人機界面科技類(電子電氣自動化通信)

1、目 錄 TOC o 1-3 h z u 一、外文文獻譯文3二、外文文獻原文15一、外文文獻譯文應用基于web的網(wǎng)絡協(xié)議和軟件架構(gòu),能夠為工業(yè)提供具有適應性，個性化和移動性特點的人機界面Alessandro Bozzon, Marco Brambilla, Piero Fraternali, Paolo Speroni, and Giovanni Toffetti米蘭理工大學，電子與信息系，意大利bozzon, mbrambil, fraterna, paolo.speroni, toffettielet.polimi.it 摘 要本文提供了一個創(chuàng)新的結(jié)合使用網(wǎng)絡標準和軟件實施技術的工業(yè)設計人機

2、界面（人機界面）系統(tǒng)。本文描述的是成熟的技術和做法，可基于互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)轉(zhuǎn)移到嵌入式系統(tǒng)。幾種高級功能的實現(xiàn)確實是基于這種架構(gòu)，如應用適應性，界面?zhèn)€性化，遠程操縱，多渠道的通知。1 介紹依照當前潮流的人機界面（人機界面在工業(yè)自動化領域）的特點，嵌入式的優(yōu)勢是低功率，他有具體標準現(xiàn)場總線或?qū)ｉT接口專門針對工業(yè)廠房和自動化監(jiān)測設備。商業(yè)系統(tǒng)通常依靠于硬件，操作系統(tǒng)，I / O接口，通信協(xié)議的執(zhí)行情況，圖形顯示治理，和業(yè)務邏輯的專有架構(gòu)。這種情況要緊是由于對成本，表現(xiàn)和可靠性的高度重視，克服了標準體系結(jié)構(gòu)和高質(zhì)量服務接口的要求。此外，工業(yè)自動化通信協(xié)議都沒有達到作為辦公通信網(wǎng)絡，從而進一步證明了專有架

3、構(gòu)的優(yōu)勢。然而，互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡上的成功差不多開始阻礙工業(yè)人機界面的世界了。工業(yè)用戶也開始熟悉的Web界面，圖形質(zhì)量，多媒體內(nèi)容和功能，如流淌性，適應性的特點和個性化的應用。同時，基于TCP-IP的通信協(xié)議和嵌入式操作系統(tǒng)差不多開始蔓延在工業(yè)自動化領域610，從而減少了專有架構(gòu)的需要使企業(yè)內(nèi)部的整合更有吸引力。在這種情況下，專門容易預見一個緩慢但必定統(tǒng)一的人機界面關于工業(yè)標準體系結(jié)構(gòu)，標準的通信協(xié)議和先進的互動功能的誕生。我們的工作重點是一個新的分布式軟件架構(gòu)的人機界面系統(tǒng)能夠提供諸如個性化，適應性，分布，流淌性，多渠道通知，服務設計和辦公網(wǎng)絡及軟件集成等功能，因此還有保持穩(wěn)健性，可靠性，性能和成

4、本效益等傳統(tǒng)的人機界面問題。該項目被稱為ESAMyHMI的科研活動是在米蘭理工大學和歐空局Elettronica SpA公司一家經(jīng)營人機界面意大利公司之間進行的合作。該項目已導致了一種新的人機界面架構(gòu)，它充分利用了多層Web應用的最先進的結(jié)構(gòu)模式，以部署低成本，工業(yè)級的嵌入式硬件，達到了一流先進的人機界面功能。2. 概述工業(yè)人機界面市場工業(yè)人機界面產(chǎn)品專門少實施創(chuàng)新服務，如遠程進入污水處理廠操縱，通訊和遠程通知。事實上，人機界面公司大概鐘愛完整性能和良好的進入工業(yè)通信標準，即使是這些因素可能與現(xiàn)代的基于Web的架構(gòu)的創(chuàng)新解決方案不兼容。即使是人機界面的研發(fā)人員大概提供最創(chuàng)新的內(nèi)容（并聲稱其產(chǎn)品

5、具有網(wǎng)絡功能的），卻仍然在傳統(tǒng)架構(gòu)的框架下，通常只利用單一的應用。相反，最近的研究6顯示用戶如何越來越朝向查找一個能夠給予具有先進的功能，卓越的圖形功能和更好使用的新系列產(chǎn)品：遠程且盡可能遠，分布式操縱的工業(yè)廠房；遠程通知解決方案，即使用戶不是在終端面前；個性化和自動化適應圖形用戶界面；整合現(xiàn)有的企業(yè)經(jīng)營流程，系統(tǒng)和設備；開放的新標準，并在該領域的最佳做法是通過提供低成本的模塊化和可擴展性。SCADA（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)，最近推出了一些有味的創(chuàng)新，但作為首字母縮寫表明了，他們的目標是專注于產(chǎn)品能實現(xiàn)了高層次范圍的功能運用，并可在一個大的背景下部署運行。它們通常部署在高端設備（電腦和功能強大的

6、嵌入式系統(tǒng)）和代表著人機界面市場。在其他市場的行業(yè)，創(chuàng)新一直是依靠要緊供應商（例如，西門子），他們一直致力于在提高傳統(tǒng)人機界面應用程序提供的功能和代表過去幾年的水平。SmrtAccess 15例如，同意分配超過三站最大的工業(yè)設備操縱的技術開發(fā)。其運作，盡管這種是基因此簡單廣播的顯示界面的儀器，它能夠直接連接到其他設備的客戶。這種方式的帶寬需求超過一個典型的互聯(lián)網(wǎng)連接能力。Progea 16提出通過遠程功能和基于Web的體系結(jié)構(gòu)提供更加創(chuàng)新的解決方案。運行在Windows XP電腦的Progea服務器應用程序，它能夠遠程操縱設備通過一個支持互聯(lián)網(wǎng)JVM（Java虛擬機）連接的標準Web掃瞄器。即

7、使如此強大，但這種方法仍然缺乏提供便攜式解決方案，因為不同的實現(xiàn)工具提供了不同的平臺。3 新穎的人機界面解決方案的要求 從工業(yè)人機界面的市場可看到了工業(yè)自動化終端軟件,硬件架構(gòu)的典型的辦公和基于Web的應用程序緩慢但穩(wěn)定進化走向一體化，以達到更高的可用性和界面和更方便的工業(yè)自動化解決方案的靈活性和企業(yè)信息系統(tǒng)的互操作性的靈活性。那個目標需要分類功能和傳統(tǒng)的人機界面解決方案模塊，部署了分布式系統(tǒng)的模塊化和他們,它利用互聯(lián)網(wǎng)的開放標準和多層Web應用程序的架構(gòu)模式。該MyHMI項目旨在設計、實施和評估一個分布式人機界面平臺，可沒障礙地在本地和遠程訪問，能夠?qū)ｉT容易地集成企業(yè)信息和通信技術基礎設施。

8、基于MyHMI設計的基礎要求的要緊功能和非功分不列于表1和表2。表1 功能需求功能需求動態(tài)組態(tài)該組織和人機界面的外觀應該不難，有線，除了動態(tài)配置的條款數(shù)量和類型的操縱變量，頁面布局，顯示的數(shù)據(jù)，等等用戶登錄名和訪問操縱用戶應該統(tǒng)一地確定，基于一個成功可靠的認證。獲準進入該系統(tǒng)個性化用戶應該能夠自定義的接口的圖形性能，并將其參數(shù)保存在一個配置文件里。接口適應用戶界面可通過聲明性規(guī)則的方法自動調(diào)整適合的不同設備屏幕。警報治理政策該系統(tǒng)依照具體政策應向用戶提供警報通知機制功能限制該人機接口系統(tǒng)，生產(chǎn)者應當能夠?qū)μ囟ńK端禁用選定功能，已達到可調(diào)整產(chǎn)品商業(yè)價值的特點。報告日志數(shù)據(jù)報告可在不同的格式制作，

9、同意遠程可視化，調(diào)度和打印。表2 非功能需求非功能需求網(wǎng)絡拓撲該系統(tǒng)可支持獨立的網(wǎng)絡架構(gòu)，局域網(wǎng)，有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡接入。客戶服務器之間的通訊應該充分利用HTTP協(xié)議，為了達到防火墻的兼容性軟件結(jié)構(gòu)該軟件是基于標準的操作系統(tǒng)?？蛻舳藨贸绦驊撨\行在一個標準的Web掃瞄器，并應自動在不同規(guī)模的屏幕上調(diào)整分辨率，服務器應用程序應運行在一個標準的動態(tài)Web架構(gòu)上。外觀該接口利用設備無關的移交技術（即XHTML，SVG，閃光）?？蓴U展超文本標記語言性能頁面數(shù)據(jù)的刷新性能可媲美脫機的人機界面系統(tǒng)（每秒刷新10個數(shù)據(jù)）。4 MyHMI架構(gòu)在本節(jié)中，我們概述了MyHMI框架設計的要緊特色。該平臺的整體架構(gòu)

10、是MyHMI如圖1所示：人機界面功能通常是嵌入連接到操縱系統(tǒng)的終端，成為劃分為一個客戶服務器結(jié)構(gòu)，實施鏈接互聯(lián)通信網(wǎng)絡，其中包括一個以太網(wǎng)骨干網(wǎng)連接，用來連接HMI設備和一個用于連接到操縱裝置一套現(xiàn)場總線協(xié)議。4.1.一般設計的選擇該系統(tǒng)的設計必須解決的幾個問題，按要求。在這一節(jié)，我們給出解決方案的總結(jié)。4.1.1 分布模型的演示和業(yè)務邏輯。 該體系結(jié)構(gòu)設計差不多運用先進的解決方案的狀態(tài)處理了模塊化實施和給予關注點分離。我們通過了一個豐富的網(wǎng)絡接口模式擴大了傳統(tǒng)客戶端組成的網(wǎng)絡架構(gòu)，從而幸免了服務器計算的一些客戶端。業(yè)務層仍然位于服務器端，包含了操縱政策，而顯示層實現(xiàn)在客戶端。它的責任是建設為

11、人類監(jiān)理接口和用戶用戶對話的治理。圖1 MYHMI體系的整體結(jié)構(gòu)4.1.2 人性化解決方案 其中一個最具有挑戰(zhàn)性的要求是提倡使用強大的兼容性平臺。我們使用是人性化是基于分組，這分組假設用戶是能夠按角色酚類的，同時考慮到了該分組層次的大部分人性化規(guī)則。剩下的細節(jié)性的人性化規(guī)則能夠應用于個不用戶，然而我們可能會假設這些用戶的數(shù)量和復雜程度差不多上有限制的。那個解決方案能夠?qū)崿F(xiàn) 高效率的人性化系統(tǒng)的需要與降低計算復雜性的需要兩者之間的權(quán)衡和取舍。4.1.3 鏈接客戶端和服務器之間的通信是采納HTTP（仿真）應答通過HTTP請求響應的手段?？蛻舳颂峤徽埱蠛?，用戶互動，經(jīng)其內(nèi)部時鐘產(chǎn)生超時。請求提交懸而

12、未決服務器，直到一對操縱系統(tǒng)的狀態(tài)出現(xiàn)更新情況。在這種情況下，服務器發(fā)送響應到客戶端，用以模擬一個基于事件的消息交換。4.1.4 個性化制定 一些具體的決定必須采取有關如何以及在何處應用和個性化的界面以適應規(guī)則。個性化和適應性規(guī)則能夠采納存儲和治理兩個方法：1.編碼規(guī)則為XML文件：個性化規(guī)則是由離線配置工具以XML格式的產(chǎn)生的。這些規(guī)則是在運行時解析和解釋是通過一個通用的代碼。他能產(chǎn)生一個預期的通用接口。該方法的一個方式為了個性化解析和適應性規(guī)則處理不同問題能夠制定若干具體組成部分。（例如，用戶界面，報警配置，等等）在代碼中嵌入的規(guī)則：那個解決方案包括在配置時產(chǎn)生和編譯一個具有特定個性化和適

13、應規(guī) 則針對開發(fā)項目的源代碼。其結(jié)果是在一個二進制代碼中嵌入所有規(guī)則就能執(zhí)行得特不快， 因為不需要存取文件或規(guī)則庫。我們采納客戶端和服務器端規(guī)則計算：一個混合的方法確實是 其中一部分的規(guī)則適用于服務器端而其余的適用于客戶端。我們應用在客戶端的規(guī)則阻礙了 用戶界面和一般情況下客戶端的問題。這一部分，出于性能方面的緣故，規(guī)則被以二進制代 碼形式存儲在客戶端應用程序。反過來，我們通過了服務器端的服務器配置有關規(guī)則的適用 。在這種情況下，該規(guī)則已被編碼為XML文件和被服務器組件解析。4.1.5 訪問外部變量 通過一個單一的集中服務器,受操縱系統(tǒng)的狀態(tài)對“人機接口”系統(tǒng)可見的：所有的客戶端調(diào)用一個中央服

14、務器，作為網(wǎng)關和提供關于設備狀態(tài)的數(shù)據(jù)。 對狀態(tài)能被單入口點檢測的小系統(tǒng)來講，那個方案是能夠同意的。一個替換物通過服務器或者代理伺服器訪問受操縱的系統(tǒng)：每個客戶端總是調(diào)用相同的服務器，然而多個服務器能夠定位在設備上來訪問受操縱系統(tǒng)的不同部分。通過詢問需要的信息傳達給原服務器客戶端調(diào)用的服務器能夠作為一個代理伺服器，實際上這存在接入點至需要的數(shù)據(jù)欄。對單服務器架構(gòu)，我們采納第一個解決方案，然而我們使用第二個方案以防復雜的配置。不管如何樣，我們決定避開客戶端同時直接調(diào)用信息組或者多個服務器。4.2 服務器的設計該服務器是通過專有的溝通協(xié)議，作為為中間人人機界面接口和其他服務器進行通信的TCP /

15、IP網(wǎng)絡以及現(xiàn)場總線連接異構(gòu)的設備之間作用。該服務器治理連接到外地（通過一個OPC服務器模塊1或類似的接口）和緩沖區(qū)的字段數(shù)據(jù)（在數(shù)據(jù)服務器模塊）成為傳遞到基于TCP / IP連接的客戶?？蛻裟軌虿渴鹪趦煞N配置：本地服務器的節(jié)點（從而提供了一個集成終端接口）或在一個單獨的遠程終端連接到服務器通過一個TCP / IP網(wǎng)絡。該服務器治理有四種類型的客戶端請求：初始化請求，新的一頁請求，數(shù)據(jù)刷新請求和事件觸發(fā)處理。初始化和新的一頁請求可能需要計算服務器端個性化的規(guī)則，他的處理是通過基于身份請求終端和用戶身份服務器提出請求的；頁面數(shù)據(jù)刷新請求只涉及到客戶機的運送原始數(shù)據(jù)和提供服務快如圖2所示，服務器分

16、為兩大類成分邊界：一方是操縱系統(tǒng)，由不同的設備組成，雙方溝通通過工業(yè)（如Modbus總線，現(xiàn)場總線等.）和網(wǎng)絡協(xié)議（如TCP / IP協(xié)議）和從原受控環(huán)境輸送數(shù)據(jù)。另一邊是用戶，支持與同一個客戶端用戶界面操縱系統(tǒng)互動。圖2 MYHMI體系結(jié)構(gòu)的高層架構(gòu)作為一個中間設備，服務器已能處理具有挑戰(zhàn)性的任務，如各種：（一）治理和協(xié)調(diào)涉及用戶，可能執(zhí)行臨時數(shù)據(jù)處理和匯總;之間的數(shù)據(jù)流；（二）保證了在不同節(jié)點的狀態(tài)信息同步;（三）提供確保萬無一失執(zhí)行用戶的命令一個安全可靠的服務。該服務器的內(nèi)部組織已設想到提高模塊化，可擴展，組件重新使用和性能。在圖3和圖4中，我們能夠找出三個服務器內(nèi)部結(jié)構(gòu)宏組件的：1.外

17、界面版治理2.操縱界面治理3.用戶界面治理服務器子組件對治理現(xiàn)場設備通信負責同時提供抽象和模塊化，同時忽略其他組件的物理特征，拓撲和協(xié)議。與外地的互動是通過一個標準的OPC客戶機/服務器模塊，從而增加了另一種級不抽象（和模塊）的系統(tǒng)。 圖3 MYHMI體系中的服務結(jié)構(gòu)：外界面版治理，操縱界面治理操縱界面治理處理所有相關的用戶命令治理，內(nèi)容個性化功能，以及適應性。由于同意多個用戶與系統(tǒng)互動和用戶界面的內(nèi)容是直接關系到用戶設備和授權(quán)的，這就需要特設的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作能夠遵守的性能，可擴展性，并發(fā)性和可靠性要求。為了應對這種需求，操縱界面治理的內(nèi)部組織依靠正交模塊負責與外界面版治理溝通治理。圖4 MY

18、HMI體系中的服務結(jié)構(gòu)：操縱界面治理，用戶界面治理每當客戶端連接到系統(tǒng)，專用通信緩沖區(qū)分配給它，和為了客戶端填滿的最初值需要建立當前的系統(tǒng)狀態(tài)查看。最后用戶界面治理是組件授權(quán)協(xié)調(diào)和同步與客戶的互動；因為MyHMI依靠于網(wǎng)絡架構(gòu)，用戶界面治理是在其網(wǎng)絡版本兼容模式2（MVC2已知）5上，依照模型視圖操縱器（MVC）設計模式4組織的。4.3 客戶端服務器交互設計要考慮的一個重要方面，當處理網(wǎng)絡架構(gòu)是由客戶端用于與服務器通信（HTTP）的通信協(xié)議的不對稱性。只有客戶能夠履行請求到服務器，而相反則不行。這限制阻礙了最優(yōu)化的相互作用，因為客戶不能跟新的事件（新變量值的服務器通知，指示，報警器），但需要定

19、期調(diào)用服務器以檢索更新的信息?，F(xiàn)代的Web應用程序開始發(fā)掘了雙向溝通機制和推動技術的杠桿作用，提高Web服務器的積極性。依照4.1.3節(jié)中所述的結(jié)果，我們采納一個模擬的回調(diào)方法。 這種方法通常依靠于HTTP/1.1中不間斷連接（見17）。持續(xù)連接利用XML HTTP請求的概念18和其他類似機制，從服務器檢索從而不必更新整個頁面的信息。多虧這些技術，客戶能夠建立一個連接始終可用的服務器從用戶的互動上獨立發(fā)送數(shù)據(jù)。不幸的是，持續(xù)連接關于服務器是專門昂貴的治理，這種做法不符合低消耗概念設備，像MyHMI使用的。溝通的緩沖機制在CIM實施從查詢審核上看有助于克服的弊端。 圖5 客戶端服務器分布式系統(tǒng)數(shù)

20、據(jù)更新過程圖5將一個字段變量的值更新系統(tǒng)化一個簡化為“生命周期”。當客戶端執(zhí)行其輪換查詢程序之后，UIM首先從往常的客戶端的請求檢查，然后告知CIM在緩沖區(qū)的新值。假如沒有通知發(fā)生，UIM就設置一個時刻溢出和等待新的數(shù)據(jù)存儲到緩沖區(qū)：假如丟失的數(shù)據(jù)變得可用之前超時過期，整個緩沖區(qū)以批量方式迅速處理客戶端;要不然；UIM關閉輪詢周期，并返回一個空的響應。由于緩沖和批量數(shù)據(jù)傳輸，對客戶要求的數(shù)量急劇下降。此外，數(shù)據(jù)的變化需要通報只一些客戶端，從而對減少通信信道擁塞，提高可擴展性，因此，提高整體系統(tǒng)的性能。4.4 客戶端設計客戶層在 MyHMI結(jié)構(gòu)中的要緊作用是治理數(shù)據(jù)顯示和用戶對話。為了幸免對一個

21、特定的技術依靠，我們制作了一個高層次的設計，能夠?qū)崿F(xiàn)在不同的渲染環(huán)境所設計的內(nèi)部組件分布在圖6所示：客戶端應用程序包含一個外部應用程序，在掃瞄器環(huán)境內(nèi)執(zhí)行。外部程序（在客戶端腳本語言編寫）是獨立于掃瞄器的圖形引擎和利用了MVC的組織。該模型包含業(yè)務對象的接口（例如，數(shù)據(jù)變量，趨勢監(jiān)視器）而在視圖包括工具和介紹物業(yè)的移交技術治理則是通過移交技術（例如，小工具，用來顯示數(shù)據(jù)的變量，一種趨勢，或輸入操縱）。外部程序還治理一個內(nèi)部時鐘，用于服務器自動觸發(fā)請求的系統(tǒng)狀態(tài)刷新;接收服務器響應，外部程序更新內(nèi)部數(shù)據(jù)變量包括自動刷新注冊業(yè)務對象和相關的部件，此數(shù)據(jù)為中心的方法只同意重新刷新受阻礙的部件，最大限

22、度地減少計算量和更好地運行。圖6 從高層次考慮的客戶端設計5 執(zhí)行本節(jié)介紹我們的經(jīng)驗和對實施擬議MyHMI解決方案中運行的原型評估。感謝開源的Modbus模擬器，我們模擬了一個牛奶裝瓶廠的邏輯和數(shù)據(jù)流，由大約20操縱變量組成，如牛奶罐的液位和溫度，狀態(tài)和自動輸送帶的速度等。5.1 服務器端實現(xiàn)我們使用微軟Windows CE 4.2 3，和其內(nèi)置的技術：Web公布結(jié)構(gòu)依靠的ISAPI +httpd的后臺程序，所有的模型和業(yè)務邏輯組件差不多進展成為微軟的COM對象和我們的MVC架構(gòu)操縱器部分已實施作為一個ISAPI的DLL在一個運行時組件（稱為OPC客戶端）基于OPC數(shù)據(jù)訪問定制接口規(guī)范3.0再

23、加上一個OPC服務器版本2.5.15基礎下，已取得與外地的連接。由于OPC結(jié)構(gòu)下，我們能夠提高與外地更層次的交流，因此，開發(fā)一個原型，幾乎所有的工業(yè)領域協(xié)議兼容。5.2 客戶端實現(xiàn)為客戶端執(zhí)行打算由于MyHMI項目目標環(huán)境的限制差不多受到嚴峻阻礙。 因此要為服務器端實現(xiàn)作出的選擇，我們選擇利用本地掃瞄器的Windows CE和為了視覺呈現(xiàn)擴展插件。市場上差不多預見有專門多最具創(chuàng)新性和強大的技術，考慮到的功能像：（一）可用性，靈活性和解決方案的可移植性的作業(yè)系統(tǒng)和HMI終端開；（二）矢量圖形支持和容易適應不同的屏幕分辨率;（三）腳本語言提供個性化的軟件；（四）互動性和有用性的特點。我們考慮了諸如

24、SVG2，Adobe Flash14和基于微軟產(chǎn)品解決方案的技術， 所開發(fā)的客戶端原型包括所有的部件需要顯示設備的數(shù)值.（例如，計量系統(tǒng)，報警指示燈，傳送帶，轉(zhuǎn)速表，儀表等）并執(zhí)行用戶命令（例如，啟動/重新啟動和緊急按鈕，輸入域，等）。部件的設計依照關注點分離的理念：每一個部件是進展成為獨立的對象，分不由兩個要緊模塊組成： 業(yè)務邏輯，封裝了不管是性能和組件的行為模式； 該圖形表示，這是分開設計的，與聞名的皮膚概念為基礎的方法。感謝新的部件設計和先進的渲染引擎所提供的閃存，原型能夠?qū)崿F(xiàn)比通常的人機界面系統(tǒng)有更加完善的接口，不管在圖形外觀方面依舊在業(yè)務邏輯上（例如，參見圖7實時輸送機模擬器）。圖7

25、 MYHMI動畫接口原型6 相關工作從要求，進展趨勢，以及當前技術進展機會，嵌入式系統(tǒng)是被普遍認可的6。一些早期的作品存在，描述了Web環(huán)境技術如何應用到工業(yè)人機界面7概述了一些可能的方法如何使用XML和Java去定義和配置接口。然而，我們的經(jīng)驗得出了，假如使用了嵌入式操作系統(tǒng)的低功率設備，應用該一般技術性能方面能夠改善。（例如，其他工程8，10）探究整合基于客戶端之間通信的傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)解決方案，而不是提出一個全面的基于Web的體系結(jié)構(gòu)，為了信息能從外地網(wǎng)絡傳到辦公類網(wǎng)絡，它們提供了網(wǎng)關的接口。這些方法并不充分發(fā)揮網(wǎng)絡接口能夠提供的潛力（例如，在豐富的接口條件，適應性和個性化），因為

26、服務器端的軟件架構(gòu)沒有足夠的支持。此外,為了運行的先進的遠程接口他們通常涉及到辦公室的PC平臺。服務導向，代理人為導向，和分布式對象架構(gòu)(9, 11)基于Web和XML為基礎的技術也探究了，但其成果仍處于進展的初期時期和通常需要強大的硬件支持。有若干圍繞概念為開放式體系結(jié)構(gòu)操縱器的研究活動開展了12，重點是軟件解決方案，包括提供盡可能多的可移植性和開放任何一種裝置盡可能還有操作系統(tǒng)。他們的目的是學習最佳混合的編程語言，和進展架構(gòu)還有框架給予的靈活性。他們往往依靠于網(wǎng)絡技術為他們開啟可用性和可移植性，但他們不應用任何努力去增加功能和服務。最后，另一個類不工程，類似13,提供依照實際應用環(huán)境提出基

27、于互聯(lián)網(wǎng)的解決方案的經(jīng)驗報告，但不能將其結(jié)果推廣一般架構(gòu)去處理所有人機界面問題。我們就目前研究的貢獻只是一個輕量級基于Web的軟件體系結(jié)構(gòu)，技術功能，如掃瞄器的標準定義，Web服務器和圖形，能夠履行的（網(wǎng)絡）的嵌入式系統(tǒng)，提供最先進的網(wǎng)絡，包括個性化，多設備適應性和遠程通知，不需要像office PCs笨重硬件平臺。7 結(jié)束在這篇文章，我們已顯示人機界面系統(tǒng)能夠從在尖端網(wǎng)絡技術和最佳做法獲得改進。這項工作組織可分4個步驟：市場和文獻分析;按新Web啟用人機界面解決方案的需求定義;設計一個證明了概念研究中的應用情況;和進展客戶端和服務器應用程序進行測試的可靠性和MyH的解決方法。市場分析當前未解

28、決的突出問題，阻礙人機界面的市場，因而，針對下一代的人機界面的功能和要求設置提出解決方案。我們工作的結(jié)果包括在一個高度可配置的架構(gòu)，它靈活性，普及和專用化能夠被視為一個可依托的人機界面解決方案，今后的工作將包括一些結(jié)構(gòu)優(yōu)化和先進的功能（短信，遠程登錄，性能測試等）。8 答謝我們要感謝歐空局Elettronica S.p.A.的工作人員提出的寶貴意見和反饋還有協(xié)同工作。特不感謝對斯特凡諾隆戈尼（研發(fā)部門）和他的團隊，以及馬里奧科倫坡（首席執(zhí)行官）。二、外文文獻原文Applying Web-based Networking Protocols and Software Architecturesf

29、or providing adaptivity, personalization, and remotization features to Industrial Human Machine Interface ApplicationsAlessandro Bozzon, Marco Brambilla, Piero Fraternali, Paolo Speroni, and Giovanni ToffettiPolitecnico di Milano, Dipartimento di Elettronica e Informazione, Italybozzon, mbrambil, fr

30、aterna, paolo.speroni, toffettielet.polimi.itAbstractThis paper proposes an innovative use of a mix of networking standards and software implementation technologies for the design of industrial Human Machine Interface (HMI) systems. We describe how well known technologies and practices can be transf

31、erred from internet-based architectures to embedded systems. Several advanced features can be achieved thanks to this architecture, such as application adaptivity, interface personalization, control remotization,and multi-channel notification.IntroductionThe current status of HMI (Human Machine Inte

32、rface) in the field of industrial automation is characterized by a predominance of embedded lowpower devices that are interfaced with proprietary or standard field buses specifically devised for the industrial plant monitoring and automation. Commercial systems typically rely on proprietary architec

33、tures for the hardware and the operating systems, the I/O interface, the communication protocols implementation, the graphic display management, and the business logics. 。This situation is largely due to the strong focus on costs, performances and reliability, which overcomes the interest in standar

34、d architectures and high quality of interfaces and services. Moreover, industrial automation communication protocols have not reached the same level of standardization as office communication networks, which further justifies the predominance of proprietary architectures. However, the success of the

35、 Internet and of the Web has started impacting the industrial HMI world too. Industrial users are starting to familiarize with Web interfaces, graphical quality, multimedia content, and features such as mobility, adaptivity, and personalization of the applications. At the same time,TCP-IP based comm

36、unication protocols and embedded operating systems have started to spread in the industrial automation field 610, thus reducing the need of proprietary architectures making enterprisewide integration more appealing. In this scenario, it is easy to foresee a slow but inexorable convergence of the ind

37、ustrial HMI solutions towards standard architectures, standard communication protocols, and advanced interactive functions. Our work focuses on the design of a new distributed software architecture for HMI systems able to provide features and services such as personalization, adaptivity, distributio

38、n, mobility, multi-channel notification, integration with office networks and software packages, although preserving the robustness, reliability, performance and cost-effectiveness of traditional HMI solutions. The project, called ESAMyHMI is a research activity carried out in collaboration between

39、Politecnico di Milano and ESA Elettronica S.p.A., an Italian company operating in the HMI market. The project has led to a novel HMI architecture, which leverages the most advanced architectural patterns of multi-tier Web applications to deploy sophisticated HMI functionalities on top of low-cost, i

40、ndustrial-class, embedded hardware.Overview of the industrial HMI marketIndustrial HMI products rarely implement innovative services, such as remote access to the plant control, messaging and remote notification. Indeed, HMI companies seem to privilege exclusively performance and good access to indu

41、strial communication standards, even if these factors could be incompatible with the adoption of innovative solution based on modern and solid Web architectures.Even the HMI players that seem to offer the most innovative contents (and claim their products are Web-enabled) still leverage on legacy ar

42、chitectures, typically exploiting monolithic Applications.On the contrary, recent studies 6 show how users are increasingly looking towards a new range of products with advanced features, superior graphical capabilities and improved usability that could grant: remote and possibly, distributed contro

43、l of an industrial plant; remote notification solutions even when the user is not in front of the terminal; personalization and automatic adaptation of the GUI; integration with existing enterprise processes, systems and equipments; openness to new standard and best practises in the field, by offeri

44、ng low cost modularity and extensibility.SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) systems recently introduced someinteresting innovations but, as the acronym suggests, their target is focused on products that implement a wide range of high-level functionalities and that can be deployed in a

45、large set of contexts. They are typically deployed on high-profile devices (PCs and powerful embedded systems) and represent a niche in the HMI market.In the other markets sectors, innovation has been led by main vendors (e.g., Siemens), who have been working for the past few years in raising the le

46、vel of the features provided by traditional HMI applications. SmrtAccess 15, for example, is a technology developed that allows distributing the control of an industrial plant over a maximum of three stations. Its functioning, though, is based on simply broadcasting the displayed interface of the ap

47、paratus that is directly connected with the plant to the others clients. The bandwidth requirements of this approach exceed the capability of a typical Internet connection. Progea 16 proposes a more innovative solution by offering remotization features and a Web-based architecture. Running the Proge

48、a server application on a Windows XP based PC, it is possible to remotely control a plant from an internet connected standard Web browser that has the support of a JVM (Java Virtual Machine). Even if powerful, this approach lacks in offering a portable solution since different implementations have b

49、een provided for different platforms.3. Requirements for novel HMI solutionsDynamicconfigurationThe organization and appearance of the HMI should not be hard-wired, but dynamically configurable in terms of number and type of the controlled variables, layout of the pages, displayed data, and so forth

50、User login andaccess controlUsers should be identified univocally, and granted access to the system based on a successful authenticationPersonalizationThe user should be able to customize the graphic properties of the interface, and save his preferences in a profile.InterfaceadaptationThe user inter

51、face should adapt itself to fit the screen of heterogeneous devices by means of declarative rules.AlarmsManagement policiesThe system should provide mechanismsfor the notification of the alarms to the user, according to specific policies.FunctionalrestrictionThe producer of the HMI system should be

52、able to disable selected functions on specific terminals, for tuning the features on the product commercial value.ReportingReports from log data should be produced in different formats, to allow remote visualization, dispatching and printing.The market of industrial HMI is seeing a slow but steady e

53、volution towards the integration of industrial automation terminals with software and hardware architectures typical of office and Web-based applications, to achieve greater usability and flexibility of the interface and easier interoperability between industrial automation solutions and enterprise

54、information systems. This goal requires unbundling the functions and modules of a traditional HMI solution, deploying them over a modular and distributed system, which exploits the open standards of the Internet and the architectural patterns of multi-tier Web Applications. The MyHMI project aims at

55、 designing, implementing and evaluating a distributed HMI platform which can be seamlessly accessed both locally and remotely and can be easily integrated in the enterprise ICT infrastructure. The major functional and non-functional requirements at the base of the MyHMI design are summarized in Tabl

56、e 1 and Table 2, respectively.NetworktopologyThe system should support a network architecture for standalone, local (LAN), fixed remote (wired Web) and mobile remote (Wireless) access. Client-server communication should exploit the HTTP protocol, for firewall compatibility.SoftwarearchitectureThe so

57、ftware should be based on standard operating systems. The client application should run in a standard Web browser and should automatically scale on different screen resolutions; the server application should exploit a standard dynamic Web architecture.PresentationThe interface should exploit devicei

58、ndependent rendition technologies (i.e., XHTML, SVG, Flash).PerformancePerformance of page data refreshshould be comparable to standalone HMI systems (10 data refreshes per second).The MyHMI architectureIn this section we overview the main characteristics of the design of the MyHMI framework. The ov

59、erall architecture of the MyHMI platform is illustrated in Figure 1: the HMI functionality, usually embedded within the terminal attached to the controlled system, becomes partitioned into a client-server architecture, implemented on top of a hybrid communication network, comprising an Ethernet back

60、bone that connects the HMI devices and a set of field bus protocols for connecting to the controlled plant.4.1. General design choicesThe design of the system had to address several issues, according to the requirements. In this section we give a summary of the adopted solutions.4.1.1. Distribution