RFID接收器等的串行數(shù)據(jù)通過TCP/IP從串行通信端口(42)經(jīng)由以太網(wǎng)傳遞到遠程服務(wù)器上的HMI軟件(38)，并且傳遞到用于至少一個信號傳輸設(shè)備(54)的控制驅(qū)動器(40)，所述信號傳輸設(shè)備可以是信標、燈、喇叭或其他音頻設(shè)備，或按鈕開關(guān)(52)。所述設(shè)備還可包括電源(56)和微連接器端口(30)，用于在如轉(zhuǎn)矩控制器的機器控制器和HMI軟件之間傳遞信號。
文檔編號H04L12/46GK101595692SQ200880003221
公開日2009年12月2日 申請日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月26日
發(fā)明者斯科特·A·韋斯特 申請人:通用電氣豐克智能平臺有限公司