DCS系统的用户界面设计优化

人机界面是DCS系统的信息窗口。不同的DCS厂家、不同的DCS系统所提供的人机界面功能不尽相同，即使是同样的功能，其表现特征也有很大的差异。DCS系统设计得是否方便合理，可以通过人机界面提供的画面和操作体现出来。下面简要介绍一下人机界面软件主要功能的画面和操作。

1.丰富多彩的图形画面

DCS的图形画面包括工艺流程图显示画面、趋势显示画面、报警监视画面、表格信息显示画面、日志显示画面、变量列表画面及控制操作画面等内容。

1）工艺流程图显示画面

工艺流程图是DCS中主要的监视窗口，用于显示工艺流程静态画面、工艺实时数据和工艺操作按钮等内容，DCS模拟造纸配浆流程如图4-11所示。

工艺流程图显示画面设计时应注意以下几点。

（1）为方便操作，要能够通过键盘自定义键、屏幕按钮及菜单等快速切换各种工艺流程图的显示。图形画面切换的操作步骤越少越好，重要的画面最好是一键出图，一般性画面最多也不要超过两步。相关联的画面可以在画面上设置相应的画面切换按钮和返回按钮，为操作员提供多种多样灵活方便的图形切换方式。为显示直观，可以在一幅流程图上显示平面或立体图形，可以有简单的动画，可重叠开窗口，可滚动显示大幅面流程图，可对画面进行无级缩放等。

（2）设计工艺流程图画面要注意切换画面时间不能太长，画面切换时间和动态对象的更新周期是衡量一个系统响应快慢的重要指标，最好做到1 s之内完成。当然，切换时间与画面上动态对象的数量和对象的类型有关，如果时间太长就应该分页显示。

图4-11　DCS模拟造纸配浆流程

（3）模拟流程图中的动态变量由现场控制站传来，所以数据是按周期更新的，一般包括各种工艺对象（如温度、压力、液位等）工艺参数的当前数值，工艺对象（如电动机启停的状态）的颜色区分、各种跟踪曲线、棒图、饼图、液位填充及设备的坐标位置等。显示更新周期并不能完全反映系统的实时响应性。实际上，一个现场工艺参数从变化到人机界面显示要经过控制器采集、网络通信到人机界面显示，操作员才能从显示画面看到。如果每个过程都是周期性执行，假如每个过程的周期为1 s，那么，一个参数从变化到显示出来最长可能要3 s。有的DCS为了提高数据更新的实施相应性，尽可能压缩各个阶段的周期，同时，数据通信采用变化传送的模式，如采集500 ms，画面更新周期500 ms，数据通信采用变化传送方式，即能基本达到1 s的实时响应性。因此，用户要了解DCS的实时响应性，必须知道DCS的采集、数据通信机制的内容，而不是简单地以画面更新周期为数据的实时响应性。在设计时应该使画面更新周期越快越好。

（4）设计时可以在图形画面上设置一些辅助性操作，以提高系统的使用性能。如可以在工艺图中单击某一对象，显示该对象的详细信息，如对象的名称、量程上下限、物理位置及报警定义等，或对变量进行趋势曲线跟踪、趋势曲线或变量的报警信息等，或对该对象的参数直接进行在线修改。当然，参数修改需要进行权限审查。

（5）模拟流程图可以在图形打印机上打印，还可以存为标准图形文件（如JPG、BMP等）。

2）趋势显示画面

当需要监视变量的最新变化趋势或历史变化趋势时，可以调用趋势画面。趋势画面的显示风格也可以是人机界面组态。曲线跟踪画面显示宏观的趋势曲线，数值跟踪画面是以数值方式提供更为精确的信息。一般在曲线显示画面中，应提供时间范围选择，曲线缩放、平移，曲线选点显示等操作。

变量的趋势显示一般是成组显示，一般将工艺上相关联的点组在同一组，便于综合监视。趋势显示组一般由用户离线组态。操作员站也可以在线修改。

3）报警监视画面

工艺报警监视画面是DCS系统监视非正常工况的最主要的画面。一般包括报警信息的显示和报警确认操作。一般报警信息按发生的先后顺序显示，显示的内容有发生的时间、点名、点描述及报警状态等。不同的报警级用不同的颜色显示。报警级别的种类可根据应用需要设置，如可设置红、黄、白、绿四种颜色对应四级报警。有的系统提供报警组态工具，可以由用户定义报警画面的显示风格。报警确认包括报警信息确认和报警恢复信息确认，一般对报警恢复信息确认后，报警信息才能从监视画面中删除。

在事故工况下，可能会发生大量的报警信息，因此，报警监视画面上应提供查询过滤功能，如按点、按工艺系统、按报警级、按报警状态及按发生时间等进行过滤查询。此外，因画面篇幅有限，报警信息行显示的信息有限，可通过一些辅助操作来显示更进一步的信息，如点详细信息、报警摘要信息及跟踪变化趋势等。此外，有些系统还可配合警铃、声光或语音等警示功能。

4）表格信息显示画面(www.xing528.com)

为了方便用户集中监视各种状态下的变量情况，系统一般提供多种变量状态表，集中对不同的状态信息进行监视。例如，一个核电站计算机系统中包含了报警表（只记录当前处于报警状态的变量）、模拟量超量程表、开关量抖动表、开关量失去电源状态表、手动禁止强制表、变化率超差表、模拟量限值修改表和多重测量超差状态表等。

5）日志显示画面

日志显示画面是DCS跟踪随机事件的画面，包括变量的报警、开关量状态变化、计算机设备故障、软件边界条件及人机界面操作等。为了从日志缓冲区快速查找当前所关注的事件信息，在日志画面中一般也应提供相应的过滤查询方法，如按点名查询、按工艺系统查询及按事件性质查询，等等。另外，针对事件相关的测点，在日志画面上也应提供直接查看详细信息的界面。

6）变量列表画面

变量列表是为了满足对变量进行编组集中监视的要求。一般可以有工艺系统组列表、用户自定义变量组列表等形式。工艺系统组一般在数据库组态后产生，自定义组可以由组态产生，也可以由操作员在线定义。

7）控制操作画面

控制操作画面是一种特殊的操作画面，除了含有模拟流程图显示元素外，在画面上还包含一些控制操作对象，如PID算法、顺控、软手操等对象。不同的操作对象类型，提供不同的操作键或命令，如PID算法，就可提供手动／自动按钮、PID参数输入、给定值及输出值等输入方法。

2.人机界面设计的原则

人机界面设计关系到用户界面的外观与行为，在界面开发过程中，必须贴近用户，或者与用户一道来讨论设计。其目的是提高工作效率、降低劳动强度及减少工作失误，提高生产率水平。人机界面的设计一般应符合以下原则。

1）一致性原则

由于DCS通常由多人协作完成，因此在界面设计上需要保持高度一致性，使其风格、术语都相同，用户不必进行过多的学习即可掌握其共性，还可以把局部的知识和经验推广使用到其他场合。

2）提供完整的信息

对于工艺数据信息，在人机界面上都应能完整地反映出来。同时，对用户的操作，在界面上也应该表现出来，如果系统没有反馈，用户就无法判断他的操作是否为计算机所接受、是否正确以及操作的效果是什么。

3）合理利用空间，保持界面的简洁

界面总体布局设计应合理。例如，应该把功能相近的按钮放在一起，并在样式上与其他功能的按钮相区别，这样用户使用起来将会更加方便。在界面的空间使用上，应当形成一种简洁明了的布局。界面设计最重要的就是遵循美学上的原则——简洁与明了。

4）操作流程简单快捷

调用系统各项功能的操作流程应尽可能简单，使用户的工作量减小，工作效率提高。画面尽量做到一键出图，参数设置可以采用鼠标单击对象和键盘输入数据的方式，也可采用鼠标单击对象弹出计算器窗口的方式。总之，尽可能简化操作。

5）工作界面舒适

工作界面的舒适性是指能够让用户在心情愉快的情况下，长时间工作而不感觉疲倦。例如，红色热烈、刺眼，易产生焦虑心情，一般只在重要级别的报警时使用，以引起操作员的高度重视；蓝色平静、科技、舒适；明色干净、明亮，但对眼睛有较多刺激，长时间工作易引起疲劳；暗色安静、大气，对眼睛刺激较少。

当然，人机界面的设计并不是简单的外壳包装，一个软件的成功是与其完善的功能分不开的。DCS的内在功能将是人机界面设计的关键因素之一，在设计人机界面的过程中应注重的不仅仅是美观的外在表现，而是产品的实用价值。