CN115327998A - 用于工业人机界面的移动终端及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及用于工业人机界面的移动终端及其使用方法，所述终端包括：近程通信模块，其配置成在预定范围内与部署于预定工位的身份标签通信，以获取位于所述预定工位处的工位编号；运行环境，其配置成加载工程组态软件；以及交互界面，其配置成根据所述工位编号提供针对所述工程组态软件的控制界面，其中，在所述近程通信模块与所述身份标签保持通信连接的情况下所述控制界面才提供操作权限。
Description
技术领域
本申请涉及工业人机界面领域，具体而言，涉及用于工业人机界面的移动终端及其使用方法。
背景技术
工业人机界面（Industrial Human-machine Interface 简称工业HMI）是一种智能终端，可以应用于汽车制造生产线上以实现操作人员和线体设备的信息交互等功能，包括设备的状态/故障信息展示、设备操作指令输入等。
传统的工业HMI需要配套对应组态软件进行可视化的图形编程，同时组态完成后的可执行工程程序也只能在配套的工业HMI上运行，因为其运行环境是与硬件是一体化的。这是一整套封闭的集成的软硬件绑定的生态***，因而会导致在进行工业HMI产品设计及软硬件选型时可选择范围小，成本居高不下。尤其在工控领域出现芯片短缺的大环境中，工业HMI硬件产品采购周期长，难以保证产线项目的如期完成。
此外，目前的工业HMI一般安装在汽车制造生产线边的电气控制柜面板上，即顺着生产线流向排布，尽量靠近相关联的设备位置附近。但固定摆放的弊端在于无法兼顾所有设备在清晰的视野区域，导致在利用工业HMI进行设备操作时存在盲区，有安全隐患。另一方面，汽车制造生产线自动化率高达80%以上，甚至在焊装车间可达100%，实际上线边的工业HMI使用率比较低，量产后一般仅在线体发生故障时由维修工程师排查故障时进行查阅和操作。传统的工业HMI线边排布固定放置的方式存在资源利用率不高，投资浪费的问题。
有鉴于此，需要提出一种改进的工业人机界面。
发明内容
本申请的实施例提供了一种用于工业人机界面的移动终端及其使用方法，移动终端能够适用于汽车制造生产线等，满足了生态开放、软硬件解耦等的技术需求；并且可以提高利用率，兼顾全场景的应用。
根据本申请的一方面，提供一种用于工业人机界面的移动终端。所述终端包括：近程通信模块，其配置成在预定范围内与部署于预定工位的身份标签通信，以获取位于所述预定工位处的工位编号；运行环境，其配置成加载工程组态软件；以及交互界面，其配置成根据所述工位编号提供针对所述工程组态软件的控制界面，其中，在所述近程通信模块与所述身份标签保持通信连接的情况下所述控制界面才提供操作权限。
在本申请的一些实施例中，可选地，所述近程通信模块基于NFC协议工作，并且所述身份标签为NFC标签。
在本申请的一些实施例中，可选地，所述终端还包括：登录模块，其配置成确定登录账号是否具有所述预定工位处的操作权限。
在本申请的一些实施例中，可选地，所述近程通信模块被配置成在所述登录模块确定所述登录账号具有所述预定工位处的操作权限的情况下，向所述身份标签发送操作权限请求，以及从所述身份标签接收关于所述操作权限请求的允许信息。
在本申请的一些实施例中，可选地，所述交互界面被配置成基于所述允许信息提供所述控制界面。
在本申请的一些实施例中，可选地，所述运行环境被配置成在到达预定时间后撤销所述工程组态软件的操作权限。
在本申请的一些实施例中，可选地，所述控制界面包括虚拟按键。
在本申请的一些实施例中，可选地，所述运行环境构建于通用操作***之上。
根据本申请的另一方面，提供一种使用工业人机界面移动终端的方法。所述方法包括：将所述移动终端靠近部署于预定工位的身份标签通信，以基于近程通信协议获取位于所述预定工位处的工位编号；加载工程组态软件；以及根据所述工位编号提供针对所述工程组态软件的控制界面，其中，在所述移动终端与所述身份标签保持通信连接的情况下所述控制界面才提供操作权限。
在本申请的一些实施例中，可选地，所述近程通信协议为NFC协议，并且所述身份标签为NFC标签。
在本申请的一些实施例中，可选地，根据所述工位编号提供针对所述工程组态软件的控制界面包括：确定登录账号是否具有所述预定工位处的操作权限，以及在确定具有操作权限的情况下向所述身份标签发送操作权限请求；从所述身份标签接收关于所述操作权限请求的允许信息；以及基于所述允许信息提供所述控制界面。
在本申请的一些实施例中，可选地，所述方法还包括：在到达预定时间后撤销所述工程组态软件的操作权限。
在本申请的一些实施例中，可选地，所述控制界面包括虚拟按键。
根据本申请的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，其特征在于，当所述指令由处理器执行时，使得所述处理器执行如上文所述的任意一种方法。
根据本申请一些实施例中描述的用于工业人机交互的移动终端及其使用方法，不仅可以实现传统的固定式HMI的人机交互功能，还可以满足移动运维的新属性下所需具备的应用和安全相关要求。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中，将会使本申请的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。
图1示出了根据一些示例的流水线以及线上HMI设备；
图2示出了根据本申请的一个实施例的移动终端；
图3示出了根据本申请的一个实施例的移动终端；
图4示出了根据本申请的一个实施例的使用工业人机界面移动终端的方法。
具体实施方式
出于简洁和说明性目的，本文主要参考其示范实施例来描述本申请的原理。但是，本领域技术人员将容易地认识到相同的原理可等效地应用于所有类型的用于工业人机界面的移动终端及其使用方法，并且可以在其中实施这些相同或相似的原理，任何此类变化不背离本申请的真实精神和范围。
图1示出了一个现有技术中所使用的HMI设备104（在本领域中又称为“工业HMI”），其中工业HMI 104将固定地安放在工业HMI操作站102内，用以实现对流水线101上的固定点位1011、1012和1013等附近的设备进行监控和控制。工业HMI操作站102具有图示的构造外形，一般来说，操作站102可以具有容纳工业HMI 104的空腔，还可以包括一个可以固定在点位1011、1012和1013等附近的立柱。如图所示，工业HMI 104上可以包括具有触控功能的屏幕，屏幕上可以呈现监控信息和控件（例如，虚拟按钮等），以便操作人员可以对与该点位相关联的设备进行监控和控制。此外，工业HMI操作站102上还包括实体的急停按钮103。一旦出现故障，操作人员可以触发该急停按钮103来关断与该点位相关联的设备，从而防止故障或者损害在整个产线上蔓延开来。
但是这类传统的工业HMI的一般生态较为封闭，软硬件一般是绑定的，其开放性及功能扩展性都已经无法跟上智能制造IOT融合的大趋势。另一方面，由于软硬件的深度绑定，在软硬件选型时限制较多，成本居高不下。此外，传统工业HMI线边固定摆放方式决定了其视野有限、兼顾性较差，操作时可能存在设备安全风险。由于其使用频次不高，产线上布置的大量工业HMI的利用率很低，因而也存在资源浪费的情况。
根据本申请的一方面，提供一种用于工业人机界面的移动终端。图2示出了根据本发明一些示例的移动终端202（在本申请中又称为“移动HMI”）的使用场景。如图所示，移动HMI 202将不再固定在固定点位上，也不会耦合到固定的操作站内。产线201上的操作人员可以携带移动HMI 202在产线201的多个点位2011、2012和2013等（每个点位都具有NFC标签）之间巡视，并且通过诸如NFC之类的近场通信方案实现移动HMI 202与点位2011、2012和2013等的身份标签进行通信。
在一些示例中，移动HMI 202可以选择基于通用性硬件的移动终端设备作为HMI组态程序的硬件载体，例如，可以基于可移动的平板电脑（下文简称“移动平板”）。移动HMI202可以采用可独立安装或者运行于移动平板***（例如，Linux操作***、Windows操作***、Android操作***等）之上的组态运行***，这样组态程序即可以运行于移动平板之上，从而实现软硬件解耦。这种方案抛弃了传统HMI工控设备中需要将软硬件绑定的封闭生态，利用移动平板的开放生态所提供的软硬件资源，使得功能更加丰富，扩展也更为灵活。
由于移动HMI 202采用了移动平板的作为显示设备，因而可以实现根据操作对象位置分布以及视野需求，进行移动操作和运维，使用更加灵活和便利。
另一方面，由于工业HMI用于实现人机交互、设备操作，因而在移动操作中仍然需要充分考虑机械电气安全相关规范。依据ISO 13850:2006 《机械安全急停设计原则》的相关技术规范，急停装置应位于每个操作者控制位置，以及通过风险评价确定的其他位置，其位置配置应易于接近。如图1所示，传统工业HMI 104一般嵌入式的安装在电气控制柜面板上，其下方或周边都会配置急停按钮103，其作用在于操作人员操作设备时。一旦发生危急状态可以及时按下急停按钮103，切断设备电源供给以停止设备。而当采用移动终端进行操作时，可能存在急停按钮103并不在操作者可触及范围内的情况，存在安全隐患。为此，在本申请的一些实施例中采用一种非接触式位置检测方案，确保仅在安全评估确定没有风险以及急停按钮103易于接近的位置，操作人员才拥有对移动终端各页面的操作权限，否则仅拥有查阅权限。
具体而言，如图3所示，移动终端30包括近程通信模块301、运行环境302和交互界面303。经由以上部件，移动终端30可以实现在产线上的多个点位之间移动，并且能够监控点位附近的设备以及对其进行控制。
移动终端30的近程通信模块301被配置成在预定范围内与部署于预定工位的身份标签通信，以获取位于预定工位处的工位编号。在本申请的一些实施例中，近程通信模块301基于NFC协议工作，并且身份标签为NFC标签。在移动终端30的选型上集成NFC近场无线通讯功能的目的是实现使用位置检测，并据此完成对应区域位置的组态程序调用，继而分配根据权限管理策略分配操作权限，以满足工业HMI的安全应用规范。此外，之所以采用NFC技术的另外一个原因在于其感应距离小（10cm以内），符合移动应用安全距离的限制要求，将可操作范围精确控制在无风险区域。此外，NFC技术与其他无线技术相比，其连接稳定性强、耗电低、保密性与安全性高，更适用于移动HMI的工业场景应用。当然，在其他一些示例中也可以采用蓝牙、ZigBee等类似方式实现近程通信。相应地，为了满足预定范围内的通信，可以适当调整移动终端30处的发射功率。当采用蓝牙、ZigBee等类似方式时，身份标签可能是一个低耗电的通信模块，而不是仅由移动终端30处发射的信号激活的无源电子标签。
移动终端30的运行环境302被配置成加载对应的工程组态软件。运行环境302加载工程组态软件的过程不需要人工干预，因而对于运维人员而言将是无感的。在本申请的一些实施例中，运行环境302构建于通用操作***之上。例如，本申请的一些示例中摒弃了传统的组态运行环境与硬件绑定的HMI终端屏。以Siemens WINCC组态软件为例，Wincc Basic与Wincc Comfort组态软件可以组态Siemens的所有工业面板，也即我们传统使用的工程软件与工业HMI。当选择Wincc Advanced和Wincc Professional这两款组态软件时，配套对应基于PC的运行***Wincc Runtime Advanced和Wincc Runtime Professional，即可以运行于Windows操作***的移动平板上，实现用通用性移动终端取代传统工业面板。在其他一些示例中也可以采用其他可以运行于Windows等操作***的组态软件环境。
移动终端30的交互界面303被配置成根据工位编号提供针对工程组态软件的控制界面，控制界面适用于当前工位（点位）并且可以具有各种GUI显示单元和控件。由于在近程通信模块301与身份标签保持通信连接的情况下控制界面才提供操作权限，以此可以保证运维人员以一种“准在地”的方式控制各类设备，而非“远程”地遥控。
如前文所述，在经风险评估且急停按钮在可触及范围内的合适位置部署NFC智能标签。因NFC智能标签是无源的，所以其部署仅需要机械安装，无需额外的电气和能源的投入。NFC智能标签中的数据包含可以该位置(工位或区域）编号信息。因为传统的固定式HMI的组态程序与其所在区域是一一对应的，即单个固定式工业HMI只能运行一个固定的组态程序。而当采用移动终端30时，移动HMI的对应访问范围将会扩展到全线体，即单个移动HMI上需要能部署多个组态程序，并且要根据位置去识别所需打开的控制界面，从而可以避免人工手动调取程序时误操作。可见，在本申请的一些示例中通过读取NFC标签中的位置编号信息即可以实现由移动平板自动调取对应的组态程序的控制界面。
此外，NFC智能标签中可以包含操作权限使能的信息。当NFC终端设备，即移动平板在NFC智能标签感应范围内，才允许获得操作权限的许可，即可以对于组态程序中的设备进行相应的操作，而该处位置是经安全风险评估确认并且急停按钮是在可触及范围内的。由于移动平板仅可以在NFC的可通信范围内获得操作权限，因而一旦某种操作导致产线的任何一处出现异常，则可以立即通过对与移动平板当前位置相隔不远的急停按钮的按压实现对产线的紧急停止，防止异常扩散到产线的其他位置。
由此可见，在本申请中，诸如NFC之类的近程（场）通信将同时承担两个任务：一是实现对移动平板的定位以便触发相关的控制功能；二是将移动平板的可操作范围限制在一定范围内，从而满足安全规范的要求。
继续参考图3，在本申请的一些实施例中，移动终端30还包括登录模块304，登录模块304被配置成确定登录账号是否具有预定工位处的操作权限。在一些示例中，运维人员需要先登录账号，随后登录模块304可以对账号的类型、权限等信息进行确认。例如，若确定账号不具有操作权限时将不授予操作权限。
在一些示例中，近程通信模块301被配置成在登录模块确定登录账号具有预定工位处的操作权限的情况下，向身份标签发送操作权限请求，以及从身份标签接收关于操作权限请求的允许信息。在一些示例中，交互界面303被配置成可以基于允许信息提供控制界面。在一些示例中，运行环境302还可以在到达预定时间后撤销工程组态软件的操作权限。
在本申请的一些实施例中，交互界面303所提供的控制界面可以包括各种类型的虚拟按键。在一些示例中，除了布置在固定点位附近的紧急停止按钮，还可以在移动终端30上布置一个额外的实体紧急停止按钮。
根据本申请的另一方面，提供一种使用工业人机界面移动终端的方法。如图4所示，使用工业人机界面移动终端的方法40（以下简称方法40）包括如下步骤：在步骤S402中将移动终端靠近部署于预定工位的身份标签通信，以基于近程通信协议获取位于预定工位处的工位编号；在步骤S404中加载对应的工程组态软件；以及在步骤S406中根据工位编号提供针对工程组态软件的控制界面，其中，在移动终端与身份标签保持通信连接的情况下控制界面才提供操作权限。经由方法40的以上步骤，移动终端可以实现在产线上的多个点位之间移动，并且能够监控点位附近的设备以及对其进行控制。方法40的所执行的具体步骤还可以参照以上描述的移动终端30的具体实施例开展，相关记载一并引用于此，限于篇幅本文在此不加赘述。
在本申请的一些实施例中，近程通信协议为NFC协议，并且身份标签为NFC标签。
在本申请的一些实施例中，在步骤S406中根据工位编号提供针对工程组态软件的控制界面包括以下步骤：确定登录账号是否具有预定工位处的操作权限，以及在确定具有操作权限的情况下向身份标签发送操作权限请求；从身份标签接收关于操作权限请求的允许信息；以及基于允许信息提供所述控制界面。
在本申请的一些实施例中，方法40还包括如下步骤：在到达预定时间后撤销工程组态软件的操作权限。
在本申请的一些实施例中，控制界面可以包括各种类型的虚拟按键。在一些示例中，除了布置在固定点位附近的紧急停止按钮，还可以在移动终端上布置一个额外的实体紧急停止按钮。
根据本申请的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，其中存储有指令，当所述指令由处理器执行时，使得所述处理器执行如上文所述的任意一种使用工业人机界面移动终端的方法。本申请中所称的计算机可读介质包括各种类型的计算机存储介质，可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。举例而言，计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、E2PROM、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码单元并能够由通用或专用计算机、或者通用或专用处理器进行存取的任何其他临时性或者非临时性介质。如本文所使用的盘通常磁性地复制数据，而碟则用激光来光学地复制数据。上述的组合也应当包括在计算机可读介质的保护范围之内。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读写信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
本申请以上一些实施例中描述的用于工业人机交互的移动终端及其使用方法，不仅可以实现传统的固定式HMI的人机交互功能，还可以满足移动运维的新属性下所需具备的应用和安全相关要求。以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此。本领域的技术人员可以根据本申请所披露的技术范围想到其他可行的变化或替换，此等变化或替换皆涵盖于本申请的保护范围之中。在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征还可以相互组合。本申请的保护范围以权利要求的记载为准。
Claims (14)
1.一种用于工业人机界面的移动终端，其特征在于，所述终端包括：
近程通信模块，其配置成在预定范围内与部署于预定工位的身份标签通信，以获取位于所述预定工位处的工位编号；
运行环境，其配置成加载工程组态软件；以及
交互界面，其配置成根据所述工位编号提供针对所述工程组态软件的控制界面，其中，在所述近程通信模块与所述身份标签保持通信连接的情况下所述控制界面才提供操作权限。
2.根据权利要求1所述的终端，其中，所述近程通信模块基于NFC协议工作，并且所述身份标签为NFC标签。
3.根据权利要求1所述的终端，其中，所述终端还包括：
登录模块，其配置成确定登录账号是否具有所述预定工位处的操作权限。
4.根据权利要求3所述的终端，其中，所述近程通信模块被配置成在所述登录模块确定所述登录账号具有所述预定工位处的操作权限的情况下，向所述身份标签发送操作权限请求，以及从所述身份标签接收关于所述操作权限请求的允许信息。
5.根据权利要求4所述的终端，其中，所述交互界面被配置成基于所述允许信息提供所述控制界面。
6.根据权利要求5所述的终端，其中，所述运行环境被配置成在到达预定时间后撤销所述工程组态软件的操作权限。
7.根据权利要求1所述的终端，其中，所述控制界面包括虚拟按键。
8.根据权利要求1所述的终端，其中，所述运行环境构建于通用操作***之上。
9.一种使用工业人机界面移动终端的方法，其特征在于，所述方法包括：
将所述移动终端靠近部署于预定工位的身份标签通信，以基于近程通信协议获取位于所述预定工位处的工位编号；
加载工程组态软件；以及
根据所述工位编号提供针对所述工程组态软件的控制界面，其中，在所述移动终端与所述身份标签保持通信连接的情况下所述控制界面才提供操作权限。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述近程通信协议为NFC协议，并且所述身份标签为NFC标签。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，根据所述工位编号提供针对所述工程组态软件的控制界面包括：
确定登录账号是否具有所述预定工位处的操作权限，以及在确定具有操作权限的情况下向所述身份标签发送操作权限请求；
从所述身份标签接收关于所述操作权限请求的允许信息；以及
基于所述允许信息提供所述控制界面。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法还包括：在到达预定时间后撤销所述工程组态软件的操作权限。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述控制界面包括虚拟按键。
14.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，其特征在于，当所述指令由处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求9-13中任一项所述的方法。
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