iP9000平臺動態光字牌功能的設計與實現

鄧子夜，文正國，胡佳寧，時小倩，郭萬森，關雨彤

（北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038）

隨著碳中和目標的提出，近年來巨型水電站建設迎來新一波高潮，水電建設的國產化進程日益推進。作為水電自動化解決方案的主要研制單位的北京中水科水電科技開發有限公司推出了完全自主產權的iP9000全新一代智能對象一體化平臺，該平臺陸續在清江梯調、三峽左岸、三峽梯調、三峽昆明梯調、白鶴灘、五強溪、公伯峽等國內外大型水電站監控系統升級改造項目中陸續投入使用[1][2]。

在一體化平臺監控系統人機界面研發過程中，針對如何提高運行人員快速響應并處理電力系統事件，人機界面交互工具（IPM、OIX）的設計時始終遵循以對象化為基礎，設想用戶通過簡單建模構造動態的實時界面，并依此研發出了動態光字牌技術[3]。

1 光字牌技術簡介

傳統光字牌源于在工業自動化控制系統中與各種接點式控制檢測儀表配套使用監視各種設備運行狀態，物理盤柜中設置閃光報警儀系統或外接電鈴，通過聲光或閃爍來提示報警功能。它是運行人員監視站內設備運行狀況、保護動作情況等的重要的信號設備，其主要由現場繼電器等硬件接點觸發，通過中央信號屏上的小燈照亮對應的字牌而反映在電力自動化控制系統中。

隨著中央信號屏的取消，傳統光字牌也被監控上位機（工程師站）的虛擬光字牌取代，由于虛擬光字牌的信號即可取自現場硬件接點，又可通過監控系統內部軟件判斷邏輯觸發，因此其提供給運行人員的信息內容比傳統光字牌更加豐富，光字牌技術在電力自動化控制系統中的運用越來越廣泛。本文介紹的動態光字牌是一種上位機畫面中的虛擬光字牌，也稱軟光字牌。

2 光字牌功能在水電監控系統中的應用

在水電站的中控室中，運行維護人員要不時監視各機組、主接線、廠用電等的運行狀況，檢查系統是否存在告警信號。在大型水電站及水電集控中心，由于水電站設備數量多、層次多，導致信號量大，如果監控運行人員在各機組設備畫面中來回切換巡視，將導致運行人員瀏覽次數多、視覺疲勞以及工作效率低下等后果。

在水電站SCADA系統集成時，將電站內的設備運行狀況、保護動作等重要信號設置為告警點，并將它們的告警信號以虛擬光字牌的形式集中繪制到某幾張畫面內，使得光字牌告警信息一目了然，以便于運行人員的監視電站運行的異常狀況。在設備出現異常告警后，這些畫面內與信號相對應的告警光字牌將被點亮，光字牌“點亮”的過程其實是圖元由常態色變為警示色的一個過程。運行人員通過對點亮的光字牌相關的告警信號進行確認處理后，光字牌將自動恢復為非告警的常態顯示。

圖1 傳統光字牌畫面

傳統光字牌技術在水電站監控系統中主要實現了以下具體功能：

（1）告警光字信號的集中展示；

（2）按照告警信號是否觸發來驅動圖元動態展示；

（3）光字牌的組織結構可由設計及集成人員更改調換。

隨著軟光字牌功能在電廠監控系統中的推廣，光字牌技術在SCADA系統運行過程中取得了良好的效果，提升了運行操作人員的工作效率，減輕了遍歷巡視畫面的工作壓力[4]。

3 動態光字牌的設計及實現

隨著iP9000一體化平臺監控系統的逐步升級及項目應用，特別是在大型流域集控調度中心實踐中，如何通過最少的操作次數快速定位告警、提高運行人員的處理響應速度，成為了對光字牌技術的新要求。人機界面在開發過程中，以對象化建模為基礎、鑒于數模一體化概念，創建動態光字牌控件，使得用戶可以通過最簡單的圖形建模構造系統動態光字畫面，并依此研發出了動態光字牌。

3.1 功能設計

動態光字牌在設計過程中，貫徹對象化建模思想，通過一次數據建模，在畫面集成時一次完成，而無需工程人員對系統中所有的光字牌逐一繪制。這樣可以大大減輕工程人員在繪制光字畫面過程中特別當系統告警點發生變化后，需要反復對系統所有告警點的查漏補缺及查重等工作。

對于運行人員來說，在沒有告警事件發生時，無需反復巡視光字牌畫面；只有當配置為需要推光字牌畫面的事件產生變位報警時才需要關注相關事件及光字牌對應的相關業務畫面。

用戶可以在光字牌上瀏覽光字事件信息、事件等級、進行光字事件確認，同時，根據對象化建模配置，可以點擊光字牌跳轉至指定畫面進行進一步的事件查看及流程處理。

圖2 動態光字牌數據處理設計

3.2 技術實現

（1）數據建模

數據建模是構建光字牌事件對象列表的重要步驟，它是告警事件運行監視的主要依據，也是系統是否推送動態光字牌以及哪些對象動作后推送光字牌的依據。

在一體化平臺通過DETool數據編輯工具進行數據建模時，用戶可依據設備運行實際情況，配置對象的光字信息。

用戶可以配置對象的告警等級、對象事件描述文字、是否推送光字牌等屬性來決定對象是否參與到動態光字畫面中以及在畫面中單擊光字牌后是否跳轉到指定的畫面中。

由于動態光字牌技術基于數據建模，當監控系統中不斷新增加或刪除對象點時，系統中的光字牌對象列表也隨之自動更新。免去了傳統光字牌畫面中反復連點、反復繪制、增刪排列圖元等繁瑣的工作，實現了光字牌集成工作的智能一體化維護。

（2）動態光字牌的實現

iP9000一體化平臺系統的人機界面基于先進的跨平臺的C++圖形用戶界面應用程序開發框架Qt GUI。在系統運行過程中，iP9000平臺通過將事件進行運算整理，按照系統配置產生推動態光字牌列表；在人機界面顯示過程中，通過動態布局，將光字牌按照事件發生時序加載到光字牌顯示區框架內。在圖元顯示時，光字牌框架根據圖元位置動態地將光字牌顯示區嵌入顯示動態光字牌圖元位置。

圖3 動態光字牌展示

通過系統信號傳遞機制，當底層事件運算發現新的光字牌事件產生后，立即發送信號消息通知OIX人機界面刷新最新的光字牌列表，加載并展示最新的光字牌畫面，達到了“一張光字畫面、動態展現事件”的目的。

4 動態光字牌的擴展功能

在不同項目之間、項目的不同階段之間，用戶可根據項目的實際需要，利用系統自定義配置功能來配置動態光字牌的不同展現方式。

4.1 臨時禁用

在機組調試接機運行模式時，由于大量的接點調試動作，會導致OIX人機界面中頻繁的推送出系統光字牌畫面，影響系統調試的監視運行。

為方便調試運行，在系統中設置了臨時禁用動態光字牌的功能，通過人機界面程序OIX啟動運行時加參數“-bt”來觸發光字牌的臨時禁用功能。

4.2 可推送主機設置

在電廠實際監視運行過程中，不同的操作員站關注的側重點往往不同。通過用戶配置可推送主機列表，可以方便地將動態光字牌畫面固定在系統指定的某幾臺主機上運行，便于運行管理工作的分類進行。

4.3 顯示屏號設置

在上位機人機界面中，往往配置多屏顯示運行監視畫面，不同的電站的主操作屏經常是不同的。由于動態光字牌在事件發生后即刻動態推送到人機界面中，如果經常推送到操作員下令或長期監視的主屏將干擾操作員的運行工作，因此不同電站對動態光字牌的顯示屏幕有不同的設置偏好。

針對這種需求，系統定制開發了動態光字牌顯示屏號設置功能，當用戶指定屏幕號后，動態光字牌畫面在需要時將動態展示在指定屏幕上。默認地，動態光字牌畫面展示在系統最右側的屏幕中。

5 結論

不同于傳統靜態光字牌，基于對象一體化數據建模的動態光字牌功能的應用，結合靈活豐富的擴展配置，可以有效提高運行人員的監視效率，減少調試過程中大量點動作產生動態光字牌畫面對運行監視的干擾。同時，動態光字牌基于數模一體化建模，大大減少了集成人員的集成維護工作，實現了光字牌功能在監控系統中的智能顯示與維護，有一定的推廣應用價值。