人機(jī)界面HMI在水電廠的應(yīng)用

李春雷

(中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)四川電力開(kāi)發(fā)有限公司毛爾蓋水電有限公司，四川 成都610000)

1 人機(jī)界面在水電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

人機(jī)界面在水電廠使用很廣泛， 也是一種現(xiàn)地控制的一種手段。不僅可以監(jiān)視運(yùn)行機(jī)組的工況，還可以下發(fā)命令實(shí)時(shí)控制。 水電廠發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)中人機(jī)界面是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和油、水、氣輔機(jī)控制系統(tǒng)及閘門(mén)啟閉機(jī)系統(tǒng)均采用了觸摸屏設(shè)備，它們各自所采用的觸摸屏為威綸通、施耐德、PRO-FACE 系列的設(shè)備。

水電廠所使用的觸摸屏是可編程終端， 和PLC 配套使用組成具有圖形化交互式工作界面的獨(dú)立系統(tǒng)；是可自由組合文字、指示燈、開(kāi)關(guān)按鈕、各種動(dòng)態(tài)圖表、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)顯示輸入、異常報(bào)警、靜態(tài)顯示等來(lái)處理或監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時(shí)可能變化信息的多功能顯示屏幕。

水電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)要求觸摸屏可以實(shí)時(shí)顯示水電廠的有功、無(wú)功、頻率、開(kāi)入信號(hào)、開(kāi)出信號(hào)、模擬量測(cè)值、交采數(shù)據(jù)等并動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)運(yùn)行工況，運(yùn)行過(guò)程監(jiān)視等信息。 水電廠在發(fā)電控制時(shí)對(duì)自動(dòng)化程度和各個(gè)過(guò)程有嚴(yán)格的邏輯順序關(guān)系，觸摸屏作為人機(jī)交互操作終端時(shí)，為發(fā)電控制系統(tǒng)的運(yùn)行提高其可靠性和穩(wěn)定性。 觸摸屏可將當(dāng)前操作過(guò)程值以及連續(xù)的PLC 采集量狀態(tài)可視化， 并通過(guò)組態(tài)變量建立觸摸屏與PLC 的通訊， 使觸摸屏上的各項(xiàng)設(shè)定值輸入PLC； 同時(shí)PLC 接收現(xiàn)場(chǎng)各狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)，按預(yù)先編寫(xiě)的程序?qū)崿F(xiàn)計(jì)算和控制輸出功能，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面對(duì)發(fā)電自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制。

2 人機(jī)界面在水電廠主要功能實(shí)現(xiàn)

水電廠監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面的主要功能有：模擬量監(jiān)視、開(kāi)入量監(jiān)視、開(kāi)出量監(jiān)視、SOE 量監(jiān)視、有功P 和無(wú)功Q 調(diào)節(jié)控制、開(kāi)停機(jī)流程監(jiān)視和操作，報(bào)警信息監(jiān)視、交流采樣實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視；輔助控制系統(tǒng)主要功能有：油、水、氣、閘門(mén)運(yùn)行主界面，設(shè)置參數(shù)，運(yùn)行次數(shù)統(tǒng)計(jì)、設(shè)備啟停狀態(tài)及故障報(bào)警。

2.1 系統(tǒng)主要組成

（1）水電廠觸摸屏采用臺(tái)灣威綸通、施耐德、PRO-FACE 設(shè)備，通過(guò)連接電纜與PLC 通訊并將各個(gè)狀態(tài)量顯示在畫(huà)面上， 畫(huà)面顯示必須登錄后才能查看。

（2）觸摸屏后臺(tái)編輯軟件可完成觸摸屏程序的上傳下載，編輯功能。

（3）可編程控制器PLC 與觸摸屏通訊采用485 接口，規(guī)約為Modbus總線協(xié)議。

2.2 觸摸屏主要功能的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)顯示的主要功能實(shí)現(xiàn)是通過(guò)編輯軟件讀取PLC 的字寄存器數(shù)據(jù)加以換算并可精確小數(shù)位后顯示在畫(huà)面上；狀態(tài)顯示的主要功能是讀取PLC 位寄存器的值后將位狀態(tài)顯示在畫(huà)面上。

（1）模擬量數(shù)據(jù)顯示：PLC 將傳感器輸出的4~20mA 值做相應(yīng)計(jì)算處理后放在字寄存器里，通過(guò)與觸摸屏的通訊顯示出來(lái)，再精確到小數(shù)位后幾位可準(zhǔn)確顯示。

（2）開(kāi)關(guān)量輸入的顯示：PLC 位寄存器將實(shí)際位狀態(tài)的0，1 與觸摸屏顯示的測(cè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，即可顯示實(shí)際位狀態(tài)。

（3）功率設(shè)定：有功P、無(wú)功Q 調(diào)節(jié)則是將有、無(wú)功可調(diào)及設(shè)定值顯示在調(diào)節(jié)畫(huà)面里， 將數(shù)值寫(xiě)入對(duì)應(yīng)PLC 調(diào)節(jié)字寄存器后經(jīng)過(guò)PID換算后輸出。

（4）開(kāi)停機(jī)流程：將滿足開(kāi)機(jī)條件的位狀態(tài)顯示出來(lái)，如果不滿足開(kāi)機(jī)條件則用紅、 綠顏色在觸摸屏上顯示告警，PLC 的邏輯流程則也無(wú)法執(zhí)行。

（5）報(bào)警顯示：在威綸通、施耐德、PRO-FACE 觸摸屏均有事件顯示與報(bào)警顯示功能，只需將報(bào)警點(diǎn)對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的位狀態(tài)添加進(jìn)去，就可以將測(cè)點(diǎn)動(dòng)作后滾動(dòng)顯示在觸摸屏上。 可以準(zhǔn)確及時(shí)的反應(yīng)機(jī)組狀態(tài)、邏輯控制中與調(diào)節(jié)控制中測(cè)點(diǎn)的顯示，并可在第一時(shí)間查詢。

（6）登錄操作：由于水電廠中對(duì)機(jī)組和輔機(jī)的操作必須保證規(guī)范性及觸摸屏開(kāi)放式、靈敏性的操作特點(diǎn)，對(duì)安全操作有明確規(guī)定，需設(shè)定密碼界面來(lái)防止誤操作。機(jī)組在負(fù)荷調(diào)節(jié)及輔機(jī)在設(shè)定啟停參數(shù)時(shí)都需輸入人機(jī)界面彈出的登錄界面并輸入正確密碼后才能對(duì)發(fā)電機(jī)組和輔機(jī)進(jìn)行操作，從而避免了在觸摸屏上操作時(shí)產(chǎn)生誤操作及非電力運(yùn)行人員的操作而引發(fā)事故， 使得人機(jī)界面控制系統(tǒng)操作更為安全。

3 結(jié)束語(yǔ)

水電廠人機(jī)界面和可編程控制器PLC 的聯(lián)合使用可提高控制系統(tǒng)的可靠性和控制精度，而觸摸屏的使用則為整個(gè)控制系統(tǒng)提供了良好的人機(jī)操作界面，因此二者的聯(lián)合控制系統(tǒng)將越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于水電廠和工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。

水電廠在以PLC 為核心的控制系統(tǒng)中，PLC 主要采集現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)信息，及時(shí)向人機(jī)界面上送各類(lèi)生產(chǎn)狀態(tài)和數(shù)據(jù)。人機(jī)界面的使用，不僅繼承了PLC 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)， 還減少了系統(tǒng)配件， 提高了系統(tǒng)抗干擾能力，降低了系統(tǒng)成本。水電廠所應(yīng)用的人機(jī)界面系統(tǒng)自投入后，以性能可靠穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單直觀，系統(tǒng)反應(yīng)快速，故障率低，維護(hù)方便的特點(diǎn)發(fā)揮了其操作上的優(yōu)勢(shì)； 同時(shí)對(duì)水電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的顯示與控制，統(tǒng)籌管理遙測(cè)、遙信數(shù)據(jù)具有重要實(shí)際意義。