最早的HMI：7段码LED
　　最早的对人机界面的要求来自于：控制系统需要显示定时器和/或计数器的值，80年代已经进口了很多品牌的PLC（可编程控制器），记得有些大型的PLC的CPU上有2－3位的7段码显示（例如三菱的A系列），但大多数小型PLC没有这样的显示。如果要实现PLC中定时器和计数器的外设置和外显示，需要PLC本身内置的定时器和计数器支持这种功能，否则要自己编制定时器和计数器。

　　为了让PLC实现这种功能，就要占用PLC的I/O口，当时的离散量I/O口每个价值60－80RMB，所以使用静态的输出，如果一个数字位按BCD码输入占4个输出点的话，4位数字的定时器或者计数器要用掉16点，就是960RMB，确实一比大的开销，所以大部分用户不舍得采用这种方式。
 因为PLC的工作方式为扫描方式，人们会想到：是否可以采用输出点来切换输入点和输出点，并且配合程序实现：一个通道分时输入或者输出多个数据？答案是的确可行的，甚至有些日系PLC的厂家，专门提供所谓动态输入和动态输出模块，一个16点输入加16输出的混合模块，可以支持128点的输入；一个16点输出加16点输出的输出模块，可以支持128点的动态输出。这样，显示的成本就大大降低了。
　　当然，使用标准的PLC，对外部电路稍加改进，在对这种应用编制一套标准程序，也可以实现相同的功能。例如www.cechina.cn，我们在FA/PA的展览会上，可以看到这样的产品：产品通常为4位7段码的LED显示屏，只用3－4个点就完成了动态的数字显示，可参考下面的链接：http://www.einfunc.com.cn/查看详情。当然，这是在没有RS232C、RS485或者其他网络的情况下是有效的，随着PLC网络功能的提高，把PLC和显示器都连在网上是现今的发展方向。

　　PLC自带的HMI：编程器
　　上世纪80年代，很多大牌的自动化厂家都推出了自己的PLC品牌，如美国的AB公司、Modicon公司、GE公司、SquareD公司和TI公司，欧洲有SIEMENS公司、TE公司等，因为当时的个人电脑还不是很普及，所以编程设备一般都由自己研制开发，PLC一般用梯形图语言编程（源于继电器梯形逻辑），大多PLC厂家推出基于CRT的专用编程设备，即贵操作也不方便，但用户没有选择，否则无法实现PLC的编程。

　　编程器应该是天然的HMI，因为编程任务完成之后，通常可以在线调试，直到控制器能够正常、稳定执行工艺要求后，才算告一个段落。如果编程器在生产正常运行时连接PLC，那么就是一台标准的HMI，可以从中读取当前现行值，还可以改变设定值。随着工艺要求的变化和机电产品的更新，经常要对已有的程序进行更改。当然，还有工厂或者车间提出的优化、节能、可靠、以及安全的要求，也要对程序进行改进。这都是暂时情况，正常的生产是长久的状态。
　　但是使用编程器做为HMI有些问题，第一，成本非常高，图形编程器的价格动辄就是上万、甚至几万块RMB；第二，编程器通常直接接驳PLCCPU的编程口，一般是RS232的串行口，距离不超过15m，很难连接到中控室。为了解决距离问题，有些厂家开发了长距离RS232电缆，通过光隔离的办法，距离增加到了2－6公里。第三，编程口只能支持一对一的方式，无法实现一台编程器对多台PLC的方式。因为当时的PLC还没有多个网络接口，所以联网不是很方便。当时也有一些厂家开发出一对多的RS232转换器，但不能同时连接。
　　为了解决编程器比较贵的问题，日本的很多PLC厂家开发出了简易型编程器，把昂贵的CRT型编程器改变成基于LCD的插拔式或者手持式小型编程器，该设备只提供基于助记符（梯形图的文字描述，类似于IEC1131－3中的IL语言）语言的输入和调试，通常没有存储程序的功能，所以编程器必须连接到PLC的CPU才能操作。在编程调试工作完成后，可以拔下来对另一台PLC编程调试。如果控制器所控制的设备参数要经常监视和调整的话，也可以用编程器代替HMI使用，因为它的价格已经降到一千多块RMB了。

　　PLC厂家专有的HMI
　　最早的现场总线Modbus在1978年才出现，所以在80年代，基本上采用的私有协议进行编程和调试。这样也就决定了只有厂家本身才能开发HMI，因为即使有第三厂家开发了HMI，如果不知道通信协议，还是无法连接PLC。

　　HMI的需求是由生产过程中，经常要监视流程和数据变化、经常要对一些设置参数更改而提出的。另外，传统的操纵台上有很多按钮、开关、指示灯，对于比较简单的操作、显示没有问题，但随着工艺的复杂和变化，就显得比较吃力了。就像对待PLC的态度一样，一开始很多人不认可，甚至会问PLC比继电器强在哪儿？能提高可靠性吗？现在是没有人这样问了，而且达成了共识：超过10个继电器，一定要用PLC！同理，如果开关按钮超过了10个，一定要用HMI！因为价格已经较低，还有多种选择，占用的地方还小。
 HMI的种类确实不少，从尺寸讲，有3.5寸、5.5寸、6.5寸、……至10.4寸、12.1寸、15.1寸等，图形终端有黑白和彩色之分，从分辨率来说有320X240、640X480、800X600、1024X768、1280X1024…，输入方式有：功能键、键盘、触摸屏等，支持的通信接口有：RS232、USB、RS485、以太网、远程I/O等。除了图形的HMI之外，还有一种信息显示屏，通常采用LED矩阵、红色或者三色的面板显示器，一般有1行、2行、3行、4行、5行，每行20－40个字符的显示，除了ASCII字符外，还可以用户定义图形和字符。
　　HMI也有编程和非编程之分。不编程的HMI有点像打印机，PLC内部需要对HMI显示的内容进行编程，使用专门的显示功能块，对HMI“打印”输出，这种情况多半是对应上面介绍的字符型显示终端，偶尔也有带功能键输入的情况。编程的HMI占有大多数的图形终端市场，因为显示的内容比较丰富，有流程、数字、趋势、报警等画面，还有功能键、触摸屏、口令密码、通信接口的定义和配置，因此也有相当大的工作量。

　　早期的SCADA：PC单机版
　　上世纪90年代，最畅销的SCADA软件应该是Wonderware 的Intouch和Interlution的Fix了。这两款软件的特点是：简单易用。比如Intouch，具有开发环境和运行环境，先在开发环境下，建立你的流程、趋势、报警等画面，然后切到运行环境，就可以观察动态的效果了。两个软件都提供大量的预先制作好的图形元件和组件，有些还是动态的，包括颜色、形状、位移、旋转等，工厂中常见的电机、汽缸、风扇、传送带、各种指示灯、按钮、开关、控制器、人机界面、变频器都有相应的图形，还有事先准备好的各种趋势和报警组件，开发者要做的，就是把这些图形和相关的变量进行连接，这使用户很快就能完成页面制作，所以很受用户欢迎。

　　为了尽可能多的连接不同品牌的PLC和不同的通信协议，这两个软件带了很多的驱动程序，有些是免费的，有些要收费。所以用户还有一个重要的任务是：在连接不同的PLC时，要确定每台PLC采用的通信协议，安装该协议，然后对SCADA采集PLC的数据进行相关配置，比如PLC的协议、网络地址、采集间隔等。拿Modbus协议举例，因为有两种传输格式：RTU和ASCII，所以用户先要确定；然后再定义起始码和停止码的个数；再确定是否需要校验位，有奇校验、偶校验、无校验之分；还要确定传输速度，有300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特率可选。缺省的Modbus－RTU的参数为：8、1、e、9600；即8位数据位，1位停止位，偶校验，9600bps。如果甚至无误，SCADA－PC就可以从PLC中读取数据了。
　　这样的SCADA系统有两个问题，一是要连接多种PLC时，要安装多个通信驱动程序，增加PC工作量；二是在有多台SCADA系统时，网络会非常的忙碌，因为每台SCADA要对每台PLC进行轮询，当数据量比较大时，网络会不堪重负。这两个问题随着PC机、网络性能的提高和价格的降低，出现了服务器－客户机模式，终于得到了解决。

　　改进的SCADA：服务器－客户机模式
　　为了优化工厂网络的负载，往往把PLC网与SCADA网络分开，因此两个网络相互分开，各自独立，这就保证PLC之间数据与SCADA之间的数据不再相互干扰。连接两个网络的设备就是服务器。服务器负责与所有PLC的数据交换工作，并且提供给所有的SCADA客户机进行显示。所以服务器的角色变成了数据传送、数据处理、数据存储，就是一台实时数据库，有时也是一台历史数据库，这要由用户应用来决定。

　　由上述结果可以看出，前面的第二个问题：网络负载问题已经解决。那多通信驱动程序的问题呢？答案是：OPC（OLE for Process Control）可以解决这个问题。括弧内的意思是：用于过程自动化的OLE（Object Linking and Embedding）,OLE的意思是对象的链接与嵌入。所以完整的OPC翻译应该是：用于过程控制的对象链接与嵌入。是否很拗口，也非常费解？简单地说，OLE是微软推出的一种技术，目的是实现Office产品中各种对象链接，比如Excel表可以嵌入Word中，Word可以粘贴到Powerpoint中，等等。当然，微软也参与了OPC标准的制定，这里的OPC只是使用了OLE的概念，意思是任何一台SCADA客户机都可以连接任何一台厂家的PLC，其实在技术上和OLE没有什么关系。
　　下面我们看看OPC是如何工作的，并且给我们带来什么好处。通常，PLC厂家要开发相对于自己PLC产品的OPC服务器，也就是说，OPC至少要可以连接自己生产的PLC产品。比如，罗克韦尔自动化的OPC服务器，至少可以连接DH485、DH＋、EtherNet/IP、ControlNet、DeviceNet、RemoteI/O等网络。施耐德电气的OPC服务器，至少可以连接ModbusTCP、Modbus plus、Modbus RTU/ASCII、Etherway、Fipway、Unitelway等网络。这样一来，用户如果需要连接罗克韦尔的PLC，只需要购买罗克韦尔自动化的OPC软件，就实现了OPC服务器的基础，如果要实现SCADA客户机功能，可以选择FactoryTalk相关软件，或者第三厂家的软件，只需要支持OPC接口即可。
　　显而易见，OPC服务器完成了服务器到PLC连接、数据通信的工作，而画面显示部分交给了支持OPC接口的SCADA客户机软件。对于用户而言，只要一个通信驱动程序：OPC即可。要说明的是：OPC是基于以太网的协议www.cechina.cn，因此比一般的工业现场总线的速率要高很多。如果工业现场除了罗克韦尔的PLC之外，还有施耐德和西门子的PLC，那就需要用户购买施耐德和西门子的OPC软件，这样就可以实现在一台SCADA客户机上，显示多台PLC的数据内容了。

　　新一代的SCADA：Web服务器和浏览器模式
　　我们这个时代最重要的发明莫过于因特网了，而因特网中最重要的发明莫过于浏览器了。这有点像计算机和Windows的关系：Windows极大推动了计算机的普及，而浏览器极大推动了因特网的普及。

　　下面我们简单说说浏览器是如何工作的。其实我们可以想一想，如果没有网站的内容，浏览器本身并没有实际意义，所以网站与浏览器是一种互动关系。这里我们要指出的是Web服务器和Web浏览器的关系。前面的客户机－服务器（Client-Server，C/S）关系，目前转换成了浏览器－服务器（Browser-Server, B/S）关系。这里的服务器，我们称之为Web服务器，因为它提供的内容是使用标记语言（Markup Language）写出的，客户机必须安装Web浏览器，比如Internet Explore、Firefox、Safari等www.cechina.cn，然后使用TCP/IP网络实现B/S通信，这就完成了一种Web服务。
 工业自动化的工程师总在想，是否可以把当今的IT技术应用到工厂控制中来呢？答案是肯定的，比如可以用浏览器－服务器方式实现SCADA的功能，现在有很多SCADA厂商已经实现了这个功能。比如，罗克韦尔自动化的FactoryTalk ViewPoint产品，就可以实现SCADA画面的Web服务器的发布，这样在客户机端就不用安装SCADA软件www.cechina.cn，而直接用浏览器观察工厂的动态画面了，甚至客户机不一定是计算机，只要支持Web浏览器的设备即可，比如手机、iPOD、PDA等，介质也从有线扩展到了无线。这也可以称之为一种应用创新吧。

　　HMI与SCADA的融合
　　从传统概念上讲，放在现场中的人机界面被称为HMI（最早称为MMI，因为第一个M为Man“男人”的意思，有性别歧视的嫌疑，所以后来该成H，即Human“人类”了），而放在中控室、在计算机上运行的软件被称为SCADA。
　　但现在的情况发生了变化，几乎每个自动化厂商都推出了自己品牌的工业计算机或者称工控机，它应该是一种经过加固的商用计算机，提高了相关的抗冲击、抗振动、抗电磁干扰、抗灰尘、抗电源波动、抗温湿度变化等参数，以适应在工业现场的使用。这些工控机大多数使用微软的操作系统，运行的就是SCADA软件！
　　我们现在可以看到：如果按这种方式的应用，SCADA＝HMI，也就是说，HMI和SCADA的界线已经模糊了，或者说HMI与SCADA已经发生融合了。这也有点像IT中的工作站和个人计算机，从功能上很难区别二者了，工作站能做的事情，PC也照样可以做；也有点像工控中的DCS和PAC（PLC），从性能上讲也不分伯仲了，DCS中组态的功能，PAC也全部可以完成。其实人机界面最终叫什么名称并不重要，重要的是：能以最佳的性价比为用户解决实际的问题。
　　下面的问题对于用户而言是非常的实际，是否有这么一款软件，即可以用于一般的HMI上，也可以用于SCADA系统上？因为用户只要熟悉一个软件，即可以对HMI编程，也可以对SCADA编程。即节省了购买软件的费用，又节省了学习软件的培训费用。应该说，由于对产品的集成情况不同，有些厂家做到了www.cechina.cn，有些厂家还不行。比如罗克韦尔自动化的软件：FactoryTalk View Machine Edition，即可以对PanelView Plus系列的HMI编程使用，也可以在微软操作系统的PC机上做为SCADA运行。理论上讲，可以编程一次，多处运行。同时为用户节省了开发的时间，保持了HMI和SCADA的一致性。
　　从这个例子可以再次证明，HMI和SCADA的界线已经不存在了，存在的只有用户的选择，技术的屏障已经推翻。如何根据需求来部署人机界面，使工厂的制造过程最优化，是集成商和用户最终要考虑的问题。