人机界面 (HMI) 提供可视化过程数据，并允许访问过程参数和诊断信息。这些触摸屏显示器内部有什么，它们实际上是如何工作的？
智能手机和平板电脑已将触摸屏界面推向了我们日常生活的几乎每个部分。因此，这些屏幕已经进入制造车间的机器和控制柜，也就不足为奇了。然而，这些人机界面 (HMI) 设备远远超出了简单的触摸屏。查看典型 HMI 的内部结构，了解它们的构造方式以及如何保养它们以延长使用寿命并防止意外损坏。
人机界面屏幕
HMI 最明显的外观是屏幕本身，其周边有一个硬化塑料（有时是金属）边框。这提供了一个表面，可以将屏幕与橡胶或防风雨垫圈一起固定到切口中，以强制牢固连接。
图 1.HMI外框（边框）和屏幕显示多年使用造成的磨损。
从该图像可以看出，指纹出现在屏幕上是很常见的，并且由于外壳通常是塑料的，因此请务必遵循制造商关于使用适当化学品进行清洁的政策，因为玻璃清洁剂可能会损坏表面。
主控板PCB
拆掉塑料盒的背面，可以看到两个重要的物品。首先是主 PCB，包含所有通信和处理功能。由于此 HMI 只是一个显示和输入接口，因此它不包含任何实际 I/O 设备的连接。相反，可以看到网络和编程端口，使其能够与中央控制系统共享数据。另一个重要的部件是电池，通过后盖上的红/黑短线连接。
图 2.后盖拆除后显示 CMOS 电池（位于左侧，仍连接在后盖上）以及主控制和网络 PCB。
人机界面电池更换
该电池的用途与典型 PC 主板和 PLC CPU 上的电池类似，称为 CMOS 电池。这会保留初始启动时的时钟和基本 I/O 设置。即使计算机关闭并长时间断电，这些关键信息也必须保留在计算机的内存中，而该电池可提供此类任务所需的超小电流。
对于计算机来说，这种电池可能永远不需要更换，因为它们有时可以持续长达 10 年，并且很可能会超过计算机的使用寿命。但好的 PLC 或 HMI 的使用寿命应该比典型纽扣电池的 7-10 年寿命长得多。
图 3.纽扣电池，在屏幕断电和/或拔掉插头时保留设置信息所必需的。
按照制造商的建议，关闭 HMI 电源并拔下电源线。虽然更换电池时会完全断电，但它通常会自行保留数据至少几秒钟，因此完成此任务时您需要将新电池放在手边。
通过面板（最有可能是背面）接触电池。该型号有一个带有小固定夹的小铰链门，但有些型号需要拧开后盖，如图所示。取出旧电池（我建议使用塑料工具），注意不要让它接触附近的任何金属。如果意外接触，3 伏电压足以损坏其他电路。按照电池上标记的正确极性 (+/-) 快速更换电池。
通讯及网络PCB
对于经验丰富的工程师来说，HMI 的这一部分解释得非常清楚。各种电源和通信端口允许 HMI 与控制设备联网并接受来自 PC 的编程指令。这意味着您可以找到以太网、USB、串行和其他端口。
图 4.通信、编程和绿色电源接头全部位于主控制 PCB 上。
您不能声称 HMI 的任何部分比任何其他部分“更重要”，但是，该 PCB 对于操作至关重要。后盖上的狭缝和叶片允许适当的气流进行冷却。确保通风口保持打开状态，但同时确保远离多余的污垢和污染物。
最后，在 HMI 附近进行任何钻孔或切割时（例如，当将其安装在柜门内并且必须钻新的按钮孔时，这种情况很常见），切勿让导电金属碎片落入背面并接触该 PCB。这几乎肯定会导致失败。
HMI 触摸屏组件
HMI 的其余部分构成屏幕本身。这部分让人想起笔记本电脑、电视、手机等的任何屏幕更换过程。
图 5.拆除控制 PCB 后，屏幕驱动板清晰可见。
大多数这些组件都是用户不可维修的。事实上，由于用于将薄玻璃屏幕固定到塑料框架上的粘合剂，我不得不使用旋转切割工具切割螺丝柱，以分解内部组件。
防护罩
首先，下方左侧的薄玻璃屏幕被同样薄的塑料保护盖覆盖，如右图所示。在正常操作期间，盖子可以保护屏幕免受灰尘和污垢以及湿气的影响，同时仍然足够薄以响应触摸输入。请勿用力按压或使用手指或手写笔以外的任何东西。塑料很容易弯曲，尖锐的物体会打破玻璃。想想你的手机，那些屏幕保护膜可以承受一些滥用，但它们并不是无敌的。
图 6.左侧为实际屏幕，右侧为透明塑料盖。
触摸屏连接器
屏幕表面固定有一个带有电容性导体网络的柔性薄膜。它们形成一个 xy 灵敏度网格，足以定位手指或手写笔按压的中心。该触摸屏通过薄而灵活的带状连接器连接到驱动板，如下图所示。
图 7.为屏幕提供触摸功能的柔性带状连接器
屏幕驱动 PCB
以下图像序列重点介绍了实际在屏幕上显示图像的模块的两个重要部分。
首先是背光驱动器。该电源 PCB 将低功率输入转换为照亮背光的高电压。通常，可以从 HMI 设置菜单调整亮度。输入电源和控制来自蓝色电线，灯光的电源输出通过屏幕顶部和底部的白色/粉色电线组。
图 8.背光照明电源 PCB。反面的电感器从较低电压输入产生高电压输出。
最后，显示驱动器将主控PCB的输入信号转换成控制每个像素开/关和设置颜色的命令。再一次，这与有史以来每一个平板显示器所使用的方案相同（CRT 显示器则完全不同）。LED 屏幕与 LCD 屏幕的信号发送方式存在差异，但所有屏幕都具有相似的外观和感觉。
图 9.实际的显示驱动板。请注意大量细带状电线（棕色/橙色）延伸到顶部和侧面。电线的数量表示显示器的分辨率，该型号为 640x840 像素版本。
让您的 HMI 拥有长久、健康的寿命
请务必遵循将这些显示器连接到机柜或机器上的说明，但除了最低限度之外，在处理这些显示器时请使用常识。避免面板背面周围有污垢、灰尘和过多的水分，尤其是金属碎片。切勿用力推压或滥用面板，因为玻璃屏幕无法更换。请遵循有关更换电池的时间间隔和流程的正确说明。
照顾好您的设备，它将永远为您服务。