一、引言

現(xiàn)代自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)幾乎都是基于Object畫(huà)面，工藝流程、系統(tǒng)性能指標(biāo)、系統(tǒng)特性參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)展趨勢(shì)、歷史沿革、管理實(shí)現(xiàn)等都可以實(shí)時(shí)直觀地通過(guò)畫(huà)面逼真地展現(xiàn)在操作管理決策者面前。因?yàn)閳D形信息包含的信息量比其他形式如文字、符號(hào)、聲音等大得多，是人機(jī)交互的有效手段，因此人機(jī)交互畫(huà)面的設(shè)計(jì)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中占有重要地位。工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件的發(fā)展為這些畫(huà)面的制作與連接提供了強(qiáng)有力工具，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)視、控制與管理等功能帶來(lái)了極大的方便。本文就自動(dòng)控制系統(tǒng)中的圖形用戶界面設(shè)計(jì)問(wèn)題從應(yīng)用角度作些討論。

二、對(duì)畫(huà)面監(jiān)控平臺(tái)的基本要求

自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)應(yīng)能通過(guò)畫(huà)面方便、快捷地達(dá)到下面的基本要求：

1．既可以滿足系統(tǒng)整體運(yùn)行的聯(lián)動(dòng)控制和對(duì)單體設(shè)備的單獨(dú)控制，又允許現(xiàn)場(chǎng)單動(dòng)控制；

2．對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)能在限定時(shí)間內(nèi)給予處理和響應(yīng)，并準(zhǔn)確及時(shí)地控制信息發(fā)布；

3．控制規(guī)律和參數(shù)可以通過(guò)畫(huà)面方便地在線調(diào)節(jié)和設(shè)定；

4．人機(jī)界面可以直觀地看到現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，故障信息能夠及時(shí)傳給監(jiān)控操作平臺(tái)，操作平臺(tái)能以聲、光和圖象等形式提醒操作人員；

5．能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)和設(shè)備信息分類(lèi)管理；

6．支持?jǐn)?shù)據(jù)管理信息的輸出打??；

7．當(dāng)監(jiān)控操作平臺(tái)因特殊原因下線脫離監(jiān)控后，現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)仍然可以聯(lián)動(dòng)運(yùn)行；

8．能滿足冗余和容錯(cuò)控制要求。監(jiān)控軟件因（如突發(fā)故障等）不能正常使用時(shí)，應(yīng)有備份可以及時(shí)投入使用。當(dāng)進(jìn)行非正常操作（如誤操作）或意外觸發(fā)控制時(shí)，具有一定的容錯(cuò)性而不會(huì)盲目進(jìn)行響應(yīng)；

9．具有超馳控制的安全保護(hù)措施。如當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)遇到事故報(bào)警、偏差超限和故障等異常信號(hào)且操作人員因其他原因無(wú)法及時(shí)給以控制或采取措施時(shí)，將整個(gè)操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到預(yù)先設(shè)定好的一些安全狀態(tài)。

三、圖形用戶界面設(shè)計(jì)

（一）人機(jī)界面

人機(jī)界面是指人類(lèi)用戶與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的通信媒體或手段，它是人機(jī)雙向信息交換的支持軟件和硬件。20世紀(jì)70年代以后，逐漸形成了所謂的WIMP界面，即以窗口（Windows）、圖標(biāo)（Icon）、菜單（Menu）和指點(diǎn)裝置（Pointing device）為基礎(chǔ)的人機(jī)界面技術(shù)。目前的多媒體界面（Multimedia Interface）是WIMP的進(jìn)一步拓展風(fēng)格，多媒體界面在界面信息的表現(xiàn)方式上作了改進(jìn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多媒體和可視化對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)界面交互提出了高效、三維和非精確的要求，即人機(jī)界面具有自然進(jìn)行三維直接操作的能力，能支持時(shí)變媒體，實(shí)現(xiàn)三維、非精確及隱含的人機(jī)交互。

（二）圖形用戶界面的設(shè)計(jì)

一般情況下，現(xiàn)場(chǎng)控制器是由專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員和設(shè)備維護(hù)人員監(jiān)管的，他們對(duì)人機(jī)界面上能反映的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息量及其類(lèi)型、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)情況很關(guān)心，對(duì)控制操作希望能夠簡(jiǎn)單、快捷、及時(shí)、準(zhǔn)確和方便，對(duì)于突發(fā)故障事件，要求能迅速切換設(shè)備和切除報(bào)警。所以在設(shè)計(jì)面向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)底層控制的人機(jī)界面時(shí)，有一些特殊要求和應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)原則。

1．現(xiàn)場(chǎng)底層對(duì)圖形用戶界面的基本要求

（1）將用戶界面操作化繁為簡(jiǎn)。簡(jiǎn)短的操作命令，便于快速輸入和執(zhí)行控制信息。簡(jiǎn)化人機(jī)交互對(duì)話步驟，如默認(rèn)一些正常運(yùn)行時(shí)的常用參數(shù)值。根據(jù)設(shè)備操作和運(yùn)行規(guī)律，捆綁式輸入各組控制參數(shù)。必要時(shí)屏蔽和捆包一些在運(yùn)行操作時(shí)進(jìn)行的參數(shù)傳遞和對(duì)話細(xì)節(jié)，而在維護(hù)或診斷時(shí)可根據(jù)一定步驟解開(kāi)或細(xì)查這些參數(shù)和對(duì)話細(xì)節(jié)。

（2）盡量將所控制的設(shè)備對(duì)象的重要參數(shù)信息直接反映在主界面上，并且按照人機(jī)交互頻率及其重要性要求，排布它們?cè)诮缑嫔系娘@示位置。對(duì)象的動(dòng)態(tài)變化重要參數(shù)和實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)信息，宜以圖表的形式顯示在界面上以便于直觀地實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制。

（3）減少和避免二級(jí)菜單操作和控制?，F(xiàn)場(chǎng)控制的實(shí)時(shí)性要求很高，二級(jí)菜單不利于提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。在現(xiàn)場(chǎng)操作人員能夠且較容易接受的情況下，適宜于以減少界面上圖標(biāo)的數(shù)量和大小來(lái)?yè)Q取直接監(jiān)控對(duì)象的參數(shù)可能性及數(shù)量。

（4）對(duì)于突發(fā)事件設(shè)置界面顯示或提示優(yōu)先權(quán)，宜采用受事件激發(fā)彈出式對(duì)話窗口界面的交互方式，事件解決優(yōu)先權(quán)的設(shè)置結(jié)合工藝重要性要求和順序進(jìn)行。

（5）協(xié)調(diào)操作界面的顯示模式。在實(shí)際設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，通常會(huì)出現(xiàn)的一種矛盾情況是：熟練操作人員（如崗位操作手）希望用多種控制語(yǔ)言輸入方式，以求快捷和及時(shí)，而其他技術(shù)人員（如監(jiān)管人員、維護(hù)人員或崗位新手）希望多用圖標(biāo)對(duì)話方式，以求直觀方便和減少記憶指令。因此科學(xué)合理的協(xié)調(diào)上述兩種界面操作方式的配合是非常重要的一環(huán)，必要時(shí)要設(shè)計(jì)以圖標(biāo)對(duì)話操作為主的交互界面與以控制命令語(yǔ)句輸入為主的交互界面的二重用戶界面，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行切換操作。

（6）設(shè)置安全操作保護(hù)措施?，F(xiàn)場(chǎng)控制器直接面向生產(chǎn)和設(shè)備，通常為了快速啟動(dòng)、控制和運(yùn)行，所設(shè)置的控制口令簡(jiǎn)短，訪問(wèn)權(quán)限和密碼較少，因而容易產(chǎn)生誤操作，直接危及生產(chǎn)安全和可靠性。為此連鎖控制和保護(hù)診斷輸入應(yīng)在交互界面設(shè)計(jì)中得到重要體現(xiàn)。對(duì)于不符合正常運(yùn)行操作或邏輯順序的控制信息輸入要給出提示或警告信息，按分類(lèi)和級(jí)別拒絕執(zhí)行或等待進(jìn)一步確認(rèn)后才執(zhí)行。

（7）設(shè)置系統(tǒng)安全運(yùn)行保護(hù)措施?，F(xiàn)場(chǎng)控制中，要突出超馳控制的安全保護(hù)措施，根據(jù)事故發(fā)生的原因及類(lèi)別執(zhí)行自動(dòng)切手動(dòng)、優(yōu)先減、禁止增和禁止減等邏輯操作，將該控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到預(yù)先設(shè)定好的一些安全狀態(tài)上。

2．人機(jī)界面設(shè)計(jì)原則

監(jiān)控系統(tǒng)除了同專(zhuān)業(yè)工程師和系統(tǒng)維護(hù)工程師進(jìn)行人機(jī)交互外還要對(duì)非專(zhuān)業(yè)管理人員進(jìn)行人機(jī)交互，如生產(chǎn)決策、計(jì)劃和銷(xiāo)售人員等需要通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)界面了解現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況，并且發(fā)布一些控制信息來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)運(yùn)行。因此，他們對(duì)人機(jī)界面的直觀性和友好性要求較高，人機(jī)界面設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮以下原則。

（1）順序原則。即按照處理事件順序、訪問(wèn)查看順序（如由整體到單項(xiàng)，由大到小，由上層到下層等）與控制工藝流程等設(shè)計(jì)監(jiān)控管理和人機(jī)對(duì)話主界面及其二級(jí)界面。

（2）功能原則。即按照對(duì)象應(yīng)用環(huán)境及場(chǎng)合具體使用功能要求，各種子系統(tǒng)控制類(lèi)型、不同管理對(duì)象的同一界面并行處理要求和多項(xiàng)對(duì)話交互的同時(shí)性要求等，設(shè)計(jì)分功能區(qū)分多級(jí)菜單、分層提示信息和多項(xiàng)對(duì)話欄并舉的窗口等的人機(jī)交互界面，從而使用戶易于分辨和掌握交互界面的使用規(guī)律和特點(diǎn)，提高其友好性和易操作性。