专利名称：用于人机接口系统的操作者接口的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于自动化的商业和工业环境的控制系统，如用于装配线的
控制系统，并且具体涉及用于HMI (人机接口 )系统的操作者接口设备，其 提供了操作者工作站和在服务器上运行的HMI软件之间的简单、通用的通信。
背景技术：
许多商业、工业、仓库和制造机构采取自动化以减少人力成本并增加效 率。自动化系统经常是被计算机控制的。典型地，计算机将位于中心位置， 并将控制遍及远离中心位置的机构分布的多个操作者工作站。
机器用于将产品和组件从一个位置移动到另一个位置、装配产品、封装 产品、并执行与机构的性质有关的其他服务。人类操作者可位于操作者工作 站来在工作站操作各种机器、定位组件、监视机器处理、并检修在远程站可 能出现的问题。
这样的系统的典型模型是管理控制和数据获取模型(SCADA)模型。 SCADA系统通常包括与机器连接的输入和输出信号硬件、与硬件连接的多个 远程端单元(RTU)或可编程逻辑控制器(PLC)、与RTU或PLC连接的运 行HMI软件的中心站、以及用于在各组件之间通信的通信基础设施。信号硬 件将典型地包括某种警报，或者作为喇p八或其他音频设备，或者是灯信号或 信标(beacon)的形式，或者两者。
这样的方法的问题是，硬件信号设备和PLC或RTU是对特定应用定制 选择的。例如，最初开发PLC以替代自动化系统中的中继器和开关的系统， 并且PLC使用电气或电子技术人员可以从电子示意图遵循并编程的类型的简 单逻辑电路或"梯形逻辑"。已经增强了 PLC以使用模块编程语言，并且在 一些情况下，使用结构化编程语言；然而，PLC保留其基于电路的根本，并 且仍然必须由电工定制以与特定硬件实现接口，这是昂贵和耗时的。RTU遭 受几乎相同的问题。
例如，汽车装配线要求多个操作者工作站，每个操作者工作站要求与HMI软件(如GE Fanuc的Proficy 或Climplicty HMI软件、 Allen-Bradley/Rockwell自动化HMI、 Wonderware HMI等)接口的输入/输出 信号硬件和PLC。车间效率遭受到下述问题对于每个部门或每个车间安装 五十到一百个工作站、每个工作站好几万的成本，以及当工作站需要维护、 修复、替换或升级时的停机时间。
因此，需要一种HMI系统的通用操作者工作站单元，其直接在信息技术 (IT)控制下操作，而不需要定制安装。因此，期望解决上述问题的硬件接 口设备。
发明内容
HMI系统的操作者接口设备提供人机接口 ( HMI)软件和操作者工作站 之间的通用的、简单的通信。所述设备具有至少一个信号传输设备、至少一 个串行通信端口、以及在外壳上安装的以太网端口。在外壳内布置了包括具 有嵌入式以太网能力的微控制器的电子电路。微控制器被配置为通过TCP/IP, 将来自串行通信端口的条形码读取器、RFID接收器等的串行数据经由以太网 传递到远程服务器上的HMI软件，并且传递到用于至少一个信号传输设备的 (各)控制驱动器，所述信号传输设备可以是信标、灯、喇p八或其他音频设 备、或按钮开关。所述设备还可包括电源和微连接器端口，所述微连接器端 口用于在如转矩控制器的机器控制器和HMI软件之间传递信号。
所述至少一个串行端口可以是RS-232端口。装配线、部件仓库和其他工 业机构频繁使用条形码读取器、RFID接收器或收发器、以及经由RS-232标 准与自动化控制软件通信的其他设备，使得这样的设备(有时称为传统的设 备)经常配备有RS-232电缆和插孔。替代地，或除了 RS-232端口之外，所 述至少一个串行通信端口可以是通用串行总线(USB)端口，用于与如此配 备的传感器或输入/输出设备连接，或连接到打印机、触摸屏监视器、键盘、 鼠标或位于操作者工作站的其他输入设备。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 。
所述至少一个信号传输设备可以是优选地布置在外壳的顶部的信标。所 述信标可包括LED阵列，并且所述设备可包括在收到来自HMI软件的指令 时使LED阵列闪光的电路，以指示工作站处需要由人类操作者干预的错误。 用于接通信标的驱动器电路布置在外壳内，并且用于以期望频率将阵列接通
6和关断的振荡器或定时电路可以并入微控制器中，或可以提供为具有LED驱 动器的分立电路。
信号传输设备可以是优选地布置在外壳的前表面的一个或多个灯，所述 外壳还可包括LED阵列，其中驱动器电路布置在外壳中。例如在装配线的情 况下，所述灯可包括用于指示对工作站处的产品的工作正令人满意地进行的 绿灯、用于指示传送带上的产品到达^l喿作者工作站处的站的灯、可闪光或以 其他方式指示当前正在工作站的产品需要非标准或定制部件的灯等等。
信号传输设备可以是具有布置在外壳中的驱动器电路的扬声器、喇叭或 其他音频设备，所述信号传输设备可在由微控制器经由以太网接收到来自 HMI软件的信号时接通。如果需要，所述音频设备可以是由布置在外壳中的 语音处理器驱动的扬声器。
信号传输设备可包括一个或多个按钮，其可由人类操作者操作来发送信 号到HMI软件。例如，可提供开始按钮以向HMI软件发信号已经校正错 误状态并且可以重启装配线，或可以提供释放按钮以发信号不能在分配的 时间内校正错误，并且可以释放或重启装配线，但是产品已经从带移除或需 要转移用于在装配线中的适当节点(juncture)处的进一步的处理。
微连接器可以是六引脚连接器，其为位于工作站处的高达四个控制器或 传感器供电并从该四个控制器或传感器接收输入。微连接器接线为将离散输 入/输出信号往来微控制器传递，所述微控制器简单地将信号往来服务器传 递。微连接器可以是M12连接器。所述设备可具有安装在外壳内的多个微连 接器。
所述设备可包括多于一个以太网端口，使得可在网络上级联多个操作者 接口单元。替代地，额外的以太网端口可用于将可由以太网连接操作的任何 东西(如计算机、打印机、标志(sign)等)连接到网络。用于将操作者接口 单元和HMI软件配合(mesh)的软件驱动器为基本命令结构提供HMI软件 和一个或多个人机接口单元之间的通信的适当关联，这非常像打印机驱动器 控制计算机和打印机之间的通信。
因此，HMI系统的人机接口提供了通过IT控制在远程工作站处的人类 操作者和HMI软件之间的通用通信，而不需要定制输入/输出硬件和定制 PLC、 RTU或工作站处的其他中间设备。
在进一步查看下面的说明书和附图后，本发明的这些和其他特征将容易变得明显。
图1是根据本发明的HMI系统的操作者接口设备的前视图。 图2是图1的操作者接口设备的底视图。 图3是在图1的操作者接口设备内布置的电子电路的框图。 图4A和4B是示出图1的操作者接口设备的示例性微控制器的引出线的 示意图。
图5是图1的操作者接口设备的RS-232输入端口电路的示意图。
图6A和6B是用于图1的操作者接口设备的以太网隔离电路的示意图。
图7是用于根据本发明的HMI系统的操作者接口设备的替代实施例的前视图。
遍及附图，相似的参考符号一致地表示相应的特征。
具体实施例方式
用于HMI系统的操作者接口设备提供了人机接口 ( HMI)软件和操作者 工作站之间的通用的、简单的通信。设备的典型应用可能是在汽车制造厂的 装配线中的操作者工作站处。该设备提供了人类操作者和HMI软件之间的通 用通信，消除了工作站处的定制设备的必要，所述工作站通过也必须定制编 程的可编程逻辑控制器与HMI软件通信。
图l和2分别示出在附图中总地表示为IO的设备的第一实施例的透视图 和底视图。设备10包括外壳12。外壳12可具有任何期望的配置。图l中示 出的实施例具有细长的外壳，其可在其背面具有墙式安装(wall-mounting) 的支架、或从顶部和底部延伸的墙式安装的突出部(未示出)。
设备IO具有至少一个信号传输设备、至少一个串行通信端口、以及在外 壳12上安装的以太网端口。图1和2中示出的设备12的实施例具有在外壳 12的顶面上安装的信标14、以及在外壳12的前面布置的第一信号灯16和第 二信号灯18。信标14以及信号灯16和18可包括发光二极管(LED )或具有 不同色彩透镜的发光二极管的阵列，以提供正传送的不同消息的4^L觉指示。 信标14例如可包括红色透镜，以发信号在工作站处的错误情况或故障需要 人类操作者的干预。第一灯16可具有绿色透镜和布置在外壳12上的适当的标记20，如"良好运4亍(GOOD JOB)"，以指示工作站处的工作令人满意地 进行。第二灯18可具有琥珀色透镜和布置在外壳12上的适当的标记22，如 "站内(IN STATION)",以指示存在已经到达工作站用于处理的装配线上的产品。
视觉信号的数量、其在外壳12上的位置、其配置、以及通过视觉信号的 照亮而传送的信号可在本发明的范围内变化。而且，如下所述，信标14和/ 或信号灯16和18可闪光或发脉冲以吸引人类操作者对视觉信号的注意，或 传送与装配线的状态或当前位于工作站的产品有关的特定消息。
设备10除了视觉信号传输设备外或替代视觉信号传输设备，可包括音频 信号传输设备，其具有安装在外壳12的前面或前面板上的扬声器24。音频 信号传输设备可以简单地为喇叭或蜂鸣器，或设备10可包括用于传送短的、 标准的语音信号的语音合成器。音频信号传输设备可与视觉信号传输设备结 合使用，例如，灯18可照亮以指示产品已经到达工作站，并且音频信号传输 设备可蜂鸣，以指示需要该特定产品的特殊处理。
设备10可包括布置在外壳12的前面或面板上的按钮26。按钮26可由 人类操作者用来发信号到HMI软件已经清除了工作站处的错误状态、已经 完成了要求的任务、或在为该任务分配的时间内不能清除错误状态，使得应 当释放装配线以用于继续操作，其中产品从工作站处的装配线移除、或为处 于装配线更下方的适当结点处的部门标记。可通过提供多个按钮、或通过按 压按钮的特定模式(给定时间段内的按压的数量、按压的持续时间等)来传 送不同消息。
设备10包括至少一个串行通信端口。在图1的实施例中，串行通信端口 包括RS-232端口，其中DB-9连接器28安装在外壳12的前面板上。装配线 上使用的许多传感器是包括RS-232电缆的传统设备，包括条形码扫描仪、 RFID接收器或收发器、温度传感器、光电单元等等。RS-232连接器28提供 了用于通过设备10将串行通信信号传递到HMI软件的部件。
设备10还可包括用于将机器控制器或传感器连接到HMI软件的微连接 器30。微连接器30优选地是六引脚连接器，其为位于工作站处的高达四个 控制器或传感器供电并从其接收输入。微连接器被接线为将离散输入/输出信 号往来微控制器传递，微控制器简单地将信号往来服务器传递。微连接器30 可以是M12连接器。设备可具有在外壳中安装的多个微连接器30。
9设备10包括用于接收RJ-45插孔的以太网连接器32,以便将设备10连 接到用于提供与HMI软件的通信的机构的局域网(LAN )或广域网(WAN )。 以太网连接器32可以布置在外壳12的底面上。设备IO还包括电力输入连接 器，如凹陷式公插头(recessed male plug) 34，用于将设备10连接到交流市 电。电力输入连接器34还可布置在外壳12的底面上。替代凹陷式公插头34, 设备IO可具有从外壳12延伸的电源线，用于连接到交流市电。
用于为设备10提供其功能性的电子电路布置在外壳12内的印刷电路板 或其他支撑物上。参照图3,围绕微控制器36建立电路，所述微控制器36 具有嵌入式以太网能力和至少一个串行通信接口。将理解，微控制器基本是 具有支持电路的专用微处理器，所述支持电路否则将由布置在同一芯片上的 分立组件(ROM、 RAM、串行通信端口、模数转换器等)提供，因此提供了 实质上是没有监视器、键盘或鼠标的微计算机。通过"嵌入式以太网"，申请 人指以太网联网标准的单芯片实现，使得微控制器具有在不使用计算机的情 况下通过以太网通信的能力。因此，微控制器应当能够建立TCP/IP栈、分配 IP地址、打开端口、形成分组并通过TCP/IP协议通信等。
适于在设备10中使用的微控制器应当具有至少一个串行通信端口接口 ， 并且应当可被编程以将串行通信信号(特别是使用RS-232标准的信号)转换 为分组，所述分组用于通过用户数据协议(UDP)，或更优选地通过传输控制 协议(TCP)经由TCP/IP传输，使得HMI软件可从例如条形码扫描仪透明 地接收信号，就好像条形码扫描仪直接连接到运行HMI软件的服务器计算机 一样。依赖于由制造或商业机构使用的特定HMI软件的能力，微控制器36 可被编程以丢弃开始、停止和奇偶校验位，仅将分组中的数据位经由以太网 发送，或可被编程以将RS-232信号中的所有位分组化，使得可将TCP/IP信 号解除分组，并且在服务器计算机处恢复全部RS-232,以用于在串行通信总 线上传输到HMI^欠件。
关于此点，HMI软件38可以是任何商业可用的品牌的HMI软件。HMI
软件通常提供与车间机器和操作有关的关键生产数据的收集、监视、管理控 制和共享，包括发送警报或控制信号到车间中的远程位置。设备10可与其接
口的示例性HMI软件38包括GE Fanuc的Proficy⑧或Climplicty HMI软件、 Allen-Bradley/Rockwell自动化HMI、 Wonderware HMI等。设备10可配备有 软件驱动器40,其可加载到HMI软件所驻留的服务器计算机上。与软件打印机驱动器的方式非常类似，软件驱动器40将来自HMI软件38的软件命令转 换为微计算机36的语言中的适当的输入命令，例如，接通信标14或音频警 报扬声器24,并且相反地，将来自微控制器36的关于机器的状态的、或来 自按钮26的输出信号以由HMI软件所要求的形式路由到适当的HMI输入。 微控制器应当能够从人类观点几乎实时地执行(100ms〈响应时间 <500ms),但是不能快到其不满足机器控制应用的要求，所述机器控制应用 要求小于100ms。微控制器应当可被编程使得来自机器传感器和控制器的离 散输入/输出信号触发硬件IRQ，使得可以立即处理输入状态的变化。微控制 器还应当可被编程为从HMI软件以太网接收端口频繁地(典型地 10ms-500ms )轮询TCP/IP栈，以维持对HMI软件命令的接近实时响应。优 选地，微控制器能够打开与微控制器连接的每个串行输入设备的分开的 TCP/IP端口和TCP/IP栈、以及经由微连接器30连接的分立输入/输出设备的 单个端口。
适于在该设备中使用的微控制器36是由德克萨斯奥斯汀的飞思卡尔半 导体公司(Freescale Semiconductor, Inc.)制造的MC9S12NE64,在其他特征 当中，该微控制器的特征在于15比特CPU、 64K字节闪速EEPROM、 6K的 RAM、 A/D转换器、具有集成以太网10/100Mbps收发器的以太网介质访问 控制器(EMAC)、两个异步串行通信接口模块(SCI)、 一个同步串行外围接 口 (在图1-2的实施例中不使用)、以及16比特定时器模块。闪速EEPROM 可用开发工具包编程。用于在图l-2的实施例中使用的微控制器36的示例性 示意引脚线在图4A-4B中示出。将注意到，在本申请中，16比特定时器被配 置为提供信标14的闪光器电路，并且如果需要，还可配置为使灯16和18闪 光。
回来参照图3，设备10的电路包括串行通信端口电路42,所述串行通信 端口电路42可仅包括用于RS-232端口的电路，如图1和2所示的设备10的 实施例中，或替代RS-232端口或除了 RS-232端口之外，可包括用于通用串 行总线(USB)端口 44的电路，如在设备的替代实施例中所提供的，在图7 中所示总地指示为100。图5中示出用于图1和2的设备10的示例性串行通 信端口电路42。串行通信端口电路42通过带状电缆连接到DB-9连接器28, 并且经由RS-232收发器(例如，SP3232集成电路)与微控制器36接口连接。 类似电路可用于将USB端口 44与微控制器36接口连接，如电子电路领域所公知的。
用于设备10的电路还包括布置在微控制器36和RJ-45以太网插孔32之 间的以太网隔离电路46。以太网隔离电路46提供来防止以太网电缆上携带 的噪声通过以太网收发器引脚影响微控制器36,并从在以太网电缆上发送到 服务器计算机上运行的HMI软件38的信号中移除噪声。图6A-6B中示出示 例性以太网隔离电路46。以太网隔离电路使用H110210/100Base-T单端口表 面安装变压器48,以提供要求的隔离。以太网隔离电路可选地包括用于维持 微控制器36的MAC地址的24WC32串行EEPROM 50。
用于设备10的电路包括按钮电路52，其可包括一个或多个光电隔离器 (如PS2701集成电路)、以及用于反跳开关并将按钮26与微控制器36接口 连接的其他组件。这样的用于将按钮开关与微控制器或微处理器接口连接的 电路是本领域公知的，并且将不进一步描述。
用于设备10的电路包括灯和扬声器电路54,用于驱动信标14、信号灯 16和18、以及通过扬声器28发出警报的音频警报设备。优选地，通过LED 的阵列提供信标14以及信号灯16和18的照明，并且电路包括用于限制通过 LED的电流并散热的电流限制电阻器、以及由晶体管放大器/开关提供的驱动 器，如包含光去氯晶体管的阵列的ULN2803LW集成电路。这样的LED灯电 路是传统的，并且在本领域公知。将注意，驱动器晶体管信标14以及信号灯
路闪光或接通和关断。扬声器24可合并喇叭、蜂鸣器、或由ULN2803LW的 晶体管放大器/开关之一驱动的其他音频警报设备，或替代地，可提供分开的 和分立的语音处理器电路以配备语音警报或指令。
微连接器30可直接连接到微控制器36。用于设备10的电路还可包括 调节电源电路56，其提供用于在以太网上为机器控制器和连接到微连接器端 口 30的传感器供电的受调节的24伏电源；以及使用LM2596电压调节器的 调节电源(例如，3.3伏电源)，其用于外壳12内布置的微控制器36和其他 电路。这样的调节电源电路在本领域是公知的。
图7示出设备100的替代实施例。设备100封装在外壳112内，并且基 本类似于设备10,但是包括多个按钮26a和26b、 USB端口 44、以及多个微 连接器30。设备100还可包括类似于图2的插孔32的、在其底面上的多个 以太网插孔，以便级联串联的若干设备100,通过以太网电缆将每个设备100
12连接到下一个。替代地，可使用额外的以太网端口，用于将可由以太网连接 操作的任何东西(如计算机，打印机、标志等)连接到网络。
多个按钮26a和26b为操作者提供用于与HMI软件通信的额外选项。 USB端口允许其他设备(如触摸屏监视器和控制台、打印机、键盘、鼠标或 其他USB设备)通过传统的电路连接到微控制器36，以扩展操作者与HMI 软件通信的能力。多个微连接器30允许额外的拾取灯、按钮、传感器等连接 到微控制器，用于提供HMI软件的额外数据输入。
将理解，多个设备10或设备100将由LAN通过以太网集线器、路由器、 交换机等，或由WAN通过网关或其他网络交换设备连接到运行HMI软件的 服务器计算机。替代地，设备10可经由以太网，与位于工作站的单个计算机 通信。将看到，HMI系统的操作者接口设备提供了人机接口 (HMI)软件和 操作者工作站之间的通用的、筒单的通信，通过计算机网络，将机器和操作 者工作站直接放置在来自HMI软件的IT控制下，而不必定制的介入设备或 定制的工作站警报和信号传输设备。将注意，如果需要，替代HMI软件，设 备可被配置为与通过适当驱动器与在服务器计算机上运行的其他软件应用通 信。
一些示例将展示本发明的使用。位于汽车工厂的装配线上的工人将厂标 附到机车的车身(trunk)。大部分机车接收到简单地陈述机车的制造的通用厂 标。需要将机车指定为LS模型的不同厂标的机车到达工作站。条形码扫描仪 读取传送带或车身上的条形码，并将该码传送到HMI软件。HMI软件使得该 设备上的琥珀色的"站内"灯发亮。HMI软件从条形码识别机车需要特殊厂 标并使喇叭蜂鸣以警告工人。工人在附接了特殊厂标之后按下释放按钮，作 为对HMI软件的信号已经附接了特殊厂标，并且HMI软件发信号通知绿 色的良好运行的灯，以确认并使装配线前进。如果在为附接厂标分配的时间 内没有按下4姿钮，则信标闪光并且喇叭持续鸣笛，装配线暂停，直到校正了 错误并按压了按钮。
在另 一示例中，在洗碗机装配车间的工人使用称为转矩控制器的特殊工 具来拧紧经过工作站的每个洗碗机上的相同六个螺栓。在柠紧每个螺栓后， 扭矩控制器经由以太网，通过设备发送"OK，，信号到HMI软件。HMI软件 保持对OK信号的数量计数。如果接收了六个，则绿灯发亮，并且传送带前 进。如果在分配的时间内仅接收到五个OK信号，则信标闪光，并且HMI软件使得传送带停止，直到纠正了错误并按下了释放按钮。
预期用于HMI系统的操作者接口设备可用于商业、工业、仓库和制造机
构。尽管具体描述为用于使用HMI软件的自动化系统，但是本发明的范围意 图扩展到与任何其他IT应用 一起使用，所述IT应用提供月良务器计算机和操 作者工作站之间的控制或监视系统接口 。
要理解，本发明不限于上述实施例，而是包含在权利要求的范围内的任 何和所有实施例。
权利要求
1.一种用于人机接口(HMI)系统的操作者接口设备，包括外壳，适于安装在操作者工作站；布置在所述外壳上的至少一个信号设备；布置在所述外壳上的串行通信端口，适于连接到在操作者工作站处的串行设备；布置在所述外壳上的至少一个以太网端口，适于连接到网络，所述网络具有与其连接的运行HMI软件的服务器；以及微控制器集成电路芯片，其上布置有嵌入式以太网和至少一个串行通信接口，所述至少一个信号设备、串行通信端口和至少一个以太网端口连接到所述微控制器，所述微控制器被配置为通过TCP/IP在串行设备和HMI软件之间传递串行通信信号，并且将HMI软件与至少一个信号设备接口连接，以便在HMI软件和在操作者工作站处的人类操作者之间传递消息。
2. 根据权利要求l所述的操作者接口设备，其中所述至少一个信号设备 包括具有发光二极管阵列的发光电路。
3. 根据权利要求2所述的操作者接口设备，其中所述微控制器包括用于 响应于来自HMI软件的控制信号、使二极管的阵列闪光的电路。
4. 根据权利要求1所述的操作者接口设备，其中所述至少一个信号设备 包括布置在所述外壳的顶部的信标。
5. 根据权利要求4所述的操作者接口设备，其中所述至少一个信号设备 还包括布置在所述外壳的前表面上的多个灯。
6. 根据权利要求1所述的操作者接口设备，其中所述至少一个信号设备 包括扬声器，被配置为响应于来自HMI软件的控制信号，发出音频信号。
7. 根据权利要求1所述的操作者接口设备，其中所述串行通信端口包括 RS-232连接器，所述操作者接口设备还包括在RS-232连接器和所述微控制 器之间连接的RS-232收发器。
8. 根据权利要求1所述的操作者接口设备，其中所述串行通信端口包括 通用串行总线(USB)连接器。
9. 根据权利要求1所述的操作者接口设备，还包括微连接器，适于连接 到在操作者工作站处的机器控制器，所述微连接器电连接到所述微控制器。
10. 根据权利要求9所述的操作者接口设备，其中所述微连接器包括M12 连接器。
11. 根据权利要求1所述的操作者接口设备，其中所述嵌入式以太网包 括配置为建立TCP/IP栈的电路和以太网收发器。
12. 根据权利要求1所述的操作者接口设备，还包括软件驱动器，适于 在运行HMI软件的服务器计算机上加载，所述驱动器适于将HMI软件和所 述微控制器接口连接。
13. 根据权利要求1所述的操作者接口设备，其中所述至少一个信号设 备包括布置在所述外壳上的按钮、以及布置在所述按钮和所述微控制器之间 的按钮电路，适于将来自人类操作者的信号传递到HMI软件。
14. 一种用于人机4妻口 (HMI)系统的操作者接口设备，包括 外壳，适于安装在操作者工作站；布置在所述外壳的顶部的信标； 布置在所述外壳的前表面的多个信号灯； 布置在所述外壳上的扬声器；布置在所述外壳上的RS-232连接器，适于连接到在操作者工作站处的串 行设备；布置在所述外壳上的至少一个以太网端口，适于连接到网络，所述网络 具有与其连接的运行HMI软件的服务器； 布置在所述外壳上的微连接器；微控制器集成电路芯片，其上布置有嵌入式以太网和至少一个串行通信 接口，所述至少一个以太网端口连接到所述微控制器，所述微控制器配置为 通过TCP/IP在串行设备和HMI软件之间传递串行通信信号；布置在RS-232连接器和微控制器之间的RS-232接口电路，所述RS-232 电路具有RS-232收发器；以及电连接在微控制器和信标、多个灯和扬声器之间的灯和扬声器电路，以 便在HMI软件和操作者工作站处的人类操作者之间传递消息。
15. 根据权利要求14所述的操作者接口设备，还包括布置在所述外壳上 的按钮、和布置在所述按钮和所述微控制器之间的按钮电路，适于将来自人 类操作者的信号传递到HMI软件。
16. 根据权利要求14所述的操作者接口设备，还包括布置在所述外壳上的通用串行总线(USB)连接器，所述USB连接器电连接到所述微控制器。
17. —种用于将操作者工作站与人机接口 (HMI)软件接口连接的方法， 所述方法包括步骤 ''将操作者接口设备定位在操作者工作站处，所述设备具有音频信号传输 设备、视觉信号传输设备、按钮开关、串行通信端口、以及具有嵌入式以太 网和串行通信接口的微控制器，所述微控制器配置为将通过以太网在串行通 信端口接收的串行通信信号传输到HMI软件；将串行设备连接到串行通信端口 ；将设备连接到通过TCP/IP通信的网络，所述HMI软件在与网络连接的 服务器计算机上运行；操作串行设备以产生串行通信信号，所述串行通信信号自动在网络上传 递到HMI软件，所述HMI软件自动与所述微控制器通信，以响应于此产生 对视觉信号传输设备、以及可选地对音频信号传输设备的控制信号；响应于所述控制信号，执行对操作者工作站处的工件的工作；以及操作按钮，以便对HMI软件发信号通知对所述工件的工作的完成。
18. 根据权利要求17所述的用于接口连接操作者工作站的方法，其中所 述连接串行接口的步骤还包括将条形码扫描仪连接到操作者接口设备，所述 操作串行设备的步骤包括用条形码扫描仪扫描条形码。
19. 根据权利要求17所述的用于接口连接操作者工作站的方法，还包括 将串行通信日期形成为至少一个用于经由TCP/IP在网络上传输的分组的步 骤，所述形成步骤由微控制器在接收到串行通信信号时自动执行。
20. 根据权利要求17所述的用于接口连接操作者工作站的方法，还包括 将操作者工作站处的机器控制器连接到操作者接口上的以太网连接器的步 骤，所述机器控制器产生通过微控制器传递到HMI软件的状态信号，当HMI 软件响应于所述状态信号发信号通知需要操作者工作站处的人类干预的情况 时，所述微控制器自动在操作者接口设备上产生警报信号。
全文摘要
用于HMI系统的操作者接口设备提供人机接口(HMI)软件和操作者工作站之间的通用的、简单的通信。所述设备具有至少一个信号传输设备(54)、至少一个串行通信端口(42)、以及安装在外壳上的以太网端口(32，46)。所述外壳内布置了电子电路，所述电子电路包括具有嵌入式以太网能力的微控制器(36)。所述微控制器配置为将来自条形码读取器、RFID接收器等的串行数据通过TCP/IP从串行通信端口(42)经由以太网传递到远程服务器上的HMI软件(38)，并且传递到用于至少一个信号传输设备(54)的控制驱动器(40)，所述信号传输设备可以是信标、灯、喇叭或其他音频设备，或按钮开关(52)。所述设备还可包括电源(56)和微连接器端口(30)，用于在如转矩控制器的机器控制器和HMI软件之间传递信号。
文档编号H04L12/46GK101595692SQ200880003221
公开日2009年12月2日 申请日期2008年1月18日 优先权日2007年1月26日
发明者斯科特·A·韦斯特 申请人:通用电气丰克智能平台有限公司