主泵故障诊断系统人机界面设计

由天下分享时间：2024/7/18 18:22:36 加入收藏我要投稿点赞

主泵故障诊断系统人机界面设计

朱少民，夏虹，彭彬森，王志超，张汲宇

【摘要】主泵是主冷却剂系统主要的设备之一，是核安全1级设备。为了从根本上解决目前主泵定期维修不足和维修过剩的问题，开展了主泵故障诊断系统研究。针对核电厂现有的人机界面设计大量采用灰阶色调和突兀的蓝色渐变等问题，结合人因工程原则，基于呈现基础(WPF)设计了主泵故障诊断系统的人机界面。人机界面按照不同的功能和图形设计准则，可以分为菜单栏、参数监测区、主视图区、特性参数区、诊断结果区、决策支持区这6个功能区域。通过测试表明，界面能够对主泵的运行状态进行实时的监测和显示，并且在故障发生后按照电子化的运行规程指导操纵员进行事故处理，极大程度地提高了主泵运行和监测的效率，减少了操纵员由于精神压力导致误操作的概率。【期刊名称】自动化仪表【年(卷),期】2019(040)006 【总页数】4

【关键词】主泵；故障诊断系统；人机界面；电子规程；人因工程；呈现基础

基金项目:国家自然科学基金资助项目(51379046)、黑龙江省自然基金资助项目(E2017023)

0 引言

人机界面是人与机器之间传递和交换信息的媒介。据统计，核电厂可能发生的风险中，高达50%～70%是由人因失误造成的。因此，人机界面的设计需要考虑人的因素，以减轻操纵员的负担、降低操作失误的概率[1]。

随着数字化仪控系统在核电厂的广泛应用，为操纵员提供了一套全新的核电厂运行和监测技术手段。先进的数字化人机界面控制更加集中、信号处理更为复杂、信号关联性更强，并且随着技术的发展能够增加一些常规的仪控系统不具备的模块，如：操纵员支持系统，运行管理信息、状态监测与故障诊断系统，智能专家系统等[2]。功能的多样化不但需要对人机界面的组织形式和信息结构进行优化，而且需要兼顾操纵员个体的行为习惯。

在设计方面，人机界面依旧大量使用灰阶色调和突兀的蓝色渐变，无合理的颜色色相、明度和饱和度的变化。同时，所使用的字体过于统一，字体颜色使用纯黑色，使得界面偏暗，软件整体视觉上过于单调，在人眼球长时间观看后极易产生视觉疲劳，并有可能导致阅读串行、无法集中注意力等问题。同时，部分图标和文字无合理的栅格标准，排版密集，会导致操纵员的学习认知和记忆负担增大。因此，本文结合人因工程原则，设计并开发了主泵故障诊断系统的人机界面，解决了界面设计过程中存在的单调、识别度不高、重点不明显等问题，使软件的操作更为高效、便捷。

1 人机界面的设计原则及功能分析

1.1 人机界面的人因工程原则

主泵故障诊断系统的主要功能是对主泵的运行进行状态监测和故障诊断，并且在故障发生后指导操纵员完成相应的规程操作。为了更有效地实现主泵的安全运行，故障诊断系统人机界面的设计遵循以下人因工程原则[3-5]。

①简洁：画面应尽可能简单、清晰、易于理解，画面涵盖操纵员所关注的主要信息。

②灵活和高效：运行参数应具有多种显示方式，如模拟图、参数表、趋势曲线

等，以适应不同的监测目的。

③一致性：整个人机界面设计要保持画面设计风格一致性和可理解性，图形元素、标志符号、颜色、闪光的使用、标注文字的大小应保持一致。

④人机功能分配：对运行工况和事故工况进行分析后，根据人机的不同特点确定最优的人机功能分配，从而提高自动化控制水平，减轻了操纵员负担和体力消耗。

⑤美观：注意颜色的选用和色彩搭配，保证显示画面清晰，避免视觉疲劳。 1.2 人机界面的功能分析

根据主泵故障诊断系统的功能特点，确定人机界面的功能应包括数据展示、状态监测、异常报警、故障诊断、解释程序、决策支持等。

①数据展示：对主泵进行实时的数据监控，将测点获取的信息传递到界面并显示。

②状态监测：对主泵的运行状态进行监测，一旦测点参数超出阈值将会引发系统报警。