發電廠自動抄表軟件人機交互界面設計

西安工程大學計算機學院 陳紫薇 馬佳賓 王 瓊

發電廠自動抄表軟件人機交互界面設計

西安工程大學計算機學院 陳紫薇 馬佳賓 王 瓊

結合所設計開發的一款發電廠關口表自動抄表小主站軟件，對發電廠計量計費系統的要求、組成機構、實現功能等進行了分析研究；使用Visio軟件繪制底圖、軟件實現動態鏈接編輯的方法實現了電量一次接線圖的輸出顯示；通過重載C#.net 開發環境中DataGridView函數的繪制方法OnCellPaint，完成了多層組合表頭的設計；使用ZedGraph開源控件完成計量信息統計圖形的設計。在完成軟件設計與編程實現之后，對其各項功能進行了檢測，符合用戶的預期。

自動抄表；人機交互；電能量遠方終端；一次接線圖；多層組合表頭

引言

項目組承接了一種發電廠關口表計量計費自動抄表軟件的設計任務，主要完成協作企業在陜西榆林奧維乾元電廠、協和光伏電站、龍舟光伏電站、李家梁風電場等發電廠的計量計費信息的當地后臺信息的監視、查詢分析、報表等功能。這些發電廠的計量計費系統主要由全電子式多功能電能表、電能量遠方終端、計量信息遠傳的調度數據網絡、計量計費自動抄表當地后臺4部分組成[1-2]，這里主要負責自動抄表當地后臺系統的人機交互界面的設計。當地后臺系統由1臺服務器組成，采用RS485接口與電能量遠方終端進行通信連接，引入計量計費信息。當地后臺系統軟件采用客戶機-服務器模式設計，計量計費的配置參數和數據信息保存在SQL-Server數據庫中，服務器軟件負責數據采集和計量計費信息的計算處理，客戶機軟件主要用于人機交互，實現配置參數定義、計量信息監控、查詢分析和報表輸出等任務。這里主要就客戶機軟件人機交互界面的實現思想和方法進行詳細介紹。

1.發電廠關口表自動抄表系統

1.1 關口表計量計費

關口表計量計費的方法和居民戶和工業用戶電表的計量計費有著根本不同之處。由于電力系統是一個動態平衡的系統，其發電量和用電量必須保持一致才能保證電網的平穩運行。為此，發電廠必須按照調控中心下達的電量曲線發電，同時接收調控自動系統主站的自動發電控制（Automatic Generating Control, AGC）。關口表計費還要采用尖、峰、平、谷分時計費（Time of Use, TOU）的方法進行計費。隨著電力市場的進一步完善，“實時報價、競價上網”方式也會在電力市場推廣實施。這樣關口表計量計費系統的抄表周期按需要可以是1、2、3、5、10、15、20、30、60分鐘，需要在自動抄表系統中生成電量增量曲線，進行發電計劃考核，計算出不遵循計劃曲線發電的處罰電量；計算出分時計費的電量；統計出結算電量和上網電費。除此之外，關口表計量計費系統還需要統計網損、變損等信息，監控計量設備的運行狀況和偷電行為。

發電廠的計量結算一般都在省電力調控和交易中心計量計費系統主站完成，發電廠為了摸清自己的發電行為和電量結算信息，做到“自己也要一桿秤”，也在發電廠控制中心建設一套當地自動抄表小主站，實現關口表和考核表的電量監控與計量結算數據的計算生成，方便與對端結算數據的核對。

1.2 發電廠關口表自動抄表系統的組成

發電廠當地自動抄表系統主要由電能表、電能量遠方終端（eRTU）、調度數據網的Ⅱ區網絡[2-3]、當地自動抄表主站等4部分組成，如圖1所示。

圖1 發電廠自動抄表系統的組成

如圖1所示，電能表主要安裝在發電、廠用、上網關口、無功補償等回路的計量測點，實現法定的計量功能。eRTU負責與電能表通信，實現表盤電量、月凍結電量、電量負荷曲線、需量、電表狀態、電表事件等信息的采集，并負責計量信息的儲存和管理、與主站通信上報計量信息等功能。eRTU與調控和交易中心的主站通過調度數據網實現電量信息傳輸。為了保證電廠當地網絡與電力公司網絡的隔離，當地自動抄表主站采用RS485總線與eRTU實現通信連接。當地自動抄表主站采用IEC60870-5-102協議與eRTU通信，實現計量信息的采集，客戶端軟件實現人機接口功能。

圖2 自動抄表軟件的組成關系

2.自動抄表軟件客戶機人機交互

2.1 自動抄表主站軟件

自動抄表主站軟件在一臺Dell PowerEdge T30微塔式服務器（英特爾?至強?E3-1225v5 CPU,3.3GHz）平臺上運行，應用軟件基于SQL Server2010數據庫系統，采用C#.net可視化集成開發環境設計，包括服務器軟件和客戶機軟件2部分。服務器軟件主要實現與eRTU通信，采集計量計費數據，完成計劃考核、線損、TOU電量、上下網電量等計量數據的統計計算、電量負荷曲線的儲存、報表生成等，所有的計量信息都保存在數據庫，借助數據庫系統實現計量信息管理。客戶機軟件主要實現人機交互接口和計量信息的輸出、配置參數設置管理等功能。客戶機軟件的人機交互接口主要包括一次接線圖、數據查詢分析、報表輸出、系統維護管理、退出系統5大項功能。由于自動抄表軟件屬于及時系統軟件，沒有實時性方面的要求，而客戶機軟件和服務器軟件主要以數據庫為橋梁進行數據交互。在客戶機軟件進行參數配置時，為了實現配置信息的同步，2個軟件采用Socket協議進行通信連接，通知服務器軟件同步更新配置參數。客戶機軟件和服務器軟件組成和之間的關系如圖2所示。

圖3 客戶機軟件的主界面

2.2 客戶機軟件人機交互界面

項目組為協作企業開發的軟件需要以產品的形式向市場正式發布，因此人機交互界面需要精心設計。為此項目組聘請平面設計美工進行了界面布局和界面上的圖形制作，以滿足協作企業的要求。這里以奧維乾元電廠為例，客戶機軟件主界面如圖3所示。

如圖3所示，客戶機軟件的人機交互的5項功能以圖表的形式醒目布置在屏幕右邊，用戶通過點擊鼠標即可進入相應界面進行繼續操作或監視。屏幕左側裁剪了一座發電廠照片作為底圖，美化人機交互界面。人機交互的4項主功能以敏感點方式使用鼠標訪問，同樣可以進入相應子界面進行操作和監視。用戶登錄在窗口的右下部實現。

2.3 電量一次接線圖

發電廠的監控人員對電廠的一次接線圖非常熟悉，習慣在一次接線圖上觀測數據信息。為此，人機交互界面專門實現了電量一次接線圖界面，如圖4所示。

圖4 一次接線圖界面

一旦電廠建成，其一次接線圖就基本確定，不再修改。基于這一特點，這里采用了Visio軟件繪制一次接線圖的底圖，另存為jpg圖形文件，由軟件使用。為了在底圖上實時顯示電量信息，軟件專門設計了一種簡單的動態鏈接編輯功能，在界面上設置坐標和電量點訪問名對，即可在底圖指定的坐標位置顯示電量信息。如果電廠一次接線圖修改了，需要再制作一次底圖和改變動態鏈接的過程。圖4中，電量信息在底圖的方框中顯示。

2.4 電量信息查詢分析

計量信息查詢分析主要包括上網關口表、考核電表和統計計算的查詢與分析。查詢分析的輸出結果有兩種形式，一種為表格輸出，另一種為統計圖表（曲線、棒圖、餅圖）輸出。電量查詢包括分鐘電量曲線，日月年統計電量信息，每個電量可選擇二次電量（電表底碼）和一次電量兩種形式。為了快速設定查詢區間，支持年月日的快速設置，也可以人工設置要顯示信息的時間區間。計量信息查詢界面如圖5所示。

為了快速選擇查詢分析的對象，查詢分析界面劃分為左右兩個部分，圖5中左側為分析對象樹，該樹上顯示的信息在系統維護管理時分級分類設置，以用戶習慣的方式查找要查詢分析的對象。屏幕右側為信息輸出顯示主窗口。

圖5 計量信息查詢分析界面

2.5 多層組合表頭

如圖5橢圓框內信息所示，信息查詢表格輸出顯示時希望有多層組合表頭樣式，這樣的表格樣式美觀，也與顯示的內容相符。但是C#.net可視化開發環境缺省的輸出表格樣式單一，不支持這種多層組合表頭。通過對一些多層表頭實現方法[4-5]的分析研究，采用DataGridView控件重載，實現了多層組合表頭功能。在本軟件實現的多層表頭中，第一層有和并列，第二層為基本列，不包含和并列。實現的方法為是重載DataGridView函數的繪制方法OnCellPaint，把表頭作為一個大的長方形，一層層一格格繪制，從而完成多層組合表頭的編程實現。

圖6 計量信息棒圖輸出界面

2.6 統計圖形

為了直觀分析計量數據，采用曲線、棒圖、餅圖等統計圖形表示相關對象的信息是一種常見的輸出顯示方法。C#.net開發環境支持Office統計圖表分析控件，采用該控件進行統計圖表輸出是一種不錯的方案。但計量負荷曲線的測點非常多，Office統計圖表分析控件輸出顯示速度很慢，不能滿足所見即所得的分析需求。為了解決這一問題，在這里使用了第三方免費軟件ZedGraph。ZedGraph是開源、免費的控件，支持可視化設計。使用ZedGraph類庫可以方便創建計量數據的二維線型、條型、餅型圖表，而且圖形大小也可以方便控制。為了在C#.net開發環境使用該控件，需要將ZedGraph.dll和ZedGraph. Web.dll兩個動態鏈接庫添加到開發環境中，之后調用ZedGraph控件提供的接口函數即可繪制所需的圖形。如圖6所示是軟件輸出顯示的棒圖圖形。

3.軟件測試與驗證

軟件的其他人機交互模塊相對容易，不在這里詳細說明。在完成軟件的設計開發之后，在實驗室對軟件的各個人機交互界面都進行了細致檢測，界面的布局、界面上顯示數據的正確性都進行了驗證。測試結果表明，軟件設計滿足用戶的要求。

4.結束語

針對用戶要求，完成了一種發電廠關口表計量計費自動抄表軟件的人機交互界面的設計。首先對發電廠關口表計量計費系統的要求、組成機構、實現功能等進行了分析研究，弄清計量信息輸出的特點和用戶需求；再對自動抄表主站客戶機軟件的一次接線圖、計量信息查詢分析表的多層組合表頭、統計圖形的實現技術進行了詳細介紹，完成了該軟件的人機交互界面的設計與實現。經過逐項功能測試，所設計的人機交互界面畫面美觀、顯示數據正確，符合用戶的預期。下一步將軟件投入現場的推廣應用，并在現場運行過程中對所設計的軟件進行完善，進一步滿足用戶的使用需求。

[1]呂雪燕,張敏,黃國兵.電能量計量計費小主站系統設計[J].電氣制造,2009(8):78-82.

[2]朱婷婷.基于雙平面調度數據網絡的發電廠特色應用[J].電工技術,2015(3):112-112.

[3]黃國兵,金勇,賈榮興等.某電能量遠方終端雙平面網絡接口設計[J].西安工程大學學報,2016,30(1).

[4]楊海濤.復雜表頭表格的關系模式表示[J].計算機工程,2011,37(4):49-51.

[5]歐立奇,康祥順,馬煜.Visuual C#.NET案例開發集錦[M].北京:電子工業出版社,2005(10).

陳紫薇(1991—），女，陜西西安人，碩士研究生，主要從事計算機應用領域的研究與產品設計開發。

西安市2012年產業技術創新計劃-技術轉移促進工程（項目編號：CX12185-4）。