iP9000平台动态光字牌功能的设计与实现

邓子夜，文正国，胡佳宁，时小倩，郭万森，关雨彤

（北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038）

随着碳中和目标的提出，近年来巨型水电站建设迎来新一波高潮，水电建设的国产化进程日益推进。作为水电自动化解决方案的主要研制单位的北京中水科水电科技开发有限公司推出了完全自主产权的iP9000全新一代智能对象一体化平台，该平台陆续在清江梯调、三峡左岸、三峡梯调、三峡昆明梯调、白鹤滩、五强溪、公伯峡等国内外大型水电站监控系统升级改造项目中陆续投入使用[1][2]。

在一体化平台监控系统人机界面研发过程中，针对如何提高运行人员快速响应并处理电力系统事件，人机界面交互工具（IPM、OIX）的设计时始终遵循以对象化为基础，设想用户通过简单建模构造动态的实时界面，并依此研发出了动态光字牌技术[3]。

1 光字牌技术简介

传统光字牌源于在工业自动化控制系统中与各种接点式控制检测仪表配套使用监视各种设备运行状态，物理盘柜中设置闪光报警仪系统或外接电铃，通过声光或闪烁来提示报警功能。它是运行人员监视站内设备运行状况、保护动作情况等的重要的信号设备，其主要由现场继电器等硬件接点触发，通过中央信号屏上的小灯照亮对应的字牌而反映在电力自动化控制系统中。

随着中央信号屏的取消，传统光字牌也被监控上位机（工程师站）的虚拟光字牌取代，由于虚拟光字牌的信号即可取自现场硬件接点，又可通过监控系统内部软件判断逻辑触发，因此其提供给运行人员的信息内容比传统光字牌更加丰富，光字牌技术在电力自动化控制系统中的运用越来越广泛。本文介绍的动态光字牌是一种上位机画面中的虚拟光字牌，也称软光字牌。

2 光字牌功能在水电监控系统中的应用

在水电站的中控室中，运行维护人员要不时监视各机组、主接线、厂用电等的运行状况，检查系统是否存在告警信号。在大型水电站及水电集控中心，由于水电站设备数量多、层次多，导致信号量大，如果监控运行人员在各机组设备画面中来回切换巡视，将导致运行人员浏览次数多、视觉疲劳以及工作效率低下等后果。

在水电站SCADA系统集成时，将电站内的设备运行状况、保护动作等重要信号设置为告警点，并将它们的告警信号以虚拟光字牌的形式集中绘制到某几张画面内，使得光字牌告警信息一目了然，以便于运行人员的监视电站运行的异常状况。在设备出现异常告警后，这些画面内与信号相对应的告警光字牌将被点亮，光字牌“点亮”的过程其实是图元由常态色变为警示色的一个过程。运行人员通过对点亮的光字牌相关的告警信号进行确认处理后，光字牌将自动恢复为非告警的常态显示。

图1 传统光字牌画面

传统光字牌技术在水电站监控系统中主要实现了以下具体功能：

（1）告警光字信号的集中展示；

（2）按照告警信号是否触发来驱动图元动态展示；

（3）光字牌的组织结构可由设计及集成人员更改调换。

随着软光字牌功能在电厂监控系统中的推广，光字牌技术在SCADA系统运行过程中取得了良好的效果，提升了运行操作人员的工作效率，减轻了遍历巡视画面的工作压力[4]。

3 动态光字牌的设计及实现

随着iP9000一体化平台监控系统的逐步升级及项目应用，特别是在大型流域集控调度中心实践中，如何通过最少的操作次数快速定位告警、提高运行人员的处理响应速度，成为了对光字牌技术的新要求。人机界面在开发过程中，以对象化建模为基础、鉴于数模一体化概念，创建动态光字牌控件，使得用户可以通过最简单的图形建模构造系统动态光字画面，并依此研发出了动态光字牌。

3.1 功能设计

动态光字牌在设计过程中，贯彻对象化建模思想，通过一次数据建模，在画面集成时一次完成，而无需工程人员对系统中所有的光字牌逐一绘制。这样可以大大减轻工程人员在绘制光字画面过程中特别当系统告警点发生变化后，需要反复对系统所有告警点的查漏补缺及查重等工作。

对于运行人员来说，在没有告警事件发生时，无需反复巡视光字牌画面；只有当配置为需要推光字牌画面的事件产生变位报警时才需要关注相关事件及光字牌对应的相关业务画面。

用户可以在光字牌上浏览光字事件信息、事件等级、进行光字事件确认，同时，根据对象化建模配置，可以点击光字牌跳转至指定画面进行进一步的事件查看及流程处理。

图2 动态光字牌数据处理设计

3.2 技术实现

（1）数据建模

数据建模是构建光字牌事件对象列表的重要步骤，它是告警事件运行监视的主要依据，也是系统是否推送动态光字牌以及哪些对象动作后推送光字牌的依据。

在一体化平台通过DETool数据编辑工具进行数据建模时，用户可依据设备运行实际情况，配置对象的光字信息。

用户可以配置对象的告警等级、对象事件描述文字、是否推送光字牌等属性来决定对象是否参与到动态光字画面中以及在画面中单击光字牌后是否跳转到指定的画面中。

由于动态光字牌技术基于数据建模，当监控系统中不断新增加或删除对象点时，系统中的光字牌对象列表也随之自动更新。免去了传统光字牌画面中反复连点、反复绘制、增删排列图元等繁琐的工作，实现了光字牌集成工作的智能一体化维护。

（2）动态光字牌的实现

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。在系统运行过程中，iP9000平台通过将事件进行运算整理，按照系统配置产生推动态光字牌列表；在人机界面显示过程中，通过动态布局，将光字牌按照事件发生时序加载到光字牌显示区框架内。在图元显示时，光字牌框架根据图元位置动态地将光字牌显示区嵌入显示动态光字牌图元位置。

图3 动态光字牌展示

通过系统信号传递机制，当底层事件运算发现新的光字牌事件产生后，立即发送信号消息通知OIX人机界面刷新最新的光字牌列表，加载并展示最新的光字牌画面，达到了“一张光字画面、动态展现事件”的目的。

4 动态光字牌的扩展功能

在不同项目之间、项目的不同阶段之间，用户可根据项目的实际需要，利用系统自定义配置功能来配置动态光字牌的不同展现方式。

4.1 临时禁用

在机组调试接机运行模式时，由于大量的接点调试动作，会导致OIX人机界面中频繁的推送出系统光字牌画面，影响系统调试的监视运行。

为方便调试运行，在系统中设置了临时禁用动态光字牌的功能，通过人机界面程序OIX启动运行时加参数“-bt”来触发光字牌的临时禁用功能。

4.2 可推送主机设置

在电厂实际监视运行过程中，不同的操作员站关注的侧重点往往不同。通过用户配置可推送主机列表，可以方便地将动态光字牌画面固定在系统指定的某几台主机上运行，便于运行管理工作的分类进行。

4.3 显示屏号设置

在上位机人机界面中，往往配置多屏显示运行监视画面，不同的电站的主操作屏经常是不同的。由于动态光字牌在事件发生后即刻动态推送到人机界面中，如果经常推送到操作员下令或长期监视的主屏将干扰操作员的运行工作，因此不同电站对动态光字牌的显示屏幕有不同的设置偏好。

针对这种需求，系统定制开发了动态光字牌显示屏号设置功能，当用户指定屏幕号后，动态光字牌画面在需要时将动态展示在指定屏幕上。默认地，动态光字牌画面展示在系统最右侧的屏幕中。

5 结论

不同于传统静态光字牌，基于对象一体化数据建模的动态光字牌功能的应用，结合灵活丰富的扩展配置，可以有效提高运行人员的监视效率，减少调试过程中大量点动作产生动态光字牌画面对运行监视的干扰。同时，动态光字牌基于数模一体化建模，大大减少了集成人员的集成维护工作，实现了光字牌功能在监控系统中的智能显示与维护，有一定的推广应用价值。