摘要：結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，探討分散控制系統(tǒng)(DCS)監(jiān)控畫面設(shè)計的一般性原則，以及監(jiān)控畫面的劃分與分割。對畫面中的數(shù)據(jù)、報警、趨勢、操作面板等具體要求和設(shè)計給出了可實(shí)施的方法。
  
火電廠通過分散控制系統(tǒng)(DCS)監(jiān)控畫面來反映生產(chǎn)流程及參數(shù)，但其所提供給操作人員的只是屏幕上的窗口，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時，操作人員常常需要對眾多設(shè)備進(jìn)行快速操作。因此，合理設(shè)計監(jiān)控畫面就尤顯重要。
一、監(jiān)控畫面的整體規(guī)劃
1.1 監(jiān)控畫面的分割
發(fā)電過程分割成若干個畫面，如鍋爐子系統(tǒng)畫面、汽輪機(jī)子系統(tǒng)畫面、發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)畫面等。可以根據(jù)需要將子畫面分散得更細(xì)，但畫面顯示結(jié)構(gòu)的層次不能過多，層次過多會導(dǎo)致畫面調(diào)用步驟復(fù)雜化。畫面分割設(shè)計的基本原則如下:
(1)畫面應(yīng)分布得當(dāng)，既不能布置得太滿，也不能太松。每個畫面的數(shù)據(jù)也不宜過多，數(shù)據(jù)過多會造成畫面調(diào)用緩慢，數(shù)據(jù)刷新慢。同時，應(yīng)將流程總貌畫面、流程局部畫面、設(shè)備本體畫面按一定的結(jié)構(gòu)安排好。
(2)有關(guān)聯(lián)的設(shè)備或相同的多臺設(shè)備宜分在同一頁，有利于操作人員了解它們的相互影響，相應(yīng)的參數(shù)可采用列表的方法顯示。
(3)公用部分的有關(guān)流程圖可以集中在一頁或幾頁顯示，若它們的參數(shù)對一些設(shè)備的操作有用時，也可在這些設(shè)備的流程分頁上顯示有關(guān)參數(shù)。
(4)盡可能將經(jīng)常操作的設(shè)備集中在幾個監(jiān)控畫面中，操作人員只須調(diào)用這幾個畫面便可進(jìn)行大部分的日常操作。
1.2 監(jiān)控畫面的調(diào)用
常見的設(shè)計方法是先按照生產(chǎn)流程確定有固定調(diào)用關(guān)系的畫面，然后根據(jù)特殊的操作流程設(shè)計特殊的畫面，并建立它們的特殊關(guān)系。如果監(jiān)控畫面數(shù)量很多，畫面上調(diào)用控制鍵也就很多，操作人員會感到選擇困難。對此，可以減少不必要的調(diào)用控制鍵，并且設(shè)計總的調(diào)用列表畫面，使每個監(jiān)控畫面都能返回調(diào)用列表畫面，然后再進(jìn)行選擇。監(jiān)控畫面的調(diào)用層次應(yīng)該做到不超過3層。
1.3 監(jiān)控畫面的顏色、亮度
可操作畫面的顏色宜采用冷色調(diào)，非操作畫面的顏色可采用暖色調(diào)。監(jiān)控畫面的背景色宜采用黑色。當(dāng)黑的背景色造成較大的反差時，也可以采用藍(lán)色或咖啡色。
監(jiān)控畫面的亮度要和環(huán)境的亮度相匹配，亮度較高時，黑色與白色搭配不會造成操作人員的視覺疲勞;亮度較低時，會使操作人員產(chǎn)生不快感覺;眩光會使判斷能力下降，導(dǎo)致操作失誤。
1.4 監(jiān)控畫面的一致性
畫面的一致性包括畫面顏色上的一致，布局方式的一致和風(fēng)格的一致。例如，用紅色表示閥門開，應(yīng)在每幅畫面中都用紅色表示開。布局方式的一致是指每幅畫面上的控制鍵、公共信息、彈出窗口等都放在同樣或相近的位置。操作人員調(diào)用畫面時，布局方式的一致會使他們很方便地發(fā)現(xiàn)要看的信息。風(fēng)格的一致是指畫面的設(shè)計樣式要盡量一致，包括使用的圖形符號、文字字體、變量位數(shù)、詳細(xì)程度等方面。這樣使操作人員在調(diào)用畫面時感到舒適，不分散注意力。
監(jiān)控畫面設(shè)計的一致性越強(qiáng)，越能使操作人員在調(diào)用畫面時集中注意所關(guān)心的信息，而不是在等待畫面出現(xiàn)之后再去找信息。對新操作人員和在緊急情況，畫面的一致性可以減少操作失誤。
1.5 監(jiān)控畫面的設(shè)計內(nèi)容
監(jiān)控畫面的設(shè)計內(nèi)容主要有圖形顯示設(shè)計、數(shù)據(jù)顯示設(shè)計、操作面板設(shè)計、報警設(shè)計以及趨勢設(shè)計。
二、監(jiān)控畫面圖形及數(shù)據(jù)顯示設(shè)計
DCS制造廠商通常會提供通用的圖形符號，用戶可以直接調(diào)用。同時，用戶也可以根據(jù)設(shè)備的具體形狀和大小來設(shè)計專用的圖形符號以供調(diào)用。監(jiān)控畫面中圖形符號的格式應(yīng)保持一致，并且盡量簡潔。次要和輔助設(shè)備、管線可以根據(jù)操作的需要決定是否繪制。
監(jiān)控畫面中的數(shù)據(jù)顯示包括數(shù)據(jù)的顯示位置、顯示方式、顯示大小、更新速率以及動態(tài)效果和例外報告等。
(1)數(shù)據(jù)的顯示位置應(yīng)盡可能靠近被檢測的部位。例如，容器內(nèi)溫度或物位的數(shù)據(jù)放置在該容器內(nèi)顯示，流量在相應(yīng)的管線上部或下部顯示。顯示的位置也可以在標(biāo)有相應(yīng)儀表位號的旁邊，在列表方式顯示時，數(shù)據(jù)根據(jù)相應(yīng)的位置分別列出。用圖形方式顯示動態(tài)數(shù)據(jù)時，常采用部分或全部充滿相應(yīng)設(shè)備的顯示方法。例如，容器的物位，設(shè)備的啟停等。
(2)數(shù)據(jù)的顯示方式有數(shù)字顯示、文字顯示和圖形顯示3種。數(shù)字顯示用于需要定量顯示檢測結(jié)果的場合，例如測量值、設(shè)定值、輸出值等;文字顯示用于設(shè)備的啟停和狀態(tài)提示，以及操作說明的顯示;圖形顯示用于動態(tài)顯示數(shù)據(jù)，通常它們僅需定性的了解而不需要精確的數(shù)量，例如，容器內(nèi)的物位、被測量與設(shè)定值的偏差和控制器的輸出等。圖形顯示也用于開關(guān)量的顯示，例如，用設(shè)備輪廓線內(nèi)充滿來顯示該設(shè)備正在運(yùn)行，不充滿來顯示該設(shè)備已停止。
數(shù)據(jù)顯示可以設(shè)計成動畫方式，以提醒操作人員注意。數(shù)據(jù)可以高亮度或閃爍顯示，在圖形顯示方式時還可以采用顏色的充滿、動態(tài)變化等方法。但是，動畫方式不能過多，過多會使運(yùn)行人員分不清主次。在實(shí)際應(yīng)用中只要將主要的數(shù)據(jù)變化表示出來即可。
(3)應(yīng)便于區(qū)別不同大小的數(shù)據(jù)，例如，數(shù)量級相同和數(shù)值相近的數(shù)據(jù)在相鄰兩排中顯示會引起較高的誤讀率。因此，在列表方式顯示數(shù)據(jù)時，為了減小誤讀率，除了用表格線把數(shù)據(jù)分開外，還可以采用不同的顏色顯示不同類型的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)字符大小也應(yīng)選擇合適，宇符過大會減少畫面的信息量，過小會增加數(shù)據(jù)的誤讀率。為便于監(jiān)控，通常將幾個非常重要的參數(shù)以較大的字體顯示出來，如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、主汽溫度等。
(4)根據(jù)顯示數(shù)據(jù)的特性，更新速度可以不同。例如，流量和壓力參數(shù)的更新速度設(shè)為(1～2)s，溫度參數(shù)的更新速度可設(shè)為(5～60)s。
為減少屏幕因頻繁更新而造成的閃爍，有的分散控制系統(tǒng)中，采用了例外報告的方法。它以每個變量當(dāng)前的顯示數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)，在其上下各定義一個死區(qū)，形成死帶。在數(shù)據(jù)更新時刻，如果數(shù)據(jù)的數(shù)值在死帶內(nèi)，該數(shù)據(jù)就不更新。如果數(shù)據(jù)的數(shù)值超出了死帶，就形成例外報告，該數(shù)據(jù)就會被更新，并以該數(shù)據(jù)為中心形成新的死帶。這種方法對干擾也有一定的抑制作用。死區(qū)的大小由用戶確定，過大會降低讀數(shù)精度，過小則不能發(fā)揮例外報告的作用。
對數(shù)據(jù)顯示的精度也應(yīng)認(rèn)真考慮，小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)據(jù)位數(shù)應(yīng)選擇合適。它與數(shù)據(jù)的有效位數(shù)、系統(tǒng)的精度、死區(qū)的大小、所用的計算機(jī)字長等有關(guān)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)的要求、變量的量程大小等情況綜合考慮。例如溫度參數(shù)，除了要求顯示較高精度的少數(shù)場合外，小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)據(jù)位數(shù)可為零。
三、監(jiān)控畫面中操作面板的設(shè)計
操作面板實(shí)際上是一種彈出式窗口，它集成了各項(xiàng)操作指令和設(shè)備參數(shù)的顯示，運(yùn)行人員可以在上面很直觀地對設(shè)備進(jìn)行操作，發(fā)出各種指令。根據(jù)具體生產(chǎn)流程，少數(shù)設(shè)備可以在監(jiān)控畫面上直接設(shè)置操作按鈕進(jìn)行操作，大部分設(shè)備都是在操作面板上進(jìn)行操作。根據(jù)設(shè)備使用情況，可以將操作面板分為電機(jī)、操作器、電動門、電磁閥、調(diào)節(jié)器等幾種類型。同類設(shè)備可共用一個操作面板，這樣可使監(jiān)控畫面保持簡潔整齊。
操作面板在監(jiān)控畫面上的彈出位置應(yīng)設(shè)在固定位置，并且尺寸不能過大。操作面板上的內(nèi)容不必太多，只要能滿足正常操作和參數(shù)顯示即可。根據(jù)需要，可以在操作面板上額外增加"邏輯故障燈"、"禁操按鈕"等。"邏輯故障燈"的作用是指從邏輯上判斷設(shè)備存在故障時進(jìn)行閃爍顯示。當(dāng)發(fā)出設(shè)備啟動或停止指令一段時間后，沒有收到設(shè)備的反饋信號，就認(rèn)為該設(shè)備啟動或停止過程中出現(xiàn)了故障。它是通過邏輯判斷得出的故障結(jié)果，不同于設(shè)備的實(shí)際故障接點(diǎn)信號，這樣可使操作人員更加了解設(shè)備的狀況。"禁操按鈕"的作用相當(dāng)于在檢修的設(shè)備上掛警示標(biāo)志，說明該設(shè)備有人檢修，不允許操作，按下"禁操按鈕"也無效。當(dāng)"禁操按鈕"彈起后，說明此設(shè)備已經(jīng)具備了啟動、停止條件，這時對設(shè)備進(jìn)行操作才會有效。所有設(shè)備的禁操按鈕也可以設(shè)計成一個單獨(dú)窗口進(jìn)行集中管理。
當(dāng)操作人員點(diǎn)擊按鈕發(fā)出指令或輸入?yún)��?shù)調(diào)整值后，應(yīng)彈出對話框請求確認(rèn)，對話框缺省的按鈕表示確認(rèn)為"否"。這樣，可以防止運(yùn)行人員輸入錯誤數(shù)據(jù)或誤按操作按鈕而發(fā)出錯誤的指令。
四、報警設(shè)計
報警設(shè)計的關(guān)鍵是讓操作人員能看到最重要而且最緊迫的報警。在設(shè)計過程中要注意以下的問題:
(1)報警應(yīng)該進(jìn)行分類、過濾等處理，然后再提供給操作人員，這樣可以抑制那些會干擾重要報警結(jié)果的報警，不給操作人員提供過于繁瑣的報警信息，使報警信息清晰、明朗。
(2)要建立系統(tǒng)概念，不是簡單地將一個過程變量與報警限值相比較，輸出報警信號。
(3)報警可以一次擊鍵進(jìn)行確認(rèn)，在某一操作員站上對某一報警進(jìn)行確認(rèn)后，則所有其它操作員站上該點(diǎn)發(fā)出的報警也同時被確認(rèn)。
(4)所有帶報警限值的模擬量輸入信號和計算變量，應(yīng)設(shè)置"報警死區(qū)"，以減少參數(shù)在接近報警限值時產(chǎn)生的頻繁報警。
(5)在設(shè)備停運(yùn)及設(shè)備啟動時，由于存在大量的報警，可以增加針對模擬量和數(shù)字量信號的"報警閉鎖"功能，以減少不必要的報警。啟動結(jié)束后，"報警閉鎖"功能自動解除。
(6)將報警窗口與其它監(jiān)控畫面組合起來，成為多窗口的畫面，使操作人員在任何狀況下都能看到最新發(fā)生的報警信息。
五、趨勢設(shè)計
為進(jìn)一步提高控制水平，操作人員常常需要了解各設(shè)備參數(shù)的變化情況和發(fā)展趨勢。所有模擬量信號及計算變量，均可設(shè)置為趨勢顯示。趨勢的顯示畫面一般包括趨勢和完整的瀏覽工具。在設(shè)計趨勢顯示畫面時，應(yīng)該做到以下幾點(diǎn):
(1)運(yùn)行時可以靈活地在畫面中增加或刪除趨勢參數(shù)。
(2)提供分析趨勢曲線的工具。例如，曲線在畫面中的一段數(shù)據(jù)的平均值、上下限值;兩條或多條曲線的比較;曲線的變化對時間的敏感性，如上升或下降速度，開始變化的時間等。可以動態(tài)調(diào)整參數(shù)的顯示量程、時間標(biāo)度、時間基準(zhǔn)及趨勢顯示的顏色，以便清晰地了解參數(shù)的變化情況。