一種基于HTML網(wǎng)頁技術(shù)的核電廠DCS二層畫面離線瀏覽軟件的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

陳 喜，杜 朝，趙 彥

(中核國電漳州能源有限公司，福建 漳州 363300)

分布式控制系統(tǒng)(DCS)是新建核電廠的標(biāo)準(zhǔn)配置，其人機(jī)交互層為操作人員提供監(jiān)視、狀態(tài)診斷反饋、機(jī)組控制等功能，尤其是DCS二層操作員站，是最為關(guān)鍵的人機(jī)交互設(shè)備。除機(jī)組的操控需求外，電廠仍有較多崗位有DCS二層畫面的使用需求，特別是在機(jī)組調(diào)試及商運(yùn)初期，包括運(yùn)行規(guī)程編制、學(xué)習(xí)操作員培訓(xùn)、技術(shù)理論教學(xué)或小組研討等，但資源極其有限。一方面，限于電廠程序規(guī)定及安全要求，實(shí)際機(jī)組不可能成為非當(dāng)班運(yùn)行值人員的使用平臺；另一方面，模擬機(jī)由于操作人員培訓(xùn)及考試的緊迫性，無空閑窗口，首堆建設(shè)階段模擬機(jī)的運(yùn)行時(shí)間可能達(dá)到7×16 h。即在用戶需求最為旺盛、急切的階段，資源卻是最為緊缺的。

矛盾的存在，正是工作的突破口。就計(jì)算機(jī)軟件而言，其實(shí)現(xiàn)方式或?yàn)榭蛻舳?服務(wù)器(C/S)架構(gòu)或?yàn)闉g覽器/服務(wù)器(B/S)架構(gòu)，或?yàn)槎呋旌霞軜?gòu)[1]。理論上，C/S架構(gòu)的軟件都可遷移為B/S架構(gòu)，也就奠定了將DCS軟件二層客戶端轉(zhuǎn)化為瀏覽器應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)，且靜態(tài)的網(wǎng)頁畫面瀏覽并不需要后臺服務(wù)端。通過HTML網(wǎng)頁技術(shù)開發(fā)DCS二層畫面瀏覽軟件，實(shí)現(xiàn)DCS二層全畫面及適量控件、報(bào)警卡、規(guī)程的離線查看，提供了一種在多種場合下皆能使用的便捷工具，滿足電廠多類崗位的業(yè)務(wù)需求。

1 核電廠DCS二層畫面使用需求分析

1)運(yùn)行學(xué)習(xí)操作員對DCS二層畫面有明確的使用需求，特別是新建電廠、新堆型。在操作員模擬機(jī)初訓(xùn)中，模擬機(jī)預(yù)培訓(xùn)課程主要目標(biāo)即為熟悉DCS二層軟硬件。限于模擬機(jī)培訓(xùn)時(shí)長，加之DCS人機(jī)界面層的復(fù)雜性，學(xué)員難以在短時(shí)間內(nèi)做到輕車熟路。這就出現(xiàn)學(xué)員要求短時(shí)沿用模擬機(jī)，甚至提出在空閑時(shí)段借用模擬機(jī)的情況；但模擬機(jī)排班緊，學(xué)員一般僅能在課后從模擬機(jī)打印DCS二層畫面。當(dāng)下，多數(shù)核電廠皆提供了一份匯集DCS二層工藝系統(tǒng)流程畫面的PDF文檔，以輔助員工學(xué)習(xí)。就其效果而言，滿足了學(xué)員的基礎(chǔ)需求，但無法在各畫面頁內(nèi)實(shí)現(xiàn)與機(jī)組DCS二層軟件一致的鏈接跳轉(zhuǎn)、控件查看等功能。此外，DCS二層畫面多引起PDF文件過大，在早期計(jì)算機(jī)性能有限的情況下，需要壓縮PDF文件，導(dǎo)致DCS二層畫面清晰度不足。

2)新堆投產(chǎn)前，電廠須編制運(yùn)行規(guī)程，需要依托DCS二層畫面。對運(yùn)行規(guī)程編制組而言，能夠基于實(shí)際機(jī)組DCS操作員站開展工作無疑是最佳的，但新堆多在調(diào)試，且即使基于DCS非操作權(quán)限使用機(jī)組操作員站仍存在人因風(fēng)險(xiǎn)。而電廠全范圍模擬機(jī)培訓(xùn)負(fù)荷重，即使配置了緊湊型模擬機(jī)(或稱教室模擬機(jī))，也多用于前期的模擬機(jī)偏差處理，僅支持規(guī)程驗(yàn)證，而非規(guī)程編制。這種情況下，運(yùn)行規(guī)程組人員基于上述DCS二層操控畫面PDF匯集文檔，或者直接使用各工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊開展工作。

3)技術(shù)理論教學(xué)期間，涉及工藝系統(tǒng)流程與控制的講解，包括公共理論教學(xué)課程、模擬機(jī)分析課程及運(yùn)行部門在崗培訓(xùn)課程等。毫無疑問，無論是正式教學(xué)、自學(xué)，或是小組討論，有工藝系統(tǒng)流程畫面瀏覽輔助工具，必將提高交流效率，利于知識傳遞。而基于與實(shí)際機(jī)組一致的DCS二層畫面，且支持連續(xù)跳轉(zhuǎn)，無疑更加形象及便利。

4)偏差修改是模擬機(jī)全壽期作業(yè)項(xiàng)，但平臺是有限的，模擬機(jī)因培訓(xùn)需要難以提供充裕的偏差分析、修改時(shí)間窗口。多數(shù)情況下，模擬機(jī)開發(fā)、維護(hù)人員基于獨(dú)立的模型軟件，結(jié)合工藝系統(tǒng)二層畫面，先行理解新增偏差的前后邏輯，以盡量減少在全范圍模擬機(jī)上的偏差復(fù)現(xiàn)、修改時(shí)間。從模擬機(jī)偏差修改的角度出發(fā)，如有模擬機(jī)DCS二層操控畫面的離線克隆版，無疑有助于偏差修改的全過程。

2 網(wǎng)頁技術(shù)實(shí)現(xiàn)DCS二層畫面離線瀏覽可行性分析

1)技術(shù)可行。DCS二層畫面離線瀏覽功能需求包括畫面顯示、鏈接跳轉(zhuǎn)、控件彈出、批注顯示、規(guī)程顯示等，屬于網(wǎng)頁基礎(chǔ)應(yīng)用。在網(wǎng)頁編程中，這些功能可以結(jié)合HTML、JavaScript及CSS編程語言共同實(shí)現(xiàn)，即通過計(jì)算機(jī)瀏覽器來訪問本地DCS二層畫面HTML文件，結(jié)合JavaScript腳本語言實(shí)現(xiàn)畫面鏈接跳轉(zhuǎn)、DCS控件彈出、教學(xué)注釋顯示等動(dòng)作，并由CSS樣式語言保障畫面趨近于機(jī)組DCS二層軟件界面外觀。

2)輕量化，且可做到“傻瓜式”使用，不需要任何軟件安裝及配置。本軟件的離線瀏覽，指的是不需要依靠互聯(lián)網(wǎng)，也不需要依靠機(jī)組、模擬機(jī)或單獨(dú)架設(shè)的局域網(wǎng)，可在任何一臺計(jì)算機(jī)上使用。基于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)自帶的瀏覽器或常見瀏覽器，比如火狐(Firefox)，預(yù)先配置訪問本地文件權(quán)限及主頁，即可實(shí)現(xiàn)“傻瓜式”的使用。用戶只需拷貝文件到個(gè)人計(jì)算機(jī)上，點(diǎn)擊瀏覽器即可訪問，不存在平臺限制，無需服務(wù)端或客戶端軟件安裝、配置。當(dāng)然，考慮到機(jī)組DCS二層畫面的像素大小，用戶所使用的計(jì)算機(jī)屏幕要有所對應(yīng)，避免屏幕太小導(dǎo)致畫面無法全幅顯示。

3)開發(fā)成本低，完全可由核電廠運(yùn)營單位自行開發(fā)。本軟件功能簡單，以HTML技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合JavaScript、CSS語言，多為初級編程。其設(shè)計(jì)輸入數(shù)據(jù)，可在全范圍模擬機(jī)上完整取得，截取模擬機(jī)工藝系統(tǒng)DCS二層所有畫面，同時(shí)截取、拷貝部分二層控件、機(jī)組規(guī)程及報(bào)警卡等。從專業(yè)對口、資源獲取、培訓(xùn)服務(wù)角度出發(fā)，培訓(xùn)部門負(fù)責(zé)該軟件的開發(fā)最為合適?？紤]到DCS二層軟件內(nèi)容較多，如M310機(jī)組僅工藝系統(tǒng)DCS二層畫面將近900幅，頁內(nèi)跳轉(zhuǎn)更是成千上萬，技術(shù)雖不復(fù)雜但工作量大，最好以軟件分階段開發(fā)及更新。

4)更新操作簡便，具有可擴(kuò)展性。從功能需求出發(fā)，以網(wǎng)頁形式實(shí)現(xiàn)，且是離線、靜態(tài)式的，即沒有B/S架構(gòu)中的服務(wù)端，不需要架設(shè)服務(wù)器，不存在遠(yuǎn)程更新、數(shù)據(jù)傳遞、信息安全方面的開發(fā)與運(yùn)維需求。DCS二層離線瀏覽軟件只需由開發(fā)人員統(tǒng)一更新，用戶直接拷貝做總體替換即可。功能擴(kuò)展方面，網(wǎng)頁JavaScript腳本語言功能性強(qiáng)，DCS操作員站現(xiàn)有功能皆可由C/S轉(zhuǎn)B/S實(shí)現(xiàn)，且能添加輔助學(xué)習(xí)的教學(xué)批注等功能。

3 實(shí)現(xiàn)

3.1 功能性開發(fā)

依托全范圍模擬機(jī)，獲取軟件設(shè)計(jì)輸入信息，包括工藝系統(tǒng)DCS二層畫面、控件圖、報(bào)警卡、規(guī)程。需要指出的是，為了保障離線瀏覽軟件工藝系統(tǒng)儀控?cái)?shù)據(jù)的合理性，即不出現(xiàn)儀控?cái)?shù)據(jù)間的明顯沖突，需要基于特定的模擬機(jī)電廠工況完成截屏及拷貝。就其通用性而言，以滿功率工況為佳。截取模擬機(jī)DCS二層操作員站所有工藝系統(tǒng)畫面，每一個(gè)畫面配置為單獨(dú)HTML文件。截取部分重要、特異控件圖，實(shí)現(xiàn)在瀏覽器中點(diǎn)擊操控按鈕彈出控件圖的功能。根據(jù)模擬機(jī)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，主要截取電動(dòng)主給水泵系統(tǒng)、低壓給水加熱器系統(tǒng)、主給水流量控制系統(tǒng)、輔助給水系統(tǒng)、汽機(jī)旁路系統(tǒng)、化學(xué)和容積控制系統(tǒng)、反應(yīng)堆硼和水補(bǔ)給系統(tǒng)、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)、棒控和棒位系統(tǒng)等涉及的操控按鈕。對于報(bào)警卡及規(guī)程，既可以圖片形式顯示，也可以獨(dú)立HTML文件做網(wǎng)頁顯示。因機(jī)組報(bào)警卡及規(guī)程數(shù)量龐大，同控件圖類似，本軟件的報(bào)警卡、規(guī)程也可僅作部分實(shí)現(xiàn)。

基于JavaScript腳本語言配置畫面跳轉(zhuǎn)鏈接、DCS控件彈出窗、教學(xué)注釋等，實(shí)現(xiàn)對所有DCS二層畫面的網(wǎng)頁連續(xù)訪問，支持全畫面的鏈接跳轉(zhuǎn)。同時(shí)，DCS二層軟件菜單欄相關(guān)功能按鈕也是可動(dòng)作的，比如上下頁按鈕，以給予學(xué)習(xí)操作員更多的基礎(chǔ)交互響應(yīng)，使離線瀏覽軟件更趨近DCS二層操作員站。從教學(xué)的角度出發(fā)，這對學(xué)習(xí)操作員而言是有益的，至少做到不改變學(xué)習(xí)操作員的DCS二層軟件操作習(xí)慣。最后，基于機(jī)組DCS二層軟件的樣式變換效果，使用CSS樣式語言做適當(dāng)?shù)拿阑O(shè)計(jì)。離線瀏覽支持軟件效果見圖1。

圖1 軟件效果圖Fig.1 Software rendering

從上述需求分析可知，本軟件不僅僅面向?qū)W員，還包括運(yùn)行規(guī)程編制、技術(shù)理論教學(xué)、模擬機(jī)偏差修改等用戶需求，這無疑需要一個(gè)快速、方便，且類似于實(shí)際機(jī)組的畫面顯示與操控。因此，在教學(xué)批注方面需要做取舍，注釋不宜過多，不可遍布畫面，部分知識點(diǎn)可采用點(diǎn)擊后彈出的方式來實(shí)現(xiàn)。

3.2 軟件配置

為確保軟件使用的便利性，即類似于PDF文件形式的“傻瓜式”使用，需要做到三點(diǎn)：一是提供免安裝版的瀏覽器軟件，做到點(diǎn)擊即可使用；二是設(shè)置瀏覽器安全策略，保障對計(jì)算機(jī)本地JavaScript等文件的訪問權(quán)限；三是設(shè)置瀏覽器的默認(rèn)主頁，即瀏覽器啟動(dòng)后直接跳轉(zhuǎn)至DCS總體目錄畫面。

鑒于用戶個(gè)人計(jì)算機(jī)、核電廠辦公計(jì)算機(jī)已自帶瀏覽器，未免影響計(jì)算機(jī)原瀏覽器的配置，本軟件盡量提供不同瀏覽器做離線訪問。經(jīng)試驗(yàn)，火狐瀏覽器提供免安裝版，并可設(shè)置“security.fileuri.strict_origin_policy”策略為false，即允許本地訪問同源文件。由于瀏覽器進(jìn)行的是本地訪問，在設(shè)置默認(rèn)主頁的情況下，要求主頁地址是明確的、靜態(tài)的，所以本軟件需要存放在固定的計(jì)算機(jī)分區(qū)及目錄內(nèi)。即在軟件的使用方面，要求用戶拷貝的文件夾必須放在規(guī)定的盤符目錄下，這也是本軟件的唯一配置要求。通常來講配置為D盤根目錄最為合適，對于用戶而言操作簡便。此外，也可建議用戶配置文件夾內(nèi)火狐瀏覽器的快捷啟動(dòng)至桌面，便于使用。完成瀏覽器安全及主頁設(shè)置后，關(guān)閉瀏覽器，以此作為本軟件的離線訪問工具。用戶使用本軟件，點(diǎn)擊瀏覽器應(yīng)用圖標(biāo)即可。

3.3 效果及對比

基于HTML網(wǎng)頁技術(shù)實(shí)現(xiàn)的DCS二層畫面離線瀏覽軟件，以及PDF二層畫面匯集文檔，皆能實(shí)現(xiàn)核電機(jī)組DCS二層全畫面的快速訪問?；谟脩粜枨蠹笆褂梅答仯瑥谋憬菪?、功能多樣性及與機(jī)組DCS二層軟件的相似性等多個(gè)角度做對比,詳見表1。

表1 PDF學(xué)習(xí)文檔與HTML網(wǎng)頁形式功能比較

4 總結(jié)

得益于中國核電事業(yè)的良性發(fā)展，國內(nèi)DCS儀控應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)日積月累，加之國產(chǎn)化DCS平臺在售后成本及時(shí)效上的優(yōu)勢[2]，國產(chǎn)DCS系統(tǒng)平臺呈現(xiàn)多樣化。2020年FCD的漳州核電首堆即采用了全新的國產(chǎn)化DCS平臺，包括安全級和非安全級。由于工藝系統(tǒng)技術(shù)的迭代，即使同電廠同堆型，新舊機(jī)組亦有不同的DCS設(shè)計(jì)，其所呈現(xiàn)的二層畫面不盡相同。就目前情況而言，以離線的DCS二層畫面網(wǎng)頁瀏覽軟件作為輔助教學(xué)、運(yùn)行規(guī)程編制等在較長時(shí)間內(nèi)仍具有一定價(jià)值，特別是新建電廠首堆建設(shè)階段。從需求明確與資源匱乏之間的矛盾出發(fā)，在技術(shù)與成本門檻低，且具有明顯效果的情況下，該離線瀏覽軟件具備作為核電廠生產(chǎn)準(zhǔn)備階段一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的潛質(zhì)。此外，基于HTML網(wǎng)頁技術(shù)的DCS二層畫面離線瀏覽軟件具有高可擴(kuò)展性，且不存在實(shí)時(shí)性或是聯(lián)網(wǎng)的要求，可以根據(jù)模擬機(jī)培訓(xùn)期間發(fā)現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)，或是具體的課程教學(xué)、業(yè)務(wù)工作需求，進(jìn)行增量功能開發(fā)。

DCS二層畫面離線瀏覽軟件提供與機(jī)組一致的DCS二層畫面，利于學(xué)員對操作員站軟件的快速熟悉，有助于操作人員的培養(yǎng)。在提供涵蓋機(jī)組所有DCS二層畫面、部分控件及規(guī)程的情況下，有利于學(xué)員課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)。就用戶使用反饋而言，其受眾量大，運(yùn)行部門、核安全部門、培訓(xùn)部門皆是其用戶，且是持續(xù)性的長久用戶。從企業(yè)文化的角度出發(fā)，想員工之所需，培訓(xùn)部門主動(dòng)擔(dān)當(dāng)作為，體現(xiàn)核電廠培訓(xùn)領(lǐng)域服務(wù)意識，有助于構(gòu)建學(xué)習(xí)型組織，最終促進(jìn)核安全文化的建設(shè)。