核電廠數位化控制室人機界面改進方法
2023-06-02 16:41:16
核電廠數位化控制室人機界面改進方法
【專利摘要】一種核電廠數位化控制室人機界面改進方法包括選擇一套與核電廠現場控制系統硬體設施相同的模擬機，採用與現場控制系統相同的控制平臺和軟體語言，在模擬機上對控制系統的人機界面部分進行改進，在模擬機上對改進後的控制系統進行測試和驗證，在現場控制系統中安裝，完成現場設備的改進。通過在模擬機上進行人機界面改進能有效提升機組性能，同時能避免在機組進行修改而帶來不可預期的風險。同時經本次實踐，證明在模擬機上進行DCS畫面、邏輯組態、數位化程序的修改與驗證是一種行之有效的方法，為此，機組進行改造前在模擬機上進行驗證已被納入嶺澳核電廠二期的DCS改造流程中。
【專利說明】核電廠數位化控制室人機界面改進方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及控制技術，特別涉及核電廠現場控制系統改進人機界面的方法。
【背景技術】
[0002]在商用核電廠中採用先進的數位化控制(DCS)技術、狀態導向事故處理規程(SOP)替代傳統的硬碟臺控制方式已成為發展趨勢，相比傳統控制手段，DCS系統具有構造靈活、操作便捷、功能豐富、安全可靠等多項優勢。但作為新興技術，DCS人機界面在畫面布局，設備定位、參數的顯示等方面仍存在一些不足之處，可能會增大操縱員工作負荷、降低工作效率，甚至會影響對機組的控制效果以及事故下的響應速度。
[0003]為提升機組安全性，需對上述不足之處進行有針對性的優化工作，在此過程中，需對數位化程序、畫面進行反覆的修改、測試以尋求解決方案，這項工作若直接在電站DCS上實施會對影響到機組運行安全，因此，如何能夠在不影響到機組安全運行，同時，又能夠保障改進工作順利進行，成為解決此類問題的關鍵所在。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種解決現場控制系統改進人機界面的方法，採用在模擬機上進行改進操作，然後通過測試和認證的方法與現場控制系統進行對接，解決現有技術中影響機組安全的技術問題。
[0005]本發明為解決上述技術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場控制系統硬體設施相同的模擬機，作為改進工作的操作設備；B.採用與現場控制系統相同的控制平臺和軟體語言，用於保證與現場控制系統同步；C.在模擬機上對控制系統的人機界面部分進行改進；D.在模擬機上對改進後的控制系統進行測試和驗證，以確定改進效果以及進行必要的修改；E.在現場控制系統中安裝，完成現場設備的改進。
[0006]本發明的進一步改進在於:控制系統採用數位化控制系統。
[0007]本發明的再進一步改進在於:步驟C中所述人機界面採用激勵式仿真方式。
[0008]本發明的更進一步改進在於:步驟C所述的改進包括減少程序的層次，優化指令語句。
[0009]本發明的更進一步改進在於:步驟C所述的改進包括插入事故規程的配套畫面，提高操縱員對事故的響應速度。
[0010]本發明的更進一步改進在於:步驟C所述的改進包括對人機界面按功能對控制項進行分區，還包括加設計算機診斷邏輯組態以及警示單元，用於簡化畫面布局和提醒操作員及時對故障進行反應，所述警示單元的警示方法為利用柱狀圖功能，採用不同顏色標記故障的緊急性。
[0011]本發明的更進一步改進在於:步驟D中測試和驗證所採用的手段包括記錄影響機組安全性的關鍵參數曲線，對比改進前後的數據。
[0012]本發明的更進一步改進在於:步驟D中測試和驗證所採用的手段包括記錄操縱員對故障處理的相應時間和操作次數。
[0013]本發明的更進一步改進在於:步驟D中測試和驗證所採用的手段包括測試不同操縱員的操作時間數據。
[0014]本發明成功實施嶺澳核電廠二期誤安注事故規程與配套畫面的優化方案的設計、實施、測試與驗證，有效地提高了操縱員對誤安注事故的控制能力，同時減少了主控操縱員之間的橫向差異，充分減少了由於操縱員技能差別而引發的操作後果差別，增強了對機組在誤安注事故下的可控安全系統。目前該方案已推廣到寧德、紅沿河等電站，使其機組安全水平得到同步提升。
[0015]成功實施嶺澳核電廠二期ARE主給水控制、GRE汽機轉速、負荷控制、一迴路概貌圖等畫面的優化，有效地降低了操縱員的工作負荷，提升了對蒸發器水位、汽輪機控制的能力。
[0016]通過在模擬機上進行人機界面改進能有效提升機組性能，同時能避免在機組進行修改而帶來不可預期的風險。同時經本次實踐，證明在模擬機上進行DCS畫面、邏輯組態、數位化程序的修改與驗證是一種行之有效的方法，為此，機組進行改造前在模擬機上進行驗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是本發明程序層級優化前後的數位化結構示意圖。圖2a和圖2b是本發明程序判斷邏輯優化前後的數位化結構示意圖。圖3a和圖3b是本發明插入故障畫面前後的程序執行方式示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面詳細說明本發明的具體實施例。
[0019]這種核電廠數位化控制室人機界面改進方法包括以下步驟:A.選擇一套與核電廠現場控制系統硬體設施相同的模擬機，作為改進工作的操作設備；B.採用與現場控制系統相同的控制平臺和軟體語言，用於保證與現場控制系統同步，控制系統為數位化控制系統；C.在模擬機上對控制系統的人機界面部分進行改進，所述人機界面採用激勵式仿真方式；D.在模擬機上對改進後的控制系統進行測試和驗證，以確定改進效果以及進行必要的修改；E.在現場控制系統中安裝，完成現場設備的改進。
[0020]發明人通過深入研究，充分利用DCS全範圍模擬機作為人機界面改進的操作平臺，由於其模擬精度高，人機界面軟、硬體與機組完全一致等優勢，整理一套在模擬機上進行人機界面改進的方法，本發明包括方案設計、實施、調試以及培訓與驗證等多個方面，方案設計中選擇與現場控制系統完全相同硬體設施的模擬機以及完全的操作平臺和軟體，在模擬機上進行相關的改造，例如:嶺澳核電廠二期人機界面優化直接採用西門子公司的OM-Editor軟體修改畫面，修改完成的文件能直接用於機組；可以更好地與現場控制系統銜接，改進後通過測試檢驗改進的效果，並針對存在的問題在模擬機上進行修改和完善，避免在現場進行反覆修改和試驗所造成的影響機組運行和安全性的問題，在全部改進完善完成後，再進行現場的安裝，可以節約時間，保證現場設備的正常運行。
[0021]由圖1a至圖3b中可知，本發明中對於人機界面的改進方面包括:在不改變數位化程序內容的情況下，減少程序的層級，優化指令語句，將部分子程序中需執行的步驟放在主程序中，避免不同程序間切換而出現的人因失誤。本發明該項改進在不改動程序執行內容的情況下，將子程序中需執行的步驟放在主程序中。這樣能有效地減少操縱員的滑鼠點擊次數、避開因在不同程序間切換而出現的人因失誤陷阱、提高操縱員工作效率。將子程序中的判斷邏輯調整到主程序頁面，以減少調用程序次數，本發明該項改進是考慮到部分子程序結構較為複雜，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用次數，同時避免將子程序全部內容移植到主程序而造成主程序冗長。
[0022]本發明中對於人機界面的改進方面還包括有針對性地插入事故規程的配套軟體，測試操作員處理故障的能力，能夠提高操縱員隊事故的響應速度，提升機組安全性能。在進行改進前，執行程序時需要在多幅畫面間來回切換，有時甚至需要調用30多幅畫面，這會造成傳感器顯示值、設備狀態、操作設備在多幅畫面中的定位困難，反覆切換會導致程序執行效率低下，同時增加了狀態判斷、設備操作出錯的人因失誤風險。通過設計出規程配套畫面，該畫面包含執行該規程所需操作的所有控制項，包含所需檢查的所有參數，並將控制項與參數按規程執行順序排列。本改進能有效提高程序執行效率，減少人因失誤風險，本發明在具體實施過程中，為嶺澳核電廠二期3、4號機一迴路操縱員DOS程序增加一幅配套畫面D0S00IYFU。
[0023]本發明對人機界面的更進一步的改進還包括了:對人機界面按功能對控制項進行分區、加設計算機診斷邏輯組態以及警示單元，進行分區用於幫助操縱員快速定位需要操作的設備，而計算機真的邏輯組態用於簡化畫面布局，預留空間顯示更多畢業的相關信息，幫助操縱員快速診斷故障點，警示單元利用柱狀圖功能，採用不同顏色標記故障的緊急性，提醒操作員及時對故障進行反應和幹預，通過快速問答的形式來測試操縱員能否快速定位到相關設備。設計完成的邏輯組態需考慮機組下裝的可行性，包括功能塊選擇是否合適、增加的邏輯對CPU負荷的影響、硬接線與網關信號傳遞的問題等；應掌握畫面、邏輯組態修改、下裝、模擬機設備模型適應性修改、軟體系統集成的能力。本發明設計出一幅全新的畫面3ARE002Y⑶用於蒸汽發生器水位控制，該畫面包含進行水位控制所需的所有關鍵參數，操縱員在進行水位控制時無需反覆切換畫面，具體的優化方式有:
1.使用可變色柱狀圖顯示蒸發器水位緊急程度，正常水位顯示為綠色，超出水位設定值5%時顯示為黃色，接近跳堆限值時顯示為紅色。
[0024]2.刪除畫面上的冗餘參數顯示，一個物理測量對象只顯示一個信號點，使畫面更為直觀，同時節省出空間可用於放置水位控制所需的其他系統參數。
[0025]3.為精簡後參數增加智能故障診斷功能，在該測量對象的測點故障或多個測點偏差過大時，顯示點上出現紅色閃爍的外框提醒操縱員關注。
[0026]4.同一蒸發器的給水蒸汽流量並排顯示，便於操縱員及時判斷汽、水流量是否匹配。
[0027]5.三臺蒸發器總給水、總蒸汽流量相差過大時出現紅色閃爍的大於、小於符號提醒操縱員及時幹預。
[0028]本發明步驟D中測試和驗證所採用的手段包括記錄影響機組安全性的關鍵參數曲線，對比改進前後的數據，對比改進前後對機組安全性、穩定性是否有所提升。還進一步包括記錄操縱員對故障處理的相應時間和操作次數，有針對性的插入事故，記錄操縱員對事故的響應時間以及控制住機組狀態的時間，如完成安注復位等，記錄操縱員滑鼠點擊次數、畫面與數位化程序切換次數等參數來確定是否有效地降低其工作負荷。本發明在測試和驗證手段還包括測試不同操縱員的操作時間數據，分析不同熟練程度操縱員的數據差異來確定改進方案對人因的影響；由於模擬機的DCS系統與機組無法保持完全一致，在模擬機上設計並實施的優化方案是不能直接在機組使用，所以改進方案在提交到機組後需進行修正，包括變量名稱的規範化、參數的優化等，為保證修正後的方案與預期一致，機組正式下裝前需將修正後方案提交給模擬機進行再鑑定。
[0029]本發明在具體改進實例中的操作過程是拿到機組修正後畫面、邏輯組態、數位化程序後在模擬機上進行編譯、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主給水畫面優化為例，在模擬機再驗證階段共完成5次升版，發現並解決60項配置錯誤、定值錯誤、連結錯誤等問題。其後對操縱員進行預培訓，在改進方案在機組下裝前，在模擬機上進行操縱員的預培訓是必不可少的環節。一般而言，改進方案中總會增加新的功能、調整頁面布局，如不進行預培訓，在新功能觸發時操縱員會無所適從，在頁面布局調整後操縱員可能難以定位到想操作的設備，這不但無法達到改進的效果，甚至影響到機組安全。
[0030]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種核電廠數位化控制室人機界面改進方法，其特徵在於:該方法包括以下步驟..A.選擇一套與核電廠現場控制系統硬體設施相同的模擬機，作為改進工作的操作設備；B.採用與現場控制系統相同的控制平臺和軟體語言，用於保證與現場控制系統同步；C.在模擬機上對控制系統的人機界面部分進行改進；D.在模擬機上對改進後的控制系統進行測試和驗證，以確定改進效果以及進行必要的修改；E.在現場控制系統中安裝，完成現場設備的改進。
2.根據權利要求1所述核電廠數位化控制室人機界面改進方法，其特徵在於:步驟B中所述的控制系統為數位化控制系統。
3.根據權利要求1所述核電廠數位化控制室人機界面改進方法，其特徵在於:步驟C中所述人機界面採用激勵式仿真方式。
4.根據權利要求1至3中任一項所述核電廠數位化控制室人機界面改進方法，其特徵在於:步驟C所述的改進包括減少程序的層次，優化指令語句。
5.根據權利要求4所述核電廠數位化控制室人機界面改進方法，其特徵在於:步驟C所述減少程序的層次包括在不改變程序內容的前提下，將部分子程序中需執行的步驟放在主程序中，避免不同程序間切換而出現的人因失誤。
6.根據權利要求4所述核電廠數位化控制室人機界面改進方法，其特徵在於: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整到主程序頁面，以減少調用程序次數。
7.根據權利要求1至3中任一項所述核電廠數位化控制室人機界面改進方法，其特徵在於:步驟C所述的改進包括插入事故規程的配套軟體，測試操作員處理故障的能力。
8.根據權利要求1至3中任一項所述核電廠數位化控制室人機界面改進方法，其特徵在於:步驟C所述的改進包括對人機界面按功能對控制項進行分區，還包括加設計算機診斷邏輯組態以及警示單元，用於簡化畫面布局和提醒操作員及時對故障進行反應。
9.根據權利要求8所述核電廠數位化控制室人機界面改進方法，其特徵在於:所述警示單元的警示方法為利用柱狀圖功能，採用不同顏色標記故障的緊急性。
10.根據權利要求1至3中任一項所述核電廠數位化控制室人機界面改進方法，其特徵在於:步驟D中測試和驗證所採用的手段包括記錄影響機組安全性的關鍵參數曲線，對比改進前後的數據、記錄操縱員對故障處理的相應時間和操作次數以及測試不同操縱員的操作時間數據。
【文檔編號】G05B19/418GK103676896SQ201310712332
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】馬德有, 吳震華, 黃超武 申請人:中廣核核電運營有限公司, 中國廣核集團有限公司