CN103676896A

CN103676896A - 核电厂数字化控制室人机界面改进方法

Info

Publication number: CN103676896A
Application number: CN201310712332.8A
Authority: CN
Inventors: 马德有; 吴震华; 黄超武
Original assignee: China General Nuclear Power Corp
Current assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Operation Co Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: CN103676896B

Abstract

一种核电厂数字化控制室人机界面改进方法包括选择一套与核电厂现场控制系统硬件设施相同的模拟机，采用与现场控制系统相同的控制平台和软件语言，在模拟机上对控制系统的人机界面部分进行改进，在模拟机上对改进后的控制系统进行测试和验证，在现场控制系统中安装，完成现场设备的改进。通过在模拟机上进行人机界面改进能有效提升机组性能，同时能避免在机组进行修改而带来不可预期的风险。同时经本次实践，证明在模拟机上进行DCS画面、逻辑组态、数字化程序的修改与验证是一种行之有效的方法，为此，机组进行改造前在模拟机上进行验证已被纳入岭澳核电厂二期的DCS改造流程中。

Description

核电厂数字化控制室人机界面改进方法

技术领域

本发明涉及控制技术，特别涉及核电厂现场控制系统改进人机界面的方法。

背景技术

在商用核电厂中采用先进的数字化控制（DCS）技术、状态导向事故处理规程（SOP）替代传统的硬盘台控制方式已成为发展趋势，相比传统控制手段，DCS系统具有构造灵活、操作便捷、功能丰富、安全可靠等多项优势。但作为新兴技术，DCS人机界面在画面布局，设备定位、参数的显示等方面仍存在一些不足之处，可能会增大操纵员工作负荷、降低工作效率，甚至会影响对机组的控制效果以及事故下的响应速度。

为提升机组安全性，需对上述不足之处进行有针对性的优化工作，在此过程中，需对数字化程序、画面进行反复的修改、测试以寻求解决方案，这项工作若直接在电站DCS上实施会对影响到机组运行安全，因此，如何能够在不影响到机组安全运行，同时，又能够保障改进工作顺利进行，成为解决此类问题的关键所在。

发明内容

本发明提供一种解决现场控制系统改进人机界面的方法，采用在模拟机上进行改进操作，然后通过测试和认证的方法与现场控制系统进行对接，解决现有技术中影响机组安全的技术问题。

本发明为解决上述技术问题而提供的这种方法包括以下步骤： A.选择一套与核电厂现场控制系统硬件设施相同的模拟机，作为改进工作的操作设备； B.采用与现场控制系统相同的控制平台和软件语言，用于保证与现场控制系统同步； C.在模拟机上对控制系统的人机界面部分进行改进； D.在模拟机上对改进后的控制系统进行测试和验证，以确定改进效果以及进行必要的修改； E.在现场控制系统中安装，完成现场设备的改进。

本发明的进一步改进在于：控制系统采用数字化控制系统。

本发明的再进一步改进在于：步骤C中所述人机界面采用激励式仿真方式。

本发明的更进一步改进在于：步骤C所述的改进包括减少程序的层次，优化指令语句。

本发明的更进一步改进在于：步骤C所述的改进包括插入事故规程的配套画面，提高操纵员对事故的响应速度。

本发明的更进一步改进在于：步骤C所述的改进包括对人机界面按功能对控件进行分区，还包括加设计算机诊断逻辑组态以及警示单元，用于简化画面布局和提醒操作员及时对故障进行反应，所述警示单元的警示方法为利用柱状图功能，采用不同颜色标记故障的紧急性。

本发明的更进一步改进在于：步骤D中测试和验证所采用的手段包括记录影响机组安全性的关键参数曲线，对比改进前后的数据。

本发明的更进一步改进在于：步骤D中测试和验证所采用的手段包括记录操纵员对故障处理的相应时间和操作次数。

本发明的更进一步改进在于：步骤D中测试和验证所采用的手段包括测试不同操纵员的操作时间数据。

本发明成功实施岭澳核电厂二期误安注事故规程与配套画面的优化方案的设计、实施、测试与验证，有效地提高了操纵员对误安注事故的控制能力，同时减少了主控操纵员之间的横向差异，充分减少了由于操纵员技能差别而引发的操作后果差别，增强了对机组在误安注事故下的可控安全系统。目前该方案已推广到宁德、红沿河等电站，使其机组安全水平得到同步提升。

成功实施岭澳核电厂二期ARE主给水控制、GRE汽机转速、负荷控制、一回路概貌图等画面的优化，有效地降低了操纵员的工作负荷，提升了对蒸发器水位、汽轮机控制的能力。

通过在模拟机上进行人机界面改进能有效提升机组性能，同时能避免在机组进行修改而带来不可预期的风险。同时经本次实践，证明在模拟机上进行DCS画面、逻辑组态、数字化程序的修改与验证是一种行之有效的方法，为此，机组进行改造前在模拟机上进行验证已被纳入岭澳核电厂二期的DCS改造流程中。

附图说明图1a和图1b是本发明程序层级优化前后的数字化结构示意图。图2a和图2b是本发明程序判断逻辑优化前后的数字化结构示意图。图3a和图3b是本发明插入故障画面前后的程序执行方式示意图。

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施例。

这种核电厂数字化控制室人机界面改进方法包括以下步骤： A.选择一套与核电厂现场控制系统硬件设施相同的模拟机，作为改进工作的操作设备； B.采用与现场控制系统相同的控制平台和软件语言，用于保证与现场控制系统同步，控制系统为数字化控制系统； C.在模拟机上对控制系统的人机界面部分进行改进，所述人机界面采用激励式仿真方式； D.在模拟机上对改进后的控制系统进行测试和验证，以确定改进效果以及进行必要的修改； E.在现场控制系统中安装，完成现场设备的改进。

发明人通过深入研究，充分利用DCS全范围模拟机作为人机界面改进的操作平台，由于其模拟精度高，人机界面软、硬件与机组完全一致等优势，整理一套在模拟机上进行人机界面改进的方法，本发明包括方案设计、实施、调试以及培训与验证等多个方面，方案设计中选择与现场控制系统完全相同硬件设施的模拟机以及完全的操作平台和软件，在模拟机上进行相关的改造，例如：岭澳核电厂二期人机界面优化直接采用西门子公司的OM-Editor软件修改画面，修改完成的文件能直接用于机组；可以更好地与现场控制系统衔接，改进后通过测试检验改进的效果，并针对存在的问题在模拟机上进行修改和完善，避免在现场进行反复修改和试验所造成的影响机组运行和安全性的问题，在全部改进完善完成后，再进行现场的安装，可以节约时间，保证现场设备的正常运行。

由图1a至图3b中可知，本发明中对于人机界面的改进方面包括：在不改变数字化程序内容的情况下，减少程序的层级，优化指令语句，将部分子程序中需执行的步骤放在主程序中，避免不同程序间切换而出现的人因失误。本发明该项改进在不改动程序执行内容的情况下,将子程序中需执行的步骤放在主程序中。这样能有效地减少操纵员的鼠标点击次数、避开因在不同程序间切换而出现的人因失误陷阱、提高操纵员工作效率。将子程序中的判断逻辑调整到主程序页面，以减少调用程序次数，本发明该项改进是考虑到部分子程序结构较为复杂，但在程序入口处存在条件判断逻辑，如不满足条件则直接跳出的情况。这样能有效地减少程序调用次数，同时避免将子程序全部内容移植到主程序而造成主程序冗长。

本发明中对于人机界面的改进方面还包括有针对性地插入事故规程的配套软件，测试操作员处理故障的能力，能够提高操纵员队事故的响应速度，提升机组安全性能。在进行改进前，执行程序时需要在多幅画面间来回切换，有时甚至需要调用30多幅画面，这会造成传感器显示值、设备状态、操作设备在多幅画面中的定位困难，反复切换会导致程序执行效率低下，同时增加了状态判断、设备操作出错的人因失误风险。通过设计出规程配套画面，该画面包含执行该规程所需操作的所有控件，包含所需检查的所有参数，并将控件与参数按规程执行顺序排列。本改进能有效提高程序执行效率，减少人因失误风险，本发明在具体实施过程中，为岭澳核电厂二期3、4号机一回路操纵员DOS程序增加一幅配套画面DOS001YFU。

本发明对人机界面的更进一步的改进还包括了：对人机界面按功能对控件进行分区、加设计算机诊断逻辑组态以及警示单元，进行分区用于帮助操纵员快速定位需要操作的设备，而计算机真的逻辑组态用于简化画面布局，预留空间显示更多毕业的相关信息，帮助操纵员快速诊断故障点，警示单元利用柱状图功能，采用不同颜色标记故障的紧急性，提醒操作员及时对故障进行反应和干预，通过快速问答的形式来测试操纵员能否快速定位到相关设备。设计完成的逻辑组态需考虑机组下装的可行性，包括功能块选择是否合适、增加的逻辑对CPU负荷的影响、硬接线与网关信号传递的问题等；应掌握画面、逻辑组态修改、下装、模拟机设备模型适应性修改、软件系统集成的能力。本发明设计出一幅全新的画面3ARE002YCD用于蒸汽发生器水位控制,该画面包含进行水位控制所需的所有关键参数，操纵员在进行水位控制时无需反复切换画面，具体的优化方式有：

1. 使用可变色柱状图显示蒸发器水位紧急程度，正常水位显示为绿色，超出水位设定值5%时显示为黄色，接近跳堆限值时显示为红色。

2. 删除画面上的冗余参数显示，一个物理测量对象只显示一个信号点，使画面更为直观，同时节省出空间可用于放置水位控制所需的其他系统参数。

3. 为精简后参数增加智能故障诊断功能，在该测量对象的测点故障或多个测点偏差过大时，显示点上出现红色闪烁的外框提醒操纵员关注。

4. 同一蒸发器的给水蒸汽流量并排显示，便于操纵员及时判断汽、水流量是否匹配。

5. 三台蒸发器总给水、总蒸汽流量相差过大时出现红色闪烁的大于、小于符号提醒操纵员及时干预。

本发明步骤D中测试和验证所采用的手段包括记录影响机组安全性的关键参数曲线，对比改进前后的数据，对比改进前后对机组安全性、稳定性是否有所提升。还进一步包括记录操纵员对故障处理的相应时间和操作次数，有针对性的插入事故，记录操纵员对事故的响应时间以及控制住机组状态的时间，如完成安注复位等，记录操纵员鼠标点击次数、画面与数字化程序切换次数等参数来确定是否有效地降低其工作负荷。本发明在测试和验证手段还包括测试不同操纵员的操作时间数据，分析不同熟练程度操纵员的数据差异来确定改进方案对人因的影响；由于模拟机的DCS系统与机组无法保持完全一致，在模拟机上设计并实施的优化方案是不能直接在机组使用，所以改进方案在提交到机组后需进行修正，包括变量名称的规范化、参数的优化等，为保证修正后的方案与预期一致，机组正式下装前需将修正后方案提交给模拟机进行再鉴定。

本发明在具体改进实例中的操作过程是拿到机组修正后画面、逻辑组态、数字化程序后在模拟机上进行编译、下装与集成以测试是否存在问题。以岭澳核电厂二期误安注处理程序与配套画面、ARE主给水画面优化为例，在模拟机再验证阶段共完成5次升版，发现并解决60项配置错误、定值错误、链接错误等问题。其后对操纵员进行预培训，在改进方案在机组下装前，在模拟机上进行操纵员的预培训是必不可少的环节。一般而言，改进方案中总会增加新的功能、调整页面布局，如不进行预培训，在新功能触发时操纵员会无所适从，在页面布局调整后操纵员可能难以定位到想操作的设备，这不但无法达到改进的效果，甚至影响到机组安全。

以上内容是结合具体的优选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，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种核电厂数字化控制室人机界面改进方法，其特征在于：该方法包括以下步骤： A.选择一套与核电厂现场控制系统硬件设施相同的模拟机，作为改进工作的操作设备； B.采用与现场控制系统相同的控制平台和软件语言，用于保证与现场控制系统同步； C.在模拟机上对控制系统的人机界面部分进行改进； D.在模拟机上对改进后的控制系统进行测试和验证，以确定改进效果以及进行必要的修改； E.在现场控制系统中安装，完成现场设备的改进。

2.根据权利要求1所述核电厂数字化控制室人机界面改进方法，其特征在于：步骤B中所述的控制系统为数字化控制系统。

3.根据权利要求1所述核电厂数字化控制室人机界面改进方法，其特征在于：步骤C中所述人机界面采用激励式仿真方式。

4.根据权利要求1至3中任一项所述核电厂数字化控制室人机界面改进方法，其特征在于：步骤C所述的改进包括减少程序的层次，优化指令语句。

5.根据权利要求4所述核电厂数字化控制室人机界面改进方法，其特征在于：步骤C所述减少程序的层次包括在不改变程序内容的前提下，将部分子程序中需执行的步骤放在主程序中，避免不同程序间切换而出现的人因失误。

6.根据权利要求4所述核电厂数字化控制室人机界面改进方法，其特征在于：步骤C所述减少程序的层次包括将子程序中的判断逻辑调整到主程序页面，以减少调用程序次数。

7.根据权利要求1至3中任一项所述核电厂数字化控制室人机界面改进方法，其特征在于：步骤C所述的改进包括插入事故规程的配套软件，测试操作员处理故障的能力。

8.根据权利要求1至3中任一项所述核电厂数字化控制室人机界面改进方法，其特征在于：步骤C所述的改进包括对人机界面按功能对控件进行分区，还包括加设计算机诊断逻辑组态以及警示单元，用于简化画面布局和提醒操作员及时对故障进行反应。

9.根据权利要求8所述核电厂数字化控制室人机界面改进方法，其特征在于：所述警示单元的警示方法为利用柱状图功能，采用不同颜色标记故障的紧急性。

10.根据权利要求1至3中任一项所述核电厂数字化控制室人机界面改进方法，其特征在于：步骤D中测试和验证所采用的手段包括记录影响机组安全性的关键参数曲线，对比改进前后的数据、记录操纵员对故障处理的相应时间和操作次数以及测试不同操纵员的操作时间数据。