人机界面在锅炉监控系统中的应用

0 引言

    燃油(气)注汽锅炉是油田开采稠油的专用注汽设备。它是利用所生产的高温高压湿蒸汽注入油井，加热油层中的原油以降低稠油的粘度，从而增加稠油的流动性，能够大幅度地提高稠油的采收率。因此，它被广泛应用在我国各油田稠油及超特稠油的开采中，是稠油开发的核心设备。本文以燃油(气)注汽锅炉为研究对象，介绍人机界面在锅炉控制系统中的应用。

1 锅炉监控系统功能要求

    锅炉监控系统作为锅炉控制系统中的一个重要组成部分，要能够及时的、准确的反应锅炉及其附属设备的运行状况，实现对锅炉运行参数的监控和修改，如：注塞泵入口水压，雾化压力、燃油压力、管壁温度、烟气温度等。在出现故障时，系统要能够及时发出报警，并通知处理报警。在锅炉点火时，要能对点火过程进行监控，并能实现对水流量，风量的调节。

2 锅炉监控系统方案设计

    锅炉监控系统采用人机界面+PLC+现场设备的形式，上位机采用A-B公司的Panel View Plus 1500人机界面，下位机采用A-B公司的SLC500 5／05 PLC，现场设备为电磁阀，压力变送器、等执行器。PLC采集来自现场设备压力变送器、热电偶等模拟量信号，将其传送给人机界面，人机界面将其显示出来，并实时监控，若发现异常现象就将信息发送回PLC，PLC通过控制现场的设备控制来锅炉，确保锅炉运行安全。人机界面与PLC通过网络实现数据交换。图1为系统控制原理简图。

图1 系统控制原理简图

3 锅炉监控系统硬件组成

3.1 显示系统

    Panel View Plus 1500人机界面提供了一个10／100Base T以太网端口，一个可以用于文件传输、打印及与PLC通讯的RS232串行端口，用于连接鼠标、键盘或打印机的2个USB端口，支持CF闪存卡，同时具有DH-485，DH+，远程I／O、Contronet通讯方式，能够与SLC 5／05处理器的通道0、通道1直接通讯。在这里我们采用的是10／100Base T以太网端口，通过Internet／IP协议与PLC进行通讯。在通讯时，直接在NODE Address中填写该设备的IP地址即可。

3.2 控制系统

    为了实现锅炉控制的工艺要求，本系统选用A-B SLC500系列PLC作为现场控制设备，因为该系列的PLC具有较高的性价比且具有强大的网络通信功能，PLC可以直接通过网络连接人机界面。控制系统有25路模拟量输入、6路模拟量输出，22个数字量输入和25个数字量输出。

4 锅炉监控系统的界面设计

4.1 设计图形界面

    根据实际情况，设计锅炉监控系统的人机界面。统计锅炉控制的所有的I／O变量，利用Asview SE组态软件的画面绘制工具绘制图形，共绘制图形界面8个，分别为主控界面、压力显示、温度显示、参数设置、报警显示、点火画面、调节画面、帮主画面8个部分。

4.2 添加标签

    添加标签是Asview SE组态软件的一个重要部分，在触摸屏运行过程中，现场的数据要迅速的传送给触摸屏进行显示，同时现场的情况也要以动画的形式显示在触摸屏上，这些共能的实现都依赖于标签的建立，触摸屏需要为每一个I／O变量建立一个标签。

4.3 建立动画画面

    动画画面主要应用在主画面上，用来生动的描述锅炉的运行情况。为了达到动画的效果，需要建立画面图形与变量标签的对应关系，使现场信号的动态的反应到图形界面上，从而实现了图形的动画效果，图2为锅炉运行的主画面。当注塞泵运行时，会变成红颜色，同时，管道会变成蓝颜色，代表水流通过，柱塞泵停运时，会恢复蓝绿色，管道恢复银灰色。

    在建立动画连接时，只需要对柱塞泵添图片的动作添加柱塞泵启动I／O变量的标签，就能够实现对柱塞泵的监控。

图2 锅炉运行主四面

4.4 建立现场数据监控与修改界面

    锅炉属于压力容器，监控不及时就容易发生爆炸，对现场数据的实时监控就显得格外重要，将需要监控的数据统一放在一个界面内，更具人性化，使操作人员更容易监控。

4.5 点火画面的建立

    点火过程是锅炉控制过程中的一个重要部分，需要对点火时的前吹扫、预吹扫、关闭风门、引燃火、主燃等各个时间段进行监控，这就需要建立时间条，用来显示进行到什么时间段。

4.6 调节画面的建立

    调节画面主要是针对风门可调节，柱塞泵变频器可调节、回水调节阀开度可调节，以便实现锅炉的水火跟踪调节。在该界面，水量调节、火量调节和回水调节显示盘显示实际的水火百分比及趋势。定值的设定范围为0．0～100．0(对应的变频器输出频率为0．00～50．0Hz或回水调节阀开度为0～100％)，偏值的设定范围为0．0～2．0(水量乘以偏值就是最终的火量)。在“调火开关”打开后，才可以调火。并且水、火显示盘指针自动跟踪。图3为调节画面。

4.7 建立报警

    为了保证现场安全生产，触摸屏系统中设置了报警。通过对I／O变量的数据实时监控，当数据发生异常时会发生报警，报警灯闪烁，提示报警。同时，报警记录里会记录报警，知道操作人员确认报警并消除报警后，报警才会消失。生产过程中，蒸汽压力高、管壁温度低、瓦口温度高、燃油压力低等时，报警界面就会记录这些报警，并根据程序的设定情况停炉。

图3 调节画面

4.8 用户管理与系统安全

    为了防止非技术人员对工程进行修改，需要对工程进行加密及权限管理，以此来确保系统的安全运行。系统共设置系统管理员、工程师、操作员三级操作权限，系统管理员具有最高操作权限，可使用控制系统的所有功能，工程师和操作员均具有相应的操作功能限制，操作员的权限最低。进入相应权限的系统需要输入对应的用户名称和登录口令。

5 结束语

    人机界面是一种广泛应用于各个领域的人机交互的方式，以上仅仅是以A-B公司的Panel View Plus 1500人机界面和SLC500 5／05 PLC为例，介绍了一种锅炉监控系统，确保锅炉运行安全可靠。它能够图3讽节画面及时、准确的显示现场的数据，确保现场设备运行安全可靠。同时通过动态的显示画面，使人机界面更具人性化。