CN109493985B - 核电厂数字化辅助控制盘系统，设计方法以及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种核电厂数字化辅助控制盘系统，设计方法以及控制系统，包括用于获取核电厂运行标准和历史操作运行数据,根据所述电厂运行标准和历史操作运行数据确定最小配置功能清单的清单建立模块；用于将所述最小配置功能清单进行分类,根据分类设计最小控制盘系统的设计模块。本发明有效解决了主要数字化人机界面失效的情况下，提出一种基于最小配置数字化辅助控制盘系统完成核电站的监视和控制，满足核电站安全运行所需的最小合集，最大限度节约成本，从而有效保证核电站的安全和运行。

Description

核电厂数字化辅助控制盘系统，设计方法以及控制系统

技术领域

本发明属于核电站控制室设计领域，尤其涉及一种核电厂数字化辅助控制盘系统，设计方法以及控制系统。

背景技术

核电站在未引入数字化控制系统(DCS)仪控技术之前，主控制室均采用常规硬件盘台实现电站的运行和控制，每个系统中的控制和显示设备均以固定的人机接口方式呈现给操纵员。虽然硬件盘台规模较大，但是其优点在于操纵员可以快速查找并操作相应的系统设备，不存在缺少系统信息的情况。而核电站广泛采用的DCS仪控技术之后，主控制室主要采用数字化的人机界面，操纵员需通过画面菜单选择相应的系统进行监视和控制，这样操纵员可能更多的时间来选择相应的系统画面，在紧急事故工况下，操纵员可能无法及时做出反应。

常规硬件主控室或者早期数字化主控室，其盘台大多采用大量的控制按钮、显示灯、光字牌报警等设备，盘台设备数量较多，盘台规模和体积较大，所需空间较大。大量的硬接线设备和电缆导致所需的DCS机柜数量较多，虽然设备流程直观，但操作方式一般是一对一的方式，即一个操作对应一个设备，设备间的交互关系较为复杂，人机接口较为分散，操纵员的工作负荷相当大，且后期维护维修成本较高，定期试验方式也比较麻烦，造成了系统出现故障时，操作和监视很难同步以及灵活性差的问题。

现有技术存在缺陷，缺少一种基于最小配置的新型核电厂数字化辅助控制盘系统以满足核电站安全运行所需的最小合集。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供了一种系统出现故障时，可利用基于最小配置的核电厂数字化辅助控制盘系统，设计方法以及控制系统，解决了现有技术中主要数字化人机界面失效的情况下，操作和监视不同步和灵活性差以及安全性不能保障的问题。

本发明用于解决以上技术问题的技术方案为，一种核电厂数字化辅助控制盘系统，包括:清单建立模块，连接核电厂数据库,用于获取核电厂运行标准和历史操作运行数据,根据所述电厂运行标准和历史操作运行数据确定最小配置功能清单；设计模块,连接所述清单建立模块,用于将所述最小配置功能清单进行分类,根据分类设计基于最小配置的辅助控制盘。

其中，所述清单建立模块进一步包括：标准清单模块，连接核电厂数据库，用于基于核电厂运行标准，对紧急事故规程中的操作目标和完成目标所需的功能进行分析，建立从设计出发的最小设计配置清单；验证清单模块，连接核电厂数据库，用于根据历史操作运行数据，模拟紧急事故环境，记录实际事故过程中所需的系统和设备，检查并整理是否有缺少的系统和设备信息，建立从验证出发的最小验证配置清单；比较模块，分别连接所述标准清单模块和验证清单模块，用于根据从设计出发的最小设计配置清单和从验证出发的最小验证配置清单进行对比分析，确定目标事故所需的所述最小配置功能清单。

其中，所述比较模块进一步包括：分析模块，分别与分析模块连接的验证模块和判断模块，以及与验证模块连接的确定模块；所述分析模块，用于对接收的从设计出发的最小设计配置清单和从验证出发的最小验证配置清单进行分析，将分析结果发送至验证模块和判断模块；验证模块，用于根据分析结果，若设计出发的最小设计配置清单大于或者等于验证出发的最小验证配置清单，验证从设计出发的最小设计配置清单是否满足定义要求，并将验证后的结果发送至确定模块；判断模块，用于根据设计出发的最小设计配置清单小于验证出发的最小验证配置清单的分析结果，重新定义最小清单，如果符合最小配置功能清单定义、则将从验证出发的最小验证配置清单加入至设计出发的最小设计配置清单中进行再次验证；所述验证模块还用于从判断模块中接收将验证出发的最小验证配置清单多出的清单加入至设计出发的最小设计配置清单中，并再次验证最小设计清单是否满足定义要求；确定模块，用于根据判断模块和验证模块的验证结果，确定目标事故所需的所述最小配置功能清单。

其中，所述判断模块还用于若设计出发的最小设计配置清单小于验证出发的最小验证配置清单，若判断重新定义的最小清单不符合定义要求时，删除最小验证配置清单中的不符合的信息。

其中，所述设计模块进一步包括：与清单建立模块连接的分类模块，与分类模块连接的配置模块，与配置模块连接的设立模块；所述分类模块用于将所述最小配置功能清单进行分类，包括对非安全级数字化控制和显示设备的分类，安全级数字化控制和显示设备的分类，以及采用常规硬件技术的安全级设备的分类；所述配置模块用于根据不同的分类，对系统软件和硬件设备进行配置，以设计基于最小配置的辅助控制盘；所述设立模块用于根据所设计的基于最小配置的辅助控制盘，将所述最小配置的辅助控制盘设立至规定区域进行监控和操作。

其中，所述最小控制盘系统包括用于核岛操纵员的第一盘台，用于安全工程师和值长的第二盘台和用于常规岛操纵员的第三盘台，每一盘台上均包括有事故入口报警信息。每一盘台均包括依盘面的上中下部依次分布的三个区域，每一盘面的上部区域均设置了所述事故入口报警信息的显示区域。

本发明还提供了一种核电厂数字化辅助控制盘设计方法，包括如下步骤：获取核电厂运行标准和历史操作运行数据,根据所述电厂运行标准和历史操作运行数据确定最小配置功能清单；将所述最小配置功能清单进行分类,根据分类设计基于最小配置的辅助控制盘。

其中，进一步包括如下步骤：基于核电厂运行标准，对紧急事故规程中的操作目标和完成目标所需的功能进行分析，建立从设计出发的最小设计配置清单；根据历史操作运行数据，模拟紧急事故环境，记录实际事故过程中所需的系统和设备，检查并整理是否有缺少的系统和设备信息，建立从验证出发的最小验证配置清单；根据从设计出发的最小设计配置清单和从验证出发的最小验证配置清单进行对比分析，确定目标事故所需的所述最小配置功能清单。

其中，进一步包括如下步骤：对接收的从设计出发的最小设计配置清单和从验证出发的最小验证配置清单进行分析，将发送分析结果；根据分析结果，若设计出发的最小设计配置清单大于或者等于验证出发的最小验证配置清单，验证从设计出发的最小设计配置清单是否满足定义要求，并发送验证后的结果；根据设计出发的最小设计配置清单小于验证出发的最小验证配置清单的分析结果，重新定义最小清单，如果符合最小配置功能清单定义、则将从验证出发的最小验证配置清单加入至设计出发的最小设计配置清单中进行再次验证；接收将验证出发的最小验证配置清单多出的清单加入至设计出发的最小设计配置清单中，并再次验证最小设计清单是否满足定义要求；根据判断模块和验证模块的验证结果，确定目标事故所需的所述最小配置功能清单。

本发明还提供了一种控制系统，用于核电厂数字化系统中，包括主控制室，所述主控制室包括主控制器，分别与主控制器连接的多样性人机接口处理盘，严重事故盘，紧急控制盘，和计算机化的主要监控模块以及上述的辅助控制盘系统。

其中，控制系统还还包括切换模块，分别连接所述辅助控制盘系统和计算机化的主要监控模块，用于机组正常运行工况下，计算机化的主要监控模块出现失效,切换至所述辅助控制盘系统，按照相应的事故程序进行监控并执行相应事故后的安全功能，使核电厂机组保持在安全停堆状态。所述辅助控制盘包括三个并列设置的盘台；每一所述盘台均包括安全级控制部分和与安全级控制部分连接的非安全级控制部分；所述非安全级控制部分包括用于替代正常人机接口运行所需的非安全级信息显示、非安全级设备操作、系统运行画面显示、报警显示及运行规程显示的非安全级数字化控制和显示设备；所述安全级控制部分包括用于安全级设备操作和信息显示的安全级数字化控制和显示设备。

本发明提供了一种核电厂数字化辅助控制盘系统，设计方法以及控制系统，具有以下技术效果：通过设计一种基于最小配置的控制盘系统，有效解决了常规硬件盘台规模和体积较大，且需要大量的硬接线设备和电缆导致所需的DCS机柜数量较多等问题；可有效解决常规硬件盘台人机接口较为分散，操纵员的工作负荷相当大。后期维护维修成本较高，定期试验方式也比较麻烦等问题；在主要的数字化人机界面失效的情况下，通过本发明提出的最小配置人机接口系统完成核电站的监视和控制，最大限度节约成本，保证核电厂安全有效发电和经济性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例一提供的基于最小配置的控制盘系统的结构示意图；

图2是图1中基于最小配置的控制盘系统的人机接口系统盘台盘面的显示界面示意图；

图3a是本发明实施例二提供的基于最小配置的辅助控制盘系统设计方法流程图；

图3b是步骤S100的子步骤流程图；

图3c是步骤S130的子步骤流程图；

图4是对应图3a-c基于最小配置的功能清单建立流程细化图；

图5是本发明实施例三提供的一种控制系统的主控制室(MCR)的界面示意图；

图6是本发明的计算机化的主要监控手段MCM和辅助控制盘ACP的盘台切换原则图；

图7是本发明的盘台控制和显示路径方案示意图；

图8是本发明的盘台报警实现方案示意图；

图9是本发明的安全级数字化控制和显示设备S-VDU画面实现方案示意图；

图10是本发明的安全级数字化控制和显示设备PAMS-VDU画面实现方案示意图；

图11是本发明的盘台设备定期试验方案示意图；

图12是本发明的辅助控制盘ACP盘台供电方案示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术中所存在的系统发生故障、主要数字化人机界面失效的情况下，操作和监视不同步、安全性和灵活性差的问题，本发明提供了一种基于最小配置的新型核电厂数字化辅助控制盘系统完成核电站的监视和控制，满足核电站安全运行所需的最小合集，从而有效保证核电站的安全和运行。其核心思想是：通过提供一设计方案建立一种新的基于最小配置清单的辅助控制盘系统，该方法包括了最小配置辅助控制盘系统的最小配置清单确定、最小配置清单软件和硬件实现方式的分类；最小配置辅助控制盘系统盘台的设计；依据所设计的盘台将需要的设备铺设到所需要的监控区域内，并所需要监控区域的硬件和软件等安装连接到所设立的最小配置辅助控制盘系统上。本发明基于核电厂运行标准，对紧急事故规程中的操作目标和完成目标所需的功能进行分析，建立从设计出发的最小设计配置清单；根据历史操作运行数据，模拟紧急事故环境，记录实际事故过程中所需的系统和设备，检查并整理是否有缺少的系统和设备信息，建立从验证出发的最小验证配置清单；根据从设计出发的最小设计配置清单和从验证出发的最小验证配置清单进行对比分析，确定目标事故所需的所述最小配置功能清单。通过上述设计所建立的最小配置辅助控制盘系统，当主要数字化人机界面失效时，自动切换至辅助控制盘系统进行监控和操作，有效地解决了现有技术中系统故障没有辅助设备进行替换控制的问题，提供了更加有效的核电厂安全有效发电和经济性。

为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的描述。

图1是本发明实施例一提供的基于最小配置的控制盘系统的结构示意图；如图1所示，本发明提供了一种核电厂数字化辅助控制盘系统，包括清单建立模块100，连接核电厂数据库,用于获取核电厂运行标准和历史操作运行数据,根据所述电厂运行标准和历史操作运行数据确定最小配置功能清单；设计模块200,连接所述清单建立模块100,用于将所述最小配置功能清单进行分类,根据分类设计基于最小配置的辅助控制盘。其中，所述清单建立模块100进一步包括：标准清单模块101，连接核电厂数据库，用于基于核电厂运行标准，对紧急事故规程中的操作目标和完成目标所需的功能进行分析，建立从设计出发的最小设计配置清单；验证清单模块102，连接核电厂数据库，用于根据历史操作运行数据，模拟紧急事故环境，记录实际事故过程中所需的系统和设备，检查并整理是否有缺少的系统和设备信息，建立从验证出发的最小验证配置清单；比较模块103，分别连接所述标准清单模块101和验证清单模块102，用于根据从设计出发的最小设计配置清单和从验证出发的最小验证配置清单进行对比分析，确定目标事故所需的所述最小配置功能清单。

比较模块103进一步包括：分析模块103a，分别与分析模块103a连接的验证模块103b和判断模块103c，以及与验证模块103c连接的确定模块103d；分析模块103a，用于对接收的从设计出发的最小设计配置清单和从验证出发的最小验证配置清单进行分析，将分析结果发送至验证模块103b和判断模块103c；验证模块103b，用于根据分析结果，若设计出发的最小设计配置清单大于或者等于验证出发的最小验证配置清单，验证从设计出发的最小设计配置清单是否满足定义要求，并将验证后的结果发送至确定模块103d；验证模块103b还用于从判断模块103c中接收将验证出发的最小验证配置清单多出的清单加入至设计出发的最小设计配置清单中，并再次验证最小设计清单是否满足定义要求；判断模块103c，用于根据设计出发的最小设计配置清单小于验证出发的最小验证配置清单的分析结果，重新定义最小清单，如果符合最小配置功能清单定义、则将从验证出发的最小验证配置清单加入至设计出发的最小设计配置清单中进行再次验证；判断模块103c还用于若设计出发的最小设计配置清单小于验证出发的最小验证配置清单，若判断重新定义的最小清单不符合定义要求时，删除最小验证配置清单中的不符合的信息。确定模块103d，用于根据判断模块和验证模块的验证结果，确定目标事故所需的所述最小配置功能清单。设计模块进一步包括：与清单建立模块连接的分类模块201，分类模块用于将所述最小配置功能清单进行分类，包括对非安全级数字化控制和显示设备的分类，安全级数字化控制和显示设备的分类，以及采用常规硬件技术的安全级设备的分类；与分类模块201连接的配置模块202，配置模块用于根据不同的分类，对系统软件和硬件设备进行配置，以设计基于最小配置的辅助控制盘；与配置模块202连接的设立模块203；设立模块用于根据所设计的基于最小配置的辅助控制盘，将所述最小配置的辅助控制盘设立至规定区域进行监控和操作。

本发明设计最小配置的辅助控制盘系统，其总体功能要求需要满足以下条件：需提供在正常工况下使用的数字化人机接口系统以外的监控电厂的人机接口系统。主要包括以下功能：1)需要安全相关设备实现的最小规模人机接口；2)需要固定连续显示的最小规模人机接口；3)用于支持运行概念要求的在正常人机接口系统故障或降级时使用的备用人机接口系统。

根据有关规定，针对最小配置功能的监管要求如下：监视核裂变物屏障的功能；执行并确认反应堆停堆；启动保护裂变物屏障安全系统的控制功能；正常人机接口失效条件下，在正常人机接口修复期间维持电站正常运行的监控手段；执行紧急运行程序；将核电站带至安全状态；执行概率风险分析中的高风险事件需要的手段。根据上述标准要求，本发明提出主要从下述几个方面完成最小配置的功能设计：执行安全停堆所需的手段；执行概率风险分析中高风险事件需要的手段；执行紧急运行程序所需手段；正常人机接口修复期间维持电站正常运行的监控手段；事故后连续和固定监视所需的手段(PAMS)；堆芯冷却监视和重要安全参数监视(CCMS、SPDS)；正常人机接口生命监控，以及与最小配置人机接口之间的切换。根据上述要求，本发明的最小配置功能清单建立方案从如下考虑，首先从法规标准的监管要求出发，选定紧急事故开始，通过分析紧急事故规程中的操作目标和完成目标所需的功能，以及完成功能所需的系统操作和显示信息，从而建立从设计出发的最小配置功能清单。其次，通过模拟紧急事故环境，记录操纵员依据事故规程和自身经验所用到的人机界面信息，并咨询操纵员在事故执行过程中是否有缺少的信息，进而建立从验证出发的最小配置功能清单。将从设计出发的最小配置功能清单和从验证出发的最小配置功能清单进行对比分析，如果两者相符，即可得出目标事故所需的最小配置功能清单。如果从验证出发的最小配置功能清单多于从设计出发的最小配置功能清单，则需要将多出的人机界面信息进一步进行分析和研究，如果符合最小配置功能清单定义则加入，不符合则删除。反复验证并最终确定小安全配置清单。

附图2是基于最小配置的辅助控制盘系统的人机接口系统盘台盘面的显示界面示意图；参见图2所示，最小配置的辅助控制盘盘台界面包括了用于核岛操纵员的第一盘台(盘台1)，用于安全工程师和值长的第二盘台(盘台2)和用于常规岛操纵员的第三盘台(盘台3)，三个盘台从左至右依次并列排列，不同区域分别控制，提供了更加清晰的分布区域，盘面更加清晰简化，便于操作员操作和监控。

其中，盘台配置技术方案详细说明如下：最小配置人机接口系统的盘台定义为辅助控制盘(ACP)，配置三个盘台，分别为核岛操纵员盘台，安全工程师和值长盘台，以及常规岛操纵员盘台，每一盘台均包括依盘面的上中下部依次分布的三个区域，每一盘面的上部区域均设置了事故入口报警信息的显示区域，为操作员提供了更加便利有效的监控手段。

核岛操纵员盘台1(第一盘台)配置如下：最上部配置事故入口报警信息；中间部分配置2个NC-VDU用于电厂概貌显示(POD，Plant Overview Display)；最下部配置2个NC-VDU和4个S-VDU，2个NC-VDU中的一个用于系统画面操作和显示，另一个用于系统报警信息显示。4个S-VDU用于4列安全级设备的操作和显示。

安全工程师和值长盘台2(第二盘台)：最上部配置事故入口报警信息；中间部分配置SPDS参数监视信息，CCMS监视信息和2个PAMS-VDU。2个PAMS-VDU用于事故后监视参数的显示和记录；最下部配置硬件操作显示信息，主要包括执行安全停堆所需操作和显示，执行高风险事件需要的操作和显示，正常人机接口生命以及与最小配置人机接口之间的切换操作和显示。

常规岛操纵员盘台3(第三盘台)：最上部配置事故入口报警信息；中间部分配置2个NC-VDU用于电厂概貌显示；最下部配置2个NC-VDU和4个S-VDU，2个NC-VDU中的一个用于系统画面操作和显示，另一个用于系统报警信息显示。4个S-VDU用于4列安全级设备的操作和显示。从上面的每一个盘面的分布可以看出，每一个盘台都具有可以有效监控系统概貌和报警信息，提供了最小配置人机接口系统，有效解决常规硬件盘台人机接口较为分散，操纵员的工作负荷相当大的问题，也提供了更加安全的监控辅助手段。

为了实现上述最小化辅助控制盘系统的结构，图3a是本发明实施例二提供的基于最小配置的辅助控制盘系统设计方法流程图；主要包括如下步骤：

S100、获取核电厂运行标准和历史操作运行数据,根据所述电厂运行标准和历史操作运行数据确定最小配置功能清单；

参见图3b，步骤S100进一步包括如下步骤：

S110、基于核电厂运行标准，对紧急事故规程中的操作目标和完成目标所需的功能进行分析，建立从设计出发的最小设计配置清单；

S120、根据历史操作运行数据，模拟紧急事故环境，记录实际事故过程中所需的系统和设备，检查并整理是否有缺少的系统和设备信息，建立从验证出发的最小验证配置清单；

S130、根据从设计出发的最小设计配置清单和从验证出发的最小验证配置清单进行对比分析，确定目标事故所需的所述最小配置功能清单。

参见图3c，步骤S130进一步包括如下步骤：

S131、对接收的从设计出发的最小设计配置清单和从验证出发的最小验证配置清单进行分析，将发送分析结果；

S132、根据分析结果，若设计出发的最小设计配置清单大于或者等于验证出发的最小验证配置清单，验证从设计出发的最小设计配置清单是否满足定义要求，并发送验证后的结果；

S133、根据设计出发的最小设计配置清单小于验证出发的最小验证配置清单的分析结果，重新定义最小清单，如果符合最小配置功能清单定义、则将从验证出发的最小验证配置清单加入至设计出发的最小设计配置清单中进行再次验证；

S134、接收将验证出发的最小验证配置清单多出的清单加入至设计出发的最小设计配置清单中，并再次验证最小设计清单是否满足定义要求；

S135、根据判断模块和验证模块的验证结果，确定目标事故所需的所述最小配置功能清单。

S200、将最小配置功能清单进行分类,根据分类设计基于最小配置的辅助控制盘。

具体地，结合附图4所示，图4是对应图3a-c基于最小配置的功能清单建立流程细化图；其中，建立从设计出发的最小设计配置清单也就是图4中的步骤15显示，其中步骤15中“整理汇总系统和设备得到最小清单”来源于步骤11-14，步骤11、获取法规标准监管功能要求；步骤12、功能目标和任务分析；步骤13、达到任务目标所需的系统功能分析；步骤14、完成功能所需系统和设备清单整理；然后形成步骤15中的整理汇总系统和设备得到最小清单即得到从设计出发的最小设计配置清单。步骤25中的“整理模拟验证得出的系统和设备清单”(对应步骤S120)，步骤25来源于步骤21-24，步骤21、核电厂设计基准事故场景模拟验证，步骤22、操作员执行事故程序进行事故处理和缓解；步骤23、记录实际事故过程中用到的系统和设备；步骤24、通过人因问卷咨询操纵员是否有缺少的系统和设备信息；然后形成步骤S25中的整理模拟验证得出的系统和设备最小清单即得到从验证出发的最小验证配置清单。建立了从设计出发的最小设计配置清单15和从验证出发的最小验证配置清单25。

步骤31、系统对15和25两种最小清单进行分析对比,若从设计出发的最小设计配置清单15大于等于从验证出发的最小验证配置清单25时，步骤33、验证最小清单是否满足定义要求，满足定义要求时至步骤36、形成最小配置功能清单；若从设计出发的最小设计配置清单15小于从验证出发的最小验证配置清单25时，步骤32、对最小清单重新定义，符合要求时，将25中多出的清单加入至15中再次验证(步骤34)，若不符合要求时，删除25中的不符合的内容(步骤35)。根据上述流程图显示的多次验证和判断，可以更好地满足核电厂对最小配置的要求，更加精确地对需要监控的核对系统和设备进行安全性运行和操作。

图5是本发明实施例三提供的一种控制系统的主控制室(MCR)的界面示意图；该系统为用于核电厂数字化系统中的控制系统，包括主控制室(MCR)，主控制室包括用于分别控制主控制室盘台上的各部分，其中主控制室包括主控制器(附图上未显示)，分别与主控制器连接的多样性人机接口处理盘，严重事故盘，紧急控制盘，和计算机化的主要监控模块，位于主控制室界面上部、且并列设置的多样性人机接口处理盘(DHP)和严重事故盘(SAP),位于主控制室界面上部、且并列设置的紧急控制盘(ECP)和计算机化的主要监控模块(MCM)，辅助控制盘系统(ACP)位于上部和下部之间的中间区域，附图5所示的主控制室故障模式按照如下的运行方式：

当MCM(Main computerized mean，计算机化的主要监控手段，即计算机化的主要监控模块)可用时，通过MCM和ECP(Emergency Control Panel紧急控制盘)完成对核电厂的监视和控制；

当MCM不可用时，通过ACP(Auxiliary control panel，辅助控制盘)和ECP完成对机组的监视和控制；如果同时考虑ACP上NC-VDU(非安全级数字化控制和显示设备)失效，则通过ACP上的S-VDU(安全级数字化控制和显示设备)、常规硬件监控设备和ECP完成事故的处理；

当反应堆保护系统(RPS)共模失效导致MCM、ACP S-VDU和硬件手操功能丧失后，可通过多样化人机接口盘台(DHP)完成对机组的监视和控制；

当核电厂发生严重事故时，通过严重事故盘台(SAP)实现严重事故的预防和缓解功能。

上述核电厂数字化控制系统还进一步包括切换模块(图中未显示)，分别连接辅助控制盘系统和计算机化的主要监控模块(MCM)，用于机组正常运行工况下，计算机化的主要监控模块出现失效,切换至所述辅助控制盘系统，按照相应的事故程序进行监控并执行相应事故后的安全功能，使核电厂机组保持在安全停堆状态。

图6是本发明的计算机化的主要监控手段MCM和辅助控制盘ACP的盘台切换原则图；本发明提出的MCM/ACP盘台切换原则如下：

机组正常运行工况下，MCM出现小于预设时间(比如4小时)的失效：用ACP监视并将机组保持在稳态的功率运行状态下。当堆芯参数出现不稳定或堆芯功率出现较大波动时，利用ACP将机组带到并保持在安全停堆状态；

机组正常运行工况下，MCM出现大于预设时间(比如4小时)的失效：用ACP停闭机组并将机组保持在安全停堆状态；

机组设计基准事故工况且MCM失效：无论是在事故工况期间发生MCM失效，还是在ACP运行期间(即MCM已经失效)发生设计基准事故，都按相应的事故程序在ACP上监视或者执行相应的事故后安全功能，使机组达到并维持在安全停堆状态。

当保护系统(RPS)和安全自动化系统(SAS)共模失效导致MCM、ACP S-VDU和硬件手操功能丧失后，切换到多样化人机接口盘台(DHP)完成对机组的监视和控制。MCM/ACP盘台切换原则切换详细见附图6的描述。

图7是本发明的盘台控制和显示路径方案示意图；本发明提出ACP盘台控制和显示路径方案的目的在于提供一种实施NC-VDU发出选择指令，选择在S-VDU上操作的相关设备，可以避免直接向安全级设备发出控制指令的问题；同时通过S-VDU和安全级系统自身的控制完成相关控制操作；最后，被控制设备的状态同时反馈到NC-VDU和S-VDU，完成信息和操作结果同步监视。该方法同时避免了系统故障带来的误操作风险，也解决了操作和监视的同步和灵活性问题。图7中的盘台分布包括了非安全级部分和安全级部分，非安全级部分和安全级部分均包括了上位机显示和下位机计算和处理，非安全级部分“上位机显示”包括两台NC-VDU，非安全级部分的“下位机计算和处理”包括指令接收单元模块，处理和计算单元模块，计算结果输出模块，非安全级执行单元以及状态采集处理单元模块。安全级部分“上位机显示”包括两台S VDU(安全级设备)，安全级部分的“下位机计算和处理”包括指令接收单元模块，处理和计算单元模块，计算结果输出模块，安全级执行单元以及状态采集处理单元模块；其中，控制和显示路径方案如下描述：1)在步骤1中，针对需要进行操作的安全级控制设备。由于NC-VDU在操作和监视方式上有很强的灵活性，因此，在NC-VDU选择(调用)相关的安全级设备。选择(调用)指令发送到非安全级的指令接收单元。2)在步骤2中，非安全级把接收到的设备选择指令(这里并不是直接的设备控制指令)，经过隔离处理后，送到安全级系统的指令接收单元模块。3)在步骤3中，指令接收单元模块在接收到来自非安全级的设备调用指令后，在数据库中查找对应的设备，同时在S-VDU上显示被控设备及其当前的设备状态。4)在步骤4中，通过S-VDU的安全级操作功能，通过指令接收单元、处理和计算单元、计算结果输出模块向安全级执行单元发出控制指令。确保安全级设备控制操作的独立性。5)在步骤5中，安全级执行单元命令执行结果的状态反馈，通过安全级状态采集处理单元模块送往非安全级状态采集处理单元。通过这种方式，实现了NC-VDU显示安全级设备状态的信号传递。同时，安全级状态采集处理单元还将把信号送往S-VDU进行显示。6)在步骤6中，非安全级状态采集处理单元将接收到的状态反馈信号送往NC-VDU进行显示，实现了NC-VDU监视安全级设备的要求，为核电站运行人员提供了一种灵活的监视方法。

图8是本发明的盘台报警实现方案示意图；附图8中的流程为本发明提出的盘台报警实现方案如下：信号采集单元：包含安全级信号采集单元和非安全级信号采集单元，主要采集现场传感器信号并调理成标准的4～20mA信号。报警信号产生单元：包含保护系统(RPS)报警信号产生单元，专设安全系统(ESFAS)报警信号产生单元，非安全系统(PSAS)报警信号产生单元。主要触发和产生数字量报警条件或者结果信号。安全总线：主要接收来自保护系统(RPS)和专设安全系统(ESFAS)的数字量报警条件或结果信号，同时发送报警结果至安全级硬件报警处理单元和非安全级硬件报警处理单元(安全总线向非安全级传递的网关采用单向网关，避免低安全等级信号影响高全等级信号)。非安全总线：主要接收来自非安全级系统(PSAS)的数字量报警条件或结果信号，同时发送报警结果至非安全级硬件报警处理单元。安全级硬件报警处理单元：实现安全级硬件报警逻辑处理、闪烁、重闪、确认以及声音报警等功能。非安全级软件报警处理单元：实现非安全级数字化报警逻辑处理、闪烁、重闪、确认以及声音报警等功能。ACP光字牌报警设备：接受安全级硬件报警处理单元的报警逻辑处理结果，并通过不同频率的闪烁来表达报警产生和报警消失。光字牌报警主要用于事故入口的指引。ACP NC-VDU软件报警设备：接受非安全级软件报警处理单元的报警逻辑处理结果，并通过不同频率的闪烁来表达报警产生和报警消失。ACP NC-VDU软件报警主要用于事故处理过程中的指引以及光字牌报警信号的记录。报警喇叭设备：ACP盘台设置2个喇叭，一个喇叭用于报警发生声音提醒，一个喇叭用于报警消失声音提醒。光字牌硬件报警和NC-VDU软件报警采用同一个喇叭进行报警发生声音提醒，且采用同一个喇叭进行报警消失声音提醒。安全级组合报警：对于报警触发条件由非安全级和安全级信号组合产生的属于安全功能的报警，通过非安全级软件报警处理单元硬接线送到安全级硬件报警处理单元进行报警逻辑处理后送到ACP光字牌报警显示。非安全级组合报警：对于报警触发条件由非安全级和安全级信号组合产生的属于非安全功能的报警，通过安全级硬件报警处理单元通过安全总线送到非安全级软件报警处理单元进行报警逻辑处理后送到ACP NC-VDU进行报警显示。非安全级组合报警为系统的有效使用提供了更加安全的保障和有效运行。

图9是本发明的安全级数字化控制和显示设备S-VDU画面实现方案示意图；S-VDU画面实现方案如下：其包括：

状态区：用于显示S-VDU自诊断的诊断结果；S-VDU正常运行时，状态显示条为绿色闪烁；S-VDU发生异常时，状态显示条为红色持续显示，不同颜色不同状态的显示，为操作人员提供了更加直观的提醒。标题区：用于显示当前画面的总体描述，包括项目代码、画面编码、画面名称等。模式区：显示S-VDU的管理模式。显示操作区：通过流程图方式显示系统的主要工艺过程，并将相关安全级工艺参数与安全级执行机构操作和状态显示布置在流程线相应位置。导航区：提供画面导航按钮。包括“系统菜单”、“操作菜单”、“前一页”、“后一页”、“系统状态”等按钮。

图10是本发明的安全级数字化控制和显示设备PAMS-VDU画面实现方案示意图；附图10中的PAMS-VDU画面实现方案，PAMS功能清单的参数内容根据系统设计，结合IEEE497的参数选取要求进行选取。关于PAMS参数的显示方案如下：所有PAMS A/B/C类参数，将在PAMS-VDU显示，同时在ACP NC-VDU进行复制；对于D/E类参数，如果属于最小配置功能清单范围则进入ACP NC-VDU显示，如果不属于最小配置功能清单范围，则由MCM实现显示；MCM上包含所有PAMS A/B/C/D/E类参数的显示。

PAMS-VDU画面实现方案如下，包括如下区域：页眉标题区：显示了画面编码、画面名称、PAMS-VDU工作模式、PAMS-VDU生命监视状态、日期和时间。主显示区域：主要PAMS参数实时显示、日志、趋势记录等信息。导航区：导航区域按钮主要完成页面导航功能，通过布置可翻页的导航按钮，最多可布置10个导航按钮。

图11是本发明的盘台设备定期试验方案示意图；本发明提出的ACP盘台试验方法和步骤说明如下：主控室操纵员将操作盘台切换到试验模式；主控室操纵员在操作盘台上执行试验模式的启动或停止操作；操作命令发送到DCS一层控制逻辑机柜中执行逻辑运算；控制逻辑机柜将运算结果直接发送回到主控室操作盘台上专用的试验反馈灯，而不再下发到现场执行机构；主控室操作盘台上专用的试验反馈灯接受到试验启动或停止反馈信号后，主控室操纵员通过观察反馈结果，从而判断设备是否可正常运行。

具体实施技术方案如图11所示：

功能块1：盘台试验模式信号来自盘台3个切换开关的3取1逻辑；

功能块2：来自盘台的设备启动命令与来自盘台的设备停止命令进行“或”逻辑处理，同一时间一般只发出一种命令；

功能块3：将功能块1与功能块2的运算结果进行“与”逻辑处理，然后将运算结果送到盘台专用的定期试验反馈灯上，操纵员通过观察反馈灯是否点亮来确认设备启动命令或者设备停止命令是否已发到DCS(Digital Control System，数字化控制系统)一层控制逻辑机柜。

图12是本发明的辅助控制盘ACP盘台供电方案示意图；本发明提出的盘台设备供电方案如下：核岛2台NC-VDU采用A列电源供电，常规岛2台NC-VDU采用B列电源供电；核岛2台POD-VDU采用A列电源供电，常规岛2台POD-VDU采用B列电源供电；2台PAMS-VDU分别采用A列和B列电源供电；核岛4台S-VDU分别采用A列、B列、C列和D列(D列由C列电源供电)电源供电；常规岛4台S-VDU分别采用A列、B列、C列和D列(D列由C列电源供电)电源供电；A列盘台硬件设备由对应所在A列逻辑触发的DCS机柜提供供电；B列盘台硬件设备由对应所在B列逻辑触发的DCS机柜提供供电；C列盘台硬件设备由对应所在C列逻辑触发的DCS机柜提供供电。A/C列采用交叉供电，B/C列采用交叉供电，保证在只剩A列电源时，A/C列盘台设备均可用；在只剩B列电源时，B/C列盘台设备均可用；在只剩C列电源时，A/B/C/D列盘台设备均可用；使得任意失去两列供电，盘台均可最少剩下2列S-VDU、1列NC-VDU、1列POD-VDU和1列PAMS-VDU，从而达到完成事故的处理的目的。

本发明上述方案带来如下技术效果：可有效解决常规硬件盘台规模和体积较大，且需要大量的硬接线设备和电缆导致所需的DCS机柜数量较多等问题；可有效解决常规硬件盘台人机接口较为分散，操纵员的工作负荷相当大。后期维护维修成本较高，定期试验方式也比较麻烦等问题；通过本发明还可有效解决主要的数字化人机界面失效的情况下，通过本发明提出的最小配置人机接口系统完成核电站的监视和控制，最大限度节约成本，保证核电厂安全有效发电和经济性。本发明的关键创新在于：所列的最小配置功能清单建立方法，建立了最小配置人机接口系统盘台配置方案后，实现了系统的控制室降级运行模式、MCM和ACP切换原则和切换方案、ACP盘台控制和显示路径方案、ACP盘台报警实现方案、ACP盘台软件画面实现方案、盘台设备定期试验方案和盘台供电方案。

需要说明的是：上述实施例提供辅助控制盘系统在实现设计方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的辅助控制盘系统、设计方法和控制系统实施例属于同一构思，其具体实现过程详见系统和方法实施例的描述，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种核电厂数字化辅助控制盘系统，其特征在于，包括:

清单建立模块，连接核电厂数据库,用于获取核电厂运行标准和历史操作运行数据,根据所述电厂运行标准和历史操作运行数据确定最小配置功能清单；

设计模块,连接所述清单建立模块,用于将所述最小配置功能清单进行分类,根据分类设计基于最小配置的辅助控制盘；

所述清单建立模块进一步包括：

标准清单模块，连接核电厂数据库，用于基于核电厂运行标准，对紧急事故规程中的操作目标和完成目标所需的功能进行分析，建立从设计出发的最小设计配置清单；

验证清单模块，连接核电厂数据库，用于根据历史操作运行数据，模拟紧急事故环境，记录实际事故过程中所需的系统和设备，检查并整理是否有缺少的系统和设备信息，建立从验证出发的最小验证配置清单；

比较模块，分别连接所述标准清单模块和验证清单模块，用于根据从设计出发的最小设计配置清单和从验证出发的最小验证配置清单进行对比分析，确定目标事故所需的所述最小配置功能清单。

2.根据权利要求1所述的辅助控制盘系统，其特征在于，所述比较模块进一步包括：分析模块，分别与分析模块连接的验证模块和判断模块，以及与验证模块连接的确定模块；

所述分析模块，用于对接收的从设计出发的最小设计配置清单和从验证出发的最小验证配置清单进行分析，将分析结果发送至验证模块和判断模块；

验证模块，用于根据分析结果，若设计出发的最小设计配置清单大于或者等于验证出发的最小验证配置清单，验证从设计出发的最小设计配置清单是否满足定义要求，并将验证后的结果发送至确定模块；

判断模块，用于根据设计出发的最小设计配置清单小于验证出发的最小验证配置清单的分析结果，重新定义最小清单，如果符合最小配置功能清单定义、则将从验证出发的最小验证配置清单加入至设计出发的最小设计配置清单中进行再次验证；

所述验证模块还用于从判断模块中接收将验证出发的最小验证配置清单多出的清单加入至设计出发的最小设计配置清单中，并再次验证最小设计清单是否满足定义要求；

确定模块，用于根据判断模块和验证模块的验证结果，确定目标事故所需的所述最小配置功能清单。

3.根据权利要求2所述的辅助控制盘系统，其特征在于，所述判断模块还用于若设计出发的最小设计配置清单小于验证出发的最小验证配置清单，若判断重新定义的最小清单不符合定义要求时，删除最小验证配置清单中的不符合的信息。

4.根据权利要求1所述的辅助控制盘系统，其特征在于，所述设计模块进一步包括：与清单建立模块连接的分类模块，与分类模块连接的配置模块，与配置模块连接的设立模块；

所述分类模块用于将所述最小配置功能清单进行分类，包括对非安全级数字化控制和显示设备的分类，安全级数字化控制和显示设备的分类，以及采用常规硬件技术的安全级设备的分类；

所述配置模块用于根据不同的分类，对系统软件和硬件设备进行配置，以设计基于最小配置的辅助控制盘；

所述设立模块用于根据所设计的基于最小配置的辅助控制盘，将所述最小配置的辅助控制盘设立至规定区域进行监控和操作。

5.根据权利要求4所述的辅助控制盘系统，其特征在于，所述最小配置的辅助控制盘包括用于核岛操纵员的第一盘台，用于安全工程师和值长的第二盘台和用于常规岛操纵员的第三盘台，每一盘台上均包括有事故入口报警信息。

6.根据权利要求5所述的辅助控制盘系统，其特征在于，每一盘台均包括依盘面的上中下部依次分布的三个区域，每一盘面的上部区域均设置了所述事故入口报警信息的显示区域。

7.一种核电厂数字化辅助控制盘设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100、获取核电厂运行标准和历史操作运行数据,根据所述电厂运行标准和历史操作运行数据确定最小配置功能清单；

S200、将所述最小配置功能清单进行分类,根据分类设计基于最小配置的辅助控制盘；

所述步骤S100进一步包括如下步骤：

S110、基于核电厂运行标准，对紧急事故规程中的操作目标和完成目标所需的功能进行分析，建立从设计出发的最小设计配置清单；

S120、根据历史操作运行数据，模拟紧急事故环境，记录实际事故过程中所需的系统和设备，检查并整理是否有缺少的系统和设备信息，建立从验证出发的最小验证配置清单；

S130、根据从设计出发的最小设计配置清单和从验证出发的最小验证配置清单进行对比分析，确定目标事故所需的所述最小配置功能清单。

8.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，所述步骤S130进一步包括如下步骤：

S131、对接收的从设计出发的最小设计配置清单和从验证出发的最小验证配置清单进行分析，将发送分析结果；

S132、根据分析结果，若设计出发的最小设计配置清单大于或者等于验证出发的最小验证配置清单，验证从设计出发的最小设计配置清单是否满足定义要求，并发送验证后的结果；

S133、根据设计出发的最小设计配置清单小于验证出发的最小验证配置清单的分析结果，重新定义最小清单，如果符合最小配置功能清单定义、则将从验证出发的最小验证配置清单加入至设计出发的最小设计配置清单中进行再次验证；

S134、接收将验证出发的最小验证配置清单多出的清单加入至设计出发的最小设计配置清单中，并再次验证最小设计清单是否满足定义要求；

S135、根据判断模块和验证模块的验证结果，确定目标事故所需的所述最小配置功能清单。

9.一种控制系统，用于核电厂数字化系统中，包括主控制室，所述主控制室包括主控制器，分别与主控制器连接的多样性人机接口处理盘，严重事故盘，紧急控制盘，和计算机化的主要监控模块，其特征在于，还包括如权利要求1-6任一项所述的 辅助控制盘系统。

10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，还包括切换模块，分别连接所述辅助控制盘系统和计算机化的主要监控模块，用于机组正常运行工况下，计算机化的主要监控模块出现失效,切换至所述辅助控制盘系统，按照相应的事故程序进行监控并执行相应事故后的安全功能，使核电厂机组保持在安全停堆状态。

11.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述辅助控制盘包括三个并列设置的盘台；每一所述盘台均包括安全级控制部分和与安全级控制部分连接的非安全级控制部分；

所述非安全级控制部分包括用于替代正常人机接口运行所需的非安全级信息显示、非安全级设备操作、系统运行画面显示、报警显示及运行规程显示的非安全级数字化控制和显示设备；

所述安全级控制部分包括用于安全级设备操作和信息显示的安全级数字化控制和显示设备。

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