人機(jī)界面在鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

賈云婷

（遼河油田總機(jī)械廠 自動(dòng)控制研究所，盤錦 124209）

0 引言

燃油（氣）注汽鍋爐是油田開采稠油的專用注汽設(shè)備。它是利用所生產(chǎn)的高溫高壓濕蒸汽注入油井，加熱油層中的原油以降低稠油的粘度，從而增加稠油的流動(dòng)性，能夠大幅度地提高稠油的采收率。因此，它被廣泛應(yīng)用在我國(guó)各油田稠油及超特稠油的開采中，是稠油開發(fā)的核心設(shè)備。本文以燃油（氣）注汽鍋爐為研究對(duì)象，介紹人機(jī)界面在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)功能要求

鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)作為鍋爐控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，要能夠及時(shí)的、準(zhǔn)確的反應(yīng)鍋爐及其附屬設(shè)備的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控和修改,如：注塞泵入口水壓，霧化壓力、燃油壓力、管壁溫度、煙氣溫度等。在出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)要能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警，并通知處理報(bào)警。在鍋爐點(diǎn)火時(shí)，要能對(duì)點(diǎn)火過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)水流量，風(fēng)量的調(diào)節(jié)。

2 鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)采用人機(jī)界面+PLC+現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的形式，上位機(jī)采用A-B公司的Panel View Plus 1500人機(jī)界面，下位機(jī)采用A-B公司的SLC500 5/05 PLC，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備為電磁閥，壓力變送器、等執(zhí)行器。PLC采集來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備壓力變送器、熱電偶等模擬量信號(hào)，將其傳送給人機(jī)界面，人機(jī)界面將其顯示出來(lái)，并實(shí)時(shí)監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象就將信息發(fā)送回PLC，PLC通過(guò)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備控制來(lái)鍋爐，確保鍋爐運(yùn)行安全。人機(jī)界面與PLC通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。圖1為系統(tǒng)控制原理簡(jiǎn)圖。

圖1 系統(tǒng)控制原理簡(jiǎn)圖

3 鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成

3.1 顯示系統(tǒng)[1]

Panel View Plus 1500人機(jī)界面提供了一個(gè)10/100Base T以太網(wǎng)端口，一個(gè)可以用于文件傳輸、打印及與PLC通訊的RS232串行端口，用于連接鼠標(biāo)、鍵盤或打印機(jī)的2個(gè)USB端口，支持CF閃存卡，同時(shí)具有DH-485,DH+,遠(yuǎn)程I/O、Contronet通訊方式，能夠與SLC 5/05處理器的通道0、通道1直接通訊。在這里我們采用的是10/100Base T以太網(wǎng)端口，通過(guò)Internet/IP協(xié)議與PLC進(jìn)行通訊。在通訊時(shí)，直接在NODE Address 中填寫該設(shè)備的IP地址即可。

3.2 控制系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)鍋爐控制的工藝要求，本系統(tǒng)選用AB SLC500系列PLC作為現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備，因?yàn)樵撓盗械腜LC具有較高的性價(jià)比且具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，PLC可以直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接人機(jī)界面。控制系統(tǒng)有25路模擬量輸入、6路模擬量輸出，22個(gè)數(shù)字量輸入和25個(gè)數(shù)字量輸出。

4 鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)[2]

4.1 設(shè)計(jì)圖形界面

根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)界面。統(tǒng)計(jì)鍋爐控制的所有的I/O變量，利用Asview SE組態(tài)軟件的畫面繪制工具繪制圖形，共繪制圖形界面8個(gè)，分別為主控界面、壓力顯示、溫度顯示、參數(shù)設(shè)置、報(bào)警顯示、點(diǎn)火畫面、調(diào)節(jié)畫面、幫主畫面8個(gè)部分。

4.2 添加標(biāo)簽

添加標(biāo)簽是Asview SE組態(tài)軟件的一個(gè)重要部分，在觸摸屏運(yùn)行過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)要迅速的傳送給觸摸屏進(jìn)行顯示，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的情況也要以動(dòng)畫的形式顯示在觸摸屏上，這些共能的實(shí)現(xiàn)都依賴于標(biāo)簽的建立，觸摸屏需要為每一個(gè)I/O變量建立一個(gè)標(biāo)簽。

4.3 建立動(dòng)畫畫面

動(dòng)畫畫面主要應(yīng)用在主畫面上，用來(lái)生動(dòng)的描述鍋爐的運(yùn)行情況。為了達(dá)到動(dòng)畫的效果，需要建立畫面圖形與變量標(biāo)簽的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的動(dòng)態(tài)的反應(yīng)到圖形界面上，從而實(shí)現(xiàn)了圖形的動(dòng)畫效果，圖2為鍋爐運(yùn)行的主畫面。當(dāng)注塞泵運(yùn)行時(shí)，會(huì)變成紅顏色，同時(shí)，管道會(huì)變成藍(lán)顏色，代表水流通過(guò)，柱塞泵停運(yùn)時(shí)，會(huì)恢復(fù)藍(lán)綠色，管道恢復(fù)銀灰色。

在建立動(dòng)畫連接時(shí)，只需要對(duì)柱塞泵添圖片的動(dòng)作添加柱塞泵啟動(dòng)I/O變量的標(biāo)簽，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)柱塞泵的監(jiān)控。

圖2 鍋爐運(yùn)行主畫面

4.4 建立現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控與修改界面

鍋爐屬于壓力容器，監(jiān)控不及時(shí)就容易發(fā)生爆炸，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控就顯得格外重要，將需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)統(tǒng)一放在一個(gè)界面內(nèi)，更具人性化，使操作人員更容易監(jiān)控。

4.5 點(diǎn)火畫面的建立

點(diǎn)火過(guò)程是鍋爐控制過(guò)程中的一個(gè)重要部分，需要對(duì)點(diǎn)火時(shí)的前吹掃、預(yù)吹掃、關(guān)閉風(fēng)門、引燃火、主燃等各個(gè)時(shí)間段進(jìn)行監(jiān)控，這就需要建立時(shí)間條，用來(lái)顯示進(jìn)行到什么時(shí)間段。

4.6 調(diào)節(jié)畫面的建立

調(diào)節(jié)畫面主要是針對(duì)風(fēng)門可調(diào)節(jié)，柱塞泵變頻器可調(diào)節(jié)、回水調(diào)節(jié)閥開度可調(diào)節(jié)，以便實(shí)現(xiàn)鍋爐的水火跟蹤調(diào)節(jié)。在該界面，水量調(diào)節(jié)、火量調(diào)節(jié)和回水調(diào)節(jié)顯示盤顯示實(shí)際的水火百分比及趨勢(shì)。定值的設(shè)定范圍為0.0～100.0（對(duì)應(yīng)的變頻器輸出頻率為0.00～50.0Hz或回水調(diào)節(jié)閥開度為0～100%），偏值的設(shè)定范圍為0.0～2.0（水量乘以偏值就是最終的火量）。在“調(diào)火開關(guān)”打開后，才可以調(diào)火。并且水、火顯示盤指針自動(dòng)跟蹤。 圖3為調(diào)節(jié)畫面。

4.7 建立報(bào)警

為了保證現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)，觸摸屏系統(tǒng)中設(shè)置了報(bào)警。通過(guò)對(duì)I/O變量的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生異常時(shí)會(huì)發(fā)生報(bào)警，報(bào)警燈閃爍，提示報(bào)警。同時(shí)，報(bào)警記錄里會(huì)記錄報(bào)警，知道操作人員確認(rèn)報(bào)警并消除報(bào)警后，報(bào)警才會(huì)消失。生產(chǎn)過(guò)程中，蒸汽壓力高、管壁溫度低、瓦口溫度高、燃油壓力低等時(shí)，報(bào)警界面就會(huì)記錄這些報(bào)警，并根據(jù)程序的設(shè)定情況停爐。

圖3 調(diào)節(jié)畫面

4.8 用戶管理與系統(tǒng)安全

為了防止非技術(shù)人員對(duì)工程進(jìn)行修改，需要對(duì)工程進(jìn)行加密及權(quán)限管理，以此來(lái)確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。系統(tǒng)共設(shè)置系統(tǒng)管理員、工程師、操作員三級(jí)操作權(quán)限，系統(tǒng)管理員具有最高操作權(quán)限，可使用控制系統(tǒng)的所有功能，工程師和操作員均具有相應(yīng)的操作功能限制，操作員的權(quán)限最低。進(jìn)入相應(yīng)權(quán)限的系統(tǒng)需要輸入對(duì)應(yīng)的用戶名稱和登錄口令。

5 結(jié)束語(yǔ)

人機(jī)界面是一種廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的人機(jī)交互的方式，以上僅僅是以A-B公司的Panel View Plus 1500人機(jī)界面和SLC500 5/05 PLC為例，介紹了一種鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)，確保鍋爐運(yùn)行安全可靠。它能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的顯示現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，確保現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行安全可靠。同時(shí)通過(guò)動(dòng)態(tài)的顯示畫面，使人機(jī)界面更具人性化。

[1] Allen Bradley.Panel View Plus 操作員界面.2005.

[2] Allen Bradley.RSView Supervisory Edition Distributed HMI for Enterprise Solutions,2003.