发电厂集控室人性化设计及集成式操作台应用研究

郑永恒

【摘 要】本文论述了目前发电厂集控室及控制台的现状、提出集成式人体工学操作台应用的必要性，阐述了集成式人体工学控制台的技术特点、实施的可行性和经济性。结合工程实际，在国内火电厂首次提出了在采用集成式人体工学控制台基础上的集控室优化布置方案，并对优化布置方案中的人性化设计要求进行了详细阐述。在满足机组正常运行的前提下，提出采用集成式人体工学控制台并优化布置后的集控室，控制台具有整合度高、组合灵活、布置紧凑、“去工业化”及符合人体工程学的特点，还可以取消常规的大屏幕框架墙，节省最少30%的集控室面积。同时集控室环境的“人性化”设计提高了集控室美观性、改善了运行人员工作环境，防止由于运行人员疲劳引起的误操作、提高了电厂的运行和管理水平，为创建“标杆”电厂提供了有利条件。

【关键词】集控室;控制台;人体工程学

1 问题的提出

1.1 发电厂控制台及集控室的发展

随着工业自动化的发展，发电厂的控制方式也从就地控制演变为目前已经广泛采用的集中控制。集中控制室（以下简称集控室）及其布置的控制台成为了发电厂的监视和控制中心。

在20世纪80年代之前投产的发电机组中，布置在集控室内的人机接口主要由控制盘和控制台组成。

随着计算机技术在工业控制领域里的广泛应用，DCS的采用对电厂集控室及其控制盘/台的设计也产生了深远的影响。

进入21世纪以来，随着观念更新和DCS软硬件可用性及可靠性增加，集控室中的常规监控设备越来越少，DCS操作员站作为主要的监控手段成为一种趋势。

1.2 集控室布置存在的问题

集控室内显示系统布局对人的视野的适应性，控制装置的可操作性，操作人员的作业姿势与控制台和坐椅设计的合理性及集控室作业环境（照明、噪声、空气品质、工作空间、活动空间）的友好性等各方面都存在不同程度的不符合人性化的要求，会导致操作人员疲劳且工作效率降低，成为安全运行的隐患。

2 新型集成式人体工学控制台的应用

2.1 当前控制台存在的问题

2.1.1 控制台结构笨重、占地面积大，不利于集控室布置优化。

2.1.2 控制台及集控室的设计没有充分考虑人体工程学的要求。

2.2 新型人体工学控制台

针对以上提到的常规集控室控制台等设备存在的各种问题，以及对集控室进一步人性化设计的不利影响，我们急需一种满足人体工学相关要求的新型控制台来替代目前常用的相关设备，并为下一步的集控室的人性化设计提供设计基础和思路。

新型人体工学控制台主要由木质台面、铝制支撑立柱、背部挡板、台面高度和显示器倾角调整电动装置组成，如下图1所示。这种控制台主要有以下特点：

图1 新型人体工学控制台

（1）采用木质材料。简洁、现代、以浅色为主，具有整体舒适和自然等典型的北欧设计风格（主要特征是极简主义及对功能性的强调）。（2）控制台台面电动可升降以及显示器高度、倾斜度和深度的电动调整。（3）控制台下取消了放置DCS操作员站主机的设备箱，为保证腿部舒适性提供了充足的空间。

2.3 近距离大屏幕显示

集控室的大屏幕主要显示电厂的系统概貌、参数曲线、闭路电视监控视频信号、火焰电视信号或其他综合状态信息，以便控制室的所有人员能够随时掌握电厂的基本运行概况。

2块或3块52寸的LCD大屏幕显示器与照明设备、音响设备集成并安装在电动升降支架上共同组成了近距离大屏幕显示装置。

在集控室中，通过把近距离大屏幕显示装置和上文提到的人体工学控制台组合起来，构成了新型集成式人体工学控制台。

这种集成式控制台虽然在近距离集成了大屏幕显示器，但无论运行员是站姿还是坐姿，都可以把显示装置和控制台调整到舒适状态，并不会由于大屏幕显示装置近距离布置而存在压迫感，满足人体工程学的要求。

集成式人体工学控制台使大屏幕和控制台构成一个整体，真正成为了控制中心，对于缩小集控室的面积以及布置的优化设计提供了极大帮助。

3 集控室的人性化设计研究

3.1 目前集控室“人性化”设计方面的不足

（1）“物理空间”设置不合理，不利于生产运行及降低疲劳度。（2）集控室设计中也没有充分考虑到的人员的“心理空间”问题。（3）集控室在设计和布置中一味追求宽敞，在“人际距离”问题上很少考虑。（4）集控室环境设计不尽如人意。（5）集控室人性化设计的缺失导致运行人员效率低下

3.2 某新建工程集控室布置方案

采用全新的且滿足人体工程学要求的控制台等硬件设备，通过“人性化”的集控室设计和规划，对于打造一个“以人为本”的具有现代感和科技感的集中控制室是十分必要的。

3.2.1 集控室布置方案

采用了本文之前提到新型人体工学控制台+近距离大屏幕显示装置组成的集成式人体工学控制台。目前尺寸最大的控制台支持布置6块24寸LCD显示器，我们按照每套操作员站配置双显示器来考虑，即每套控制台在使用时最多配3套DCS操作员站。

整个集中控制室面积约为395平方米。另外集控室两侧，其中约105平方米的面积规划为辅助生产房间。主要有打印机室、休息学习区、交接班室、工作票间等。

在集控室的走廊对侧设有1～4号机组工程师室，工程师室内布置机组DCS工程师站、DEH工程师站、辅助车间DCS工程师站、TDM终端、现场总线设备管理站等。

通过这种布置形式，在紧邻集控室两侧空出的区域，从运行管理以及人员的舒适度等方面考虑并划分了空间，主要表现在以下几个方面：（1）与之前所有电厂的常规设计不同，方案二从减轻运行人员劳动强度和疲劳度的角度，在紧邻集控室的区域布置专门的运行人员短时休息区。（2）休息区同时可以可以做为用于集控室的运行人员之间讨论和研究问题的学习区，为人员之间的沟通和分享，以及协同解决机组运行中出现的各种问题提供了必要的空间。

（3）考虑到运行时的工作票开出与集控室的关系紧密，工作票间布置在集控室的一个出入口处并设置了专用工作站，这种设置方式不但方便了工作沟通，而且就地人员不用频繁进入集控室，干扰运行人员的正常工作。

4 结论

综上所述，采用这种人体工学控制台与近距离大屏幕显示装置组合的集成式控制台具有个性化调整、操作统一、整合度高、布置紧凑，符合人体工程学要求等优点。结合该类型控制台在国内火电厂的首次应用，并对整个集控室进行“人性化”的规划布置，可以把人体工程学、环境设计和美学进一步引入火力发电厂集控室的设计中去，从而使本工程的集控室人机交互界面朝着完美和谐的方向发展，对于提高机组的运行管理水平，增强运行人员工作的舒适性、降低因疲劳引起的误操作以及提高火电厂的现代化企业形象具有重要的意义。

（作者单位：东北电力设计院）