核電廠主控制室計(jì)算機(jī)化報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

褚雪芹，駱孟華

（中核控制系統(tǒng)工程有限公司，北京 100000）

0 引言

報(bào)警功能是核電廠主控制室人機(jī)接口系統(tǒng)的核心功能之一，其將核電廠運(yùn)行狀態(tài)偏離要求的異常情況及時(shí)給予操作人員提醒，使得操作人員有時(shí)間采取有效的動(dòng)作或糾正措施，保障核電廠的安全運(yùn)行[1]。核電廠報(bào)警技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了4個(gè)階段[2]，20世紀(jì)70年代以前主要以常規(guī)的硬設(shè)備報(bào)警窗為主；80年代開始引入計(jì)算機(jī)化的報(bào)警系統(tǒng)；20世紀(jì)90年代后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)化的報(bào)警發(fā)展成為主要手段；目前國(guó)內(nèi)外核電廠均開始采用大屏幕顯示（LDP）結(jié)合操作員站（VDU）顯示的報(bào)警系統(tǒng)，并廣泛開展基于計(jì)算機(jī)化的各種智能報(bào)警系統(tǒng)的研究和應(yīng)用。中國(guó)目前新建核電廠及改造核電廠亦在采用智能報(bào)警技術(shù)。

本課題基于某核電項(xiàng)目及海南昌江核電廠3、4號(hào)機(jī)組（簡(jiǎn)稱海南3&4項(xiàng)目）的技術(shù)需求，結(jié)合大量工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)和優(yōu)化了主控制室計(jì)算機(jī)化的報(bào)警系統(tǒng)，以達(dá)到優(yōu)化核電廠人機(jī)接口系統(tǒng)的目的，兼顧降低操作員的工作負(fù)荷前提下獲取更多報(bào)警信息的要求。基于該方法，結(jié)合人因分析，完成了某核電項(xiàng)目的報(bào)警系統(tǒng)實(shí)施，同時(shí)在海南3&4項(xiàng)目上得到了進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

1 報(bào)警系統(tǒng)需求分析

報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)探測(cè)電廠非預(yù)期變化并經(jīng)報(bào)警信號(hào)處理后產(chǎn)生報(bào)警，用于報(bào)警處理和報(bào)警顯示[3]。報(bào)警系統(tǒng)能夠?qū)⑾到y(tǒng)發(fā)生的偏離正常運(yùn)行的異常事件提醒給操作員，包括當(dāng)工藝參數(shù)偏離運(yùn)行范圍、設(shè)備狀態(tài)與當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)不符、重要設(shè)備發(fā)生故障等，并要求操作員采取一定的安全動(dòng)作。提醒操作員的方式包括聲音和燈光，燈光即操作員站VDU上的顏色閃爍提醒。

在控制室報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了使運(yùn)行人員可以清楚地掌握?qǐng)?bào)警的優(yōu)先級(jí)，將每個(gè)報(bào)警進(jìn)行了顏色分級(jí)，如將“不能自動(dòng)處理需要操作員立即采取行動(dòng)的故障”定義為紅色報(bào)警，相應(yīng)地定義了黃色報(bào)警、白色報(bào)警、綠色報(bào)警和洋紅色報(bào)警等。結(jié)合報(bào)警源點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)一步對(duì)不同顏色的報(bào)警顯示加以分類和信息補(bǔ)充，如源點(diǎn)的掛牌、試驗(yàn)狀態(tài)等。同時(shí)采用了先進(jìn)的報(bào)警控制策略進(jìn)行報(bào)警管理，如報(bào)警抑制和功能組合報(bào)警管理策略。報(bào)警抑制即結(jié)合運(yùn)行工況[4]，將一些不必要的報(bào)警進(jìn)行抑制，使其不顯示在主報(bào)警列表中。功能組合報(bào)警即按照系統(tǒng)設(shè)備和功能進(jìn)行報(bào)警組合顯示的功能。

先進(jìn)的報(bào)警系統(tǒng)能夠以報(bào)警列表形式和軟光字牌形式進(jìn)行顯示和管理報(bào)警。報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)向操作員提供快捷的獲取方式，以盡快采取相應(yīng)的糾偏措施。

2 計(jì)算機(jī)化報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在M310堆型的報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要以報(bào)警列表方式顯示，如福建福清核電廠1&2&3&4號(hào)機(jī)組，海南昌江核電廠1&2號(hào)機(jī)組等同期的核電廠。在巴基斯坦K2K3核電項(xiàng)目、福建福清5&6號(hào)機(jī)組的報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)中引入了功能組合報(bào)警，即軟光字牌的設(shè)計(jì)方式。在國(guó)內(nèi)的AP1000核電廠中采用了軟光字牌和報(bào)警列表相結(jié)合的應(yīng)用，但存在一定不便利性，如報(bào)警列表窗口較小。本課題研究了一種報(bào)警列表和光字牌一體化的計(jì)算機(jī)化報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

2.1 報(bào)警列表設(shè)計(jì)

報(bào)警列表以條目化形式按時(shí)間降序顯示報(bào)警信息，最新的報(bào)警信息顯示在列表的最上面。報(bào)警列表可按照不同的報(bào)警屬性進(jìn)行分類顯示，如不同顏色級(jí)別列表、不同狀態(tài)列表、不同系統(tǒng)或功能組列表、大修報(bào)警列表、存儲(chǔ)報(bào)警列表等。報(bào)警列表信息包括報(bào)警顏色圖例及閃爍狀態(tài)、時(shí)間信息（報(bào)警發(fā)生、恢復(fù)、被抑制、取消抑制的時(shí)間）、報(bào)警名稱、報(bào)警描述、標(biāo)識(shí)符（如掛牌標(biāo)識(shí)符、組合報(bào)警標(biāo)識(shí)符等）和區(qū)域等信息。除報(bào)警抑制列表外，其他的列表顯示主要依據(jù)屬性顯示，不做贅述。報(bào)警抑制列表在報(bào)警抑制章節(jié)描述。

報(bào)警的顯示狀態(tài)包括未確認(rèn)狀態(tài)、已確認(rèn)狀態(tài)、恢復(fù)狀態(tài)、報(bào)警刪除。其中未確認(rèn)狀態(tài)表示報(bào)警被觸發(fā)，報(bào)警出現(xiàn)在列表中，對(duì)應(yīng)的報(bào)警顏色級(jí)別圖例快閃（頻率2Hz）；已確認(rèn)狀態(tài)表示報(bào)警出現(xiàn)后被確認(rèn)，對(duì)應(yīng)的報(bào)警顏色級(jí)別圖例平光；恢復(fù)狀態(tài)表示報(bào)警條件消失，報(bào)警未被復(fù)位，對(duì)應(yīng)的報(bào)警顏色級(jí)別圖例慢閃（頻率0.5Hz）；報(bào)警刪除表示報(bào)警條件不存在，報(bào)警未被激活，報(bào)警被復(fù)位后該報(bào)警從列表中刪除。

2.2 報(bào)警光字牌設(shè)計(jì)

報(bào)警光字牌則以組來(lái)分類整個(gè)電廠的工藝報(bào)警，以光字牌的形式給出本組報(bào)警顯示的綜合信息。光字牌的顯示以顏色和狀態(tài)來(lái)表征，顏色即為核電廠報(bào)警系統(tǒng)定義的報(bào)警顏色，狀態(tài)則包括快閃、慢閃和平光3個(gè)狀態(tài)，并按照本組內(nèi)被觸發(fā)的最高顏色級(jí)別的報(bào)警顏色和狀態(tài)進(jìn)行顯示。光字牌支持不同種類的分類方式，其文本信息能夠清晰表述當(dāng)前分組的關(guān)鍵信息，如工藝系統(tǒng)名稱或某類操作相關(guān)的組綜合信息。

2.3 報(bào)警操作設(shè)計(jì)

操作員對(duì)報(bào)警可執(zhí)行的操作，包括對(duì)報(bào)警的確認(rèn)、消音、復(fù)位、存儲(chǔ)、調(diào)出報(bào)警規(guī)程等。還可以對(duì)報(bào)警列表進(jìn)行查詢，如按照工藝系統(tǒng)、按起止時(shí)間、按報(bào)警級(jí)別（紅/黃/白/綠/洋紅）、按運(yùn)行組（P/S/G）以及按以上方式組合查詢，查詢結(jié)果須采用過(guò)濾其他無(wú)關(guān)信息的方式顯示。操作員還可以對(duì)報(bào)警列表進(jìn)行追蹤和凍結(jié)顯示。

2.4 報(bào)警抑制設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置報(bào)警抑制的總體原則[5]，被抑制的報(bào)警將進(jìn)入抑制報(bào)警列表顯示。抑制列表中的報(bào)警抑制條件消失后，本條報(bào)警則轉(zhuǎn)移在主報(bào)警列表中進(jìn)行顯示。通常報(bào)警抑制原則包括標(biāo)準(zhǔn)工況抑制、特殊工況抑制、相關(guān)系統(tǒng)及設(shè)備狀態(tài)抑制、多限冗余抑制、原因結(jié)果抑制。通過(guò)離線組態(tài)報(bào)警抑制條件，在線運(yùn)行時(shí)報(bào)警抑制條件滿足，則相應(yīng)的報(bào)警即被抑制。

報(bào)警抑制列表顯示系統(tǒng)中所有被抑制的報(bào)警。抑制報(bào)警的出現(xiàn)和消失都不需要操作員進(jìn)行確認(rèn)，處于未確認(rèn)和已確認(rèn)狀態(tài)的報(bào)警被抑制后從原來(lái)的主報(bào)警列表或存儲(chǔ)列表中消失而轉(zhuǎn)移到抑制報(bào)警列表。處于消失狀態(tài)的報(bào)警被抑制后，直接從所有報(bào)警列表中刪除。剛出現(xiàn)就被抑制的報(bào)警，直接顯示在抑制報(bào)警列表中（該類報(bào)警不觸發(fā)聲音）。抑制報(bào)警列表里的報(bào)警，其抑制條件消失后，若其報(bào)警條件還存在，該報(bào)警自動(dòng)從抑制報(bào)警列表消失而轉(zhuǎn)移到主報(bào)警列表中，并觸發(fā)報(bào)警聲音，顯示為未確認(rèn)狀態(tài)。抑制報(bào)警列表里的報(bào)警，若其抑制條件存在，而其報(bào)警條件消失，該報(bào)警自動(dòng)從所有列表中刪除。因此，先進(jìn)的報(bào)警抑制技術(shù)大大減少了一定工況下不必要的報(bào)警對(duì)操作員的干擾。

2.5 報(bào)警界面一體化設(shè)計(jì)

在為操作員提供豐富的報(bào)警功能的同時(shí)，考慮報(bào)警管理的便利性及關(guān)聯(lián)性，將報(bào)警列表、報(bào)警光字牌、報(bào)警操作等設(shè)計(jì)為一體化顯示的人機(jī)界面，盡量地減少報(bào)警系統(tǒng)間的信息跳轉(zhuǎn)，使得操縱人員能夠快速掌握所關(guān)注的報(bào)警信息。

3 計(jì)算機(jī)化報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

計(jì)算機(jī)化報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)通常包括在離線組態(tài)和在線監(jiān)視兩大部分。在DCS系統(tǒng)中，離線組態(tài)時(shí)基于報(bào)警的源點(diǎn)完成相關(guān)的組態(tài)配置。以模擬量超高限1閾值為例，組態(tài)相應(yīng)的報(bào)警點(diǎn)名（報(bào)警點(diǎn)名有明確的標(biāo)識(shí)，如以KA結(jié)尾），報(bào)警的描述，報(bào)警對(duì)應(yīng)的顏色級(jí)別，報(bào)警的閾值，報(bào)警的分區(qū)，報(bào)警的屬性（如是否為大修報(bào)警），報(bào)警的抑制條件，報(bào)警是否啟用等配置信息。在線監(jiān)視部分則對(duì)源點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，結(jié)合報(bào)警屬性及抑制條件等顯示在報(bào)警列表中。

計(jì)算機(jī)化報(bào)警系統(tǒng)的在線監(jiān)視部分，依據(jù)第2章的設(shè)計(jì)，并結(jié)合人因工程相關(guān)的要求[6,7]，所實(shí)現(xiàn)的報(bào)警列表及光字牌一體化的人機(jī)界面如圖1。

圖1 報(bào)警列表及光字牌一體化實(shí)現(xiàn)示意圖Fig.1 Schematic diagram of integrated realization of alarm list and optical nameplate

報(bào)警系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)的人機(jī)界面分為3個(gè)區(qū)域。左上部區(qū)域?yàn)楣庾峙茀^(qū)，左下部分為報(bào)警列表顯示區(qū)，右側(cè)部分為可對(duì)光字牌區(qū)域和報(bào)警列表區(qū)域所執(zhí)行的操作。點(diǎn)擊報(bào)警光字牌區(qū)域右側(cè)的“上拉”按鈕可將報(bào)警光字牌區(qū)域隱藏，即報(bào)警列表占滿左邊區(qū)域；同樣地，點(diǎn)擊報(bào)警光字牌區(qū)域右側(cè)的“下拉”按鈕可將報(bào)警列表區(qū)域隱藏，即報(bào)警光字牌區(qū)域顯示占滿左邊區(qū)域。通過(guò)此種方式便利地實(shí)現(xiàn)了光字牌、報(bào)警列表、列表及光字牌共同顯示的切換顯示。

3.1 報(bào)警列表的實(shí)現(xiàn)

圖1中報(bào)警列表區(qū)中的最左側(cè)黃底色“Y”為報(bào)警狀態(tài)指示器，其快閃、慢閃和平光3個(gè)狀態(tài)分別表示當(dāng)前報(bào)警為新觸發(fā)、報(bào)警條件消失和報(bào)警被操作員確認(rèn)。時(shí)間列則以毫秒級(jí)精度顯示了報(bào)警的時(shí)間信息，包括被觸發(fā)時(shí)間、報(bào)警條件消失時(shí)間等；報(bào)警名列則顯示了本條報(bào)警的ID號(hào)；報(bào)警描述列則顯示了對(duì)本條報(bào)警信息的說(shuō)明；當(dāng)前值則顯示了本條報(bào)警的源點(diǎn)的當(dāng)前值。對(duì)于模擬量超閾值報(bào)警，單位列顯示該模擬量的測(cè)量單位。報(bào)警類型列對(duì)于開關(guān)量報(bào)警而言則顯示為高/低電平報(bào)警，對(duì)于模擬量而言則表示超極限報(bào)警。報(bào)警閾值列則顯示了本條報(bào)警對(duì)應(yīng)的模擬量報(bào)警的限值。標(biāo)識(shí)符列則顯示了報(bào)警的補(bǔ)充信息，如源點(diǎn)被掛牌、源點(diǎn)無(wú)效、專屬報(bào)警等。區(qū)域列則顯示了本條報(bào)警屬于核電廠的哪個(gè)分區(qū)，如P/S/G/T。

報(bào)警列表區(qū)域顯示的內(nèi)容通過(guò)其下面的不同頁(yè)簽顯示進(jìn)行切換，包括主報(bào)警列表（不包含被抑制和存儲(chǔ)的報(bào)警）、未確認(rèn)狀態(tài)的報(bào)警、已確認(rèn)狀態(tài)的報(bào)警、已消失的報(bào)警、被存儲(chǔ)的報(bào)警、被抑制的報(bào)警、處于試驗(yàn)狀態(tài)的報(bào)警、大修報(bào)警、事故診斷報(bào)警、光字牌報(bào)警、不同顏色級(jí)別的報(bào)警。

3.2 報(bào)警光字牌的實(shí)現(xiàn)

圖1中報(bào)警光字牌區(qū)域分為系統(tǒng)報(bào)警光字牌和功能組合報(bào)警光字牌。系統(tǒng)光字牌區(qū)域位于上部，功能組合光字牌區(qū)域位于下部。系統(tǒng)報(bào)警光字牌主要以核電廠的工藝系統(tǒng)為主進(jìn)行顯示。功能組合報(bào)警光字牌則根據(jù)電廠運(yùn)行的需求對(duì)不同工藝系統(tǒng)進(jìn)行組合，產(chǎn)生不同組的功能組合報(bào)警。系統(tǒng)光字牌和功能組合報(bào)警光字牌有其范圍內(nèi)的報(bào)警觸發(fā)時(shí)，光字牌的級(jí)別顏色和閃爍狀態(tài)取決于組內(nèi)所觸發(fā)的單一報(bào)警中最高優(yōu)先級(jí)報(bào)警的級(jí)別顏色和狀態(tài)。當(dāng)選中某個(gè)光字牌時(shí)，則在報(bào)警列表區(qū)域顯示出本光字牌下的詳細(xì)觸發(fā)的報(bào)警信息。

3.3 報(bào)警操作的實(shí)現(xiàn)

報(bào)警操作區(qū)域包括光字牌分區(qū)域顯示切換操作，光字牌區(qū)域?qū)⒏鶕?jù)所選的分區(qū)進(jìn)行顯示。操作區(qū)還提供了不同篩選方式，包括按照顏色級(jí)別查詢報(bào)警、按照?qǐng)?bào)警分區(qū)查詢報(bào)警、按照時(shí)間范圍查詢報(bào)警、按照?qǐng)?bào)警點(diǎn)名查詢報(bào)警等多種篩選方式。報(bào)警列表區(qū)域?qū)⒑Y選的結(jié)果進(jìn)行顯示。同時(shí)還可以對(duì)報(bào)警列表區(qū)域的報(bào)警進(jìn)行跟蹤和凍結(jié)，跟蹤模式時(shí)列表區(qū)域?qū)?dòng)態(tài)滾動(dòng)顯示，凍結(jié)模式時(shí)新觸發(fā)的報(bào)警將不再進(jìn)入列表顯示區(qū)域。操作員可以對(duì)報(bào)警進(jìn)行消音、行確認(rèn)、頁(yè)確認(rèn)、行復(fù)位和頁(yè)復(fù)位操作。同時(shí)操作員還可以將關(guān)注的報(bào)警進(jìn)行存儲(chǔ)操作，被存儲(chǔ)的報(bào)警即進(jìn)入存儲(chǔ)報(bào)警列表。選中某條報(bào)警后，還可以調(diào)出其報(bào)警響應(yīng)規(guī)程。

通過(guò)光字牌區(qū)、報(bào)警列表區(qū)和報(bào)警操作區(qū)的相關(guān)操作，實(shí)現(xiàn)了報(bào)警列表及光字牌一體化的設(shè)計(jì)，提高了計(jì)算機(jī)化報(bào)警系統(tǒng)的顯示及管理效率。

4 結(jié)論

本課題基于某核電項(xiàng)目及海南3&4項(xiàng)目的技術(shù)要求，研究了一套核電廠主控制室計(jì)算機(jī)化報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與方法。本方法優(yōu)化了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)化報(bào)警列表顯示系統(tǒng)，將系統(tǒng)光字牌、功能組合報(bào)警光字牌、報(bào)警操作與報(bào)警列表的顯示進(jìn)行了一體化設(shè)計(jì)，為操作員提供了便利的報(bào)警管理方式。從某核電項(xiàng)目和海南3&4項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，本課題所設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)化報(bào)警系統(tǒng)能夠滿足運(yùn)行要求，對(duì)數(shù)字化儀控系統(tǒng)的人機(jī)接口設(shè)計(jì)具有重要的借鑒意義。