人機界面HMI在水電廠的應用

李春雷

(中國水電建設集團四川電力開發有限公司毛爾蓋水電有限公司，四川 成都610000)

1 人機界面在水電廠自動控制系統中的應用

人機界面在水電廠使用很廣泛， 也是一種現地控制的一種手段。不僅可以監視運行機組的工況，還可以下發命令實時控制。 水電廠發電自動化控制系統中人機界面是一個重要的環節，計算機監控系統和油、水、氣輔機控制系統及閘門啟閉機系統均采用了觸摸屏設備，它們各自所采用的觸摸屏為威綸通、施耐德、PRO-FACE 系列的設備。

水電廠所使用的觸摸屏是可編程終端， 和PLC 配套使用組成具有圖形化交互式工作界面的獨立系統；是可自由組合文字、指示燈、開關按鈕、各種動態圖表、數字數據顯示輸入、異常報警、靜態顯示等來處理或監控管理及應付隨時可能變化信息的多功能顯示屏幕。

水電廠自動控制系統要求觸摸屏可以實時顯示水電廠的有功、無功、頻率、開入信號、開出信號、模擬量測值、交采數據等并動態模擬系統運行工況，運行過程監視等信息。 水電廠在發電控制時對自動化程度和各個過程有嚴格的邏輯順序關系，觸摸屏作為人機交互操作終端時，為發電控制系統的運行提高其可靠性和穩定性。 觸摸屏可將當前操作過程值以及連續的PLC 采集量狀態可視化， 并通過組態變量建立觸摸屏與PLC 的通訊， 使觸摸屏上的各項設定值輸入PLC； 同時PLC 接收現場各狀態檢測信號，按預先編寫的程序實現計算和控制輸出功能，從而實現人機界面對發電自動控制系統的控制。

2 人機界面在水電廠主要功能實現

水電廠監控系統人機界面的主要功能有：模擬量監視、開入量監視、開出量監視、SOE 量監視、有功P 和無功Q 調節控制、開停機流程監視和操作，報警信息監視、交流采樣實時數據監視；輔助控制系統主要功能有：油、水、氣、閘門運行主界面，設置參數，運行次數統計、設備啟停狀態及故障報警。

2.1 系統主要組成

（1）水電廠觸摸屏采用臺灣威綸通、施耐德、PRO-FACE 設備，通過連接電纜與PLC 通訊并將各個狀態量顯示在畫面上， 畫面顯示必須登錄后才能查看。

（2）觸摸屏后臺編輯軟件可完成觸摸屏程序的上傳下載，編輯功能。

（3）可編程控制器PLC 與觸摸屏通訊采用485 接口，規約為Modbus總線協議。

2.2 觸摸屏主要功能的實現

數據顯示的主要功能實現是通過編輯軟件讀取PLC 的字寄存器數據加以換算并可精確小數位后顯示在畫面上；狀態顯示的主要功能是讀取PLC 位寄存器的值后將位狀態顯示在畫面上。

（1）模擬量數據顯示：PLC 將傳感器輸出的4~20mA 值做相應計算處理后放在字寄存器里，通過與觸摸屏的通訊顯示出來，再精確到小數位后幾位可準確顯示。

（2）開關量輸入的顯示：PLC 位寄存器將實際位狀態的0，1 與觸摸屏顯示的測點相對應，即可顯示實際位狀態。

（3）功率設定：有功P、無功Q 調節則是將有、無功可調及設定值顯示在調節畫面里， 將數值寫入對應PLC 調節字寄存器后經過PID換算后輸出。

（4）開停機流程：將滿足開機條件的位狀態顯示出來，如果不滿足開機條件則用紅、 綠顏色在觸摸屏上顯示告警，PLC 的邏輯流程則也無法執行。

（5）報警顯示：在威綸通、施耐德、PRO-FACE 觸摸屏均有事件顯示與報警顯示功能，只需將報警點對應測點的位狀態添加進去，就可以將測點動作后滾動顯示在觸摸屏上。 可以準確及時的反應機組狀態、邏輯控制中與調節控制中測點的顯示，并可在第一時間查詢。

（6）登錄操作：由于水電廠中對機組和輔機的操作必須保證規范性及觸摸屏開放式、靈敏性的操作特點，對安全操作有明確規定，需設定密碼界面來防止誤操作。機組在負荷調節及輔機在設定啟停參數時都需輸入人機界面彈出的登錄界面并輸入正確密碼后才能對發電機組和輔機進行操作，從而避免了在觸摸屏上操作時產生誤操作及非電力運行人員的操作而引發事故， 使得人機界面控制系統操作更為安全。

3 結束語

水電廠人機界面和可編程控制器PLC 的聯合使用可提高控制系統的可靠性和控制精度，而觸摸屏的使用則為整個控制系統提供了良好的人機操作界面，因此二者的聯合控制系統將越來越廣泛的應用于水電廠和工業生產的各個領域。

水電廠在以PLC 為核心的控制系統中，PLC 主要采集現場生產信息，及時向人機界面上送各類生產狀態和數據。人機界面的使用，不僅繼承了PLC 系統的優點， 還減少了系統配件， 提高了系統抗干擾能力，降低了系統成本。水電廠所應用的人機界面系統自投入后，以性能可靠穩定，操作簡單直觀，系統反應快速，故障率低，維護方便的特點發揮了其操作上的優勢； 同時對水電廠自動控制系統的顯示與控制，統籌管理遙測、遙信數據具有重要實際意義。