人機(jī)界面科技類(電子電氣自動(dòng)化通信)

1、目 錄 TOC o 1-3 h z u 一、外文文獻(xiàn)譯文3二、外文文獻(xiàn)原文15一、外文文獻(xiàn)譯文應(yīng)用基于web的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和軟件架構(gòu),能夠?yàn)楣I(yè)提供具有適應(yīng)性，個(gè)性化和移動(dòng)性特點(diǎn)的人機(jī)界面Alessandro Bozzon, Marco Brambilla, Piero Fraternali, Paolo Speroni, and Giovanni Toffetti米蘭理工大學(xué)，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(gè)創(chuàng)新的結(jié)合使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和軟件實(shí)施技術(shù)的工業(yè)設(shè)計(jì)人機(jī)

2、界面（人機(jī)界面）系統(tǒng)。本文描述的是成熟的技術(shù)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(jí)功能的實(shí)現(xiàn)確實(shí)是基于這種架構(gòu)，如應(yīng)用適應(yīng)性，界面?zhèn)€性化，遠(yuǎn)程操縱，多渠道的通知。1 介紹依照當(dāng)前潮流的人機(jī)界面（人機(jī)界面在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域）的特點(diǎn)，嵌入式的優(yōu)勢(shì)是低功率，他有具體標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線或?qū)ｉT接口專門針對(duì)工業(yè)廠房和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)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(wù)邏輯的專有架構(gòu)。這種情況要緊是由于對(duì)成本，表現(xiàn)和可靠性的高度重視，克服了標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)和高質(zhì)量服務(wù)接口的要求。此外，工業(yè)自動(dòng)化通信協(xié)議都沒(méi)有達(dá)到作為辦公通信網(wǎng)絡(luò)，從而進(jìn)一步證明了專有架

3、構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。然而，互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)上的成功差不多開(kāi)始阻礙工業(yè)人機(jī)界面的世界了。工業(yè)用戶也開(kāi)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(yīng)性的特點(diǎn)和個(gè)性化的應(yīng)用。同時(shí)，基于TCP-IP的通信協(xié)議和嵌入式操作系統(tǒng)差不多開(kāi)始蔓延在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)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(yù)見(jiàn)一個(gè)緩慢但必定統(tǒng)一的人機(jī)界面關(guān)于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議和先進(jìn)的互動(dòng)功能的誕生。我們的工作重點(diǎn)是一個(gè)新的分布式軟件架構(gòu)的人機(jī)界面系統(tǒng)能夠提供諸如個(gè)性化，適應(yīng)性，分布，流淌性，多渠道通知，服務(wù)設(shè)計(jì)和辦公網(wǎng)絡(luò)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(jī)界面問(wèn)題。該項(xiàng)目被稱為ESAMyHMI的科研活動(dòng)是在米蘭理工大學(xué)和歐空局Elettronica SpA公司一家經(jīng)營(yíng)人機(jī)界面意大利公司之間進(jìn)行的合作。該項(xiàng)目已導(dǎo)致了一種新的人機(jī)界面架構(gòu)，它充分利用了多層Web應(yīng)用的最先進(jìn)的結(jié)構(gòu)模式，以部署低成本，工業(yè)級(jí)的嵌入式硬件，達(dá)到了一流先進(jìn)的人機(jī)界面功能。2. 概述工業(yè)人機(jī)界面市場(chǎng)工業(yè)人機(jī)界面產(chǎn)品專門少實(shí)施創(chuàng)新服務(wù)，如遠(yuǎn)程進(jìn)入污水處理廠操縱，通訊和遠(yuǎn)程通知。事實(shí)上，人機(jī)界面公司大概鐘愛(ài)完整性能和良好的進(jìn)入工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)，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(jī)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(luò)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(yīng)用。相反，最近的研究6顯示用戶如何越來(lái)越朝向查找一個(gè)能夠給予具有先進(jìn)的功能，卓越的圖形功能和更好使用的新系列產(chǎn)品：遠(yuǎn)程且盡可能遠(yuǎn)，分布式操縱的工業(yè)廠房；遠(yuǎn)程通知解決方案，即使用戶不是在終端面前；個(gè)性化和自動(dòng)化適應(yīng)圖形用戶界面；整合現(xiàn)有的企業(yè)經(jīng)營(yíng)流程，系統(tǒng)和設(shè)備；開(kāi)放的新標(biāo)準(zhǔn)，并在該領(lǐng)域的最佳做法是通過(guò)提供低成本的模塊化和可擴(kuò)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(biāo)是專注于產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)了高層次范圍的功能運(yùn)用，并可在一個(gè)大的背景下部署運(yùn)行。它們通常部署在高端設(shè)備（電腦和功能強(qiáng)大的

6、嵌入式系統(tǒng)）和代表著人機(jī)界面市場(chǎng)。在其他市場(chǎng)的行業(yè)，創(chuàng)新一直是依靠要緊供應(yīng)商（例如，西門子），他們一直致力于在提高傳統(tǒng)人機(jī)界面應(yīng)用程序提供的功能和代表過(guò)去幾年的水平。SmrtAccess 15例如，同意分配超過(guò)三站最大的工業(yè)設(shè)備操縱的技術(shù)開(kāi)發(fā)。其運(yùn)作，盡管這種是基因此簡(jiǎn)單廣播的顯示界面的儀器，它能夠直接連接到其他設(shè)備的客戶。這種方式的帶寬需求超過(guò)一個(gè)典型的互聯(lián)網(wǎng)連接能力。Progea 16提出通過(guò)遠(yuǎn)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(yùn)行在Windows XP電腦的Progea服務(wù)器應(yīng)用程序，它能夠遠(yuǎn)程操縱設(shè)備通過(guò)一個(gè)支持互聯(lián)網(wǎng)JVM（Java虛擬機(jī)）連接的標(biāo)準(zhǔn)Web掃瞄器。即

7、使如此強(qiáng)大，但這種方法仍然缺乏提供便攜式解決方案，因?yàn)椴煌膶?shí)現(xiàn)工具提供了不同的平臺(tái)。3 新穎的人機(jī)界面解決方案的要求 從工業(yè)人機(jī)界面的市場(chǎng)可看到了工業(yè)自動(dòng)化終端軟件,硬件架構(gòu)的典型的辦公和基于Web的應(yīng)用程序緩慢但穩(wěn)定進(jìn)化走向一體化，以達(dá)到更高的可用性和界面和更方便的工業(yè)自動(dòng)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(gè)目標(biāo)需要分類功能和傳統(tǒng)的人機(jī)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(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)和多層Web應(yīng)用程序的架構(gòu)模式。該MyHMI項(xiàng)目旨在設(shè)計(jì)、實(shí)施和評(píng)估一個(gè)分布式人機(jī)界面平臺(tái)，可沒(méi)障礙地在本地和遠(yuǎn)程訪問(wèn)，能夠?qū)ｉT容易地集成企業(yè)信息和通信技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施。

8、基于MyHMI設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)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(dòng)態(tài)組態(tài)該組織和人機(jī)界面的外觀應(yīng)該不難，有線，除了動(dòng)態(tài)配置的條款數(shù)量和類型的操縱變量，頁(yè)面布局，顯示的數(shù)據(jù)，等等用戶登錄名和訪問(wèn)操縱用戶應(yīng)該統(tǒng)一地確定，基于一個(gè)成功可靠的認(rèn)證。獲準(zhǔn)進(jìn)入該系統(tǒng)個(gè)性化用戶應(yīng)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(gè)配置文件里。接口適應(yīng)用戶界面可通過(guò)聲明性規(guī)則的方法自動(dòng)調(diào)整適合的不同設(shè)備屏幕。警報(bào)治理政策該系統(tǒng)依照具體政策應(yīng)向用戶提供警報(bào)通知機(jī)制功能限制該人機(jī)接口系統(tǒng)，生產(chǎn)者應(yīng)當(dāng)能夠?qū)μ囟ńK端禁用選定功能，已達(dá)到可調(diào)整產(chǎn)品商業(yè)價(jià)值的特點(diǎn)。報(bào)告日志數(shù)據(jù)報(bào)告可在不同的格式制作，

9、同意遠(yuǎn)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(luò)拓?fù)湓撓到y(tǒng)可支持獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，局域網(wǎng)，有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入。客戶服務(wù)器之間的通訊應(yīng)該充分利用HTTP協(xié)議，為了達(dá)到防火墻的兼容性軟件結(jié)構(gòu)該軟件是基于標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)?？蛻舳藨?yīng)用程序應(yīng)該運(yùn)行在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Web掃瞄器，并應(yīng)自動(dòng)在不同規(guī)模的屏幕上調(diào)整分辨率，服務(wù)器應(yīng)用程序應(yīng)運(yùn)行在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)Web架構(gòu)上。外觀該接口利用設(shè)備無(wú)關(guān)的移交技術(shù)（即XHTML，SVG，閃光）?？蓴U(kuò)展超文本標(biāo)記語(yǔ)言性能頁(yè)面數(shù)據(jù)的刷新性能可媲美脫機(jī)的人機(jī)界面系統(tǒng)（每秒刷新10個(gè)數(shù)據(jù)）。4 MyHMI架構(gòu)在本節(jié)中，我們概述了MyHMI框架設(shè)計(jì)的要緊特色。該平臺(tái)的整體架構(gòu)

10、是MyHMI如圖1所示：人機(jī)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(gè)客戶服務(wù)器結(jié)構(gòu)，實(shí)施鏈接互聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)，其中包括一個(gè)以太網(wǎng)骨干網(wǎng)連接，用來(lái)連接HMI設(shè)備和一個(gè)用于連接到操縱裝置一套現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。4.1.一般設(shè)計(jì)的選擇該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須解決的幾個(gè)問(wèn)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(wù)邏輯。 該體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)差不多運(yùn)用先進(jìn)的解決方案的狀態(tài)處理了模塊化實(shí)施和給予關(guān)注點(diǎn)分離。我們通過(guò)了一個(gè)豐富的網(wǎng)絡(luò)接口模式擴(kuò)大了傳統(tǒng)客戶端組成的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從而幸免了服務(wù)器計(jì)算的一些客戶端。業(yè)務(wù)層仍然位于服務(wù)器端，包含了操縱政策，而顯示層實(shí)現(xiàn)在客戶端。它的責(zé)任是建設(shè)為

11、人類監(jiān)理接口和用戶用戶對(duì)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(gè)最具有挑戰(zhàn)性的要求是提倡使用強(qiáng)大的兼容性平臺(tái)。我們使用是人性化是基于分組，這分組假設(shè)用戶是能夠按角色酚類的，同時(shí)考慮到了該分組層次的大部分人性化規(guī)則。剩下的細(xì)節(jié)性的人性化規(guī)則能夠應(yīng)用于個(gè)不用戶，然而我們可能會(huì)假設(shè)這些用戶的數(shù)量和復(fù)雜程度差不多上有限制的。那個(gè)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(jì)算復(fù)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(wù)器之間的通信是采納HTTP（仿真）應(yīng)答通過(guò)HTTP請(qǐng)求響應(yīng)的手段?？蛻舳颂峤徽?qǐng)求后，用戶互動(dòng)，經(jīng)其內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生超時(shí)。請(qǐng)求提交懸而

12、未決服務(wù)器，直到一對(duì)操縱系統(tǒng)的狀態(tài)出現(xiàn)更新情況。在這種情況下，服務(wù)器發(fā)送響應(yīng)到客戶端，用以模擬一個(gè)基于事件的消息交換。4.1.4 個(gè)性化制定 一些具體的決定必須采取有關(guān)如何以及在何處應(yīng)用和個(gè)性化的界面以適應(yīng)規(guī)則。個(gè)性化和適應(yīng)性規(guī)則能夠采納存儲(chǔ)和治理兩個(gè)方法：1.編碼規(guī)則為XML文件：個(gè)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(yùn)行時(shí)解析和解釋是通過(guò)一個(gè)通用的代碼。他能產(chǎn)生一個(gè)預(yù)期的通用接口。該方法的一個(gè)方式為了個(gè)性化解析和適應(yīng)性規(guī)則處理不同問(wèn)題能夠制定若干具體組成部分。（例如，用戶界面，報(bào)警配置，等等）在代碼中嵌入的規(guī)則：那個(gè)解決方案包括在配置時(shí)產(chǎn)生和編譯一個(gè)具有特定個(gè)性化和適

13、應(yīng)規(guī) 則針對(duì)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的源代碼。其結(jié)果是在一個(gè)二進(jìn)制代碼中嵌入所有規(guī)則就能執(zhí)行得特不快， 因?yàn)椴恍枰嫒∥募蛞?guī)則庫(kù)。我們采納客戶端和服務(wù)器端規(guī)則計(jì)算：一個(gè)混合的方法確實(shí)是 其中一部分的規(guī)則適用于服務(wù)器端而其余的適用于客戶端。我們應(yīng)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(wèn)題。這一部分，出于性能方面的緣故，規(guī)則被以二進(jìn)制代 碼形式存儲(chǔ)在客戶端應(yīng)用程序。反過(guò)來(lái)，我們通過(guò)了服務(wù)器端的服務(wù)器配置有關(guān)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(wù)器組件解析。4.1.5 訪問(wèn)外部變量 通過(guò)一個(gè)單一的集中服務(wù)器,受操縱系統(tǒng)的狀態(tài)對(duì)“人機(jī)接口”系統(tǒng)可見(jiàn)的：所有的客戶端調(diào)用一個(gè)中央服

14、務(wù)器，作為網(wǎng)關(guān)和提供關(guān)于設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)。 對(duì)狀態(tài)能被單入口點(diǎn)檢測(cè)的小系統(tǒng)來(lái)講，那個(gè)方案是能夠同意的。一個(gè)替換物通過(guò)服務(wù)器或者代理伺服器訪問(wèn)受操縱的系統(tǒng)：每個(gè)客戶端總是調(diào)用相同的服務(wù)器，然而多個(gè)服務(wù)器能夠定位在設(shè)備上來(lái)訪問(wèn)受操縱系統(tǒng)的不同部分。通過(guò)詢問(wèn)需要的信息傳達(dá)給原服務(wù)器客戶端調(diào)用的服務(wù)器能夠作為一個(gè)代理伺服器，實(shí)際上這存在接入點(diǎn)至需要的數(shù)據(jù)欄。對(duì)單服務(wù)器架構(gòu)，我們采納第一個(gè)解決方案，然而我們使用第二個(gè)方案以防復(fù)雜的配置。不管如何樣，我們決定避開(kāi)客戶端同時(shí)直接調(diào)用信息組或者多個(gè)服務(wù)器。4.2 服務(wù)器的設(shè)計(jì)該服務(wù)器是通過(guò)專有的溝通協(xié)議，作為為中間人人機(jī)界面接口和其他服務(wù)器進(jìn)行通信的TCP /

15、IP網(wǎng)絡(luò)以及現(xiàn)場(chǎng)總線連接異構(gòu)的設(shè)備之間作用。該服務(wù)器治理連接到外地（通過(guò)一個(gè)OPC服務(wù)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(wù)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(wù)器的節(jié)點(diǎn)（從而提供了一個(gè)集成終端接口）或在一個(gè)單獨(dú)的遠(yuǎn)程終端連接到服務(wù)器通過(guò)一個(gè)TCP / IP網(wǎng)絡(luò)。該服務(wù)器治理有四種類型的客戶端請(qǐng)求：初始化請(qǐng)求，新的一頁(yè)請(qǐng)求，數(shù)據(jù)刷新請(qǐng)求和事件觸發(fā)處理。初始化和新的一頁(yè)請(qǐng)求可能需要計(jì)算服務(wù)器端個(gè)性化的規(guī)則，他的處理是通過(guò)基于身份請(qǐng)求終端和用戶身份服務(wù)器提出請(qǐng)求的；頁(yè)面數(shù)據(jù)刷新請(qǐng)求只涉及到客戶機(jī)的運(yùn)送原始數(shù)據(jù)和提供服務(wù)快如圖2所示，服務(wù)器分

16、為兩大類成分邊界：一方是操縱系統(tǒng)，由不同的設(shè)備組成，雙方溝通通過(guò)工業(yè)（如Modbus總線，現(xiàn)場(chǎng)總線等.）和網(wǎng)絡(luò)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(gè)客戶端用戶界面操縱系統(tǒng)互動(dòng)。圖2 MYHMI體系結(jié)構(gòu)的高層架構(gòu)作為一個(gè)中間設(shè)備，服務(wù)器已能處理具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，如各種：（一）治理和協(xié)調(diào)涉及用戶，可能執(zhí)行臨時(shí)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(diǎn)的狀態(tài)信息同步;（三）提供確保萬(wàn)無(wú)一失執(zhí)行用戶的命令一個(gè)安全可靠的服務(wù)。該服務(wù)器的內(nèi)部組織已設(shè)想到提高模塊化，可擴(kuò)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(gè)服務(wù)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(wù)器子組件對(duì)治理現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信負(fù)責(zé)同時(shí)提供抽象和模塊化，同時(shí)忽略其他組件的物理特征，拓?fù)浜蛥f(xié)議。與外地的互動(dòng)是通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的OPC客戶機(jī)/服務(wù)器模塊，從而增加了另一種級(jí)不抽象（和模塊）的系統(tǒng)。 圖3 MYHMI體系中的服務(wù)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(guān)的用戶命令治理，內(nèi)容個(gè)性化功能，以及適應(yīng)性。由于同意多個(gè)用戶與系統(tǒng)互動(dòng)和用戶界面的內(nèi)容是直接關(guān)系到用戶設(shè)備和授權(quán)的，這就需要特設(shè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作能夠遵守的性能，可擴(kuò)展性，并發(fā)性和可靠性要求。為了應(yīng)對(duì)這種需求，操縱界面治理的內(nèi)部組織依靠正交模塊負(fù)責(zé)與外界面版治理溝通治理。圖4 MY

18、HMI體系中的服務(wù)結(jié)構(gòu)：操縱界面治理，用戶界面治理每當(dāng)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(dāng)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(dòng)；因?yàn)镸yHMI依靠于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，用戶界面治理是在其網(wǎng)絡(luò)版本兼容模式2（MVC2已知）5上，依照模型視圖操縱器（MVC）設(shè)計(jì)模式4組織的。4.3 客戶端服務(wù)器交互設(shè)計(jì)要考慮的一個(gè)重要方面，當(dāng)處理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是由客戶端用于與服務(wù)器通信（HTTP）的通信協(xié)議的不對(duì)稱性。只有客戶能夠履行請(qǐng)求到服務(wù)器，而相反則不行。這限制阻礙了最優(yōu)化的相互作用，因?yàn)榭蛻舨荒芨碌氖录ㄐ伦兞恐档姆?wù)器通知，指示，報(bào)警器），但需要定

19、期調(diào)用服務(wù)器以檢索更新的信息?，F(xiàn)代的Web應(yīng)用程序開(kāi)始發(fā)掘了雙向溝通機(jī)制和推動(dòng)技術(shù)的杠桿作用，提高Web服務(wù)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(gè)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(jiàn)17）。持續(xù)連接利用XML HTTP請(qǐng)求的概念18和其他類似機(jī)制，從服務(wù)器檢索從而不必更新整個(gè)頁(yè)面的信息。多虧這些技術(shù)，客戶能夠建立一個(gè)連接始終可用的服務(wù)器從用戶的互動(dòng)上獨(dú)立發(fā)送數(shù)據(jù)。不幸的是，持續(xù)連接關(guān)于服務(wù)器是專門昂貴的治理，這種做法不符合低消耗概念設(shè)備，像MyHMI使用的。溝通的緩沖機(jī)制在CIM實(shí)施從查詢審核上看有助于克服的弊端。 圖5 客戶端服務(wù)器分布式系統(tǒng)數(shù)

20、據(jù)更新過(guò)程圖5將一個(gè)字段變量的值更新系統(tǒng)化一個(gè)簡(jiǎn)化為“生命周期”。當(dāng)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(qǐng)求檢查，然后告知CIM在緩沖區(qū)的新值。假如沒(méi)有通知發(fā)生，UIM就設(shè)置一個(gè)時(shí)刻溢出和等待新的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到緩沖區(qū)：假如丟失的數(shù)據(jù)變得可用之前超時(shí)過(guò)期，整個(gè)緩沖區(qū)以批量方式迅速處理客戶端;要不然；UIM關(guān)閉輪詢周期，并返回一個(gè)空的響應(yīng)。由于緩沖和批量數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)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(bào)只一些客戶端，從而對(duì)減少通信信道擁塞，提高可擴(kuò)展性，因此，提高整體系統(tǒng)的性能。4.4 客戶端設(shè)計(jì)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(duì)話。為了幸免對(duì)一個(gè)

21、特定的技術(shù)依靠，我們制作了一個(gè)高層次的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)在不同的渲染環(huán)境所設(shè)計(jì)的內(nèi)部組件分布在圖6所示：客戶端應(yīng)用程序包含一個(gè)外部應(yīng)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(yǔ)言編寫）是獨(dú)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(wù)對(duì)象的接口（例如，數(shù)據(jù)變量，趨勢(shì)監(jiān)視器）而在視圖包括工具和介紹物業(yè)的移交技術(shù)治理則是通過(guò)移交技術(shù)（例如，小工具，用來(lái)顯示數(shù)據(jù)的變量，一種趨勢(shì)，或輸入操縱）。外部程序還治理一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘，用于服務(wù)器自動(dòng)觸發(fā)請(qǐng)求的系統(tǒng)狀態(tài)刷新;接收服務(wù)器響應(yīng)，外部程序更新內(nèi)部數(shù)據(jù)變量包括自動(dòng)刷新注冊(cè)業(yè)務(wù)對(duì)象和相關(guān)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(jì)算量和更好地運(yùn)行。圖6 從高層次考慮的客戶端設(shè)計(jì)5 執(zhí)行本節(jié)介紹我們的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)實(shí)施擬議MyHMI解決方案中運(yùn)行的原型評(píng)估。感謝開(kāi)源的Modbus模擬器，我們模擬了一個(gè)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(dòng)輸送帶的速度等。5.1 服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)我們使用微軟Windows CE 4.2 3，和其內(nèi)置的技術(shù)：Web公布結(jié)構(gòu)依靠的ISAPI +httpd的后臺(tái)程序，所有的模型和業(yè)務(wù)邏輯組件差不多進(jìn)展成為微軟的COM對(duì)象和我們的MVC架構(gòu)操縱器部分已實(shí)施作為一個(gè)ISAPI的DLL在一個(gè)運(yùn)行時(shí)組件（稱為OPC客戶端）基于OPC數(shù)據(jù)訪問(wèn)定制接口規(guī)范3.0再

23、加上一個(gè)OPC服務(wù)器版本2.5.15基礎(chǔ)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(kāi)發(fā)一個(gè)原型，幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域協(xié)議兼容。5.2 客戶端實(shí)現(xiàn)為客戶端執(zhí)行打算由于MyHMI項(xiàng)目目標(biāo)環(huán)境的限制差不多受到嚴(yán)峻阻礙。 因此要為服務(wù)器端實(shí)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(jué)呈現(xiàn)擴(kuò)展插件。市場(chǎng)上差不多預(yù)見(jiàn)有專門多最具創(chuàng)新性和強(qiáng)大的技術(shù)，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(kāi)；（二）矢量圖形支持和容易適應(yīng)不同的屏幕分辨率;（三）腳本語(yǔ)言提供個(gè)性化的軟件；（四）互動(dòng)性和有用性的特點(diǎn)。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(shù)， 所開(kāi)發(fā)的客戶端原型包括所有的部件需要顯示設(shè)備的數(shù)值.（例如，計(jì)量系統(tǒng)，報(bào)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(dòng)/重新啟動(dòng)和緊急按鈕，輸入域，等）。部件的設(shè)計(jì)依照關(guān)注點(diǎn)分離的理念：每一個(gè)部件是進(jìn)展成為獨(dú)立的對(duì)象，分不由兩個(gè)要緊模塊組成： 業(yè)務(wù)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(kāi)設(shè)計(jì)的，與聞名的皮膚概念為基礎(chǔ)的方法。感謝新的部件設(shè)計(jì)和先進(jìn)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(jī)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(wù)邏輯上（例如，參見(jiàn)圖7實(shí)時(shí)輸送機(jī)模擬器）。圖7

25、 MYHMI動(dòng)畫接口原型6 相關(guān)工作從要求，進(jìn)展趨勢(shì)，以及當(dāng)前技術(shù)進(jìn)展機(jī)會(huì)，嵌入式系統(tǒng)是被普遍認(rèn)可的6。一些早期的作品存在，描述了Web環(huán)境技術(shù)如何應(yīng)用到工業(yè)人機(jī)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(yàn)得出了，假如使用了嵌入式操作系統(tǒng)的低功率設(shè)備，應(yīng)用該一般技術(shù)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(chǎng)總線與以太網(wǎng)解決方案，而不是提出一個(gè)全面的基于Web的體系結(jié)構(gòu)，為了信息能從外地網(wǎng)絡(luò)傳到辦公類網(wǎng)絡(luò)，它們提供了網(wǎng)關(guān)的接口。這些方法并不充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)接口能夠提供的潛力（例如，在豐富的接口條件，適應(yīng)性和個(gè)性化），因?yàn)?/p>

26、服務(wù)器端的軟件架構(gòu)沒(méi)有足夠的支持。此外,為了運(yùn)行的先進(jìn)的遠(yuǎn)程接口他們通常涉及到辦公室的PC平臺(tái)。服務(wù)導(dǎo)向，代理人為導(dǎo)向，和分布式對(duì)象架構(gòu)(9, 11)基于Web和XML為基礎(chǔ)的技術(shù)也探究了，但其成果仍處于進(jìn)展的初期時(shí)期和通常需要強(qiáng)大的硬件支持。有若干圍繞概念為開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)操縱器的研究活動(dòng)開(kāi)展了12，重點(diǎn)是軟件解決方案，包括提供盡可能多的可移植性和開(kāi)放任何一種裝置盡可能還有操作系統(tǒng)。他們的目的是學(xué)習(xí)最佳混合的編程語(yǔ)言，和進(jìn)展架構(gòu)還有框架給予的靈活性。他們往往依靠于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為他們開(kāi)啟可用性和可移植性，但他們不應(yīng)用任何努力去增加功能和服務(wù)。最后，另一個(gè)類不工程，類似13,提供依照實(shí)際應(yīng)用環(huán)境提出基

27、于互聯(lián)網(wǎng)的解決方案的經(jīng)驗(yàn)報(bào)告，但不能將其結(jié)果推廣一般架構(gòu)去處理所有人機(jī)界面問(wèn)題。我們就目前研究的貢獻(xiàn)只是一個(gè)輕量級(jí)基于Web的軟件體系結(jié)構(gòu)，技術(shù)功能，如掃瞄器的標(biāo)準(zhǔn)定義，Web服務(wù)器和圖形，能夠履行的（網(wǎng)絡(luò)）的嵌入式系統(tǒng)，提供最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)，包括個(gè)性化，多設(shè)備適應(yīng)性和遠(yuǎn)程通知，不需要像office PCs笨重硬件平臺(tái)。7 結(jié)束在這篇文章，我們已顯示人機(jī)界面系統(tǒng)能夠從在尖端網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和最佳做法獲得改進(jìn)。這項(xiàng)工作組織可分4個(gè)步驟：市場(chǎng)和文獻(xiàn)分析;按新Web啟用人機(jī)界面解決方案的需求定義;設(shè)計(jì)一個(gè)證明了概念研究中的應(yīng)用情況;和進(jìn)展客戶端和服務(wù)器應(yīng)用程序進(jìn)行測(cè)試的可靠性和MyH的解決方法。市場(chǎng)分析當(dāng)前未解

28、決的突出問(wèn)題，阻礙人機(jī)界面的市場(chǎng)，因而，針對(duì)下一代的人機(jī)界面的功能和要求設(shè)置提出解決方案。我們工作的結(jié)果包括在一個(gè)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(gè)可依托的人機(jī)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(jìn)的功能（短信，遠(yuǎn)程登錄，性能測(cè)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(jiàn)和反饋還有協(xié)同工作。特不感謝對(duì)斯特凡諾隆戈尼（研發(fā)部門）和他的團(tuán)隊(duì)，以及馬里奧科倫坡（首席執(zhí)行官）。二、外文文獻(xiàn)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