摘要：結合實際應用，探討分散控制系統(tǒng)(DCS)監(jiān)控畫面設計的一般性原則，以及監(jiān)控畫面的劃分與分割。對畫面中的數據、報警、趨勢、操作面板等具體要求和設計給出了可實施的方法。
火電廠通過分散控制系統(tǒng)(DCS)監(jiān)控畫面來反映生產流程及參數，但其所提供給操作人員的只是屏幕上的窗口，當出現緊急情況時，操作人員常常需要對眾多設備進行快速操作。因此，合理設計監(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、汽輪機子系統(tǒng)畫面、發(fā)電機子系統(tǒng)畫面等。可以根據需要將子畫面分散得更細，但畫面顯示結構的層次不能過多，層次過多會導致畫面調用步驟復雜化。畫面分割設計的基本原則如下:
(1)畫面應分布得當，既不能布置得太滿，也不能太松。每個畫面的數據也不宜過多，數據過多會造成畫面調用緩慢，數據刷新慢。同時，應將流程總貌畫面、流程局部畫面、設備本體畫面按一定的結構安排好。
(2)有關聯的設備或相同的多臺設備宜分在同一頁，有利于操作人員了解它們的相互影響，相應的參數可采用列表的方法顯示。
(3)公用部分的有關流程圖可以集中在一頁或幾頁顯示，若它們的參數對一些設備的操作有用時，也可在這些設備的流程分頁上顯示有關參數。
(4)盡可能將經常操作的設備集中在幾個監(jiān)控畫面中，操作人員只須調用這幾個畫面便可進行大部分的日常操作。
1.2 監(jiān)控畫面的調用
常見的設計方法是先按照生產流程確定有固定調用關系的畫面，然后根據特殊的操作流程設計特殊的畫面，并建立它們的特殊關系。如果監(jiān)控畫面數量很多，畫面上調用控制鍵也就很多，操作人員會感到選擇困難。對此，可以減少不必要的調用控制鍵，并且設計總的調用列表畫面，使每個監(jiān)控畫面都能返回調用列表畫面，然后再進行選擇。監(jiān)控畫面的調用層次應該做到不超過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，非操作畫面的顏色可采用暖色調。監(jiān)控畫面的背景色宜采用黑色。當黑的背景色造成較大的反差時，也可以采用藍色或咖啡色。
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，會使操作人員產生不快感覺;眩光會使判斷能力下降，導致操作失誤。
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格的一致。例如，用紅色表示閥門開，應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。操作人員調用畫面時，布局方式的一致會使他們很方便地發(fā)現要看的信息。風格的一致是指畫面的設計樣式要盡量一致，包括使用的圖形符號、文字字體、變量位數、詳細程度等方面。這樣使操作人員在調用畫面時感到舒適，不分散注意力。
監(jiān)控畫面設計的一致性越強，越能使操作人員在調用畫面時集中注意所關心的信息，而不是在等待畫面出現之后再去找信息。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)控畫面的設計內容
監(jiān)控畫面的設計內容主要有圖形顯示設計、數據顯示設計、操作面板設計、報警設計以及趨勢設計。
二、監(jiān)控畫面圖形及數據顯示設計
DCS制造廠商通常會提供通用的圖形符號，用戶可以直接調用。同時，用戶也可以根據設備的具體形狀和大小來設計專用的圖形符號以供調用。監(jiān)控畫面中圖形符號的格式應保持一致，并且盡量簡潔。次要和輔助設備、管線可以根據操作的需要決定是否繪制。
監(jiān)控畫面中的數據顯示包括數據的顯示位置、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)數據的顯示位置應盡可能靠近被檢測的部位。例如，容器內溫度或物位的數據放置在該容器內顯示，流量在相應的管線上部或下部顯示。顯示的位置也可以在標有相應儀表位號的旁邊，在列表方式顯示時，數據根據相應的位置分別列出。用圖形方式顯示動態(tài)數據時，常采用部分或全部充滿相應設備的顯示方法。例如，容器的物位，設備的啟停等。
(2)數據的顯示方式有數字顯示、文字顯示和圖形顯示3種。數字顯示用于需要定量顯示檢測結果的場合，例如測量值、設定值、輸出值等;文字顯示用于設備的啟停和狀態(tài)提示，以及操作說明的顯示;圖形顯示用于動態(tài)顯示數據，通常它們僅需定性的了解而不需要精確的數量，例如，容器內的物位、被測量與設定值的偏差和控制器的輸出等。圖形顯示也用于開關量的顯示，例如，用設備輪廓線內充滿來顯示該設備正在運行，不充滿來顯示該設備已停止。
數據顯示可以設計成動畫方式，以提醒操作人員注意。數據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，過多會使運行人員分不清主次。在實際應用中只要將主要的數據變化表示出來即可。
(3)應便于區(qū)別不同大小的數據，例如，數量級相同和數值相近的數據在相鄰兩排中顯示會引起較高的誤讀率。因此，在列表方式顯示數據時，為了減小誤讀率，除了用表格線把數據分開外，還可以采用不同的顏色顯示不同類型的數據。
數據字符大小也應選擇合適，宇符過大會減少畫面的信息量，過小會增加數據的誤讀率。為便于監(jiān)控，通常將幾個非常重要的參數以較大的字體顯示出來，如發(fā)電機轉速、主汽溫度等。
(4)根據顯示數據的特性，更新速度可以不同。例如，流量和壓力參數的更新速度設為(1～2)s，溫度參數的更新速度可設為(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。它以每個變量當前的顯示數據作為基準，在其上下各定義一個死區(qū)，形成死帶。在數據更新時刻，如果數據的數值在死帶內，該數據就不更新。如果數據的數值超出了死帶，就形成例外報告，該數據就會被更新，并以該數據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，過大會降低讀數精度，過小則不能發(fā)揮例外報告的作用。
對數據顯示的精度也應認真考慮，小數點后的數據位數應選擇合適。它與數據的有效位數、系統(tǒng)的精度、死區(qū)的大小、所用的計算機字長等有關，應根據生產的要求、變量的量程大小等情況綜合考慮。例如溫度參數，除了要求顯示較高精度的少數場合外，小數點后的數據位數可為零。
三、監(jiān)控畫面中操作面板的設計
操作面板實際上是一種彈出式窗口，它集成了各項操作指令和設備參數的顯示，運行人員可以在上面很直觀地對設備進行操作，發(fā)出各種指令。根據具體生產流程，少數設備可以在監(jiān)控畫面上直接設置操作按鈕進行操作，大部分設備都是在操作面板上進行操作。根據設備使用情況，可以將操作面板分為電機、操作器、電動門、電磁閥、調節(jié)器等幾種類型。同類設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設在固定位置，并且尺寸不能過大。操作面板上的內容不必太多，只要能滿足正常操作和參數顯示即可。根據需要，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備存在故障時進行閃爍顯示。當發(fā)出設備啟動或停止指令一段時間后，沒有收到設備的反饋信號，就認為該設備啟動或停止過程中出現了故障。它是通過邏輯判斷得出的故障結果，不同于設備的實際故障接點信號，這樣可使操作人員更加了解設備的狀況。"禁操按鈕"的作用相當于在檢修的設備上掛警示標志，說明該設備有人檢修，不允許操作，按下"禁操按鈕"也無效。當"禁操按鈕"彈起后，說明此設備已經具備了啟動、停止條件，這時對設備進行操作才會有效。所有設備的禁操按鈕也可以設計成一個單獨窗口進行集中管理。
當操作人員點擊按鈕發(fā)出指令或輸入參數調整值后，應彈出對話框請求確認，對話框缺省的按鈕表示確認為"否"。這樣，可以防止運行人員輸入錯誤數據或誤按操作按鈕而發(fā)出錯誤的指令。
四、報警設計
報警設計的關鍵是讓操作人員能看到最重要而且最緊迫的報警。在設計過程中要注意以下的問題:
(1)報警應該進行分類、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行確認，在某一操作員站上對某一報警進行確認后，則所有其它操作員站上該點發(fā)出的報警也同時被確認。
(4)所有帶報警限值的模擬量輸入信號和計算變量，應設置"報警死區(qū)"，以減少參數在接近報警限值時產生的頻繁報警。
(5)在設備停運及設備啟動時，由于存在大量的報警，可以增加針對模擬量和數字量信號的"報警閉鎖"功能，以減少不必要的報警。啟動結束后，"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、趨勢設計
為進一步提高控制水平，操作人員常常需要了解各設備參數的變化情況和發(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。在設計趨勢顯示畫面時，應該做到以下幾點:
(1)運行時可以靈活地在畫面中增加或刪除趨勢參數。
(2)提供分析趨勢曲線的工具。例如，曲線在畫面中的一段數據的平均值、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)調整參數的顯示量程、時間標度、時間基準及趨勢顯示的顏色，以便清晰地了解參數的變化情況。
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