CN103310861B - 一种采用数字化人机接口核电厂的总体运行控制显示的功能分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于核电设计技术领域，具体涉及一种采用数字化人机接口核电厂的总体运行控制显示的功能分析方法。该方法通过总体运行需求分析和功能分析，设计出总体运行中的主要控制功能模块，并将主要控制功能模块中的主要操作步骤所需的监视和控制信息进行合理有效的组织集成，开发出主要控制功能模块的数字化总体运行控制功能显示。本发明便于操纵员在总体运行时获得所操作或监视的设备和参数的状态及上下游情况的全面了解，提高执行效率，减少人因失效，减轻操纵员负担。

Description

一种采用数字化人机接口核电厂的总体运行控制显示的功能分析方法

技术领域

本发明属于核电设计技术领域，具体涉及一种采用数字化人机接口核电厂的总体运行控制显示的功能分析方法。

背景技术

压水堆核电厂的系统复杂，其启动和停运（即：总体运行）是通过总体规程控制的。核电厂的操纵员可以使用总体规程对电厂所处的运行状态/工况进行控制或改变。核电厂总体运行要求操纵员按所需功能，同时关注多个系统的参数，操作多个系统的设备。

当前，随着数字化、信息化、自动化技术的高速发展，以全数字化仪控技术（Digital Control System,DCS系统）为核心的核电站数字化仪控系统和先进的数字化主控室设计已广泛应用到核电项目。在数字化先进主控室中，操纵员通过主控室的操纵员工作站完成对电厂的操作和控制。相对于传统主控室，DCS数字化仪控系统有效降低了人因失效引起非计划停堆停机概率、从软件和硬件上确保电站安全系统的高可靠性、提高核电站运行的效率、安全性和可靠性。

然而与传统主控室相比，在DCS系统中的按照工艺系统流程设计的分系统显示功能所提供的信息的综合性不足，无法满足总体运行过程中同时监视多个系统参数，操作多个系统设备的要求，没有充分体现出DCS系统的优势。

因此，为满足核电厂总体运行的需求，并充分利用DCS的优势，需专门开发数字化总体运行综合控制显示功能，对于总体运行过程中的需快速执行的大瞬态操作或涉及多个系统的复杂操作，根据运行需求和功能分析，合理有效的整理和集成相关信息，使主控室操纵员在执行总体运行操作时能够灵活、快速、全面地获取信息，做出正确判断进行适当操作，从而提高总体规程的执行效率，减少人因失效，减轻操纵员负担。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用数字化人机接口核电厂的总体运行控制显示的功能分析方法，以便于操纵员在总体运行时获得所操作或监视的设备和参数的状态及上下游情况的全面了解，提高执行效率，减少人因失效，减轻操纵员负担。

本发明的技术方案如下：一种采用数字化人机接口核电厂的总体运行控制显示的功能分析方法，包括如下步骤：

（1）通过对核电站机组启停过程中核蒸汽供应系统功能的分析以及相关支持功能分析，并考虑执行功能的情况，确立主要控制功能模块种类；

（2）针对各控制功能模块，分析机组的整个启动和停运过程，整理出该控制功能模块的主要操作步骤以及主要操作步骤所需的监视和控制信息清单；

（3）对步骤（2）中得到的监视和控制信息进行筛选和分类整理，筛选和分类原则如下：

3.1）控制功能模块主要操作步骤中的控制操作手段应直接包含在总体运行控制显示功能中；

3.2）对控制功能模块中的控制操作手段所对应的信息反馈和主要操作步骤中需直接要求的监视信息应直接包含在总体运行控制显示功能中；

3.3）对于主要操作步骤中没有直接要求的监视信息，但可便于操纵员了解控制功能模块上下游的情况，可在总体运行控制显示功能中仅保留概况信息或增加去往分系统显示功能的导航链接；

（4）按照步骤（3）完成信息的筛选和分类整理后，综合考虑操纵员的操作习惯，确定固定的布置原则；

（5）综合分析评价总体运行规程中相关控制功能操作，判断总体运行控制显示的信息完整性，进行对应的修改，以满足总体运行要求。

进一步，如上所述的采用数字化人机接口核电厂的总体运行控制显示的功能分析方法，步骤（1）中确立主要控制功能模块的方法包括：

1.1）主要控制功能模块应包括核蒸汽供应系统所需控制功能和核电站相关重要支持控制功能；

1.2）主要控制功能模块用于总体运行过程中的需快速执行的大瞬态操作或涉及多个系统的复杂操作；

1.3）主要控制功能模块应具有一定的通用性，可在多个规程中重复使用。

进一步，如上所述的采用数字化人机接口核电厂的总体运行控制显示的功能分析方法，步骤（4）中确定固定的布置原则具体包括：

4.1）总体运行控制显示功能的布置应以相关分系统显示功能为参考，以保证信息显示的规律性，方便操纵员学习和使用；

4.2）总体运行显示功能一般是以与分系统显示功能相似的流程形式布置信息或以重要设备为中心布置信息；

4.3）布置信息时应清楚的显示各个系统和设备的上下游关系，通过背景颜色对不同系统加以区分以增强可读性；

4.4）导航链接应就近布置。

本发明的有益效果如下：

1）核电厂的启停过程是一个连续、复杂的过程，涉及各种重要控制功能。本发明通过对核电站机组启停过程中核蒸汽供应系统功能的分析以及相关支持功能分析，并考虑执行功能的复杂性（是否涉及多个系统、是否需快速执行）确立主要控制功能模块种类。对于启停过程中的需快速执行的大瞬态操作或涉及多个系统的复杂操作，应专门开发综合的控制功能模块功能，有利于操纵员对总体运行的整体把握，提高执行效率，减少人因失效。

2）本发明确立了一种核电厂总体运行控制显示功能的信息筛选和信息显示原则。每个总体运行控制显示功能仅占用一幅屏幕使得操纵员在使用机组总体运行执行过程中无需频繁切换屏幕。而依据信息的重要性对不同信息采取详细显示、简略显示甚至不显示的筛选原则，使得总体运行控制显示功能中的信息更具有针对性，提高了操纵员寻找信息的效率。

3）对于含有多类信息的显示功能来说，若不能合理的对这些信息的显示进行管理和优化，将导致寻找信息时的效率大大降低。本发明综合考虑了操纵员的操作习惯，确立了一种核电厂总体运行控制显示功能的信息布置原则，保证了信息显示的规律性，方便操纵员学习和使用，同时提高了人机接口的友好性，提高了操纵员的工作效率，减轻操纵员负担。

附图说明

图1为本发明的分析方法流程示意图；

图2为具体实施例中的总体运行控制显示功能界面设计示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

核电厂总体运行所需的控制功能要求集成度高，操作复杂，需人员密切配合执行。本发明中的数字化总体运行控制功能显示功能分析方法，通过总体运行需求分析和功能分析，提炼整理出总体运行中的主要控制功能模块，并将主要控制功能模块中的主要操作步骤所需的监视和控制信息进行合理有效的组织集成，开发出主要控制功能模块的数字化总体运行控制功能显示。对于总体运行过程中的需快速执行的大瞬态操作或涉及多个系统的复杂操作，通过运行需求分析和功能分析，整理提炼出主要操作步骤以及相关的监视信息和操作功能，并以简化的工艺流程的方式组织布置相关信息，形成各主要控制功能的综合控制显示，便于操纵员在总体运行时获得所操作或监视的设备和参数的状态及上下游情况的全面了解，提高执行效率，减少人因失效，减轻操纵员负担。

如图1所示，核电厂数字化总体运行控制功能显示具体功能分析方法包括如下步骤：

（1）通过对核电站机组启停过程中核蒸汽供应系统功能的分析以及相关支持功能分析，并考虑执行功能的复杂性（是否涉及多个系统、是否需快速执行）确立主要控制功能模块种类。本发明所确立主要控制功能模块的原则如下：

原则1.1）：主要控制功能模块应包括核蒸汽供应系统所需控制功能（如稳压器压力水位控制，蒸汽发生器水位控制等）和核电站相关重要支持控制功能（如厂用电控制，汽轮机控制等）；

原则1.2）：主要控制功能模块用于总体运行过程中的需快速执行的大瞬态操作或涉及多个系统的复杂操作；

原则1.3）：主要控制功能模块应具有一定的通用性，其不属于某一本总体规程，可在多本规程中重复使用。

（2）对某一主要控制功能模块，分析机组的整个启动和停运过程，提炼整理出该控制模块的主要操作步骤以及主要操作步骤所需的监视和控制信息清单。

（3）一方面由于数字化主控室中屏幕数量有限，为减少屏幕的切换操作次数，应将某一控制功能模块集中在一个屏幕上；另一方面由于屏幕空间有限，一幅屏幕中所含信息不能太多，以免造成屏幕上信息过于拥挤影响操纵员使用。因此需对步骤（2）中的所得到的监视和控制信息进行筛选和分类整理。本发明确立的筛选和分类原则如下：

原则3.1）：控制功能模块主要操作步骤中的控制操作手段应直接包含在总体运行控制显示功能中；

原则3.2）：为保证操作和信息反馈的一致性、有效性，对控制功能模块中的控制操作手段所对应的信息反馈和主要操作步骤中需直接要求的监视信息应直接包含在总体运行控制显示功能中；

原则3.3）：对于主要操作步骤中没有直接要求的监视信息，但可便于操纵员了解控制功能模块上下游的情况，可在总体运行控制显示功能中仅保留概况信息或增加去往分系统显示功能的导航链接。

（4）在按照步骤（3）完成信息的筛选和分类整理后，在综合考虑操纵员的操作习惯后，需确定固定的布置原则，合理的布置各种信息，便于操纵员快速找到所需的信息。本发明确立的布置原则是：

原则4.1）：总体运行控制显示功能的布置应以相关分系统显示功能为参考，以保证信息显示的规律性，方便操纵员学习和使用；

原则4.2）：总体运行显示功能一般是以与分系统显示功能相似的流程形式布置信息或以某个重要设备（如：稳压器、压力容器、汽轮机等）为中心布置信息；

原则4.3）：布置信息时应清楚的显示各个系统和设备的上下游关系，用深色背景对不同系统加以区分以增强可读性；

原则4.4）：导航链接应就近布置。

按照上述布置原则对步骤（3）中的信息进行布置后，即可完成总体运行控制显示功能的设计。

（5）综合分析评价总体运行规程中相关控制功能操作，判断总体运行控制显示的信息完整性，进行对应的修改，以满足总体运行要求。

实施例

以核蒸汽供应系统重要调节功能中一回路的稳压器水位压力控制功能显示的设计分析为例，进行详细说明。

1、主要控制功能模块确立

在核电厂机组启停过程中，机组处于多个运行模式的转换，需频繁对一回路压力、稳压器水位等功能进行控制。因此需要设计稳压器水位压力控制功能显示，以便于核电厂机组启停时操纵员快速有效的执行一回路升降压操作、稳压器建/灭汽腔等大瞬态操作。

2、筛选和分类信息

在对稳压器压力水位控制功能进行详细的分析后，得到了此控制功能所需的所有信息清单。应用上述技术方案中的步骤（3）的原则对清单中的内容进行精简和优化：

原则3.1）示例：稳压器压力控制所需的喷淋阀控制手段应直接包含在总体运行控制显示功能中；

原则3.2）示例：为保证操作和信息反馈的一致性、有效性，将喷淋阀控制所对应的信息反馈，如喷淋阀开度等信息直接包含在总体运行控制显示功能中；

原则3.3示例：为便于操纵员了解喷淋阀上游管线的运行情况等信息，而这些信息与稳压器压力控制功能无直接关系，可增加去往一回路系统的导航链接。

3、信息显示的优化布置

利用上述技术方案中的步骤（4）中的原则4.1），4.2），以稳压器为中心，以与一回路系统显示功能相似的流程形式布置各种信息。利用原则4.3），将稳压器水位调节功能所需信息用深色背景加以区分，以增强可读性。完成稳压器压力水位控制功能显示设计。

该实施例所得到的总体运行控制显示功能界面如图2所示。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.一种采用数字化人机接口核电厂的总体运行控制显示的功能分析方法，包括如下步骤：

(1)通过对核电站机组启停过程中核蒸汽供应系统功能的分析以及相关支持功能分析，并考虑执行功能的情况，确立主要控制功能模块种类，方法如下：

1.1)主要控制功能模块应包括核蒸汽供应系统所需控制功能和核电站相关重要支持控制功能；

1.2)主要控制功能模块用于总体运行过程中的需快速执行的大瞬态操作或涉及多个系统的复杂操作；

1.3)主要控制功能模块应具有一定的通用性，可在多个规程中重复使用；

(2)针对各控制功能模块，分析机组的整个启动和停运过程，整理出该控制功能模块的主要操作步骤以及主要操作步骤所需的监视和控制信息清单；

(3)对步骤(2)中得到的监视和控制信息进行筛选和分类整理，筛选和分类原则如下：

3.1)控制功能模块主要操作步骤中的控制操作手段应直接包含在总体运行控制显示功能中；

3.2)对控制功能模块中的控制操作手段所对应的信息反馈和主要操作步骤中需直接要求的监视信息应直接包含在总体运行控制显示功能中；

3.3)对于主要操作步骤中没有直接要求的监视信息，但可便于操纵员了解控制功能模块上下游的情况，在总体运行控制显示功能中仅保留概况信息或增加去往分系统显示功能的导航链接；

(4)按照步骤(3)完成信息的筛选和分类整理后，综合考虑操纵员的操作习惯，确定固定的布置原则，包括：

4.1)总体运行控制显示功能的布置应以相关分系统显示功能为参考，以保证信息显示的规律性，方便操纵员学习和使用；

4.2)总体运行显示功能是以与分系统显示功能相似的流程形式布置信息或以重要设备为中心布置信息；

4.3)布置信息时应清楚的显示各个系统和设备的上下游关系，通过背景颜色对不同系统加以区分以增强可读性；

4.4)导航链接应就近布置；

(5)综合分析评价总体运行规程中相关控制功能操作，判断总体运行控制显示的信息完整性，进行对应的修改，以满足总体运行要求。