如何挑選平面 HMI 以在各種工業環境中達到最佳化成果

要讓人機介面 (HMI) 平面顯示器的效能符合工業連網應用的要求有其複雜度。網路設計人員必須考量架構、操作及環境層面上的眾多因素。

應用是否需要網頁介面？整合式可編程邏輯控制 (PLC) 會有助益嗎？是否預期會在嚴峻環境或戶外使用？這些都屬於較簡單的問題。

較複雜的決策則涉及環境穩健性與觸控螢幕輸入效能等的考量。輸入的準確度和反應速度對於複雜的控制任務來說非常重要，尤其是在操作人員可能戴著手套的情況。

其他因素則包括整合式網路安全功能、機械耐用度要求、連接選項、系統整合支援等。

無論應用的要求與複雜度為何，Schneider Electric 的 Pro-face 均支援工業 4.0 製造、自動化及製程控制系統的 HMI 需求。產品陣容從入門級與基礎型號開始，能滿足大多數工業網路應用的需求，然後延伸到適用於極端戶外環境操作 (如石油平台與化工廠) 的型號。

入門級與基礎型

Pro-face 產品線的 HMI 分為幾個效能等級，首先是 ET6000 系列，這款入門級型號，專為簡單且具備成本效益的機器視覺化而設計。接著下一個等級則是 ST6000 系列基礎型號，例如 PFXST6500WADE，具備更進階的視覺化功能、連接能力及效能，適用於更複雜的應用。

ET6000 系列主要用於小型機械、輸送系統、建築自動化及僅需基本控制與監測的類似應用。ST6000 系列提供更進階的內建連接功能，如 OPC UA 伺服器，可支援安全且標準化的數據流。

ST6000 系列亦支援 Pro-face Connect，可提供安全且簡便的雲端遠端監控、診斷及機械設備控制，可透過 PC、平板或智慧型手機隨時隨地操作。雖然具體的連接性因型號而異，ET6000 系列在介面數量和類型上通常較為有限，只提供乙太網路、序列埠和 USB 等基本選項。

ST6000 HMI 提供更多樣的連接選項與擴充性，包括支援多種工業通訊協定，如 MQTT、多重乙太網路介面，以及像是視訊等擴充單元。

ST6000 系列包含五個寬螢幕與兩個傳統 4:3 長寬比的型號，ET6000 則提供四個寬螢幕型號 (圖 1)。兩個系列皆配備 1600 萬色 TFT 彩色 LCD 與類比電阻式觸控面板。

圖 1：ET6000 系列提供四個寬螢幕型號。(圖片來源：Schneider Electric)

模組化、進階與頂級

STM6000 是一款模組化的基本 HMI，可提供與 ST6000 系列相同的進階視覺化功能，但其設計能以快速、免工具、按鈕的方式安裝在標準 22 mm 圓孔中。可支援 GP-Pro EX 軟體，可順利完成現有資產的遷移與整合，並可使用 Pro-face BLUE 軟體來獲得最新的功能與效能。

為了達到更高效能，Pro-face 提供進階及頂級機型。進階款式如 PFXSP5400WAD 可提供大幅超越基本款式的附加功能，主要著重於強化連接性、性能與靈活性，以促進工業物聯網 (IIoT) 解決方案與安全遠端存取。

頂級型號如 PFXSP5800WCD 則配備更高解析度的螢幕，可顯示 1600 萬色，相較之下，進階 HMI 僅有 26 萬 2 千色。頂級機型還提供更大的螢幕，最大可達 19 吋，而進階機型的最大尺寸則為 12 吋。此外，頂級 HMI 配備正面 USB 埠、亮度感測器以及自動縮放功能，進階機型則無這些配備。

銜接 IT 與 OT 系統

提供一個介面，可將工廠現場的營運技術 (OT) 系統與較高層級的資訊技術 (IT) 企業系統以及雲端之間的鴻溝拉近，這也是重要考量之一。

除了是強大的資料視覺化工具外，HMI 還能收集即時的生產資料，可儲存在 SQL 資料庫或企業資源規劃 (ERP) 系統中，以便支援資料導向的決策。

Pro-face Connect 及 Pro-face Remote 軟體可提供安全的遠端存取，因此能透過 PC、平板或智慧型手機操作設備並監測其效能。這也能提升靈活性並縮短維護的反應時間。

Pro-face Blue Open Studio 軟體可支援超過 250 種 PLC 及其他裝置的通訊驅動程式。根據機型不同，Pro-face HMI 可支援超過 1,200 款裝置，以及工業網路和 IT 通訊協定。豐富的通訊與連接支援，能讓廠區的 Pro-face HMI 將 IT 與 OT 網路連接到雲端 (圖 2)。

圖 2：Pro-face HMI 可在 IT 與 OT 網路之間提供高效安全的連結。(圖片來源：Schneider Electric)

舉例而言，STM6000 Edge Box HMI 能安全地將資料上傳到多種雲端服務，例如 Amazon Web Services (AWS) 和 Microsoft Azure，並可與 AVEVA Insight 等平台整合。

HMI + 網頁連線

Pro-face STW6000 網頁式 HMI 含有瀏覽器，可當作網頁式用戶端，可連接可編程邏輯控制器 (PLC)、馬達驅動器及其他裝置。這些 HMI 可以取代小型機器上的基本 HMI，並輕鬆顯示 HTML5 資料。

也可以當作具有成本效益的次要顯示器，能直接從 PLC 或主顯示器 (若具有嵌入式伺服器) 視覺化顯示維護和診斷用的有限資訊 (圖 3)。

圖 3：STW6000 HMI 可當作主要顯示器 (左) 或次要顯示器 (右)。(圖片來源：Schneider Electric)

HMI + PLC

某些應用可將 HMI 與 PLC 的功能整合到單一的緊湊型裝置中而獲得效益。此時，STC6000 操作介面系列就可派上用場。此整合方案可在小型機器中，減少元件數量並簡化維護作業。此外也無需客製化 PLC 控制和多種軟體套件，能進一步簡化實作並加速部署。

STC6000 單元包含序列、乙太網路以及 USB 介面。可透過 CANOpen 及 TM3 模組擴充連接能力，且這些控制器能輕鬆連接第三方裝置。含有整合式 I/O，能支援感測器、燈具、堆疊燈或閥門。這些單元具備為馬達控制應用設計的擴充選項，因此適用於工業沖洗機和包裝機 (圖 4)。

圖 4：STC6000 HMI 高度靈活，適用於多種簡易型機械設計。(圖片來源：Schneider Electric)

網路安全

穩健的網路安全性是確保操作完整性的重要考量。本文介紹的最新 Pro-face HMI 系列，如 ST6000、STW6000、STC6000 和 SP5000 系列，皆具備完善的網路安全功能，可確保 OT/IT 整合的安全性。

這些 Pro-face HMI 支援多種網路安全措施，包括 TLS 加密，以及無需複雜防火牆設定的安全遠端存取。可相容於外部網路型入侵防範系統 (IPS)，例如 EdgeIPS。

Pro-face 隸屬於 Schneider Electric，同樣採用安全開發生命周期 (SDL) 流程，包括威脅建模和滲透測試，可確保產品符合 IEC 62443 等業界標準。

Pro-face Connect 可提供嵌入式加密 VPN 解決方案，可達到安全的遠端存取，並可透過存取權限及安全憑證進行管理。多款 Pro-face HMI 皆配備兩個乙太網路埠，可達到安全且簡易的網路區隔。若要瞭解更多細節與部署建議，設計人員可參閱 Pro-face HMI/IPC 網路安全指南。

手套模式與其他特點

多款 Pro-face HMI 皆具備「手套模式」，能讓使用者在戴著手套時操作。使用者可在系統設定中選擇手套模式，除此之外還有其他選項，如標準模式 (適用於裸指操作) 以及水分偵測模式，後者會在螢幕上有液體時停用觸控輸入，以免誤觸。

手套模式可提高電容式觸控螢幕的觸控靈敏度。能讓螢幕軟體識別來自不同手套類型的觸控輸入，例如丁腈手套、多功能手套或刷毛手套，這些手套在標準模式下通常無法被辨識。

在使用者必須穿戴手套以確保安全的環境中，或在天冷時為求舒適時特別實用 (圖 5)。SP5000X Extreme 系列的 HMI 也含有手套模式。

圖 5：手套模式可提升操作人員的安全性、效率與舒適度。(圖片來源：Schneider Electric)

極致效能

石油天然氣的鑽井平台與煉油廠、化工廠、重型建築車、停車位與加油站等應用，皆處於極端的戶外環境，因此需要強固、高亮度的 HMI，如 Pro-face SP5000X Extreme 系列。

舉例而言，型號 PFXSP5690WAD 的工作溫度範圍介於 -30°C 至 +70°C，相較之下，大多數 Pro-face HMI 則介於 0°C 至 +55°C。此系列的其他極致效能規格包括：

• 1,000 cd/m² 的亮度，以及防眩光螢幕，可在陽光直射下保持可讀性
• 符合 IEC 侵入防護等級 IP66F 和 IP67F，其中「F」表示可防止油或燃料濺射，並且通過 NEMA 4X/12/13 認證。
• 增強的抗衝擊與防振能力，比標準 HMI 強大 2.7 倍
• 紫外線阻隔率至少達 99%，可提供高等級防護

結論

Pro-face HMI 專為各類型工業 4.0 操作而打造。品項涵蓋適合簡易機器的入門級機型，到適合高要求應用及戶外環境的 Extreme 型號。可支援工廠有效達到視覺化所需的連接性、可靠性、軟體相容性及網路安全。

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