鄧子夜，何 婷，文正國，郭 潔，王京紅，方茹慧

（北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

作為水電自動化解決方案的主要研制單位之一，北京中水科水電科技開發(fā)有限公司面向電力市場應(yīng)用研發(fā)的全新一代智能對象一體化平臺——iP9000一體化平臺系統(tǒng)，在繼承了H9000系統(tǒng)控制穩(wěn)定、數(shù)據(jù)高效的優(yōu)點之外，iP9000一體化平臺系統(tǒng)采用了全新的設(shè)計理念和技術(shù)路線，從底層到界面徹底實現(xiàn)了數(shù)據(jù)、控制的對象化[1-3]。目前，iP9000一體化平臺系統(tǒng)已成功在清江梯調(diào)、三峽左岸、三峽梯調(diào)、三峽巴西、白鶴灘等國內(nèi)外大型水電站監(jiān)控系統(tǒng)升級改造項目中投入使用[4]。

在iP9000一體化平臺監(jiān)控系統(tǒng)項目實施過程中，圍繞系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和易用性，人機(jī)界面交互工具的設(shè)計時始終遵循對象化核心思想，并考慮向更高級更先進(jìn)的擴(kuò)展式及嵌入式功能人機(jī)可視化的方向進(jìn)行拓展。

1 設(shè)計原則及核心技術(shù)

在電力 SCADA 系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）中,電站設(shè)備的繪制和顯示是SCADA系統(tǒng)的關(guān)鍵任務(wù)之一[5]。人機(jī)界面作為iP9000一體化平臺的最終用戶交互主體，需要支持平臺數(shù)據(jù)的對象化、多樣化的綜合實時展示功能，提供實時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)的即時可視化，支持靈活可組態(tài)的人機(jī)交互邏輯配置，支撐多業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的交互式應(yīng)用嵌入展示等功能。

圖1 一體化平臺人機(jī)界面軟件框架

1.1 設(shè)計原則

iP9000一體化平臺系統(tǒng)的人機(jī)界面基于先進(jìn)的跨平臺的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架Qt GUI，采用徹底的面向?qū)ο蟮募夹g(shù)路線，有助于實現(xiàn)多平臺間代碼的統(tǒng)一維護(hù)，實現(xiàn)了基于SOA組件化編程架構(gòu)的的軟件功能擴(kuò)展和不斷升級。

iP9000一體化平臺系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計的總體原則即以對象化為基礎(chǔ)，展現(xiàn)圖元綜合多維信息、支持可擴(kuò)展的多功能控件的組件化交互與展示、支持軟件跨平臺運行、保障系統(tǒng)運行高效穩(wěn)定、響應(yīng)迅速。

1.2 對象化設(shè)計思想

對于一體化平臺系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)的展示是人機(jī)界面的首要任務(wù)。一體化平臺的數(shù)據(jù)來源廣泛，有遙信數(shù)據(jù)、遙測數(shù)據(jù)、計算點、告警信息、設(shè)備信息等等。通過對象化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)組織成層次清晰、有明確意義的綜合數(shù)據(jù)簇，在數(shù)據(jù)展示和數(shù)據(jù)最終表現(xiàn)過程中，通過對象樹形式的參數(shù)設(shè)置來實現(xiàn)人機(jī)界面與對象化數(shù)據(jù)的有機(jī)結(jié)合，借助于對象化的界面組態(tài)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的有效傳遞和綜合展示。

對象化是iP9000一體化平臺系統(tǒng)的核心理念，也是一體化平臺人機(jī)界面的主要設(shè)計思想。在平臺的人機(jī)界面程序中重點實現(xiàn)了對圖元的對象化組態(tài)處理、對象化遷移處理、聚合參數(shù)對象模板化以及對象腳本化處理。

1.3 交互式應(yīng)用組件嵌入技術(shù)

為了減少了項目應(yīng)用中用戶跨應(yīng)用的維護(hù)工作，節(jié)約項目成本、減少出錯并提高了工程集成效率，一體化平臺的人機(jī)界面突破傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)，實現(xiàn)了對WEB、GIS、E-Chart等可定制化組件的嵌入顯示及底層的交互控制。組件嵌入技術(shù)使得監(jiān)控系統(tǒng)展示多樣化，拓展了人機(jī)界面的信息展示容量。

2 人機(jī)界面概覽

iP9000一體化平臺的人機(jī)界面主要包括具有畫面配置、編輯、維護(hù)功能的IPM圖形制作軟件和實時監(jiān)控的OIX人機(jī)交互軟件。

2.1 IPM圖形制作軟件

IPM圖形制作軟件是iP9000一體化平臺畫面的主要集成工具，通過IPM軟件實現(xiàn)對畫面進(jìn)行科學(xué)合理的編輯、參數(shù)配置和控制定義等。

它主要由繪圖區(qū)、工具區(qū)、屬性配置區(qū)組成。每類圖元對象具有不同的外觀、屬性，通過配置圖元相對應(yīng)的動態(tài)屬性，適應(yīng)不同場景下的顯示功能。

2.2 OIX人機(jī)交互軟件

OIX人機(jī)交互軟件是iP9000一體化平臺的值班員主界面，集數(shù)據(jù)采集監(jiān)視及命令下發(fā)界面于一體，是實時運行系統(tǒng)中的最重要的人機(jī)交互軟件。

3 人機(jī)界面系統(tǒng)中的對象化應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)刷新

在iP9000一體化平臺系統(tǒng)中，人機(jī)界面中的數(shù)據(jù)刷新是圍繞對象化的各項特性展現(xiàn)的[6]。與H9000之前版本相比，新一代人機(jī)界面通過對表示對象的各類圖元的配置和定義可以更加靈活豐富地展現(xiàn)對象的數(shù)據(jù)內(nèi)容和變化。

傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中，對于常見的模擬量和開關(guān)量，一般只展示對象的實時值和實時狀態(tài)2種屬性，界面可展示的信息內(nèi)容相對比較單一。而新一代一體化平臺中的對象可通過IPM的各項配置屬性進(jìn)行更加豐富的圖形定義。例如，對象的綜合信息、對象的顯示名稱、對象的某過程曲線、更新時間、各種服務(wù)的主機(jī)名稱、服務(wù)進(jìn)程名稱、計劃曲線288點、水情過程信息、OBJ設(shè)備對象的綜合狀態(tài)、對象的動態(tài)報警信息、動態(tài)光字牌、機(jī)組的P-Q過程曲線、機(jī)組的跳閘矩陣信號邏輯等等。

在展現(xiàn)形式上，新一代人機(jī)界面系統(tǒng)可通過靈活地定義對象的動態(tài)的閃爍、動態(tài)變色、動態(tài)過程變化等局部動態(tài)變化邏輯來實現(xiàn)更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)動態(tài)提示功能。

3.2 智能報警燈

為了在實時監(jiān)控系統(tǒng)中更加準(zhǔn)確清晰展現(xiàn)對象的報警狀態(tài)，設(shè)計了基于對象節(jié)點層次的智能對象報警燈。

通過IPM工具將報警燈的參數(shù)配置為對象樹上某一級父節(jié)點，這樣可以在OIX實時監(jiān)控畫面中展現(xiàn)整個對象及其子節(jié)點在實時運行系統(tǒng)中的總體報警狀態(tài)。當(dāng)報警信號產(chǎn)生并引發(fā)報警燈閃亮后，運行人員可以通過畫面點擊報警燈查看整個對象的報警詳細(xì)信息，便于運行人員及時發(fā)現(xiàn)對象整體而不僅局限于畫面內(nèi)的設(shè)備的異常運行狀態(tài)。

3.3 目標(biāo)特寫

目標(biāo)特寫功能是在OIX人機(jī)界面中展現(xiàn)實時采集對象的實時狀態(tài)和近幾分鐘內(nèi)的數(shù)據(jù)變化情況。

對于模擬數(shù)據(jù)，目標(biāo)特寫窗口中展現(xiàn)該模擬數(shù)據(jù)對象的實時數(shù)據(jù)、近幾分鐘內(nèi)數(shù)據(jù)變化趨勢、上下限信息。當(dāng)數(shù)據(jù)越限時，目標(biāo)特寫窗口會自動根據(jù)越限級別展現(xiàn)該對象的越限狀態(tài)并以異常顏色提醒運行人員。

對于開關(guān)量數(shù)據(jù)，主要展現(xiàn)其變位狀態(tài)，通過折線圖的方式展現(xiàn)開關(guān)量對象近幾分鐘內(nèi)的變位次數(shù)和變位情況。

圖2 目標(biāo)特寫功能展示

3.4 多功能、多對象的曲線

iP9000一體化平臺人機(jī)界面中的曲線功能應(yīng)用廣泛，可以方便地顯示電廠AGC功率調(diào)節(jié)過程、AVC電壓變化情況、溫度水位等模擬值的歷史及當(dāng)前數(shù)據(jù)變化過程。

對于曲線功能，按照實際用途劃分為實時曲線和歷史曲線2部分。其中，實時曲線功能作為監(jiān)控畫面的一部分，展現(xiàn)對象的實時數(shù)據(jù)變化和當(dāng)前時間之前的歷史數(shù)據(jù)，充分利用了計算機(jī)的數(shù)據(jù)緩存技術(shù)和多線程技術(shù)，高效的實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)刷新及展示。

歷史曲線功能作為OIX人機(jī)界面的輔助工具，可以對多個對象多個數(shù)據(jù)屬性同時進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢，并以個性化的曲線展現(xiàn)形式來展現(xiàn)數(shù)據(jù)。

3.5 動態(tài)光字牌

人機(jī)界面在運行過程中可以根據(jù)系統(tǒng)預(yù)定義的光字牌列表動態(tài)推出光字牌畫面并在畫面內(nèi)顯示當(dāng)前被激活的光字牌。用戶單擊某一個被激活的光字牌時，系統(tǒng)人機(jī)界面將跳轉(zhuǎn)到與該光字牌預(yù)定義關(guān)聯(lián)的畫面。

光字牌畫面的制作非常方便，只需點擊光字牌圖元在畫面中拖動形成一個用來顯示光字牌的區(qū)域即可。在光字牌畫面的其他區(qū)域也可以增加其他的文字提示、畫面跳轉(zhuǎn)導(dǎo)航等功能。

4 嵌入式控件的應(yīng)用

在系統(tǒng)平臺推廣應(yīng)用的過程中，用戶對水電調(diào)一體化功能及部分水情功能的運行畫面展示有許多新的需求。針對這些需求，iP9000一體化平臺開發(fā)了一批水電調(diào)一體化展示相關(guān)的嵌入式控件。

4.1 QML控件

QML語言是一種描述性的腳本語言，用戶可以根據(jù)個性化需求，通過修改來實現(xiàn)靈活的配置功能。

QML腳本語言簡單易學(xué)，具有較好的易用性，對javascript形式的編程控制提供支持，特別是在圖形特效方面QML語言可以實現(xiàn)傳統(tǒng)GUI難以實現(xiàn)的界面表現(xiàn)形式。QML控件的應(yīng)用，滿足用戶對自定義圖形特效展示及高級狀態(tài)展示等需求。

4.2 GIS控件

在水情信息的展示方面，GIS技術(shù)具有較為廣泛的運用。OIX擴(kuò)展了用于展現(xiàn)水情信息的GIS功能并支持在跨平臺的環(huán)境中運行交互式的GIS模塊，這對于監(jiān)控一體化平臺人機(jī)交互界面的多樣化展示意義非凡。

在GIS控件內(nèi)，可融合展現(xiàn)地理范圍內(nèi)的底圖、地圖數(shù)據(jù)以及可配置的應(yīng)用圖層信息，利用C++底層控制結(jié)合圖元配置來實現(xiàn)自定義的人機(jī)交互功能，用戶僅僅通過修改圖元配置文件即可展現(xiàn)多維度不同類型的數(shù)據(jù)在GIS下的動態(tài)展示。

5 小結(jié)

本文簡要描述了基于對象化理念和嵌入控件技術(shù)的iP9000一體化平臺界面設(shè)計思路和部分功能。在iP9000一體化平臺逐步發(fā)展和不斷在新的工程項目應(yīng)用的背景下，基于iP9000一體化平臺的人機(jī)界面應(yīng)用正在面向高效集成、智能化的方向逐步完善。隨著水電站運行管理目標(biāo)不斷升級、更復(fù)雜更智能的設(shè)備相繼投運，靈活豐富的對象化展現(xiàn)方式、多種高級應(yīng)用的插件式支持，將成為自動化控制系統(tǒng)人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展趨勢。