摘要：结合实际应用，探讨分散控制系统(DCS)监控画面设计的一般性原则，以及监控画面的划分与分割。对画面中的数据、报警、趋势、操作面板等具体要求和设计给出了可实施的方法。
  
火电厂通过分散控制系统(DCS)监控画面来反映生产流程及参数，但其所提供给操作人员的只是屏幕上的窗口，当出现紧急情况时，操作人员常常需要对众多设备进行快速操作。因此，合理设计监控画面就尤显重要。
一、监控画面的整体规划
1.1 监控画面的分割
发电过程分割成若干个画面，如锅炉子系统画面、汽轮机子系统画面、发电机子系统画面等。可以根据需要将子画面分散得更细，但画面显示结构的层次不能过多，层次过多会导致画面调用步骤复杂化。画面分割设计的基本原则如下:
(1)画面应分布得当，既不能布置得太满，也不能太松。每个画面的数据也不宜过多，数据过多会造成画面调用缓慢，数据刷新慢。同时，应将流程总貌画面、流程局部画面、设备本体画面按一定的结构安排好。
(2)有关联的设备或相同的多台设备宜分在同一页，有利于操作人员了解它们的相互影响，相应的参数可采用列表的方法显示。
(3)公用部分的有关流程图可以集中在一页或几页显示，若它们的参数对一些设备的操作有用时，也可在这些设备的流程分页上显示有关参数。
(4)尽可能将经常操作的设备集中在几个监控画面中，操作人员只须调用这几个画面便可进行大部分的日常操作。
1.2 监控画面的调用
常见的设计方法是先按照生产流程确定有固定调用关系的画面，然后根据特殊的操作流程设计特殊的画面，并建立它们的特殊关系。如果监控画面数量很多，画面上调用控制键也就很多，操作人员会感到选择困难。对此，可以减少不必要的调用控制键，并且设计总的调用列表画面，使每个监控画面都能返回调用列表画面，然后再进行选择。监控画面的调用层次应该做到不超过3层。
1.3 监控画面的颜色、亮度
可操作画面的颜色宜采用冷色调，非操作画面的颜色可采用暖色调。监控画面的背景色宜采用黑色。当黑的背景色造成较大的反差时，也可以采用蓝色或咖啡色。
监控画面的亮度要和环境的亮度相匹配，亮度较高时，黑色与白色搭配不会造成操作人员的视觉疲劳;亮度较低时，会使操作人员产生不快感觉;眩光会使判断能力下降，导致操作失误。
1.4 监控画面的一致性
画面的一致性包括画面颜色上的一致，布局方式的一致和风格的一致。例如，用红色表示阀门开，应在每幅画面中都用红色表示开。布局方式的一致是指每幅画面上的控制键、公共信息、弹出窗口等都放在同样或相近的位置。操作人员调用画面时，布局方式的一致会使他们很方便地发现要看的信息。风格的一致是指画面的设计样式要尽量一致，包括使用的图形符号、文字字体、变量位数、详细程度等方面。这样使操作人员在调用画面时感到舒适，不分散注意力。
监控画面设计的一致性越强，越能使操作人员在调用画面时集中注意所关心的信息，而不是在等待画面出现之后再去找信息。对新操作人员和在紧急情况，画面的一致性可以减少操作失误。
1.5 监控画面的设计内容
监控画面的设计内容主要有图形显示设计、数据显示设计、操作面板设计、报警设计以及趋势设计。
二、监控画面图形及数据显示设计
DCS制造厂商通常会提供通用的图形符号，用户可以直接调用。同时，用户也可以根据设备的具体形状和大小来设计专用的图形符号以供调用。监控画面中图形符号的格式应保持一致，并且尽量简洁。次要和辅助设备、管线可以根据操作的需要决定是否绘制。
监控画面中的数据显示包括数据的显示位置、显示方式、显示大小、更新速率以及动态效果和例外报告等。
(1)数据的显示位置应尽可能靠近被检测的部位。例如，容器内温度或物位的数据放置在该容器内显示，流量在相应的管线上部或下部显示。显示的位置也可以在标有相应仪表位号的旁边，在列表方式显示时，数据根据相应的位置分别列出。用图形方式显示动态数据时，常采用部分或全部充满相应设备的显示方法。例如，容器的物位，设备的启停等。
(2)数据的显示方式有数字显示、文字显示和图形显示3种。数字显示用于需要定量显示检测结果的场合，例如测量值、设定值、输出值等;文字显示用于设备的启停和状态提示，以及操作说明的显示;图形显示用于动态显示数据，通常它们仅需定性的了解而不需要精确的数量，例如，容器内的物位、被测量与设定值的偏差和控制器的输出等。图形显示也用于开关量的显示，例如，用设备轮廓线内充满来显示该设备正在运行，不充满来显示该设备已停止。
数据显示可以设计成动画方式，以提醒操作人员注意。数据可以高亮度或闪烁显示，在图形显示方式时还可以采用颜色的充满、动态变化等方法。但是，动画方式不能过多，过多会使运行人员分不清主次。在实际应用中只要将主要的数据变化表示出来即可。
(3)应便于区别不同大小的数据，例如，数量级相同和数值相近的数据在相邻两排中显示会引起较高的误读率。因此，在列表方式显示数据时，为了减小误读率，除了用表格线把数据分开外，还可以采用不同的颜色显示不同类型的数据。
数据字符大小也应选择合适，宇符过大会减少画面的信息量，过小会增加数据的误读率。为便于监控，通常将几个非常重要的参数以较大的字体显示出来，如发电机转速、主汽温度等。
(4)根据显示数据的特性，更新速度可以不同。例如，流量和压力参数的更新速度设为(1～2)s，温度参数的更新速度可设为(5～60)s。
为减少屏幕因频繁更新而造成的闪烁，有的分散控制系统中，采用了例外报告的方法。它以每个变量当前的显示数据作为基准，在其上下各定义一个死区，形成死带。在数据更新时刻，如果数据的数值在死带内，该数据就不更新。如果数据的数值超出了死带，就形成例外报告，该数据就会被更新，并以该数据为中心形成新的死带。这种方法对干扰也有一定的抑制作用。死区的大小由用户确定，过大会降低读数精度，过小则不能发挥例外报告的作用。
对数据显示的精度也应认真考虑，小数点后的数据位数应选择合适。它与数据的有效位数、系统的精度、死区的大小、所用的计算机字长等有关，应根据生产的要求、变量的量程大小等情况综合考虑。例如温度参数，除了要求显示较高精度的少数场合外，小数点后的数据位数可为零。
三、监控画面中操作面板的设计
操作面板实际上是一种弹出式窗口，它集成了各项操作指令和设备参数的显示，运行人员可以在上面很直观地对设备进行操作，发出各种指令。根据具体生产流程，少数设备可以在监控画面上直接设置操作按钮进行操作，大部分设备都是在操作面板上进行操作。根据设备使用情况，可以将操作面板分为电机、操作器、电动门、电磁阀、调节器等几种类型。同类设备可共用一个操作面板，这样可使监控画面保持简洁整齐。
操作面板在监控画面上的弹出位置应设在固定位置，并且尺寸不能过大。操作面板上的内容不必太多，只要能满足正常操作和参数显示即可。根据需要，可以在操作面板上额外增加"逻辑故障灯"、"禁操按钮"等。"逻辑故障灯"的作用是指从逻辑上判断设备存在故障时进行闪烁显示。当发出设备启动或停止指令一段时间后，没有收到设备的反馈信号，就认为该设备启动或停止过程中出现了故障。它是通过逻辑判断得出的故障结果，不同于设备的实际故障接点信号，这样可使操作人员更加了解设备的状况。"禁操按钮"的作用相当于在检修的设备上挂警示标志，说明该设备有人检修，不允许操作，按下"禁操按钮"也无效。当"禁操按钮"弹起后，说明此设备已经具备了启动、停止条件，这时对设备进行操作才会有效。所有设备的禁操按钮也可以设计成一个单独窗口进行集中管理。
当操作人员点击按钮发出指令或输入参数调整值后，应弹出对话框请求确认，对话框缺省的按钮表示确认为"否"。这样，可以防止运行人员输入错误数据或误按操作按钮而发出错误的指令。
四、报警设计
报警设计的关键是让操作人员能看到最重要而且最紧迫的报警。在设计过程中要注意以下的问题:
(1)报警应该进行分类、过滤等处理，然后再提供给操作人员，这样可以抑制那些会干扰重要报警结果的报警，不给操作人员提供过于繁琐的报警信息，使报警信息清晰、明朗。
(2)要建立系统概念，不是简单地将一个过程变量与报警限值相比较，输出报警信号。
(3)报警可以一次击键进行确认，在某一操作员站上对某一报警进行确认后，则所有其它操作员站上该点发出的报警也同时被确认。
(4)所有带报警限值的模拟量输入信号和计算变量，应设置"报警死区"，以减少参数在接近报警限值时产生的频繁报警。
(5)在设备停运及设备启动时，由于存在大量的报警，可以增加针对模拟量和数字量信号的"报警闭锁"功能，以减少不必要的报警。启动结束后，"报警闭锁"功能自动解除。
(6)将报警窗口与其它监控画面组合起来，成为多窗口的画面，使操作人员在任何状况下都能看到最新发生的报警信息。
五、趋势设计
为进一步提高控制水平，操作人员常常需要了解各设备参数的变化情况和发展趋势。所有模拟量信号及计算变量，均可设置为趋势显示。趋势的显示画面一般包括趋势和完整的浏览工具。在设计趋势显示画面时，应该做到以下几点:
(1)运行时可以灵活地在画面中增加或删除趋势参数。
(2)提供分析趋势曲线的工具。例如，曲线在画面中的一段数据的平均值、上下限值;两条或多条曲线的比较;曲线的变化对时间的敏感性，如上升或下降速度，开始变化的时间等。可以动态调整参数的显示量程、时间标度、时间基准及趋势显示的颜色，以便清晰地了解参数的变化情况。