CN107590206A - 一种核电厂控制系统反向自组织信号流图生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于核电厂DCS控制技术领域，具体涉及一种核电厂控制系统反向自组织信号流图生成方法。包括以下步骤：(1)系统的框架搭建；(2)数据的采集和处理；(3)信号流图的绘制；(4)通过台式或移动式查询服务终端，连接网络服务器，输入查询信号，服务器对终端的请求进行解析；返回查询结果画面或表格，在终端中以总貌图及细节图的形式进行显示。本发明涉及DCS系统组态数据的整合分析和关系重构及图形化展示，达到用户自由查询信号流拓扑关系，友好展示拓扑关系，对拓扑关系中的关键环节进行状态标记的目的，尤其对于功能图纸问题，缺失或遗漏重要逻辑关系时，能及时给予补救，避免产生人因错误。

Description

一种核电厂控制系统反向自组织信号流图生成方法

技术领域

本发明属于核电厂DCS控制技术领域，具体涉及一种核电厂控制系统反向自组织信号流图生成方法。

背景技术

目前核电厂普遍使用集散控制系统DCS实现核电厂的控制，因为DCS系统承担了全厂绝大部分的控制功能，整个DCS系统的组态数据十分庞大，内部逻辑关系复杂，进行风险分析时需要查阅大量的图纸资料，图纸之间的引用关系查找是一大难点。

DCS组态数据中存在复杂的引用关系，因为组态软件自身的局限性，软件之间的链接关系查看也存在较大的局限性，主要局限为：只能对上游信号点进行溯源，无法方便快捷的对下游信号进线溯源；溯源过程中只能选择单一信号点，当上下游有多个引用点时，只能逐一查看，无法查看总貌图，存在遗漏分析的风险。

DCS组态数据、DCS组态功能图纸、端接关系表格等数据中已经具有了较好的关系数据，这些数据有较好的可读性，对其中的链接关系特征进行分析、提取、再处理后可以得到有序的DCS组态关系数据，借助一定的数据处理和图形化技术，重构出友好的图形化的组态数据信号流图，将关键信息显示在一张画面中，辅助用户进行信号流向分析，避免遗漏信号之间的逻辑关系。

因此，亟需研制一种核电厂控制系统反向自组织信号流图生成方法，通过文件数据的采集和整合处理，对用户操作请求的整合，使用一定的显示方法和终端，实现在用户侧终端的图形数据展示，使得用户可以对DCS组态的模块间逻辑关系、功能图纸和组态详细数据信息较方便地进行在线、离线分析，适用于控制系统安全风险分析、人员知识技能掌握、技术方案制定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种核电厂控制系统反向自组织信号流图生成方法，从而克服当前DCS组态软件、DCS工程师站软件在展现DCS组态数据逻辑关系的不便利现状，克服大量查找功能图纸、机柜端接关系表等众多文件导致效率低下的缺点。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种核电厂控制系统反向自组织信号流图生成方法，包括以下步骤：

(1)系统的框架搭建

①建立标准化数据库，完成文件的收集和存储过程，存放在系统存储模块，作为信号流图生成系统的数据基础；

②实现数据关系的组织，用于实现组态数据关系的整理，将控制系统内在的数据关系转化为计算机系统能够识别和归类的数据关系；

③建立图形化服务器系统，依据步骤(1)①中的数据以及步骤(1)②中确定的数据关系，在网络服务器系统中实现绘图功能；

④图形化服务器系统接入网络终端，为终端访问提供结果展现形式，将网络服务器系统实现的功能通过网络方式进行数据和图形展现；

(2)数据的采集和处理

①采集DCS组态数据、端接关系数据、DCS功能图纸；

②对图纸进行格式归一化，组态数据归一为固定的文本格式，端接关系归一为标准表格形式，功能图纸归一为CAD图纸和PDF图纸形式；

③对数据进行特征提取：对组态数据提取所有的模块名称和链接关系，对端接关系数据提取数据名称，对功能图纸提取模块名称；

④建立组态数据、端接文件数据、DCS功能图数据三者之间的映射关系，对每一种数据使用一个关键字段，与另一种数据中指定的关键字段进行映射；

④a：组态数据将所有的信号名称进行归一化，剔除其中用于标注功能组和参数类型的变量部分，保留标准化的3CRF001MT形式；组态数据同时包含端接地址，对其中的端接地址进行提出，归一化为3401UC:301BN-12的形式；

④b：端接文件数据中的端接地址数据与组态数据提取出来的端接地址进行匹配，同时端接文件中的信号名称直接与组态数据归一化后的信号名称进行映射；

④c：DCS功能图数据中包含模块名称，模块名称与组态数据中的模块名称一致，直接构建成匹配关系；

(3)信号流图的绘制

①设计信号流图展示，信号流图展示使用信号名称、端接表数据之一作为输入条件，信号流图的基础为步骤(2)③中提取的链接关系和步骤(2)④中设计的映射关系；

②信号流图的展示方式以名称和符号框图为基本元素，进行逐级生成的方式。

(4)通过台式或移动式查询服务终端，连接网络服务器，输入查询信号，服务器对终端的请求进行解析；返回查询结果画面或表格，在终端中以总貌图及细节图的形式进行显示。

进一步的，如上所述的一种核电厂控制系统反向自组织信号流图生成方法，步骤(2)④a中，标准化的3CRF001MT形式，包括一位机组号，三位系统代码，三位设备号，两位设备代码。

进一步的，如上所述的一种核电厂控制系统反向自组织信号流图生成方法，步骤(2)④a中，3401UC:301BN-12的形式为机柜-卡件-通道号。

进一步的，如上所述的一种核电厂控制系统反向自组织信号流图生成方法，步骤(3)②中，在以下绘图规则和步骤的指导下实现绘图功能：

(3)②a：获取用户信号下游溯源起始点数据名称信息A0；

(3)②b：根据步骤(2)③中提取的链接关系绘制出信号名称A0的框图，以及下游的数据名称和各自的框图，此为第一级下游；

(3)②c：根据需要设置两种可选方式：

1)依次迭代、一次性显示所有下游信号名称和链接关系图；

2)默认显示两级或三级信号流图关系；

(3)②d：当前级别的信号继续向下展开时，使用一种特有的形状标志，当前级别的信号无法继续向下游展开时，使用不同的形状标志进行区分；

(3)②e：信号逐级展开的过程中，出现循环信号流的情形时不进行环状绘图，而是对同一个模块在信号流图中绘制两次，并使用特有颜色编制的框图附注信息提示信号循环的特征；

(3)②f：信号展开至最下游后，将无法展开，对一张完整的信号流图，使用不同的颜色空间分配，用以标志信号的分类特性，用于区分：报警信号、现场执行机构驱动信号、通讯连接信号、跨系统逻辑信号、重要保护信号；

(3)②g：设置横向多级、纵向多级的信号流图自动绘制方式，并且信号流图自动绘制过程中，自动根据层级的多少，调整绘图区域。

本发明技术方案的有益效果在于：本发明涉及DCS系统组态数据的整合分析和关系重构及图形化展示。达到用户自由查询信号流拓扑关系，友好展示拓扑关系，对拓扑关系中的关键环节进行状态标记的目的，尤其对于功能图纸问题，缺失或遗漏重要逻辑关系时，能及时给予补救，避免产生人因错误。

该系统中，一个节点信号能够自由组织出一个上游信号流图网络、一个下游信号流图网络，降低了信号分析评价中因分析不完整造成的误动和拒动风险，提高了工作准备的效率，有效地降低了工作准备过程中的人因风险。

附图说明

图1为本发明数据的采集和处理方法示意图；

图2为本发明信号流图的绘制方法示意图；

图3为本发明实施例信号流图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。

本发明一种核电厂控制系统反向自组织信号流图生成方法，包括以下步骤：

(1)系统的框架搭建

①建立标准化数据库，完成文件的收集和存储过程，存放在系统存储模块，作为信号流图生成系统的数据基础；

②实现数据关系的组织，用于实现组态数据关系的整理，将控制系统内在的数据关系转化为计算机系统能够识别和归类的数据关系；

③建立图形化服务器系统，依据步骤(1)①中的数据以及步骤(1)②中确定的数据关系，在网络服务器系统中实现绘图功能；

④图形化服务器系统接入网络终端，为终端访问提供结果展现形式，将网络服务器系统实现的功能通过网络方式进行数据和图形展现；

(2)如图2所示，数据的采集和处理

①采集DCS组态数据、端接关系数据、DCS功能图纸；

②对图纸进行格式归一化，组态数据归一为固定的文本格式，端接关系归一为标准表格形式，功能图纸归一为CAD图纸和PDF图纸形式；

③对数据进行特征提取：对组态数据提取所有的模块名称和链接关系，对端接关系数据提取数据名称，对功能图纸提取模块名称；

④建立组态数据、端接文件数据、DCS功能图数据三者之间的映射关系，对每一种数据使用一个关键字段，与另一种数据中指定的关键字段进行映射；

④a：组态数据将所有的信号名称进行归一化，剔除其中用于标注功能组和参数类型的变量部分，保留标准化的3CRF001MT形式；组态数据同时包含端接地址，对其中的端接地址进行提出，归一化为3401UC:301BN-12的形式；

在本实施例中，标准化的3CRF001MT形式，包括一位机组号，三位系统代码，三位设备号，两位设备代码。3401UC:301BN-12的形式为机柜-卡件-通道号。

④b：端接文件数据中的端接地址数据与组态数据提取出来的端接地址进行匹配，同时端接文件中的信号名称直接与组态数据归一化后的信号名称进行映射；

④c：DCS功能图数据中包含模块名称，模块名称与组态数据中的模块名称一致，直接构建成匹配关系；

(3)如图3所示，信号流图的绘制

①设计信号流图展示，信号流图展示使用信号名称、端接表数据之一作为输入条件，信号流图的基础为步骤(2)③中提取的链接关系和步骤(2)④中设计的映射关系；

②信号流图的展示方式以名称和符号框图为基本元素，进行逐级生成的方式。

步骤(3)②中，在以下绘图规则和步骤的指导下实现绘图功能：

(3)②a：获取用户信号下游溯源起始点数据名称信息A0；

(3)②b：根据步骤(2)③中提取的链接关系绘制出信号名称A0的框图，以及下游的数据名称和各自的框图，此为第一级下游；

(3)②c：根据需要设置两种可选方式：

1)依次迭代、一次性显示所有下游信号名称和链接关系图；

2)默认显示两级或三级信号流图关系；

(3)②d：当前级别的信号继续向下展开时，使用一种特有的形状标志(例如图3中使用矩形的形状框图进行名称标注)，当前级别的信号无法继续向下游展开时，使用不同的形状标志(例如图3中使用圆柱形的形状框图进行标注)进行区分；

(3)②e：信号逐级展开的过程中，为保证信号流图的良好可读性，不产生无限循环的下游绘图，并且不丧失循环引用的重要关系，信号流图生成过程中出现循环信号流的情形时不进行环状绘图，而是对同一个模块在信号流图中绘制两次(例如图3中对A12连续绘制了两次)，并使用特有颜色编制的框图附注信息提示信号循环的特征；

(3)②f：信号展开至最下游后，将无法展开，对一张完整的信号流图，使用不同的颜色空间分配，用以标志信号的分类特性，用于区分：报警信号、现场执行机构驱动信号、通讯连接信号、跨系统逻辑信号、重要保护信号；

(3)②g：设置横向多级、纵向多级的信号流图自动绘制方式，并且信号流图自动绘制过程中，自动根据层级的多少，调整绘图区域。例如当默认展开3级信号时，正中间为第二级模块，前后两级按照占满当前视图的方式平均分布于当前屏幕，当展开级数增加时，按照同样的方式，动态调整级间间距；当展开的级数大于5级时，不再动态调整，而使用可调间距方式，用户使用拖动模块和整页图纸来实现图纸查看。

图3为绘制完成的一张信号流图示意：其中A0为需求的信号流图起始点，信号流图为向下游展开的方式，使用横向拓扑布局。A11、A12、A13、A14为第一级下游数据；A21、A22、A23、A24、A25为第二级下游数据；A31、A32、A33为第三级下游数据；实际绘图的过程中图纸A1x、A2x、A3x均将使用实际的信号名称或节点名称来标注。其中的可展开模块使用了矩形作为框图，不可展开模块使用了圆柱形为框图。A12因为出现循环引用，故连续绘制了两次，并且第二次绘制后将终止继续循环绘制。

(4)通过台式或移动式查询服务终端，连接网络服务器，输入查询信号，服务器对终端的请求进行解析；返回查询结果画面或表格，在终端中以总貌图及细节图的形式进行显示。

福清核电厂在投用该系统后，发现和识别了组态功能图纸中丢失链接关系的情况，防范了风险分析过程中的不足，避免了重大人因失误问题的发生；在模块故障风险分析、工作方案准备的过程中，因为该方法和系统的使用，极大的提高了分析的效率和结果的可靠性；在执行维修工作仪表检查过程中，提前使用该系统进行组态数据模块逻辑关系查询，确保了现场工作的风险识别；因此具有很广泛的应用前景及应用价值，值得推广。

Claims (5)

1.一种核电厂控制系统反向自组织信号流图生成方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)系统的框架搭建

①建立标准化数据库，完成文件的收集和存储过程，存放在系统存储模块，作为信号流图生成系统的数据基础；

②实现数据关系的组织，用于实现组态数据关系的整理，将控制系统内在的数据关系转化为计算机系统能够识别和归类的数据关系；

③建立图形化服务器系统，依据步骤(1)①中的数据以及步骤(1)②中确定的数据关系，在网络服务器系统中实现绘图功能；

④图形化服务器系统接入网络终端，为终端访问提供结果展现形式，将网络服务器系统实现的功能通过网络方式进行数据和图形展现；

(2)数据的采集和处理

①采集DCS组态数据、端接关系数据、DCS功能图纸；

②对图纸进行格式归一化，组态数据归一为固定的文本格式，端接关系归一为标准表格形式，功能图纸归一为CAD图纸和PDF图纸形式；

③对数据进行特征提取：对组态数据提取所有的模块名称和链接关系，对端接关系数据提取数据名称，对功能图纸提取模块名称；

④建立组态数据、端接文件数据、DCS功能图数据三者之间的映射关系，对每一种数据使用一个关键字段，与另一种数据中指定的关键字段进行映射；

④a：组态数据将所有的信号名称进行归一化，剔除其中用于标注功能组和参数类型的变量部分，保留标准化的3CRF001MT形式；组态数据同时包含端接地址，对其中的端接地址进行提出，归一化为3401UC:301BN-12的形式；

④b：端接文件数据中的端接地址数据与组态数据提取出来的端接地址进行匹配，同时端接文件中的信号名称直接与组态数据归一化后的信号名称进行映射；

④c：DCS功能图数据中包含模块名称，模块名称与组态数据中的模块名称一致，直接构建成匹配关系；

(3)信号流图的绘制

①设计信号流图展示，信号流图展示使用信号名称、端接表数据之一作为输入条件，信号流图的基础为步骤(2)③中提取的链接关系和步骤(2)④中设计的映射关系；

②信号流图的展示方式以名称和符号框图为基本元素，进行逐级生成的方式；

(4)通过台式或移动式查询服务终端，连接网络服务器，输入查询信号，服务器对终端的请求进行解析；返回查询结果画面或表格，在终端中以总貌图及细节图的形式进行显示。

2.如权利要求1所述的一种核电厂控制系统反向自组织信号流图生成方法，其特征在于：步骤(2)④a中，标准化的3CRF001MT形式，包括一位机组号，三位系统代码，三位设备号，两位设备代码。

3.如权利要求1所述的一种核电厂控制系统反向自组织信号流图生成方法，其特征在于：步骤(2)④a中，3401UC:301BN-12的形式为机柜-卡件-通道号。

4.如权利要求1所述的一种核电厂控制系统反向自组织信号流图生成方法，其特征在于：

步骤(3)②中，在以下绘图规则和步骤的指导下实现绘图功能：

(3)②a：获取用户信号下游溯源起始点数据名称信息A0；

(3)②b：根据步骤(2)③中提取的链接关系绘制出信号名称A0的框图，以及下游的数据名称和各自的框图，此为第一级下游；

(3)②c：根据需要设置两种可选方式：

1)依次迭代、一次性显示所有下游信号名称和链接关系图；

2)默认显示两级或三级信号流图关系；

(3)②d：当前级别的信号继续向下展开时，使用一种特有的形状标志，当前级别的信号无法继续向下游展开时，使用不同的形状标志进行区分；

(3)②e：信号逐级展开的过程中，出现循环信号流的情形时不进行环状绘图，而是对同一个模块在信号流图中绘制两次，并使用特有颜色编制的框图附注信息提示信号循环的特征；

(3)②f：信号展开至最下游后，将无法展开，对一张完整的信号流图，使用不同的颜色空间分配，用以标志信号的分类特性，用于区分：报警信号、现场执行机构驱动信号、通讯连接信号、跨系统逻辑信号、重要保护信号；

(3)②g：设置横向多级、纵向多级的信号流图自动绘制方式，并且信号流图自动绘制过程中，自动根据层级的多少，调整绘图区域。

5.如权利要求1所述的一种核电厂控制系统反向自组织信号流图生成方法，其特征在于：步骤(2)④a中，标准化的3CRF001MT形式，包括一位机组号，三位系统代码，三位设备号，两位设备代码；

步骤(2)④a中，3401UC:301BN-12的形式为机柜-卡件-通道号；

步骤(3)②中，在以下绘图规则和步骤的指导下实现绘图功能：

(3)②a：获取用户信号下游溯源起始点数据名称信息A0；

(3)②b：根据步骤(2)③中提取的链接关系绘制出信号名称A0的框图，以及下游的数据名称和各自的框图，此为第一级下游；

(3)②c：根据需要设置两种可选方式：

1)依次迭代、一次性显示所有下游信号名称和链接关系图；

2)默认显示两级或三级信号流图关系；

(3)②d：当前级别的信号继续向下展开时，使用一种特有的形状标志，当前级别的信号无法继续向下游展开时，使用不同的形状标志进行区分；

(3)②e：信号逐级展开的过程中，出现循环信号流的情形时不进行环状绘图，而是对同一个模块在信号流图中绘制两次，并使用特有颜色编制的框图附注信息提示信号循环的特征；

(3)②f：信号展开至最下游后，将无法展开，对一张完整的信号流图，使用不同的颜色空间分配，用以标志信号的分类特性，用于区分：报警信号、现场执行机构驱动信号、通讯连接信号、跨系统逻辑信号、重要保护信号；

(3)②g：设置横向多级、纵向多级的信号流图自动绘制方式，并且信号流图自动绘制过程中，自动根据层级的多少，调整绘图区域。