InternalCombustionEngine&Parts·197·某电厂DCS工控界面问题解析及优化方案黄庆（珠海深能洪湾电力有限公司，珠海519000）摘要院某厂DCS工控人机界面存在设计理念落后的问题，容易让用户在使用的过程中出现认知障碍，对设备的安全高效控制十分不利，本文针对此类现象进行了解析，提出了改进意见。报警优化管理；关键词院扁平化；用户认知；工控系统；人机界面0引言燃气联合循环电厂控制系统的人机交互界面是典型的以功能实现为基础的。这种人机界面不需要特别关注美观因素，能够安全高效的达到监控功能即可。但某电厂的不仅仅让操作人员的控DCS人机控制界面过于杂乱繁琐，增加了运行人员的人为操制效率有所降低，更关键的是，作失误的可能性，对操作失当的行为也无纠偏措施。并提出相应以下，本文将对这些设计问题进行解析，的优化解决方案。1界面设计应以任务为中心并保持简洁某厂的DCS人机界面如图1所示，信息是非常密集和凌乱无章的。这个控制界面要完成凝汽器的液位控制、甚变频调节、真空度控制、轴封冷却器和低压加热器控制，至加入了疏水系统。把这么多的控制系统都放在一个画面内，信息过于密集，给人以压抑感，不利于操作者发现数据异常，也不利于体现控制信息流之间的相关性。图1是典型的以工艺结构为核心要素来布局的人机界面，它把与汽机凝汽器相关联的所有分系统都集成进来这统一显示。对于各分系统互相之间影响比较大的场合，样做有一定的好处。但就画面中的这些设备而言，液位、真空度、疏水等分系统之间的控制关联度很低，各分系统对没有全部集成彼此的影响并不是用户需要重点关注的点，此外，化设备适用性较强，支持根茎类作物联合收获。所研清洁、运输、制设备能够连续作业，有步骤完成大蒜挖掘、大蒜收获机械化切茎、分离、装箱等操作。从中能够看出，能够又特征越来越明显，这符合信息技术时代发展需要，快又好的完成大蒜机械化收获任务力[3]。2.4机械播种方面的努力随着科学技术的不断发展，大蒜播种智能化特征越来越显著，其中，中国矿业大学专业教师以及专业学生针对大蒜自动播种系统研究时，以模式识别技术为铺垫；农业机械化科学研究院与相关单位合作，共同研制自走式大蒜栽植机械设备，这类机械设备型号为2DZS-5，该设备功能优势单粒取种、蒜种保护等方体现在：全自动栽植、疏通排种器、面，并且工作效率较高；西北农林科技大学分析判断大粒种子、分析判断方法时，以图像处理模式为基础；山东五征集机器型号为WZ-4，团研制大蒜播种机器，但该设备取种过对此，应合理设置设备程中不能全面保证种子外表完整性，参数；山东省农业机械科学研究院设计大蒜蒜瓣自动定向控制装置，实际设计的过程中应用螺旋型导种管，在螺旋型图1DCS人机界面到一个画面的必要性。这种以工艺结构为核心进行画面组态的问题还在于，往往需要到不同工艺当用户要完成某项控制任务的时候，这个时候，就会不停系统中去获取信息和执行控制任务，使控制任务的执行效率低的切换各工艺系统的人机界面，下，易于造成操作的疏漏。比如图1中的液位控制，它必须再返回这个画面注到另一个画面中去观察除氧器的液位，还要意凝汽器的水位，然后操作凝泵和相关阀门的控制，导种管中放入蒜种，利用摩擦作用进行方向调整，该装置取具有较高的推广价值。得了良好的试验效果，3结论引进先综上所述，我国大蒜生产量逐渐增多的同时，收获需进播种技术以及播种设备，以此迎合机械化播种、蒜农经济收入增多有重要，这对我国大蒜种植面积扩大、要意义。除此之外，我国大蒜播种机械化水平会不断提高，主动向发达国我国应在结合自身大蒜种植实际的基础上，家借鉴机械化播种经验，以此提高我国大蒜播种技巧，满足市场需要。我国大蒜机械播种步伐加快后，我国大蒜产蒜农种植积量会相应增多，这对我国社会经济稳定发展、极性调动有促进作用。参考文献院[1]栗晓宇，耿爱军，侯加林.大蒜播种机研究现状及展望[J].农业机械，2017.[2]李立新，李小忠，钱志兵.大蒜播种机械现状与发展方向[J].现代农业科技，2012.[3]林悦香，尚书旗，杨然兵.大蒜生产机械的现状与发展[J].农机化，2012.·198·内燃机与配件为中心的组态，操作者只需按照提示和画面的潜在暗示，对数据异常也能更顺序执行即可，效率高，不容易犯错，加敏感。2控制信息流的排布方向应该一致并且连续信息流界面反映的是信息的总和而并非单一的信息，就能使其呈现出整体受如果能排布的方向一致并且连续，翻到安全监控画面检查设备的保护状态，如此反复不断切非常繁琐低换画面，割裂了控制流程的连续性和完整性，效，也不安全可靠。以上两点问题突显出围绕工艺结构来布局人机画面将设计面向的核心对象的不合理性，应该改变设计思路，以任务的执行为核心，从工艺结构改为控制任务。一方面，单独组态液位控制、真空控制等分系统，以降低单个画面的信息密度，保持整洁；另一方面，在单独的控制任务界面中，围绕任务的执行，将其他工艺系统中相关信息和控制元素集成进来，以保障任务的完整执行和连贯有序。以图1中的液位控制任务为例，除氧器和凝汽器的水位，相关的变频器调节和阀门控制，泵组的保护功能状态信息等都应该集成进来，组成完整的控制流链条，以控制流的方向顺序合理排布。这样做的好处在于，控制流程的操作连贯，数据密切相关，画面按任务的执行次序排列，对任务的顺序完成有明显的暗示作用，有助于防止操作疏漏。作为对比，图2-图3是GE公司Mark遇e控制系统中的人机界面，在线水洗（图2）和离线水洗（图3）是被分别组态的。尽管这两个控制任务牵涉到的设备只有些微差别，但因为任务的执行是两种模式，牵涉到不同的操作步序，设计者就单独为它们创建了画面，并且单个控制任务所需的数据信息和控制功能都集成进一张画面中，并按照任务的执行需要，有序合理的进行布局。这种以任务图2在线水洗图3离线水洗控的态势，反之，就会出现认知上的障碍。以图4为例，画面中，以红色为标记的蒸汽管道遍布屏幕，高、低压主蒸汽从左上和右上两个方向进入，向中间的汽轮机相应部位流动，其间与轴封冷却器抽气、蒸汽旁路、轴封加热等分系统的管道支路产生了交叉和分支，因为汽轮机区域画面过于密集，汽缸夹层供气阀被单独放在了左下角，以文字说明代替。从视觉上讲，这样的布局使蒸汽流动的方向不一，各蒸汽管道之间的交叉加剧了视觉上受到的干扰。有些排水支路流向右方，容易误解为此支路有其它用途。操作人员的执行动作在屏幕上的分布无序，没有方向性和连续性。运行人员对工艺流程的控制主要依靠对系统的熟悉程度，从人机界面交流上得到的帮助很少。图4DCS人机界面汽机本体部分好的人机交流应该利用视觉上的暗示作用，帮助用户做出正确决定，减少疏忽遗漏等低级错误。这就要求系统界面在外观、布局、交互方式等方面改进设计理念，保证控制流程的方向一致性和执行顺序的连贯性，突出强制参数之间的相关性。具体到图4，优化方案有以下几个方面：无论高、低压蒸汽还是轴封加热蒸汽，其流动方向都应该从左至右，并按压力等级依次排布，形成数条横向的控制流程，所有相关元素都依次位于这些横向的控制流主轴上，以形成视觉上连续可控的态势；轴封加热器、冷却器抽气等分系统应该离开主工艺流程一定距离，用有别于主蒸汽管道的颜色避免干扰主流程；所有疏水支路方向向下，排空支路方向向上，以暗示该支路的工艺作用；主要参数用颜色或某种有规律的方式使其产生一定的视觉联系，如主蒸汽压力可以沿着流程方向依次横向有规律分布，并采用某种颜色区分，以强调该类型参数之间的数据相关性；最好能将管道的颜色和阀门的开关信号进行关联，以暗示控制流程的进展情况，方便运行人员按顺序执行下一步操作，这有些类似电网中高压线路的操作模式。InternalCombustionEngine&Parts图5是按照以上优化方案制作的示例图，所有控制流元素按工艺流程从左到右顺序排布，分系统布局在下方，所有降温喷淋水从右用细红线以示与主蒸汽管路的区别。到左排序，以示与主蒸汽之间的换热效应。温度参数统一以帮助运行人员找到为橘红色，压力参数统一为浅黄色，所有排水支路向下，同类型参数进行匹配对比，寻找规律。排气支路向上，暗示该支路的工艺用途。此为设计示例图，·199·行，当值操作人员未能发现该报警。此时，机组冷却时间未到，如果汽轮机大轴长时间不能盘车，将因热胀冷缩不均幸而不久后接匀而发生不可逆转的弯曲，造成重大损失，班的操作员及时发现了此隐患，避免了这一严重的后果。事故分析的结果固然是该运行人员麻痹大意，没有严擅自关闭了报警音响。但报格执行安全运行的规章制度，警系统在停机状态下过于频繁的报警，也是发生此类事故未来还会进行优化设计，进行视觉平衡，突出控制信息的视觉效果，减少汽轮机图例过大的比例，加上安全信息，机组状态信息等，将会更好的体现出优化设计的效果。图5汽机本体部分人机界面优化概念图3减少视觉干扰袁采用扁平化设计理念长期以来，人机界面从元素设计理念上来说，一直都在追求拟物化，尽量让界面上的设计元素与实物相似，以求用户能更好的将屏幕与现场联系起来。问题是这样的设计必然产生多形状、多颜色、度的复杂场景，画面被大量的装饰性元素占据，迫使画面整洁度降低，破坏视觉平衡。另一方面，拟物化设计的耗时非常庞大，在讲求订制设计的工控领域，界面的拟物化设计不但很难达到效果，还大量挤占了其他项目的设计时间成本，得不偿失。摒弃与操控无关的干扰因素，去除冗余、厚重和繁杂的装饰效果，采用扁平化设计理念来管理人机界面资源已成为趋势。具体表现在去掉多余的透视、纹理、渐变以及能做出3D效果的元素，强调抽象、简约和符号化。事实上，这里的抽象化和符号化设计不但不是降低设计元素的示意作用，反而有所加强，因为它突出了信息本身的核心含义。所以，这种扁平化设计不是把立体的设计效果压扁，而是功能上的简化与重组，是更加简单直接的展示信息和事物的设计方式。本文图4和图5所表达的内容是基本相同的，但采用符号化的画面比拟物化设计显得更整洁，信息表达更突出直接，这充分说明了扁平化设计的优势。4建立和优化报警分级袁防止滥用报警功能过去以继电器控制为主的时代，故障用指示灯和蜂鸣器报警，数量很有限，操作员却能第一时间发现异常。现在进入人机交互时代，人和计算机之间能更好的沟通，但屡次发生重要报警信息被忽视的现象。某厂13年7月，在机组停机后，各种类型的报警仍然频繁触发报警音响，使操作人员不甚其扰，它们认为此机组已经停运，危险已不存在，遂将报警音响关闭。数小时后，盘车电机因故停止运重要的诱因。应该针对报警管理设计理念进行反思。问题就出在工控界面上的报警是免费的，增加报警信息几乎不用花任何代价。这导致报警信息如潮水般发生，即使是微不足道的机组运行事件也会反复出现。举个例子，洪湾电厂真空泵分离器的液位控制系统，水位下降到低液位则开始补水，这时报警响起，需人工复位报警音响；水位上升到高液位则停止补水，报警再次响起，又需要人工复位。这样，随着水位不断变化，触发补水和停止补水这样的运行事件，DCS系统的报警声频繁响起。据统计，机组运行状态变化时，类似的辅机运行事件大约每分钟触发4至8次报警音响，都需要运行人员去复位。有时，同一时间里触发报警的运行事件太多，需要运行人员连续复位十数次之多。长此下去，运行人员自然而然的会麻痹大意，要么进入根据本能进行操作的麻木状态，要么直接切断报警声响的线路。好的人机交互系统，应该有一套报警管理方法文件。区分关键、紧急、建议、信息四类报警级别，要确保关键级别报警能自动处理，紧急级别报警能及时发布，建议级别报警可以稍后处理，而信息级别的报警仅仅在画面上显示记录就可以了。像文中提到这个辅机系统的液位补水与停止补水运行事件，只需要列入信息级别报警，记录在案即可。当水位不受控制，突破警戒线时，即可触发建议级别报警，发出报警音响。当出现盘车非正常停运这样的带有一定危险性的事件，应立即发出有别于其他报警铃音的紧急级别报警。诸如汽机超速、滑油压力低等则应列为关键级别，机组控制系统应能确保自动处理并完整记录当时的相关信息，以备调查。对报警信息进行优化分级的关键在于如何处理巨大的信息量。在这方面，诸如ABB等公司都推出了报警管理优化软件，通过对报警出现的时间频度、数量总结出报警信息的分布情况，帮助区分报警信息的不同级别，以便进行优化。按现场统计分析，将报警最频繁的前30条左右的辅机运行事件进行消音处理，就可以使报警声出现的频率降低20%左右。5结语从长远来看，改善人机交互体验是一套应对人为失误的行之有效的本质安全型解决方案，有必要加强这一领域的研究和投入。本文提出的这些优化措施，只是抛砖引玉，目的不是讨论画面的美丑，而是希望有助于改进目前普遍存在的人机交互工效偏低的现状。笔者相信，更好的人机交互必然能更好的保障设备安全、可靠、经济、合理的运行。参考文献清华大学出版社，[1]祝瓛冰院.面向对象的现代工业控制系统使用设计技术2009.[M].
