CN103474116A - 一种采用数字化人机接口核电厂事故状态下运行控制的功能分析方法 - 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事故状态下运行控制的功能分析方法。该方法首先确定事故运行规程中功能模块的选取原则，以此原则对事故运行规程中的功能进行筛选，获得需要进行模块化设计的功能清单，然后通过对功能模块的信息进行整合和筛选，确定综合显示控制功能的信息清单，最后根据布置原则对综合显示控制功能信息清单进行布置。本发明用以设计相关的事故规程综合显示控制功能，为操纵员提供事故处理过程中所需的综合性的监视和控制信息，提高事故处理的效率从而减少事故带来的风险。

Description

一种采用数字化人机接口核电厂事故状态下运行控制的功能分析方法

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事故状态下运行控制的功能分析方法。

背景技术

事故运行规程（或应急运行规程）用于核电厂事故后处理，以缓解事故后果，将反应堆带到安全的后备状态。在事故运行规程中，对于核电厂主要功能的操作和相关信息的监视是具有相关性和通用性的，而且这些功能往往涉及多个系统，具有很强的综合性。对于传统的硬操作盘台的主控室，操纵员可以通过不断地熟悉来记忆各个设备和监视信息的位置进而提高操作的效率。而当前压水堆核电厂的主控室普遍采用全数字化仪控技术（Digital Control System，DCS系统），操纵员在数字化工作站上对电厂进行控制和监视。仅仅通过按照工艺系统流程设计的分系统显示功能所提供的信息综合性不足，不能很好地满足事故处理的要求，也没有体现出DCS的优点。

为了充分发挥数字化控制系统DCS信息处理和显示的优势，更好地帮助操纵员完成事故处理，可以考虑将事故处理中用到的通用性的功能的控制和监视信息集中布置进行模块化设计，设计出综合显示控制功能。

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事故状态下运行控制的功能分析方法，用以设计相关的事故规程综合显示控制功能，为操纵员提供事故处理过程中所需的综合性的监视和控制信息，提高事故处理的效率从而减少事故带来的风险。

本发明的技术方案如下：一种采用数字化人机接口核电厂事故状态下运行控制的功能分析方法，包括如下步骤：

（1）确定事故运行规程中功能模块的选取原则，将指定功能在事故运行规程中出现的位置和在不同规程中出现的次数作为加权因子，将规程操作各阶段的位置加权因子与该阶段的频率加权因子相乘，不同阶段结果相加得到该指定功能的权重结果，根据计算得到的权重结果确定是否选择该功能进行模块化设计；

（2）根据步骤（1）的计算结果，对事故运行规程中的功能进行筛选，获得需要进行模块化设计的功能清单；

（3）通过对功能模块的信息进行整合和筛选，确定综合显示控制功能的信息清单；

（4）确定综合显示控制功能的布置原则；

（5）根据步骤（4）中确定的布置原则，对综合显示控制功能信息清单进行布置，完成事故后综合显示控制功能的设计。

进一步，如上所述的采用数字化人机接口核电厂事故状态下运行控制的功能分析方法，步骤（3）中对功能模块的信息进行整合的原则是：信息清单中应包括该功能在事故运行规程中明确要求进行控制或监视的设备和参数；信息清单中可增加事故运行规程中没有明确要求，但根据运行经验操纵员必须要在执行该功能模块时进行监视的参数；

对功能模块的信息进行筛选的原则是：为信息清单中的信息在不同规程中出现的次数设立频度因子，根据控制和监视信息与功能操作目标之间的关系设立重要性因子，根据信息之间的关联设立相关性因子；当信息过多无法在一个屏幕上显示时，首先根据频度因子和重要性因子去掉部分不重要且出现次数少的信息，再根据相关性因子恢复和重要的信息密切相关的监视信息。

进一步，如上所述的采用数字化人机接口核电厂事故状态下运行控制的功能分析方法，步骤（4）中确定的布置原则如下：

4.1）综合显示控制功能的设计和布局应参考总体运行控制功能和总体运行状态显示功能的设计结果，能够沿用的地方应保持一致；

4.2）综合显示控制功能上应包含设备相关的简要工艺流程及相关信息；

4.3）综合显示控制功能上的布局应考虑步骤（3）中筛选原则所确定的信息相关性因子，将密切相关的设备和参数集中布置。

本发明的有益效果如下：

1.本发明所提供的功能分析方法可以用于指导核电厂事故规程数字化人机接口设计，为数字化事故运行综合显示控制功能提供分析方法。

2.本发明充分利用了DCS系统的优势，将不同系统的设备和参数根据功能需要集中布置，减少了操纵员在执行事故规程过程中切换屏幕的次数，提高了事故状态下操纵员对事故处理的速度和效率，降低了由于控制和反馈匹配不当带来的风险，从而提高了核电厂事故状态下的安全性。

3.综合显示控制功能包含有简化的工艺流程，可以让操纵员对整个功能的状态有一个更全面的了解，还能让操纵员及时发现自己的操作产生的影响，提高了事故处理的可靠性。

4.综合显示控制功能中尽可能保留了总体运行综合控制和显示功能的设计经验，对于同一个功能，在总体规程执行和事故规程执行中所使用的显示控制功能是具有延续性的，从而保证了操纵员操作习惯的连续性，有效地减少了人因错误带来的风险。

附图说明

图1为本发明的分析方法流程图；

图2为具体实施例中事故后综合显示控制功能的界面示意图。

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。

在事故处理过程中，无论是采用事件导向规程还是状态导向规程或其他的事故运行规程体系，进行事故工况下的机组的控制时，不同的事故规程中对于一些核电厂主要功能的操作虽然并不完全相同，但具有很强的相关性和通用性。而且这些功能的控制和监视往往涉及多个相关系统。由于核电厂主控室中的显示和操作手段的数字化，使得新建数字化核电厂能够以非常灵活的方式向操纵员提供多种多样、数量庞大的信息显示和操作功能。然而，DCS系统中的信息大多是按照分系统显示的。不能满足事故处理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。

在事故状态下，操纵员根据事故运行规程的要求，通过执行一系列的操作和监视，缓解事故后果，将反应堆带到安全的状态。在这一过程中，对核电厂各部分的操作顺序、操作时机和操纵员的相互配合都有着复杂而精准的要求。本发明从运行角度出发，提出了事故状态下主要功能控制和监视信息的分析方法以及这些信息模块化的布置方法。

如图1所示，本发明所提供的采用数字化人机接口核电厂事故状态下运行控制的功能分析方法，包括如下步骤：

（1）确定事故运行规程中功能模块的选取原则。在根据对全部事故规程的内容的整理，获得在事故运行规程中用到的所有功能。综合考虑事故运行规程的要求和事故后操作的特点，确立了根据功能的通用性和重要性的选取原则。将指定功能在事故运行规程中出现的位置和在不同规程中出现的次数作为加权因子，将规程操作各阶段（立即动作阶段、稳定操作阶段、向后备状态过渡阶段）的位置加权因子与该阶段的频率加权因子相乘，不同阶段结果相加得到该指定功能的权重结果，根据计算得到的权重结果确定是否选择该功能进行模块化设计。

（2）根据步骤（1）中选取原则的计算结果，对事故运行规程中的功能进行筛选，获得需要进行模块化设计的功能清单。

（3）通过对功能模块的信息进行整合和筛选，确定综合显示控制功能的信息清单。在不同的事故运行规程中，对同一功能的操作不是完全相同的，因此在综合显示控制功能模块化设计时要对功能模块的信息进行整合，得到综合显示控制功能模块的信息清单。另一方面，为便于运行，减少屏幕的切换操作次数，每个综合显示控制功能显示在一个屏幕上，鉴于信息数量的局限性，需要对信息清单进行筛选。

对功能模块的信息进行整合的原则是：信息清单中应包括该功能在事故运行规程中明确要求进行控制或监视的设备和参数；信息清单中可增加事故运行规程中没有明确要求，但根据运行经验操纵员必须要在执行该功能模块时进行监视的参数。

对功能模块的信息进行筛选的原则是：为信息清单中的信息在不同规程中出现的次数设立频度因子，根据控制和监视信息与功能操作目标之间的关系设立重要性因子，根据信息之间的关联设立相关性因子；当信息过多无法在一个屏幕上显示时，首先根据频度因子和重要性因子去掉部分不重要且出现次数少的信息，再根据相关性因子恢复和重要的信息密切相关的监视信息。

（4）确定综合显示控制功能的布置原则。由于用于综合显示控制功能上的信息较多、种类复杂，需确定此功能中信息的布置原则。本发明确定的综合显示控制功能的布置原则如下：

4.1）综合显示控制功能的设计和布局应参考总体运行控制功能和总体运行状态显示功能的设计结果，能够沿用的地方应保持一致；

4.2）综合显示控制功能上应包含设备相关的简要工艺流程及相关信息；

4.3）综合显示控制功能上的布局应考虑步骤（3）中筛选原则所确定的信息相关性因子，将密切相关的设备和参数集中布置。

（5）根据步骤（4）中确定的布置原则，对综合显示控制功能信息清单进行布置，完成事故后综合显示控制功能的设计。

实施例

事故状态下综合运行控制的功能分析方法的具体实施方式如下：

1.首先通过对各事故运行规程内容的整理，得到事故处理过程中用到的功能清单。确定每个功能的位置加权因子和频率加权因子，通过对加权因子的计算和分析，选取出进行模块化设计的功能（例如一回路压力控制、主泵状态定期监视等）。对加权因子的计算方式举例如下：例如，某功能用在立即动作阶段则其位置加权因子为W1，使用次数为频率加权因子P1；用在稳定操作阶段则其位置加权因子为W2，使用次数为频率加权因子P2；用在向后备状态过渡阶段则其位置加权因子为W3，使用次数为频率加权因子P3等，该功能在事故处理中的权重为：Q=W1×P1+W2×P2+W3×P3。

2.应用上述技术方案步骤（3）中的整合原则对功能模块的信息进行整合，列出所有事故规程中对于这一功能操作所需的功能和设备，排除重复项，增加相关监视参数（如泵的电流等）、确定这一综合显示控制的信息清单。

3.当信息清单的内容过多时，应用上述技术方案步骤（3）中的筛选原则对信息清单进行筛选和整理。

4.应用上述技术方案步骤（4）中的布置原则对筛选后的信息清单进行布置。

以汽机控制功能为例，根据布置原则4.1），参考总体运行综合显示功能中汽机控制显示功能的设计，两者的区别主要在于：总体运行综合显示功能用于汽机正常启动和停运，而事故状态下的综合显示控制功能用于事故后汽机跳闸，因此在事故状态下的汽机控制综合显示控制功能中取消了只在汽机启动时用到的信息，增加了事故后汽机跳闸需要操作和监视的不同于正常停运的设备和参数信息。除了以上区别，其他信息的布置上，两幅画面保持了较高的一致性。经以上分析设计后得到的事故后综合显示控制功能的界面如图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 (3)

1.一种采用数字化人机接口核电厂事故状态下运行控制的功能分析方法，包括如下步骤：

（1）确定事故运行规程中功能模块的选取原则，将指定功能在事故运行规程中出现的位置和在不同规程中出现的次数作为加权因子，将规程操作各阶段的位置加权因子与该阶段的频率加权因子相乘，不同阶段结果相加得到该指定功能的权重结果，根据计算得到的权重结果确定是否选择该功能进行模块化设计；

（2）根据步骤（1）的计算结果，对事故运行规程中的功能进行筛选，获得需要进行模块化设计的功能清单；

（3）通过对功能模块的信息进行整合和筛选，确定综合显示控制功能的信息清单；

（4）确定综合显示控制功能的布置原则；

（5）根据步骤（4）中确定的布置原则，对综合显示控制功能信息清单进行布置，完成事故后综合显示控制功能的设计。

2.如权利要求1所述的采用数字化人机接口核电厂事故状态下运行控制的功能分析方法，其特征在于：步骤（3）中对功能模块的信息进行整合的原则是：信息清单中应包括该功能在事故运行规程中明确要求进行控制或监视的设备和参数；信息清单中可增加事故运行规程中没有明确要求，但根据运行经验操纵员必须要在执行该功能模块时进行监视的参数；

对功能模块的信息进行筛选的原则是：为信息清单中的信息在不同规程中出现的次数设立频度因子，根据控制和监视信息与功能操作目标之间的关系设立重要性因子，根据信息之间的关联设立相关性因子；当信息过多无法在一个屏幕上显示时，首先根据频度因子和重要性因子去掉部分不重要且出现次数少的信息，再根据相关性因子恢复和重要的信息密切相关的监视信息。

3.如权利要求2所述的采用数字化人机接口核电厂事故状态下运行控制的功能分析方法，其特征在于：步骤（4）中确定的布置原则如下：

4.1）综合显示控制功能的设计和布局应参考总体运行控制功能和总体运行状态显示功能的设计结果，能够沿用的地方应保持一致；

4.2）综合显示控制功能上应包含设备相关的简要工艺流程及相关信息；

4.3）综合显示控制功能上的布局应考虑步骤（3）中筛选原则所确定的信息相关性因子，将密切相关的设备和参数集中布置。

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