第7章 运行员操作站

图4 MMI通信接口中的瓶颈
二、MMI主机与外设
图5 DCS中MMI的不同构成方式
三、MMI的开放结构
图6 DCS之间的通信
图7 大屏幕的系统组成
§3 MMI的基本功能
• MMI的基本功能可从不同的角度 考虑包括以下几个方面： • 操作员通过MMI监视、控制工业过程，因此，MMI要能够显示过程信息， 传递操作员的指令，显示处理各种报警。 • 操作员通过MMI监视DCS的状态，因此MMI要能够监视DCS中所有设备的 状态，包括MMI本身及其外设的状态。显然，所有系统故障诊断的结果， 应能使维护人员能通过MMI确诊到某一个过程通道的故障。操作员通过 MMI管理运行过程，因此MMI要能够监视DCS中所有设备的状态，包括 MMI本身及其外设的状态。显然，所有系统故障诊断的结果，应能使维 护人员能通过MMI确诊到某一个过程通道的故障。操作员通过MMI管理 运行过程，因此MMI要能记录各种过程与系统的事件，存储、打印记录 的结果，生成各种报表。操作员通过MMI维护、调整生产过程与DCS，因 此MMI要提供对过程控制参数甚至结构的调整手段，同时调整MMI内的 各种软硬件配置，提供过程与系统各类帮助指导。如果我们把操作员站 的工作进一步抽象化，可以看出，全部过程控制的任务是一个信息处理 任务，一个调节器的任务是按某种规律（如PID规律）去处理与某个过程 相关的输入（过程变量与阀位反馈）与输出（阀位指令）信息。这样， 操作员站也是一个信息管理系统，它是操作员这一级的信息管理系统， 是介于企业的经营性管理与过程实时控制管理之间的很多功能，都应体 现在MMI上。如，开放的信息通信结构、冗余的信息资源配置等。图8是 常见的简化的过程控制系统信息处理结构。
• (a)过程类：它包括变量的值和相应的工程单位， 报警状态和报警限，变量统计上的特征，如一 段时间以来的最大值、最小值 、平均值 、I/O 点的质量，I/O点的工艺方面的属性，如属于哪 个区、哪个组、哪台设备或子系统等。这类信 息的特点是：它们都直接反映了过程变量当前 或一段时间以来的状态，是运行员实时监视的 过程中所急需的，这类信息应在单点的显示符 号中首先显示出来。
DCS系统中对运行员站设计的要求
• 控制系统由DCS实现时（见图1（b）），如果不认 真设计人机接口MMI的组态，上面这些特性就很可 能被DCS所掩盖，使操作员感到不易使用。 • DCS可以为我们提供大量的数据，这些数据到达人 机接口之后，要通过MMI的设计将数据转换成信息， 并且以操作员习惯的方式按过程对操作员的要求的 重要性顺序反映出来。这才能体现出DCS的优越性。 • 因此，人机接口的设计在范围上要包括人机接口所 能提供的全部功能，在性能上要考虑到即时性、规 律性，同时要突出重点，给出帮助指导。
图8 信息处理结构
一、MMI对过程的监控
• 运行员通过MMI对过程和系统实现监控，是MMI最常用的功能， 运行员工作中的几乎全部时间是用眼睛看着画面，手控制着键 盘和鼠标，耳朵听着报警。因此，这些功能及适合度的设计是 MMI设计的重要部分也是非常灵活的部分，各个DCS在这方面都 有自己特有的方法，现在MMI中的计算机通用化，计算机所带 来的图形处理功能使这部分设计更多样化了。在没有DCS之前， 运行员对过程的了解是实地观察所得到的直观图像，加上表盘 上所显示的数据，有了DCS之后，运行员是通过CRT上的画面来 了解 过程的，有以过程的实际印象，但长期看着CRT上的图像， 也使他们反过来按照图像去理解过程，这样就产生了一个问题， 各种画面的本来上的是把过程的实质抽象出来，简化运行员的 负担，把他的注意力集中到重要的过程中去，这时却容易使运 行员认为画面就是过程的全部，从而产生对过程的误解。因此， 在MMI的画面设计过程中要平衡这个矛盾，最大限度地反映过 程的全貌，同时又提取过程的关键信息。另外，画面的图像对 人所产生的反应是有规律的。如红色是比较刺激的颜色，而绿 色则比较缓和，这些因素都要在画面设计过程中注意
• (b)指导与处理类：它包括变量报警时的报警 说明、操作指导，变量对过程的重要意义的 说明，当变量出故障时，查找故障源的方法， 查找相关物理位置或设备方法，运行员设定 变量值的输入方法，对变量的仿真方法，将 这个变量传递给网上别的运行人员或记下当 前的值等。这类信息的意义是帮助运行员在 必要时进一步了解变量或控制这个变量，这 些信息不一定直接在画面中显示出来，而通 常在操作的调用请求下显示出来。
• （3）控制设备的显示。包括过程中的独立操作的设备、控制 回路、顺序控制功能组等状态的显示。与单点显示相区别的是， 这里要显示的信号不是一个点，而是多个相关的点的组合。如， 一个调节回路的点中至少应包括这个回路的设定值、过程变量 和控制输出、阀位反馈，有时还应包括前馈量、偏置量等。一 个开关设备的点中应包括控制指令、设备反馈、操作的允许信 号等，每一个量中都有前面提到的(a)、(b)、(c)三类信息。因 此，这类典型画面所占用的幅面一般比较大一些，设计这类画 面应注意以下一些问题。画面的形式要与运行员平时使用的其 他手操器的面板形式有类似的结构，画面要将不同的信息以对 比的形式表示出来，使运行员不必看数字就能直观判断设备的 状态。如，将设定点与过程变量对比着画出来，将控制输出与 阀位反馈对比着画出来，将开关指令与开关反馈对比着画出来。 要把计算机对运行员操作的响应与设备反馈对操作指令的响应 区别对待，使运行员既了解自己的操作是否被计算机接受，又 了解设备是否响应了操作指令，这类画面的指导类的信息显然 要多一引地，应包括对设备操作指导。完善的系统应包括对设 备的管理方面的更详细的指导。
§2 MMI的结构
图2 人机接口的组成
一、MMI与DCS的接口
图3 MMI中通信接口的组成
• 第一，实时数据库的大小反映了MMI容纳DCS中的 数据的能力。这个数据库不应简单地以内存的大小 来衡量，而应以数据量来衡量。因为不同的DCS中 存储数据的格式是不同的。 • 第二，数据传递中的“瓶颈”问题。一般我们讲的 瓶颈问题是指在节点是串联连接的通信系统中，在 传递的信息量一样时，两段通道的通信速度如果不 同，则速度慢的一段通信的信息量少，就像是通信 通道上的瓶颈，如图4。B节点相当于A、C节点之间 的瓶颈。在图4所示的系统结构中，如果系统A与系 统B之间的通信量和系统B与系统C之间的不一样， 前者（A-B之间）要大得多，而后者（B-C之间）要 小很多，则不一定形成瓶颈效应。如后者只是一幅 画面或几幅画面上的动态数据的信息，而前者是整 个数据库的信息量，这时，从A到C就不能简单地看 做是串联的形式。因此，不能轻意地认定这里不同 的通信速率就一定会造成通信阻塞，而要具体分析 系统的结构与通信方式。
第七章 运行员操作站
本章内容
• • • • • • • • 概述 MMI的结构 MMI的基本功能 运行员操作站的报警管理 记录与报表 历史数据库检索与处理 其他类型的人机接口 人机接口的发展
§1 概述
• 行员操作站是运行 员对过程与系统的接口， 常被称为人机接口Man Machine Interface(MMI)，或称为运行员工作站。
• （2）单独的I/O点的显示。单独的I/O点如果是模拟量的 话，通常显示 在其过程 工艺图画面的相应的位置上。 如果是数字量的话，常常表示某种状态，通常不以0、1 的形式表示，而是用这个信号来驱动某个符号 ，把符号 的颜色与设备的状态联系起来。这样的显示方式比较利 于显示 直接来自现场的信号，而对于那些经过系统处理 以后的中间变量或导出结果就不那么方便了，因为这时 没有具体的物理设备或过程与这些量相对应。如，要显 示某个设备的效率，这个量就不便于直接显示在设备边 上；显示手动/自动的方式，也不便于用它来改变符号 的颜色。因此需要有一种显示一个过程变量全部过程信 息的符号，这样的显示方式与上面提到的在工艺图边上 显示的方式结合起来，就可以更灵活地表示各种过程变 量。这种符号应显示多少信息呢？我们先把一个I/O点 相关的信息分类再来分析。与一个过程变量相联系的信 息可以分成以下几类。
Байду номын сангаас
• (c)设计组态类：包括这个过程变量在MMI 数据库的的存放方式，在计算机的数据系 统中如何定义、描述这个点的详细信息。 这些信息是在设计的时候或修改设计的时 候使用的。对这些信息的存取调用应有一 定的限制，一方面不能随意修改，另一方 面不能使修改影响过程的其他变量甚至 MMI的运行。
图9 过程信息显示
• （4）趋势画面。 这是很典型的一类画面，它的很多方面与单点型 的画面一样，只不过这里通常是多点显示的，不再赘述。趋势画面 最大的特点是它在分析方面的特性，运行员什么时候才调用趋势画 面呢？是发现设备有故障要紧急处理的时候吗？显然不是，通常是 在两种情况下调用趋势画面，一是事故后对相关信息的回溯，这时 事故已发生或处理完毕，调用趋势画面是为了分析发生事故过程中 各变量的变化关系；二是在系统平稳运行时，为进一步提高控制水 平而进行的控制回路参数调整，或观察相关设备参数之间变化关系 时要调用趋势画面。总之，趋势画面的调用往往与分析过程或参数 调整有关，因此，趋势画面的设计除了要注意到上面提到的各点之 外，还应注意以下的问题：提供分析曲线的工具。如，曲线在显示 窗口中的一段数据的均值、方差、上下限值；两条或多条曲线的比 较，比较它们的相关性；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。通过这些工具使运行员或系统工程师 可以刻画一条曲线，描述一条曲线。分析工具还应包括将曲线与系 统中发生 的事件相比较的工具，这个事件往往不是设计时候已知的， 而是在事故发生之后发现的，通过比较可以使运行员了解到变量与 事件的关系。趋势画面与过程工艺图结合起来显示也是很重要的， 有的系统中，趋势画面是单独设计的，不能作为一个元素在工艺画 面中表示出来，运行必须单独调用一下才能显示，不很方便。
二、过程画面的类型与结构 1、MMI画面的类型
• （1）工艺流程画面 • 这是运行员平时调用次数最多的一类画面。通过工艺流程画面， 运行员可以看到工艺管道上各过程变量值和有关设备的状态。 正是因为这一点，设计者对工艺流程画面的设计要十分注意。 第一，工艺流程画面应分布得当，既不要在一张图上挤满很多 流程，也不要把流程图画得很稀松。应使总貌图、局部工艺详 图、设备本体图形按一定的结构安排好，使运行员按这样的顺 序就可以找到自己所关心的画面。第二，画面的颜色，布局要 统一。对同一类介质的管道，在每幅画面上尽量采用一样的颜 色，这样，运行员就可以不仅从管道的连接关系或文字上看出 管道中的介质类型，而且可以很直观地从颜色上看出介质的类 型。这样会更方便一些。第三，尽管现在有很多做动画的软件 可以使画面做得很有动感，但应注意不要画得太乱，将主要的 设备的动作状态表示出来就可以了，不要使运行员分不清主次， 眼花缭乱。第四，每幅画面上各种像素的布置也应引起注意。 一定类型的弹出窗口应在固定的位置；一种类型的帮助指导也 应在一定位置，这样便于运行员跟踪自己操作。