一種新型的核電站主控室人機(jī)交互過程跟蹤系統(tǒng)

胡文皖，胡鵬，劉君發(fā)，潘烽

（福建寧德核電有限公司，福建福鼎,355200）

0 引言

隨著對電廠運(yùn)行安全性要求的不斷提高，對操縱員的操作的規(guī)范和流程的要求也越來越重視，操縱員的操作需要被方便的監(jiān)護(hù)與觀察，監(jiān)護(hù)人員可以及時發(fā)現(xiàn)和糾正[1]。目前，對于大部分核電站主控室來說，對操縱員的操作監(jiān)護(hù)，只能前往一回路或者二回路操作員站區(qū)域進(jìn)行觀察[2]。但受制于DCS鼠標(biāo)較小，并且在多塊屏幕中快速移動，導(dǎo)致監(jiān)視人員對操縱員的動作難以快速捕獲，容易出現(xiàn)注意力下降和視覺疲倦，從而降低對監(jiān)視能力，一些錯誤操作難以快速發(fā)現(xiàn)[3]。另外，核電站DCS系統(tǒng)對機(jī)組控制人員的所有操作內(nèi)容目前只能以日志的形式進(jìn)行存檔，回溯分析過程繁瑣且不直觀[4]。

1 人機(jī)交互過程跟蹤系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)概述

通過DCS鼠標(biāo)跟蹤監(jiān)視系統(tǒng)，將主控室一回路和二回路的兩組操作員站中的10個OPS計(jì)算機(jī)，分別顯示到POP二號和三號大屏幕背投液晶顯示器上，當(dāng)操縱員在任意一臺OPS主機(jī)屏幕上操作鼠標(biāo)時，對應(yīng)的POP大屏幕都會實(shí)時的切換到操縱員鼠標(biāo)所在的OPS畫面，即POP大屏幕背投液晶顯示器的畫面始終顯示的都是操縱員正在操作的OPS終端畫面。同時，可對所投放的畫面進(jìn)行錄屏保存，以便在事故發(fā)生后能夠及時追溯當(dāng)時的操作內(nèi)容。以上功能均可根據(jù)需要隨時關(guān)閉，關(guān)閉后POP大屏幕將恢復(fù)原始功能狀態(tài)。

圖1 鼠標(biāo)跟蹤網(wǎng)絡(luò)連接示意圖

1.2 方案介紹

（1）將DCS系統(tǒng)一回路和二回路OPS主機(jī)的DVI接口輸出視頻信號通過高清光纖視頻線連接至高清視頻矩陣，由KVM跟蹤終端自動將操縱員所操作的屏幕位置通知服務(wù)器，服務(wù)器控制高清視頻矩陣將操縱員正在操作的屏幕視頻信號自動輸出至POP大屏上，當(dāng)操縱員移動鼠標(biāo)操作不同的屏幕時,KVM跟蹤終端會通知服務(wù)器控制矩陣自動將操縱員正在操作的畫面切換至POP大屏[5]。

（2）POP大屏主機(jī)具有雙輸入，原POP大屏幕視頻信號已經(jīng)占用的背投主機(jī)1號輸入，通過視頻矩陣將輸入的OPS畫面連接至背投主機(jī)的2號輸入，以保證POP屏幕兼具系統(tǒng)畫面投放和人機(jī)交互過程跟蹤的雙功能[6]。

（3）每個主控室配置一臺4路網(wǎng)絡(luò)高清編解碼器，通過KVM跟蹤終端將10路OPS視頻輸入視頻矩陣，同時將操縱員正在操作顯示的OPS畫面同步輸出至POP大屏及同步進(jìn)行24小時不間斷網(wǎng)絡(luò)存儲，所有視頻默認(rèn)存儲在服務(wù)器中，在此過程中操縱員操作的顯示器畫面自動按時間分段存儲，當(dāng)超過服務(wù)器硬盤設(shè)定的預(yù)警閥值后，用戶可以根據(jù)提前設(shè)定的參數(shù)，系統(tǒng)發(fā)出警示后停止錄制或自動刪除過期的視頻。用戶可根據(jù)需要的視頻通過網(wǎng)絡(luò)存儲在遠(yuǎn)程其它存儲設(shè)備中，避免因長時間錄制自動刪除重要數(shù)據(jù)。

（4）接入DCS多畫面監(jiān)控系統(tǒng)的10路DVI信號通過DVI矩陣切換輸出四路DVI信號，其中兩路DVI信號直接輸出至POP兩臺大屏顯示器， 另外兩路通過控制程序同步輸出至機(jī)柜內(nèi)安裝的網(wǎng)絡(luò)高清視頻編解碼器，將OPS畫面信號編碼存儲至高清視音頻錄制服務(wù)器[7]。

（5）高清視音頻錄制服務(wù)器安裝了錄制程序，實(shí)現(xiàn)對接入的DVI視頻信號進(jìn)行錄制保存?？梢酝ㄟ^網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程隨時調(diào)用錄制保存下來的課件，高清視頻播放軟件同時播放2 個OPS操作畫面，可支持快進(jìn)、快退、快速拖動等功能，進(jìn)行播放控制操作切換延時不超過0.3秒。

圖2 系統(tǒng)投運(yùn)及退出操作方式

（6）所有錄制的圖像不會出卡頓、延時不同步等現(xiàn)象，所有圖像均支持字符疊加顯示（左上角顯示OPS位置，如“NI01”），根據(jù)實(shí)際顯示的多畫面圖像內(nèi)容疊加相對應(yīng)的圖像標(biāo)識文字。所有視頻以H.264多媒體格式錄制存儲到磁盤中。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對多個OPS視頻信號信號進(jìn)行同步實(shí)時錄制、存儲，用戶可任意調(diào)整視頻壓縮碼率（1Mbps—10Mbps）。經(jīng)過實(shí)測兩路高清圖像同時錄制存儲時占用CPU資源為10%.內(nèi)存 8G[5]。

（7）當(dāng)不需要使用POP大屏幕為示OPS畫面時，通過遠(yuǎn)程控制程序可以將POP大屏顯示的畫面自動切換到原始POP畫面投放模式，具體切換方式可通過軟件進(jìn)行一鍵式切換，簡單快捷。

1.3 創(chuàng)新點(diǎn)

本套核電站主控室人機(jī)交互過程跟蹤系統(tǒng)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）能夠?qū)崿F(xiàn)一臺屏幕實(shí)時跟蹤顯示并放大多臺人機(jī)交互主機(jī)界面，從而提高對人機(jī)交互活動的監(jiān)護(hù)效率，減少人因誤操作；

（2）將人機(jī)交互過程以視頻形式進(jìn)行實(shí)時自動存檔；

（3）可在本系統(tǒng)與主控室POP屏原有功能之間互相切換，功能上實(shí)現(xiàn)一屏多用。

1.4 新型人機(jī)交互過程跟蹤系統(tǒng)在核電站的應(yīng)用

目前該系統(tǒng)已在某核電站站1/2/4號機(jī)組主控室安裝并正式投用，預(yù)計(jì)2020年底將全部投用于某核電站四臺機(jī)組上。系統(tǒng)投入使用后，可以有效的提高主控室運(yùn)行人員的工作效率，減少高頻低效的重復(fù)動作，避免分神和注意力下降，為機(jī)組的健康平穩(wěn)運(yùn)行打下穩(wěn)固的基礎(chǔ)。 主控室的操作直接影響著整個電廠運(yùn)行的穩(wěn)定性，一旦發(fā)生誤操作，會造成巨大的時間和經(jīng)濟(jì)損失，若因?yàn)槿艘蚴д`導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)或降功率，將嚴(yán)重影響機(jī)組的效益[9]。

2 結(jié)束語

核電站主控室人機(jī)交互過程跟蹤系統(tǒng)不僅能夠降低人因失誤的風(fēng)險(xiǎn)，其所擁有的錄屏保存功能，在事故發(fā)生后對于原因的追溯也能提供強(qiáng)有力的證據(jù)，縮短在事故原因分析上所花費(fèi)的時間。 保守估算，按照每臺機(jī)每年累計(jì)止損1小時發(fā)電量（約合人民幣100萬元）、某核電站4臺機(jī)平均剩余壽期為50年計(jì)算，至少可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約2億元人民幣。從長遠(yuǎn)角度看，建立人機(jī)交互過程跟蹤系統(tǒng)不僅有效地防止人因失誤、提高了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時所帶來的經(jīng)濟(jì)收益也是巨大的。