發電廠自動電壓控制子站界面優化設計

摘要：針對解決電力系統自動電壓控制（AVC）系統化，運用交互設計相關原理，以組態軟件為開發環境，設計一套具有良好人機界面的自動電壓控制系統。在滿足控制性能要求的前提下，良好的人機界面在提高運行人員的工作效率及積極性方面具有重要的作用。利用該系統能夠實現自動電壓控制的計量、實時監測，并詮釋了一種全新風格的自動化電壓控制界面設計效果。

關鍵詞：發電廠；電壓控制；人機界面；優化設計

1 需求與背景

CSC800V發電廠自動電壓控制（AVC）子站后臺監控界面是一款基于CyberControl分布式自動化控制系統開發平臺通用圖形組態軟件，實現了AVC 子站的監視、控制、數據分析，主要功能包括AVC 監視、電氣主接線、報警、歷史曲線、系統設置（運行方式、電壓＼無功計劃曲線、定值參數）、系統工具等。

目前已有的軟件，能夠對AVC子站進行監視、控制、數據分析，但仍有很多地方有待提高和優化，比如，對控制技術的綜合運用，以及操作界面需要更簡潔友好，使系統操作員視覺不疲勞，更方便實現監控操作等。

因此，在充分考慮現有技術的基礎上，利用高效便利的組態軟件開發環境以及交互設計原則，進行設計和開發一套更適用的AVC子站后臺監控系統變得很有必要。

2 發電廠自動電壓控制子站系統說明

2.1 系統的主要內容和功能

電力系統自動電壓控制（AVC）是電力系統安全、經濟運行的重要保障。AVC 的全局控制分為三個層次：一級電壓控制、二級電壓控制和三級電壓控制。對于發電廠而言，一級電壓控制為單元控制，控制器為勵磁調節器。二級電壓控制為本地控制，即AVC 子站，它是以系統電壓為參考量，以調節機組無功出力為技術手段的閉環控制系統。它負責協調本地的一級控制器，保證母線電壓或全廠總無功等于設定值。當控制目標產生偏差時，則按照預定的控制規律改變一級電壓控制器的設定值。三級電壓控制為全局控制，是AVC 主站系統，它以全系統的網損最小、電壓合格為優化目標，給出各廠站的優化結果，并下達給二級控制器，作為二級控制器的跟蹤目標。

CSC800V發電廠自動電壓控制（AVC）子站后臺監控基于CSPA2000FDCS 系統平臺，該子站是AVC系統的重要組成部分，可適用于各類規模的火電廠、核電廠、水電站和風電廠。

（1）根據AVC主站的要求，實現對電壓、無功的精確控制。提供遠方自動控制、就地自動控制和就地手動控制等模式。

（2）根據現場實際情況，可按照等功率因數法、等比例法、相似裕度法等策略來對機組無功目標進行分配。

（3）采用就地自動控制模式時，支持用戶設定24小時電壓曲線，可自動跟蹤該曲線。

（4）對機組的安全約束進行監測，在滿足安全約束條件下實施控制。

2.2 系統的組成結構和相關硬件設備

AVC子站系統由AVC工作站、協調控制器（上位機）和多個執行控制器（下位機）組成。為了方便就地的監控，配置了平板電腦作為就地的操作面板。

對于整個發電廠只需要配置1臺AVC工作站、1臺協調控制器。對于每臺機組都需要配置1臺執行控制器，他們之間通過冗余的通信網絡進行數據交互。協調控制器通過通信的方式和遠動RTU 及調度端的AVC主站進行數據交互。AVC工作站作為AVC子站的人機界面，實現當地模式下的控制、信息顯示、目標參數設置、數據統計以及歷史記錄等功能。

3 人機界面設計

在人機系統中，用戶通過人機交互界面與系統交流，并進行操作。連接可編程序控制器（PLC）、變頻器、直流調速器、儀表等工業控制設備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標等）寫入工作參數或輸入操作命令，實現人與機器信息交互。

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

在CSC800V發電廠自動電壓控制（AVC）子站后臺監控系統中，運行人員應用最多的人機界面就是就地監控畫面。所以就地監控畫面的設計也應該遵循人機界面設計的一般原則，在實效性的基礎上增加創造性的設計。這些原則對幾乎所有良好的人機界面的設計都是適用的，一般地可從交互性、信息顯示、數據輸入等方面考慮，主要有：

（1）以用戶為主的原則。人機界面設計首先要確立用戶類型，更多地從用戶本身和系統的角度出發，并針對用戶特點預測其對不同的交互界面的反應。

（2）遵循簡便，整體和靈活的原則。人機界面設計要簡約至上，盡量減少用戶記憶負擔，減輕用戶的視覺負擔。繁瑣的交互或設計不當的用戶體驗，會使界面的交互操作給人感覺很累。系統樣式排版比例適當，盡可能劃分不同的功能區域于固定位置，方便用戶導航使用。

（3）信息提示原則。界面要始終保持和用戶的溝通。要對用戶的操作命令做出反應，幫助用戶處理問題，應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。告訴用戶可能的錯誤操作，盡量把主動權讓給用戶。

設計中，要使界面設計符合用戶的交互習慣和對話方式，讓用戶快速、準確的完成任務，達到人機界面設計的智能化。

4 系統軟件設計

4.1 傳統的設計方法

當前的AVC子站系統人機界面操作面板的設計基本上還處于基于原型的傳統產品開發階段，顯示背景以深色為主，字體和按鈕的顏色純度比較高，操作區域和色塊之間的區分比較硬。

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

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

（3）字體的字號、顏色設計沒有統一。

（4）界面區域劃分安排不夠合理，比如經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的部分，被安放在右下方。在大多數習慣于用右手操作液晶屏的用戶來說，這樣的設計顯然不是很合理。如圖1所示。

4.2 優化設計

4.2.1 交互設計

使液晶屏能顯示易于為人識別、理解的信息，該信息能反映機內工作狀態，并正確設計顯示器和操作器的布局，有利于用戶的操作和使用。

界面簡潔平實，便于使用，減少用戶誤選的可能性；功能區一致，工具欄位置一致，結構清晰；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 視覺設計

在界面的色調設計上，偏冷色調，參考了企業形象色后，采用比較緩和的色彩方案，運用深灰與灰藍，顯現出品質和穩定感；各區域色彩對比明晰，有效的劃分了不同的顯示功能區域。

4.2.3 各層級界面具體設計效果

1）啟動界面：灰藍色調，圖標設計分類明晰。如圖2所示。

2）啟動進度界面：畫面設計簡潔，體現系統的靈活性，進度條清晰明確。如圖3所示。

3）主界面劃分為主顯示區、上部系統標題區、下部菜單欄三個區域。如圖4所示。

主顯示區：去除原來的黑色背景，改為視覺舒適的灰色。界面區域劃分清晰，統一主顯示區的字體、字號和顏色。上部系統標題區：為logo和標題區，并按用戶操作習慣，在右上角增加了“退出”按鈕。下部菜單欄區：將登錄信息、時間信息等安排在左下角，而經常操作的主菜單按鈕安排在右下角，菜單圖標統一規劃設計。菜單欄主要負責不同功能界面間的切換，包括AVC監視、主接線、運行設置、定值、計劃曲線、報警、登錄等功能界面。其中，“運行設置”欄，如圖5所示。

5 開發實現

使用組態軟件CyberControl開發該系統，開發人員可組態生成實際的應用軟件。對比其他開發環境，CyberControl組態軟件的優點在于：它提供了良好的用戶開發界面和簡捷的工程實現方法，采用模塊化的開發過程；它的可視化圖形操作的特點，使得只需使用簡單的編程語言即可實現控制過程。

所以，重新進行該系統的所有人機界面交互設計開發周期也很短，并不影響系統的盡快投入使用。

6 結束語

人機界面設計方法，運用在工業級的軟件上，實現了工業自動化系統人機界面的優化，提高了工業系統人機界面的設計質量和設計效率。用戶在注重系統功能的穩定性、實時性的同時，更良好的人機界面使軟件的操控性上了一個新臺階。重新對系統的人機交互功能進行的合理設計和布局，使該系統投入到實際生產運行中后，運行良好，取得了很好的應用效果。

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作者簡介：唐萍（1975—），女，廣西人，本科，界面設計師。