图片来源：西门子
作者| 安娜
开源 HMI 软件可以大大减少开发时间，但需要内部专业技术人员，可以在未来进行修改或修复。
我们设计和制造的所有包装设备上的人机界面 (HMI) 传统上都是由软件决定的。 随着客户不断要求提高所有组件的互操作性，我们正在开发开源 HMI 软件。 它的优点和缺点是什么？ 可能需要什么额外的硬件？
01
定义 HMI：它还是硬件吗？
在每个人的口袋里都有智能手机之前，工业人机界面 (HMI) 可能是人们与触摸屏设备交互的唯一方式。 这太疯狂了，对吧？ 在那些日子里，HMI 严格来说是一种通过您最喜欢的现场总线连接到 PLC 的硬件。
两端的开发都是通过专有软件完成的，工程师们成为了如何正确映射数据寄存器的专家，并且非常有主见。 今天，人机界面可以有多种形式。 许多传统 HMI 已经存在多年，但对现代界面、互操作性和可移植性的需求意味着专用 HMI 范式正受到威胁。
许多用户更喜欢熟悉的手机或平板电脑界面以及现代应用程序设计的时尚美感。 如果您是设施操作员，则需要 HMI 直观且高效； 如果您是 OEM，HMI 可能是您与客户最频繁的接触点，也是您机器的界面。
那么，为什么要开源？ 是因为免费吗？ 显然不是全部。
首先，让我们定义术语“开源”。 简单地说，开源一般是指原始源代码可以免费获得，可以重新分发和修改的软件。 关于开源的一个流行说法是，它代表自由和访问，并不意味着没有成本，因为使用开源工具的责任转移到了负责实施它们的开发人员身上。 这需要理解、经验和时间。
支持网络应用程序、超级计算机甚至互联网本身的大部分技术都是开源的。 这包括很多开发工作，例如 Linux 和 Node-RED。 像 Node-RED 这样的平台正在改变我们思考用户界面开发的方式。 它为许多想要使用最新工具构建机器可视化但缺乏编写 HTML5 或 .
Node-RED 是一个使用 Node.js 的低代码环境，Node.js 是一种基于编程语言的运行时。 本环境使用 HTML5、Vue.js、React.js。 它非常易于使用，开发人员可以在几分钟内从首次交互到概念验证。
开源的真正力量在于它像积木一样工作。 例如，可视化需要数据，数据需要存储在某个地方，数据需要传输。
有许多可用的工具，例如，实现消息队列遥测传输协议 (MQTT) 的开源消息代理； 和时间序列数据库。 所有这些都在 Linux 上运行，共同构建令人惊叹的交互式工业界面。
结合易于配置的仪表板工具，如 或 ； 两者都是可扩展的，并且可以从大量使用它们的社区获得贡献。 也许 HMI 平台最重要的演变是 Linux 的引入，它提供了一个重要的画布来创建多样化和功能强大的界面。
那么，您如何开始呢？ “如果你已经实现了带有 Linux 和浏览器的设备，你可以立即开始，不需要其他硬件。” WAGO Linux 和 IIoT 高级应用工程师 Jesse Cox 说，“安装 Node-RED，并开始使用基于浏览器的简单集成开发环境 (IDE) 构建界面。导入仪表板节点以将组件添加到 Web 用户界面 (UI) )，你会惊讶于你可以多快地构建交互式 UI。如果你的 HMI 有浏览器，那么你可以将它指向你的 Node-RED 实例，然后你可能永远不会看闭源 HMI再次以同样的方式解决。
02
节省预算和开发时间
在 HMI 中使用开源软件具有三个优势。
首先也是最明显的是，许多开源软件 (OSS) 是免费的，这为用户带来了立竿见影的预算节省。
其次，在节省预算的同时减少了编程/开发时间。 应用程序一旦开发出来，就可以很容易地转换到共享相同软件的不同硬件平台。
最后是能够从几个潜在的硬件平台中自由选择的能力，打开了通往更广泛产品范围的大门，用户可以在其中找到真正完全满足他们需求的非常具体的硬件，例如具有 IP67 的设备或食品和饮料批准的设备（图1）。
▲图1：开源软件可以为餐饮设备中使用的硬件平台或专用设备提供更大的灵活性。
工业 HMI 应用需要考虑的最大缺点可能是技术支持。 根据图尔克产品经理 Solis 的说法，对于许可软件，与开发产品的供应商有直接的技术支持联系是很常见的。 供应商可以帮助用户加快解决速度并处理在此过程中出现的任何问题，而使用开源软件可能更难找到特定的联系人来提供支持。 购买前需要考虑的事项，是否明确说明谁将提供支持？
03
硬币的另一面
毫无疑问，开源软件，更具体地说是免费和开源软件 (FOSS) 运动，为自动化专业人士提供了许多新的选择。 但是在选择正确的开源软件解决方案时需要注意一些陷阱和缺点。
并非所有开源软件都是零成本的，有时零成本的解决方案最终可能成为最昂贵的。 许多公司提供混合产品，包括免费的社区版和功能更丰富的收费版。 或者他们会提供付费支持。 其中许多选项都是出色的解决方案，但它们背后的公司有明显的动机鼓励用户迁移到付费版本。 如果付费版本的成本太高，迁移到免费版本从长远来看可能是一种浪费。
对于真正零成本的解决方案，并且有许多非常有用和强大的示例，值得花一些时间思考项目背后的支持者及其原因。 此外，您需要评估您愿意深入的程度。
当出现问题时，您将不得不依赖内部资源或项目周围的社区。 其中许多项目都有一个活跃的社区随时准备提供帮助，但有些项目会随着时间的流逝而失败，在这种情况下，您必须自己维护它或忍受切换到其他项目的痛苦。
这些问题当然也存在于闭源项目中。 在闭源解决方案中，您无法自行修复某些问题； 您完全依赖供应商的更新。 如果您访问许多开源项目的源代码存储库，您通常会发现一长串需要修复的错误。 对于闭源项目，毫无疑问存在类似的检查清单； 您只是无权访问它，并且不可能跳入并自己修复某些东西。
硬件是另一个考虑因素。 Maple 的工程师 Mike 说，闭源软件通常会将用户锁定在特定的硬件供应商中。 借助开源解决方案，您可以货比三家，使产品来源多样化，并有可能降低成本。 但是，这也让用户有责任验证兼容性。 企业需要什么样的操作系统？ 是否需要安装任何驱动程序或软件包？ 处理器的速度和结构是否足够？ 使用需要特定硬件的闭源解决方案可以节省一些决策。
04
开源需要内部专业知识
对于包括工业 HMI 软件在内的所有类型的应用程序，开源软件与使用专有软件相比具有许多优势，例如，用户可以自由修改源代码，从而完全灵活地根据环境定制应用程序； 通常，任何许可和维护费用都比市售软件便宜。 但是用户在使用开源方法之前也需要了解它的缺点。
开源的主要缺点包括：修改源代码需要专门技能； 用户可能需要为文档、媒体和支持付费。 用户必须知道，开源软件许可证有不同的变体，有些比其他的更严格。 需要仔细审查软件许可证，以清楚地了解开源软件可以做什么和不能做什么。
此外，维护成本也是一个问题，因为用户依赖开源社区来支持软件。 在业务中断风险很高的生产环境中，缺乏即时支持可能是一个大问题。 如果社区不支持新的操作系统、驱动程序、功能、硬件平台和安全漏洞修复，那么维护软件的责任就落在了最终用户身上。
还有一点很重要，开源软件有很多选择，有很多不同的组合。 最终用户必须建立一个软件标准，以确保整个公司都在同一版本上，从而便于维护开源软件。
同样，版本控制是开源软件应该考虑的另一个因素。 新的开源软件经常发布，有时每周发布一次。 每个新版本都必须针对现有应用程序和硬件进行测试，以确保解决方案正常运行。 另一项任务是验证新版本不包含任何病毒或恶意软件。
据该公司首席技术官布鲁诺称，专有软件比开源软件有优势，因为供应商负责维护软件及其与其他软件包（如数据库）的集成。 供应商还为客户提供专门的主题资源，例如培训、支持和咨询。 这对于最终用户可能需要额外支持的 HMI 项目非常重要。
专有软件的另一个优势是供应商会定期添加新的功能和要求，因为它与许多客户进行交流并了解最新的软件趋势，从而使软件能够不断发展。 对于 HMI 软件，这有助于确保最重要的功能始终可用（图 2）。
▲图 2：HMI 软件为部署和连接提供了开放的灵活性，但需要确保最终用户得到技术和安全更新的支持。
此外，专有软件供应商负责支持新的操作系统、驱动程序、功能和硬件平台，并解决任何安全问题。 他们对客户负责，以确保有升级到新平台的途径或添加 HMI 软件功能。
05
平衡总拥有成本
设计的关键要素之一是了解最终用户喜欢什么。 在许多情况下，企业希望根据以前的安装或熟悉程度来选择特定的 HMI。 在考虑开源开发平台时，这可能会限制可用的选择，因为大多数 HMI 都是专门构建的，需要特定的商用开发平台。
当需要使用开源开发平台时，有两个关键优势：灵活性和许可成本。 由于开发软件的源代码是可用的，因此可以完全控制和配置软件。 熟练的工程师将能够根据更独特的最终用户体验创建软件，或根据客户要求定制解决方案。
开源软件通常意味着开发软件无需支付许可费用。 这可能是一个优势，但将取决于实施。 大多数开源解决方案将需要以进程间通信 (IPC) 为中心的解决方案，这可能需要额外的设备，例如 UPS、数据集中器、主机或屏幕，这将抵消节省的成本。
BW 数字创新项目经理 Joe 表示，对于开发人员和最终用户而言，在考虑开源平台时总拥有成本 (TCO) 始终很重要。 有必要考虑一个组织是否拥有合适的软件和控制工程师来支持系统的开发和维护，因为从长远来看这可能是一笔巨大的开支。 适当地培训和配备团队人员可以从解决方案开发中占用大量资源。
除了成本之外，可能还有许多其他技术考虑因素，包括容错、安全性和附加软件。 例如，开源软件可能不支持所需的 PLC 通信协议，需要额外的软件将其转换为支持的格式。
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考虑对开源项目的需求
在考虑采用任何技术时，权衡取舍很重要。 对于开源项目尤其如此。 评估功能的好处和使用现有代码库的风险很重要，因为您的专业知识可能有限。 有一些很好的稳定开源代码库的例子楼宇设备自控系统的架构，比如MQTT，有广泛的市场应用。
在考虑开源时，罗克韦尔自动化可视化平台总监史蒂夫建议询问可用的功能是否满足您的需求或是否需要扩展。 如果它需要扩展，问问你自己，开源是否有很好的文档记录，你是否具备扩展它的专业知识？
您还需要考虑许可模式。 一些开源项目要求任何修改都贡献给开源项目。 您还应该考虑开源项目的采用或普及。 采用有限的开源项目进行任何更改或改进的速度可能很慢。 除非您准备好为您的项目贡献资源来解决这些问题，否则无论功能如何，开源都可能不是最佳方法。
07
开放系统的测试和认证
开源 HMI 软件使任何人都可以查看和更改驱动 HMI 功能的源代码。 从理论上讲，它可以让机器设计人员甚至客户能够修改 HMI 的功能及其可能具有的功能。
传统的人机界面通常有一个封闭的系统。 在这个封闭的系统中，只有 HMI 的制造商可以修改底层源代码，改变特性和功能。 与开放系统相比，客户对操作选项的选择更为有限。
虽然可以更改底层源代码以使 HMI 功能听起来更具吸引力，但有充分的理由说明当今使用的大多数 HMI 都是封闭系统。 Omron 的 HMI、IPC、控制器和软件产品经理 Clark 表示，开源意味着任何接受过任何级别培训的人都可以修改 HMI 的操作方式，这可能会带来引入低级编程错误、功能错误的机会或恶意软件。
在开放系统中，功能测试、安全、功能批准和任何认证在大多数情况下都将留给开放系统设计人员。 在封闭系统中，这由 HMI 制造商处理。
通过购买包含来自同一制造商的控制系统、HMI、I/O 和其他组件的系统解决方案，获得最佳的互操作性和安全性。 完整的解决方案提供商将确保以最佳方式访问所有可用功能。 故意混合来自不同制造商的控制器、开放式或封闭式 HMI 或 I/O 将使集成和使用每个控制组件的最佳功能的能力变得复杂。
对于开源的HMI系统，可能需要Basic、C++等开发工具或低级编程工具，甚至可能需要一台PC机。 对于封闭的人机界面系统，通常使用上位组态包来选择系统所需的对象和功能。
关键概念：
■ 开源HMI 软件使任何人都可以查看和更改驱动HMI 功能的源代码。
■ 并非所有开源软件都是零成本的。
想一想：
您会在工厂部署开源 HMI 系统吗？
摘要：本文简要介绍了弱电智能化的内涵，介绍了弱电智能化系统的应用，并通过实际工程案例探讨了高层建筑弱电系统的具体应用，以供参考。
关键词：高层建筑； 弱电智能； 实践
在现代建筑功能齐全的前提下，弱电具有更强大的功能，可以大大提高居民的生活和工作质量。 弱电在建筑工程中的实现智能化应用与管理，对于提高建筑物的居住性能具有重要意义。
1 弱电智能的内涵
与强电相比，弱电主要是指直流小于24V、交流小于36V的标准。 智能化、超前化的发展方向表现在：通信自动化、楼宇自动化、消防和安防自动化等。建筑工程中的弱电智能化广泛应用于消防系统和通信系统。 弱电智能化作为现代自动化、智能化技术不断发展的产物，可以促进建筑工程电气系统的智能化建设，提高建筑工程智能化运行水平。
2 弱电智能应用
弱电智能化技术已经在许多生活小区、写字楼等建设项目中得到应用，使楼宇能够满足用户的不同需求，提高人们生活和工作的便利性。 总的来说，建筑工程中的弱电智能包括五种应用：楼宇自动化、通信自动化、办公自动化、安防自动化和消防自动化。 在建设项目的施工过程中，设计师会综合考虑这五个方面的功能，通过综合布线系统使它们同时发挥作用，从而实现建筑智能化水平的提升项目。 在通信系统中，技术人员可以利用弱电技术实现语音信号与数字信号的转换，实现数据信息的保真传输； 在广播系统中，弱电技术的应用可以提高广播系统广播信息的清晰度和准确性； 在电视接收系统中，技术人员采用有线接收和卫星接收方式接收信号，可以提高信号传输的稳定性和速度，为用户提供清晰、快速的电视收看效果； 在电视监控系统的支持下，可以实时获取现场的图像和声音，防止不法分子的入侵，保护用户的安全。 在消防系统中，弱电技术与红外技术相结合，实现对重点消防区域的监控。 一旦发生火灾，可迅速联系消防员，提高建筑物的防火等级。
3 高层建筑弱电系统的具体做法
3.1 项目概况
一栋商务楼一共27层，主楼主要是客房，地下一层建有各种娱乐场所。 经与业主沟通协商，双方一致认为该建筑急需一套弱电系统以满足其使用需求，而完成该项目并应用于智能化集成的步骤也十分复杂。 由此可见，在当前的工程建设中，智能化在缩短时间或精准标准方面发挥了非常重要的作用，未来建筑行业的方向也逐渐向智能化发展。
3.2确定弱电系统智能化集成方式
弱电系统智能化集成分为多种模式，以满足企业生产所需的各种功能。 在这个项目中，建筑的主要功能是酒店，当然，现阶段的高层建筑不会只建立一些弱电系统，包括计算机管理系统。 值得注意的是弱电中楼宇自控包括，计算机系统是一个具有酒店特色的系统，峰谷现象比较明显，因此需要想办法将这个集成系统结合起来，同时还要保证低成本和操作的简单化系统。 综合各方面的启示和要求，最终决定采用楼宇设备管理系统作为其在弱电系统中的横向集成方式。
3.3 弱电系统设计及规划要点
(1)大楼一层设有楼宇管理中心，配备了很多综合主机系统，包括本楼的楼宇管理中心。 这样一来，大楼的一层就成为了综合管理报警、安防、消防、自动和停车服务等系统的综合场所。 综合管理系统设置在三楼远程控制机房。 目前，主系统机房暂定在屋顶。 此外，客房管理工作主要由大堂总服务台掌控。
(2)建筑弱电智能系统集成的主网方式为双层结构方式。 它的管理层网络主要是局域网，即中心主机和子系统主机之间的系统，而监控层网络主要是基于各个子系统内部的现场总线。
(3)在正常工作中，各子系统独立运行，具有各自独特的功能，具有不同的权限。 当遇到特殊情况时，这些子系统由中央主机统一管理，不仅可以很好地协调它们的工作，也让楼宇的智能化控制要求得到体现。
(4) 子系统的简单理解： ① 楼宇自控：在该系统中，一系列设备系统构成了系统的被控设备，包括带空调的主机、通风排风机、高低压配电电箱、水泵等蓄水仪表，以及电梯设备等。 系统主要依靠工作主机和设备在系统间传递和交换信息。 位于工作机与中央主机之间的传统协议转换设备在系统中起着重要的作用，使通信交换或数据交换任务得以实现； ②消防自动化：系统主体由12个回路报警系统组成，包括消防、报警、联动控制、广播系统，这12个回路报警系统采用总线制。 报警系统包括烟雾探测器、温度探测器、自动和非自动报警按钮、各种消防启动泵按钮、各种显示器的地板面板、紧急电话设备和紧急扬声器。 通信接口置于上位系统中，其主要功能是向系统发送确认报警信号，同时采用特殊协议将报警信息转换为数据信息，以便上位系统识别. 12回路报警系统相互配合完成相应的任务，可以提高效率，达到更好的效果； ③安防自动化：系统主要包括红外探测器、摄像头和无线巡更按钮三部分。 不是。因为系统三的主体和核心部分是视频监控和报警主机两部分。 该系统依靠内部专用接口在应用程序和个人数据之间交换信息。
每个系统在交换信息时都会使用系统专用的接口协议或相应的转换设备。 这些接口和设备在传输和交换信息方面具有不可替代的作用。 凭证的使用率非常高。 为了提高系统三的工作效率或整个任务完成的效率，需要保证系统三机器设备之间的协调； ④ 通信自动化：通信网络自动化系统的设计应满足办公自动化的要求。 系统要求。 操作前，需要连接接线员自带的电话线或光纤。 在这个系统中，语音设备和数据信息也被引入其中。 在目前的弱电系统中，系统的垂直干线多为电缆。 而光纤，在没有特殊原因的情况下，通常采用超五类系统作为水平布线。 为顺利进行练习和准确校准系统，需要在客房内预留5e类信息插座，有条件的还应预留电话插座。 同时，裙楼部分还应预留智能接线盒。 主机通信，每层的弱电房和三楼的主机房是必不可少的； ⑤通信自动化的另一个子系统是有线电视系统。其组成主要包括干线和支线两部分。 每间客房预留一个电视插座，有线电视用户需要扩展时使用接线盒，支线在裙楼完成各种任务。 通信接口设置在各系统的机房和各楼层的智能线路箱上，其主要作用是传递系统运行的状态信息。
系统由中央主机通过特殊协议进行控制，从而实现其在弱电系统中的监控和管理功能； ⑥办公自动化：办公自动化是现代办公与计算机技术相结合的一种新型办公方式。 中心采用一系列现代化的办公设备和先进的通讯技术，通过大楼内各种通讯系统（计算机管理、综合布线等）的使用，广泛、全面、全面地收集、整理、处理、存储和使用信息。快速，使内部办公人员能够方便快捷地共享信息，高效协同工作。
4。结论
总之，随着社会经济的快速发展，人们对生活、工作环境提出了更高的要求。 在这种情况下，弱电智能系统的建设不得不更加普遍。 因此，有必要加强弱电智能系统的专业知识，提高学习和应用能力，为建筑弱电智能系统的发展贡献力量。
参考
[1] 王雪光． 浅谈构建弱电智能系统的工程应用[J]. 科技与企业, 2013(05): 143, 145.
[2] 朱自华． 浅谈构建弱电智能系统的工程应用[J]. 信息通信, 2014(o6): 112-113.
[3] 王斌． 弱电智能化系统在建筑工程中的应用分析[J]. 信息化建设, 2016(05): 355-356.
