第三代先進(jìn)壓水堆報(bào)警系統(tǒng)（APS）的仿真實(shí)現(xiàn)

劉亞飛　劉純

摘 要：為滿足第三代先進(jìn)壓水堆全范圍模擬機(jī)開(kāi)發(fā)需要，對(duì)APS報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、人機(jī)界面等方面進(jìn)行了深入研究。在此基礎(chǔ)上，采用開(kāi)發(fā)成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單、可信度和逼真度高的DCS仿真技術(shù)，開(kāi)發(fā)了模擬機(jī)用第三代先進(jìn)壓水堆儀控系統(tǒng)非安全級(jí)平臺(tái)報(bào)警系統(tǒng)仿真軟件。

關(guān)鍵詞：第三代先進(jìn)壓水堆 APS 報(bào)警系統(tǒng) 仿真

中圖分類號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）09（a）-0026-02

Abstract：In order to meet the development requirements of the third generation advanced PWR full scope simulator， the architecture， functionality and HMI of APS alarm system are intensively studied. And then， a simulation software of the third generation advanced PWR I&C system non-safety platform is developed for a simulator by the adoption of a DCS simulation technology with low-costing， easy maintaining， high credibility and fidelity.

Key Words：The third generation advanced PWR； APS； Alarm system； Simulation

APS系統(tǒng)是西屋公司在第三代先進(jìn)壓水堆儀控系統(tǒng)非安全級(jí)平臺(tái)上專門(mén)開(kāi)發(fā)的新一代報(bào)警系統(tǒng)，負(fù)責(zé)監(jiān)視和處理報(bào)警數(shù)據(jù)、操作員報(bào)警提示和報(bào)警屬性信息查詢，引導(dǎo)操作員正確地處理這些報(bào)警。與在火電版Ovation平臺(tái)上普遍應(yīng)用的基準(zhǔn)報(bào)警系統(tǒng)（Basic Alarm System）相比，APS具有界面清晰、信息量大、功能靈活多樣的優(yōu)點(diǎn)，有利于操作員掌握全廠報(bào)警信息，并做出快速正確的報(bào)警響應(yīng)[3]。

1 對(duì)APS報(bào)警系統(tǒng)的研究

1.1 APS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

APS應(yīng)用程序采用Java開(kāi)發(fā)，為服務(wù)器/客戶端結(jié)構(gòu)。其中APS報(bào)警服務(wù)器程序運(yùn)行在專用的服務(wù)器上，主備冗余，集中處理所有的報(bào)警數(shù)據(jù)[4]。

APS報(bào)警客戶端程序包括：

操作員站客戶端：運(yùn)行在各個(gè)操作員站上，是報(bào)警管理的工具；

大屏幕客戶端：運(yùn)行在兩個(gè)大屏幕的工作站上，分別顯示一回路和二回路的報(bào)警光字牌。

1.2 APS主要功能

APS報(bào)警服務(wù)器的功能主要有：

監(jiān)視報(bào)警狀態(tài)的變化；

讀/寫(xiě)報(bào)警歷史文件；

控制報(bào)警聲音；

處理各個(gè)客戶端的請(qǐng)求；

傳遞操作員的報(bào)警操作。

報(bào)警客戶端的功能有：

顯示電廠實(shí)時(shí)或歷史報(bào)警；

以聲光方式引起操作員注意；

引導(dǎo)操縱員處理報(bào)警；

記錄操作員日志。

1.3 APS界面設(shè)置

圖1是APS操作員站客戶端的主界面，它由兩大部分組成，上部分是報(bào)警光字牌，下部分是報(bào)警清單。報(bào)警光字牌是對(duì)報(bào)警信息的分組，上面的小光字牌按系統(tǒng)分組，下面的大光字牌按設(shè)備分組。報(bào)警清單主要包含報(bào)警時(shí)間、系統(tǒng)名、點(diǎn)名、描述、報(bào)警類型、單位、點(diǎn)質(zhì)量、報(bào)警限值和報(bào)警優(yōu)先級(jí)等屬性。

1.4 APS報(bào)警分類

APS的報(bào)警狀態(tài)（status）有以下4種[5]：

NEW：新報(bào)警；

ACK：已確認(rèn)；

UNACK：未確認(rèn)；

CLEAR：已消除。

APS的報(bào)警分為4個(gè)優(yōu)先級(jí)（Priority

1～4），數(shù)字越小，優(yōu)先級(jí)越高。出現(xiàn)新報(bào)警時(shí)，光字牌和報(bào)警清單都會(huì)顯示對(duì)應(yīng)的顏色：1級(jí)報(bào)警為紅色，2級(jí)報(bào)警為橙色，3級(jí)報(bào)警為黃色，4級(jí)報(bào)警為天藍(lán)色。多種級(jí)別的報(bào)警同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，顯示優(yōu)先級(jí)最高的顏色。各級(jí)報(bào)警消除后都顯示綠色。

APS的報(bào)警類型根據(jù)報(bào)警點(diǎn)的類型各不相同，模擬量主要有高1/2/3/4/用戶自定義，低1/2/3/4/用戶自定義和RETURN；數(shù)字量和打包量則只有ALARM和RETURN兩種主要類型。

2 APS報(bào)警系統(tǒng)功能的仿真實(shí)現(xiàn)

2.1 技術(shù)方案的選擇

APS系統(tǒng)的仿真實(shí)現(xiàn)，是全范圍模擬機(jī)的DCS仿真的重要組成部分。為了保證軟件的逼真度，仿真的APS系統(tǒng)采用了和真實(shí)系統(tǒng)相近的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和報(bào)警計(jì)算程序設(shè)計(jì)方案（詳見(jiàn)2.2至2.4節(jié)）。但考慮到軟件的效率和靈活性，在開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和文件格式上做出了與真實(shí)系統(tǒng)不同的選擇。

仿真的APS報(bào)警系統(tǒng)采用QT編程開(kāi)發(fā)，與二層運(yùn)行平臺(tái)的其它軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言一致。QT具有較高的執(zhí)行效率、良好的跨平臺(tái)特性；QT設(shè)計(jì)界面方便、編程效率高，適用于開(kāi)發(fā)APS報(bào)警系統(tǒng)這種界面復(fù)雜、外觀要求高的軟件[1]。仿真的APS報(bào)警系統(tǒng)中的報(bào)警光字牌畫(huà)面采用XML格式儲(chǔ)存，與二層人機(jī)界面的文件格式一致。XML具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)法，能使模擬機(jī)軟件具有跨平臺(tái)跨系統(tǒng)的特性；XML是一種可擴(kuò)展的語(yǔ)言，有利于模擬機(jī)軟件開(kāi)發(fā)的靈活性；XML具有便捷的數(shù)據(jù)處理能力，可以很方便地與數(shù)據(jù)庫(kù)中的表進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，提高了模擬機(jī)軟件數(shù)據(jù)交互的效率[2]。

2.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第三代先進(jìn)壓水堆非安全級(jí)儀控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)以點(diǎn)（POINT）的概念存在。最常用的點(diǎn)類型有4種：LA、LP、LD、LC，分別對(duì)應(yīng)模擬量、打包量、開(kāi)關(guān)量和算法部件。點(diǎn)記錄采用結(jié)構(gòu)體方式記錄各種數(shù)據(jù)的全部信息，這些信息被定義為屬性字段。每個(gè)字段都是一個(gè)變量，根據(jù)其包含的信息內(nèi)容可能是整型、實(shí)型或字符型等。

模擬機(jī)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與真實(shí)系統(tǒng)一致，既定義了簡(jiǎn)單類型的變量，也定義了結(jié)構(gòu)體類型的變量。結(jié)構(gòu)體的組成字段可以在配置文件中自定義，同時(shí)在通訊程序中規(guī)定上傳和下發(fā)的字段名及掃描頻率。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

從功能劃分上說(shuō)，把報(bào)警的計(jì)算和響應(yīng)程序放在了仿真平臺(tái)的一層，監(jiān)視和操作程序放在了二層；從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上說(shuō)，采用了服務(wù)器/客戶端模式，由服務(wù)器讀/寫(xiě)報(bào)警實(shí)時(shí)和歷史庫(kù)，客戶端顯示報(bào)警信息并與操作員交互。

一層報(bào)警計(jì)算程序把模擬量、數(shù)字量或打包量的報(bào)警計(jì)算結(jié)果寫(xiě)入數(shù)據(jù)點(diǎn)的相關(guān)字段，這些字段在一層與二層通訊時(shí)實(shí)時(shí)更新。二層的報(bào)警服務(wù)器根據(jù)報(bào)警清單實(shí)時(shí)掃描二層數(shù)據(jù)服務(wù)器，一旦發(fā)現(xiàn)某個(gè)點(diǎn)的報(bào)警位被標(biāo)記，即將其寫(xiě)入實(shí)時(shí)報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)。各個(gè)操作員站的報(bào)警客戶端程序則以聲、光、列表等方式將報(bào)警信息顯示給操作員。操作員依照?qǐng)?bào)警響應(yīng)規(guī)程，在報(bào)警程序界面和流程圖界面對(duì)報(bào)警點(diǎn)和設(shè)備進(jìn)行操作，操作指令通過(guò)二層數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送到一層模型主機(jī)，由報(bào)警計(jì)算程序做出響應(yīng)。

2.4 報(bào)警計(jì)算程序設(shè)計(jì)

組態(tài)工程師在組態(tài)軟件中設(shè)定好報(bào)警相關(guān)字段的初值（包括高低報(bào)警限值，死區(qū)，報(bào)警優(yōu)先級(jí)等），存入配置庫(kù)。模擬機(jī)運(yùn)行時(shí)，報(bào)警計(jì)算程序掃描報(bào)警清單中的點(diǎn)，根據(jù)其點(diǎn)類型選擇調(diào)用的計(jì)算函數(shù)。以模擬量點(diǎn)的報(bào)警計(jì)算為例，函數(shù)首先判斷模擬量點(diǎn)是否被報(bào)警屏蔽，是否關(guān)閉了限值檢查和報(bào)警檢查。如果沒(méi)有，則按報(bào)警類型依次判斷當(dāng)前值是否超限，高類型的報(bào)警會(huì)屏蔽次高類型的。消除報(bào)警的判斷公式要加入死區(qū)，以避免擾動(dòng)。

3 結(jié)語(yǔ)

依托某第三代先進(jìn)壓水堆模擬機(jī)項(xiàng)目，APS報(bào)警系統(tǒng)仿真軟件已經(jīng)開(kāi)發(fā)完成并投入培訓(xùn)使用。經(jīng)與仿真模型、一層控制邏輯、二層流程圖畫(huà)面以及計(jì)算機(jī)化規(guī)程的集成測(cè)試，證明該仿真軟件能夠真實(shí)再現(xiàn)實(shí)物報(bào)警系統(tǒng)的監(jiān)視和計(jì)算功能，具有很高的逼真度、可靠性和穩(wěn)定性。在真實(shí)機(jī)組投運(yùn)之前，仿真的APS報(bào)警系統(tǒng)可以幫助操作員提前熟悉報(bào)警界面、功能、操作和響應(yīng)，對(duì)第三代先進(jìn)壓水堆機(jī)組的安全運(yùn)行具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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