水電站監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面的開發(fā)與維護(hù)管理

王秋揚(yáng) 趙世寬

【摘 要】 上位機(jī)的重要功能之一是人機(jī)會(huì)話。早期水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)曾經(jīng)使用過(guò)的信號(hào)系統(tǒng)和人機(jī)接口技術(shù)是人們熟悉的光字牌、燈光和音響報(bào)警等。隨著計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，新的人機(jī)接口和會(huì)話技術(shù)隨即取代舊的設(shè)備。本文將主要探討水電站監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面的開發(fā)與維護(hù)管理。

【關(guān)鍵詞】水電站 ?監(jiān)控系統(tǒng) ?人機(jī)界面開發(fā)

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件系統(tǒng)一般采用軟件群層次化技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建。監(jiān)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)可以分為操作系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)庫(kù)層、應(yīng)用支持軟件層和應(yīng)用軟件層以及工具軟件層等多個(gè)層次。

1 水電站監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面的開發(fā)

1.1 語(yǔ)音功能

在水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，語(yǔ)音功能包括如下四個(gè)方面：（1）語(yǔ)音報(bào)警。利用PC機(jī)配用的語(yǔ)音卡或工作站的語(yǔ)音功能來(lái)實(shí)現(xiàn)電站的事故報(bào)警或綜合報(bào)警。一旦電站發(fā)生事故時(shí)，自動(dòng)按序號(hào)或?qū)ο?、性質(zhì)等選擇相應(yīng)的語(yǔ)句，實(shí)現(xiàn)事故的漢語(yǔ)語(yǔ)音報(bào)警。（2）電話語(yǔ)音及信息查詢。除了上述語(yǔ)音報(bào)警外，根據(jù)用戶的要求，還可實(shí)現(xiàn)電話語(yǔ)音報(bào)警，即在電廠發(fā)生事故時(shí)，自動(dòng)撥通電話通知非當(dāng)班的技術(shù)負(fù)責(zé)人，如生產(chǎn)廠長(zhǎng)、總工程師、技術(shù)專責(zé)、巡檢人員等。（3）語(yǔ)音朗讀。在信息查詢中，使用了語(yǔ)音朗讀功能。所謂語(yǔ)音朗讀功能，即是將儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種數(shù)據(jù)，如發(fā)電機(jī)端電壓、定子電流等數(shù)值以及有關(guān)的報(bào)告或報(bào)警語(yǔ)句等，直接從字符或文字轉(zhuǎn)換成語(yǔ)音，報(bào)給要求查詢的有關(guān)人員，使其能從電話中聽到相應(yīng)的信息。（4）語(yǔ)音控制。為了安全，電廠設(shè)備的控制操作必須準(zhǔn)確無(wú)誤[1]。首先可考慮實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單的非設(shè)備控制，如語(yǔ)音調(diào)畫面等操作。操作員可以不用功能鍵盤而自如地發(fā)口令調(diào)畫面。對(duì)于有地方口音的操作員，可讓機(jī)器先熟悉其發(fā)音，然后實(shí)現(xiàn)調(diào)畫面操作。從某引進(jìn)設(shè)備的試驗(yàn)情況看，這種操作方式還是受調(diào)度員歡迎的。

1.2 動(dòng)畫功能

動(dòng)畫功能的主要作用首先是用來(lái)表示主接線的帶電情況。目前人機(jī)界面用來(lái)描述生產(chǎn)過(guò)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(lái)表示電站主接線的運(yùn)行或帶電狀態(tài)并非良策。這是因?yàn)楦鶕?jù)部頒標(biāo)準(zhǔn)，不同電壓等級(jí)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(xí)慣上常用來(lái)表示事故。此時(shí)用變色或閃爍等方法來(lái)表示帶電或停電狀態(tài)都是不允許或不適宜的。一種可行的方法就是用動(dòng)畫來(lái)表示。動(dòng)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(dòng)畫技術(shù)還可用來(lái)表示開、停機(jī)過(guò)程中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子或水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)情況，蝸殼中水流的流態(tài)及汽蝕情況等。

1.3 可視化功能

可視化功能可將原來(lái)僅用數(shù)字或表格等表示的結(jié)果，用圖形的形式形象地表示出來(lái)。目前可視化技術(shù)是迅速發(fā)展，并引人注目的一個(gè)領(lǐng)域。利用可視化技術(shù)，就可以將自動(dòng)發(fā)電控制、經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配等的計(jì)算結(jié)果和中間結(jié)果用圖示的方法表現(xiàn)出來(lái)，甚至顯示其迭代的過(guò)程及動(dòng)作效果。又如水輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)，采用可視化技術(shù)后，可以形象地在其綜合運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線上顯示出來(lái)。以這種方法表示的機(jī)組運(yùn)行點(diǎn)形象直觀，運(yùn)行效率、受限情況、工作水頭等一目了然，使電站的運(yùn)行監(jiān)視達(dá)到一個(gè)新的水平。隨著可視化技術(shù)的發(fā)展，在工程中的應(yīng)用還有待進(jìn)一步開發(fā)[2]。

1.4 視頻功能

視頻功能主要是將攝取的電站實(shí)況圖像信息引人計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)功能的方法有兩種。1）對(duì)于已有工業(yè)電視的電廠，可將圖像信息直接引入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其原有的控制臺(tái)、切換中心等仍保留，使完全獨(dú)立的工業(yè)電視系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)控系統(tǒng)開窗來(lái)顯示圖像信息。2）在規(guī)劃計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的同時(shí)考慮圖像信息的引入問(wèn)題，包括圖像的攝取、通道的切換、攝像頭的控制等，使監(jiān)控系統(tǒng)與工業(yè)電視融合在一起。視頻監(jiān)控包括實(shí)時(shí)監(jiān)視及事故錄像兩種。前者是在監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行正常工作時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)控電站有關(guān)設(shè)備的狀況。后者是在事故前數(shù)秒、事故后20～30s記錄電站實(shí)況的圖像信息。這里包括圖像信息的數(shù)字化、壓縮、存儲(chǔ)、解壓縮、重放的問(wèn)題。這樣一來(lái)，除了原來(lái)的電站變位信號(hào)、SOE信號(hào)以外，還能用事故現(xiàn)場(chǎng)的圖像信息來(lái)進(jìn)行事故分析。在融合的設(shè)計(jì)中要特別注意網(wǎng)絡(luò)安全和干擾的問(wèn)題。

1.5 視頻信息傳輸功能

在獲取了有關(guān)的視頻信息之時(shí)或之后，可以實(shí)現(xiàn)視頻信息的實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)傳輸。一般情況下可以采用非實(shí)時(shí)傳輸，以便廠長(zhǎng)或上級(jí)調(diào)度能事后看到事故發(fā)生的實(shí)況。如果采用實(shí)時(shí)傳輸，則調(diào)度員在監(jiān)控時(shí)可同時(shí)看到事故現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)時(shí)的情況。前者對(duì)于通道的要求較低，后者則要求較高，要采用以太網(wǎng)或性能更好的通信網(wǎng)才行。

1.6 云臺(tái)控制功能

云臺(tái)即安裝電視攝像頭的工作平臺(tái)。在引入視頻信息時(shí)，如不采用工業(yè)電視系統(tǒng)，要考慮云臺(tái)的控制問(wèn)題。云臺(tái)的控制內(nèi)容包括云臺(tái)的水平旋轉(zhuǎn)控制、云臺(tái)的俯仰控制、攝像頭的聚焦控制以及相關(guān)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(jiān)視器通道的切換。專有字幕用來(lái)顯示攝像頭的編號(hào)、現(xiàn)場(chǎng)被拍攝景象的位置指標(biāo)、拍攝的時(shí)間等。云臺(tái)的控制操作要有一定的時(shí)間提前量，這是因?yàn)樵婆_(tái)旋轉(zhuǎn)或俯仰運(yùn)動(dòng)速度的限制。

2 水電站監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面的維護(hù)管理

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件系統(tǒng)安裝調(diào)試完成后投入運(yùn)行，但在軟件運(yùn)行的過(guò)程中不可避免會(huì)遇到一些問(wèn)題與故障，這就需要對(duì)軟件進(jìn)行維護(hù)。例如軟件本身漏洞造成操作錯(cuò)誤，病毒的侵入，功能的缺陷等。在維護(hù)過(guò)程中，如果是軟件方面的原因，應(yīng)從軟件上進(jìn)行改動(dòng)和升級(jí)，在軟件中加人閉鎖程序、報(bào)警程序、監(jiān)控系統(tǒng)回路的監(jiān)視程序等，使問(wèn)題一旦出現(xiàn)，運(yùn)行人員可立刻知道故障產(chǎn)生原因和地點(diǎn)，使監(jiān)控系統(tǒng)更具智能化。此外，還需要經(jīng)常打上最新的補(bǔ)丁消除安全漏洞;對(duì)于網(wǎng)絡(luò)黑客和病毒的防治應(yīng)采取加裝防火墻和具有最新病毒庫(kù)的殺毒軟件等措施，并定時(shí)查毒。在數(shù)據(jù)庫(kù)方面，首先管理員要定時(shí)查看數(shù)據(jù)庫(kù)的事件查看器，了解數(shù)據(jù)庫(kù)的操作日志和安全日志，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可疑事件;其次要定時(shí)備份數(shù)據(jù)庫(kù)，以免發(fā)生意外事故時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)丟失;最后要定時(shí)清理數(shù)據(jù)庫(kù)中的冗余數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要是對(duì)水電站監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面的各個(gè)層次作了簡(jiǎn)要的概述，介紹了軟件的分析和設(shè)計(jì)、軟件的開發(fā)與測(cè)試以及軟件的安裝、調(diào)試和維護(hù)，為水電站安全運(yùn)行與管理提供一定的參考與借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]石波.我國(guó)水電站運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的分析研究[J].科技與企業(yè)，2014（6）：122.

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