60kV 7000A 换流阀功能试验回路的HMI 设计

李媛媛*

（西安西电电力系统有限公司，陕西西安，710065）

60kV 7000A 换流阀功能试验回路的HMI 设计

李媛媛*

（西安西电电力系统有限公司，陕西西安，710065）

本文对组态软件界面设计时的经验和技巧做了说明，因为设计出友好的、安全的、操作性强的人机界面需要丰富的经验结合技巧才能实现。文中提到通过访问外部数据库通过查表法实现SER报警的新方法。并且根据组态软件的特性详细说明了通过模拟量替换开关量的方法来节约HMI组态软件中应用的I/O通信点的方法，并给出了具体实现代码。还对HMI组态软件的一些概念，及其基本原理进行了阐述，并对软件内部数据处理流程进行了剖析。

HMI组态软件；DLL动态链接库；监控

引言

随着工业自动化领域的巨大发展，伴随着网络技术及数字通讯的巨大前进，各个行业自动化的程度有了跳跃式前进，软件技术是其中关键的部分。而最近几年组态软件的兴起带动了整个社会自动化的发展，为各行业从设计到试验、运行带来极大的便捷，这归功于组态软件狭义上的开放性，通用性，可再应用设计性。

目前对于基于工业组态软件设计的HMI具有刚性需求的行业有水处理、科研、特殊工业项目、能源、城市热网、交通&运输、石油&天然气、楼宇自动化等。开发出一款功能更强大、使用更便捷、通用性更好的HMI组态软件是市场发展的必然趋势。

本文剖析了HMI组态软件的内部结构和基本原理，对比介绍了各种HMI组态软件应用层面的优缺点，并结合实际工程的HMI应用设计，对组态软件应用过程中遇到的一些问题进行了探讨

1 HMI组态软件相关技术与原理软件及其架构

组态软件应该支持各种常见通信协议和工控设备，并且应提供分布式数据库管理和网络功能。通过开发工具或委托第三方编写应用程序设计的人机接口软件，开发时间长，效率低，可靠性差，很难与外界数据交互，添加应用功能受到限制。组态软件具有灵活的组态方式，具有通用性，能够快速构建所需求的控制监视系统。

组态软件一般提供工业标准接口，支持OLE、VBA、ActiveX、COM/DCOM、OPC等技术。实时数据库是SCADA系统重要组成部分，也是组态软件技术的核心。

组态软件的核心是实时数据库系统，它与其他块之间处理数据的流程关系图见图1

图1 组态软件数据处理流程Fig1 Data processing flow

从结构上说，组态软件大致可以分为两部分：组态设计系统和组态运行系统。组态软件将相对独立的具体功能抽象为一个个构件，结合系统宏观的配置描述和构件对自身的描述，将这些构件放到软件系统的构件集中，构件集与构件集管理组成了构件库。组态软件的组态设计系统和组态运行系统就是在构件库基础上实现的，从而使组态软件构件化，形成一个灵活性、扩展性、复用性强的人机对话软件。组态软件构建库包括：图形界面组件块，实时数据库块，通信驱动块，历史数据库块，数据报表块。其核心为前面介绍的实时数据库和图形界面组件。其图形界面组件又包含有：图元组态、动画链接、表达式和脚本处理、数据库组态、设备组态、用户管理与权限。实时数据库与之交互的有报警与处理、历史数据库、计算与控制、I/O数据连接第三方程序接口。

组态设计系统面向工程设计人员，支持根据工程具体要求，选择相应的控制模块，设计各个模块之间的逻辑关联和数据流向，从而建立一套完整的控制系统界面。如图2所示。

图2 典型控制系统界面框架Fig2 Typical control system interface framework

各类组态软件一般还提供了类BASIC语言或类C语言的编程工具-脚本语言来扩充其功能。其程序段可以是事件驱动或周期性的翻译执行，是与对象密切相关的。

HMI软件跟下位机的通讯通常采用开启进程来调用特定的通讯协议程序段，其中之一就是采用调用DLL动态链接库这种方法，选择所需要的通讯驱动在软件运行时被系统加载到调用进程的虚拟空间中。HMI组态软件使用这种调用动态链接库的编写方法减少了应用程序的尺寸，节约了程序的内存空间，提高了软件的可靠性和效率性能。

组态软件的图形组态包括基本图元（线、矩形、圆、椭圆、文本、图片等）以及它们的属性（颜色、线形、是否填充等）的组态；包括实时和历史、趋势组态、报警组态；控制策略的组态；数据库的组态；事件记录与日志组态。所以应用人员不用从底层通过编程来实现甚至一个点一条线。降低了难度，节省了开发的难度，能迅速使HMI界面投入产品的使用中。

但其未开放的源代码使得牵扯到底层开发的工作得依赖于软件售卖方。

2 60kV 7000A换流阀功能试验回路的HMI设计

本文是利用组态软件WinCC OA进行的HMI设计。

开机画面分为不同的权限，使用不同的账号和密码进入相应的权限运行界面中。分为：可看、可看可调式、可看可操作、部分可看可操作等权限模式。

密码和用户名正确后进入主页，界面显示了整个实验回路的主系统图，显示了部分重要的开关量和模拟量，以及报警信息提示。并且所有一级界面可以互相切换。见图3

图3 主系统图Fig3 The primary system diagram

步骤流程化是HMI的特点，将相应步骤或流程通过组态编辑和脚本逻辑编写一键式导航运行人员执行，过程中对单向步骤的条件和互斥关系进行逻辑编写，防止误操作。其中要用到大量的中间变量来实现。部分功能见图4-5。

图4 试验流程第二步Fig4 Test process step 2

图5 试验流程第五步Fig5 Test process step 5

模拟现场实际设备的实际动作，真实的还原装置状态，保护压板是运行人员肉眼可视断开点的保护装置。为了实现这一操作，绘制图元后，对图元编写旋转脚本，点击“合”操作，使图元逆时针旋转20°，点击“分”，图元由合状态顺时针旋转20°，HMI界面见图6。

根据需要，项目的一部分 SER功能通过访问外部数据库采用查表法来找到相应的事件来实现报警功能。此部分脚本的功能框图如图7所示，HMI界面见图8。脚本如下：

图7 SER脚本功能逻辑图Fig7 Script function logic diagram

图8 SERFig8 SER

由上述两个例子我们可以看出，组态软件所提供的脚本解释执行功能，实际上为用户在统一平台上实现定制应用提供了方便。但我们也应该看到，这种解释执行的效率是比较低的，当我们需要比较复杂的功能的时候，最好还是在组态软件的代码级有相应的解决方案。这就是市场上有一些组态软件表明面向电力，或者面向过程控制的原因。

在应用中还可以通过一定的办法节约点数，数据采集系统I/O点数是决定组态软件价格的关键因素之一，大部分组态软件将I/O的开关量和模拟量进行划分，但是相同对待，可以利用这一特征节约组态软件的通信点数。

如果下位机上送32个开关量，就要占用组态软件32个信号量点I/O，如果将这32个开关量用一个32位的模拟量进行上送，在HMI的脚本编辑里用位处理函数将接收到的模拟量按位处理，进行逻辑解析。那么32位开关量只占用HMI软件一个I/O模拟量点。

例如：下位机上送8位十进制10000010的int型数值，每一位代表一个开关量，以下举例我通过取余和取模仅仅获取十位上的1，作为一个开关量送给一个变量，逻辑框图见图9。脚本如下：

图9 模拟量解析为开关量脚本逻辑图Fig9 Analog of the script logic diagram

3 结束语

一般认为，使用组态软件不需要了解其原理，但实际上，了解HMI组态软件的一些概念，及其基本原理才能更好的应用HMI组态软件，才能迈出进行HMI组态软件底层开发的第一步。本文举例使用HMI脚本来完成事件报文处理，采用模拟量报文传输开关量来节约HMI组态软件中应用的I/O通信点，就是在掌握组态软件原理基础上，活用组态软件的例子。当然，对于上述的问题，可能还有其他的好方法。从根本上说，组态软件工程应用中，界面、逻辑设计的好坏影响到HMI最终的性能，好的HMI应用界面需要开发人员一方面了解工程的细节，另外一方面掌握组态工具的基本原理。

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60kV 7000A The HMI Design of the Functional Test Circuit of the Converter Valve

LI Yuanyuan*
(Xi’An XD Power System Company Limited,Shanxi Xi’an,710065,China)

This chapter based on the actual work,illustrates the experience and techniques of configuration software interface design. Because designing a friendly,safe,and user-friendly HMI requires a wealth of experience combined with skill. Mentioned in the article through the visit to the external database through the look-up method to achieve a new method of SER alarm,and the specific implementation code is given.According to the characteristics of the configuration software on the market,one way that replace analog data points by switch data points to saving the I/O data points is described in detail . Also introduces some concepts of HMI configuration software,The basic principle of common HMI configuration software is discussed and the data processing flow of software is analyzed.

HMI configuration software; DLL dynamic link library; monitoring

TP 277

A

1672-9129(2017)06-0024-04

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.008

李媛媛. 60kV 7000A换流阀功能试验回路的HMI设计[J]. 数码设计,2017,6(6)： 24-27.

Cite：LI Yuanyuan. 60kV 7000A The HMI Design of the Functional Test Circuit of the Converter Valve[J]. Peak Data Science,2017,6(6)：24-27.

2017-02-13；

2017-03-16。

李媛媛（1987-），女，本科，陕西，主要从事高压直流输电控制保护设备的HMI设计开发。

Email：liyuanyuan956@163.com