核電廠計(jì)算機(jī)防人因失誤鼠標(biāo)研制與應(yīng)用

福建福清核電有限公司 吳松林 葉 琦 陳湛楊

引言

當(dāng)前新建核電廠所采用的全廠控制系統(tǒng)均為DCS控制系統(tǒng)，維修和運(yùn)行等部門在日常工作中都需要在工作站上對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行操作，如果操作錯(cuò)誤導(dǎo)致設(shè)備誤動，有可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，嚴(yán)重時(shí)甚至產(chǎn)生停機(jī)停堆的風(fēng)險(xiǎn)及人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)。其中由于工作人員需要進(jìn)行大量鼠標(biāo)操作，所以鼠標(biāo)的防人因失誤設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。通過對鼠標(biāo)工作原理、結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部器件進(jìn)行優(yōu)化和變革，使其能夠滿足防人因失誤要求。

1.防人因失誤鼠標(biāo)研發(fā)背景

防人因失誤鼠標(biāo)的發(fā)明思路來源于儀控日常維修工作。儀控專業(yè)在日常工作中需要在DCS平臺上進(jìn)行組態(tài)強(qiáng)制和修改等操作，此類操作容易產(chǎn)生人因失誤，導(dǎo)致組態(tài)強(qiáng)制或修改錯(cuò)誤，進(jìn)而造成設(shè)備誤動。防人因失誤鼠標(biāo)需要操作監(jiān)護(hù)人員雙重確認(rèn)才可點(diǎn)擊生效，增加一道實(shí)體隔離能有效避免人員誤操作導(dǎo)致組態(tài)強(qiáng)制或修改錯(cuò)誤。

2.核電廠計(jì)算機(jī)防人因失誤鼠標(biāo)的研制

防人因失誤鼠標(biāo)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、實(shí)體隔離切換開關(guān)、智能記憶語音模塊、揚(yáng)聲器組成。以鼠標(biāo)左鍵作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)為例，在鼠標(biāo)電路板上將鼠標(biāo)左鍵的控制回路斷開，串聯(lián)焊接一個(gè)實(shí)體隔離切換操作開關(guān)。此開關(guān)有兩種工作模式，第一種工作模式是執(zhí)行允許指令，將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制回路導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)其控制功能，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以下發(fā)指令；第二種工作模式是執(zhí)行拒絕指令，將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制回路斷開，實(shí)現(xiàn)其控制閉鎖功能，執(zhí)行機(jī)構(gòu)無法下發(fā)指令。

同時(shí)此操作開關(guān)可以控制智能記憶語音模塊，當(dāng)?shù)谝淮伟聪虏僮鏖_關(guān)時(shí)，智能記憶語音模塊切換到模式一，第二次按下操作開關(guān)時(shí)，智能記憶語音模塊切換到模式二。智能記憶語音模塊功能強(qiáng)大，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行定義為按鍵操作模式或其他記憶模式。在按鍵操作模式下，還可以細(xì)化定義為單次循環(huán)控制模式、多次循環(huán)操作模式及自定義編程模式。智能語音模塊的供電模式可根據(jù)實(shí)際情況選擇內(nèi)部供電或外部供電，其供電電壓為3-5V之間，抗干擾能力強(qiáng)。以防人因鼠標(biāo)為例，智能語音模塊可使用鼠標(biāo)USB供電，也可采用外接干電池供電。

由于在日常工作中，主要使用鼠標(biāo)左鍵進(jìn)行選擇及操作設(shè)備，其使用頻率較高。例如儀控人員在進(jìn)行數(shù)據(jù)強(qiáng)制時(shí)，用鼠標(biāo)左鍵選中需要強(qiáng)制的數(shù)據(jù)，再點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵進(jìn)行狀態(tài)改變；運(yùn)行人員在對設(shè)備進(jìn)行操作時(shí)，同樣也是用鼠標(biāo)左鍵進(jìn)行選擇設(shè)備，再點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)切換，故鼠標(biāo)左鍵在工作中運(yùn)用廣泛。

本次改造只對鼠標(biāo)左鍵進(jìn)行改造。鼠標(biāo)左鍵作為本次改造的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，首先需要改造其控制回路。在鼠標(biāo)的電路板上，找出鼠標(biāo)左鍵的控制回路，將鼠標(biāo)左鍵的按鈕到鼠標(biāo)芯片控制回路切斷，并串聯(lián)焊接一個(gè)帶自保持功能的實(shí)體隔離開關(guān)，用于監(jiān)護(hù)人員對鼠標(biāo)左鍵的控制功能進(jìn)行閉鎖及釋放。當(dāng)帶保持功能的開關(guān)閉合時(shí)，鼠標(biāo)左鍵的控制回路導(dǎo)通，鼠標(biāo)左鍵功能能正常實(shí)現(xiàn)；當(dāng)帶保持功能的開關(guān)斷開時(shí)，鼠標(biāo)左鍵的控制回路斷開，此時(shí)鼠標(biāo)左鍵處于不可用狀態(tài)。為了增加新增實(shí)體隔離開關(guān)的可靠性，我們選擇開關(guān)時(shí)選擇的是帶兩付觸點(diǎn)并聯(lián)的冗余性實(shí)體隔離開關(guān)。當(dāng)某一對觸點(diǎn)故障時(shí)，另一對能正常實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能，增加了改造設(shè)備的可靠性。

智能記憶語音模塊的核心是語音芯片，本次采用了WT2003S-20SS系列語音芯片，該芯片支持采樣率8-48KHz，比特率8-320Kbps的MP3音頻文件，并且可通過TF卡或者U盤把音頻文件拷貝到語音芯片中，可方便的錄制自己需要的語音。語音芯片的供電為DC3.0-5.5V，可采用干電池供電或用鼠標(biāo)的電源供電。WT2003S-20SS的控制方式多樣，主要有按鍵控制模式、串口控制模式，并且可自定義語音文件播放順序。

本次改造的防人因失誤鼠標(biāo)中，WT2003S-20SS的控制方式采用的是按鍵控制循環(huán)播放模式，同時(shí)將按鍵控制與實(shí)體隔離開關(guān)聯(lián)系起來，按一下按鍵播放下一個(gè)音頻。根據(jù)儀控專業(yè)的工作性質(zhì)，我們可通過TF卡在語音芯片內(nèi)預(yù)先設(shè)定好兩條語音：“此步驟需要監(jiān)護(hù)”及“正確，請執(zhí)行”。當(dāng)操作人員執(zhí)行到需要監(jiān)護(hù)的重要操作時(shí)，按一下操作開關(guān)，此時(shí)鼠標(biāo)左鍵控制回路被斷開，同時(shí)語音芯片接收到指令播放“此步驟需要監(jiān)護(hù)”。監(jiān)護(hù)人員對即將進(jìn)行的操作核實(shí)后，再按一下操作開關(guān)釋放操作權(quán)限，此時(shí)鼠標(biāo)左鍵控制回路閉合，同時(shí)語音芯片接受到指令播放“正確，請執(zhí)行”。操作權(quán)限得到釋放后做操人員才可繼續(xù)執(zhí)行操作。

3.防人因失誤鼠標(biāo)適用范圍及安全性

防人因失誤鼠標(biāo)只對鼠標(biāo)電路進(jìn)行簡單修改，經(jīng)過多次驗(yàn)證有效，適用于各類重要的工程師站的操作。當(dāng)鼠標(biāo)硬件故障時(shí)，只會影響鼠標(biāo)左鍵控制回路的斷開和閉合，不影響其他部件的使用，只會導(dǎo)致無法下發(fā)命令，不會誤發(fā)命令，風(fēng)險(xiǎn)處于可控狀態(tài)。在風(fēng)險(xiǎn)可控的同時(shí)，大大降低了誤操作風(fēng)險(xiǎn)，保證操作的可靠性。

同時(shí)，防人因失誤鼠標(biāo)可根據(jù)不同工作內(nèi)容的需求，進(jìn)行改造。例如，在進(jìn)行培訓(xùn)時(shí)，可根據(jù)培訓(xùn)廠家設(shè)定不同按鍵的不同功能。在學(xué)員執(zhí)行了正確操作后，對其進(jìn)行鼓勵(lì)；當(dāng)學(xué)員執(zhí)行的操作不正確時(shí)，可設(shè)置語音提示，讓其再次操作。增加培訓(xùn)內(nèi)容與學(xué)員之間的互動，提高培訓(xùn)效果。防人因失誤鼠標(biāo)的技術(shù)同樣可以同在鍵盤上，生產(chǎn)防人因失誤鍵盤，同理控制鍵盤的回車鍵等。在進(jìn)行DCS組態(tài)下裝時(shí)，通過控制下發(fā)命令的按鍵，雙重確認(rèn)，保證下發(fā)命令的準(zhǔn)確性。

4.應(yīng)用情況及存在的問題

目前，防人因失誤鼠標(biāo)模型已經(jīng)制作完成，并在DCS測試平臺進(jìn)行了測試。在進(jìn)行DCS組態(tài)強(qiáng)制時(shí)，工作人員A請求工作人員B進(jìn)行監(jiān)護(hù)，工作人員B按下實(shí)體隔離切換開關(guān)，此時(shí)工作人員A點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，鼠標(biāo)左鍵無法繼續(xù)下發(fā)命令；工作人員B確認(rèn)即將進(jìn)行的操作無誤，再次按下實(shí)體隔離切換開關(guān)，鼠標(biāo)左鍵可以下發(fā)命令，正常操作。經(jīng)過多次不同類型的操作驗(yàn)證，鼠標(biāo)功能可靠性高。

核電廠中由于操作錯(cuò)誤導(dǎo)致運(yùn)行事件時(shí)有發(fā)生，防人因失誤鼠標(biāo)是一種加強(qiáng)雙重確認(rèn)的實(shí)體措施，讓防人因失誤工具不僅僅是停留在口頭上。增加一層實(shí)體屏障，可以在工作中更有效的避免人因失誤，大大提高工作人員操作的準(zhǔn)備性。

目前存在的問題是引入新的工作工具，需要一段時(shí)間的適應(yīng)，可能由于工作人員試用不熟練而增加工作時(shí)間。但是經(jīng)過一段時(shí)間推廣，相信防人因失誤鼠標(biāo)能夠被大家接受并廣泛運(yùn)用于工作中。