CN109372593A - 一种汽轮机dcs***下的hmi控制***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽轮机控制技术领域，公开了一种汽轮机DCS***下的HMI控制***及控制方法，汽轮机DCS***下的HMI控制***包括：参数检测模块、汽轮机控制调节模块、保护信号检测模块、报警模块、图形模块、报表模块、辅助设备控制模块、显示模块、触摸屏人机接口模块。本发明通过对HMI***的可视化设计、组态方式及工程实例应用的介绍，在现场控制柜配备Pro‑face触摸屏组成的HMI***，能使汽轮发电机组在运行过程中将抽象机械的运行控制变成清晰高效可视化人机交互端，从而保证机组运行的集中管理控制，确保机组安全运行、运行监测、数据分析和保护控制。

Description

一种汽轮机DCS***下的HMI控制***及控制方法

技术领域

本发明属于汽轮机控制技术领域，尤其涉及一种汽轮机DCS***下的HMI控制***及控制方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

从瑞典工程师拉瓦尔创造出第一台汽轮机开始到现在，汽轮机在这一百多年历史的发展进程中，对人类社会及世界工业技术的发展做出了无可替代的贡献。在国外，汽轮的生产厂家主要集中在欧洲、美国、日本和俄罗斯等发达国家，随着工业领域的快速发展，其中绝大部分汽轮机厂家都是以发电厂电站汽轮机为主，工业等汽轮机为辅，如：德国的SIEMENS、美国的GE、日本的三菱重工、俄国的卡鲁加等等。

我国的汽轮机发展起步较晚，从1955年上海汽轮机厂制造出第一台6MW汽轮机起，经过近31年的努力发展，于1986年上海汽轮机厂成功制造出中国第一台600MW汽轮机为止，我国汽轮机已经发展成为装备制造业的支柱产业。目前我国主要的汽轮机生产厂家主要有哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机厂、东方汽轮机厂、北京重型电机厂、南京汽轮机厂、杭州汽轮机股份有限公司、青岛捷能动力集团、无锡叶片厂、广重汽轮机厂、中州汽轮机厂、青岛汽轮机配件厂等制造企业。其中哈汽、上汽、东汽、北重等大型汽轮机制造厂(中国四大动力厂)主要以600MW和1000MW机组为主导产品，中小型工业汽轮机则主要是杭汽、广重等制造厂生产。

如今，全球各大汽轮机制造厂商都在对大容量、高参数机组的投入设计和研发，如SIEMENS公司、卡鲁加汽轮机厂等正在攻克装机容量为2000MW的汽轮机制造瓶颈，而三菱重工集团全力开发一类新型的合金材料，致力于使高、中、低压转子一体化在不久的将来成为可能。

汽轮机DCS***中人机交互***的发展和应用：

未来发电厂的发展趋势是大容量、高参数，但同时涡轮***比较复杂，并且需要更多的操作和监控内容，这就要求机组运行水平更高的安全性和经济性，尤其是在启动过程中的一些重要因素，如温度、位移、应力和振动等对汽轮机的安全有直接的影响。虽然DCS***的介入，大大减少了设备的主观错误，提高设备的安全性，但是由于生产的需要，设备的运行、监控及故障判断往往也需要操作者进行必要的介入，因此无论电厂自动化，还是智能控制需求，一种可靠的人机交互***的建立就显得十分重要和迫切，也是科技发展的必然选择。在20世纪80年代末期随引进大型火电机组开始应用DCS就已经建立了相应的人机交互***，到今天DCS控制***搭配人机交互已经成为标配。

国内外研究现状

随着科技的发展，技术的进步，新技术在电气控制上得到了广泛的应用。现在先进的汽轮机控制***，特别是用于发电的汽轮机组，都采用集中控制DCS***，具备用于观测和控制、远程监测、远程诊断、历史数据查询、与上位机实时数据交互通讯等功能。这种控制方式使汽轮机的控制更加直观、便捷，在汽轮机行业中得到了广泛的使用。

目前能够实现可视的远程监测***，完善远程诊断功能的操作平台数量很少，而本发明研究主要是在汽轮机DCS***基础上构建一套可视化数字监控平台，配套汽轮机-发电机组或工业拖动机组的应用，建立一个比现有控制***更具先进性和创新性的数字化、网络化控制***及监控平台，同时具有远程可视操作功能，从应用上进行了技术创新。现有的汽轮机控制***及监控***中，主要包含了汽轮机调节(DEH)子***、危急保护(ETS)子***、机械旋转监测(TSI)子***及过程检测等几方面的内容。从目前了解的状况来看，不管是国内还是国外的，设备制造厂家随汽轮机出厂配置的主要是DEH子***和TSI子***，而其它子***则由用户自行配置。虽然汽轮机设备制造厂家会提出一些配置的要求，但由于用户的状况有很大的差异，实际执行中会出现比较大的偏差，严重的会直接影响到汽轮机组的安全运行。而能够实现可视的远程监测***，完善远程诊断功能的操作平台更是很少。目前仅有国际上几大汽轮机制造厂提供该项服务，但其价格高昂，用户难以接受。本发明拟开发汽轮机控制***及监控平台的开发应用及其产业化，项目主要内容是优化现有汽轮机相关的控制子***，利用计算机***和现场总线实时网络***，重新构建一个集中全数字监控平台，将汽轮机组的各子***集成在一起，实现对汽轮机组的集中控制、运行监测、保护等功能。同时利用计算机、互联网的网络功能，嵌入远程可视的监控软件，即可实现远程诊断服务，随时监视汽轮机组的运行状态，根据需要及时指导用户作出一些必要操作及建设性的维护意见。为汽轮机组运行提供实时的保驾护航，具有一定的先进性和创新性。

综上所述，现有技术存在的问题是：

在以往的汽轮机DCS控制***中，由于对人机接口方面设计的忽略，运行操作人员常常需要通过现场的仪表仪器来辅助进行管理操作和监测记录数据，集中管理和自动化程度不高。

即使配备相应的人机交互***，也是单纯将就地仪表进行数据采集，通过图表进行可视化，没能达到集数据分析、逻辑保护以及***监控等功能于一体的需求。

解决上述技术问题的难度和意义：

难度：如何在现有的DCS控制***结构基础上，对***结构、硬件配置、信号检测处理、逻辑控制要求、控制目标重新等各功能部件进行优化，找出最佳的控制配置方案。将DEH***、TSI***、ETS***、过程处理等相关的信息有机结合，形成一套具有集中控制功能又具有模块化特点的可视化操作监控***。

如何根据生产工艺要求，将汽轮发电机组各子***的逻辑控制集成在HMI***中，让各子***的控制保护有机结合成一个整体。DCS控制***中，PLC的逻辑控制只时针对汽轮机本体工作的逻辑控制，但其它各子***中的控制保护等因素只能通过单一的开关量与PLC进行通讯，这样使得汽轮发电机组的控制保护***抗干扰能力低下。

在HMI***中嵌入适合远程可视监测功能属于全新的功能，在以前的国内机组中未有应用过。需要在相关软件的开发，联机应用，安全控制、网络应用等进行重点研究。

解决上述技术问题后，带来的意义为：

本发明实现对汽轮机运行状态的实时监控及数据管理，并且可以对汽轮机本体及其辅机设备进行控制，能使汽轮发电机组在运行过程中将抽象机械的运行控制变成清晰高效可视化人机交互端，从而保证机组运行的集中管理控制，确保机组安全运行、运行监测、数据分析和保护控制，同时还可以完成对数据的报警/停机数据的处理与记录，为用户提供远程诊断服务等。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种汽轮机DCS***下的HMI控制***。

本发明是这样实现的，一种汽轮机DCS***下的HMI控制方法，包括：

在汽轮机危险的工作状态下，发出停机指令到现场动作的动作元件，一般来说是通过PLC继电器输出端机械跳闸电磁线圈，让主汽门电磁阀失电后，是汽轮机主汽门关闭；

当汽轮机达到再次启动条件时，对汽轮机停机装置做复位工作。

具体包括：

1)实现机组运行参数的监测；

用于监测汽轮机组在运行过程中对转子轴向位移、轴振动、胀差、热膨胀等参数

2)实时报警、实时曲线显示，历史报警、历史曲线的记录；

用于完成汽轮机***所配置的电动机、电动阀门、调节阀等设备的运行控制及相关运行参数如压力、温度、水位、行程等信号采集、处理的过程控制及数据采集子***。

3)运行设备的过程控制；

按照信号采集、处理的配置方案，构建一套可视的监控操作平台，实现对汽轮机组的操作、参数显示、信息监测、实时报警、重要参数记录等多项功能。

4)联锁逻辑保护；

在触摸屏人机界面上编写参数监测画面、报警设定画面、油站控制画面、实事报警画面、历史报警画面、数据记录画面、汽轮机-发电机运行工况画面等，并且在上位机对汽轮机-发电机组运行状态进行可视化设计，通过MPI通讯或以太网通讯调试，实现可编程控制器与人机界面的通讯。实时准确地反映汽轮机-发电机组的运行工况，便于操作人员在人面界面上监测和控制汽轮机及其辅助设备。

5)远程监测、操作控制。

以选用一款多方可视软件为基础，并进行二次开发，利用互联网技术，将设置在设备制造厂的中控计算机与现场用户计算机***联系起来，通过相互密码的确认，在中控计算机显示终端上，可以直接观察到现场汽轮机组运行的状况，并进行必要的干预。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述汽轮机DCS***下的HMI控制方法的计算机程序。

本发明的另一目的在于提供一种实现汽轮机DCS***下的HMI控制方法的信息数据处理终端。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的汽轮机DCS***下的HMI控制方法。

本发明的另一目的在于提供一种汽轮机DCS***下的HMI控制***包括：

参数检测模块，用于通过传感器检测汽轮发电机组速度、负荷、轴向移位、轴瓦振动、轴承温度、润滑油压力等参数数据；

汽轮机控制调节模块，用于通过控制程序对控制器的远程/就地控制功能切换，当切到远程控制时，在该窗口中，能远程允许汽轮机启动，远程控制升速、降速、升负荷、降负荷、紧急停机和复位等操作；

保护信号检测模块，用于检测当前的停机信号和保护就切情况，当有停机信号出现时，对应的指示灯会变红色，当有停机信号时，能通过点击“TripReset”按钮复位停机信号，当出现声音报警时，能通过点击“AlarmVoiceReset”按钮消除报警声音；

报警模块，用于通过状态颜色显示及音箱声音对异常参数进行报警警示；

图形模块，用于通过全部图形对象，可自由组态的可视化和运行；

报表模块，用于记录参数的数量和内容，所有纳入归档的变量都能添加到报表中；

辅助设备控制模块，用于操作控制高压油泵、润滑油泵、直流油泵、盘车电机、进汽阀、排汽阀等的辅机设备；

显示模块，用于通过显示屏进行显示；

触摸屏人机接口模块，用于操作人员在触摸屏上进行工况现场集中管理、操作及数据监测。

本发明的另一目的在于提供一种汽轮机，所述汽轮机至少搭载所述的汽轮机DCS***下的HMI控制***。

本发明的触摸屏人机接口模块设计方法如下：

(1)Pro-face***与PLC的通讯

在Pro-face***应用开发的过程中，首先要解决与PLC***通讯的问题。本发明选用的西门子PLC300系列进行自动化控制，它拥有2个通讯口，分别定义为COM0和COM1。为了工程调试方便，统一设计为COM0口定义为以太网通讯，用于连接调试笔记本电脑进行工程调试和下载程序使用，而COM1口定义为通过GP-4501W设备连接，它是采用Pro-face专用的数据线与触摸屏连接通讯。Pro-face(GP-4501W)触摸屏自身配备2个串口，一个是RS-232C通讯接口，另一个是RS-422/485通讯接口。通常为了保证数据通讯的安全可靠，我们让PLC通过RS-422/485串口和触摸屏进行通讯连接。本发明采用通讯组态的步骤是：

1.1、打开Pro-face触摸屏的GP-ProEX组态编程软件，在工程设置界面里，选择人机界面设置的机型项，在里面勾选本***选用的GP-4501W触摸屏型号；

1.2、然后依次打开***设置中的外接设备选项，选择“控制器/PLC”，并且在这个选定的“控制器/PLC”中定义控制器为SiemensAG系列的SIMATICS7MPIDirect，通讯端口为COM2，通讯协议为RS-422/48(2wire)，通讯速率(波特率)9600BPS，并且定义该控制器为PLC1，其类型为S7-300，语言为English。

(2)Pro-face***应用开发

GP4000系列Pro-face触摸屏功能非常强大，它能够快速方便实现数据的采集显示、设备的启停、参数的设定、历史趋势的显示、报表、报警显示等功能。在本发明中，Pro-face***应用开发主要包括变量的设置、数据采样、画面开发以及用户级安全设置四大部分。

第一，变量设置。触摸屏的问世就是为了解决人机交互问题而产生的，而变量设置就是为了在触摸屏上进行人机交互是的运行人员操作，能够反馈联络到PLC上。因此，在本发明中，变量的设置最基本的原则就是，Pro-face触摸屏中使用的变量地址必须要和PLC控制程序中的变量地址一一对应。通常情况下，DCS***中PLC控制器会将工况现场的仪表仪器等实时状态参数进行采集，通过相应的数据转换程序后，然后寄存在PLC自身的存储器上，运行人员在触摸屏上操作，通过PLC发出对机组的运行控制指令，所以触摸屏上的控制指令指向地址就必须要和PLC程序中相应的控制指令地址指向地址一致。

第二，数据采样设置。由于本发明中，要求触摸屏的设计需要有故障、报警、停机记录，所以在Pro-face***应用开发中就需要对PLC控制器中的部分变量进行数据采样并保存。因此，我们在设计故障、报警、停机记录画面时，将需要采样的数据按记录要求显示在相应的页面中，其中包括动作条件、发生次数、采集频率以及保存数据条件等，这些都需要在Pro-face触摸屏的编程开发软件GP-ProEX中的“通用设置”里面的“采样设置”中进行设置。同理，如果设计时需要实现报警功能，相关设置在“通用设置”里面的“报警设置”中进行设置，在该变量达到要求报警值时，在画面中添加的报警控件并将控件与信息块进行关联以达到实时报警的目的。

第三、画面开发。根据本发明的***设计要求，Pro-face***的画面设计中设有主流程画面、报警/停机值设置画面、校正值设置画面、参数显示窗口画面、启动/停机控制画面以及附件控制画面等。在画面开发设计过程中，除了应用直线、曲线、圆、矩形等一般的作图工具外，还需要添加数据显示器、开关、指示灯等图形控件，有特殊要求，还可以添加报警控件、采样数据显示器控件等等；并且需要注意的是，在画面相互跳转的设计上，为了方便触屏上各页面的跳转，在触摸屏页面的页脚处要设置页面跳转画面，触屏上各个画面正常显示的时候，跳转功能的窗口画面不再显示。在画面开发设计中，画面需要实时显示现场温度、压力、流量、液位等参数，也需要显示油泵的运行状态，阀门的开关状态，同时还要满足通过触屏的控制画面对现场的泵、阀门等做出相应的控制要求。

第四、用户级安全设置。由于触摸屏上的设置及操作指令直接连接DCS中的PLC控制器，所以触摸屏的***的安全操作是汽轮发电机组运行的一个安全保障，为了机组的安全运行，防止人为误操作从而修改了汽轮发电机组的运行工艺参数，这就要求对触摸屏***进行安全级别的设置。在本发明中，Pro-face***应用开发设计时，采用三级用户安全设置，一级为工程师级，即汽轮发电机组厂家触摸屏***设计，二级为用户级，即用户针对生产工艺需求对汽轮发电机组运行参数进行设置，三级为操作级，即为运行操作人员根据现场工况对汽轮发电机组运行过程中各个***起停操作控制。一级权限最高，二级次之，三级最低，高级用户能向下兼容和操作低级用户，低级用户不能进入高级用户设置。

本发明的优点及积极效果为：

本发明结合WinCC组态软件设计和Pro-face触摸屏***设计，对汽轮发电机DCS控制***的HMI(HumanMachineInterface)***设计。通过对HMI***的可视化设计、组态方式及工程实例应用的介绍，进一步说明高效清晰的可视化HMI***对汽轮发电机DCS控制保护***实现集中管理和监测的重要性。基于西门子工控机及WinCC组态软件的可视化设计，并在现场控制柜配备Pro-face触摸屏组成的HMI***，能使汽轮发电机组在运行过程中将抽象机械的运行控制变成清晰高效可视化人机交互端，从而保证机组运行的集中管理控制，确保机组安全运行、运行监测、数据分析和保护控制。

附图说明

图1是本发明实施例提供的汽轮机DCS***下的HMI控制***结构图。

图中：1、参数检测模块；2、汽轮机控制调节模块；3、保护信号检测模块；4、报警模块；5、图形模块；6、报表模块；7、辅助设备控制模块；8、显示模块；9、触摸屏人机接口模块。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

本发明实施例提供的汽轮机DCS***下的HMI控制方法，包括：

在汽轮机危险的工作状态下，发出停机指令到现场动作的动作元件，一般来说是通过PLC继电器输出端机械跳闸电磁线圈，让主汽门电磁阀失电后，是汽轮机主汽门关闭；

当汽轮机达到再次启动条件时，对汽轮机停机装置做复位工作。

如图1所示，本发明实施例提供的汽轮机DCS***下的HMI控制***，包括：参数检测模块1、汽轮机控制调节模块2、保护信号检测模块3、报警模块4、图形模块5、报表模块6、辅助设备控制模块7、显示模块8、触摸屏人机接口模块9。

参数检测模块1，用于通过传感器检测汽轮发电机组速度、负荷、轴向移位、轴瓦振动、轴承温度、润滑油压力等参数数据；

汽轮机控制调节模块2，用于通过控制程序对505控制器的远程/就地控制功能切换，当切到远程控制时，在该窗口中，能远程允许汽轮机启动，远程控制升速、降速、升负荷、降负荷、紧急停机和复位等操作；

保护信号检测模块3，用于检测当前的停机信号和保护就切情况，当有停机信号出现时，对应的指示灯会变红色，当有停机信号时，能通过点击“TripReset”按钮复位停机信号，当出现声音报警时，能通过点击“AlarmVoiceReset”按钮消除报警声音；

报警模块4，用于通过状态颜色显示及音箱声音对异常参数进行报警警示；

图形模块5，用于通过全部图形对象，可自由组态的可视化和运行；

报表模块6，用于记录参数的数量和内容，所有纳入归档的变量都能添加到报表中；

辅助设备控制模块7，用于操作控制高压油泵、润滑油泵、直流油泵、盘车电机、进汽阀、排汽阀等的辅机设备；

显示模块8，用于通过显示屏进行显示；

触摸屏人机接口模块9，用于操作人员在触摸屏上进行工况现场集中管理、操作及数据监测。

本发明提供的保护信号检测模块3的保护方法如下：

监测汽轮发电机组的某些影响机组安全运行的参数和采集其它***的通讯停机指令，从而关闭汽轮机主汽阀。其具体作用有两点：

(1)在汽轮机危险的工作状态下，发出停机指令到现场动作的动作元件，一般来说是通过PLC继电器输出端机械跳闸电磁线圈，让主汽门电磁阀失电后，是汽轮机主汽门关闭；

(2)当汽轮机达到再次启动条件时，对汽轮机停机装置做复位工作。

本发明提供的触摸屏人机接口模块9设计方法如下：

(1)Pro-face***与PLC的通讯

在Pro-face***应用开发的过程中，首先要解决与PLC***通讯的问题。本发明选用的西门子PLC300系列进行自动化控制，它拥有2个通讯口，分别定义为COM0和COM1。为了工程调试方便，统一设计为COM0口定义为以太网通讯，用于连接调试笔记本电脑进行工程调试和下载程序使用，而COM1口定义为通过GP-4501W设备连接，它是采用Pro-face专用的数据线与触摸屏连接通讯。Pro-face(GP-4501W)触摸屏自身配备2个串口，一个是RS-232C通讯接口，另一个是RS-422/485通讯接口。通常为了保证数据通讯的安全可靠，我们让PLC通过RS-422/485串口和触摸屏进行通讯连接。本发明采用通讯组态的步骤是：

1.1、打开Pro-face触摸屏的GP-ProEX组态编程软件，在工程设置界面里，选择人机界面设置的机型项，在里面勾选本***选用的GP-4501W触摸屏型号；

1.2、然后依次打开***设置中的外接设备选项，选择“控制器/PLC”，并且在这个选定的“控制器/PLC”中定义控制器为SiemensAG系列的SIMATICS7MPIDirect，通讯端口为COM2，通讯协议为RS-422/48(2wire)，通讯速率(波特率)9600BPS，并且定义该控制器为PLC1，其类型为S7-300，语言为English。

(2)Pro-face***应用开发

GP4000系列Pro-face触摸屏功能非常强大，它能够快速方便实现数据的采集显示、设备的启停、参数的设定、历史趋势的显示、报表、报警显示等功能。在本发明中，Pro-face***应用开发主要包括变量的设置、数据采样、画面开发以及用户级安全设置四大部分。

第一，变量设置。触摸屏的问世就是为了解决人机交互问题而产生的，而变量设置就是为了在触摸屏上进行人机交互是的运行人员操作，能够反馈联络到PLC上。因此，在本发明中，变量的设置最基本的原则就是，Pro-face触摸屏中使用的变量地址必须要和PLC控制程序中的变量地址一一对应。通常情况下，DCS***中PLC控制器会将工况现场的仪表仪器等实时状态参数进行采集，通过相应的数据转换程序后，然后寄存在PLC自身的存储器上，运行人员在触摸屏上操作，通过PLC发出对机组的运行控制指令，所以触摸屏上的控制指令指向地址就必须要和PLC程序中相应的控制指令地址指向地址一致。

第二，数据采样设置。由于本发明中，要求触摸屏的设计需要有故障、报警、停机记录，所以在Pro-face***应用开发中就需要对PLC控制器中的部分变量进行数据采样并保存。因此，我们在设计故障、报警、停机记录画面时，将需要采样的数据按记录要求显示在相应的页面中，其中包括动作条件、发生次数、采集频率以及保存数据条件等，这些都需要在Pro-face触摸屏的编程开发软件GP-ProEX中的“通用设置”里面的“采样设置”中进行设置。同理，如果设计时需要实现报警功能，相关设置在“通用设置”里面的“报警设置”中进行设置，在该变量达到要求报警值时，在画面中添加的报警控件并将控件与信息块进行关联以达到实时报警的目的。

第三、画面开发。根据本发明的***设计要求，Pro-face***的画面设计中设有主流程画面、报警/停机值设置画面、校正值设置画面、参数显示窗口画面、启动/停机控制画面以及附件控制画面等。在画面开发设计过程中，除了应用直线、曲线、圆、矩形等一般的作图工具外，还需要添加数据显示器、开关、指示灯等图形控件，有特殊要求，还可以添加报警控件、采样数据显示器控件等等；并且需要注意的是，在画面相互跳转的设计上，为了方便触屏上各页面的跳转，在触摸屏页面的页脚处要设置页面跳转画面，触屏上各个画面正常显示的时候，跳转功能的窗口画面不再显示。在画面开发设计中，画面需要实时显示现场温度、压力、流量、液位等参数，也需要显示油泵的运行状态，阀门的开关状态，同时还要满足通过触屏的控制画面对现场的泵、阀门等做出相应的控制要求。

第四、用户级安全设置。由于触摸屏上的设置及操作指令直接连接DCS中的PLC控制器，所以触摸屏的***的安全操作是汽轮发电机组运行的一个安全保障，为了机组的安全运行，防止人为误操作从而修改了汽轮发电机组的运行工艺参数，这就要求对触摸屏***进行安全级别的设置。在本发明中，Pro-face***应用开发设计时，采用三级用户安全设置，一级为工程师级，即汽轮发电机组厂家触摸屏***设计，二级为用户级，即用户针对生产工艺需求对汽轮发电机组运行参数进行设置，三级为操作级，即为运行操作人员根据现场工况对汽轮发电机组运行过程中各个***起停操作控制。一级权限最高，二级次之，三级最低，高级用户能向下兼容和操作低级用户，低级用户不能进入高级用户设置。

1、WinCC可视化设计

1.1.1WinCC组态软件概述

SIMATICWinCC是基于Windows计算机操作***，针对各种工业领域对机械设备的实时监控和数据采集需求设计的工业组态软件。无论是单用户***，还是支持冗余服务器和远程Web客户机解决方案的多用户***，都可以为用户提供完备的监控与数据采集(SCADA)功能。WinCC作为本***主要的人机交互端设计软件，具备了一般工业组态软件不曾有的完善组态功能，它可以极大地降低了用户工程师的培训时间和精力：

良好的用户友好组态界面、图形编辑器采用了可以应用VBA单独定制和扩展的面向对象设计；内容广泛全面的程序库；模块化技术，便于在线组态的快速修改功能；用于海量数据的组态工具以及提高访问透明性的交叉索引列表。它的主要功能有：图形***，编程接口，标准接口，过程通信，脚本处理，报表***，归档***，消息***等。

WinCC工业组态软件对工程项目进行组态设计时，中央项目管理库，用于对所有项目数据和全局设定值的快速访问；图形***，用于通过全部图形对象，可自由组态的可视化和运行；消息***，用来记录用于显示和操作设备的事件，可自由地选择消息类别、消息显示和报表，采集、记录和压缩测量值，例如，用来显示趋势和表格以及进一步处理；报表***，用于按时序或事件驱动的消息归档；以及在一个可自由选择的布局中，对操作和当前的数据制作用户报表和对项目进行归档；通讯通道，用来与众多的控制器和其它数据源(SIMATIC协议，PROFIBUSDP/FMS等)相连接；编程接口，用于单独访问WINCC的数据和功能，以及用来将VBA、VBScript、C-Script(ANSI.C)C.API(WinCC/ODK选件)集成到用户程序内。

1.1.2WinCC应用开发

本发明设计的HMI***的主要任务包括实现对汽轮机运行状态的实时监控及数据管理，并且可以对汽轮机本体及其辅机设备进行控制，同时还需要完成对数据的报警/停机数据的处理与记录，为用户提供远程诊断服务等功能。人机接口是由西门子工业组态软件Wincc7.2-RC512编写的，它能够从S7-300PLC上采集512点参数，采集周期为0.5S，其中参数能在工控机上保储长达半年的时间，以供使用者查询汽轮发电机运行的历史数据。

在监控画面组态上，主要是通过使用一个主界面，主界面由上边窗口、左边窗口、画面窗口三部分组成。上边为固定的参数显示窗口，显示汽轮发电机组的重要参数，如速度、负荷、轴向移位、轴瓦振动、轴承温度、润滑油压力等参数，参数正常显示为白色，当参数达到报警上限时显示为黄色，当参数达到停机上限时显示为红色，以便操作员快速辨认，及时操作；左边为固定的画面选择按钮，通过点击相应的按钮，在画面窗口中显示相应的画面；画面窗口所在的位置固定不变，可按操作员的需要显示不同的监控画面。

Wincc监控画面主要具备以下功能：

1)、全面的汽轮机-发电机组工艺控制流程图；

2)、实现机组运行参数的监测；

3)、实时报警、实时曲线显示，历史报警、历史曲线的记录；

4)、过程设备的运行控制；

5)、逻辑联锁保护；

6)、用计算机、互联网的网络功能，嵌入远程可视的监控软件，可实现远程诊断服务；

7)、多用用户权限密码保护功能。

1.1.3WinCC可视化设计应用的主要界面

本发明***内主要的监测控制界面有：

1)、热力***图中，本监控界面主要监视汽轮机热力***的主要参数，并通过图形直观的给出热力***简图，方便操作人员观察和操作。监视的参数主要有汽轮机进汽压力、进汽温度、调节级后蒸汽温度、汽缸温度、排汽温度等。当各参数在正常范围内活动时，监控界面数据显示为白色，当超出数据报警值时，数据会显示为黄色以示报警，提醒工作人员注意，当达到停机值时，数据会显示为红色以示报警，提醒工作人员做好停机准备。

2)、润滑油***图中，本监视画面主要由润滑油路***图和部分TSI***图相结合，便于工作人员同时监视多个重要参数，减少切换界面的频率。其中油路***主要能清楚地看到汽轮发电机组的油路工艺流程图及相应的油压值、油温值、轴承温度等参数，并能通过点击画面的油泵和电机图标(如：直流油泵、交流油泵、交流控制油泵及抽油烟机等)，弹出相应的控制窗口，能对其进行远程操作及自动运行功能联锁控制等。在该画面上设计的TSI监测画面主要是对轴向位移、轴承振动、汽缸热膨胀、胀差等重要参数进行监测，也是是汽轮机转速的监控保护装置，在本监视画面上能够实现对汽轮机汽轮机运行中的各种重要参数连续实时监控，其采集的重要参数数据是汽轮机ETS保护***进行报警和停机的重要依据。在本***中，TSI参数不单要在WinCC中归档和管理，还和ETS紧密相连，一旦这些被监视的参数超过预先设置的汽轮机停机值，ETS***会及时做出判断处理，迅速发停机信号，通过接触器控制停机电磁阀快速关闭主汽门，切断汽轮机的进汽供给，使汽轮机紧急停机，保护汽轮机的安全。

3)、调节***流程图中。在该监测画面上，能清楚地看到汽轮发电机组的调节***流程图，并能通过点击画面的505控制器图标，弹出相应的控制窗口，能对505控制器的远程/就地控制功能切换。当切到远程控制时，在该窗口中，能远程允许汽轮机启动，远程控制升速、降速、升负荷、降负荷、紧急停机和复位等操作。

4)、ETS保护***图界面图中。在该画面里能清楚地显示当前的停机信号和保护就切情况，当有停机信号出现时，对应的指示灯会变红色。当有停机信号时，能通过点击“TripReset”按钮复位停机信号。当出现声音报警时，能通过点击“AlarmVoiceReset”按钮消除报警声音。

5)、报警记录画面图中。在该画面里能实时查询当前的报警信息，也能查看半年内的历史报警信息，并能打印自已需要的报警信息。

6)、趋势图画面图中。操作员在该画面里能查询所有归档变量实时趋势图及半年内的历史曲线图，并能在该画面多窗口同时查询多个归档变量的实时趋势图或历史曲线图，做到同时同步进行多参数比较，准确地分析汽轮发电机组当前或历史某个时刻的运行情况，以便及时排除汽轮发电机组出现的故障。

7)、报表画面图中。操作员在该画面里能按自己的需要组态报表记录参数的数量和内容，所有纳入归档的变量都能添加到报表中。操作员打印的报表数据可以是当前的实时数据也可以是半年之内的历史数据。

8)、汽轮机辅机设备控制界面图中，本***可操作的辅机设备主要有高压油泵、润滑油泵、直流油泵、盘车电机、进汽阀、排汽阀等。辅机设备控制界面是现场运行人员或调试工程师对汽轮机运行控制进行远程操作的必要手段，当达到启动或停止条件时，现场人员或调试工程师可通过启动或停止按钮对汽轮机辅机设备进行远程操作，同时在此界面实现工况现场实时监控设备运行状态的功能。

1.2Pro-face触摸屏人机接口设计

1.2.1Pro-face触摸屏概述

本发明采用的是施耐德旗下普洛菲斯公司的GP4000系列Pro-face触摸屏，主要为了解决现场运行操作人员在工况现场进行集中管理、操作及数据监测，它是作为中控室的一种辅助***。Pro-face触摸屏是采用触控式工业显示屏将人与机械的控制连系为一个整体的自动化控制设备，在其显示器的图形界面里面，虚拟的按键及指示灯替代传统的控制按钮和指示灯，并且可以设置参数，显示数据和监控设备状态等。本***选用的是Pro-face触摸屏GP-4501W型号，它是使用GP-ProEX编程软件对触摸屏的界面进行编辑。

下面结合具体分析对本发明作进一步描述。

2.1、汽轮机DCS***现场调试

本发明汽轮机DCS控制***在现场调试和运行过程中，汽轮机组的静态试验、冲转、超速试验、甩负荷试验及控制监测保护等功能都符合项目研发任务的要求。

其中甩负荷试验是在汽轮发电机组发电负荷到额定值22.6MW下，通过人为控制断开网侧断路器，甩掉外网负荷19.6MW，机组由负荷控制模式迅速切换到频率控制模式，机组进入工厂孤网运行状态，调节阀经过两个振动周波后，机组稳发电负荷3MW供厂内设备用。本发明中汽轮发电机组在带负荷模式下，有非常好的抗外部干扰的能力，满足机组安全运行要求。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种汽轮机DCS***下的HMI控制方法，其特征在于，所述汽轮机DCS***下的HMI控制方法包括：

1)机组运行参数的监测；监测汽轮机组在运行过程中对转子轴向位移、轴振动、胀差、热膨胀参数；

2)实时报警、实时曲线显示，历史报警、历史曲线的记录；完成汽轮机***所配置的电动机、电动阀门、调节阀设备的运行控制及相关压力、温度、水位、行程运行参数的信号采集、处理；

3)运行设备的过程控制；按照信号采集、处理的配置方案，构建可视的监控操作平台，对汽轮机组进行操作、参数显示、信息监测、实时报警、重要参数记录；

4)联锁逻辑保护；在触摸屏人机界面上编写参数监测画面、报警设定画面、油站控制画面、实事报警画面、历史报警画面、数据记录画面、汽轮机-发电机运行工况画面，并且在上位机对汽轮机-发电机组运行状态进行可视化设计，通过MPI通讯或以太网通讯调试，实现可编程控制器与人机界面的通讯；实时反映汽轮机-发电机组的运行工况，在人面界面上监测和控制汽轮机及其辅助设备；

5)远程监测、操作控制：利用互联网技术，将中控计算机与现场用户计算机***联系起来，通过相互密码的确认，在中控计算机显示终端上，监测到现场汽轮机组运行的状况，并进行必要的干预。

2.一种实现权利要求1所述汽轮机DCS***下的HMI控制方法的计算机程序。

3.一种实现权利要求1所述汽轮机DCS***下的HMI控制方法的信息数据处理终端。

4.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1所述的汽轮机DCS***下的HMI控制方法。

5.一种实现权利要求1所述汽轮机DCS***下的HMI控制方法的汽轮机DCS***下的HMI控制***，其特征在于，所述汽轮机DCS***下的HMI控制***包括：

参数检测模块，用于通过传感器检测汽轮发电机组速度、负荷、轴向移位、轴瓦振动、轴承温度、润滑油压力参数数据；

汽轮机控制调节模块，用于通过控制程序对控制器的远程/就地控制功能切换，当切到远程控制时，在该窗口中，能远程允许汽轮机启动，远程控制升速、降速、升负荷、降负荷、紧急停机和复位操作；

保护信号检测模块，用于检测当前的停机信号和保护就切情况，当有停机信号出现时，对应的指示灯会变红色，当有停机信号时，能通过点击“TripReset”按钮复位停机信号，当出现声音报警时，能通过点击“AlarmVoiceReset”按钮消除报警声音；

报警模块，用于通过状态颜色显示及音箱声音对异常参数进行报警警示；

图形模块，用于通过全部图形对象，可自由组态的可视化和运行；

报表模块，用于记录参数的数量和内容，所有纳入归档的变量都能添加到报表中；

辅助设备控制模块，用于操作控制高压油泵、润滑油泵、直流油泵、盘车电机、进汽阀、排汽阀的辅机设备；

显示模块，用于通过显示屏进行显示；

触摸屏人机接口模块，用于操作人员在触摸屏上进行工况现场集中管理、操作及数据监测。

6.一种汽轮机，其特征在于，所述汽轮机至少搭载权利要求5所述的汽轮机DCS***下的HMI控制***。