水电站监控系统人机界面的开发与维护管理

王秋扬 赵世宽

【摘 要】 上位机的重要功能之一是人机会话。早期水电站计算机监控系统曾经使用过的信号系统和人机接口技术是人们熟悉的光字牌、灯光和音响报警等。随着计算机监控技术的发展，新的人机接口和会话技术随即取代旧的设备。本文将主要探讨水电站监控系统人机界面的开发与维护管理。

【关键词】水电站  监控系统  人机界面开发

水电站计算机监控软件系统一般采用软件群层次化技术进行构建。监控系统的软件系统可以分为操作系统层、数据库层、应用支持软件层和应用软件层以及工具软件层等多个层次。

1 水电站监控系统人机界面的开发

1.1 语音功能

在水电站计算机监控系统中，语音功能包括如下四个方面：（1）语音报警。利用PC机配用的语音卡或工作站的语音功能来实现电站的事故报警或综合报警。一旦电站发生事故时，自动按序号或对象、性质等选择相应的语句，实现事故的汉语语音报警。（2）电话语音及信息查询。除了上述语音报警外，根据用户的要求，还可实现电话语音报警，即在电厂发生事故时，自动拨通电话通知非当班的技术负责人，如生产厂长、总工程师、技术专责、巡检人员等。（3）语音朗读。在信息查询中，使用了语音朗读功能。所谓语音朗读功能，即是将储存在数据库中的各种数据，如发电机端电压、定子电流等数值以及有关的报告或报警语句等，直接从字符或文字转换成语音，报给要求查询的有关人员，使其能从电话中听到相应的信息。（4）语音控制。为了安全，电厂设备的控制操作必须准确无误[1]。首先可考虑实现较简单的非设备控制，如语音调画面等操作。操作员可以不用功能键盘而自如地发口令调画面。对于有地方口音的操作员，可让机器先熟悉其发音，然后实现调画面操作。从某引进设备的试验情况看，这种操作方式还是受调度员欢迎的。

1.2 动画功能

动画功能的主要作用首先是用来表示主接线的带电情况。目前人机界面用来描述生产过程变化的方法有变色、曲线、棒图、闪烁、空心或填充等，用这些方法来表示电站主接线的运行或带电状态并非良策。这是因为根据部颁标准，不同电压等级的母线必须着指定的颜色，如500kV母线必须着浅黄色，220kV母线必须着紫色等。而闪烁习惯上常用来表示事故。此时用变色或闪烁等方法来表示带电或停电状态都是不允许或不适宜的。一种可行的方法就是用动画来表示。动画不仅可表示带电与否，也便于显示电力潮流的方向。此外动画技术还可用来表示开、停机过程中发电机转子或水轮机转轮的旋转情况，蜗壳中水流的流态及汽蚀情况等。

1.3 可视化功能

可视化功能可将原来仅用数字或表格等表示的结果，用图形的形式形象地表示出来。目前可视化技术是迅速发展，并引人注目的一个领域。利用可视化技术，就可以将自动发电控制、经济负荷分配等的计算结果和中间结果用图示的方法表现出来，甚至显示其迭代的过程及动作效果。又如水轮发电机的运行点，采用可视化技术后，可以形象地在其综合运转特性曲线上显示出来。以这种方法表示的机组运行点形象直观，运行效率、受限情况、工作水头等一目了然，使电站的运行监视达到一个新的水平。随着可视化技术的发展，在工程中的应用还有待进一步开发[2]。

1.4 视频功能

视频功能主要是将摄取的电站实况图像信息引人计算机监控系统。实现功能的方法有两种。1）对于已有工业电视的电厂，可将图像信息直接引入计算机监控系统，其原有的控制台、切换中心等仍保留，使完全独立的工业电视系统与监控系统联网，监控系统开窗来显示图像信息。2）在规划计算机监控系统的同时考虑图像信息的引入问题，包括图像的摄取、通道的切换、摄像头的控制等，使监控系统与工业电视融合在一起。视频监控包括实时监视及事故录像两种。前者是在监控系统进行正常工作时，实时监控电站有关设备的状况。后者是在事故前数秒、事故后20～30s记录电站实况的图像信息。这里包括图像信息的数字化、压缩、存储、解压缩、重放的问题。这样一来，除了原来的电站变位信号、SOE信号以外，还能用事故现场的图像信息来进行事故分析。在融合的设计中要特别注意网络安全和干扰的问题。

1.5 视频信息传输功能

在获取了有关的视频信息之时或之后，可以实现视频信息的实时或非实时传输。一般情况下可以采用非实时传输，以便厂长或上级调度能事后看到事故发生的实况。如果采用实时传输，则调度员在监控时可同时看到事故现场当时的情况。前者对于通道的要求较低，后者则要求较高，要采用以太网或性能更好的通信网才行。

1.6 云台控制功能

云台即安装电视摄像头的工作平台。在引入视频信息时，如不采用工业电视系统，要考虑云台的控制问题。云台的控制内容包括云台的水平旋转控制、云台的俯仰控制、摄像头的聚焦控制以及相关的信息通道的切换、专用字幕的叠加等。信息通道的切换包括摄像头通道及监视器通道的切换。专有字幕用来显示摄像头的编号、现场被拍摄景象的位置指标、拍摄的时间等。云台的控制操作要有一定的时间提前量，这是因为云台旋转或俯仰运动速度的限制。

2 水电站监控系统人机界面的维护管理

水电站计算机监控软件系统安装调试完成后投入运行，但在软件运行的过程中不可避免会遇到一些问题与故障，这就需要对软件进行维护。例如软件本身漏洞造成操作错误，病毒的侵入，功能的缺陷等。在维护过程中，如果是软件方面的原因，应从软件上进行改动和升级，在软件中加人闭锁程序、报警程序、监控系统回路的监视程序等，使问题一旦出现，运行人员可立刻知道故障产生原因和地点，使监控系统更具智能化。此外，还需要经常打上最新的补丁消除安全漏洞;对于网络黑客和病毒的防治应采取加装防火墙和具有最新病毒库的杀毒软件等措施，并定时查毒。在数据库方面，首先管理员要定时查看数据库的事件查看器，了解数据库的操作日志和安全日志，及时发现可疑事件;其次要定时备份数据库，以免发生意外事故时，数据库丢失;最后要定时清理数据库中的冗余数据。

3 结语

本文主要是对水电站监控系统人机界面的各个层次作了简要的概述，介绍了软件的分析和设计、软件的开发与测试以及软件的安装、调试和维护，为水电站安全运行与管理提供一定的参考与借鉴。

参考文献：

[1]石波.我国水电站运行监控系统的分析研究[J].科技与企业，2014（6）：122.

[2]李晓凤，石多智.盐锅峡水电站监控系统更新改造与应用[J].甘肃科技纵横，2014（5）：36-37+54.