西安工程大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陳紫薇 馬佳賓 王 瓊

發(fā)電廠自動抄表軟件人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

西安工程大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陳紫薇 馬佳賓 王 瓊

結(jié)合所設(shè)計(jì)開發(fā)的一款發(fā)電廠關(guān)口表自動抄表小主站軟件，對發(fā)電廠計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的要求、組成機(jī)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)功能等進(jìn)行了分析研究；使用Visio軟件繪制底圖、軟件實(shí)現(xiàn)動態(tài)鏈接編輯的方法實(shí)現(xiàn)了電量一次接線圖的輸出顯示；通過重載C#.net 開發(fā)環(huán)境中DataGridView函數(shù)的繪制方法OnCellPaint，完成了多層組合表頭的設(shè)計(jì)；使用ZedGraph開源控件完成計(jì)量信息統(tǒng)計(jì)圖形的設(shè)計(jì)。在完成軟件設(shè)計(jì)與編程實(shí)現(xiàn)之后，對其各項(xiàng)功能進(jìn)行了檢測，符合用戶的預(yù)期。

自動抄表；人機(jī)交互；電能量遠(yuǎn)方終端；一次接線圖；多層組合表頭

引言

項(xiàng)目組承接了一種發(fā)電廠關(guān)口表計(jì)量計(jì)費(fèi)自動抄表軟件的設(shè)計(jì)任務(wù)，主要完成協(xié)作企業(yè)在陜西榆林奧維乾元電廠、協(xié)和光伏電站、龍舟光伏電站、李家梁風(fēng)電場等發(fā)電廠的計(jì)量計(jì)費(fèi)信息的當(dāng)?shù)睾笈_信息的監(jiān)視、查詢分析、報(bào)表等功能。這些發(fā)電廠的計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)主要由全電子式多功能電能表、電能量遠(yuǎn)方終端、計(jì)量信息遠(yuǎn)傳的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)量計(jì)費(fèi)自動抄表當(dāng)?shù)睾笈_4部分組成[1-2]，這里主要負(fù)責(zé)自動抄表當(dāng)?shù)睾笈_系統(tǒng)的人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)。當(dāng)?shù)睾笈_系統(tǒng)由1臺服務(wù)器組成，采用RS485接口與電能量遠(yuǎn)方終端進(jìn)行通信連接，引入計(jì)量計(jì)費(fèi)信息。當(dāng)?shù)睾笈_系統(tǒng)軟件采用客戶機(jī)-服務(wù)器模式設(shè)計(jì)，計(jì)量計(jì)費(fèi)的配置參數(shù)和數(shù)據(jù)信息保存在SQL-Server數(shù)據(jù)庫中，服務(wù)器軟件負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和計(jì)量計(jì)費(fèi)信息的計(jì)算處理，客戶機(jī)軟件主要用于人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)配置參數(shù)定義、計(jì)量信息監(jiān)控、查詢分析和報(bào)表輸出等任務(wù)。這里主要就客戶機(jī)軟件人機(jī)交互界面的實(shí)現(xiàn)思想和方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.發(fā)電廠關(guān)口表自動抄表系統(tǒng)

1.1 關(guān)口表計(jì)量計(jì)費(fèi)

關(guān)口表計(jì)量計(jì)費(fèi)的方法和居民戶和工業(yè)用戶電表的計(jì)量計(jì)費(fèi)有著根本不同之處。由于電力系統(tǒng)是一個動態(tài)平衡的系統(tǒng)，其發(fā)電量和用電量必須保持一致才能保證電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。為此，發(fā)電廠必須按照調(diào)控中心下達(dá)的電量曲線發(fā)電，同時接收調(diào)控自動系統(tǒng)主站的自動發(fā)電控制（Automatic Generating Control, AGC）。關(guān)口表計(jì)費(fèi)還要采用尖、峰、平、谷分時計(jì)費(fèi)（Time of Use, TOU）的方法進(jìn)行計(jì)費(fèi)。隨著電力市場的進(jìn)一步完善，“實(shí)時報(bào)價、競價上網(wǎng)”方式也會在電力市場推廣實(shí)施。這樣關(guān)口表計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的抄表周期按需要可以是1、2、3、5、10、15、20、30、60分鐘，需要在自動抄表系統(tǒng)中生成電量增量曲線，進(jìn)行發(fā)電計(jì)劃考核，計(jì)算出不遵循計(jì)劃曲線發(fā)電的處罰電量；計(jì)算出分時計(jì)費(fèi)的電量；統(tǒng)計(jì)出結(jié)算電量和上網(wǎng)電費(fèi)。除此之外，關(guān)口表計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)還需要統(tǒng)計(jì)網(wǎng)損、變損等信息，監(jiān)控計(jì)量設(shè)備的運(yùn)行狀況和偷電行為。

發(fā)電廠的計(jì)量結(jié)算一般都在省電力調(diào)控和交易中心計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)主站完成，發(fā)電廠為了摸清自己的發(fā)電行為和電量結(jié)算信息，做到“自己也要一桿秤”，也在發(fā)電廠控制中心建設(shè)一套當(dāng)?shù)刈詣映硇≈髡荆瑢?shí)現(xiàn)關(guān)口表和考核表的電量監(jiān)控與計(jì)量結(jié)算數(shù)據(jù)的計(jì)算生成，方便與對端結(jié)算數(shù)據(jù)的核對。

1.2 發(fā)電廠關(guān)口表自動抄表系統(tǒng)的組成

發(fā)電廠當(dāng)?shù)刈詣映硐到y(tǒng)主要由電能表、電能量遠(yuǎn)方終端（eRTU）、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的Ⅱ區(qū)網(wǎng)絡(luò)[2-3]、當(dāng)?shù)刈詣映碇髡镜?部分組成，如圖1所示。

圖1 發(fā)電廠自動抄表系統(tǒng)的組成

如圖1所示，電能表主要安裝在發(fā)電、廠用、上網(wǎng)關(guān)口、無功補(bǔ)償?shù)然芈返挠?jì)量測點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)法定的計(jì)量功能。eRTU負(fù)責(zé)與電能表通信，實(shí)現(xiàn)表盤電量、月凍結(jié)電量、電量負(fù)荷曲線、需量、電表狀態(tài)、電表事件等信息的采集，并負(fù)責(zé)計(jì)量信息的儲存和管理、與主站通信上報(bào)計(jì)量信息等功能。eRTU與調(diào)控和交易中心的主站通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電量信息傳輸。為了保證電廠當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)與電力公司網(wǎng)絡(luò)的隔離，當(dāng)?shù)刈詣映碇髡静捎肦S485總線與eRTU實(shí)現(xiàn)通信連接。當(dāng)?shù)刈詣映碇髡静捎肐EC60870-5-102協(xié)議與eRTU通信，實(shí)現(xiàn)計(jì)量信息的采集，客戶端軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口功能。

圖2 自動抄表軟件的組成關(guān)系

2.自動抄表軟件客戶機(jī)人機(jī)交互

2.1 自動抄表主站軟件

自動抄表主站軟件在一臺Dell PowerEdge T30微塔式服務(wù)器（英特爾?至強(qiáng)?E3-1225v5 CPU,3.3GHz）平臺上運(yùn)行，應(yīng)用軟件基于SQL Server2010數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，采用C#.net可視化集成開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)，包括服務(wù)器軟件和客戶機(jī)軟件2部分。服務(wù)器軟件主要實(shí)現(xiàn)與eRTU通信，采集計(jì)量計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)，完成計(jì)劃考核、線損、TOU電量、上下網(wǎng)電量等計(jì)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算、電量負(fù)荷曲線的儲存、報(bào)表生成等，所有的計(jì)量信息都保存在數(shù)據(jù)庫，借助數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)量信息管理?？蛻魴C(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互接口和計(jì)量信息的輸出、配置參數(shù)設(shè)置管理等功能。客戶機(jī)軟件的人機(jī)交互接口主要包括一次接線圖、數(shù)據(jù)查詢分析、報(bào)表輸出、系統(tǒng)維護(hù)管理、退出系統(tǒng)5大項(xiàng)功能。由于自動抄表軟件屬于及時系統(tǒng)軟件，沒有實(shí)時性方面的要求，而客戶機(jī)軟件和服務(wù)器軟件主要以數(shù)據(jù)庫為橋梁進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。在客戶機(jī)軟件進(jìn)行參數(shù)配置時，為了實(shí)現(xiàn)配置信息的同步，2個軟件采用Socket協(xié)議進(jìn)行通信連接，通知服務(wù)器軟件同步更新配置參數(shù)?？蛻魴C(jī)軟件和服務(wù)器軟件組成和之間的關(guān)系如圖2所示。

圖3 客戶機(jī)軟件的主界面

2.2 客戶機(jī)軟件人機(jī)交互界面

項(xiàng)目組為協(xié)作企業(yè)開發(fā)的軟件需要以產(chǎn)品的形式向市場正式發(fā)布，因此人機(jī)交互界面需要精心設(shè)計(jì)。為此項(xiàng)目組聘請平面設(shè)計(jì)美工進(jìn)行了界面布局和界面上的圖形制作，以滿足協(xié)作企業(yè)的要求。這里以奧維乾元電廠為例，客戶機(jī)軟件主界面如圖3所示。

如圖3所示，客戶機(jī)軟件的人機(jī)交互的5項(xiàng)功能以圖表的形式醒目布置在屏幕右邊，用戶通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可進(jìn)入相應(yīng)界面進(jìn)行繼續(xù)操作或監(jiān)視。屏幕左側(cè)裁剪了一座發(fā)電廠照片作為底圖，美化人機(jī)交互界面。人機(jī)交互的4項(xiàng)主功能以敏感點(diǎn)方式使用鼠標(biāo)訪問，同樣可以進(jìn)入相應(yīng)子界面進(jìn)行操作和監(jiān)視。用戶登錄在窗口的右下部實(shí)現(xiàn)。

2.3 電量一次接線圖

發(fā)電廠的監(jiān)控人員對電廠的一次接線圖非常熟悉，習(xí)慣在一次接線圖上觀測數(shù)據(jù)信息。為此，人機(jī)交互界面專門實(shí)現(xiàn)了電量一次接線圖界面，如圖4所示。

圖4 一次接線圖界面

一旦電廠建成，其一次接線圖就基本確定，不再修改?；谶@一特點(diǎn)，這里采用了Visio軟件繪制一次接線圖的底圖，另存為jpg圖形文件，由軟件使用。為了在底圖上實(shí)時顯示電量信息，軟件專門設(shè)計(jì)了一種簡單的動態(tài)鏈接編輯功能，在界面上設(shè)置坐標(biāo)和電量點(diǎn)訪問名對，即可在底圖指定的坐標(biāo)位置顯示電量信息。如果電廠一次接線圖修改了，需要再制作一次底圖和改變動態(tài)鏈接的過程。圖4中，電量信息在底圖的方框中顯示。

2.4 電量信息查詢分析

計(jì)量信息查詢分析主要包括上網(wǎng)關(guān)口表、考核電表和統(tǒng)計(jì)計(jì)算的查詢與分析。查詢分析的輸出結(jié)果有兩種形式，一種為表格輸出，另一種為統(tǒng)計(jì)圖表（曲線、棒圖、餅圖）輸出。電量查詢包括分鐘電量曲線，日月年統(tǒng)計(jì)電量信息，每個電量可選擇二次電量（電表底碼）和一次電量兩種形式。為了快速設(shè)定查詢區(qū)間，支持年月日的快速設(shè)置，也可以人工設(shè)置要顯示信息的時間區(qū)間。計(jì)量信息查詢界面如圖5所示。

為了快速選擇查詢分析的對象，查詢分析界面劃分為左右兩個部分，圖5中左側(cè)為分析對象樹，該樹上顯示的信息在系統(tǒng)維護(hù)管理時分級分類設(shè)置，以用戶習(xí)慣的方式查找要查詢分析的對象。屏幕右側(cè)為信息輸出顯示主窗口。

圖5 計(jì)量信息查詢分析界面

2.5 多層組合表頭

如圖5橢圓框內(nèi)信息所示，信息查詢表格輸出顯示時希望有多層組合表頭樣式，這樣的表格樣式美觀，也與顯示的內(nèi)容相符。但是C#.net可視化開發(fā)環(huán)境缺省的輸出表格樣式單一，不支持這種多層組合表頭。通過對一些多層表頭實(shí)現(xiàn)方法[4-5]的分析研究，采用DataGridView控件重載，實(shí)現(xiàn)了多層組合表頭功能。在本軟件實(shí)現(xiàn)的多層表頭中，第一層有和并列，第二層為基本列，不包含和并列。實(shí)現(xiàn)的方法為是重載DataGridView函數(shù)的繪制方法OnCellPaint，把表頭作為一個大的長方形，一層層一格格繪制，從而完成多層組合表頭的編程實(shí)現(xiàn)。

圖6 計(jì)量信息棒圖輸出界面

2.6 統(tǒng)計(jì)圖形

為了直觀分析計(jì)量數(shù)據(jù)，采用曲線、棒圖、餅圖等統(tǒng)計(jì)圖形表示相關(guān)對象的信息是一種常見的輸出顯示方法。C#.net開發(fā)環(huán)境支持Office統(tǒng)計(jì)圖表分析控件，采用該控件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)圖表輸出是一種不錯的方案。但計(jì)量負(fù)荷曲線的測點(diǎn)非常多，Office統(tǒng)計(jì)圖表分析控件輸出顯示速度很慢，不能滿足所見即所得的分析需求。為了解決這一問題，在這里使用了第三方免費(fèi)軟件ZedGraph。ZedGraph是開源、免費(fèi)的控件，支持可視化設(shè)計(jì)。使用ZedGraph類庫可以方便創(chuàng)建計(jì)量數(shù)據(jù)的二維線型、條型、餅型圖表，而且圖形大小也可以方便控制。為了在C#.net開發(fā)環(huán)境使用該控件，需要將ZedGraph.dll和ZedGraph. Web.dll兩個動態(tài)鏈接庫添加到開發(fā)環(huán)境中，之后調(diào)用ZedGraph控件提供的接口函數(shù)即可繪制所需的圖形。如圖6所示是軟件輸出顯示的棒圖圖形。

3.軟件測試與驗(yàn)證

軟件的其他人機(jī)交互模塊相對容易，不在這里詳細(xì)說明。在完成軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)之后，在實(shí)驗(yàn)室對軟件的各個人機(jī)交互界面都進(jìn)行了細(xì)致檢測，界面的布局、界面上顯示數(shù)據(jù)的正確性都進(jìn)行了驗(yàn)證。測試結(jié)果表明，軟件設(shè)計(jì)滿足用戶的要求。

4.結(jié)束語

針對用戶要求，完成了一種發(fā)電廠關(guān)口表計(jì)量計(jì)費(fèi)自動抄表軟件的人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)。首先對發(fā)電廠關(guān)口表計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的要求、組成機(jī)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)功能等進(jìn)行了分析研究，弄清計(jì)量信息輸出的特點(diǎn)和用戶需求；再對自動抄表主站客戶機(jī)軟件的一次接線圖、計(jì)量信息查詢分析表的多層組合表頭、統(tǒng)計(jì)圖形的實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，完成了該軟件的人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過逐項(xiàng)功能測試，所設(shè)計(jì)的人機(jī)交互界面畫面美觀、顯示數(shù)據(jù)正確，符合用戶的預(yù)期。下一步將軟件投入現(xiàn)場的推廣應(yīng)用，并在現(xiàn)場運(yùn)行過程中對所設(shè)計(jì)的軟件進(jìn)行完善，進(jìn)一步滿足用戶的使用需求。

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陳紫薇(1991—），女，陜西西安人，碩士研究生，主要從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的研究與產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)。

西安市2012年產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃-技術(shù)轉(zhuǎn)移促進(jìn)工程（項(xiàng)目編號：CX12185-4）。