轨道交通牵引供电系统四遥一体化人机交互方法及装置与流程

本发明属于轨道交通牵引供电控制，具体涉及一种轨道交通牵引供电系统四遥一体化人机交互方法及装置。

背景技术：

1、随着我国城市轨道交通网络的快速扩张，牵引供电系统作为列车运行的动力来源，其监控实时性、操作安全性与运维便捷性直接影响着线路的运营效率与行车安全。牵引供电系统涵盖整流机组、直流开关柜、断路器、隔离开关、变压器等核心设备，运行过程中产生大量的电气参数、开关状态、故障报警及保护动作信息。通过人机交互界面（hmi）对这些信息进行集中监视与远程操控，是实现牵引供电系统安全高效运行的关键手段。

2、然而，现有牵引供电设备的人机交互界面普遍存在以下技术缺陷：

3、1）四遥功能分散，操作效率低下。传统hmi方案中，遥测数据监视、遥信状态查看、遥控指令操作、遥调参数配置分别部署于不同的页面，运维人员在执行一次完整的设备操作时，需要在多个页面之间频繁切换。例如，查看某断路器电流数据需进入遥测页面，确认其分合闸状态需切换至遥信页面，执行分闸操作又需进入遥控页面，操作流程割裂，响应速度慢，在故障紧急处置场景下极易延误最佳处置时机。

4、2）权限管理机制薄弱，存在误操作安全隐患。现有方案多采用单一密码验证或缺乏有效的权限分级体系，现场运维人员与系统管理人员共用同一操作入口。一旦密码泄露，任何人员均可执行分合闸、保护投退等高危操作，缺乏基于角色的分级权限管控与操作前二次确认机制。对于牵引供电这类涉及行车安全的系统而言，误操作可能导致供电中断甚至设备损坏，安全风险不可忽视。

5、3）报警机制不完整，故障追溯能力不足。现有hmi的报警功能通常仅提供简单的文字弹窗提示，缺少与一次接线图上设备位置的实时联动指示，运维人员难以在第一时间定位故障设备。同时，历史报警记录的查询功能薄弱，不支持按时间、等级、设备类型等多维度的筛选与分页浏览，故障事件的事后追溯和原因分析缺乏有效的数据支撑。

6、4）拓扑可视化能力弱，多站点监控效率低。牵引供电系统通常覆盖多个变电所站点，各站点之间通过供电环网互联。现有hmi方案一次接线图多为静态图形或仅支持单站点展示，无法直观呈现多站点之间的供电拓扑关系与潮流方向。当某处发生短路或接地故障时，故障点无法在拓扑图上自动高亮定位，运维人员需逐一排查各站点设备状态，故障定位效率低下。

7、5）参数配置缺乏统一管理机制，现场运维繁琐。牵引供电设备的保护定值、运行参数、通信参数等需要根据运营场景定期调整。现有方案中，参数配置多通过设备本地菜单逐一修改，缺少统一的集中配置、一键保存与批量下发机制。参数修改后无版本记录与回滚功能，现场维护工作量大、易出错。

8、6）嵌入式平台适配不足，缺少面向牵引供电场景的一体化方案。现有mcgs等嵌入式组态平台虽提供了基础的hmi开发工具，但其通用性设计并未针对牵引供电的四遥一体化需求进行深度适配。单线程脚本环境下，遥信报警的实时响应、遥控指令的安全校验、遥测数据的高频刷新等多任务并发需求难以兼顾。同时，平台所依托的arm架构处理器内置的中断控制器（gic）、通用输入输出接口（gpio）、看门狗定时器（wdt）及存储器保护单元（mpu）等硬件资源未被充分利用，导致实时性依赖软件轮询、超时判断精度不足、权限数据存在被绕过的安全风险，难以满足牵引供电系统对功能安全的严苛要求。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提供一种轨道交通牵引供电系统四遥一体化人机交互方法及装置，以解决上述功能分散、权限薄弱、报警不完整、可视化不足、参数管理繁琐及嵌入式平台适配不足的问题。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种轨道交通牵引供电系统四遥一体化人机交互方法，包括以下内容：

4、基于mcgs构建一体化人机交互系统，交互内容包括遥测数据显示、遥信状态指示、遥控按钮控制、遥调参数配置、一次接线拓扑图和报警信息列表；遥测数据显示交互内容包括电压、电流、有功功率、无功功率、阀组温度、频率、电能统计、负载状态、通信状态；遥信状态指示交互包括开关量输入状态、故障等级、设备运行状态，每个遥信信号对应设置一个遥信指示灯，通过不同颜色的遥信指示灯来标识当前某一遥信信号的状态；遥控按钮控制交互包括启动、停止、分闸、合闸、复位、保护投退、模式切换的按钮控制；遥调参数配置交互包括运行参数设定、保护阈值设定、参数下发、配置保存与读取；

5、当遥测数据的某一电气量数值超过设定的保护阈值时，报警信息列表自动生成报警记录并将遥信状态指示交互界面的遥信指示灯调整为异常状态，同时产生实时闭锁信号作为遥控操作的前提条件和校验依据；

6、通过mcgs脚本实现管理员/普通用户分级权限校验，普通用户仅有遥测数据显示、遥信状态指示、一次接线拓扑图和报警信息列表查看权限，管理员在普通用户的权限基础上还包括遥控按钮控制、遥调参数配置交互权限；

7、采用mcgs数据驱动机制，实时刷新遥测数据、遥信数据与报警信息列表。

8、进一步，报警信息列表生成的报警记录包含字段信息如下：

9、；

10、其中，表示第条报警记录；表示报警记录序号；和分别表示报警的开始时间和结束时间，包括年月日时分秒；表示故障的描述；表示故障等级。

11、进一步，遥测数据显示交互界面中各项数据更新采用变频率自适应刷新策略：

12、；

13、其中，表示第个遥测数据点的实际刷新频率，表示基础刷新频率；表示第个数据点的刷新权重系数；表示第个数据点本次采样值与上次显示值之差；表示第个数据点的量程范围。

14、进一步，遥控操作时在点击执行确认选项后交互页面显示二次确认弹窗，当指令经过二次确认，进行指令下发的同时启动看门狗定时器的定时通道，用于指令执行的超时检测，指令执行结果通过以下闭环校验公式判定：

15、；

16、其中，表示指令执行状态，表示命令下发成功，表示命令下发失败；表示遥控指令下发的目标状态值；表示实际值；表示指令执行容差阈值；表示指令下发后等待回执的累计时间；表示指令执行超时阈值。

17、进一步，当管理员进入需要验证管理员权限的交互界面，在一定时间内界面无操作时，则触发无操作计时器工作；当无操作累计时间超过设定值时，管理员账号自动登出。

18、进一步，遥测数据在刷新的同时，会同步进行越限检测，当某一项遥测数据超出阈值范围时，该项遥测数据在交互界面突出显示。

19、进一步，在遥调参数下发前进行参数合法性校验，输入数值在设定的允许输入数值范围内确认为合法，否则交互界面会出现参数设置错误的弹窗提示。

20、进一步，当di板自检失败，对应的遥信通道异常时，无论遥信信号实际状态如何，遥信指示灯都不显示对应的颜色，而是保持其他颜色表示当前di板异常状态，避免显示不可信信息误导运维人员的判断。

21、进一步，交互内容还包括可视化的一次接线拓扑图，一次接线拓扑图交互界面具有多站点拓扑切换与导航功能，每个站点对应一个独立的一次接线拓扑图，还包括全站总览图，全站总览图以简化图元展示所有站点的供电拓扑关系与潮流方向；

22、在拓扑图中阀组投入进行可视化展示，每个阀组的投入情况由绑定的遥信信号和运行数据综合判定，只有当前阀组的遥信信号处于运行状态且运行输出功率不低于该阀组的最低功率阈值时才判定当前阀组为投入状态，阀组图元以不同颜色区分投入或未投入状态；

23、在拓扑图的核心设备图元旁侧同步显示关键遥测数据标签。

24、本发明还提供了一种轨道交通牵引供电系统四遥一体化人机交互装置，包括：

25、人机交互上位机，用于运行mcgs组态软件及脚本逻辑，所述人机交互上位机采用上述所述的方法构建；

26、arm处理器下位机，通过gpio接口连接牵引供电设备的开关量遥信信号与保护闭锁硬接点，通过通信接口连接牵引供电设备的遥测数据通道与遥控指令通道，所述arm处理器下位机内置看门狗定时器、系统定时器及存储器保护单元；

27、所述人机交互上位机与arm处理器下位机之间通过串行通信接口或以太网接口连接，进行实时数据交换与控制指令传递。

28、相对于现有技术，本发明具有的有益效果为：

29、本发明公开一种轨道交通牵引供电系统四遥一体化人机交互实现方法及装置，应用于基于arm处理器的mcgs液晶屏嵌入式平台，所述平台由mcgs液晶屏作为人机交互上位机、arm处理器作为数据采集与控制下位机构成。本发明通过构建集成遥测、遥信、遥控、遥调的一体化人机交互框架，结合管理员/普通用户分级权限管理、一次接线图拓扑可视化、分级报警实时指示与历史查询、参数配置保存读取及mcgs脚本逻辑控制，实现牵引供电设备安全、高效、直观的监控与操作。本发明解决了现有牵引供电设备人机界面功能分散、权限管控弱、报警不完整、可视化不足、运维繁琐等问题，具有一体化程度高、权限严格、响应快速、运行稳定、适配性强、易于工程实施等优点。