CN103345952A - 一种基于模型的操纵员辅助计算系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于模型的操纵员辅助计算系统，其包括与电厂仪控系统网络分别相连的客户端和服务器端，用于数据点组态的工程师站；所述的客户端包括与电厂仪控系统网络相连的若干个操作站；所述的服务器端包括与电厂仪控系统网络相连的冗余配置的第一接口服务器和第二接口服务器，主服务器分别与第一接口服务器和第二接口服务器相连，备用服务器分别与第一接口服务器和第二接口服务器相连；主服务器还连接主服务器显示器，备用服务器还连接备用服务器显示器；所述的工程师站包括与电厂仪控系统网络相连的若干个工程师站。本发明可减轻了操纵员计算负荷，避免了人因失误，在提高核电厂总体安全性的同时，能够更好的支持操纵员运行电厂。

Description

一种基于模型的操纵员辅助计算系统

技术领域

本发明涉及核电厂数字化仪控系统，具体涉及一种基于模型的操纵员辅助计算系统。

背景技术

随着核电厂数字化仪控系统的不断发展，核电厂仪控网络中的信息量也不断增加。为了帮助操纵员获取监视与运行电厂的关键信息，势必需要利用仪控网络中的信息来计算操纵员所需的关键信息，从而更好的支持操纵员掌握当前电厂状态。目前在役核电厂中，这些计算一般采用以下方式完成：

（1）操纵员手动计算，例如：秦山一期核电厂的倒计数率计算等。

（2）仪控系统的控制器计算，例如仅提供给操纵员显示画面的时间平均值计算等。

（3）多个小的计算软件计算，例如秦山一期核电厂的轴向功率倾斜计算程序等。

显然，采用以上三种方式进行计算都存在明显的缺陷：操纵员手动计算只能完成简单的计算，同时会增加其脑力负荷，还容易产生人因失误，对电厂的安全性存在潜在的威胁；仪控系统控制器计算将占用控制器的资源，对仪控系统的性能产生影响；多个小的计算软件计算，也存在计算程序过于分散，不便于计算程序的管理和维护。此外利用控制器计算和采用小的软件计算，程序设计好后，一般只能由专业的软件开发人员进行修改，用户很难根据新需求对现有应用服务进行二次开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可供核电厂的操纵员使用，更好地辅助操纵员运行电厂，并减轻操纵员工作负荷，方便应用程序的管理和维护的基于模型的操纵员辅助计算系统（Operator Auxiliary Calculation System，简称OACS系统）。

实现本发明目的的技术方案：一种基于模型的操纵员辅助计算系统，其包括与电厂仪控系统网络分别相连的客户端和服务器端，以及用于数据点组态的工程师站；所述的客户端包括与电厂仪控系统网络相连的若干个操作站；所述的服务器端包括与电厂仪控系统网络相连的冗余配置的第一接口服务器和第二接口服务器，主服务器分别与第一接口服务器和第二接口服务器相连，备用服务器分别与第一接口服务器和第二接口服务器相连；主服务器还连接主服务器显示器，备用服务器还连接备用服务器显示器；所述的工程师站包括与电厂仪控系统网络相连的若干个工程师站。

如上所述的一种基于模型的操纵员辅助计算系统，其通过所述的操作站操纵员可查看应用程序计算结果和运行状态信息、并通过人机交互界面启动/停止应用程序、设置应用程序可调节参数和输入应用程序计算所需的输入信息；所述的两台冗余配置的第一接口服务器和第二接口服务器运行有与电厂仪控系统网络进行数据交互的通信模块，该通信模块包含常用和定制的通信协议，只需根据电厂仪控系统网络支持的协议进行配置即可实现本系统与电厂仪控系统网络的通信功能；正常运行时，主服务器优先从第一接口服务器获取计算输入，备用服务器优先从第二接口服务器获取计算输入；如果第一接口服务器出现故障时，则主服务器和备用服务器都从第二接口服务器获取计算输入；如果第二接口服务器出现故障，则主服务器和备用服务器都从第一接口服务器获取计算输入；两台冗余配置的主服务器和备用服务器都同步运行有系统服务器端软件，系统服务器端软件包含一组以服务形式运行的应用程序；该应用程序在运行时获取电厂仪控系统网络和客户端的输入数据后，对输入数据进行处理并将计算结果通过第一接口服务器或第二接口服务器提供给电厂仪控系统网络和客户端；正常运行时仅主服务器将计算结果通过第一接口服务器提供给电厂仪控系统网络和客户端；备用服务器只是进行同步计算，但不向第二接口服务器提供计算结果；当主服务器故障时，备用服务器自动切换为主服务器模式运行，原主服务器经过维修后，则以备用模式重启，并自动进行数据同步，以保证后续计算中两台服务器计算结果一致；主服务器显示器和备用服务器显示器负责显示服务器端管理软件的界面，以便向用户提供人机交互的接口；所述的工程师站用于组态应用程序所需的数据点，当用户创建新应用程序产生了新的数据点时，需要由仪控工程师通过工程师站来组态这些数据点，并上装到电厂仪控系统网络中。

如上所述的一种基于模型的操纵员辅助计算系统，其客户端软件包括客户端界面显示模块，客户端界面显示模块运行在操作站中，其向操纵员提供交互的人机接口，操纵员可以通过该模块启动/停止应用程序的计算、查看应用程序的运行状态、设置应用程序的可调节参数、输入应用程序所需的计算输入，以及查看应用程序的计算结果；第一接口服务器和第二接口服务器中的通信接口模块负责将电厂仪控系统网络数据、客户端操纵员输入和指令传递给服务器端的数据通信模块，并将服务器端的数据通信模块提供的计算结果和应用程序运行状态信息提供给电厂仪控系统网络和客户端；服务器端软件包含数据通信模块、数据存储模块、应用程序计算模块、应用程序管理模块和服务器端界面显示模块；应用程序管理模块负责控制和调度服务器端各模块之间工作；数据通信模块从接口服务器的通信接口模块获取电厂仪控系统网络数据、客户端操纵员输入和指令，然后将这些数据被写入到数据存储模块中，应用程序计算模块则从数据存储模块中读取所需计算输入、对读取的数据进行处理后将计算结果和应用程序运行状态写入数据存储模块中，并由数据通信模块负责将其传递给接口服务器的通信接口模块；应用程序管理模块还负责处理服务器端界面显示模块上接收到的用户指令；应用程序管理模块也负责将服务器端界面显示模块上用户输入的可调节参数、控制命令写入数据存储模块，以便应用程序在下一个执行周期采用新的参数进行计算以及执行新的控制命令；同时应用程序管理模块也负责将应用程序运行状态信息、可调节参数信息提供给服务器端界面显示模块，以便在服务器端显示画面上进行显示；应用程序数据点组态模块位于电厂仪控网络中的工程师站上，其利用工程站上现有数据点组态软件来实现；该模块在用户创建新应用程序后，如果某些应用程序所需的数据点当前电厂仪控系统网络中不存在，则需要利用该模块进行组态，并上装到电厂仪控系统网络中，以保证系统的正常运行。

本发明的效果在于：本发明满足了核电厂操纵员的以下需求：该发明可供核电厂的操纵员使用，其利用核电厂仪控网络中现有的数据，将支持操纵员监视与运行电厂但不直接参与电厂控制的计算按照功能设计成多个应用程序，然后集成到一个系统中进行集中管理和维护，其减轻了操纵员计算负荷，避免了人因失误，在提高核电厂总体安全性的同时，能够更好的支持操纵员运行电厂。系统中的应用程序都采用封装好的基本功能模块，利用应用程序组态工具基于图形化界面来创建应用程序模型，通过仿真、编译和测试后，将以应用服务的形式加载到操纵员辅助计算系统中，模型化创建应用程序很好的支持了用户的二次开发。此外系统独立于核电厂仪控网络，只需对其通信接口进行配置即可方便地集成到核电厂仪控网络中。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于模型的操纵员辅助计算系统总体结构图；

图2为本发明所述系统的软件架构图。

图中：1.操作站；2.电厂仪控系统网络；3.工程师站；4.第一接口服务器；5.第二接口服务器；6.主服务器；7.备用服务器；8.主服务器显示器；9.备用服务器显示器；10.仪控系统服务器；11.仪控系统机柜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种基于模型的操纵员辅助计算系统作进一步描述。

如图1所示，一种基于模型的操纵员辅助计算系统，其包括与电厂仪控系统网络2分别相连的客户端和服务器端，以及用于数据点组态的工程师站3；

所述的客户端包括与电厂仪控系统网络2相连的若干个操作站1；

所述的服务器端包括与电厂仪控系统网络相连的冗余配置的第一接口服务器4和第二接口服务器5，主服务器6分别与第一接口服务器4和第二接口服务器5相连，备用服务器7分别与第一接口服务器4和第二接口服务器5相连；主服务器6还连接主服务器显示器8，备用服务器7还连接备用服务器显示器9。

所述的工程师站包括与电厂仪控系统网络2相连的若干个工程师站3。

通过所述的操作站1操纵员可查看应用程序计算结果和运行状态信息、并通过人机交互界面启动/停止应用程序、设置应用程序可调节参数和输入应用程序计算所需的输入信息；

两台冗余配置的第一接口服务器4和第二接口服务器5运行有与电厂仪控系统网络进行数据交互的通信模块，该通信模块包含常用和定制的通信协议，只需根据电厂仪控系统网络支持的协议进行配置即可实现本系统与电厂仪控系统网络的通信功能；正常运行时，主服务器6优先从第一接口服务器4获取计算输入，备用服务器7优先从第二接口服务器5获取计算输入；如果第一接口服务器4出现故障时，则主服务器6和备用服务器7都从第二接口服务器5获取计算输入；如果第二接口服务器5出现故障，则主服务器6和备用服务器7都从第一接口服务器4获取计算输入；

两台冗余配置的主服务器6和备用服务器7都同步运行有系统服务器端软件，系统服务器端软件包含一组以服务形式运行的应用程序；该应用程序在运行时获取电厂仪控系统网络和客户端的输入数据后，对输入数据进行处理并将计算结果通过第一接口服务器4或第二接口服务器5提供给电厂仪控系统网络和客户端；正常运行时仅主服务器6将计算结果通过第一接口服务器4提供给电厂仪控系统网络和客户端；备用服务器7只是进行同步计算，但不向第二接口服务器5提供计算结果；当主服务器6故障时，备用服务器7自动切换为主服务器模式运行，原主服务器经过维修后，则以备用模式重启，并自动进行数据同步，以保证后续计算中两台服务器计算结果一致；

主服务器显示器8和备用服务器显示器9负责显示服务器端管理软件的界面，以便向用户提供人机交互的接口。

工程师站3用于组态应用程序所需的数据点，当用户创建新应用程序产生了新的数据点时，需要由仪控工程师通过工程师站3来组态这些数据点，并上装到电厂仪控系统网络2中。

上述基于模型的操纵员辅助计算系统的软件架构如图2所示，其工作过程如下：

客户端软件包括客户端界面显示模块，客户端界面显示模块运行在操作站1中，其向操纵员提供交互的人机接口，操纵员可以通过该模块启动/停止应用程序的计算、查看应用程序的运行状态、设置应用程序的可调节参数、输入应用程序所需的计算输入，以及查看应用程序的计算结果。

第一接口服务器4和第二接口服务器5中的通信接口模块负责将电厂仪控系统网络数据、客户端操纵员输入和指令传递给服务器端的数据通信模块，并将服务器端的数据通信模块提供的计算结果和应用程序运行状态信息提供给电厂仪控系统网络和客户端。

服务器端软件包含数据通信模块、数据存储模块、应用程序计算模块、应用程序管理模块和服务器端界面显示模块；应用程序管理模块负责控制和调度服务器端各模块之间工作；数据通信模块从接口服务器的通信接口模块获取电厂仪控系统网络数据、客户端操纵员输入和指令，然后将这些数据被写入到数据存储模块中，应用程序计算模块则从数据存储模块中读取所需计算输入、对读取的数据进行处理后将计算结果和应用程序运行状态写入数据存储模块中，并由数据通信模块负责将其传递给接口服务器的通信接口模块；应用程序管理模块还负责处理服务器端界面显示模块上接收到的用户指令，例如加载新应用程序、重启当前运行的应用程序、应用程序数据同步等。此外，应用程序管理模块也负责将服务器端界面显示模块上用户输入的可调节参数写入数据存储模块，以便应用程序在下一个执行周期采用新的参数进行计算；同时应用程序管理模块也负责将应用程序运行状态信息、可调节参数信息提供给服务器端界面显示模块，以便在服务器端显示画面上进行显示。

应用程序数据点组态模块位于电厂仪控网络中的工程师站上，其利用工程站上现有数据点组态软件来实现；该模块在用户创建新应用程序后，如果某些应用程序所需的数据点当前电厂仪控系统网络中不存在，则需要利用该模块进行组态，并上装到电厂仪控系统网络中，以保证系统的正常运行。

本发明根据操纵员监视与运行电厂的计算需求，按照功能将其设计成为多个应用程序，然后在应用程序组态软件中，采用封装好的基本功能模块基于图形化界面来搭建所需要的应用程序模型，创建的应用程序模型通过调试后，能够加载到本发明系统中生成对应的应用服务。所以用户只需要了解基本功能模块的功能，就能够根据需求，在应用程序组态软件中搭建所需要的应用程序模型，并加载到本发明系统中，从而方便的进行二次开发，而且极大的简化了应用程序的修改和创建工作。本发明系统根据操纵员监视与运行电厂所需的信息，在一个系统中利用一组应用程序来计算这些信息，并以统一的人机界面提供给操纵员，从而帮助他们更好地监视与运行电厂。系统减轻了操纵员工作负荷、方便了应用程序的管理和维护、并且还支持用户利用基本功能模块以图形化建模的方式对应用程序进行二次开发。

在当前核电厂中，部分支持操纵员监视与运行电厂但不直接参与电厂控制的计算需要操纵员手动计算，容易造成人因失误；部分计算则在仪控系统控制器中完成，占用了一定的控制器资源；还有部分计算采用小的计算软件完成，这些安装在操作站上的计算软件功能单一，不便于统一管理和维护，也不便于操纵员统一查看计算结果。本发明将以上所有计算按功能设计成多个应用程序，然后集成在一个系统中进行集中管理和维护，简化了计算程序的管理和维护，也使操纵员查看计算结果更加方便；本发明还减轻了操纵员脑力负荷，避免了人因失误，提高了计算效率；才外还减轻了仪控系统控制器负荷，提高了控制器工作效率。

在当前核电厂中，部分支持操纵员监视与运行电厂但不参与控制的计算一旦设计好后，只能由专业的软件开发人员进行修改，电厂运行人员基本无法进行二次开发。本发明根据操纵员监视与运行电厂的计算需求，按照功能将其设计成为多个应用程序，然后在应用程序组态软件中，采用封装好的基本功能模块基于图形化界面来搭建所需要的应用程序模型，创建的应用程序模型通过调试后，能够加载到本发明系统中生成对应的应用服务。所以用户只需要了解基本功能模块的功能，就能够根据需求，在应用程序组态软件中搭建所需要的应用程序模型，并加载到本发明系统中，从而方便的进行二次开发。

Claims (3)

1.一种基于模型的操纵员辅助计算系统，其特征在于：

该系统包括与电厂仪控系统网络（2）分别相连的客户端和服务器端，以及用于数据点组态的工程师站（3）；

所述的客户端包括与电厂仪控系统网络（2）相连的若干个操作站（1）；

所述的服务器端包括与电厂仪控系统网络相连的冗余配置的第一接口服务器（4）和第二接口服务器（5），主服务器（6）分别与第一接口服务器（4）和第二接口服务器（5）相连，备用服务器（7）分别与第一接口服务器（4）和第二接口服务器（5）相连；主服务器（6）还连接主服务器显示器（8），备用服务器（7）还连接备用服务器显示器（9）；

所述的工程师站包括与电厂仪控系统网络（2）相连的若干个工程师站（3）。

2.根据权利要求1所述的一种基于模型的操纵员辅助计算系统，其特征在于：

通过所述的操作站（1）操纵员可查看应用程序计算结果和运行状态信息、并通过人机交互界面启动/停止应用程序、设置应用程序可调节参数和输入应用程序计算所需的输入信息；

所述的两台冗余配置的第一接口服务器（4）和第二接口服务器（5）运行有与电厂仪控系统网络进行数据交互的通信模块，该通信模块包含常用和定制的通信协议，只需根据电厂仪控系统网络支持的协议进行配置即可实现本系统与电厂仪控系统网络的通信功能；正常运行时，主服务器（6）优先从第一接口服务器（4）获取计算输入，备用服务器（7）优先从第二接口服务器（5）获取计算输入；如果第一接口服务器（4）出现故障时，则主服务器（6）和备用服务器（7）都从第二接口服务器（5）获取计算输入；如果第二接口服务器（5）出现故障，则主服务器（6）和备用服务器（7）都从第一接口服务器（4）获取计算输入；

两台冗余配置的主服务器（6）和备用服务器（7）都同步运行有系统服务器端软件，系统服务器端软件包含一组以服务形式运行的应用程序；该应用程序在运行时获取电厂仪控系统网络和客户端的输入数据后，对输入数据进行处理并将计算结果通过第一接口服务器（4）或第二接口服务器（5）提供给电厂仪控系统网络和客户端；正常运行时仅主服务器（6）将计算结果通过第一接口服务器（4）提供给电厂仪控系统网络和客户端；备用服务器（7）只是进行同步计算，但不向第二接口服务器（5）提供计算结果；当主服务器（6）故障时，备用服务器（7）自动切换为主服务器模式运行，原主服务器经过维修后，则以备用模式重启，并自动进行数据同步，以保证后续计算中两台服务器计算结果一致；

主服务器显示器（8）和备用服务器显示器（9）负责显示服务器端管理软件的界面，以便向用户提供人机交互的接口；

所述的工程师站（3）用于组态应用程序所需的数据点，当用户创建新应用程序产生了新的数据点时，需要由仪控工程师通过工程师站（3）来组态这些数据点，并上装到电厂仪控系统网络（2）中。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于模型的操纵员辅助计算系统，其特征在于：

客户端软件包括客户端界面显示模块，客户端界面显示模块运行在操作站（1）中，其向操纵员提供交互的人机接口，操纵员可以通过该模块启动/停止应用程序的计算、查看应用程序的运行状态、设置应用程序的可调节参数、输入应用程序所需的计算输入，以及查看应用程序的计算结果；

第一接口服务器（4）和第二接口服务器（5）中的通信接口模块负责将电厂仪控系统网络数据、客户端操纵员输入和指令传递给服务器端的数据通信模块，并将服务器端的数据通信模块提供的计算结果和应用程序运行状态信息提供给电厂仪控系统网络和客户端；

服务器端软件包含数据通信模块、数据存储模块、应用程序计算模块、应用程序管理模块和服务器端界面显示模块；应用程序管理模块负责控制和调度服务器端各模块之间工作；数据通信模块从接口服务器的通信接口模块获取电厂仪控系统网络数据、客户端操纵员输入和指令，然后将这些数据被写入到数据存储模块中，应用程序计算模块则从数据存储模块中读取所需计算输入、对读取的数据进行处理后将计算结果和应用程序运行状态写入数据存储模块中，并由数据通信模块负责将其传递给接口服务器的通信接口模块；应用程序管理模块还负责处理服务器端界面显示模块上接收到的用户指令；应用程序管理模块也负责将服务器端界面显示模块上用户输入的可调节参数、控制命令写入数据存储模块，以便应用程序在下一个执行周期采用新的参数进行计算以及执行新的控制命令；同时应用程序管理模块也负责将应用程序运行状态信息、可调节参数信息提供给服务器端界面显示模块，以便在服务器端显示画面上进行显示；

应用程序数据点组态模块位于电厂仪控网络中的工程师站上，其利用工程站上现有数据点组态软件来实现；该模块在用户创建新应用程序后，如果某些应用程序所需的数据点当前电厂仪控系统网络中不存在，则需要利用该模块进行组态，并上装到电厂仪控系统网络中，以保证系统的正常运行。

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