人機界面在鍋爐監控系統中的應用

賈云婷

（遼河油田總機械廠 自動控制研究所，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備。它是利用所生產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性，能夠大幅度地提高稠油的采收率。因此，它被廣泛應用在我國各油田稠油及超特稠油的開采中，是稠油開發的核心設備。本文以燃油（氣）注汽鍋爐為研究對象，介紹人機界面在鍋爐控制系統中的應用。

1 鍋爐監控系統功能要求

鍋爐監控系統作為鍋爐控制系統中的一個重要組成部分，要能夠及時的、準確的反應鍋爐及其附屬設備的運行狀況，實現對鍋爐運行參數的監控和修改,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。在出現故障時，系統要能夠及時發出報警，并通知處理報警。在鍋爐點火時，要能對點火過程進行監控，并能實現對水流量，風量的調節。

2 鍋爐監控系統方案設計

鍋爐監控系統采用人機界面+PLC+現場設備的形式，上位機采用A-B公司的Panel View Plus 1500人機界面，下位機采用A-B公司的SLC500 5/05 PLC，現場設備為電磁閥，壓力變送器、等執行器。PLC采集來自現場設備壓力變送器、熱電偶等模擬量信號，將其傳送給人機界面，人機界面將其顯示出來，并實時監控，若發現異常現象就將信息發送回PLC，PLC通過控制現場的設備控制來鍋爐，確保鍋爐運行安全。人機界面與PLC通過網絡實現數據交換。圖1為系統控制原理簡圖。

圖1 系統控制原理簡圖

3 鍋爐監控系統硬件組成

3.1 顯示系統[1]

Panel View Plus 1500人機界面提供了一個10/100Base T以太網端口，一個可以用于文件傳輸、打印及與PLC通訊的RS232串行端口，用于連接鼠標、鍵盤或打印機的2個USB端口，支持CF閃存卡，同時具有DH-485,DH+,遠程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以太網端口，通過Internet/IP協議與PLC進行通訊。在通訊時，直接在NODE Address 中填寫該設備的IP地址即可。

3.2 控制系統

為了實現鍋爐控制的工藝要求，本系統選用AB SLC500系列PLC作為現場控制設備，因為該系列的PLC具有較高的性價比且具有強大的網絡通信功能，PLC可以直接通過網絡連接人機界面。控制系統有25路模擬量輸入、6路模擬量輸出，22個數字量輸入和25個數字量輸出。

4 鍋爐監控系統的界面設計[2]

4.1 設計圖形界面

根據實際情況，設計鍋爐監控系統的人機界面。統計鍋爐控制的所有的I/O變量，利用Asview SE組態軟件的畫面繪制工具繪制圖形，共繪制圖形界面8個，分別為主控界面、壓力顯示、溫度顯示、參數設置、報警顯示、點火畫面、調節畫面、幫主畫面8個部分。

4.2 添加標簽

添加標簽是Asview SE組態軟件的一個重要部分，在觸摸屏運行過程中，現場的數據要迅速的傳送給觸摸屏進行顯示，同時現場的情況也要以動畫的形式顯示在觸摸屏上，這些共能的實現都依賴于標簽的建立，觸摸屏需要為每一個I/O變量建立一個標簽。

4.3 建立動畫畫面

動畫畫面主要應用在主畫面上，用來生動的描述鍋爐的運行情況。為了達到動畫的效果，需要建立畫面圖形與變量標簽的對應關系，使現場信號的動態的反應到圖形界面上，從而實現了圖形的動畫效果，圖2為鍋爐運行的主畫面。當注塞泵運行時，會變成紅顏色，同時，管道會變成藍顏色，代表水流通過，柱塞泵停運時，會恢復藍綠色，管道恢復銀灰色。

在建立動畫連接時，只需要對柱塞泵添圖片的動作添加柱塞泵啟動I/O變量的標簽，就能夠實現對柱塞泵的監控。

圖2 鍋爐運行主畫面

4.4 建立現場數據監控與修改界面

鍋爐屬于壓力容器，監控不及時就容易發生爆炸，對現場數據的實時監控就顯得格外重要，將需要監控的數據統一放在一個界面內，更具人性化，使操作人員更容易監控。

4.5 點火畫面的建立

點火過程是鍋爐控制過程中的一個重要部分，需要對點火時的前吹掃、預吹掃、關閉風門、引燃火、主燃等各個時間段進行監控，這就需要建立時間條，用來顯示進行到什么時間段。

4.6 調節畫面的建立

調節畫面主要是針對風門可調節，柱塞泵變頻器可調節、回水調節閥開度可調節，以便實現鍋爐的水火跟蹤調節。在該界面，水量調節、火量調節和回水調節顯示盤顯示實際的水火百分比及趨勢。定值的設定范圍為0.0～100.0（對應的變頻器輸出頻率為0.00～50.0Hz或回水調節閥開度為0～100%），偏值的設定范圍為0.0～2.0（水量乘以偏值就是最終的火量）。在“調火開關”打開后，才可以調火。并且水、火顯示盤指針自動跟蹤。 圖3為調節畫面。

4.7 建立報警

為了保證現場安全生產，觸摸屏系統中設置了報警。通過對I/O變量的數據實時監控，當數據發生異常時會發生報警，報警燈閃爍，提示報警。同時，報警記錄里會記錄報警，知道操作人員確認報警并消除報警后，報警才會消失。生產過程中，蒸汽壓力高、管壁溫度低、瓦口溫度高、燃油壓力低等時，報警界面就會記錄這些報警，并根據程序的設定情況停爐。

圖3 調節畫面

4.8 用戶管理與系統安全

為了防止非技術人員對工程進行修改，需要對工程進行加密及權限管理，以此來確保系統的安全運行。系統共設置系統管理員、工程師、操作員三級操作權限，系統管理員具有最高操作權限，可使用控制系統的所有功能，工程師和操作員均具有相應的操作功能限制，操作員的權限最低。進入相應權限的系統需要輸入對應的用戶名稱和登錄口令。

5 結束語

人機界面是一種廣泛應用于各個領域的人機交互的方式，以上僅僅是以A-B公司的Panel View Plus 1500人機界面和SLC500 5/05 PLC為例，介紹了一種鍋爐監控系統，確保鍋爐運行安全可靠。它能夠及時、準確的顯示現場的數據，確保現場設備運行安全可靠。同時通過動態的顯示畫面，使人機界面更具人性化。

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

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