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简述iP9000一体化平台的人机界面设计

2022/1/21    来源:水电站机电技术    作者:邓子夜  何婷  文正国  郭洁  王京红  方茹慧      
关键字:水电一体化平台  iP9000  人机界面  对象化  
iP9000—体化平台是北京中水科水电科技开发有限公司结合多年水电行业积累和计算机科学技术研发的最新一代智能一体化水电监控平台,目前该平台在国内外大型水电公司取得了较好的应用。随着应用范围的不断扩大,用户对一体化平台的可视化功能及效果提出了更高的要求。立足实际项目需要,笔者所在的技术团队陆续开发了一系列人机界面新功能,满足了系统在可视化领域的安全性、可靠性、稳定性、实时性的要求,实现了人机交互友好性。结合多年的平台研发经历,本文整理了新一代人机界面设计的特点,对人机界面新功能新特性等做了简单的归纳。
       作为水电自动化解决方案的主要研制单位之一,北京中水科水电科技开发有限公司面向电力市场应用研发的全新一代智能对象一体化平台——iP9000—体化平台系统,在继承了 H9000系统控制稳定、数据高效的优点之外,iP9000—体化平台系统采用了全新的设计理念和技术路线,从底层到界面彻底实现了数据、控制的对象化[1-3]。目前, iP9000一体化平台系统已成功在清江梯调、三峡左岸、三峡梯调、三峡巴西、白鹤滩等国内外大型水电站监控系统升级改造项目中投入使用[4]。

       在iP9000一体化平台监控系统项目实施过程中,围绕系统的稳定性、安全性和易用性,人机界面交互工具的设计时始终遵循对象化核心思想,并考虑向更高级更先进的扩展式及嵌入式功能人机可视化的方向进行拓展。

       1 设计原则及核心技术

       在电力SCADA系统(数据采集与监视控制系统)中,电站设备的绘制和显示是SCADA系统的关键任务之一[5]。人机界面作为iP9000—体化平台的最终用户交互主体,需要支持平台数据的对象化、多样化的综合实时展示功能,提供实时数据及历史数据的即时可视化,支持灵活可组态的人机交互逻辑配置,支撑多业务子系统的交互式应用嵌入展示等功能。

一体化平台人机界面软件框架
 
图1 一体化平台人机界面软件框架

       1.1 设计原则

       iP9000一体化平台系统的人机界面基于先进的跨平台的C++图形用户界面应用程序开发框架Qt GUI,采用彻底的面向对象的技术路线,有助于实现多平台间代码的统一维护,实现了基于SOA组件化编程架构的的软件功能扩展和不断升级。

       iP9000一体化平台系统人机界面设计的总体原则即以对象化为基础,展现图元综合多维信息、支持可扩展的多功能控件的组件化交互与展示、支持软件跨平台运行、保障系统运行高效稳定、响应迅速。

       1.2 对象化设计思想

       对于一体化平台系统而言,数据的展示是人机界面的首要任务。一体化平台的数据来源广泛,有遥信数据、遥测数据、计算点、告警信息、设备信息等等。通过对象化的数据结构,将系统中的数据组织成层次清晰、有明确意义的综合数据簇,在数据展示和数据最终表现过程中,通过对象树形式的参数设置来实现人机界面与对象化数据的有机结合,借助于对象化的界面组态,实现数据信息的有效传递和综合展示。

       对象化是iP9000一体化平台系统的核心理念,也是一体化平台人机界面的主要设计思想。在平台的人机界面程序中重点实现了对图元的对象化组态处理、对象化迁移处理、聚合参数对象模板化以及对象脚本化处理。

       1.3 交互式应用组件嵌入技术

       为了减少了项目应用中用户跨应用的维护工作,节约项目成本、减少出错并提高了工程集成效率,一体化平台的人机界面突破传统监控系统技术,实现了对WEB、GIS、E-Chart等可定制化组件的嵌入显示及底层的交互控制。组件嵌入技术使得监控系统展示多样化,拓展了人机界面的信息展示容量。

       2 人机界面概览

       iP9000一体化平台的人机界面主要包括具有画面配置、编辑、维护功能的IPM图形制作软件和实时监控的OIX人机交互软件。

       2.1 IPM图形制作软件

       IPM图形制作软件是iP9000—体化平台画面的主要集成工具,通过IPM软件实现对画面进行科学合理的编辑、参数配置和控制定义等。它主要由绘图区、工具区、属性配置区组成。每类图元对象具有不同的外观、属性,通过配置图元相对应的动态属性,适应不同场景下的显示功能。

       2.2 OIX人机交互软件

       OIX人机交互软件是IP9000 一体化平台的值班员主界面,集数据采集监视及命令下发界面于一体,是实时运行系统中的最重要的人机交互软件。

       3 人机界面系统中的对象化应用

       3.1 数据刷新

       在iP9000一体化平台系统中,人机界面中的数据刷新是围绕对象化的各项特性展现的[6]。与H9000之前版本相比,新一代人机界面通过对表示对象的各类图元的配置和定义可以更加灵活丰富地展现对象的数据内容和变化。

       传统监控系统中,对于常见的模拟量和开关量,一般只展示对象的实时值和实时状态2种属性,界面可展示的信息内容相对比较单一。而新一代一体化平台中的对象可通过IPM的各项配置属性进行更加丰富的图形定义。例如,对象的综合信息、对象的显示名称、对象的某过程曲线、更新时间、各种服务的主机名称、服务进程名称、计划曲线288点、水情过程信息、OBJ设备对象的综合状态、对象的动态报警信息、动态光字牌、机组的P-Q过程曲线、机组的跳闸矩阵信号逻辑等等。

       在展现形式上,新一代人机界面系统可通过灵活地定义对象的动态的闪烁、动态变色、动态过程变化等局部动态变化逻辑来实现更为复杂的数据动态提示功能。

       3.2 智能报警灯

       为了在实时监控系统中更加准确清晰展现对象的报警状态,设计了基于对象节点层次的智能对象报警灯。

       通过IPM工具将报警灯的参数配置为对象树上某一级父节点,这样可以在OIX实时监控画面中展现整个对象及其子节点在实时运行系统中的总体报警状态。当报警信号产生并引发报警灯闪亮后,运行人员可以通过画面点击报警灯査看整个对象的报警详细信息,便于运行人员及时发现对象整体而不仅局限于画面内的设备的异常运行状态。

       3.3 目标特写

       目标特写功能是在OIX人机界面中展现实时采集对象的实时状态和近几分钟内的数据变化情况。对于模拟数据,目标特写窗口中展现该模拟数据对象的实时数据、近几分钟内数据变化趋势、上下限信息。当数据越限时,目标特写窗口会自动根据越限级别展现该对象的越限状态并以异常颜色提醒运行人员。

       对于开关量数据,主要展现其变位状态,通过折线图的方式展现开关量对象近几分钟内的变位次数和变位情况。

目标特写功能展示
图2 目标特写功能展示

       3.4 多功能、多对象的曲线

       iP9000—体化平台人机界面中的曲线功能应用广泛,可以方便地显示电厂AGC功率调节过程、AVC电压变化情况、温度水位等模拟值的历史及当前数据变化过程。

       对于曲线功能,按照实际用途划分为实时曲线和历史曲线2部分。其中,实时曲线功能作为监控画面的一部分,展现对象的实时数据变化和当前时间之前的历史数据,充分利用了计算机的数据缓存技术和多线程技术,高效的实现实时数据刷新及展示。历史曲线功能作为OIX人机界面的辅助工具,可以对多个对象多个数据属性同时进行历史数据査询,并以个性化的曲线展现形式来展现数据。

       3.5 动态光字牌

       人机界面在运行过程中可以根据系统预定义的光字牌列表动态推出光字牌画面并在画面内显示当前被激活的光字牌。用户单击某一个被激活的光字牌时,系统人机界面将跳转到与该光字牌预定义关联的画面。

       光字牌画面的制作非常方便,只需点击光字牌图元在画面中拖动形成一个用来显示光字牌的区域即可。在光字牌画面的其他区域也可以增加其他的 
文字提示、画面跳转导航等功能。

       4 嵌入式控件的应用

       在系统平台推广应用的过程中,用户对水电调一体化功能及部分水情功能的运行画面展示有许多新的需求。针对这些需求,iP9000—体化平台开发了一批水电调一体化展示相关的嵌入式控件。

       4.1 QML控件

       QML语言是一种描述性的脚本语言,用户可以根据个性化需求,通过修改来实现灵活的配置功能。

       QML脚本语言简单易学,具有较好的易用性,对javascript形式的编程控制提供支持,特别是在图形特效方面QML语言可以实现传统GUI难以实现的界面表现形式。QML控件的应用,满足用户对自定义图形特效展示及高级状态展示等需求。

       4.2 GIS控件

       在水情信息的展示方面,GIS技术具有较为广泛的运用。OIX扩展了用于展现水情信息的GIS功能并支持在跨平台的环境中运行交互式的GIS模块,这对于监控一体化平台人机交互界面的多样化展示意义非凡。

       在GIS控件内,可融合展现地理范围内的底图、地图数据以及可配置的应用图层信息,利用C++底层控制结合图元配置来实现自定义的人机交互功能,用户仅仅通过修改图元配置文件即可展现多维度不同类型的数据在GIS下的动态展示。

       5 小结

       本文简要描述了基于对象化理念和嵌入控件技术的iP9000 一体化平台界面设计思路和部分功能。在iP9000一体化平台逐步发展和不断在新的工程项目应用的背景下,基于iP9000 一体化平台的人机界面应用正在面向高效集成、智能化的方向逐步完善。随着水电站运行管理目标不断升级、更复杂更智能的设备相继投运,灵活丰富的对象化展现方式、多种高级应用的插件式支持,将成为自动化控制系统人机界面技术的发展趋势。

       参考文献:
       [1] 王德宽,文正国,黄帆.面向对象的H9000V6.0系统主要技术特征[J],水电站机电技术,2018,413:16-20.
       [2] 文正国,陈小松,iP9000水电厂智能一体化平台数据模型的对象化设计[J].水电站机电技术,2017,40(7):1-4.
       [3] 张毅,文正国,王德宽,等.水电厂智能智慧化建设整体解决方案综述[J]-水电站机电技术,2019,42(12):1-4,64.
       [4] 宋金斗.H9000 V6.0监控系统在安康水电站的应用[J],机电信息,2019(35):46-47.
       [5] 黄藉宇.面向对象电力系统图形编辑器及其在SCADA的应用[J].中国科技投资,2018(21):244.
       [6] 黄帆.清江智能对象化水电调平台设计思路简析[J].水电站机电技术,2016,39(8):1-3.

       作者简介:邓子夜(1984-),女,工程师,从事水电厂监控系统人机界面的研发及水电厂仿真系统平台的研发工作。
责任编辑:杨培
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