水電站監控系統人機界面的開發與維護管理

王秋揚 趙世寬

【摘 要】 上位機的重要功能之一是人機會話。早期水電站計算機監控系統曾經使用過的信號系統和人機接口技術是人們熟悉的光字牌、燈光和音響報警等。隨著計算機監控技術的發展，新的人機接口和會話技術隨即取代舊的設備。本文將主要探討水電站監控系統人機界面的開發與維護管理。

【關鍵詞】水電站 ?監控系統 ?人機界面開發

水電站計算機監控軟件系統一般采用軟件群層次化技術進行構建。監控系統的軟件系統可以分為操作系統層、數據庫層、應用支持軟件層和應用軟件層以及工具軟件層等多個層次。

1 水電站監控系統人機界面的開發

1.1 語音功能

在水電站計算機監控系統中，語音功能包括如下四個方面：（1）語音報警。利用PC機配用的語音卡或工作站的語音功能來實現電站的事故報警或綜合報警。一旦電站發生事故時，自動按序號或對象、性質等選擇相應的語句，實現事故的漢語語音報警。（2）電話語音及信息查詢。除了上述語音報警外，根據用戶的要求，還可實現電話語音報警，即在電廠發生事故時，自動撥通電話通知非當班的技術負責人，如生產廠長、總工程師、技術專責、巡檢人員等。（3）語音朗讀。在信息查詢中，使用了語音朗讀功能。所謂語音朗讀功能，即是將儲存在數據庫中的各種數據，如發電機端電壓、定子電流等數值以及有關的報告或報警語句等，直接從字符或文字轉換成語音，報給要求查詢的有關人員，使其能從電話中聽到相應的信息。（4）語音控制。為了安全，電廠設備的控制操作必須準確無誤[1]。首先可考慮實現較簡單的非設備控制，如語音調畫面等操作。操作員可以不用功能鍵盤而自如地發口令調畫面。對于有地方口音的操作員，可讓機器先熟悉其發音，然后實現調畫面操作。從某引進設備的試驗情況看，這種操作方式還是受調度員歡迎的。

1.2 動畫功能

動畫功能的主要作用首先是用來表示主接線的帶電情況。目前人機界面用來描述生產過程變化的方法有變色、曲線、棒圖、閃爍、空心或填充等，用這些方法來表示電站主接線的運行或帶電狀態并非良策。這是因為根據部頒標準，不同電壓等級的母線必須著指定的顏色，如500kV母線必須著淺黃色，220kV母線必須著紫色等。而閃爍習慣上常用來表示事故。此時用變色或閃爍等方法來表示帶電或停電狀態都是不允許或不適宜的。一種可行的方法就是用動畫來表示。動畫不僅可表示帶電與否，也便于顯示電力潮流的方向。此外動畫技術還可用來表示開、停機過程中發電機轉子或水輪機轉輪的旋轉情況，蝸殼中水流的流態及汽蝕情況等。

1.3 可視化功能

可視化功能可將原來僅用數字或表格等表示的結果，用圖形的形式形象地表示出來。目前可視化技術是迅速發展，并引人注目的一個領域。利用可視化技術，就可以將自動發電控制、經濟負荷分配等的計算結果和中間結果用圖示的方法表現出來，甚至顯示其迭代的過程及動作效果。又如水輪發電機的運行點，采用可視化技術后，可以形象地在其綜合運轉特性曲線上顯示出來。以這種方法表示的機組運行點形象直觀，運行效率、受限情況、工作水頭等一目了然，使電站的運行監視達到一個新的水平。隨著可視化技術的發展，在工程中的應用還有待進一步開發[2]。

1.4 視頻功能

視頻功能主要是將攝取的電站實況圖像信息引人計算機監控系統。實現功能的方法有兩種。1）對于已有工業電視的電廠，可將圖像信息直接引入計算機監控系統，其原有的控制臺、切換中心等仍保留，使完全獨立的工業電視系統與監控系統聯網，監控系統開窗來顯示圖像信息。2）在規劃計算機監控系統的同時考慮圖像信息的引入問題，包括圖像的攝取、通道的切換、攝像頭的控制等，使監控系統與工業電視融合在一起。視頻監控包括實時監視及事故錄像兩種。前者是在監控系統進行正常工作時，實時監控電站有關設備的狀況。后者是在事故前數秒、事故后20～30s記錄電站實況的圖像信息。這里包括圖像信息的數字化、壓縮、存儲、解壓縮、重放的問題。這樣一來，除了原來的電站變位信號、SOE信號以外，還能用事故現場的圖像信息來進行事故分析。在融合的設計中要特別注意網絡安全和干擾的問題。

1.5 視頻信息傳輸功能

在獲取了有關的視頻信息之時或之后，可以實現視頻信息的實時或非實時傳輸。一般情況下可以采用非實時傳輸，以便廠長或上級調度能事后看到事故發生的實況。如果采用實時傳輸，則調度員在監控時可同時看到事故現場當時的情況。前者對于通道的要求較低，后者則要求較高，要采用以太網或性能更好的通信網才行。

1.6 云臺控制功能

云臺即安裝電視攝像頭的工作平臺。在引入視頻信息時，如不采用工業電視系統，要考慮云臺的控制問題。云臺的控制內容包括云臺的水平旋轉控制、云臺的俯仰控制、攝像頭的聚焦控制以及相關的信息通道的切換、專用字幕的疊加等。信息通道的切換包括攝像頭通道及監視器通道的切換。專有字幕用來顯示攝像頭的編號、現場被拍攝景象的位置指標、拍攝的時間等。云臺的控制操作要有一定的時間提前量，這是因為云臺旋轉或俯仰運動速度的限制。

2 水電站監控系統人機界面的維護管理

水電站計算機監控軟件系統安裝調試完成后投入運行，但在軟件運行的過程中不可避免會遇到一些問題與故障，這就需要對軟件進行維護。例如軟件本身漏洞造成操作錯誤，病毒的侵入，功能的缺陷等。在維護過程中，如果是軟件方面的原因，應從軟件上進行改動和升級，在軟件中加人閉鎖程序、報警程序、監控系統回路的監視程序等，使問題一旦出現，運行人員可立刻知道故障產生原因和地點，使監控系統更具智能化。此外，還需要經常打上最新的補丁消除安全漏洞;對于網絡黑客和病毒的防治應采取加裝防火墻和具有最新病毒庫的殺毒軟件等措施，并定時查毒。在數據庫方面，首先管理員要定時查看數據庫的事件查看器，了解數據庫的操作日志和安全日志，及時發現可疑事件;其次要定時備份數據庫，以免發生意外事故時，數據庫丟失;最后要定時清理數據庫中的冗余數據。

3 結語

本文主要是對水電站監控系統人機界面的各個層次作了簡要的概述，介紹了軟件的分析和設計、軟件的開發與測試以及軟件的安裝、調試和維護，為水電站安全運行與管理提供一定的參考與借鑒。

參考文獻：

[1]石波.我國水電站運行監控系統的分析研究[J].科技與企業，2014（6）：122.

[2]李曉鳳，石多智.鹽鍋峽水電站監控系統更新改造與應用[J].甘肅科技縱橫，2014（5）：36-37+54.