分布式计算机控制系统监督控制层软件功能

1.现场数据采集和实时数据管理

与DCS 控制层软件相比，监督控制层软件也有实时数据的采集、处理、存储等功能。但由于控制层软件是面向直接现场控制的，而监督控制层软件则是面向操作员、人机界面的，因此在实时数据的采集处理、存储、数据库组织和使用等方面有很大的不同。例如，报警。由于现场控制站执行的是直接控制功能，并不需要人工干预，因此不设置报警的处理，而在操作员站上，报警就是必需的，而且要非常详细，因此两者对现场数据的处理和存储要求就有很大区别。应该说，DCS 监督控制层软件所需的数据来自直接控制层，但对数据的要求不同，因此要对直接控制层提供的数据进行进一步加工与处理。

现场数据和信息是DCS 监督控制的基础，DCS 通过I/O 服务进程实现现场数据的采集。这些现场数据来自DCS 的现场控制站，也可来自第三方设备，如各种类型的PLC 等。I/O 服务进程通过系统网络与这些现场设备进行通信，获取实时信息，并根据监督控制层软件和人机界面软件的需求对这些数据进行转换和处理，存于各类不同应用的数据库中，以便各种功能随时调用。

I/O 服务对现场数据的处理包括： 为所有数据加上完整的工艺名称；对在现场控制设备中未进行工程量转换的模拟数据进行工程量转换；对模拟数据进行报警上下限检查（多数系统会设置两个甚至三个报警限，如预报警、报警、紧急报警等）；判断实时数据的质量并加上相应的质量标签（如模拟量的超电量程、变化率超差、死数据、开关量处于摆动状态等）；识别事故，在出现事故时启动事故追忆功能；对事件顺序记录数据的时间进行处理，以形成全系统的统一时间标记等。

对于来源于第三方设备和软件的现场数据，DCS 的监控层应用软件应能提供广泛的应用接口或标准接口，如OPC、Modbus、PROFIBUS、SNMP 等，这样可以方便地接入具有相应标准协议的第三方设备，以得到这些设备上的数据。另外，系统还应该提供一套为用户编写新协议驱动程序的软件工具和接口，每个驱动程序以DLL 的形式连接到I/O 服务器进程。

在早期的DCS 中，直接控制是系统的主要功能，而监督控制只提供一种人工干预的手段，因此功能比较简单；相应的现场数据采集及处理功能主要为人机界面服务，只要能够满足现场工艺状态的显示和操作员直接下达控制命令就可以了，因此一般不设统一的实时数据库，也不设专门的服务器。随着DCS 功能的不断增加和扩充，监督控制层的软件越来越丰富，通过对现场数据的二次计算和处理分析，系统对现场数据的深度发掘和利用，使得监督控制层的功能在DCS 中所占的比例越来越大。这样，集中的实时数据库和专门的服务器就变得非常重要。现代DCS 中都设有专门的服务器，其中不仅存有整个DCS 的全局实时数据库，还通过二次计算等来进一步对现场数据进行加工处理，能提供更多、更全面的信息。全局的实时数据库为各种高级功能所共享，并提供方便、安全的访问机制，成为DCS 高级功能的信息基础。

2.报警监视

1）报警监视的内容

报警监视的内容包括工艺报警和计算机设备故障两种类型。工艺报警是指运行工艺参数或状态的报警，而计算机设备故障是指计算机系统本身的硬件和软件、通信链路发生的故障。由于计算机设备在故障期间可能导致相关的工艺参数采集、通信或操作受到影响，因此必须进行监视。

工艺报警按报警变量的类型一般可分为模拟量参数报警、开关量状态报警；按报警来源可分为外部变量报警、内部计算报警。

（1）模拟量参数报警。

模拟量参数报警监视一般包括以下内容：

①模拟量超过警戒线报警。通常在DCS 中可设置多级警戒线，以引起运行人员的注意，如上限、上上限或下限、下下限等。

②模拟量的变化率越限。用于关注那些用变化速率的急剧变化来分析对象可能的异常情况，如管道破裂泄涌可能导致的压力变化或流量的变化。

③模拟量偏离标准值。有的模拟量在正常工况下，应该稳定在某一标准值范围内，如果该模拟量值超出标准值范围，则说明偏离了正常工况。

④模拟量超量程。这可能是计算机接口部件的故障、硬接线短路或现场仪表故障等。

（2）开关量状态报警。

开关量报警监视一般包括以下内容：

①开关量工艺报警状态。例如，在运行期间的设备跳闸、故障停车及电源故障等。一般用开关量的状态表示，如开关量状态为0 表示正常，状态为1 表示故障等。

②开关量摆动。用于关注开关量的状态是否真实可靠用的。正常情况下，一个开关量的状态不会在短时间内频繁变化，开关量摆动有可能因设备的接触不良或其他不稳定因素导致，开关量摆动报警即及时提醒维护人员关注现场设备状态的可靠性。

（3）内部计算报警。

内部计算报警是通过计算机系统内部计算表达式运算后产生的报警，一般用于处理更为复杂的报警策略。较为先进的DCS 能提供依据计算表达式的结果产生报警信息的功能，这样用户就可以组合各种工艺参数进行运算，并根据运算结果产生报警信息。表达式运算报警组态工具为用户提供了一个非常灵活和应用面相当广泛的报警组态空间。例如，锅炉给水泵出口流量低报警的情况，当流量低时，还要考虑泵是否停运（或跳闸）而不能送水出现的低水流。如果是，则低水流就没有必要报警了，这时可以采用表达式运算来考虑上述报警情况，如“BL001 <10 AND BP001 ＝1”，其中BL001 为给水泵流量模拟量点，BP001 为给水泵运行状态开关量点。当表达式的值为真时，产生报警。

2）报警信息的定义

不同的DCS 厂家所提供的报警处理框架会有些不同，报警监视的人机界面也会有些差异，即使是同一个DCS 平台，也会因报警组态的不同而有不同的处理和显示格式。下面是常规的工艺报警信息定义。

（1）报警限值。

一般可根据工艺报警要求设置报警高限、高高限、低限、低低限等1 ～4 个限值，当模拟量的值大于设定的高限（高高限）或小于低限（低低限）时产生报警。有的应用要求设置更多层次的上下限级别。利用灵活的报警组态工具，可以根据实际需要来设计。

（2）报警级别。

一般按变量报警处理的轻重缓急情况将报警变量进行分级管理，不同的报警级在报警显示表中以不同的颜色区别，如以红、黄、白、绿表示4 种级别的报警重要性。

（3）报警设定值和偏差。

当需要进行定值偏差报警时，给定报警设定值和偏差。当模拟量的值与设定值的差大于该偏差值时，产生偏差报警。

（4）变化率和变化率单位。

当需要监视变量的变化速率时，设定此项。当模拟量的单位变化率超过设定的变化率时，产生变化率报警。

（5）条件报警属性与条件定义。

变量报警可选择为无条件报警或有条件报警两种报警属性。无条件报警即只要报警状态出现，就立刻报警。有条件报警为报警状态出现时，还要检查其他约束条件是否同时具备，如果不具备，则不报警。例如，锅炉给水泵出口流量低，通常会报警，因为正常运行时如果水流太低泵会被损坏。然而，如果当泵停运或跳闸而不能送水出现低水流，则是正常的电厂运行条件。这时应该屏蔽这种报警，以免这种“伪报警”干扰运行人员的思维活动。此时，应设置泵是否运行作为泵出口流量报警的条件点。

（6）可变报警条件及限值变量。

可变报警用于报警的上下限值非固定的情况。例如，有的现场工艺参数根据工艺运行工况的不同，可以设置不同的量程范围，针对不同的量程范围，应该设定不同的报警上下限。这种报警上下限的限值不是在组态时给定，而是在线运行时根据运行工况选定。组态时只定义该变量的报警是可变的，一般将可变报警限值定义成一个内部变量，运行时由预先所定义的算法填写。

（7）报警动作。

报警动作是在报警发生、确认或关闭时定义计算机系统自动执行的与该报警相关的动作。例如，推出报警规程画面；设置某些变量的参数或状态；直接控制输出变量（如模拟盘）；等等。

（8）报警操作指导画面。

报警操作指导画面是为了在报警时向运行人员提供报警操作指导的信息画面，如报警操作规程、报警相关组的信息等。注意： 具体的报警操作指导画面由人机界面组态工具或专用工具实现，这里只建立与报警操作指导画面的连接。

3）报警监视

计算机系统一旦探测到工艺参数或状态报警，要及时通知运行人员进行处理。一般的通知方法有以下几种。

（1）报警条显示。

在操作员屏幕上开辟报警条显示窗口，不论当时显示什么画面，只要有报警出现，都会将报警信息醒目地显示在窗口中。对于重要的报警还可配置报警音响装置，启动报警鸣笛，或者通过语音报警系统广播报警信息。

（2）报警监视画面。

报警监视画面是综合管理和跟踪报警状态的显示画面。有的DCS 应用系统固定一个屏幕显示报警监视画面。在报警监视画面上，可以有以下功能：

①按报警先后顺序显示报警信息，信息中按不同的颜色显示报警的优先级。

②按报警变量的实时状态更新报警信息，如以不同的颜色或信息闪烁、反显等来表示以下状态。

• 报警出现： 变量发生报警后未确认前的状态。

• 报警确认： 报警由运行人员确认后的状态。

• 报警恢复： 变量恢复正常的状态。

在操作员确认报警恢复后，将信息从报警监视画面中删除。

4）报警监视画面信息显示

在报警监视画面，要尽可能为操作员提供足够的报警分析信息。一般应包括以下信息。

（1）报警时间。

（2）报警点标识、名称。

（3）报警状态描述。例如，模拟量，如超上限、上上限、下限、下下限；开关量，如汽轮机跳闸。

（4）当前报警状态。例如，报警激活、报警确认、报警恢复等（可以用字体、颜色、闪烁、反显等表示）。

（5）报警优先级（可以用颜色表示）。

（6）模拟量报警相关的限值（如上限、上上限、下限或下下限）、量程单位。

（7）报警状态改变的时间。

5）报警摘要

报警摘要是计算机系统管理报警历史信息的功能，可用于事故分析设备管理及历史数据分析等。常规的报警摘要可包含的信息有： 报警名称和状态描述；报警激活的时间；报警确认的时间、人员；报警恢复的时间；报警恢复确认的时间、人员；报警持续的时间。

6）报警确认

报警确认是为了证明工艺报警发生后，运行人员确实已经知道了。对于什么时机进行报警确认，不同的用户有不同的方案。例如，有的用户定义“报警确认”表示运行人员已经“知道”了；有的用户定义“报警确认”表示运行人员已经“处理”了。具体如何定义，各DCS 应用用户可根据具体情况人为确定后，通过规章制度来保证。

3.事件顺序记录

事件顺序记录（Sequence Of Event，SOE）的功能是用于分辨一次事故中与事故相关的事件所发生的顺序，监测诸如断开装置控制反应等事件的先后顺序，为监测分析和研究各类事故的发生原因和影响提供有力根据。

事件顺序记录的主要性能是所记录事件的时间分辨率，即记录两个事件之间的时间精度。例如，如果两个事件发生的先后次序相差1 ms，系统也能完全识别出来，其顺序不会颠倒，则这个系统的SOE 分辨率为1 ms。

事件顺序分辨率的精度依赖于系统的响应能力和时钟的同步精度。一般的DCS 将SOE点设计为中断输入方式，并且在采集板上打上时间戳，来满足快速响应并记录时间的要求。但是，因为DCS 的分层分布式网络体系结构，每个网络上的结点都有自己的时钟，因此保证全系统SOE 分辨率精度的关键因素是系统的时钟同步精度。在分析SOE 分辨率时，要按设计层次进行分析。例如，有的DCS 分别列出SOE 分辨率： 站内1 ms；站间2 ms。也就是说，如果将所有SOE 点接到同一个站，则分辨率可以达到1 ms，如果分别接入不同的站，则最坏的情况是2 ms。这样来设计SOE 指标是比较科学的。

每个SOE 事故由一个事故源开关量和若干个开关量状态变化事件组成，当事故源开关量的状态发生变化时，SOE 事件记录就自动被建立，按时间顺序记录后续发生的相关事件，直到满足结束条件为止。

4.事故追忆

所谓事故，是指计算机系统检测到某个非正常工况的情况。例如，发电机组的汽轮机非正常跳闸，跳闸是事故的结果，但导致跳闸的原因可能有多种情况，这就需要分析跳闸前其他相关变量的状态变化情况，以及跳闸后对另一些设备和参数产生的影响。事故追忆是用于本事故发生后收集事故发生前后一段时间内相关模拟变量组的数据，以帮助分析事故产生的真正原因及事故扩散的范围和趋势等。在事故追忆中，一般模拟量按预先定义的采集周期收集开关量，按状态变化的时间顺序插入事故追忆记录。

1）事故追忆定义(www.xing528.com)

一般DCS 都会提供定义事故追忆策略和追忆数据组织的组态工具。例如，有的DCS可以由用户定义事故源触发条件的运算表达式，当表达式的结果为真时，触发事故追忆。

事故追忆的内容也是由用户组态定义的。数据追忆内容的定义一般包括一组追忆点、追忆时间（如事故前30 min，事故后30 min）、模拟量采样周期（如1 s）等内容。

2）事故追忆的组织处理

一般情况下，事故追忆点指的是模拟量，也有的应用可定义开关量点，即开关量也按采集周期显示开关状态。这种对开关量进行追忆的情况显然不够合理，因为开关量毕竟不会反复变化，这种方式显然比较浪费。而且，开关量的状态变化要求的实时性很高，这种按周期采集的方式时间精度不够高，对分析问题不利。

5.历史数据存储与管理

在DCS 中，历史数据是实时运行情况的记录，是非常重要的信息资源。早期的DCS受到机器性能、磁盘容量等限制，只对部分关键数据保存历史记录，以观看这些数据的变化趋势，这时历史数据库的作用就像一个趋势记录仪，不同的时期可能记录不同的数据。例如，电厂机组启停时，预先设置有关的参数到历史数据库，最后能得到完整的机组启停曲线。目前DCS 使用的机器性能都比较高，同时对过程完整记录和对这些基础数据分析再利用的应用要求越来越高，大大丰富了历史数据库的品种和记录的内容。

由于历史数据的保存价值不同、访问的实时性和开放性，以及操作习惯等应用要求的不同，因此历史数据库在DCS 中要分为几个不同的类别。

1）趋势历史库

趋势历史库就是为支持趋势显示曲线用的。在某些行业，趋势曲线作为对受控过程的监视手段。其特点如下：

（1）采样频率高。变化较快的过程量采样频率应为1 s。

（2）保存时间短。由于采样快，因此历史库文件尺寸的增长速度也快。因计算机的在线存储资源毕竟是有限的，所以一段时间后旧的历史数据必须删掉或保存到后备可移动介质（如MO、磁带等）上。而且考虑到在线数据的使用性，一般比较合理的保存时间是1 ～3 天。

（3）粗时标。每一个历史数据都对应一个采样时刻的时标。如果将时标与数据一起保存，历史数据库的文件大小将翻倍增长，甚至对时标的存储比数据本身的存储量还大。考虑到在趋势应用中绝对时间的参考意义不大，所以一般采用粒度较粗的绝对时标。

趋势历史库对过程能记录得比较精确而完整，因此广泛应用在各行业DCS 的趋势显示上，区别只是哪些过程量需要进入趋势历史库。对某些要求对完整运行记录存档的行业（如核电），就要求把所有过程量全部记录到趋势历史库中。

由于采样频率高，趋势历史库的实现一般不能基于现有的关系数据库系统，因此各DCS 厂家都有自己特定存储格式的历史库文件，只有在归档时才做可能的格式转换。如果不做格式转换，通常就要带一个配套的查询分析工具，以便恢复历史库中的内容。

趋势历史库的采样方式既可以是周期性的，也可以是基于变化的。后一种采样方式需要在组态时设定一个历史数据采样死区，即实时数据只有在其变化超过死区时，才作为历史数据进行记录，这虽然对连续变化的量在精度上有所损失，但可以大大减少历史数据所占用的存储量。如果采用前一种方式，则历史数据库的大小将很大，而且与整个系统的时间管理有密切的关系。

2）统计历史库

统计历史库记录的是过程量在一段时间内的统计结果，用于生成报表等统计类应用。例如，记录所有模拟量在1 min 内的最大值、最小值、平均值。

统计历史库由于有存储周期长的优势，所以可以在一定的存储资源内，其在线保存的时间长，有利于阶段性统计；也可以采用关系数据库，或以关系数据库的格式（如DBF）存储，使用户可以用标准的办公软件读取。

3）日志（事件记录）

日志用于记录系统中各种事件变化，典型的有开关量变位、过程报警、人工操作记录、通信故障、设备故障及系统内部产生的各类事件信息。

日志一般提供一定程度的分类查询功能，典型的查询条件有时间段、事件类型、区域、事件严重级等。查询深度取决于每个DCS 的事件处理模式和事件信息的结构化程度。日志中记录的事件都应采用绝对时标。日志和前述两种历史库是互为补充的关系，综合起来才能反映历史的过程全貌。

4）特殊事件记录

特殊事件记录保存一个特定的事件发生序列，用于记录单个事件的发生过程，如电力应用上的SOE 和事故追忆。

特殊事件记录强调真实记录事件发生的前后顺序。

6.日志（事件）管理服务

日志（事件）记录是DCS 中的流水账，它按时间顺序记录系统发生的所有事件，包括所有开关量状态变化变量报警、人机界面操作（如参数设定、控制操作等）、设备故障记录软件异常处理等情况。日志记录的完整性是系统事故后分析的基础。因此，在分析DCS 软件的性能时，日志记录的能力和容量也是重要的内容之一。

日志是按事件驱动方式管理的，当系统产生一个事件时，即由事件处理任务登录进系统事件，同时将该事件送至事件打印机打印。如果有操作员站正处在事件的跟踪显示中，则要进行信息的追加显示。

7.二次计算

二次计算是在一次采集数据的基础上，通过预先定义的算法进行数据的二次加工和处理，如计算平均值、最大值、最小值、累计值、变化率等，也包括对数据进行综合分析、统计和以性能优化为目的的高级计算。这类计算的结果一般也以数据库记录的格式保存在数据库中，由外部应用程序（如显示报表等）使用。

如何利用计算机系统采集的数据进一步提炼出有利于高层管理人员使用的信息，是高级计算设计人员的任务，也是不同DCS 应用设计的差别所在。高级计算设计人员必须对生产工艺非常了解。一个没有经验的DCS 应用设计者设计的系统，可能除了提供外部采集的信号外，不能提供任何进一步的信息；而一个经验丰富的应用设计人员，除了提供外部采集信息外，还能够设计出很多有价值的高级计算信息。在传统的DCS 应用中，一般由专业设计院来设计，有些有经验的用户也会设计自己的高级应用。近年来，不少DCS 厂家为了更好地推广自己的产品，开始注重引进各个行业的专家。另外，随着工程经验的不断积累，有些厂家已具备相当的设计专业化高级计算的能力。

二次计算的设计可分为通用计算和专业化计算两种情况。

1）通用计算

通用计算一般利用系统提供常规计算公式即可完成。一般DCS 都会提供常规的基本运算符元素。例如，+、-、* 、/等算术运算符；与、或、非、异或等布尔运算符；大于、小于、大于等于、小于等于、等于、不等于等关系运算符；通用的数学函数运算符；等等。设计人员在算法组态工具的支持下，可利用这些算法元素设计计算公式。此外，系统还会定制一些常用公式。例如，求多个变量实时值的最大值、最小值、平均值、累计值、加权平均值等，求单个变量的历史最大值最小值、平均值、累计值、变化率等；开变量的三取一、三取二、四取二状态延迟等逻辑运算；等等。

2）专业化计算

专业化计算是根据不同的应用专业来定制不同的专用算法。专业化计算一般要经过复杂的算法组态公式来实现，有的还要编制相应的程序。例如，在一个核电站计算机监控系统中，包含回路热功率计算、汽轮机效率计算、最高安全壳温度计算、热曲线计算、模拟量测量计算、氙预测计算、堆芯径向倾斜因子计算、控制棒位置监视计算等。这些程序经调试后可纳入算法库。这就是DCS 厂商随着工程项目的经验越来越丰富，所积累的算法就越来越多，计算功能的可重用性也越来越高的原因。这些专用算法一般是DCS 厂商在用户的协助下不断进行二次开发并不断总结经验积累起来的。因此，一个DCS 可提供的二次算法的数量和有效性，与其DCS 工程应用经验的积累有关。一般来说，工程经验越丰富，所提供的算法会越多。另外，大多数DCS 都提供用户自定义算法的组态和调试工具，这为用户自定义算法带来了极大的方便性。

8.图形用户界面

图形用户界面是DCS 监控软件的主要外部应用窗口，也是监控软件功能的集中体现。一般DCS 中都可根据应用规模和专业范围配置若干台操作员站，用于操作员集中监视工业现场的状态和有关参数。操作员站的监视页面一般提供的功能有： 模拟流程图显示；报警监视；变量趋势跟踪和历史显示；变量列表显示；日志跟踪和历史显示；表格监视；SOE显示；事故追忆监视功能；等等。

人机界面是数据采集和监控系统的信息窗口。不同的厂家的不同DCS 所提供的人机界面功能不尽相同，即使是同样功能，其表现特征也有很大差异。一个DCS 的功能是否足够、设计是否合理、使用是否方便，都可通过人机界面提供的画面和操作体现出来。下面简要介绍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 的基础显示画面一般应包括模拟流程图、趋势显示图、报警监视画面、日志跟踪画面、表格信息画面、变量组列表画面、控制操作画面等内容。

（1）模拟流程图显示画面。

模拟流程图是DCS 中的主要监视窗口。

①通过键盘自定义键、屏幕按钮及菜单等快速切换各种模拟流程图的显示。在一幅流程图上，可显示平面（或立体）图形和动态对象，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，等等。切换图形画面所需的操作步骤越少越好，对重要的画面最好能一键出图，一般性画面最多也不要超过两步；对相关联的画面，应在画面上设置相应的画面切换按钮、返回按钮，为操作员提供多种灵活方便的图形切换方式。

②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性的重要指标，目前很多DCS 都可以做到从操作到显示在2 s 内完成，有的还可以做到在1 s 内完成。当然，切换时间与画面上的动态对象的数量、对象的类型有关。因此，在考察各DCS 的画面响应能力时，应该以同等的画面动态对象为统一标准。

③模拟流程图中的动态变量是按显示周期更新的，一般包括各种工艺对象的动态状态或数值，如以颜色或图例区分工艺对象的状态、工艺参数的当前数值、跟踪曲线、棒图、饼图、液位填充及设备的坐标位置等。但是，显示更新并能不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，操作过程能从显示画面看到。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，那么一个数从变化到显示，最长可能需要3 s。有的DCS 为了提高数据更新的实时响应性，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，如采集周期为500 ms，画面更新周期为500 ms，即基本达到1 s 的实时响应性。因此，用户要了解DCS 的实时响应性，就必须知道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。

④图形画面的相关性操作。通常，在模拟流程图中还应支持一些辅助性操作，以提高系统的使用性能。例如，可以在模拟图中单击某对象，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、报警定义等；对变量进行曲线跟踪，显示曲线（或变量）的报警信息等；直接对该对象的参数进行在线修改。注意： 参数修改需要进行权限审查。

⑤有的DCS 还可以提供模拟流程图的历史方式显示，即可回放以前的系统状态。这种回放是以强大的高性能历史数据库为基础的。

⑥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）变量的跟踪和历史信息显示画面。

当需要监视变量的最新变化趋势或历史变化趋势时，可以调用曲线跟踪画面或数值跟踪画面。曲线跟踪画面显示宏观的趋势曲线，数值跟踪画面以数值方式提供更精确的信息。一般在曲线显示画面中，应提供时间范围选择、曲线的缩放和平移、曲线选点显示等操作。

通常，变化趋势成组显示，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。

趋势画面的显示风格也可以是人机界面组态。

（3）工艺报警监视画面。工艺报警监视画面是DCS 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。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、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4 种颜色对应4 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。报警确认包括报警确认和报警恢复确认，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，可能发生大量报警信息，因此报警监视画面上应提供过滤查询功能，如按点、按工艺系统、按报警级、按报警状态、按发生时间等进行过滤查询。此外，受限于画面篇幅，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多的信息，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、语音等警示功能。

（4）表格显示画面。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。

（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、人机界面操作等。为了从日志缓冲区快速查找当前关注的事件信息，在日志画面中一般应提供相应的过滤查询方法，如按点名查、按工艺系统查、按事件性质查等。

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，自定义组既可以由组态产生，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能提供不同的操作键或命令。例如，PID 算法可提供手动/自动按钮、PID 参数输入、给定值及输出值的输入方法。

组态工具生成的控制方案，可以根据系统实时运行参数进行调试，检查方案组态的正确性及方案运行的正确性。控制算法在线调试的显示画面与组态画面应保持一致。

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，必须贴近用户或与用户一起讨论，通过对信息的合理组织来设计满足用户操作习惯、信息完整、视觉舒适、操作方便的人机界面，其目标是提高工作效率、降低劳动强度、减少工作失误，以提高生产率水平。人机界面的设计一般应符合以下原则。

（1）一致性原则。这是指应该要求其概念模式、显示方式等的一致性，在类似的情况下具有一致的操作序列，具体是指在不同界面中都具有相似的界面外观布局、相似的交互方式及相似的信息显示等，如在提示、菜单和帮助中采用相同的术语。界面设计应保持高度一致性，以便用户不必进行过多的学习就可以掌握其共性，还可以把局部的知识和经验推广使用到其他场合。人机界面设计的一致性要求，对易学易用是极为重要的。

（2）提供完整的信息反馈。交互系统的反馈是指用户从计算机一方得到信息，表示计算机对用户的动作所做的反应。如果系统没有信息反馈，用户就无法判断自己的操作是否被计算机接受、操作是否正确，以及操作的效果是什么。反馈信息的呈现一般分为两种情况： 一种是直接响应信息，即操作结果的显示本身就是反馈信息，如画面切换等；另一种是特定的响应信息，即该操作将作用于系统内部的处理流程或参数变更等，如远程控制、在线下装等，命令操作后需要经过多个环节才能执行，是否执行成功，必须向操作者提供反馈信息。

（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区别，以便用户使用。在界面的空间使用上，应当形成一种简洁明了的布局。

（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，使用户的工作量小，工作效率提高。例如，让用户用最少的步骤完成一项操作。

（5）工作界面舒适性设计。例如，用合适的界面主色调，让用户在心情愉快的情况下，长时间工作而不感觉疲倦。

人机界面设计并不是简单的外壳包装，一个软件的成功与其完善的功能实现是分不开的。DCS 的内在功能将是人机界面设计的关键因素之一，因此在设计人机界面的过程中，不仅要注重美观实用的表现，还要考虑产品的底层技术准则。

9.远程控制操作

远程控制操作功能是指在距离操作对象较远的主控室（或操作站），通过DCS 监控软件提供的控制命令，对工艺对象或控制回路执行手动操作。这种操作在常规的DCS 中被称为软手操功能，在电力及长输管道等的监控系统中被称为遥控和遥调功能。

软手操是用CRT 画面模拟调节仪表的手操器，通过图形用户界面对现场进行操作控制的方式。在经典DCS 中，直接控制和软手操是系统的两大核心功能，因此各DCS 厂家都在这两方面进行精心设计，也表现出了不同的风格和特点。系统提供的控制操作功能包括PID 调节器、模拟手操、开关手操、顺控设备及调节门等。