CN116893624A - 一种生产线安全级控制系统运维仿真机及仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种生产线安全级控制系统运维仿真机及仿真方法，属于核特材生产技术领域。仿真机包括操作盘台模拟系统和安全控制策略模拟模块。操作盘台模拟系统用于将操作盘台产生的操作信号发送至安全控制策略模拟模块，并显示安全控制策略模拟模块反馈的目标参数的状态变化数据。安全控制策略模拟模块用于根据操作信号进行安全控制逻辑模型运算，得到生产线安全级控制系统中被控设备在启动、运行或停止过程中目标参数的状态变化数据，并将状态变化数据反馈至操作盘台模拟系统。该仿真机可解决相关技术中存在的无法保证操作人员在事故工况下应急操作的正确性的问题。

Description

一种生产线安全级控制系统运维仿真机及仿真方法

技术领域

本发明属于核特材生产技术领域，具体涉及一种核化工生产线安全级控制系统运维仿真机及仿真方法。

背景技术

随着国家核安全要求的不断提高，核材料生产线逐步引入物项分级原则，要求核材料生产线需要具备物料屏蔽、放射性泄漏包容等安全功能，需要设置安全级控制系统实现具体的安全控制功能，具体包括安全级通风系统、安全蒸汽加热系统、安全级闸板阀、安全级柴油发电机及应急电源系统等的监测和控制。安全级控制系统是实现核材料生产线物料屏蔽、放射性泄漏包容等安全功能的重要组成部分，正常及异常工况下安全级控制系统的正确操作是实现安全控制功能的重要保证。

由于安全级异常工况出现的频率较低，长此以往，将影响操作人员在事故工况下应急操作的正确性。为了提高核材料生产线安全级控制系统操作人员运维的熟练程度，亟需建立与实际核材料生产线安全级控制系统功能和操作感受高度一致的运维仿真机，以使操作人员熟练掌握事故工况下的应急操作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述不足，提供一种核化工生产线安全级控制系统运维仿真机及仿真方法，以提高核材料生产线安全级控制系统操作人员运维的熟练程度，保证生产安全。

第一方面，本发明提供一种核化工生产线安全级控制系统运维仿真机，包括操作盘台模拟系统和安全控制策略模拟模块。

操作盘台模拟系统，与安全控制策略模拟模块连接，用于将操作盘台产生的操作信号发送至安全控制策略模拟模块，并显示安全控制策略模拟模块反馈的目标参数的状态变化数据。

安全控制策略模拟模块，用于根据所述操作信号进行安全控制逻辑模型运算，得到生产线安全级控制系统中被控设备在启动、运行或停止过程中目标参数的状态变化数据，并将所述状态变化数据反馈至操作盘台模拟系统。

优选地，生产线安全级控制系统运维仿真机还包括操作培训考核系统。操作培训考核系统，分别与操作盘台模拟系统和安全控制策略模拟模块连接，用于根据安全控制策略和操作规程评估操作人员对操作盘台的模拟操作是否合规。

优选地，操作培训考核系统包括考核场景设定模块、操作过程记录模块和操作评估模块。

考核场景设定模块，用于设定生产线安全级控制系统的安全控制策略和事故工况，以生成考核场景。操作过程记录模块，与考核场景设定模块连接，用于记录操作人员在考核场景中对操作盘台的模拟操作。操作评估模块，与考核场景设定模块和操作过程记录模块连接，用于根据安全控制策略和操作规程评估操作人员在考核场景中对操作盘台的模拟操作是否合规。

优选地，安全控制策略模拟模块包括组态工作站、虚拟机和虚拟现场设备。

组态工作站，用于配置生产线安全级控制系统的逻辑功能组态。虚拟机，与组态工作站和虚拟现场设备连接，用于下载逻辑功能组态，并生成与逻辑功能组态对应的控制逻辑功能，还用于与虚拟现场设备通讯以建立包含所有控制逻辑功能的安全控制逻辑模型，并根据所述操作信号进行安全控制逻辑模型运算。虚拟现场设备，用于采用虚拟数据处理单元技术模拟生产线安全级控制系统中被控设备的运行状态、故障状态，并对模拟操作进行状态反馈。

优选地，虚拟机包括虚拟控制器和仿真接口软件。

虚拟控制器，用于采用虚拟数据处理单元技术设计生产线的虚拟机，并根据下载的逻辑功能组态生成对应的控制逻辑功能，建立安全控制逻辑模型并根据所述操作信号进行安全控制模型运算。仿真接口软件，与虚拟控制器和虚拟现场设备连接，用于传输虚拟控制器和虚拟现场设备之间的数据。

优选地，仿真接口软件包括解析单元和传输单元。

解析单元，用于解析从虚拟现场设备获取的逗号分隔值CSV文件点表信息。传输单元，与解析单元连接，用于通过对象链接与嵌入的过程控制OPC协议传输虚拟控制器和虚拟现场设备之间的数据。

优选地，操作盘台模拟系统包括操作盘台和信号采集模块。

操作盘台，用于接收操作人员进行与实际生产线安全级操作相同的所述操作信号。信号采集模块，与操作盘台连接，用于将操作盘台产生的所述操作信号发送至安全控制策略模拟模块，并将安全控制策略模拟模块反馈的目标参数的状态变化数据发送给操作盘台。

优选地，操作盘台包括实物操作盘台和模拟操作盘台。

优选地，信号采集模块用于通过对象链接与嵌入的过程控制OPC接口与安全控制策略模拟模块进行信息交互。操作盘台用于模拟安全级蒸汽系统、柴油发电机组通风系统、安全级排风系统的设备控制、设备状态监视、报警。操作盘台还用于模拟安全级柴油发电机、安全级应急电源的状态监视、报警、控制。

第二方面，本发明还提供一种核化工生产线安全级控制系统运维的仿真方法，包括：基于第一方面所述的核化工生产线安全级控制系统运维仿真机开展生产线不同工况下的运行仿真。

本发明的核化工生产线安全级控制系统运维仿真机及仿真方法，通过将操作人员对操作盘台进行与实际生产线安全控制系统相同的操作产生的操作信号输入至安全控制策略模拟模块，由安全控制策略模拟模块根据操作信号进行安全控制逻辑模型运算，得到生产线安全级控制系统中被控设备在启动、运行或停止过程中目标参数的状态变化数据，并将状态变化数据反馈至操作盘台模拟系统进行界面展示，从而使操作人员通过运维仿真机提供的半实物仿真熟练掌握事故工况下的应急操作，避免误操作，保证生产线安全控制功能的实现。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种核化工生产线安全级控制系统运维仿真机的结构示意图；

图2为本发明实施例1的另一种核化工生产线安全级控制系统运维仿真机的结构示意图；

图3为本发明实施例1的一种核化工生产线安全级控制系统运维仿真机的硬件系统的网络拓扑示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种核化工生产线安全级控制系统运维仿真机，包括操作盘台模拟系统11和安全控制策略模拟模块12。

操作盘台模拟系统11，与安全控制策略模拟模块12连接，用于将操作盘台产生的操作信号发送至安全控制策略模拟模块12，并显示安全控制策略模拟模块12反馈的目标参数的状态变化数据。

安全控制策略模拟模块12，用于根据所述操作信号进行安全控制逻辑模型运算，得到生产线安全级控制系统中被控设备在启动、运行或停止过程中目标参数的状态变化数据，并将所述状态变化数据反馈至操作盘台模拟系统。

本实施例中，操作盘台产生的操作信号指操作人员对操作盘台进行与实际生产线安全控制系统相同的操作(如对操作器、按钮、开关等与运行有关的操作，启动或停止某些设备、增加或降低某些设备负荷)产生的操作信号。此外，操作盘台模拟系统11具有显示界面，用于显示安全控制策略模拟模块12反馈的目标参数的状态变化数据，从而显示出整个生产线启动、运行和停止过程中的目标参数的动态变化，目标参数包括压力、温度等设备的运转状态等。本实施例的核化工生产线安全级控制系统运维仿真机可用于培训生产线操作人员，使其熟练掌握正常工况、异常工况及事故状态条件下对生产线的全部操作，同时在一定程度上也能指导生产线的调试及运行。运维仿真机运行过程中，操作人员通过操作盘台上的操作器、按钮、开关等进行运行有关的操作，启动或停止某些设备、增加或降低某些设备负荷。操作产生的操作信号经过输入/输出I/O接口进入安全控制策略模拟模块12，安全控制策略模拟模块12根据操作信号的变化利用模型软件进行运算或逻辑判断，然后将结果经过I/O接口送到操作盘台模拟系统11的显示设备上，显示出整个生产线启动、运行和停止过程中的相关参数的动态变化。

可选地，核化工生产线安全级控制系统运维仿真机还包括操作培训考核系统13。

操作培训考核系统13，分别与操作盘台模拟系统11和安全控制策略模拟模块12连接，用于根据安全控制策略和操作规程评估操作人员对操作盘台的模拟操作是否合规。

本实施例中，通过设计操作培训考核系统，使得生产线安全级控制系统运维仿真机具备完善的操作人员(即运行人员)培训功能，提供向受训人员展现正常和故障情况的实际现场运行状态，有效地提高运行人员的专业知识、操作技能、应变能力和熟练程度，使运行人员经培训后能熟练地掌握生产线启停过程和维持正常运行的全部操作，学会处理异常、紧急事故的技能，提高实际操作能力和分析判断能力，训练应急处理能力，确保生产线安全、经济运行。具备对岗位运行人员和技术管理人员进行定期轮训，作为上岗、晋升前的考核手段，客观地反映实际操作能力和分析判断能力。

可选地，操作培训考核系统包括考核场景设定模块、操作过程记录模块和操作评估模块。

考核场景设定模块，用于设定生产线安全级控制系统的安全控制策略和事故工况，以生成考核场景。

操作过程记录模块，与考核场景设定模块连接，用于记录操作人员在考核场景中对操作盘台的模拟操作。

操作评估模块，与考核场景设定模块和操作过程记录模块连接，用于根据安全控制策略和操作规程评估操作人员在考核场景中对操作盘台的模拟操作是否合规。

本实施例中，操作培训考核系统是支撑仿真机重要的管理工具，包括用户管理、仿真机初始条件、初始条件复位、运行冻结、快照、追溯、回放、教练员动作、故障和就地操作功能、训练记录管理等，教练员可以使用本操作培训考核系统启动练习、进行考试，以及查看自己的训练历史等功能。教练员通过考核场景设定模块设定相关操作规程、引入事故工况，生成考核场景。考核场景设定模块具备基本操作考核、随机设定故障场景功能。操作过程记录模块用于记录操作人员的操作过程，数据采集至数据库，以便后继进行考核评估。操作评估模块用于以安全控制策略和安全级控制系统操作规程为考核依据，对操作人员的操作过程进行考核，形成结论。

可选地，如图2所示，安全控制策略模拟模块包括组态工作站、虚拟机和虚拟现场设备。

组态工作站，用于配置生产线安全级控制系统的逻辑功能组态。

虚拟机，与组态工作站和虚拟现场设备连接，用于下载逻辑功能组态，并生成与逻辑功能组态对应的控制逻辑功能，还用于与虚拟现场设备通讯以建立包含所有控制逻辑功能的安全控制逻辑模型，并根据所述操作信号进行安全控制逻辑模型运算。

虚拟现场设备，用于采用虚拟数据处理单元技术模拟生产线安全级控制系统中被控设备的运行状态、故障状态，并对模拟操作进行状态反馈。

本实施例中，组态工作站支持将安全级控制逻辑的功能转化为数字逻辑组态图，支持各类算法功能块下载到虚拟机，支持各类变量的监视功能，例如，组态工作站用于进行操作监控，具体用于配置监控参数、监控频率等。以下示例说明如何设计和配置局排前段部分的逻辑功能组态：安全级控制系统，不考虑检修状态，保证各个系统一列机组正常运行。风机干管差压变送器信号分别接入A列和B列(每列2台)，用于风机的事故后监测与报警(报警阈值设置于I/O清单中)，一旦出现负压异常，提示操作人员进行系统切换。

针对一用一备的排风系统，将局排系统1#风机、风机前后的2个电动密闭阀门定义为A#机组，A#机组中任何一台设备故障，或风机处于运行状态而风机止回阀处于关闭状态时，则认为机组故障，进行报警和AB列间手动切换。A#机组启动时，同时开启风机和阀门，停止时同时关闭风机和阀门。

事故情况下，A#机组中任何一台设备故障，或风机处于运行状态而风机止回阀处于关闭状态时，则认为机组故障，不得启动。B#机组与A#机组要求一致。

上述控制要求，服从如下原则：

A列和B列之间的切换采用手动操作，列内设备根据系统级指令实现自动控制。即：出现风机故障、阀门故障、风机处于运行状态而风机止回阀处于关闭状态，或干管负压异常，在手动操作盘台上自动进行机组综合报警(报警灯和蜂鸣器，并设报警确认及消音按钮)，待确认后，手动操作完成A列和B列之间的切换控制。

针对每个机组，安全级控制策略模拟模块用于接收风机和阀门的故障信号、远程允许信号，风机运行状态信号、阀门开关状态信号以及止回阀开关状态信号。因此，局排前段部分逻辑功能组态包括关闭A列执行器信号、打开A列执行器信号、故障报警信号和综合报警信号、送显信号等逻辑功能组态图。组态工作站还用于将安全级控制策略模拟模块操作员站导出的画面文件进行翻译展示。画面翻译包括对静态信息、动态数据显示及操作端指令等转换，也包括了曲线、报警等重要功能的实现。最终翻译结果画面与安全级控制策略模拟模块的画面一致。

虚拟现场设备采用虚拟数据处理单元DPU技术设计模拟现场Level0设备的仿真。虚拟现场设备支持FMI(Functional Mock-up Interface，功能模型接口)2.0版本的Co-Simulation接口，FMI作为功能和性能模型进行模型重用、互换、集成的事实接口标准，由于FMI标准是一个通用的第三方接口标准，不依赖于任何工具特有的接口形式。所以只要是支持FMI标准的工具都可以将其他工具导出的FMU(Functional Mock-up Unit，功能模型单元)文件导入到虚拟现场设备的软件平台内，这时仿真软件会自动解析FMU中的“.xml”文件，并在软件的操作界面上给用户提供操作FMU的选项。用户只需要遵循FMI标准即可实现现场模型轻量化导入完成模型的集成重用。

可选地，虚拟机包括虚拟控制器和仿真接口软件。

虚拟控制器，用于采用虚拟数据处理单元技术设计生产线的虚拟机，并根据下载的逻辑功能组态生成对应的控制逻辑功能，建立安全控制逻辑模型并根据所述操作信号进行安全控制模型运算。

仿真接口软件，与虚拟控制器和虚拟现场设备连接，用于传输虚拟控制器和虚拟现场设备之间的数据。

本实施例中，虚拟控制器采用虚拟数据处理单元DPU技术设计生产线的虚拟机，通过数字技术实现组态逻辑下载，运行，并负责与虚拟现场设备通讯。虚拟DPU是实现全范围仿真验证必需的软件功能，能够直接下载数字逻辑组态图，以确保仿真系统的控制方案与实际的控制方案完全一致。数字逻辑组态图中的所有控制指令均可在虚拟控制器中执行，执行的启动、状态、运行结果与真实的控制系统完全一致。虚拟控制器通过信号采集模块与操作盘台之间进行数据交互，展示与生产线相同的安全级操作，支持对操作人员的模拟操作过程进行考核评估。操作培训考核系统通过API接口(Application ProgrammingInterface，应用程序编程接口)分别向虚拟现场设备和仿真接口软件发送命令，仿真接口软件中的命令联动软件向虚拟控制器发送联动命令，以完成操作培训考核相关任务。

可选地，仿真接口软件包括解析单元和传输单元。解析单元，用于解析从虚拟现场设备获取的逗号分隔值CSV文件点表信息。传输单元，与解析单元连接，用于通过对象链接与嵌入的过程控制OPC协议传输虚拟控制器和虚拟现场设备之间的数据。

本实施例中，仿真接口软件相当于数据的中间件，接收和发送不同系统的设计数据和操作命令。具体地，虚拟控制器与仿真接口软件之间进行实时数据读写，仿真接口软件与OPC服务器软件之间通过OPC协议访问，OPC服务器软件与现场仿真软件之间进行数据读写，现场仿真软件向仿真接口软件传输CSV对点文件，仿真接口软件的解析单元用于解析CSV文件点表信息(即CSV对点文件)，仿真接口软件的传输单元用于通过OPC协议发送/接收不同系统的设计数据和操作命令。

可选地，操作盘台模拟系统包括操作盘台和信号采集模块。

操作盘台，用于接收操作人员进行与实际生产线安全级操作相同的所述操作信号。

信号采集模块，与操作盘台连接，用于将操作盘台产生的所述操作信号发送至安全控制策略模拟模块，并将安全控制策略模拟模块反馈的目标参数的状态变化数据发送给操作盘台。信号采集模块用于采集和输出开关量数据、模拟量数据，其目的是完成操作盘台模拟系统和安全控制策略模拟模块之间的数据交互。操作盘台与信号采集模块之间通过硬接线连接，可提高数据传输的可靠性。

本实施例中，操作盘台包括1:1的实物操作盘台和模拟操作盘台。操作盘台模拟系统通过建立与生产线安全级操作盘台相同的操作盘台，操作人员可以在操作盘台上进行与实际生产线相同的安全级操作，对操作人员的模拟操作过程进行考核评估。其中，生产线安全级手动操作盘和应急控制盘功能完全相同，是安全级模拟保护系统的人机接口设施，用于特定设计基准事件发生过程中、发生后的应急处置，以减轻事故后果。操作盘台模拟系统仅模拟应急控制盘功能，模拟以下RC(Radiation Classification，辐射分类)级显示及手动操作功能：C4区安全级排风系统的参数监视、报警；C4区安全级排风系统的设备控制、设备状态监视、报警；安全级蒸汽系统设备控制、设备状态监视、报警；柴油发电机组通风系统的设备控制、设备状态监视、报警；安全级柴油发电机的状态监视、报警、控制；安全级应急电源的状态监视、报警、控制。该模拟控制盘台由传统不可编程固态设备、机电式继电器、显示设备及人工操作的开关等设备搭建而成，操作盘台和信号采集模块通过硬接线相连，信号采集模块与运维仿真机的安全控制策略模拟模块通过对象链接与嵌入的过程控制OPC接口进行信息交互，其中，本实施例中多采用OPC接口，OPC接口的优势在于其开放性、简化集成、降低成本、提高可靠性、支持多种通信协议和提供标准化数据格式等特点，使得设备与软件之间的通信更加方便、高效和可靠。

可选地，信号采集模块用于通过对象链接与嵌入的过程控制OPC接口与安全控制策略模拟模块进行信息交互，操作盘台用于模拟安全级蒸汽系统、柴油发电机组通风系统、安全级排风系统的设备控制、设备状态监视、报警，操作盘台还用于模拟安全级柴油发电机、安全级应急电源的状态监视、报警、控制。

可选地，生产线安全级控制系统运维仿真机还包括定期试验装置，定期试验装置通过硬接线与操作盘台模拟系统连接，用于接收操作人员对操作盘台进行模拟操作的操作信号，定期试验装置通过TCP/IP协议与操作培训考核系统进行数据传输。定期试验装置用于模拟现场设备，使用多路、多种类型模拟信号源提供模拟仿真输入信号和现场设备仿真信号，通过硬接线接口注入信号采集模块。利用定期试验测试软件，通过手动控制或自动控制为生产线安全级控制系统建立初始测试环境，通过测试系统工程师站人机接口界面，可以修改每个仿真信号的输出值，从而仿真机组各类工况，触发、复位相关通道，验证测试系统中相关报警是否正确触发、测量相应保护是否正确输出，从而达到功能仿真测试的目的。从而使得专业技术人员可通过本实施例的运维仿真机进行生产线不同方式、不同工况下的运行试验，对控制系统组态及参数整定的试验研究，取得改进设备及控制系统、优化生产线操作的实际指导，此外，具备对生产线的故障原因和结果进行分析的能力，通过故障处理培训和反事故演习，达到改进运行操作和提高制定反事故对策能力的目的。

本实施例的生产线安全级控制系统运维仿真机，通过将操作人员对操作盘台进行与实际生产线安全控制系统相同的操作产生的操作信号输入至安全控制策略模拟模块，由安全控制策略模拟模块根据操作信号进行安全控制逻辑模型运算，得到生产线安全级控制系统中被控设备在启动、运行或停止过程中目标参数的状态变化数据，并将状态变化数据反馈至操作盘台模拟系统进行界面展示，从而使操作人员通过运维仿真机提供的半实物仿真手段熟练掌握事故工况下的应急操作，避免误操作，保证生产线安全控制功能的实现。该运维仿真机还具有如下效果：

(1)具备完善的运行人员培训功能，提供向受训人员展现正常和故障情况的实际现场运行状态，有效地提高运行人员的专业知识、操作技能、应变能力和熟练程度，使运行人员经培训后能熟练地掌握生产线启停过程和维持正常运行的全部操作，学会处理异常、紧急事故的技能，提高实际操作能力和分析判断能力，训练应急处理能力，确保生产线安全、经济运行。

(2)具备对岗位运行人员和技术管理人员进行定期轮训，作为上岗、晋升前的考核手段，客观地反映实际操作能力和分析判断能力。

(3)具备对生产线的故障原因和结果进行分析的能力，通过故障处理培训和反事故演习，达到改进运行操作和提高制定反事故对策能力的目的。

(4)利用仿真机的分析研究功能，专业技术人员可通过仿真机进行生产线不同方式、不同工况下的运行试验，对控制系统组态及参数整定的试验研究，取得改进设备及控制系统、优化生产线操作的实际指导。

实施例2：

本实施例提供一种生产线安全级控制系统运维仿真机，其中，如图3所示的生产线安全级控制系统运维仿真机的硬件系统的网络拓扑图，生产线安全级控制系统运维仿真机的硬件系统包括安全控制策略模拟模块(虚拟分散处理单元DPU)、信号采集模块、操作盘台、教练员/操作员站、工程师站、电源系统以及各种环境仿真设备。硬件系统通讯通过I/O接口与计算机系统、仿真控制盘台等进行数据交换，采用通用的、标准的通讯方式，保证硬件系统的实时性和精度要求并留有足够的裕量。生产线安全级控制系统运维仿真机的硬件系统在实现仿真机系统的全部功能和性能指标的前提下，配置做到简单、先进，选用设备的性能指标与之相匹配。下面说明硬件系统各组成部分的功能：

(1)安全控制策略模拟模块：

安全控制策略模拟模块以仿真主计算机为核心，与仿真控制盘台及各下位机相互连接形成局域网，实现各部分间的高速数据通讯。仿真主计算机用来存放和运行仿真支撑软件、模型软件及控制程序，以控制仿真机系统的运行。仿真主计算机是仿真机系统的核心部分，其性能直接影响到仿真机系统的性能。为了确保仿真机系统的功能与性能，仿真主计算机一般选择先进的通用机型。仿真主计算机在满足各种工况的实时要求的同时必须保证在最大负荷下CPU和内存容量有足够的裕量，为以后扩充留下足够的空间。

(2)信号采集模块：

信号采集模块在仿真控制盘台与计算机系统之间进行数据交换，采用工业标准接口；I/O接口的转换精度要高于系统仪表的精度以保证系统的精度；I/O接口的转换速率、传输速度要同计算机系统相匹配；I/O接口要有足够的裕量，方便以后扩充。

(3)操作盘台：

操作盘台是设置在仿真主控制室内，对运行人员进行培训的设备。为了确保仿真机系统的培训效果，仿真机系统控制室的总体布置、结构、工作条件等要与实际的主控制室相似；操作盘台的外形、尺寸、颜色、类型以及盘面布置等都要按现场实际控制盘台进行设计、选购和布置，并且功能也要一致；操作盘台的仪表、装置的信号直接与仿真主计算机交换，其功能将全部由主计算机系统仿真。

(4)教练员台：

教练员台是教练员和仿真机系统之间的接口，教练员通过教练员台控制仿真机系统的运行并监督运行人员的操作，实现仿真机系统的培训功能。

(5)工程师站：

工程师站是仿真软件开发人员用于开发、调试、维护仿真软件的专用设备。工程师站是一台或多台与教练员台相近的服务器。对工程师站的操作可完成对组态工作站的配置。

(6)操作员站：

操作员站是操作人员进行仿真机系统培训的操作平台，操作人员通过操作员站操作操作盘台，从而进行仿真机的在线培训、虚拟操作、培训考试等。

此外，如图2所示，生产线安全级控制系统运维仿真机包括安全级控制策略模拟模块、操作盘台模拟系统、操作培训考核系统。安全级控制策略模拟模块包括组态工作站(逻辑组态工具进行逻辑组态)、虚拟控制器(即虚拟机)，以及，虚拟现场设备。仿真过程数据由生产线的工艺模型产生，经由接口软件接入虚拟控制器。各模块功能特点：

生产线安全级控制系统运维仿真机的功能具备与实际现场1:1的操作盘台，所有安全控制逻辑与实际逻辑完全相同：

(1)具备安全级排风系统、柴油发电机通风系统、安全级蒸汽系统、闸板阀系统、应急柴油机系统的仿真功能。

(2)能实时仿真模拟排风系统干管压力检测；安全级风机、电动密闭阀的启动驱动；安全级柴油发电机的开启；蒸汽系统温度、压力检测；安全级蒸汽阀门关闭驱动；安全级用电设备的卸载与加载。

(3)操作培训考核系统具备仿真机初始条件、初始条件复位、运行冻结、快照、追溯回放、教练员动作、故障的就地操作功能、故障模拟功能。

实施例3：

本实施例提供一种生产线安全级控制系统运维仿真机，包括安全控制策略模拟模块(虚拟DPU)、信号采集模块、操作盘台、教练员/操作员站、工程师站、电源系统以及各种环境仿真设备等部分组成。

安全控制策略模拟模块，被配置为基于生产线安全级控制功能图，结合生产线具体安全控制对象，建立包含所有安全控制逻辑功能的安全控制逻辑模型。被控对象模型，主要模拟正常和设计基准事故下的生产线安全级被控对象的运行状态、故障状态，具备对安全操作进行状态反馈。其中，被控对象模型(包括风机、阀门、柴油发电机、传感器)建立后，模拟操作盘台从组态库中调取数据，实现模型参数可视化界面配置，包括信号接口有效性配置、信号组态配置、真值表配置、初始状态配置、延迟/开启时间配置、强制模式配置。

操作盘台模拟系统包括操作盘台和信号采集模块，操作盘台和信号采集模块通过硬接线连接，通过模块间数据交互来实现系统功能。通过建立与生产线安全级操作盘台相同的操作盘台，操作人员可以在操作盘台上进行与实际生产线相同的安全级操作，对操作人员的模拟操作过程进行考核评估。其中，信号采集模块的模型及工况数据库由用例库、组态库和设备库组成。用例库包括用例信息表、用例数据表、执行过程表和仿真设计表，用例数据传递给设备库，和仿真模型共同构成设备库数据；组态库包括DCS变量表、I/O通道表、变量通道映射表，组态数据作为操作用例的基础数据；设备库包括仿真设备表、设备参数表，设备数据作为组态逻辑计算的基础数据。

教练员/操作员站，用于以安全控制策略和安全级控制系统操作规程为考核依据，记录并评估操作人员的模拟操作过程，考核操作人员对操作流程以及故障工况应对的熟悉程度、响应速度和操作合规程度。

其中，教练员站调取用例库数据自动加载模型，教练员下达的模型加载指令经由信号采集模块上传至操作盘台，操作盘台调取设备库中对应的仿真设备表，选择对应模型，在其人机交互界面HMI上加载及刷新仿真模型。仿真模型加载完毕后，通过调取设备库中对应的设备参数表，进行工况加载参数初始化。操作员进行模拟操作，该用例数据经由安全控制策略模块内部逻辑计算，产生的状态反馈信号通过硬接线上传至操作盘台。

在一些实施方式中，对安全控制策略模拟模块进行开发，包括以下步骤：

步骤101：确立生产线具体安全控制对象。安全控制对象设计范围主要包括安全级排风系统、柴油发电机房通风系统和安全级蒸汽系统、闸板阀系统等。

步骤102：设计具体安全控制功能。安全控制策略模拟模块模拟的具体安全操作功能包括：排风系统干管的压力监测、安全级风机和电动密闭阀的启动驱动功能、安全级柴油发电机的开启驱动功能、蒸汽系统温度和压力监测、安全级蒸汽阀门关闭驱动功能、安全级百叶窗的开启驱动功能、上述安全级用电设备的卸载与加载等；

步骤103：设计模块内部的安全控制逻辑。安全控制策略模块根据操作盘台模拟系统反馈的操作员操作指令或根据内部控制逻辑，生成相应系统的状态反馈信号，具体包括：通风系统的状态反馈、蒸汽阀门的状态反馈、系统的卸载指示、柴油机系统运行状态反馈、柴油机卸载反馈、应急控制盘可用反馈等；安全控制策略模块根据操作盘台模拟系故障信号引入或根据内部控制逻辑，生成相应系统的状态反馈信号，具体包括：通风系统的故障报警、蒸汽阀门的温度报警、10kV电源失压0.9s反馈、10kV电源持续失压反馈、断路器合闸TPL(旋转按压指示灯Turn Push lamp)位置不一致信号不一致反馈等。

在一些实施方式中，对所述操作盘台模拟系统进行开发，操作盘台模拟系统包括模拟操作盘台和信号采集模块。具体包括以下步骤：

步骤201：模拟操作盘台功能设计。模拟操作盘台的盘面布置与实际生产线安全级控制系统操作盘台完全相同，用于模拟真实操作环境，操作人员可以在操作盘台上进行与实际生产线相同的安全级操作。生产线安全级手动操作盘和应急控制盘功能完全相同，是安全级模拟保护系统的人机接口设施，用于特定设计基准事件发生过程中、发生后的应急处置，以减轻事故后果。操作盘台模拟系统仅模拟应急控制盘功能，模拟以下RC级显示及手动操作功能：C4区安全级排风系统的参数监视、报警；C4区安全级排风系统的设备控制、设备状态监视、报警；安全级蒸汽系统设备控制、设备状态监视、报警；柴油发电机组通风系统的设备控制、设备状态监视、报警；安全级柴油发电机的状态监视、报警、控制；安全级应急电源的状态监视、报警、控制。

步骤202：模拟操作盘台指示信号设计。盘台上的状态指示信号、传感器信号来自安全控制策略模拟模块，具体包括如下信号：安全级排风系统的压力信号、系统状态指示、系统故障报警、机组卸载指示、负压报警；蒸汽系统的温度信号、压力信号，温度报警、阀门的状态反馈信号；应急母线失压信号、持续失压信号、断路器合闸TPL(旋转按压指示灯TurnPush lamp)位置不一致信号、安全级柴油机状态指示、卸载指示；应急控制盘可用指示信号等。盘台上的操作指令通过信号采集模块下发至安全控制策略模拟模块，具体包括如下指令：安全级排风系统的启动、停止、复位指令；蒸汽系统的阀门的开关指令；安全级柴油机启动指令，应急电源系统合闸选择；释放按钮、报警确认按钮、试灯按钮；动操作盘与应急操作盘切换开关(三取二)等。

步骤203：模拟操作盘台和信号采集模块的数据交互。信号采集模块采用专用硬件仿真平台模块，主要实现对操作盘台的操作指令的采集，以及将逻辑处理后的状态反馈信号通过硬接线上传至操作盘台。信号采集模块能够匹配主流的硬件接口与软件通讯，满足与其他不同类型控制系统或设备的通讯功能，支持Modbus、TCP/IP、OPC等通信接口。模拟控制盘台由传统不可编程固态设备、机电式继电器、显示设备及人工操作的开关等设备搭建而成，模拟控制盘台和信号采集模块通过硬接线相连，信号采集模块与运维仿真机的安全控制策略模拟模块通过OPC接口进行信息交互。

在一些实施方式中，对所述操作培训考核系统进行开发，设计考核场景设定模块、操作过程记录模块和操作评估模块。具体包括以下步骤：

步骤301：教练员通过考核场景设定模块，设定相关操作规程、引入事故工况，生成考核场景。考核场景设定模块具备基本操作考核、随机设定故障场景功能；

步骤302：操作过程记录模块记录操作人员的操作过程，数据采集至数据库，以便后继进行考核评估。

步骤303：操作评估模块以安全控制策略和安全级控制系统操作规程为考核依据，对操作人员的操作过程进行考核，形成结论。

本实施例的生产线安全级控制系统运维仿真机，基于生产线安全级控制功能图，结合生产线具体安全控制对象，建立包含所有安全控制逻辑功能的安全控制逻辑模型。建立与生产线安全级操作盘台相同的操作盘台，通过操作盘台和信号采集模块之间的数据交互，操作人员可以在操作盘台上进行与实际生产线相同的安全级操作，对其模拟操作进行考核评估。以安全控制策略和安全级控制系统操作规程为考核依据，记录并评估操作人员的模拟操作过程，考核操作人员对操作流程以及故障工况应对的熟悉程度、响应速度和操作合规程度。

操作人员依托生产线安全级控制系统运维仿真机进行培训练习，以熟练掌握正常工况、异常工况及事故状态条件下对生产线的全部操作，达到可实际上岗操作，同时在一定程度上也能指导生产线的调试及运行。提升操作运维人员在事故工况下的安全级控制系统操作的熟练程度，避免误操作，保证生产线安全控制功能的实现，满足核材料生产线安全级控制系统操作和运维培训的需要。

实施例4：

本实施例提供一种生产线安全级控制系统运维的仿真方法，包括：基于实施例1或实施例2或实施例3所述的生产线安全级控制系统运维仿真机开展生产线安全级控制系统在不同工况下的运行仿真。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种生产线安全级控制系统运维仿真机，其特征在于，包括操作盘台模拟系统和安全控制策略模拟模块，

操作盘台模拟系统，与安全控制策略模拟模块连接，用于将操作盘台产生的操作信号发送至安全控制策略模拟模块，并显示安全控制策略模拟模块反馈的目标参数的状态变化数据，

安全控制策略模拟模块，用于根据所述操作信号进行安全控制逻辑模型运算，得到生产线安全级控制系统中被控设备在启动、运行或停止过程中目标参数的状态变化数据，并将所述状态变化数据反馈至操作盘台模拟系统。

2.根据权利要求1所述的生产线安全级控制系统运维仿真机，其特征在于，还包括操作培训考核系统，

操作培训考核系统，分别与操作盘台模拟系统和安全控制策略模拟模块连接，用于根据安全控制策略和操作规程评估操作人员对操作盘台的模拟操作是否合规。

3.根据权利要求2所述的生产线安全级控制系统运维仿真机，其特征在于，操作培训考核系统包括考核场景设定模块、操作过程记录模块和操作评估模块，

考核场景设定模块，用于设定生产线安全级控制系统的安全控制策略和事故工况，以生成考核场景，

操作过程记录模块，与考核场景设定模块连接，用于记录操作人员在考核场景中对操作盘台的模拟操作，

操作评估模块，与考核场景设定模块和操作过程记录模块连接，用于根据安全控制策略和操作规程评估操作人员在考核场景中对操作盘台的模拟操作是否合规。

4.根据权利要求1所述的生产线安全级控制系统运维仿真机，其特征在于，安全控制策略模拟模块包括组态工作站、虚拟机和虚拟现场设备，

组态工作站，用于配置生产线安全级控制系统的逻辑功能组态，

虚拟机，与组态工作站和虚拟现场设备连接，用于下载逻辑功能组态，并生成与逻辑功能组态对应的控制逻辑功能，还用于与虚拟现场设备通讯以建立包含所有控制逻辑功能的安全控制逻辑模型，并根据所述操作信号进行安全控制逻辑模型运算，

虚拟现场设备，用于采用虚拟数据处理单元技术模拟生产线安全级控制系统中被控设备的运行状态、故障状态，并对模拟操作进行状态反馈。

5.根据权利要求4所述的生产线安全级控制系统运维仿真机，其特征在于，虚拟机包括虚拟控制器和仿真接口软件，

虚拟控制器，用于采用虚拟数据处理单元技术设计生产线的虚拟机，并根据下载的逻辑功能组态生成对应的控制逻辑功能，建立安全控制逻辑模型并根据所述操作信号进行安全控制模型运算，

仿真接口软件，与虚拟控制器和虚拟现场设备连接，用于传输虚拟控制器和虚拟现场设备之间的数据。

6.根据权利要求5所述的生产线安全级控制系统运维仿真机，其特征在于，仿真接口软件包括解析单元和传输单元，

解析单元，用于解析从虚拟现场设备获取的逗号分隔值CSV文件点表信息，

传输单元，与解析单元连接，用于通过对象链接与嵌入的过程控制OPC协议传输虚拟控制器和虚拟现场设备之间的数据。

7.根据权利要求1所述的生产线安全级控制系统运维仿真机，其特征在于，操作盘台模拟系统包括操作盘台和信号采集模块，

操作盘台，用于接收操作人员进行与实际生产线安全级操作相同的所述操作信号，

信号采集模块，与操作盘台连接，用于将操作盘台产生的所述操作信号发送至安全控制策略模拟模块，并将安全控制策略模拟模块反馈的目标参数的状态变化数据发送给操作盘台。

8.根据权利要求7所述的生产线安全级控制系统运维仿真机，其特征在于，操作盘台包括实物操作盘台和模拟操作盘台。

9.根据权利要求7所述的生产线安全级控制系统运维仿真机，其特征在于，信号采集模块用于通过对象链接与嵌入的过程控制OPC接口与安全控制策略模拟模块进行信息交互，

操作盘台用于模拟安全级蒸汽系统、柴油发电机组通风系统、安全级排风系统的设备控制、设备状态监视、报警，

操作盘台还用于模拟安全级柴油发电机、安全级应急电源的状态监视、报警、控制。

10.一种生产线安全级控制系统运维的仿真方法，其特征在于，包括：

基于权利要求1-9任一项所述的生产线安全级控制系统运维仿真机开展生产线不同工况下的运行仿真。