自動化工控電腦導入圖形操作介面 強化操作

視覺化的操作UI，在工控市場已經相當常見，簡化自動化產線蒐集來的各式原始資料重新組構可輔助決策的圖形介面，已成新的設計趨勢。ADVANTECH

在自動化應用環境，工控電腦扮演不可或缺的角色，由於資料來源自生產線匯集而來，即時動態更新的生產現況若透過數據、表格資料結構檢視，很難在第一時間發現生產問題；新的應用趨勢是在工控電腦導入更直覺的圖形操作介面，利用視覺圖形的呈現方式，讓重要數據得以凸顯，即早進行產線調整與因應...

在電腦應用領域，GUI(Graphical user interface)一直是消費型產品設計的重要議題，在工業控制應用的單板電腦，早期的設計反而是較重視產品的穩定性、功耗、機構尺寸、擴充性...等產品條件，在重要生產數據與產線擷取資料的呈現方面，多數設計仍以單純的文字、資料表方式呈現，工控產品甚至是導入應用的業者，並不太注重工控電腦的圖形介面設計問題。

圖形介面可以簡省特殊設備的學習曲線

但實際在消費型產品上已經相當成熟的圖形介面呈現與操作互動形式，現在也慢慢導入工業控制與自動化應用領域，為了縮短產線操作員了解控制設備的學習曲線，部分產線自動化的控制面板端點，已經逐步導入如消費性產品的圖形人機互動介面，不只是重要的生產數據不再用單純的資料表而是改用圖表重點呈現，以前大多採鍵盤手動輸入修改數據的操作型態，也逐步改成如數量控制滑塊、虛擬圖形化旋鈕、虛擬計量表等設計型態。

尤其在追求簡化方面，在產線的重點運作數據的擷取，雖然採行即時(Realtime)傳送遞增或遞減的數字變化，在處理訊息的耗時最短，因為整個過程僅以最直覺的方式轉送數據資料，而呈現終端僅是把原始數據再呈現於控制面板，至於「資料」是否能轉化成具有幫助操作判斷的「資訊」，仍需要產線或是控制系統人員的豐富經驗，才能達到僅以單純的數據就能得知產線隱藏的數據變化問題。

工控電腦開始導入i5/i7新款處理器

而隨著工控、自動化電腦端點的設計方案，如單板電腦、工業控制用電腦所採行的硬體等級，在運算效能方面已有長足進步，例如，目前主流單板電腦大多已有Intel i5/i7水準，搭配北橋晶片所整合的圖形呈現能力，新一代的晶片組也將整合型的北橋晶片，直接搭載性能更高、整合3D圖像處理的整合型顯示功能支援，在單板電腦製造商或是第三方自動化軟體開發商，不需額外尋求圖形加速卡的擴充升級，就能在有限的單板電腦運算能力下，為工控電腦或自動化控制端點電腦加入視覺圖形的操作介面。

追加實用的視覺圖形操作介面後，可讓負責產線關鍵操作的人員，利用視覺化、圖形化介面，以直覺反應進行操作，以利提早發現生產可能潛藏的重要問題，同時搭配輔助系統快速讓設備操作員可以用最簡單、直覺的方式熟悉應用服務機制。

但發展圖形介面的基礎，在於必須有豐沛的硬體圖形處理加速設計支援，這對於強調穩定運行的工控系統來說，多餘的圖像處理等於會讓系統設計增添變數，一般的作法會將圖像整合部分與底層工控系統分離，即GUI圖形介面作為統整分散式的工控子系統的集合。

GUI圖形互動系統 必須投入更多硬體效能

透過GUI介面彙整生產流程各處蒐集來的關鍵資料，同時利用高效能的繪圖與運算機制，將關鍵資訊重組呈現，讓視覺系統與工控系統底層可適度分離，也能讓強調即時反饋、控制的工控系統，可以同時達到系統設計要求，又能讓系統升級具前衛、實用的視覺操作型態。

而這種將視控系統獨立拆出的設計架構，也有工控產品針對此需求建構解決方案，整合視覺GUI操控介面，搭配可程式化套裝形式的工控視覺開發套件，讓系統人員開發具視覺操控機制的工控系統，可以利用視覺化的開發套件快速架構工控自動化環境所需的視覺操作介面。

同時也因為系統的可獨立擴充特性，讓視控系統作為現有工控系統環境的視覺控制升級，在不影響現有設備架構與組態前提下，使無視覺化直覺操作優勢的工控系統，在最低開發成本下快速完成部署。

此外，具直觀視覺化的GUI平台，最直接的需求就是需要大量的2D圖像運算能力，同時必需具有大量擴充I/O來彙整工控自動化環境現場蒐集來的各個資料處理端點。以目前的常規單板電腦架構在I/O數量或許可以滿足設計需求，但圖形運算能力方面在現有解決方案可能就會顯得有些力有未逮。

若觀察非工控單板電腦的常規PC，目前在遊戲應用推動下，讓PC的圖形運算效能持續攀高，尤其加上網際網路寬頻連接應用熱潮，也推動人類與PC設備間的圖形化操作互動模式漸漸成為操作主流，而這種操作應用PC硬體的形態，也令硬體開發人員必須針對圖形處理應用找尋更快的解決方案。

師法PC效能提升方案 單板電腦也看得到高效能版

像是將圖形與資料運算的處理分離，利用獨立顯示處理器來加速圖像計算，光基本型圖像處理器的性能就能提升至每秒數百萬指令(Millions of Instructions Per Second；MIPS)，不只是視覺與資料的切割分離運算來加速圖形呈現，周邊的資料速度也同步獲得提升，周邊設備的資料傳輸率可超越近百Mbit/s，甚至硬體系統的晶片對晶片的外部頻寬(On and off-chip bandwidth)可擴大至Gbit/s等級。

另外，視覺化UI的工控平台，在提升顯示效能後，目前這類主流設備因應GUI的大量互動與呈現需求，軟體的圖形化需求也帶來新的效能問題，而搭配高性能硬體視訊加速解碼器來改善整體算圖效能，是最簡單直覺的作法。視訊加速解碼器大多具有高達30fps D1(720 X 576)或1080p解析度，同時新款圖形加速器另支援H.264、H.263、MPEG-4、MPEG-2、VC1和JPEG等多種格式。

相同的設計概念也影響了工控電腦的開發基礎，尤其是針對圖像化操作介面的設計強化，其應用硬體平台已有趨近於PC設計方案的傾向，只是在設計方案的主板用料、設計概念延續單板工控自動化電腦的高標準要求，而針對性在畫面重繪能力大幅加強，已達到加速智慧化圖形使用介面操作更為流暢、更即時呈現自I/O蒐集來的大量端點資料圖像呈現的設計目的。

觸控整合圖像UI 操作優勢倍增

若是針對圖像式控制工控電腦，其操作人機介面則多半會採取觸控設計，即便目前最熱門的觸控螢幕設計方案仍為電容式觸控設計方案，但實際上工控電腦除非設計必要，基本上大多會採行電阻式觸屏設計方案！因為在工控自動化應用環境下，設備操作現場操作者可能會帶著手套，或基於安全必須穿著防護衣，在這些情境下電容式觸控螢幕無法達成用指腹親觸以完成觸點指令的條件限制。

電容式觸控設計方案在生產線應用現場勢必無法達到設計目的，而即便電阻式觸屏可能在壽命、耗損、屏幕透明度等特性上略遜於電容式觸控螢幕，但在工控自動化的圖形化終端平台，還是以電阻式觸屏為常見設計方案。

除了觸控還必須追加手勢控制！因為在生產現場的工控自動化應用觸控螢幕，受限於需節省生產線的設備體積，將更多操作空間留給生產線的設計目標，使得具圖形化操作介面的工控電腦，大多僅配置7~10吋的電阻觸控螢幕，很少有低於7吋或高於10吋的設計方案。因為7吋可以搭載在4U的設備機架中，10吋電阻觸控螢幕可搭載在機箱型設備來進行整合，而當觸控螢幕受限於7~10吋時，能在小螢幕上以戴著手套的手指進行觸控其實難度相當高，新的設計方案開始導入所謂的「手勢」指令，來進行工控電腦更進階的操作。