将情景感知整合到HMI中的五个改进

随着ISA-101标准旨在提高操作人员的效率,将实用的HMI设计概念引入工厂也得到了更多的关注。重点介绍了五项改进。

通过迈克·列侬 2022年3月1日
提供:应用控制工程

在工厂中,可能会有各种各样的努力和系统来增加过程正常运行时间和提高产品质量。然而,在持续改进的努力中,人机界面(HMI)经常被忽视,即使它提供了操作员日常决策所依赖的过程的关键窗口。很多时候,组织对待hmi就好像它们是固定不变的,如果不进行重大且昂贵的系统检修就无法改变。

事实上,在许多系统现代化中,范围通常局限于原地升级或复制操作人员以前的操作。随着时间的推移,HMI的这种停滞不前的心态可能会导致一些低效率的问题,例如对警报的响应缓慢(或完全缺失一个),难以确定问题的根本原因或执行维护或校准任务,以及新操作员需要长时间的培训才能从经验丰富的操作员那里学习使用HMI的所有技巧。

isa - 101标准为了提高操作人员的效率,将实用的HMI设计概念引入工厂,包括推动开发促进态势感知的图形,以及使用如下所示的四级组织方法的设计结构。

以下是考虑在工厂的HMI中实施态势感知概念的五个原因。

改进1:对异常情况的反应时间更快

想象你是一个坐在控制室里的操作员。在下面图1中的两个hmi中,您可以最快地识别出潜在的错误?(提示,这是一个低-低级别。)

图1:顶部的HMI图形可能是在90年代末或21世纪初设计的,而底部的HMI是最近优化的3级图形,可以清晰地显示关键信息和警报状态。提供:应用控制工程

图1:顶部的HMI图形可能是在90年代末或21世纪初设计的,而底部的HMI是最近优化的3级图形,可以清晰地显示关键信息和警报状态。提供:应用控制工程

第一个HMI图形是当时开发的非常典型的图形,包括旋转和改变颜色的动画,然而,很难快速识别异常情况。相反,底部的3级图形可能看起来不那么令人兴奋,但它清楚地描绘了低-低级别警报,因为颜色被战略性地(并且谨慎地)用于识别异常,而不是贯穿整个图形。通过使用这种类型的灰度图形来提供低对比度的条件描述,可以更快地识别和处理异常情况。如果保存了一批产品,预测或防止了可能导致计划外停机的问题,或者提高了生产质量,那么为HMI投资3级图形(可以清楚地传达像这样的异常情况)可能会很快得到回报。

改进2:更快地确定问题的根本原因

继续查看图1中的示例屏幕,可以直观地表示坦克,但是关于坦克及其内容的状态所传达的唯一信息是级别很低。相反地,情境感知图清楚地显示了坦克水平随着时间的推移而下降的趋势。这些上下文信息有助于确定可能导致低级别问题的原因。例如,如果这张图显示的是一个过程的容器,其反应的共振时间为12小时,那么在这段时间内,容器的液位不应发生任何变化。但是,如果储罐的水位正在缓慢下降,在调查低水平的根本原因时,一个很好的开始是检查所有的阀门,看看是否有一个阀门破裂或泄漏。

改进3:简化日常维护和校准

为了继续改进,实现ISA-101概念的图形还将帮助维护人员更快地诊断和解决仪器和硬件问题。任何时候,当一台设备出现问题时,维护和校准人员都需要到工程工作站进行故障排除。相反,如果实现了4级图形,如果有正确的信息,维护和校准人员可以更容易地诊断问题,例如:

  • 供应商滑橇细节图形
  • 进程的互锁状态
  • I/O卡诊断
  • 变频驱动诊断。

Level 4图形对于解决与联锁或许可相关的问题特别有用。例如,如果一个泵没有启动,这可能是因为一个阀门可能需要打开泵启动。操作人员可能会观察到阀门是否打开,从而导致故障排除的复杂性。但是,如果控制系统不知道阀门是打开的,因为它没有从限位开关接收到适当的反馈信号,泵将不会运行。这是一个过程安全特性,意味着限位开关通常存在电气或机械问题。如果可以在级别4的图形中识别这类信息,则可以显著减少所需的故障排除时间。

改进4:简化操作人员培训

当涉及到已经存在了几十年的HMI时,组织中通常有经验丰富的老手,他们了解操作流程的所有技巧和变通方法,并在HMI系统中找到他们需要的信息。例如,随着时间的推移,许多运营商已经创建了自定义趋势报告来监控某些条件。虽然这些作业人员的第二天性,但这些做法将使作业人员的培训复杂化,并且随着经验丰富的作业人员开始退休,新作业人员面临知识缺口的风险。一个设计良好的人机界面,利用态势感知的概念,由多个级别的屏幕组成,可以帮助大大简化操作员的培训。不需要记住监视作为较新的子系统或关键性能指标(KPI)的工作而创建的自定义趋势报告,具有操作员所需的所有相关信息的指标可以轻松地构建到2级或3级图形中。

改进5:通过更好的信息、自动化推动流程改进

在许多工厂中,操作员使用一个拥有所有信息的HMI,但它可能不是以最有效的方式组织起来的。几年前,我在一个水力发电厂安装了一个系统。当我坐在人机界面前时,我注意到操作员总是有一个自定义趋势,只有两个参数加载为笔,管道的水平值。事实证明,这些信息提供了这些值,是该设施的关键指标。操作员观察这一趋势,以了解工厂是否运行良好。如果不是,那么他将导航到我们提供的基于p&id的图形之一,以使工厂回到正轨。我添加了运营商的自定义趋势作为主要导航项,这样它总是一个点击。

这个例子出现在ISA-101之前,但是它很好地说明了对2级图形(如下面的图2所示)的需求。简而言之,第2级图形应该在一个图形上显示流程的所有关键信息,并允许操作员采取所需的操作,而无需导航到其他显示。

图2:显示反应器状态的2级图形示例。提供:应用控制工程

图2:显示反应器状态的2级图形示例。提供:应用控制工程

持续改进HMI信息

当您开始与管理层讨论将情景感知和ISA-101中的其他概念纳入您的工厂时,同样重要的是要传达这样的信息,就像任何其他持续改进项目一样,您不需要一次性承担所有更改。开发一种分阶段的方法来优化您的HMI,可以配合并支持您工厂中的其他持续改进工作,并提供一种低成本的方法,在不总是需要新的软件或硬件的情况下,提高操作人员的效率。


作者简介:Mike Lennon,应用控制工程公司运营经理