CN103576642B - 核电站模拟机声光环境系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及核电站模拟机声光环境系统及其实现方法。方法包括：灯控步骤，将照明设备分区，根据核电站模拟机主服务器的控制信号控制分区中的照明设备；声控步骤，根据系统中用于判断机组状态的状态变量控制声响。本申请考虑到现有DCS模拟机的照明调光控制系统已具备调光控制，据此通过改造控制总线，增加外部接口，开发与模拟机对接的接口程序，通过软件来实现对照明设备的亮度及亮灭控制，同时，利用软件模拟方式替代采购硬件设备播放声音，避免了为适用模拟机而进行的硬件改造，从而模拟现场真实环境下因外部供电引起的照明变化以及不同工况下的声响报警，提高模拟机培训的真实感和逼真度，满足培训需求。

Description

核电站模拟机声光环境系统及其实现方法

技术领域

本申请涉及核电技术领域，尤其涉及一种核电站模拟机声光环境系统及其实现方法。

背景技术

随着技术进步，新建的核电站开始采用分散控制系统（DCS，Distributed ControlSystem），它将应用成熟的常规电站分布式控制系统加以改进并移植过来，全面应用在常规岛、BOP、核岛部分，构成核电机组的控制系统，核电机组的控制系统包括核电机组的监控子系统、诊断子系统、服务器、通信子系统、执行子系统等。核电机组由于其技术的复杂性，存在大量的各类设备，仅阀门就有一万多个，另外还有大量的泵、电机、各类传感器等，同时由此产生了大量的逻辑量、模拟量以及大量的实时报警等，在DCS系统中，这类数字化的信息比传统的主控制系统的信息要大大增加。在核电机组事故情况下，存在海量的数据信息会集中反馈到核电机组控制室，如果通过操纵员逐个信息进行识别则需要大量的时间；并且按规定执行相应的事故程序时，面对各种大量信息，需要操纵员迅速找到事故程序要求观察的参数来决定程序走向，并采取正确的处理措施。为提高事故处理效率，新建核电站采用一种新型的、基于DCS的核电站事故处理模式—SOP（State Oriented Procedure，状态导向事故处理程序），整个事故处理过程以直观、清晰的流程图模式进行显示和引导，可以提高事故状态下问题处理的效率。核电站由于其技术复杂、难度高以及涉及到核安全的特点，其运行和维护对人员资格和能力的要求也比较高，因此通常采用核电站模拟机对操纵员进行培训，使其在核电厂正常、异常和紧急工况下都能做出正确及时的操作，同时核电站模拟机也是进行电站运行分析的有效技术手段。

作为DCS模拟机的重要配套系统之一的照明调光控制系统，是为了提高DCS电站机组的运行操纵员在模拟机培训中的真实感与逼真感所必须配置的设施。

由于现场主控室的照明调光控制系统通常采用“DALI（Digital AddressableLighting Interface，数字式可寻址照明接口）总线”的控制方式。这种方式基于地址模式，灯具之间为串联式接线且无回路概念，还不提供对外的控制接口；而且主控室照明的状态，如亮灭、亮度等情况，受供电母线供电状态的决定，是实际供电状态的真实反应。对于现场主控室的照明调光控制系统，因其供电挂载在不同母线上，当电厂因失电等原因引起部分母线在事故工况下失电或者电压变化，将引起主控灯光变化，而现场灯光由于有手动控制模块，可进行亮灭以及调光控制。

然而，在DCS模拟机主控室里，没有现场的真实供电系统，所有设备供电的状态都是“软变量”的形式，模拟机培训过程中外部电源为恒定，是不会变化的，显然模拟机主控室的照明电源无法挂接在这种模拟的“假电源”上。因此，DCS模拟机主控室的原设计无法对灯光变化进行模拟。

与灯光控制类似，现场的声响报警的实现也是基于机组状态的变化。然而，由于在设计模拟机时通常未考虑到基于机组状态变化进行语音报警提示，使得声响报警，特别是中子通量的声响报警，在模拟机上的实现也成为一大难题。

发明内容

根据本申请的第一方面，本申请提供一种核电站模拟机声光环境系统的实现方法，包括：灯控步骤，将照明设备分区，根据核电站模拟机主服务器的控制信号控制分区中的照明设备；声控步骤，根据系统中用于判断机组状态的状态变量控制声响。

进一步地，所述核电站模拟机主服务器的控制信号的生成包括：根据供电分析建立通断控制模型，依据母线是否有电确定通断控制状态，如果母线有电，则读取各母线的电压情况，确定照明亮度要求值；根据所述通断控制状态和所述照明亮度要求值，生成控制信号。

进一步地，所述灯控步骤包括：依据供电母线的不同，将照明设备划分为若干个分区，对每个分区增加回路接线；将所述控制信号转换为硬件可读的控制信号并传输出去，以控制各回路中照明设备的亮灭和亮度变化。

进一步地，所述声控步骤包括：通过非安全级仪控系统读取表征核电站状态的状态变量；根据所述状态变量判断核电站所处于的工况；播放与所述工况相应的、事先已录制的音频文件。

进一步地，所述声控步骤还包括：根据核电站各机组的不同状态的优先级进行播放，当出现高优先级状态时，终止低优先级状态的声音播放。

进一步地，所述声控步骤还包括：读取探测仪表的信号强度；根据所述信号强度，对中子通量声音进行变频控制以模拟不同中子通量水平下的中子通量声响，输出所述中子通量声响。

进一步地，所述工况包括：反应堆停堆、汽机跳闸、孤岛效应。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种核电站模拟机声光环境系统，包括：灯控装置，用于将照明设备分区，根据核电站模拟机主服务器的控制信号控制分区中的照明设备；声控装置，用于根据系统中用于判断机组状态的状态变量控制声响。

进一步地，所述灯控装置包括：建模生成模块，用于根据供电分析建立通断控制模型，依据母线是否有电确定通断控制状态，如果母线有电，则读取各母线的电压情况，确定照明亮度要求值，根据所述通断控制状态和所述照明亮度要求值，生成控制信号；接口通信模块，用于将所述控制信号转换为硬件可读的控制信号并传输出去，以控制各分区构成的回路中的照明设备的亮灭和亮度变化。

进一步地，所述声控装置包括：获取模块，用于通过非安全级仪控系统读取表征核电站状态的状态变量；判断模块，用于根据所述状态变量判断核电站所处于的工况；播放模块，用于播放与所述工况相应的、事先已录制的音频文件。

本申请的有益效果是：考虑到现有DCS模拟机的照明调光控制系统已具备调光控制，因此，本申请通过改造控制总线，增加外部接口，开发与模拟机对接的接口程序，通过软件来实现对照明设备的亮度及亮灭控制，同时，利用软件模拟方式替代采购硬件设备播放声音，避免了为适用模拟机而进行的硬件改造，从而模拟现场真实环境下因外部供电引起的照明变化以及不同工况下的声响报警，提高模拟机培训的真实感和逼真度，满足培训需求。

附图说明

图1为本申请一种实施例的核电站模拟机声光环境系统的结构示意图；

图2为通常的核电站现场的实际照明供电接线示意图；

图3为本申请一种实施例的接口通讯驱动程序运动机理示意图；

图4为本申请一种实施例的声响报警结构示意图；

图5为本申请一种实施例的核电站模拟机声光环境系统的实现方法中灯控步骤的实现流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

考虑到现有DCS模拟机的照明调光控制系统已设计有各种灯具、电源、调光控制器等设备，为此，本实施例充分利用原有硬件设备，通过增加模块以及改造总线模式，实现照明设备的亮灭及亮度控制。

如图1所示，本实施例提供了一种核电站模拟机声光环境系统，其包括灯控装置和声控装置。灯控装置用于将照明设备分区，根据核电站模拟机主服务器的控制信号控制分区中的照明设备，包括建模生成模块和接口通信模块。其中建模生成模块用于根据供电分析建立通断控制模型，依据母线是否有电确定通断控制状态，如果母线有电，则读取各母线的电压情况，确定照明亮度要求值，然后根据通断控制状态和照明亮度要求值，生成控制信号；接口通信模块用于将控制信号转换为硬件可读的控制信号并传输出去，例如传输到调光单元和开关单元等，以控制各分区构成的回路中的照明设备的亮灭和亮度变化。以下对灯控装置及其模块给出更为详细的描述。

在灯控装置中，根据照明设备的数量和控制需求进行分区，例如照明设备连接到不同的供电母线，但需要将其连接在一起的作为一个分区。如图2所示，为通常的核电站现场的实际照明供电接线示意图，从图中可以看出，现场共有方灯、筒灯、日光灯三种灯型。其中方灯分为方灯1和方灯2两列，分别由不同的母线（即母线A和母线B）供电。筒灯作为应急灯需要由单独的UPS（Uninterruptible Power System，不间断电源）供电，并可由任意一条母线（图示为母线A）供电，并且在其挂载的供电母线失电后，自动转由UPS提供电源。日光灯分为三个部分，即日光灯1、日光灯2和日光灯3，其中两个部分（图示为日光灯1和日光灯2）挂载到一条母线A，另一个部分（图示为日光灯3）挂载到另一条母线B上。实施例中根据供电母线的不同，将照明设备划分为若干个分区，如图1所示的虚线部分。为了实现对照明设备的亮灭等控制，还进行模拟机灯光接线回路设计，对每个分区增加回路接线，将现有的DALI设计中的串联式接线改变为分区回路接线方式。根据核电站模拟机声光环境系统中设备的选型与安装，在具体实现接线方式时会有所差异，可根据实际情况确定具体的接线走向。

在分区构建回路之后，可以利用建模生成模块进行建模模拟，侦测母线A和B的状态，据此确定出照明设备的状态，同时还考虑因切换电源以及柴油机启动等干扰可能带来的电压变化来实现对照明设备的控制。建模生成模块可以是在核电站DCS模拟机主服务器上实现的软件模块或软硬件结合的模块，也可以是作为独立的挂件集成到DCS模拟机中。

建模生成模块根据DCS模拟机主服务器提供的供电分析，建立通断控制模型，例如经分析确定不同工况下各母线的供电的开始时间和结束时间，据此确定通断控制模型；然后依据当前母线是否有电，结合通断控制模型，确定用于控制母线的电源通断，进而确定照明设备亮灭的通断控制状态。建模生成模块还根据供电分析，读取不同工况下各母线电压情况，建立灯光渐变模型来模拟失电以及柴油机启动等不同工况下电压波动带来的灯光渐变效果，据此计算出不同工况下照明亮度要求值。可根据电压与等亮度的百分比的幂函数关系计算得出照明亮度要求值，具体可参考常用的电压与灯泡亮度关系计算方法实现。建模生成模块根据得到的通断控制状态和照明亮度要求值，生成控制信号，例如生成提供给调光单元的照明亮度要求值的控制信号，或者是提供给开关单元的通断控制状态的控制信号。

接口通信模块将控制信号转换为硬件可读的控制信号，通过硬件接口模块发送控制信号，从而实现控制灯光，模拟现场环境的目的。接口通信模块是为DCS模拟机提供了控制接口，因此，可以通过RS232等标准线连接DCS模拟机主服务器的串口端与接口通信模块。

具体实现时，可以是开发一个接口通讯驱动程序，用以使DCS模拟机的照明调光控制系统接收DCS模拟机后台主服务器上建模生成模块的控制信号，如图3所示为接口通讯驱动程序运动机理示意图。该控制信号是控制当前工况下主控制各回路灯光亮灭状态或亮度变化的“状态变量”，实现时该状态变量以CDB变量格式存在，并通过内存的公用区间实现与接口通讯驱动程序的数据传递，最后通过接口通讯驱动程序实现软硬件控制通信。在此通过伪码方式举例对底层通讯方式作简要说明，例如应急筒灯Pot系列照明处于灯亮状态时：

以上伪码用于判断母线LLA与LLB的供电状态，形成控制字（即TRAIN A AND BLOST,POT ON!）对灯光进行亮灭控制。

以上灯控装置保留了已有设计采购的各种照明灯具等设备，仅借助接口通信模块及建模生成模块，就可使模拟机服务器的控制信号能够顺利控制照明场景，实现对主控大厅各回路灯光亮灭及亮度的控制。

为了实现声响语音报警以及中子通量的声响模拟，实施例采用了声控装置，用于根据系统中用于判断机组状态的状态变量控制声响，其包括获取模块、判断模块和播放模块。获取模块用于通过非安全级仪控系统读取表征核电站状态的状态变量；判断模块用于根据状态变量判断核电站所处于的工况；播放模块用于播放与工况相应的、事先已录制的音频文件。

由于目前核电站通常是采用第三方，例如德国西门子公司，提供的适于正常仪控系统的TXP（Teleperm XP）系统进行维护管理。TXP系统是专门为电厂开发设计的控制系统，控制着整个核电站从常规岛到核岛几乎所有的阀门、开关、继电器等，数据在系统中进行集中显示、计算处理并自动驱动执行机构，具有高可靠性、开放性、灵活性、协调性、易于维护、控制功能齐全等特点，是核电站的大脑、神经中枢、运行中心和安全屏障。因此，核电站DCS模拟机侧也设有虚拟的TXP系统用以仿真实际DCS组态平台，与核电站相关的数据也呈现于模拟机侧的TXP系统上，为核电站操纵员培训和考试取照提供培训的可能。

对于声响报警，如图4所示，本实施例从TXP系统中找到并选取出判断机组状态的变量，即表征核电站不同工况状态的状态变量，包括反应堆停堆、汽机跳闸、孤岛效应等等，设计声响语音报警的控制驱动逻辑，根据不同工况下报警声响的不同实现准备好相关的音频文件，然后根据状态变量播放相对应的音频文件，从而实现声响模拟效果。在设计控制驱动逻辑时，还可以例如根据机组的不同状态的优先级进行控制，高优先级可终止低优先级的声音播报，例如以下伪码所示：

对于中子通量，可用铃铛表示，其接收探测仪表的信号，根据信号强度会产生声响。对于中子通量声音，可采用软件方式对声音进行变频控制，通过调节频率达到较好的模拟效果，模拟出中子通量铃铛在不同中子通量水平下的声响效果，从而可避免增加额外的设备来实现。具体对声音进行变频控制的实现可参考常用音频技术。

本实施例的核电站模拟机声光环境系统通过分析DCS模拟机主控大厅在不同工况下的灯光变化与声响报警，从而解决了DCS模拟机中对声光环境系统模拟的难题，提高了操纵员进行模拟机培训的真实感和逼真度，满足培训需求，同时因其采用软件模拟方式，替代了采用硬件设备的解决方案，避免了为适用模拟机而需进行的硬件改造，简化了系统且节省了成本，为各核电站基地模拟机声光环境环境模拟提供了借鉴和参考。

实施例2：

本实施例提供一种核电站模拟机声光环境系统的实现方法，其与实施例1的核电站模拟机声光环境系统相对应，该实现方法包括灯控步骤S1和声控步骤S2。

灯控步骤S1，依据供电母线的不同，将照明设备划分为若干个分区，对每个分区增加回路接线，根据核电站模拟机主服务器的控制信号控制分区中的照明设备。

其中，对于核电站模拟机主服务器的控制信号，其生成过程包括：根据供电分析建立通断控制模型，依据母线是否有电确定通断控制状态，如果母线有电，则读取各母线的电压情况，确定照明亮度要求值；根据确定出的通断控制状态和照明亮度要求值，生成控制信号。在得到控制信号后，将其转换为硬件可读的控制信号并传输出去，以控制各回路中照明设备的亮灭和亮度变化。

如图5所示，为灯控步骤的一种具体实现过程，其具体包括步骤S501～S507：

步骤S501，分析核电站实际灯光供电图；

步骤S502，依据供电母线的不同，对照明设备进行分区；

步骤S503，进行模拟机灯光接线回路设计，增加控制接口；

步骤S504，根据供电分析，建立通断控制模型，依据母线是否有电，确定通断控制状态；

步骤S505，根据供电分析，读取各母线电压，确定照明亮度要求值；

步骤S506，根据通断控制状态和照明亮度要求值生成控制信号；

步骤S507，通过硬件接口发送控制信号，控制灯光以模拟现场环境。

在声控步骤S2中，根据系统中用于判断机组状态的状态变量控制声响，其包括：通过非安全级仪控系统读取表征核电站状态的状态变量；根据该状态变量判断核电站所处于的工况；播放与该工况相应的、事先已录制的音频文件。工况包括反应堆停堆、汽机跳闸和孤岛效应。此外，还根据核电站各机组的不同状态的优先级进行播放，当出现高优先级状态时，终止低优先级状态的声音播放。对于中子通量声音，首先读取探测仪表的信号强度，然后根据该信号强度，对中子通量声音进行变频控制以模拟不同中子通量水平下的中子通量声响，输出该中子通量声响。

以上步骤的实现可参考实施例1的相应部分，在此不作重述。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘或光盘等。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种基于DCS的核电站模拟机声光环境系统的实现方法，照明调光控制系统采用数字式可寻址照明接口总线的控制方式，其特征在于，包括：

灯控步骤，根据连接的母线将照明设备分区，对分区增加回路接线，根据核电站模拟机主服务器的控制信号控制分区中的照明设备；

声控步骤，根据系统中用于判断机组状态的状态变量控制声响。

2.如权利要求1所述的核电站模拟机声光环境系统的实现方法，其特征在于，所述核电站模拟机主服务器的控制信号的生成包括：

根据供电分析建立通断控制模型，依据母线是否有电确定通断控制状态，如果母线有电，则读取各母线的电压情况，确定照明亮度要求值；

根据所述通断控制状态和所述照明亮度要求值，生成控制信号。

3.如权利要求2所述的核电站模拟机声光环境系统的实现方法，其特征在于，：

依据供电母线的不同，将照明设备划分为若干个分区，对每个分区增加回路接线；

将所述控制信号转换为硬件可读的控制信号并传输出去，以控制各回路中照明设备的亮灭和亮度变化。

4.如权利要求1所述的核电站模拟机声光环境系统的实现方法，其特征在于，所述声控步骤包括：

通过非安全级仪控系统读取表征核电站状态的状态变量；

根据所述状态变量判断核电站所处于的工况；

播放与所述工况相应的、事先已录制的音频文件。

5.如权利要求4所述的核电站模拟机声光环境系统的实现方法，其特征在于，所述声控步骤还包括：

根据核电站各机组的不同状态的优先级进行播放，当出现高优先级状态时，终止低优先级状态的声音播放。

6.如权利要求4所述的核电站模拟机声光环境系统的实现方法，其特征在于，所述声控步骤还包括：

读取探测仪表的信号强度；

根据所述信号强度，对中子通量声音进行变频控制以模拟不同中子通量水平下的中子通量声响，输出所述中子通量声响。

7.如权利要求4所述的核电站模拟机声光环境系统的实现方法，其特征在于，所述工况包括：反应堆停堆、汽机跳闸、孤岛效应。

8.一种核电站模拟机声光环境系统，其特征在于，包括：

灯控装置，用于将照明设备分区，根据核电站模拟机主服务器的控制信号控制分区中的照明设备；

声控装置，用于根据系统中用于判断机组状态的状态变量控制声响。

9.如权利要求8所述的核电站模拟机声光环境系统，其特征在于，所述灯控装置包括：

建模生成模块，用于根据供电分析建立通断控制模型，依据母线是否有电确定通断控制状态，如果母线有电，则读取各母线的电压情况，确定照明亮度要求值，根据所述通断控制状态和所述照明亮度要求值，生成控制信号；

接口通信模块，用于将所述控制信号转换为硬件可读的控制信号并传输出去，以控制各分区构成的回路中照明设备的亮灭和亮度变化。

10.如权利要求8所述的核电站模拟机声光环境系统，其特征在于，所述声控装置包括：

获取模块，用于通过非安全级仪控系统读取表征核电站状态的状态变量；

判断模块，用于根据所述状态变量判断核电站所处于的工况；

播放模块，用于播放与所述工况相应的、事先已录制的音频文件。