核電廠數(shù)字化控制室人機(jī)界面改進(jìn)方法
【專利摘要】一種核電廠數(shù)字化控制室人機(jī)界面改進(jìn)方法包括選擇一套與核電廠現(xiàn)場控制系統(tǒng)硬件設(shè)施相同的模擬機(jī)，采用與現(xiàn)場控制系統(tǒng)相同的控制平臺(tái)和軟件語言，在模擬機(jī)上對(duì)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面部分進(jìn)行改進(jìn)，在模擬機(jī)上對(duì)改進(jìn)后的控制系統(tǒng)進(jìn)行測試和驗(yàn)證，在現(xiàn)場控制系統(tǒng)中安裝，完成現(xiàn)場設(shè)備的改進(jìn)。通過在模擬機(jī)上進(jìn)行人機(jī)界面改進(jìn)能有效提升機(jī)組性能，同時(shí)能避免在機(jī)組進(jìn)行修改而帶來不可預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)經(jīng)本次實(shí)踐，證明在模擬機(jī)上進(jìn)行DCS畫面、邏輯組態(tài)、數(shù)字化程序的修改與驗(yàn)證是一種行之有效的方法，為此，機(jī)組進(jìn)行改造前在模擬機(jī)上進(jìn)行驗(yàn)證已被納入嶺澳核電廠二期的DCS改造流程中。
【專利說明】核電廠數(shù)字化控制室人機(jī)界面改進(jìn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制技術(shù)，特別涉及核電廠現(xiàn)場控制系統(tǒng)改進(jìn)人機(jī)界面的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在商用核電廠中采用先進(jìn)的數(shù)字化控制(DCS)技術(shù)、狀態(tài)導(dǎo)向事故處理規(guī)程(SOP)替代傳統(tǒng)的硬盤臺(tái)控制方式已成為發(fā)展趨勢，相比傳統(tǒng)控制手段，DCS系統(tǒng)具有構(gòu)造靈活、操作便捷、功能豐富、安全可靠等多項(xiàng)優(yōu)勢。但作為新興技術(shù)，DCS人機(jī)界面在畫面布局，設(shè)備定位、參數(shù)的顯示等方面仍存在一些不足之處，可能會(huì)增大操縱員工作負(fù)荷、降低工作效率，甚至?xí)绊憣?duì)機(jī)組的控制效果以及事故下的響應(yīng)速度。
[0003]為提升機(jī)組安全性，需對(duì)上述不足之處進(jìn)行有針對(duì)性的優(yōu)化工作，在此過程中，需對(duì)數(shù)字化程序、畫面進(jìn)行反復(fù)的修改、測試以尋求解決方案，這項(xiàng)工作若直接在電站DCS上實(shí)施會(huì)對(duì)影響到機(jī)組運(yùn)行安全，因此，如何能夠在不影響到機(jī)組安全運(yùn)行，同時(shí)，又能夠保障改進(jìn)工作順利進(jìn)行，成為解決此類問題的關(guān)鍵所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種解決現(xiàn)場控制系統(tǒng)改進(jìn)人機(jī)界面的方法，采用在模擬機(jī)上進(jìn)行改進(jìn)操作，然后通過測試和認(rèn)證的方法與現(xiàn)場控制系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，解決現(xiàn)有技術(shù)中影響機(jī)組安全的技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而提供的這種方法包括以下步驟:A.選擇一套與核電廠現(xiàn)場控制系統(tǒng)硬件設(shè)施相同的模擬機(jī)，作為改進(jìn)工作的操作設(shè)備；B.采用與現(xiàn)場控制系統(tǒng)相同的控制平臺(tái)和軟件語言，用于保證與現(xiàn)場控制系統(tǒng)同步；C.在模擬機(jī)上對(duì)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面部分進(jìn)行改進(jìn)；D.在模擬機(jī)上對(duì)改進(jìn)后的控制系統(tǒng)進(jìn)行測試和驗(yàn)證，以確定改進(jìn)效果以及進(jìn)行必要的修改；E.在現(xiàn)場控制系統(tǒng)中安裝，完成現(xiàn)場設(shè)備的改進(jìn)。
[0006]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:控制系統(tǒng)采用數(shù)字化控制系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的再進(jìn)一步改進(jìn)在于:步驟C中所述人機(jī)界面采用激勵(lì)式仿真方式。
[0008]本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)在于:步驟C所述的改進(jìn)包括減少程序的層次，優(yōu)化指令語句。
[0009]本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)在于:步驟C所述的改進(jìn)包括插入事故規(guī)程的配套畫面，提高操縱員對(duì)事故的響應(yīng)速度。
[0010]本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)在于:步驟C所述的改進(jìn)包括對(duì)人機(jī)界面按功能對(duì)控件進(jìn)行分區(qū)，還包括加設(shè)計(jì)算機(jī)診斷邏輯組態(tài)以及警示單元，用于簡化畫面布局和提醒操作員及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行反應(yīng)，所述警示單元的警示方法為利用柱狀圖功能，采用不同顏色標(biāo)記故障的緊急性。
[0011]本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)在于:步驟D中測試和驗(yàn)證所采用的手段包括記錄影響機(jī)組安全性的關(guān)鍵參數(shù)曲線，對(duì)比改進(jìn)前后的數(shù)據(jù)。
[0012]本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)在于:步驟D中測試和驗(yàn)證所采用的手段包括記錄操縱員對(duì)故障處理的相應(yīng)時(shí)間和操作次數(shù)。
[0013]本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)在于:步驟D中測試和驗(yàn)證所采用的手段包括測試不同操縱員的操作時(shí)間數(shù)據(jù)。
[0014]本發(fā)明成功實(shí)施嶺澳核電廠二期誤安注事故規(guī)程與配套畫面的優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)、實(shí)施、測試與驗(yàn)證，有效地提高了操縱員對(duì)誤安注事故的控制能力，同時(shí)減少了主控操縱員之間的橫向差異，充分減少了由于操縱員技能差別而引發(fā)的操作后果差別，增強(qiáng)了對(duì)機(jī)組在誤安注事故下的可控安全系統(tǒng)。目前該方案已推廣到寧德、紅沿河等電站，使其機(jī)組安全水平得到同步提升。
[0015]成功實(shí)施嶺澳核電廠二期ARE主給水控制、GRE汽機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷控制、一回路概貌圖等畫面的優(yōu)化，有效地降低了操縱員的工作負(fù)荷，提升了對(duì)蒸發(fā)器水位、汽輪機(jī)控制的能力。
[0016]通過在模擬機(jī)上進(jìn)行人機(jī)界面改進(jìn)能有效提升機(jī)組性能，同時(shí)能避免在機(jī)組進(jìn)行修改而帶來不可預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)經(jīng)本次實(shí)踐，證明在模擬機(jī)上進(jìn)行DCS畫面、邏輯組態(tài)、數(shù)字化程序的修改與驗(yàn)證是一種行之有效的方法，為此，機(jī)組進(jìn)行改造前在模擬機(jī)上進(jìn)行驗(yàn)證已被納入嶺澳核電廠二期的DCS改造流程中。
[0017]【專利附圖】

【附圖說明】圖1a和圖1b是本發(fā)明程序?qū)蛹?jí)優(yōu)化前后的數(shù)字化結(jié)構(gòu)示意圖。圖2a和圖2b是本發(fā)明程序判斷邏輯優(yōu)化前后的數(shù)字化結(jié)構(gòu)示意圖。圖3a和圖3b是本發(fā)明插入故障畫面前后的程序執(zhí)行方式示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0019]這種核電廠數(shù)字化控制室人機(jī)界面改進(jìn)方法包括以下步驟:A.選擇一套與核電廠現(xiàn)場控制系統(tǒng)硬件設(shè)施相同的模擬機(jī)，作為改進(jìn)工作的操作設(shè)備；B.采用與現(xiàn)場控制系統(tǒng)相同的控制平臺(tái)和軟件語言，用于保證與現(xiàn)場控制系統(tǒng)同步，控制系統(tǒng)為數(shù)字化控制系統(tǒng)；C.在模擬機(jī)上對(duì)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面部分進(jìn)行改進(jìn)，所述人機(jī)界面采用激勵(lì)式仿真方式；D.在模擬機(jī)上對(duì)改進(jìn)后的控制系統(tǒng)進(jìn)行測試和驗(yàn)證，以確定改進(jìn)效果以及進(jìn)行必要的修改；E.在現(xiàn)場控制系統(tǒng)中安裝，完成現(xiàn)場設(shè)備的改進(jìn)。
[0020]發(fā)明人通過深入研究，充分利用DCS全范圍模擬機(jī)作為人機(jī)界面改進(jìn)的操作平臺(tái)，由于其模擬精度高，人機(jī)界面軟、硬件與機(jī)組完全一致等優(yōu)勢，整理一套在模擬機(jī)上進(jìn)行人機(jī)界面改進(jìn)的方法，本發(fā)明包括方案設(shè)計(jì)、實(shí)施、調(diào)試以及培訓(xùn)與驗(yàn)證等多個(gè)方面，方案設(shè)計(jì)中選擇與現(xiàn)場控制系統(tǒng)完全相同硬件設(shè)施的模擬機(jī)以及完全的操作平臺(tái)和軟件，在模擬機(jī)上進(jìn)行相關(guān)的改造，例如:嶺澳核電廠二期人機(jī)界面優(yōu)化直接采用西門子公司的OM-Editor軟件修改畫面，修改完成的文件能直接用于機(jī)組；可以更好地與現(xiàn)場控制系統(tǒng)銜接，改進(jìn)后通過測試檢驗(yàn)改進(jìn)的效果，并針對(duì)存在的問題在模擬機(jī)上進(jìn)行修改和完善，避免在現(xiàn)場進(jìn)行反復(fù)修改和試驗(yàn)所造成的影響機(jī)組運(yùn)行和安全性的問題，在全部改進(jìn)完善完成后，再進(jìn)行現(xiàn)場的安裝，可以節(jié)約時(shí)間，保證現(xiàn)場設(shè)備的正常運(yùn)行。
[0021]由圖1a至圖3b中可知，本發(fā)明中對(duì)于人機(jī)界面的改進(jìn)方面包括:在不改變數(shù)字化程序內(nèi)容的情況下，減少程序的層級(jí)，優(yōu)化指令語句，將部分子程序中需執(zhí)行的步驟放在主程序中，避免不同程序間切換而出現(xiàn)的人因失誤。本發(fā)明該項(xiàng)改進(jìn)在不改動(dòng)程序執(zhí)行內(nèi)容的情況下，將子程序中需執(zhí)行的步驟放在主程序中。這樣能有效地減少操縱員的鼠標(biāo)點(diǎn)擊次數(shù)、避開因在不同程序間切換而出現(xiàn)的人因失誤陷阱、提高操縱員工作效率。將子程序中的判斷邏輯調(diào)整到主程序頁面，以減少調(diào)用程序次數(shù)，本發(fā)明該項(xiàng)改進(jìn)是考慮到部分子程序結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但在程序入口處存在條件判斷邏輯，如不滿足條件則直接跳出的情況。這樣能有效地減少程序調(diào)用次數(shù)，同時(shí)避免將子程序全部內(nèi)容移植到主程序而造成主程序冗長。
[0022]本發(fā)明中對(duì)于人機(jī)界面的改進(jìn)方面還包括有針對(duì)性地插入事故規(guī)程的配套軟件，測試操作員處理故障的能力，能夠提高操縱員隊(duì)事故的響應(yīng)速度，提升機(jī)組安全性能。在進(jìn)行改進(jìn)前，執(zhí)行程序時(shí)需要在多幅畫面間來回切換，有時(shí)甚至需要調(diào)用30多幅畫面，這會(huì)造成傳感器顯示值、設(shè)備狀態(tài)、操作設(shè)備在多幅畫面中的定位困難，反復(fù)切換會(huì)導(dǎo)致程序執(zhí)行效率低下，同時(shí)增加了狀態(tài)判斷、設(shè)備操作出錯(cuò)的人因失誤風(fēng)險(xiǎn)。通過設(shè)計(jì)出規(guī)程配套畫面，該畫面包含執(zhí)行該規(guī)程所需操作的所有控件，包含所需檢查的所有參數(shù)，并將控件與參數(shù)按規(guī)程執(zhí)行順序排列。本改進(jìn)能有效提高程序執(zhí)行效率，減少人因失誤風(fēng)險(xiǎn)，本發(fā)明在具體實(shí)施過程中，為嶺澳核電廠二期3、4號(hào)機(jī)一回路操縱員DOS程序增加一幅配套畫面D0S00IYFU。
[0023]本發(fā)明對(duì)人機(jī)界面的更進(jìn)一步的改進(jìn)還包括了:對(duì)人機(jī)界面按功能對(duì)控件進(jìn)行分區(qū)、加設(shè)計(jì)算機(jī)診斷邏輯組態(tài)以及警示單元，進(jìn)行分區(qū)用于幫助操縱員快速定位需要操作的設(shè)備，而計(jì)算機(jī)真的邏輯組態(tài)用于簡化畫面布局，預(yù)留空間顯示更多畢業(yè)的相關(guān)信息，幫助操縱員快速診斷故障點(diǎn)，警示單元利用柱狀圖功能，采用不同顏色標(biāo)記故障的緊急性，提醒操作員及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行反應(yīng)和干預(yù)，通過快速問答的形式來測試操縱員能否快速定位到相關(guān)設(shè)備。設(shè)計(jì)完成的邏輯組態(tài)需考慮機(jī)組下裝的可行性，包括功能塊選擇是否合適、增加的邏輯對(duì)CPU負(fù)荷的影響、硬接線與網(wǎng)關(guān)信號(hào)傳遞的問題等；應(yīng)掌握畫面、邏輯組態(tài)修改、下裝、模擬機(jī)設(shè)備模型適應(yīng)性修改、軟件系統(tǒng)集成的能力。本發(fā)明設(shè)計(jì)出一幅全新的畫面3ARE002Y⑶用于蒸汽發(fā)生器水位控制，該畫面包含進(jìn)行水位控制所需的所有關(guān)鍵參數(shù)，操縱員在進(jìn)行水位控制時(shí)無需反復(fù)切換畫面，具體的優(yōu)化方式有:
1.使用可變色柱狀圖顯示蒸發(fā)器水位緊急程度，正常水位顯示為綠色，超出水位設(shè)定值5%時(shí)顯示為黃色，接近跳堆限值時(shí)顯示為紅色。
[0024]2.刪除畫面上的冗余參數(shù)顯示，一個(gè)物理測量對(duì)象只顯示一個(gè)信號(hào)點(diǎn)，使畫面更為直觀，同時(shí)節(jié)省出空間可用于放置水位控制所需的其他系統(tǒng)參數(shù)。
[0025]3.為精簡后參數(shù)增加智能故障診斷功能，在該測量對(duì)象的測點(diǎn)故障或多個(gè)測點(diǎn)偏差過大時(shí)，顯示點(diǎn)上出現(xiàn)紅色閃爍的外框提醒操縱員關(guān)注。
[0026]4.同一蒸發(fā)器的給水蒸汽流量并排顯示，便于操縱員及時(shí)判斷汽、水流量是否匹配。
[0027]5.三臺(tái)蒸發(fā)器總給水、總蒸汽流量相差過大時(shí)出現(xiàn)紅色閃爍的大于、小于符號(hào)提醒操縱員及時(shí)干預(yù)。
[0028]本發(fā)明步驟D中測試和驗(yàn)證所采用的手段包括記錄影響機(jī)組安全性的關(guān)鍵參數(shù)曲線，對(duì)比改進(jìn)前后的數(shù)據(jù)，對(duì)比改進(jìn)前后對(duì)機(jī)組安全性、穩(wěn)定性是否有所提升。還進(jìn)一步包括記錄操縱員對(duì)故障處理的相應(yīng)時(shí)間和操作次數(shù)，有針對(duì)性的插入事故，記錄操縱員對(duì)事故的響應(yīng)時(shí)間以及控制住機(jī)組狀態(tài)的時(shí)間，如完成安注復(fù)位等，記錄操縱員鼠標(biāo)點(diǎn)擊次數(shù)、畫面與數(shù)字化程序切換次數(shù)等參數(shù)來確定是否有效地降低其工作負(fù)荷。本發(fā)明在測試和驗(yàn)證手段還包括測試不同操縱員的操作時(shí)間數(shù)據(jù)，分析不同熟練程度操縱員的數(shù)據(jù)差異來確定改進(jìn)方案對(duì)人因的影響；由于模擬機(jī)的DCS系統(tǒng)與機(jī)組無法保持完全一致，在模擬機(jī)上設(shè)計(jì)并實(shí)施的優(yōu)化方案是不能直接在機(jī)組使用，所以改進(jìn)方案在提交到機(jī)組后需進(jìn)行修正，包括變量名稱的規(guī)范化、參數(shù)的優(yōu)化等，為保證修正后的方案與預(yù)期一致，機(jī)組正式下裝前需將修正后方案提交給模擬機(jī)進(jìn)行再鑒定。
[0029]本發(fā)明在具體改進(jìn)實(shí)例中的操作過程是拿到機(jī)組修正后畫面、邏輯組態(tài)、數(shù)字化程序后在模擬機(jī)上進(jìn)行編譯、下裝與集成以測試是否存在問題。以嶺澳核電廠二期誤安注處理程序與配套畫面、ARE主給水畫面優(yōu)化為例，在模擬機(jī)再驗(yàn)證階段共完成5次升版，發(fā)現(xiàn)并解決60項(xiàng)配置錯(cuò)誤、定值錯(cuò)誤、鏈接錯(cuò)誤等問題。其后對(duì)操縱員進(jìn)行預(yù)培訓(xùn)，在改進(jìn)方案在機(jī)組下裝前，在模擬機(jī)上進(jìn)行操縱員的預(yù)培訓(xùn)是必不可少的環(huán)節(jié)。一般而言，改進(jìn)方案中總會(huì)增加新的功能、調(diào)整頁面布局，如不進(jìn)行預(yù)培訓(xùn)，在新功能觸發(fā)時(shí)操縱員會(huì)無所適從，在頁面布局調(diào)整后操縱員可能難以定位到想操作的設(shè)備，這不但無法達(dá)到改進(jìn)的效果，甚至影響到機(jī)組安全。
[0030]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種核電廠數(shù)字化控制室人機(jī)界面改進(jìn)方法，其特征在于:該方法包括以下步驟..A.選擇一套與核電廠現(xiàn)場控制系統(tǒng)硬件設(shè)施相同的模擬機(jī)，作為改進(jìn)工作的操作設(shè)備；B.采用與現(xiàn)場控制系統(tǒng)相同的控制平臺(tái)和軟件語言，用于保證與現(xiàn)場控制系統(tǒng)同步；C.在模擬機(jī)上對(duì)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面部分進(jìn)行改進(jìn)；D.在模擬機(jī)上對(duì)改進(jìn)后的控制系統(tǒng)進(jìn)行測試和驗(yàn)證，以確定改進(jìn)效果以及進(jìn)行必要的修改；E.在現(xiàn)場控制系統(tǒng)中安裝，完成現(xiàn)場設(shè)備的改進(jìn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述核電廠數(shù)字化控制室人機(jī)界面改進(jìn)方法，其特征在于:步驟B中所述的控制系統(tǒng)為數(shù)字化控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述核電廠數(shù)字化控制室人機(jī)界面改進(jìn)方法，其特征在于:步驟C中所述人機(jī)界面采用激勵(lì)式仿真方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述核電廠數(shù)字化控制室人機(jī)界面改進(jìn)方法，其特征在于:步驟C所述的改進(jìn)包括減少程序的層次，優(yōu)化指令語句。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述核電廠數(shù)字化控制室人機(jī)界面改進(jìn)方法，其特征在于:步驟C所述減少程序的層次包括在不改變程序內(nèi)容的前提下，將部分子程序中需執(zhí)行的步驟放在主程序中，避免不同程序間切換而出現(xiàn)的人因失誤。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述核電廠數(shù)字化控制室人機(jī)界面改進(jìn)方法，其特征在于:步驟C所述減少程序的層次包括將子程序中的判斷邏輯調(diào)整到主程序頁面，以減少調(diào)用程序次數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述核電廠數(shù)字化控制室人機(jī)界面改進(jìn)方法，其特征在于:步驟C所述的改進(jìn)包括插入事故規(guī)程的配套軟件，測試操作員處理故障的能力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述核電廠數(shù)字化控制室人機(jī)界面改進(jìn)方法，其特征在于:步驟C所述的改進(jìn)包括對(duì)人機(jī)界面按功能對(duì)控件進(jìn)行分區(qū)，還包括加設(shè)計(jì)算機(jī)診斷邏輯組態(tài)以及警示單元，用于簡化畫面布局和提醒操作員及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行反應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述核電廠數(shù)字化控制室人機(jī)界面改進(jìn)方法，其特征在于:所述警示單元的警示方法為利用柱狀圖功能，采用不同顏色標(biāo)記故障的緊急性。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述核電廠數(shù)字化控制室人機(jī)界面改進(jìn)方法，其特征在于:步驟D中測試和驗(yàn)證所采用的手段包括記錄影響機(jī)組安全性的關(guān)鍵參數(shù)曲線，對(duì)比改進(jìn)前后的數(shù)據(jù)、記錄操縱員對(duì)故障處理的相應(yīng)時(shí)間和操作次數(shù)以及測試不同操縱員的操作時(shí)間數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK103676896SQ201310712332
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】馬德有, 吳震華, 黃超武 申請(qǐng)人:中廣核核電運(yùn)營有限公司, 中國廣核集團(tuán)有限公司