集散控制系统的显示画面介绍

集散控制系统的显示画面主要指操作站、工程师站的显示画面。管理站或上位机的显示画面还可包括一些统计画面以及电子表格。

1.显示画面的分层结构

为了有效地进行管理和操作，操作站的显示画面是分层次的。集散控制系统的显示画面大致可分为四层。

（1）区域显示

区域显示是最上层的显示，在每幅区域显示画面中包含的过程变量的信息量最多。在操作显示级，它以概貌显示画面出现，在趋势显示级，以区域趋势显示画面出现，其他级的情况可类推。

画面一览表、报警一览表等显示画面用于显示全局的画面名称、描述以及报警点的类型、报警的性质、报警时的数值等报警属性，它们也具有较大的信息量，因此也属于区域显示的层次。

（2）单元显示

单元显示常被用于过程操作。对于操作显示来说，它以过程画面出现。过程画面是以工艺流程图为蓝本，进行合理分割而成。管道颜色应尽可能与实际管道所涂颜色或者与管道内流体特征颜色相一致。例如，通常用绿色表示水流体，用蓝色表示空气，用红色表示蒸汽等。过程中的设备应按一定比例的位置设置，可以全部或部分填充颜色。单元显示的信息量相对区域显示来说要小一些，通过单元显示画面，在操作显示级，操作员可以了解过程检测点和控制回路的组成，监视过程运行情况并实施过程操作。

（3）组显示

在操作显示级，组显示通常以仪表面板图的形式出现。仪表面板图可以一行或两行排列，每行4～5台仪表面板，对于一行排列的可达8～10台仪表面板。仪表面板图以模拟仪表为参照，但通常不画出有关按键和开关，仅直接用棒图与数字显示。在仪表面板图上，一般有仪表位号、仪表描述、棒图及各棒图的刻度单位、棒图显示相对应的数据（用不同颜色的棒图并以与棒图同样颜色显示相对应的数据）、报警状态、扫描时间等。

组趋势显示与组显示的仪表面板画面相对应，用于显示被测、被控变量，设定值和输出值等模拟量的变化趋势。与单元趋势显示比较，组趋势显示的信息量少，这主要是因为一幅画面中，虽然可有8～10个组趋势显示画面，但每个组趋势显示画面最多只能显示3～4个变量，例如被控变量、本地和远程设定及输出值。

（4）细目显示

在操作显示级，细目显示通常以点的形式出现。点可以是输入点，也可以是输出点，还可以是功能模块，例如PID功能模块、累加器模块等。点的含义相当于一台仪表或一个功能模块。因此，在操作显示级，细目显示包括该仪表的仪表面板、趋势画面，还包括该仪表的调整参数和非调整参数，以及用于调整的各种状态、标志的显示。总之，它包含了有关该仪表的所有信息。

在细目显示中的趋势图画面可以与组趋势显示画面中该点的趋势画面相同，但也可以不同，视组态时的设置情况决定。细目中的仪表面板图通常与组显示的仪表面板图中相应点的仪表面板画面相同。

2.概貌显示画面

概貌显示画面仅用于显示过程中各被测和被控变量的数值，它可以用绝对值表示，也可以用与设定值的偏差或者变化率表示。不同的集散控制系统，可以有不同的方式显示过程的概貌。

概貌显示画面的显示方式有多种，不同的集散控制系统提供的显示方式也不相同。最简单的显示方式就是根据动态点画面制成的。根据字符大小、CRT显示器的分辨率、显示信息的大小和多少，可以确定一幅概貌显示画面能提供的信息量或操作点的数量。通常，由集散控制系统制造商提供的标准显示画面格式有下列几种：

（1）工位号一览表方式

这种显示方式按仪表的工位号列出，整幅显示画面分为若干组，每组由若干工位号组成。正常值的工位号通常用绿色显示。当在正常值范围外时，工位号发生颜色的变化，如变成黄色或红色，并显示其超限的报警点类型，如低限、负偏差等。

有些集散控制系统采用类似工位号一览表的形式来实现概貌显示。其方法是把过程分为若干单元，在概貌显示画面上显示各个单元的名称，采用类似于动态键的组态方法对各个单元框组态，则整个过程即可由调用相关单元框的单元过程画面来获得。

（2）棒图方式

棒图方式有两种显示方式。一种方式是采用棒图显示模拟量数值，棒图中数量的大小由棒的长度来反映，以满量程为100%，棒的颜色在正常数值时显示绿色，当超过报警限值（低于低报警限或高于高报警限）时，棒的颜色改变，常为红色。为了使概貌显示画面包含较多的信息，棒图显示方式仅提供仪表的工位号及棒的相对长度。对于开关量一般用充满方块框表示开启泵、电动机或者闭合电路等逻辑量为1的信号，用空方框表示停止泵、电动机或者电路断开等逻辑量为0的信号。对开关量除了提供方框外，也显示相应仪表的工位号。棒图显示的另一种方式是用一个时间轴，模拟量在该时间段内有若干个采样值，如果其值超过设定值则向上，如不足则向下，其偏差的大小由向上或向下的棒的长度来表示。设定值即为时间轴。报警也采用颜色变化来显示。概貌显示也可采用仪表工位号及数值显示的方法，其他显示方式有雷达图、直方图等。

3.过程显示画面

过程显示画面是由用户过程决定的显示画面，它的显示方式有两种，一种是固定式，另一种是可移动式。固定式的画面固定，通常，一个工艺过程被分解为若干个固定式画面，各画面之间可以有重叠部分。对于工艺过程大而复杂的，采用分解成若干画面的过程单元，有利于操作。可移动式的画面是一个大画面，在屏幕上仅显示其中一部分，通常为1/4。通过光标的移动，可以上下左右移动画面，有利于对工艺全过程的了解，在工艺过程不太复杂且设备较少时可方便操作。由于大画面受画幅内存的限制，不可能无限扩大，因此，采用可移动式的显示方式在流程长、设备数量较多时也还需进行适当的分割。

过程显示画面应根据工艺流程经工艺人员和自控人员讨论后决定画面的分割和衔接。过程显示画面中动态点的位置、扫描周期应有利于工艺操作并与过程变化要求相适应。过程显示画面应根据制造厂商提供的过程显示图形符号绘制，管线颜色、设备颜色、颜色是否充满设备框、屏幕背景色等应与工艺人员共同讨论确定。明亮的暖色宜少选用，它容易引起操作员疲劳并造成事故发生。据报道，冷色调具有镇静作用，有利于思想集中，因此，在绘制过程显示画面的时候，一定要正确选择。颜色应在整个系统中统一，如白色为数据显示等。画面的扫描频率，根据研究，最宜人的频率是66次/s。过程动态点的扫描周期应根据过程点的特性确定。

过程显示画面与半模拟盘相似，它既有设备图又有被测和被控变量的数据。通过下拉菜单、窗口技术、固定和动态键可以方便地更换显示画面或者开设窗口显示等。工艺过程的操作可以在该类画面中完成。

4.仪表面板显示画面(www.xing528.com)

仪表面板显示画面以仪表面板组的形式显示运行状况。仪表面板格式通常由集散控制系统制造商提供。有些系统允许用户自定义格式。对不同类型的仪表（或功能模块）有不同的显示格式。仪表面板显示画面的显示格式通常采用棒图与数字显示相结合的方式，既具有直观的显示效果，又有读数精度高的优点，因此深受操作人员的欢迎。每幅画面可设置8～10个仪表面板显示画面，用一行或两行显示两种设置。每个仪表面板显示画面都包括仪表位号、仪表类型、量程范围、工程单位、所用的系统描述、各种开关、作用方式的状态等。所包含的显示棒的数量与该仪表类型有关，棒的颜色与被测或被显示的量有关，在同一系统是统一的。数据的显示颜色也与相应的显示棒颜色一致。通常包含一些标志，如就地或远程、手动或自动、串级或主控、报警或事件等。

集散控制系统的操作人员喜欢用仪表面板显示画面进行操作，而不喜欢采用具有全局监视功能的概貌显示画面。究其原因，主要是仪表面板显示画面与以前的模拟仪表面板的操作方式比较接近，它的设置又比过程显示画面整齐。

5.趋势显示画面

趋势显示画面有两类：一类趋势显示画面对采样数据不进行处理；另一类则进行数据归档处理，例如取最大值或最小值等。对于每一个采样时刻的采集数据都显示在趋势显示画面的趋势显示，常称为实时趋势显示。若在趋势显示画面上的一个显示点与一段时间内若干个采样数据有关，例如这段时间内所采样数据的最大值、最小值或者平均值等，则称为历史归档趋势显示。这段时间间隔称为归档时间或者浓缩时间，它必须是相应的变量采样时间的整数倍。实时趋势显示相当于模拟仪表的记录仪，但走纸速度较快，而历史归档趋势显示则相当于走纸速度慢几倍至几十倍的记录仪，其区别在于实时趋势显示的数据点是在离散的采样时间采集到的变量值，而记录仪是连续的变量数值的记录。历史归档趋势显示的数据点除了数据离散外，还进行了一些数据的处理。

除了在时间分割上，趋势显示画面进行分层显示外，在变量数量上，趋势显示画面也进行了分层。最底层的显示是一个变量或一个内部仪表中变量的趋势显示画面，其上层是多个变量的趋势显示画面。变量数目的增加有利于了解变量之间的相互关系。通常，变量数可多达8～10个。此外，从画面的大小来分，最小的趋势显示画面约为整个屏幕画面的1/8，其画面大小也可为1/4～1/2。最大的画面是通过画面放大得到的，其大小可为整个屏幕画面的4倍。

由于显示屏幕的分辨率是有限的，在一幅趋势显示画面上可显示的点数也就有限，为了以同样的采样时间或者归档时间显示出未在显示画面上显示的趋势变化，有些集散控制系统提供了可以把时间轴移动的功能。时间轴的移动分无级移动和有级移动两种。无级移动指时间轴的移动量可为原显示画面中两个相邻显示点间时间（可为采样时间或归档时间）的整数倍，有级移动则按系统提供的时间轴移动量进行时间轴的移动，通常是半幅画面的移动。

趋势显示画面除了显示变量的变化趋势外，还允许操作人员了解画面上某一时刻的变量数值。有些集散控制系统提供了这种定位功能，它是通过光标定位在某一时刻，从而显示相应的变量值的。当光标定位在曲线的末端，显示的数值就是当前时刻的采样值或经归档处理的数值。采用这种定位功能可以方便地了解变化曲线的最大值、最小值或其他数值，从而有利于对过程的分析和研究。

多个变量同时在一幅画面上显示趋势曲线时，会出现趋势曲线的重叠，为此，除了采用更改显示范围外，也可采用选择某一变量趋势曲线的消隐处理方法。通过该变量趋势曲线的消隐，使被重叠的变量趋势曲线显示出来。消隐处理可以采用动态键，通过组态定义需消隐的变量号。

6.报警显示画面

报警显示是十分重要的显示。在集散控制系统中，报警显示采用多种方法、多种层次实现。报警信号器显示是从模拟仪表的闪光报警器转化而来的。它的显示画面和闪光报警器类似，采用多个方框表示报警点，当某一变量的绝对值、偏差或者变化率达到报警限值时，与该变量相对应的方框就发出报警信号，报警信号包括闪烁、颜色变化及声响信号。当按下确认按键后，闪烁成为常亮，颜色变为红色或黄色（事件发生时），声响停止。在显示画面中各方框内标有变量名、位号、报警类型等信息。报警一览表显示，是集散控制系统常采用的报警显示画面，它的最上面一行报警信息是最新发生的报警信息，下面的行数越增加（或显示页数的增加），报警信息发生的时间越早。显示方式和内容大致应包括报警变量的工位号、描述、报警类型、报警时的数值、报警限的数值、报警发生的时间、报警是否被确认等。为了区别第一故障的报警源，对于报警发生的时间显示通常要求较高，多数集散控制系统可以提供的分辨率为毫秒级。报警的信息包括来自过程本身的信号、经计算后的信号以及经自诊断发现的信号，一旦这些信号达到组态或者系统规定的限值，它就会被显示出来。组态的限值信号可以通过组态改变，例如，被测变量的上、下限报警值。系统规定的限值是不允许改变的，例如，信号在量程范围外，低于-3.69%或高于103.69%则认为信号出错。

报警的处理操作有确认和消声操作，大多数集散控制系统采用不同的按键完成这些操作，小型系统也有合为一个按键的。当报警信号较多时，采用逐行确认报警将浪费时间，因此，有些集散控制系统还设置了整个页面的报警确认键。消声操作用于消除声响，不管是一个变量报警，还是多个变量报警，对选中的报警变量，按下消声按键即可消除声响。

确认操作是先用光标选中正在报警的变量（闪烁显示），按下确认键，则闪烁显示成为平光显示。应该指出，闪烁的部分通常是标志报警类型的符号或星号等，而报警变量的工位号、描述等部分在报警时显示颜色发生变化，通常是变为红色。确认操作并未消除报警发生的条件，它仅表示操作人员已经知道了该报警。只有当报警发生条件不满足时，变量的显示颜色才会改变成正常颜色，如绿色、白色等。而在报警一览表内，则会出现恢复到正常时的一些信息，包括工位号和报警消除发生的时间等，而且显示色也会成为正常色，通过报警发生和报警消除的时间比较，可以了解报警的持续时间。

7.系统显示画面

系统显示画面包括系统连接显示画面和系统维护显示画面。系统连接显示画面表明所使用的集散控制系统的组成。一种方法是采用连接图的形式，它表明系统中各硬件设备之间的连接关系。另一种方法采用树状结构的形式，它表明某设备有哪些外围设备与它相连接。例如，分散过程控制装置有几块模拟输入卡件、几块模拟输出卡件等。系统维护显示画面常与系统连接显示画面合并，例如，采用树状结构的系统连接显示画面，常在相应设备旁显示该设备的运行状态。

在一些集散控制系统中，系统的连接显示画面还提供了所含软件和硬件的有关特性。有些硬件的特性可以通过软件来组态改变，如连接的接口数、接口地址等。但大多数系统则由硬件实施，如通过开关、跨接片等来完成地址分配。

8.显示画面的动态效果

通常的显示画面上，仅有动态数据点是动态变化的。为了达到较好的动态效果，集散控制系统也对图形显示采用一些动态处理，得到动态的实感，常见的动态处理方法有下列几种：

（1）升降式动态处理方法

这种处理方法常用于物位的升降，采用充灌的颜色块上边线的移动达到动感。棒图显示也采用这种方法。

（2）推进式动态处理方法

这种处理方法常用于流体输送，采用2～3步表示流体位置符号正向逐步推进的显示来达到流体流动的动态，并采用不同的频率来表示流速的快慢。

（3）改变色彩的动态处理方法

这种处理方法常用于温度的显示，高温时显示红色，随着温度的下降，颜色变成橙色、黄色，正常时为绿色，温度过低则为蓝色。

（4）充色的动态处理方法

对于两位式的机械或电气设备，常采用设备框内充色表示设备的一种状态，不充色为另一种状态。在一个系统中应有统一的状态充色的规定。对于两位式的旋转设备，也可采用推进式动态处理的方法来动态显示旋转的桨叶或叶轮等。