Vier Entwurfskriterien für Human Machine Interface (HMI) in einer Unterstation

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Anonim

Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI)

Mit der Einführung von IEDs (Intelligent Electronic Devices) wird die traditionelle Schaltschrankschnittstelle durch die auf Computerhardware geladene Human Machine Interface (HMI) -Software ersetzt . Der Designer hat eine große Auswahl an HMI-Anbietern, die eine breite Palette von Funktionen unterstützen.

Isolationswiderstandsprüfungen an Schutzrelais (Foto: canahighvoltage.ca)

HMI-Software kann eng in eine Hardwareplattform integriert sein, so dass die Software bei der Bestellung der HMI tatsächlich eine Option für die Hardware ist .

Der HMI-Unterstationsdesigner sollte diesen technischen Artikel verwenden, um einige der wichtigen Kriterien für die Hardware- und Softwarekomponenten eines HMI zu bestimmen, die für das System spezifiziert werden sollten.

  1. Hardware
  2. Software
  3. HMI-Bildschirme
  4. Steuerungsfunktionen
  5. Andere Eigenschaften

1. HMI-Hardware

Die HMI-Hardware arbeitet in einer Umspannwerkumgebung. Das häufigste Problem, das angegangen werden sollte, ist, ob ein kommerzieller PC, ein industrieller Computer, ein computerunterstützter Computer oder ein Server erforderlich ist.

Die Auswahl von Hardware, die IEEE Std 1613 nicht erfüllt, erfordert, dass der Designer zusätzliche Systemdesignanforderungen für mindestens die folgenden drei Elemente bereitstellt:

  1. Trennen des Computers von der Batterie der Unterstation und den Wechselstromsystemen durch Verwendung eines Umrichters oder eines anderen Geräts, das IEEE Std 1613 entspricht.
  2. Isolierung der Kommunikationsports vor Interferenz, die in der Umgebung der Substation erzeugt wird, indem faseroptische Transceiver oder andere Zwischengeräte verwendet werden, die IEEE Std 1613 erfüllen.
  3. Installation von Heiz- und Kühlsystemen, die fernüberwacht und alarmiert werden, so dass Temperaturen jenseits der Computer-Bewertung aus der Ferne angezeigt werden.

Stationsleitsystem - HMI Computer (Bildnachweis: processautomationinsights.com)

Als eine Option kann der Entwickler bestimmen, dass die HMI eine "wegwerfbare" Komponente ist, die eine nicht kritische Funktionalität bereitstellt, die so ausgelegt ist , dass sie bei einem Fehler "einfach" ersetzt werden kann . Dieser Ansatz sollte nicht in Betracht gezogen werden, ohne dass der Entwickler die HMI-Funktionalität und die Austauschverfahren vollständig verstanden hat.

Sie sollten sich bewusst sein, dass einige Betriebssysteme und HMI-Software auf bestimmte Hardware-Seriennummern oder -Modelle "abgestimmt" sind, was es schwierig oder unmöglich macht, ohne die Kooperation und Zustimmung des Softwarelieferanten zu einer neuen Hardwarekonfiguration zu wechseln.

Abhängig von der Systemarchitektur kann die HMI andere Anforderungen haben, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die folgenden: mehrere serielle Ports, mehrere Netzwerkports, einen IRIG-B-Port für die Zeitsynchronisation, Montageanforderungen (Rackmontage, Panelmontage, Regalmontage, usw.), Tastatur, Maus und Redundanz.

Moderne HMI enthalten oft mobile und Tablet-Versionen, anstatt nur Desktop.

Ergonomisch und strategisch gestaltete HMI von Honeywell

Die Computeranzeigevorrichtung sollte auch sorgfältig in Bezug auf Temperatur- und Stromversorgungsanforderungen ausgewählt werden. Andere Bildschirmspezifikationen enthalten normalerweise Anforderungen für Größe, Montage und Touchscreen.

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2. HMI-Software

HMI-Software kann in die folgenden drei Kategorien unterteilt werden:

  1. Betriebssystem-Software
  2. Anwendungssoftware, die jede auf dem Computer geladene Anwendung enthält
  3. Konfigurationsdatei (en) für die Einstellungen, Anzeigen und die Datenbank der HMI-Anwendung

Beachten Sie, dass der HMI-Computer möglicherweise über andere Anwendungen verfügt, die auch Konfigurationsdateien enthalten, aber die Spezifikation dieser Anwendungen und Dateien sind in diesem Standard nicht enthalten.

Die HMI-Anwendung läuft normalerweise auf Computern, die die neueste Version von Windows, Linux oder einem anderen Betriebssystem benötigen. Design-Kompromisse können auftreten, wenn bestimmte Anforderungen gestellt werden. Zum Beispiel kann der Entwickler ein bestimmtes Betriebssystem benötigen, um einen Unternehmensstandard zu erfüllen, was die HMI-Auswahl einschränken kann.

Das Verhalten der Betriebssystemsoftware während und nach Stromausfällen kann dazu beitragen , unerwartete HMI-Leistung zu verhindern, und muss vor der Bereitstellung festgelegt werden .

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3. HMI-Bildschirme

Die HMI-Anwendung bietet eine Reihe von Bildschirmen oder Fenstern zur Überwachung und Steuerung von Unterstationen . Der Designer sollte entweder alle, Teile oder zusätzliche Mindestanforderungen für diese Fenster angeben, die mindestens Folgendes enthalten:

Anforderung # 1

Ein Menüsystem, das einen einfachen Mechanismus zum Bewegen zwischen verschiedenen Fenstern mit nicht mehr als drei Bewegungen wie Mausklicks bietet. Dies kann ein Hauptmenüfenster umfassen, in dem alle oder die meisten Fenster zugänglich sind, sowie eine Menüleiste in jedem Fenster, die Zugriff auf andere Fenster bietet.

Ich habe bis jetzt einige ziemlich hässliche HMI-Designs gesehen, und ich weiß, dass Umspannwerk-Ingenieure es immer schwer haben, sich daran zu gewöhnen.

Anforderung # 2

Alarmanzeige, die Echtzeitalarme anzeigt, die sortiert, gefiltert, einzeln deaktiviert oder aktiviert und basierend auf mehreren Kriterien wie Alarmname, Gruppe und Uhrzeit stumm geschaltet werden können.

HMI des SEL-Schutzrelais (Bildnachweis: novatechweb.com)

Anforderung # 3

Elektrische Ein-Leitung der Unterstation, die eine Zusammenfassung des Status und analoge Punkte über einer Darstellung der Ein-Linie überlagert. Die Steuerung sollte aus dem einzeiligen Fenster möglich sein und auf Wunsch leicht deaktiviert werden können. Einmal deaktiviert, muss das verwendete Aktivierungsschema jedoch alle Sicherheitsanforderungen erfüllen .

Das Fenster sollte mindestens Folgendes anzeigen:

  1. Eine geografische Ausrichtung der physischen Ausrüstung, einschließlich der Position von manuell oder elektrisch betätigten Trenn- und Bypass-Schaltern, CTs, PTs, Leistungsschaltern, Kondensatorbänken, Drosseln und Transformatoren
  2. Status und analoge Daten
  3. Steuerung von Geräten (falls erforderlich)
  4. Tags (falls erforderlich)
  5. Farbige Werte / Grafiken zur Anzeige des Status "Anregt / Abgesegnet"
  6. Spannungspegel

OSHMI - Open Substation HMI (Bildnachweis: modosimul.wordpress.com)

Anforderung # 4

Schutz-Linie, die normalerweise ein vereinfachtes elektrisches einliniges Diagramm ist. Die verschiedenen Schutzzonen (Distanz- oder Überstromschutz, Bus- und Transformatordifferentialschutz, Auslösesysteme usw.) werden angezeigt. Strom- und Potentialwandleranschlüsse werden angezeigt.

Einige Schutzdiagramme enthalten ergänzende Hinweise, die die Anforderungen für die Außerbetriebnahme von Geräten und Schutzrelais beschreiben .

Anforderung # 5

Einpolige Kommunikation, die eine Zusammenfassung der Status- und Analogpunkte in Bezug auf die Kommunikation zwischen den Stationen über eine Darstellung aller Systemkommunikationsverbindungen überlagert.

Grundlegende Kommunikationsstatistiken sollten angezeigt werden, einschließlich:

  • Kommunikationsstatus,
  • Anzahl erfolgreicher und fehlgeschlagener Pollversuche und Kontrollversuche auf Geräteebene,
  • LAN-Statistiken und
  • LAN-Leistung,
  • etc.

Anforderung # 6

Trending-Fenster, die aktuelle und historische Analogwerte (und / oder Statuswerte) anzeigen und vom Benutzer konfiguriert werden können, um analoge Punkte hinzuzufügen / zu löschen, Stiftfarben zu ändern und Start- und Stoppzeiten zu verfolgen. Es sollte eine Methode bereitgestellt werden, die es ermöglicht, diese Daten automatisch an ein zentrales Repository zu übertragen, falls eines verfügbar sein sollte.

Anforderung # 7

Historische Alarmanzeige, die ähnlich wie das Alarmmeldefenster funktioniert. Es sollte eine Methode bereitgestellt werden, die es ermöglicht, diese Daten automatisch an ein zentrales Repository zu übertragen, falls eines verfügbar sein sollte.

HMI Bildschirm der OHL 110 kV Detailseite (Foto: dacom.ro)

Anforderung # 8

Funktion zum Protokollieren von Stationen, mit der Bediener Notizen hinterlassen können.

Grafiken und Texte müssen groß genug und farbig sein, um aus einer ergonomischen Entfernung gesehen zu werden, so dass auswählbare Elemente über einen Touchscreen oder mit der Maus ausgewählt werden können. Die Farbauswahl sollte auch vom Designer festgelegt werden.

4. HMI-Steuerfunktionen

Die HMI-Anwendung beinhaltet die Fähigkeit zur Steuerung von Geräten. Der Entwickler muss angeben, ob eine HMI-Steuerung erforderlich ist.

Wenn Steuerfunktionen erforderlich sind, können sie eine Kombination von mindestens den folgenden enthalten:

  1. Tasten und Schalter (alphanumerisch oder Funktion oder beides)
  2. Cursor (Maus, Trackball oder Schlüssel gesteuert).
  3. Poke-Punkte (definierte Displaysteuerungs-Auswahlpunkte)
  4. Pulldown- oder Popup-Menüs
  5. Physikalische Schalter, Zähler, Lichter usw.

Zumindest muss eine Steuerungsaktion durch das HMI zwei getrennte Schritte durch den Bediener erfordern , um die Möglichkeit eines unbeabsichtigten Betriebs zu reduzieren .

Der erste Schritt besteht darin, das Feldgerät auszuwählen.

Auf dem HMI wird eine visuelle Bestätigung angezeigt, die deutlich anzeigt, welches Gerät in der Systemdatenbank ausgewählt wurde. Dem Bediener sollten außerdem die Optionen für das ausgewählte Gerät (AUF / ZU, AUS / ZU, AUF / AB, START / STOP, EIN / AUS, SOLLWERT, usw.) sowie die Möglichkeit angezeigt werden, die Steueraktion abzubrechen .

Die Ausführung der gewünschten Steuerungsaktion oder Abbruchoption vervollständigt den HMI-Dialog.

Es ist nicht erforderlich, dass diese Aktion die vollständige Auswahl implementiert, bevor die Funktionalität auf das Steuergerät heruntergefahren wird. Eine geeignete Alternative besteht darin, zu verhindern, dass der Steuervorgang auftritt, wenn das Endgerät nicht zur Durchführung der Steuerung zur Verfügung steht (die Abfrage wurde gestoppt, das Gerät ist offline, das Gerät wird getestet usw.).

Bei Geräten, die keine Steuerung zulassen, darf das Dialogfeld "Steuerung" nicht angezeigt werden .

Der Designer sollte Tagging-Anforderungen enthalten, einschließlich der Anzahl der Tag-Typen (Informationen, Steuersperre usw.), welche zusätzlichen Informationen erforderlich sind (Kommentare und Anzahl der Zeichen), ob das Tagging im SCADA-Master repliziert wird usw. Platzieren eines Tags eine Vorrichtung kann auch dadurch erreicht werden, dass verhindert wird, dass eine Steuerung auftritt, indem ein oder mehrere lokale / entfernte Schalter überwacht werden und möglicherweise sogar der Schalter von entfernt zu lokal gesteuert wird.

HMI-Steuerungsaktionen sollten protokolliert werden, um eindeutig zu bestimmen, wer die Steuerung über das HMI durchgeführt hat .

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5. Weitere Funktionen von HMI

Die HMI-Anwendung bietet in der Regel weitere Funktionen, z. B. Berichterstellung aus beliebigen historischen oder Echtzeitmessungen oder Statuspunkten, Protokolldateien, Verknüpfungen zur Dokumentation, kontextsensitive Hilfedateien, mehrere Benutzer, mehrere Sicherheitsstufen, Symbolvorlagen und Symbolbibliotheken, Unterstützung mehrerer Protokolle, Drucken usw.

Neben der HMI-Software sollte der Designer auch andere Softwareanwendungen berücksichtigen , die auf den Computer geladen werden . Beispiele für solche Anwendungen sind Software, die Unterstationsgeräte konfiguriert, den Netzwerkverkehr überwacht, Daten von Unterstationsgeräten abruft, verschiedene Dateien anzeigt, Webbrowser und andere Anwendungen, die für das Personal in der Unterstation wichtig sein können.

Diese Anwendungen können direkt in der HMI-Anwendung verknüpft sein oder nicht.

Der Entwickler sollte auch berücksichtigen, ob die tatsächlichen Konfigurationsdateien Sicherungsdateien auf dem Umspanncomputer haben sollten oder ob die Dateien an anderer Stelle gespeichert werden sollen. Aufgrund von Verfügbarkeit, Sicherheit und Redundanz ist diese Entscheidung unter Umständen nicht trivial und sollte alle betroffenen Parteien betreffen.

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Wie HMI früher war

.

Benutzerschnittstellen an Umspannwerken haben vor langer Zeit als Schaltschrankschnittstelle angefangen. Dies war eine Ansammlung von Instrumenten, Indikatoren, Signalgebern, Schaltern und zugehöriger Hardware, die so auf den Relaisfeldern oder der Schalttafel angeordnet waren, dass sie die elektrische Verbindung und den Betriebszustand der Unterstation darstellten.

Diese Geräte wurden direkt an Steuerungs- und Überwachungsschaltungen von Stromerzeugungsgeräten angeschlossen. Der Betrieb von Geräten über diese Schnittstelle war im Allgemeinen auf Betreiber oder deren Vertreter beschränkt.

Die Zeit hat diese Telefonzentrale jedoch alt und nicht mehr nutzbar gemacht

.

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Verweise //

  • IEEE Standard für SCADA und Automatisierungssysteme - IEEE Std C37.1TM-2007 (Kauf von IEEE)
  • Überwachungs- und Datenerfassungssysteme (SCADA) - Nationales Kommunikationssystem

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