Giao diện người máy HMI
Với sự ra đời của thiết bị điện tử thông minh IED, các công tắc truyền thống trên tủ bảng điện được thay bằng giao diện người máy HMI phần mềm chạy trên máy tính. Nhà thiết kế có thể chọn rất nhiều phần mềm HMI đang có trên thị trường cho các chức năng khác nhau. HMI có thể tích hợp sẵn với thiết bị phần cứng hoặc mua ngoài như lựa chọn thêm.
Bài viết sau hướng dẫn nhà thiết kế HMI lựa chọn một số yếu tố quan trọng cho phần cứng và phần mềm HMI trong trạm biến áp.
1. Phần cứng HMI
Phần cứng HMI hoạt động trong môi trường trạm biến áp. Vì thế nên ta phải lựa chọn sử dụng máy tính thông thường, máy tính công nghiệp, máy tính chuyên dụng cho trạm biến áp (substation hardened computer) hoặc máy chủ. Nếu muốn sử dụng phần cứng không đáp ứng tiêu chuẩn IEEE Std 1613 thì thiết bị phần cứng phải được:
1. Cách ly máy tính này với ắc quy và nguồn xoay chiều trạm biến áp bằng bộ nắn nguồn hoặc thiết bị đáp ứng tiêu chuẩn IEEE Std 1613 .
2. Cô lập cổng truyền thông thiết bị với nhiễu trong trạm bằng bộ chuyển đổi quang điện hoặc thiết bị mạng đáp ứng tiêu chuẩn IEEE Std 1613.
3. Lắp đặt hệ thống làm mát theo dõi được từ xa và có phát ra cảnh báo khi nhiệt độ trên máy tính lên quá cao.
Tùy theo thiết kế, máy tính HMI thường đi kèm với các cổng sau: cổng sesrial, cổng mạng, cổng IRIG-B thu tín hiệu đồng bộ thời gian ... và có thiết kế để lắp đặt để rack, lắp panel mount, shelf mount.
Cũng cần lựa chọn cẩn thận màn hình máy tính với yêu cầu nhiệt độ và nguồn cung cấp. Các yêu cầu khác lựa chọn thêm bao gồm kích thước, cách lắp đặt, và khả năng sờ cảm ứng.
2. Phần mềm HMI
Phần mềm HMI được chia ra 3 loại:
a. Phần mềm hệ điều hành.
b. Phần mềm ứng dụng chạy trên máy tính trạm.
c. Các tệp tin cấu hình bao gồm các thiết lập, hiển thị và cơ sở dữ liệu cho ứng dụng HMI.
Lưu ý là trên máy tính có thể có các ứng dụng khác có tệp tin cấu hình nhưng những ứng dụng và tệp tin đó không được đề cập giống như ứng dụng và tệp tin đề cập trong tiêu chuẩn này.
Ứng dụng HMI thường yêu cầu phiên cầu phiên bản mới nhất của Windows, Linux hoặc các hệ điều hành khác. Nhà thiết kế sẽ dựa trên yêu cầu tính năng để xác định phiên bản hệ điều hành mình cần.
Cần xác định cách hoạt động của hệ điều hành trong và sau khi mất điện để tránh các lỗi vận hành HMI không mong muốn và phải thực hiện trước khi triển khai.
3. Màn hình HMI
Ứng dụng HMI dùng màn hình cho phép theo dõi và điều khiển thiết bị trong trạm biến áp. Nhà thiết kế HMI phải áp dụng tất cả các yêu cầu sau với màn hình HMI:
Yêu cầu 1:
Menu hệ thống phải cho phép di chuyển dễ dàng giữa các cửa sổ với nhau mà yêu cầu không quá 3 chuyển động ví dụ như nhấp chuột. Để như vậy cần có menu chính tại tất cả các màn hình hoặc mỗi màn hình có thanh cho phép truy cập đến các cửa sổ màn hình khác.
Có một số HMI có cách thiết kế gây khó khăn cho kỹ sư vận hành khi muốn truy cập màn hình hiển thị.
Yêu cầu 2:
Bảng cảnh báo hiện các cảnh báo thời gian thực cho phép sắp xếp, lọc, bật tắt từng thông báo, tắt tiếng dựa theo các tiêu chí như tên thông báo, nhóm, thời gian.
HMI màn hình bảo vệ rơ le SEL.
Yêu cầu 3:
Sơ đồ một sợi trạm biến áp biểu hiện tổng quan trạng thái và các thiết bị kết nối trên sơ đồ. Màn hình hiển thị phải dựa trên sơ đồ một sợi. Màn hình thể hiện được ít nhất các thông tin sau:
1. Thể hiện đồ họa định hướng vật lý thiết bị bao gồm vị trí, điều khiển bằng tay hay bằng điện dao cách ly, biến dòng điện (CT), biến điện áp (PT), máy cắt, tủ điện tụ bù, cuộn kháng và máy biến áp.
2. Trạng thái và thông số tương tự.
3. Khả năng điều khiển thiết bị (nếu yêu cầu).
4. Nhãn tag (nếu có yêu cầu).
5. Biểu hiện bằng màu với biểu tượng, giá trị của thiết bị đang có điện (energized) hay không có điện (de-energized).
6. Mức điện áp.
Màn hình Open Substation HMI
Yêu cầu 4
Màn hình HMI thể hiện được bảo vệ 1 sợi (Protection one-line) lưới điện từ đơn giản hóa sơ đồ 1 sợi lưới điện. Bao gồm các loại bảo vệ (bảo vệ khoảng cách hoặc quá dòng, bảo vệ so lệch thanh cái và máy biến áp, cắt liên động transfer-trip ...). Các kết nối dòng và máy biến áp cũng phải được thể hiện.
"Một số sơ đồ bảo vệ có thể hiện các ghi chú giá trị màn cần ngắt thiết bị và rơ le bảo vệ ra khỏi hoạt động".
Yêu cầu 5
HMI thể hiện được kết nối 1 sợi (Communication one-line) bao gồm tổng quan trạng thái và điểm kết nối thiết bị truyền thông trong trạm trên sơ đồ thể hiện tất cả các kết nối truyền thông.
Thông tin thống kê cơ bản được thể hiện:
- Tình trạng kết nối.
- Số lần kết nối thành công và không thành công, truy nhập hệ thống kiểm soát thiết bị.
- Thống kê mạng LAN.
- Hiệu suất mạng LAN
Yêu cầu 6
Màn hình xu hướng (Trending windows) thể hiện các giá trị (và trạng thái) của ngăn lội như công suất (P,Q), tần số, điện áp ... hiện tại cũng như quá khứ, và cho phép vận hành đóng ngắt, thay đổi màu sắc đồ thị, thời điểm bắt đầu và dừng theo dõi. Dữ liệu cũng cần được lưu giữ tập trung tại trung tâm nếu cần thiết.
Yêu cầu 7
Chức năng cảnh báo. Màn hình cảnh báo mới và cảnh báo cũ trong quá khứ được thể hiện giống hệt nhau. Các dữ liệu cảnh báo được lưu trữ tập trung nếu cần thiết.
Màn hình cảnh báo trạm 110 KV.
Yêu cầu 8
Có chức năng ghi lại các sự kiện, cho phép người vận hành để lại ghi chú.
Hình vẽ và ký tự được tô màu và đủ lớn để thấy được từ xa trên màn hình và điều khiển bằng chạm hoặc dùng chuột dễ dàng.