人机界面HMI在水电厂的应用

李春雷

(中国水电建设集团四川电力开发有限公司毛尔盖水电有限公司，四川 成都610000)

1 人机界面在水电厂自动控制系统中的应用

人机界面在水电厂使用很广泛， 也是一种现地控制的一种手段。不仅可以监视运行机组的工况，还可以下发命令实时控制。 水电厂发电自动化控制系统中人机界面是一个重要的环节，计算机监控系统和油、水、气辅机控制系统及闸门启闭机系统均采用了触摸屏设备，它们各自所采用的触摸屏为威纶通、施耐德、PRO-FACE 系列的设备。

水电厂所使用的触摸屏是可编程终端， 和PLC 配套使用组成具有图形化交互式工作界面的独立系统；是可自由组合文字、指示灯、开关按钮、各种动态图表、数字数据显示输入、异常报警、静态显示等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。

水电厂自动控制系统要求触摸屏可以实时显示水电厂的有功、无功、频率、开入信号、开出信号、模拟量测值、交采数据等并动态模拟系统运行工况，运行过程监视等信息。 水电厂在发电控制时对自动化程度和各个过程有严格的逻辑顺序关系，触摸屏作为人机交互操作终端时，为发电控制系统的运行提高其可靠性和稳定性。 触摸屏可将当前操作过程值以及连续的PLC 采集量状态可视化， 并通过组态变量建立触摸屏与PLC 的通讯， 使触摸屏上的各项设定值输入PLC； 同时PLC 接收现场各状态检测信号，按预先编写的程序实现计算和控制输出功能，从而实现人机界面对发电自动控制系统的控制。

2 人机界面在水电厂主要功能实现

水电厂监控系统人机界面的主要功能有：模拟量监视、开入量监视、开出量监视、SOE 量监视、有功P 和无功Q 调节控制、开停机流程监视和操作，报警信息监视、交流采样实时数据监视；辅助控制系统主要功能有：油、水、气、闸门运行主界面，设置参数，运行次数统计、设备启停状态及故障报警。

2.1 系统主要组成

（1）水电厂触摸屏采用台湾威纶通、施耐德、PRO-FACE 设备，通过连接电缆与PLC 通讯并将各个状态量显示在画面上， 画面显示必须登录后才能查看。

（2）触摸屏后台编辑软件可完成触摸屏程序的上传下载，编辑功能。

（3）可编程控制器PLC 与触摸屏通讯采用485 接口，规约为Modbus总线协议。

2.2 触摸屏主要功能的实现

数据显示的主要功能实现是通过编辑软件读取PLC 的字寄存器数据加以换算并可精确小数位后显示在画面上；状态显示的主要功能是读取PLC 位寄存器的值后将位状态显示在画面上。

（1）模拟量数据显示：PLC 将传感器输出的4~20mA 值做相应计算处理后放在字寄存器里，通过与触摸屏的通讯显示出来，再精确到小数位后几位可准确显示。

（2）开关量输入的显示：PLC 位寄存器将实际位状态的0，1 与触摸屏显示的测点相对应，即可显示实际位状态。

（3）功率设定：有功P、无功Q 调节则是将有、无功可调及设定值显示在调节画面里， 将数值写入对应PLC 调节字寄存器后经过PID换算后输出。

（4）开停机流程：将满足开机条件的位状态显示出来，如果不满足开机条件则用红、 绿颜色在触摸屏上显示告警，PLC 的逻辑流程则也无法执行。

（5）报警显示：在威纶通、施耐德、PRO-FACE 触摸屏均有事件显示与报警显示功能，只需将报警点对应测点的位状态添加进去，就可以将测点动作后滚动显示在触摸屏上。 可以准确及时的反应机组状态、逻辑控制中与调节控制中测点的显示，并可在第一时间查询。

（6）登录操作：由于水电厂中对机组和辅机的操作必须保证规范性及触摸屏开放式、灵敏性的操作特点，对安全操作有明确规定，需设定密码界面来防止误操作。机组在负荷调节及辅机在设定启停参数时都需输入人机界面弹出的登录界面并输入正确密码后才能对发电机组和辅机进行操作，从而避免了在触摸屏上操作时产生误操作及非电力运行人员的操作而引发事故， 使得人机界面控制系统操作更为安全。

3 结束语

水电厂人机界面和可编程控制器PLC 的联合使用可提高控制系统的可靠性和控制精度，而触摸屏的使用则为整个控制系统提供了良好的人机操作界面，因此二者的联合控制系统将越来越广泛的应用于水电厂和工业生产的各个领域。

水电厂在以PLC 为核心的控制系统中，PLC 主要采集现场生产信息，及时向人机界面上送各类生产状态和数据。人机界面的使用，不仅继承了PLC 系统的优点， 还减少了系统配件， 提高了系统抗干扰能力，降低了系统成本。水电厂所应用的人机界面系统自投入后，以性能可靠稳定，操作简单直观，系统反应快速，故障率低，维护方便的特点发挥了其操作上的优势； 同时对水电厂自动控制系统的显示与控制，统筹管理遥测、遥信数据具有重要实际意义。