核電站試驗(yàn)閥門驗(yàn)證輔助計(jì)算軟件開發(fā)

劉慕緣，張瑞華，何健蓉，張進(jìn)松，干炯申

（中核核電運(yùn)行管理有限公司 維修三處，浙江 嘉興 314300）

PTRIS001（安全注入和安全殼隔離階段A 的綜合試驗(yàn)），該項(xiàng)試驗(yàn)是在反應(yīng)堆處在換料后的維修冷停堆工況（準(zhǔn)備向一回路充水時(shí)）時(shí)執(zhí)行的試驗(yàn)，且是大修進(jìn)程的關(guān)鍵路徑，整個(gè)試驗(yàn)在順利的情況下需7h 左右。若有設(shè)備等其他異常情況，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程則要有17h 之多。試驗(yàn)過(guò)程中有兩個(gè)環(huán)節(jié)需要大量人力與時(shí)間來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證：①設(shè)備的動(dòng)作情況；②閥門的動(dòng)作時(shí)間。在以往的試驗(yàn)中，曾出現(xiàn)過(guò)設(shè)備初始狀態(tài)與試驗(yàn)要求不一致而導(dǎo)致試驗(yàn)失敗的案例。試驗(yàn)中需要多人從幾百條試驗(yàn)日志中找出需要的試驗(yàn)量來(lái)驗(yàn)證閥門的動(dòng)作時(shí)間，兩種情況中都極易出現(xiàn)差錯(cuò)，導(dǎo)致試驗(yàn)時(shí)間增加或失敗。其涉及閥門個(gè)數(shù)高達(dá)89 個(gè)，部分閥門動(dòng)作時(shí)間要求精度高，關(guān)閉時(shí)間≤1，這就對(duì)閥門變位時(shí)間精度提出了很高的要求。所以，需要開發(fā)試驗(yàn)閥門驗(yàn)證輔助計(jì)算軟件來(lái)解決上述問(wèn)題。

1 項(xiàng)目背景

本項(xiàng)目已研發(fā)出一款可自動(dòng)計(jì)算閥門變位時(shí)間及狀態(tài)的可視化軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行需求的閥門變位時(shí)間自動(dòng)運(yùn)算及狀態(tài)顯示，從而解決現(xiàn)場(chǎng)由于軟件限制需手動(dòng)記錄及計(jì)算導(dǎo)致的試驗(yàn)時(shí)間冗長(zhǎng)及計(jì)算誤差，提高試驗(yàn)效率，節(jié)省大修主線時(shí)間。通過(guò)對(duì)KIT 系統(tǒng)平臺(tái)軟件的二次開發(fā)及組態(tài)，在主控操作員站中增加顯示畫面的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的整體顯示和試驗(yàn)過(guò)程中的閥門時(shí)間自動(dòng)輔助計(jì)算。此系統(tǒng)預(yù)留擴(kuò)展功能，方便后續(xù)自行增加對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)系統(tǒng)。

目前已完成秦二廠1、2 號(hào)機(jī)組試驗(yàn)閥門驗(yàn)證輔助計(jì)算軟件的開發(fā)調(diào)試工作，已完成PT2RIS001/EIE001 兩個(gè)試驗(yàn)調(diào)試，滿足最初設(shè)計(jì)的功能要求：①實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的整體顯示，符合操縱員試驗(yàn)的操作需求；②可正確自動(dòng)計(jì)算動(dòng)作時(shí)間，驗(yàn)證與當(dāng)前手動(dòng)計(jì)算一致，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)閥門時(shí)間自動(dòng)輔助計(jì)算；③具有擴(kuò)展功能，可增加其他試驗(yàn)規(guī)程。經(jīng)評(píng)估已滿足研究目標(biāo)。

開發(fā)過(guò)程：本套軟件主要針對(duì)秦二廠1、2 號(hào)機(jī)組HOLLiAS MACS 系統(tǒng)軟件平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用，與采用HOLLiAS MACS 系統(tǒng)軟件平臺(tái)的其他電廠具有完全的兼容性，其他同平臺(tái)項(xiàng)目也可以采用本方法進(jìn)行閥門動(dòng)作試驗(yàn)。基于電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（KIT）平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)及組態(tài)，采用應(yīng)用開發(fā)補(bǔ)丁的方式，通過(guò)新增功能頁(yè)面實(shí)現(xiàn)閥門動(dòng)作時(shí)間自動(dòng)計(jì)算的功能，可以將本補(bǔ)丁包安裝到工程師站，修改當(dāng)前運(yùn)行的工程，然后下裝操作員站，整個(gè)軟件升級(jí)過(guò)程不影響服務(wù)器的運(yùn)行，不會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器失效。本次開發(fā)的RIS、EIE 試驗(yàn)規(guī)程中的所有閥門的到位時(shí)刻、閥門動(dòng)作時(shí)間已滿足規(guī)程設(shè)計(jì)需要，在模擬體完成軟件的安裝及調(diào)試工作。另外，此次研究還具有擴(kuò)展功能，后續(xù)再增加其他試驗(yàn)規(guī)程時(shí)，設(shè)備狀態(tài)的整體顯示畫面只需修改圖符的開限位、關(guān)限位點(diǎn)名和域號(hào)信息，新增閥門動(dòng)作時(shí)間畫面時(shí)，選擇本閥門時(shí)間自動(dòng)計(jì)算畫面作為模板，可按照本計(jì)算方法進(jìn)行其他試驗(yàn)計(jì)算。

2 關(guān)鍵技術(shù)解決

對(duì)于此研發(fā)項(xiàng)目，其關(guān)鍵技術(shù)為如何通過(guò)本程序，在電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（KIT）平臺(tái)軟件上進(jìn)行試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的整體顯示，并對(duì)顯示閥門動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，具有其擴(kuò)展性。為解決上述問(wèn)題，主要通過(guò)以下3 個(gè)技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述3 種功能：

2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的整體顯示

集成需監(jiān)測(cè)的試驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)至電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（KIT）可視化界面，將目前試驗(yàn)前需要的設(shè)備集成至監(jiān)視界面，通過(guò)電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（KIT）可視化界面確認(rèn)所有設(shè)備是否在要求位置來(lái)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的整體顯示，從而避免因?yàn)樵O(shè)備狀態(tài)不對(duì)而導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，節(jié)約逐個(gè)查詢時(shí)間。本程序包含試驗(yàn)前所有閥門狀態(tài)的自動(dòng)確認(rèn)，并提示試驗(yàn)條件是否已具備。

其主要工作按照操縱員試驗(yàn)的具體情況，人性化為增加試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)顯示頁(yè)面，按工藝系統(tǒng)、按列進(jìn)行歸類，比如RIS 系統(tǒng)增加A 列和B 列兩幅頁(yè)面，分為RIS 系統(tǒng)A 列所有設(shè)備狀態(tài)和B 列所有設(shè)備狀態(tài)，設(shè)備狀態(tài)采用列表的方式分類進(jìn)行排列，顯示風(fēng)格與原有系統(tǒng)保持一致，如圖1 所示。

圖1 RIS系統(tǒng)A列設(shè)備狀態(tài)顯示示意圖Fig.1 Schematic diagram of the status display of equipment in column A of the RIS system

試驗(yàn)開始前，需要確認(rèn)設(shè)備狀態(tài)是否滿足初始要求。初始要求開啟的閥門，開限位為紅色，關(guān)限位為灰色時(shí)，初始狀態(tài)是否滿足列顯示黑色√，其他情況顯示紅色×；初始要求關(guān)閉的閥門，開限位為灰色，關(guān)限位為綠色時(shí)，初始狀態(tài)是否滿足列顯示黑色√，其他情況顯示紅色×。

可以通過(guò)每個(gè)頁(yè)面上的按鈕鏈接到其他頁(yè)面查看其他設(shè)備狀態(tài)，例如打開第一個(gè)頁(yè)面時(shí)，按鈕組的狀態(tài)為：按鈕1 為藍(lán)色，其余按鈕為灰色。當(dāng)點(diǎn)擊按鈕2 打開第二個(gè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視頁(yè)面時(shí)，按鈕組的狀態(tài)為按鈕2 為藍(lán)色，其余按鈕為灰色。

設(shè)備狀態(tài)顯示頁(yè)面增加切換按鈕，可方便地切換到對(duì)應(yīng)的閥門動(dòng)作時(shí)間計(jì)算頁(yè)面。

閥門計(jì)算軟件需保證現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)正常，假如現(xiàn)場(chǎng)電纜進(jìn)線方向的數(shù)據(jù)有誤，目標(biāo)函數(shù)能將風(fēng)險(xiǎn)減到最低，繼續(xù)編寫自動(dòng)優(yōu)化算法[1]。定義站為邊界，以當(dāng)前模塊布置、通道位置為初態(tài)數(shù)據(jù)開始優(yōu)化，每一輪計(jì)算結(jié)果看作一個(gè)樹節(jié)點(diǎn)，每次只調(diào)整偏差小于零的點(diǎn)，每調(diào)整一輪都判斷小于零的點(diǎn)數(shù)。如果點(diǎn)數(shù)增加，則認(rèn)為優(yōu)化變差，返回上一節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入另外分支優(yōu)化[2]。

2.2 試驗(yàn)閥門時(shí)間自動(dòng)輔助計(jì)算

整理試驗(yàn)中對(duì)有開關(guān)時(shí)間要求的閥門，在電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（KIT）中核實(shí)相關(guān)點(diǎn)名，在電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（KIT）平臺(tái)中提取相關(guān)點(diǎn)時(shí)標(biāo)。梳理所有閥門的計(jì)算公式，根據(jù)公式開發(fā)軟件算法計(jì)算閥門動(dòng)作時(shí)間，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)邏輯判斷是否符合要求，并在電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（KIT）可視化界面顯示，包括RIS、EIE 等試驗(yàn)規(guī)程中的所有閥門的到位時(shí)刻、閥門動(dòng)作時(shí)間，是否滿足規(guī)程設(shè)計(jì)需要。

增加試驗(yàn)系統(tǒng)閥門動(dòng)作時(shí)間計(jì)算頁(yè)面，以列表的方式顯示閥門動(dòng)作時(shí)間計(jì)算的相關(guān)信息，并自動(dòng)完成計(jì)算和判定是否滿足準(zhǔn)則。示意圖如圖2 所示。

計(jì)算：手動(dòng)安注信號(hào)出現(xiàn)后，試驗(yàn)開始。頁(yè)面提取試驗(yàn)開始后各個(gè)閥門第一次變位（0 變1）時(shí)刻，并根據(jù)算式計(jì)算出動(dòng)作時(shí)間，動(dòng)作時(shí)間滿足準(zhǔn)則的，是否滿足列顯示黑色√，不滿足準(zhǔn)則時(shí)顯示紅色×。

模式：閥門動(dòng)作時(shí)間計(jì)算功能分為24h 和歷史兩種模式，24h 模式顯示當(dāng)前時(shí)間向前24h 內(nèi)最新的一次試驗(yàn)結(jié)果，歷史模式下需要設(shè)定起始時(shí)間，然后點(diǎn)擊“查詢”按鈕，頁(yè)面查找并顯示設(shè)定的起始時(shí)間后24h 內(nèi)的第一次試驗(yàn)結(jié)果。

翻頁(yè)：通過(guò)頁(yè)面前翻、后翻按鈕查看所有閥門的動(dòng)作情況。

2.3 擴(kuò)展功能

通過(guò)現(xiàn)有的系統(tǒng)組態(tài)程序及配置文件進(jìn)行擴(kuò)展，方便后續(xù)用于其他試驗(yàn)規(guī)程。需要增加其他設(shè)備試驗(yàn)時(shí)，可以參照擴(kuò)展說(shuō)明文件進(jìn)行擴(kuò)展功能的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)以下兩步即可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能。

1）通過(guò)組態(tài)工具增加試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)顯示畫面。

2）通過(guò)組態(tài)工具及配置文件增加試驗(yàn)系統(tǒng)閥門動(dòng)作時(shí)間計(jì)算頁(yè)面。

3 技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

3.1 功能技術(shù)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)

試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視畫面中顯示各個(gè)閥門的開限位狀態(tài)、關(guān)限位狀態(tài)且閥門圖幅及顏色與原電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（KIT）中顯示一致，程序頁(yè)面中用于各閥門計(jì)算的時(shí)刻應(yīng)與電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（KIT）試驗(yàn)日志中的時(shí)刻一致。閥門時(shí)間輔助計(jì)算的程序頁(yè)面打開時(shí)，如試驗(yàn)初始條件已觸發(fā)，則程序自動(dòng)運(yùn)行開始篩選日志并記錄對(duì)應(yīng)時(shí)刻。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，閥門時(shí)間輔助計(jì)算的程序頁(yè)面自動(dòng)停止，且頁(yè)面數(shù)據(jù)保持不變，直至下一次試驗(yàn)開始。閥門時(shí)間輔助計(jì)算的結(jié)果，可通過(guò)篩選功能在試驗(yàn)日志中篩查。每一個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)為一個(gè)單獨(dú)子項(xiàng)，相互之間獨(dú)立，應(yīng)有獨(dú)立的畫面顯示。每個(gè)子項(xiàng)中主要包括閥門動(dòng)作時(shí)間計(jì)算的啟停、日志篩選的啟停、試驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視畫面、閥門時(shí)間自動(dòng)輔助計(jì)算畫面，提供的軟件包含RIS、EIE 試驗(yàn)規(guī)程中所有閥門的到位時(shí)刻、閥門動(dòng)作時(shí)間等，滿足試驗(yàn)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)。模擬體驗(yàn)證：畫面調(diào)用、畫面顯示、設(shè)備狀態(tài)顯示、頁(yè)面調(diào)用、歷史模式數(shù)據(jù)查詢、動(dòng)作時(shí)間計(jì)算正確性、特殊情況邏輯，及計(jì)算處理問(wèn)題。

3.2 擴(kuò)展功能技術(shù)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)

以數(shù)字化技術(shù)為核心的數(shù)字化系統(tǒng)也不斷應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，并在自動(dòng)化生產(chǎn)線中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用[3]。應(yīng)具備擴(kuò)展功能，在后續(xù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，按照擴(kuò)展說(shuō)明文件自行增加擴(kuò)展現(xiàn)有試驗(yàn)規(guī)程外的試驗(yàn)子項(xiàng)。查詢同類電廠，如嶺澳二期核電廠進(jìn)行了數(shù)字化監(jiān)視方面的改進(jìn)。操作人員將運(yùn)行程序和監(jiān)控畫面分離，把數(shù)字化的部分運(yùn)行程序內(nèi)容視同獨(dú)立的一個(gè)計(jì)算機(jī)顯示屏現(xiàn)實(shí)程序，通過(guò)程序的相應(yīng)步驟的鏈接按鈕另屏調(diào)取顯示的監(jiān)控畫面，并在監(jiān)控畫面上進(jìn)行操縱和監(jiān)視，在程序界面上進(jìn)行記錄[4]。軟件開發(fā)過(guò)程中，及時(shí)糾正軟件平臺(tái)的錯(cuò)誤，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，使電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能更加完善、穩(wěn)定，可靠性不斷提高[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)數(shù)字化手段實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行需求的閥門變位時(shí)間自動(dòng)運(yùn)算及狀態(tài)顯示，減少計(jì)算誤差，提高試驗(yàn)效率，節(jié)約操縱員人力，縮短試驗(yàn)時(shí)間。項(xiàng)目完成后，縮短試驗(yàn)時(shí)間10h，大大減少試驗(yàn)期間的操縱員的人力，并且給操縱員減負(fù)，使試驗(yàn)更加準(zhǔn)確，減少因人因或設(shè)備異常導(dǎo)致的試驗(yàn)不合格。試驗(yàn)閥門軟件具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，為其他在役核電廠的數(shù)字化試驗(yàn)方式提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。