操作员站：报警确认、实时趋势与系统状态显示

操作员站是运行操作人员与DCS之间的人机界面，通常由一个大屏幕监视器、一个控制计算机、一个操作员键盘或一个鼠标组成。一个DCS中通常可以配置几个操作员站，操作员站是相互冗余的，被放置在电站运行控制室的控制台上。在DCS中，操作员站的显示器基本上可以取代过去的常规仪表显示和模拟屏显示系统，其键盘和鼠标基本上可以取代过去控制台上的控制按钮（开关）。

通常，一个DCS的操作员站上应该显示模拟流程和总貌、过程状态、特殊数据记录、趋势显示、统计结果、历史数据、生产状态等信息，配上打印机可以完成生产过程记录报表、生产统计报表、系统运行状态信息、报警信息的打印。

操作员站上可以进行设定值控制、单步控制执行器、连续控制执行器、子组控制、部分组控制、方式选择和预选模块，单独控制电机、电磁阀、执行器。

3.3.1.1　显示管理功能

显示管理功能是显示管理操作员站的基本功能。操作员站的显示管理功能可以分为标准显示和用户自定义显示。标准显示是DCS的厂家工程师和操作人员根据多年的经验，在系统中设定的显示功能，通常有点记录详细显示、报警信息的显示、控制回路或回路组显示趋势显示等。

用户自定义显示是与特定应用有关的显示功能，这些显示通常由用户自己根据需要生成。DCS一般提供给用户一个方便的功能库，用户可以方便地使用。例如，许多系统提供了方便的数据库生成软件、图形生成软件、报表生成软件以及控制回路生成软件等。

1.标准显示功能

标准显示功能在不同厂家的DCS中区别很大，但大多数的DCS一般提供系统总貌显示、分组显示、回路显示、详细显示、报警显示、趋势显示和系统状态显示等功能。

1）系统总貌显示

系统总貌显示是系统中最高一层的显示。总貌是对实时数据库中某一区域或区域中某个单元中所有点的信息的集中显示，可以用脚本程序控制总貌对象所属的区域号、单元号、子单元号和组号，实现一个总貌对象显示全部区域中的所有数据，如图3-7所示。它主要用来显示系统的主要结构和整个被控对象的最主要信息。同时，总貌显示一般提供操作指导作用，即操作员可以在总貌显示下切换到任一组他有兴趣的画面。

2）分组显示

分组显示画面中的单个模拟量、闭环回路、顺序控制器、手动／自动控制等信息以组的形式（通常8个为1组）同时在屏幕上显示出来。分组显示的目的是为操作员提供某个相关部分的详细信息，以便监视和控制调节。

操作员可以基于分组显示进行下列操作：

（1）调节给定。

（2）控制方式切换，如自动、手动、串级等。

（3）手动方式下的输出调节。

（4）启动和停止一个控制开关。

（5）显示一个回路的详细信息。其中，每一部分是一个模拟仪表盘，可以显示出一个常规仪表的信息，如图3-8所示。

图3-7　系统总貌显示

图3-8　控制分组画面

3）回路显示

很多DCS提供单回路显示功能。该功能可以从分组显示进入该画面中一般显示，显示该回路的3个相关值（给定值、测量值和控制输出值）的棒图、数值、跟踪曲线，以及该控制回路的控制参数。操作员在此画面下可以改变控制的给定值及控制输出、控制方式和回路的参数。

4）详细显示

DCS中的每一个点对应1条记录，如一个模拟量点包含点名、汉字名称、单位、显示上限、显示下限、报警优先级、报警上限、报警下限、报警死区、转换系数1、转换系数2、转换偏移量、硬件地址等信息。在点的详细显示功能中可以列出所有内容，并允许操作员修改某一项内容。该功能在不同的系统中显示方式不同，有些系统将所有信息一起显示在整个屏幕上，而另外一些系统则是显示在屏幕的一小部分上，这样，操作员可以同时监视另一幅画面，并修改某点的信息。

5）报警显示

工业自动控制系统最重要的要求之一是在任何情况下，系统对紧急的报警都应立即作出反应。报警有许多种原因，如一个模拟量信号超出正常的操作范围就会引起报警。在DCS中，我们不但要求系统对一些重要的报警立即作出反应，而且要求对近期的报警作出记录，这样有助于分析报警的原因。

DCS一般具有强制报警显示、报警列表显示和报警确认功能。

（1）强制报警显示。不论画面上正在显示何种画面，只要此类报警发生，则在屏幕的上端强制显示出红色的报警信息，闪烁，并启动响铃。

（2）报警列表显示。在DCS-1000系统中存有一条报警列表记录，该记录中保留着近期100个报警项，每项的内容包括报警时间、点名、汉字名称、报警性质、报警值、极限、单位、确认信息。其中报警时间记录该项报警所发生的具体时间，格式为日／时／分／秒。报警性质为上限报警、下限报警等，报警值为报警时刻的物理量值。报警极限为对应的极限值。操作员可以按下“报警列表”键调出报警列表画面，将各报警记录列表分页进行显示，每页显示16项。

（3）报警确认。在报警列表时，已确认的和未确认的报警用不同的颜色进行显示，操作员可以在此画面上确认某一报警项。

6）趋势显示

DCS的一个突出特点是计算机系统可以存储历史数据，并以曲线的形式进行显示。一般的趋势显示有跟踪趋势显示和长期记录趋势显示。

（1）跟踪趋势显示。即操作员站上周期性地从数据库中取出当前的值，并画出曲线，称为实时趋势。一般情况下，实时趋势曲线不太长，通常每点记录100～300点，这些点以一个循环存储区的形式存在于内存中，并周期地更新。刷新周期也较短，从几秒钟到几分钟。实时趋势通常用来观察某些点的近期变化情况，特别是在控制调节时更为有用。

（2）长期记录趋势显示，又称为历史趋势。这种长期记录通常用来保存几天或几个月的数据。即使存储间隔比较长（如几分钟保存1次），占用的存储空间也是很大的，因此，DCS通常将这种长期历史记录存放在磁盘或磁带机上。长期历史数据可以用来显示长期趋势，也可以用来进行一些管理运算和报表。

系统中还设有一个标准的长期历史趋势显示画面，在该画面上操作员可以键入要显示的若干点的点名，以及要显示的时间等信息，就可以看到这些曲线。这种显示是在线进行的。

7）系统状态显示

有些DCS的操作员站上可以显示系统的组成结构和各站及网络干线的状态信息。

2.用户自定义显示功能

DCS通常是面向一类用户系统而设计的，每个现场有不同的显示要求，DCS厂家不可能完成用户所需要的所有显示要求，因为，一般的DCS都提供一些设施使用户可以生成自己特定的与应用有关的显示功能。与应用密切相关的显示要求有生产流程模拟显示和批控制流程图。所有画面均可按1 024×768分辨率真彩色显示，采用19英寸（1英寸＝2.54厘米）屏幕，如图3-9所示。

图3-9　流程图画面

1）生产流程显示

生产流程显示是DCS应用系统主要的显示功能。大多数的应用对象流程不可能在一幅画面上完全显示出来，因此，在显示过程中有几种常用技术。

2）分级分层显示

分级分层显示将一个大的流程图由粗到细形成有层次的画面结构，操作员可以调出整个流程的粗框画面，并配合提示菜单应用键盘上的相应控制键、光笔或触点（对触摸屏等）选择下一层的画面。

3）分块显示

分块显示将一幅大的画面分成若干幅相连的画面，然后部分地进行显示。分块显示有两种显示控制方式：一种是用轨迹球或鼠标等进行屏幕连续滚动，另一种是用翻页显示。例如，TELEPERM-M等系统支持翻页控制、西屋公司的WDPF和机电部六所的DCS-1000系统不仅支持几个翻页控制（页→，页←，页↑，页↓），还设有8个可编程控制键（F1—F8），这样在任何一幅画面下，操作员既可以切换到4个翻页画面，又可以翻到8个其他用户定义的画面或功能。

4）批处理显示

批处理控制画面应用于设计、监视或执行时间或事件驱动的顺序控制过程。

3.3.1.2　DCS画面显示的特点

DCS采用不同的画面显示方法，具有滚动显示、多窗口覆盖、画面优先级保护、立体流程画面显示和简单的动画功能，并支持动态绘画。

1.画面显示方法(www.xing528.com)

各种图形画面的显示方法有：

（1）通过一个由用户定义的画面目录表访问，用鼠标在目录表中选取图形或键盘输入，便可方便地切换到某一工艺流程图画面。

（2）通过控制总貌画面访问，在总貌画面上列出各控制回路的列表和当前运行状态，通过鼠标或键盘即可方便地控制回路所对应的流程画面。

（3）画面在组态时均可定义出由该画面切换至其他画面所对应的键码及相应的图标，这样通过键盘或鼠标也可方便地进入其他的画面。

（4）某些特定的画面可通过系统中的某些特定事件予以激活，这些事件包括报警发生、开关变位、定时到等。

总之，用户可以根据装置的实际需要，选择其中的1种或几种方法，建立自己的图形访问途径。

2.滚动显示功能

滚动显示功能支持1 024×768的大屏幕流程显示，在横向滚动条上通过鼠标可左右滚动显示。

3.图形画面支持多窗口覆盖功能

在一幅画面上最多可重叠显示10个图形窗口。该功能主要用于对流程图中某一部分进行细节显示。用鼠标在流程图中事先定义的窗口图符上单击一次，即可在该位置上拉出一幅反映流程细节的窗口来，该窗口中可以显示流程细节，也可以显示回路调节仪表或其他信息。

4.画面优先级及保护

画面显示支持一定的优先级或工段保护机制。对一个较大规模的控制系统，可事先定义出工段间保护功能，即对不同工段的画面只能调用、显示，不能会话操作。

5.支持动态会话功能

会话包括回路设定值和手动输出值的修改、手动开关的置位／复位等功能。该功能只需事先在画面上定义出相应的会话机制，并以图标表示，使用时用鼠标激活会话功能，即可实现会话操作。

6.立体流程画面的显示

工业过程中常见的管线、反应罐、反应塔等可用立体画面显示出来，大大提高了流程画面的逼真程度。

7.简单的动画功能

简单的动画功能包括动画图片的消隐、重现、来回切换、图片的简单移动等。

3.3.1.3　软键的功能

显示器显示画面的最下一行，通常显示有8个软键标记，它们随着显示画面的不同而被定义不同的内容。软键可以在系统生成时由用户定义。

1.操作功能

操作员站用来管理系统的正常运行，具有很强的操作能力。这些操作都与画面显示相结合，可借助功能键来完成功能键定义、回路状态修改、画面调用和展开、过程报告和信息输出等功能，从而大大方便了操作人员。

（1）功能键定义。操作键盘上有若干个功能键供用户定义，一旦定义完成，触摸该键即可完成指定功能。例如，定义画面组号、画面展开号、操作命令等。

（2）回路状态修改。在调出控制回路图后，可利用键盘修改回路的设定值和PID参数。

（3）画面调用和展开。利用功能键或其他键调出指定画面组并展开，可以得到指定范围的画面。

（4）过程报告含过程状态报告、历史事件报告和报警信息报告。过程状态是指控制回路的信息和状态，可以通过检索号有选择地报告。历史事件是指过去某一段时间内的过程信息，它们都以一定的格式显示和存储。报警信息可显示系统内的异常情况并由操作员确认。

（5）信息包含过程状态信息、顺序信息、报警信息及与操作有关的信息，这些信息都编有信息号供检索用。输出方式有打印机打印、存入硬磁盘保存等，对图形和曲线有硬拷贝输出功能。

2.打印功能

现代DCS的操作员站上均配有1～2台行式打印机，用来打印各种记录和信息。同时，多数的DCS操作员站还配有1台彩色打印机，用来打印屏幕上的图形信息。彩色打印机的工作较为单一，行式打印机可以打印操作信息、系统状态信息、生产记录信息和统计报表等。

（1）操作信息打印。许多DCS的操作员站配有1台打印机，用来随时打印操作员的各种操作。

（2）系统状态信息打印。一般的DCS操作员站上可以随时显示系统的状态报警信息。一些DCS在显示的同时，还将该条报警信息送至打印机打印以永久保留。

（3）生产记录信息和统计报表的打印。DCS具有记录报表打印功能，打印报表一般是定时激活的，操作员站允许操作工设置打印时刻。国外DCS的报表打印功能很简单，一般是简单的顺序记录。

3.安全操作管理

为维护系统安全，系统提供可组态的安全级、控制级和区域分配，它们可以独立地对每个操作员或每个操作员站进行组态，提供多种安全级来限制操作人员访问系统的功能。

4.操作员应用功能

操作员应用功能包括目录画面、概貌画面和控制分组画面的分配，趋势图中过程变量的分配和趋势记录的保存，操作标志的分配和定义，功能键、操作顺序和辅助指导信息定义，以及向外部输出记录点的分配等。

系统维护功能包括系统报警信息、控制单元一览显示、控制单元状态显示、操作员站状态显示、回路组状态显示。系统应用功能包括文件操作命令的应用和磁头清洗应用，其中，文件操作命令包括软盘和硬盘的初始化，软盘和硬盘之间的文件的装载、保存、对照及复制等；磁头清洗应用功能用于软盘的磁头清洗，将软盘的内容复制到硬盘。

此外，DCS还具有系统状态自诊断及显示、在线组态、系统操作口令字保护、操作记录、在线控制策略调试、系统时钟修改、文件转存等功能。

1）系统状态自诊断及显示

系统提供了系统状态自诊断功能，在系统的各个层次进行故障诊断，包括现场控制站CPU主控制器诊断、各过程通道板故障诊断、通信网络诊断等。

操作员站也有相应的设备诊断，如打印机故障诊断、键盘的故障诊断等。系统中各种设备的当前运行状态都可以在操作员站CRT上显示出来，用户可选择显示方式，如文字显示、色块显示等。

2）在线组态

通过系统提供的操作界面，对各工位的组态信息进行修改，如根据现场仪表的变动情况修改工位点的量程上下限、报警上下限、信号转换方式、工位点所对应的板号和通道号等。这些修改都是在整个系统正常运行的情况下完成的，无须停机。

3）系统操作口令字保护

系统可对不同级别的人员实行口令字保护，如系统工艺工程师使用工程师口令字、操作员使用操作员口令字等，操作员不能访问某些高级功能，如在线组态、回路整定等，只有工程师操作人员才可访问这些功能。

4）操作记录

操作人员的回路调整、设定值修改、在线组态、开关操作等，都可记录在一张操作记录表内，表上按时间顺序列出各操作发生时间、操作类别、操作对象等信息，可随时调出、查询操作记录，最多可记录最近500次动作。

5）在线控制策略调试

在流程图组态时，可以将控制策略，如回路功能块图、梯形图、开关联锁逻辑等以图形方式表现出来，配以动态显示数据，这样就可在控制调试时显示整个控制逻辑各环节的状况。

6）系统时钟修改

控制系统对时间精确度的要求很高，当系统经过长时间的运行后，难免会出现时钟误差及各站点时间不一致的情况。利用系统提供的在线时钟维护功能，可方便地对系统时钟进行修改（需在授权方式下），并通过网络将时钟信息发送至其他各站点，以保持整个系统时钟的同步。

7）文件转存

系统提供了历史趋势数据转存功能，这其实是一组实用的文件操作命令，即在不退出运行状态的情况下，通过调用这些命令，完成硬盘数据向软盘的转存。调用的方式有两种，一种是在系统提供的命令窗口中键入命令，另一种是在组态中定义操作画面，通过形象化的菜单操作实现这一功能。