摘要：針對(duì)解決電力系統(tǒng)自動(dòng)電壓控制（AVC）系統(tǒng)化，運(yùn)用交互設(shè)計(jì)相關(guān)原理，以組態(tài)軟件為開發(fā)環(huán)境，設(shè)計(jì)一套具有良好人機(jī)界面的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)。在滿足控制性能要求的前提下，良好的人機(jī)界面在提高運(yùn)行人員的工作效率及積極性方面具有重要的作用。利用該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)電壓控制的計(jì)量、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并詮釋了一種全新風(fēng)格的自動(dòng)化電壓控制界面設(shè)計(jì)效果。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；電壓控制；人機(jī)界面；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 需求與背景

CSC800V發(fā)電廠自動(dòng)電壓控制（AVC）子站后臺(tái)監(jiān)控界面是一款基于CyberControl分布式自動(dòng)化控制系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)通用圖形組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)了AVC 子站的監(jiān)視、控制、數(shù)據(jù)分析，主要功能包括AVC 監(jiān)視、電氣主接線、報(bào)警、歷史曲線、系統(tǒng)設(shè)置（運(yùn)行方式、電壓＼無功計(jì)劃曲線、定值參數(shù)）、系統(tǒng)工具等。

目前已有的軟件，能夠?qū)VC子站進(jìn)行監(jiān)視、控制、數(shù)據(jù)分析，但仍有很多地方有待提高和優(yōu)化，比如，對(duì)控制技術(shù)的綜合運(yùn)用，以及操作界面需要更簡(jiǎn)潔友好，使系統(tǒng)操作員視覺不疲勞，更方便實(shí)現(xiàn)監(jiān)控操作等。

因此，在充分考慮現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用高效便利的組態(tài)軟件開發(fā)環(huán)境以及交互設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)一套更適用的AVC子站后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)變得很有必要。

2 發(fā)電廠自動(dòng)電壓控制子站系統(tǒng)說明

2.1 系統(tǒng)的主要內(nèi)容和功能

電力系統(tǒng)自動(dòng)電壓控制（AVC）是電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保障。AVC 的全局控制分為三個(gè)層次：一級(jí)電壓控制、二級(jí)電壓控制和三級(jí)電壓控制。對(duì)于發(fā)電廠而言，一級(jí)電壓控制為單元控制，控制器為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。二級(jí)電壓控制為本地控制，即AVC 子站，它是以系統(tǒng)電壓為參考量，以調(diào)節(jié)機(jī)組無功出力為技術(shù)手段的閉環(huán)控制系統(tǒng)。它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)本地的一級(jí)控制器，保證母線電壓或全廠總無功等于設(shè)定值。當(dāng)控制目標(biāo)產(chǎn)生偏差時(shí)，則按照預(yù)定的控制規(guī)律改變一級(jí)電壓控制器的設(shè)定值。三級(jí)電壓控制為全局控制，是AVC 主站系統(tǒng)，它以全系統(tǒng)的網(wǎng)損最小、電壓合格為優(yōu)化目標(biāo)，給出各廠站的優(yōu)化結(jié)果，并下達(dá)給二級(jí)控制器，作為二級(jí)控制器的跟蹤目標(biāo)。

CSC800V發(fā)電廠自動(dòng)電壓控制（AVC）子站后臺(tái)監(jiān)控基于CSPA2000FDCS 系統(tǒng)平臺(tái)，該子站是AVC系統(tǒng)的重要組成部分，可適用于各類規(guī)模的火電廠、核電廠、水電站和風(fēng)電廠。

（1）根據(jù)AVC主站的要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、無功的精確控制。提供遠(yuǎn)方自動(dòng)控制、就地自動(dòng)控制和就地手動(dòng)控制等模式。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可按照等功率因數(shù)法、等比例法、相似裕度法等策略來對(duì)機(jī)組無功目標(biāo)進(jìn)行分配。

（3）采用就地自動(dòng)控制模式時(shí)，支持用戶設(shè)定24小時(shí)電壓曲線，可自動(dòng)跟蹤該曲線。

（4）對(duì)機(jī)組的安全約束進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在滿足安全約束條件下實(shí)施控制。

2.2 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和相關(guān)硬件設(shè)備

AVC子站系統(tǒng)由AVC工作站、協(xié)調(diào)控制器（上位機(jī)）和多個(gè)執(zhí)行控制器（下位機(jī)）組成。為了方便就地的監(jiān)控，配置了平板電腦作為就地的操作面板。

對(duì)于整個(gè)發(fā)電廠只需要配置1臺(tái)AVC工作站、1臺(tái)協(xié)調(diào)控制器。對(duì)于每臺(tái)機(jī)組都需要配置1臺(tái)執(zhí)行控制器，他們之間通過冗余的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。協(xié)調(diào)控制器通過通信的方式和遠(yuǎn)動(dòng)RTU 及調(diào)度端的AVC主站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。AVC工作站作為AVC子站的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)啬Ｊ较碌目刂啤⑿畔@示、目標(biāo)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以及歷史記錄等功能。

3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

在人機(jī)系統(tǒng)中，用戶通過人機(jī)交互界面與系統(tǒng)交流，并進(jìn)行操作。連接可編程序控制器（PLC）、變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設(shè)備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器信息交互。

人機(jī)界面軟件一般分為兩部分，即運(yùn)行于人機(jī)界面硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于PC機(jī)Windows等操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件（如CyberControl畫面組態(tài)軟件）。使用者都必須先用人機(jī)界面的畫面組態(tài)軟件制作“工程文件”，再通過PC機(jī)和人機(jī)界面產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到人機(jī)界面的處理器中運(yùn)行。

在CSC800V發(fā)電廠自動(dòng)電壓控制（AVC）子站后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)中，運(yùn)行人員應(yīng)用最多的人機(jī)界面就是就地監(jiān)控畫面。所以就地監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)也應(yīng)該遵循人機(jī)界面設(shè)計(jì)的一般原則，在實(shí)效性的基礎(chǔ)上增加創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)。這些原則對(duì)幾乎所有良好的人機(jī)界面的設(shè)計(jì)都是適用的，一般地可從交互性、信息顯示、數(shù)據(jù)輸入等方面考慮，主要有：

（1）以用戶為主的原則。人機(jī)界面設(shè)計(jì)首先要確立用戶類型，更多地從用戶本身和系統(tǒng)的角度出發(fā)，并針對(duì)用戶特點(diǎn)預(yù)測(cè)其對(duì)不同的交互界面的反應(yīng)。

（2）遵循簡(jiǎn)便，整體和靈活的原則。人機(jī)界面設(shè)計(jì)要簡(jiǎn)約至上，盡量減少用戶記憶負(fù)擔(dān)，減輕用戶的視覺負(fù)擔(dān)。繁瑣的交互或設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)挠脩趔w驗(yàn)，會(huì)使界面的交互操作給人感覺很累。系統(tǒng)樣式排版比例適當(dāng)，盡可能劃分不同的功能區(qū)域于固定位置，方便用戶導(dǎo)航使用。

（3）信息提示原則。界面要始終保持和用戶的溝通。要對(duì)用戶的操作命令做出反應(yīng)，幫助用戶處理問題，應(yīng)該用戶始終知道下一步該做什么。缺省值和需要用戶輸入的值要說明清楚。告訴用戶可能的錯(cuò)誤操作，盡量把主動(dòng)權(quán)讓給用戶。

設(shè)計(jì)中，要使界面設(shè)計(jì)符合用戶的交互習(xí)慣和對(duì)話方式，讓用戶快速、準(zhǔn)確的完成任務(wù)，達(dá)到人機(jī)界面設(shè)計(jì)的智能化。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

當(dāng)前的AVC子站系統(tǒng)人機(jī)界面操作面板的設(shè)計(jì)基本上還處于基于原型的傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)階段，顯示背景以深色為主，字體和按鈕的顏色純度比較高，操作區(qū)域和色塊之間的區(qū)分比較硬。

（1）用戶普遍反映現(xiàn)有的AVC子站系統(tǒng)產(chǎn)品的界面用起來不夠人性化，黑色過多使人視覺疲勞。

（2）界面主菜單圖標(biāo)以及其他操作圖標(biāo)的樣式、寓意不夠形象合理，不能夠清晰和準(zhǔn)確的表現(xiàn)菜單和操作意圖。

（3）字體的字號(hào)、顏色設(shè)計(jì)沒有統(tǒng)一。

（4）界面區(qū)域劃分安排不夠合理，比如經(jīng)常用于操作的主菜單，置于界面的左下邊，而僅用于顯示登錄狀態(tài)的部分，被安放在右下方。在大多數(shù)習(xí)慣于用右手操作液晶屏的用戶來說，這樣的設(shè)計(jì)顯然不是很合理。如圖1所示。

4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.2.1 交互設(shè)計(jì)

使液晶屏能顯示易于為人識(shí)別、理解的信息，該信息能反映機(jī)內(nèi)工作狀態(tài)，并正確設(shè)計(jì)顯示器和操作器的布局，有利于用戶的操作和使用。

界面簡(jiǎn)潔平實(shí)，便于使用，減少用戶誤選的可能性；功能區(qū)一致，工具欄位置一致，結(jié)構(gòu)清晰；功能按鈕顯示直觀，操作方便；主信息顯示醒目，一目了然。

4.2.2 視覺設(shè)計(jì)

在界面的色調(diào)設(shè)計(jì)上，偏冷色調(diào)，參考了企業(yè)形象色后，采用比較緩和的色彩方案，運(yùn)用深灰與灰藍(lán)，顯現(xiàn)出品質(zhì)和穩(wěn)定感；各區(qū)域色彩對(duì)比明晰，有效的劃分了不同的顯示功能區(qū)域。

4.2.3 各層級(jí)界面具體設(shè)計(jì)效果

1）啟動(dòng)界面：灰藍(lán)色調(diào)，圖標(biāo)設(shè)計(jì)分類明晰。如圖2所示。

2）啟動(dòng)進(jìn)度界面：畫面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，體現(xiàn)系統(tǒng)的靈活性，進(jìn)度條清晰明確。如圖3所示。

3）主界面劃分為主顯示區(qū)、上部系統(tǒng)標(biāo)題區(qū)、下部菜單欄三個(gè)區(qū)域。如圖4所示。

主顯示區(qū)：去除原來的黑色背景，改為視覺舒適的灰色。界面區(qū)域劃分清晰，統(tǒng)一主顯示區(qū)的字體、字號(hào)和顏色。上部系統(tǒng)標(biāo)題區(qū)：為logo和標(biāo)題區(qū)，并按用戶操作習(xí)慣，在右上角增加了“退出”按鈕。下部菜單欄區(qū)：將登錄信息、時(shí)間信息等安排在左下角，而經(jīng)常操作的主菜單按鈕安排在右下角，菜單圖標(biāo)統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)。菜單欄主要負(fù)責(zé)不同功能界面間的切換，包括AVC監(jiān)視、主接線、運(yùn)行設(shè)置、定值、計(jì)劃曲線、報(bào)警、登錄等功能界面。其中，“運(yùn)行設(shè)置”欄，如圖5所示。

5 開發(fā)實(shí)現(xiàn)

使用組態(tài)軟件CyberControl開發(fā)該系統(tǒng)，開發(fā)人員可組態(tài)生成實(shí)際的應(yīng)用軟件。對(duì)比其他開發(fā)環(huán)境，CyberControl組態(tài)軟件的優(yōu)點(diǎn)在于：它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現(xiàn)方法，采用模塊化的開發(fā)過程；它的可視化圖形操作的特點(diǎn)，使得只需使用簡(jiǎn)單的編程語言即可實(shí)現(xiàn)控制過程。

所以，重新進(jìn)行該系統(tǒng)的所有人機(jī)界面交互設(shè)計(jì)開發(fā)周期也很短，并不影響系統(tǒng)的盡快投入使用。

6 結(jié)束語

人機(jī)界面設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用在工業(yè)級(jí)的軟件上，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化，提高了工業(yè)系統(tǒng)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。用戶在注重系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性的同時(shí)，更良好的人機(jī)界面使軟件的操控性上了一個(gè)新臺(tái)階。重新對(duì)系統(tǒng)的人機(jī)交互功能進(jìn)行的合理設(shè)計(jì)和布局，使該系統(tǒng)投入到實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中后，運(yùn)行良好，取得了很好的應(yīng)用效果。

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作者簡(jiǎn)介：唐萍（1975—），女，廣西人，本科，界面設(shè)計(jì)師。