一種核電廠中的用戶管理系統(tǒng)實現(xiàn)方法

馬軍超，郭 偉，袁任重

(中廣核研究院有限公司，廣東 深圳 518000)

一種核電廠中的用戶管理系統(tǒng)實現(xiàn)方法

馬軍超，郭 偉，袁任重

(中廣核研究院有限公司，廣東 深圳 518000)

為加強核電廠中安全級設備及其應用軟件使用的安全性和規(guī)范性、增強對現(xiàn)場操作的監(jiān)管力度、降低誤操作可能帶來的風險，提出了一種基于LabVIEW平臺的用戶管理系統(tǒng)。具體給出了系統(tǒng)的設計原理和實現(xiàn)過程；介紹了在該平臺上人機界面的設計、狀態(tài)機結(jié)構、屬性和方法節(jié)點的使用，以及訪問SQL Server數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法。陽江核電廠3號機組應用結(jié)果表明了該系統(tǒng)的可行性和有效性。

核電廠； LabVIEW； SQL數(shù)據(jù)庫； 狀態(tài)機； 用戶登陸； 權限分級； 用戶信息管理

0 引言

堆外核測量儀表系統(tǒng)是核電廠重要的儀表與控制系統(tǒng)，是廣義的反應堆保護系統(tǒng)的重要組成部分。它的上位機作為人機交互的主要手段，負責顯示反應堆中子注量率水平的監(jiān)測數(shù)據(jù)、參數(shù)閾值的運算處理、功率軸向分布和變化率、系統(tǒng)狀態(tài)的報警以及保護機柜通道控制等[1]。在機組日常運行和大修期間，現(xiàn)場操縱員、工作負責人、設備供應商和維修人員都有機會接觸到現(xiàn)場設備，執(zhí)行調(diào)節(jié)功率限制、參數(shù)修改等操作。工作的可靠性依賴于電站的安全運行規(guī)程、隔離管理制度以及操作人員培訓水平和業(yè)務能力等人因要素[2]。據(jù)統(tǒng)計，由人為因素導致核電事故所占的比例超過70%[3]，因此亟需一套用戶管理系統(tǒng)來隔離現(xiàn)場的非專業(yè)人員，限制某些用戶越權操作，杜絕安全隱患的發(fā)生，避免出現(xiàn)非正規(guī)操作導致的設備損壞和非故障停堆現(xiàn)象。

本文介紹了一款基于LabVIEW平臺開發(fā)的用戶管理系統(tǒng)，它能夠記錄用戶的登陸信息和操作記錄；設計了不同的權限，以有效防止非專業(yè)人員的誤操作帶來的運行風險；增加管理員的用戶管理功能，使之能夠全局監(jiān)管系統(tǒng)的使用情況。目前，該系統(tǒng)已在陽江核電廠3號機組進行堆上試驗的堆外核測量儀表系統(tǒng)上得到應用。此外，該系統(tǒng)具備一套標準的應用程序接口(application program interface,API)，能以多種方式與OPC設備通信。因此，在Windows系統(tǒng)中，該用戶管理系統(tǒng)的通用性和可移植性較強。

1 LabVIEW訪問數(shù)據(jù)庫

LabVIEW訪問關系型數(shù)據(jù)庫的方式有很多種[4]，本文使用LabVIEW的數(shù)據(jù)庫連接工具包調(diào)用API接口操作SQL Server關系數(shù)據(jù)庫，采用通用數(shù)據(jù)鏈接(universal data link,UDL)獲取數(shù)據(jù)庫信息，以顯示數(shù)據(jù)庫的連接狀態(tài)[5]，避免了系統(tǒng)移植到其他計算機中需要重新建立數(shù)據(jù)庫連接的麻煩。

系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫保存的是用戶登陸信息記錄表，表中包括五個字段，分別是:登陸名、密碼、權限、登錄時間和登陸次數(shù)。每個段的數(shù)據(jù)類型是字符串，長度最大為2 000，允許為空。

執(zhí)行代碼時，首先調(diào)用Connect.udl文件獲取當前數(shù)據(jù)庫鏈接配置命令，再檢查當前數(shù)據(jù)庫中是否存在指定的表名。如不存在，則重新創(chuàng)建新的表，然后定義表中的字段，接著通過API函數(shù)獲取當前所有用戶信息，并將變體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成字符串形式。整個程序執(zhí)行過程鼠標狀態(tài)為忙碌，禁止其他操作。

每次打開登陸界面，系統(tǒng)首先執(zhí)行初始化數(shù)據(jù)庫操作代碼，起到創(chuàng)建表、初始化數(shù)據(jù)庫引用、獲取用戶信息的作用；退出系統(tǒng)時，則關閉數(shù)據(jù)庫連接。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)界面設計

良好的人機界面包括合理的控件排版、協(xié)調(diào)的顏色搭配、必要的信息提示、突顯的軟件功能和界面的跳轉(zhuǎn)等[6]。界面設計分為需求分析、功能分配、任務分析和界面設計四個步驟。

需求分析明確系統(tǒng)具備的用戶認證登陸、使用權限區(qū)分、登陸信息管理三大功能。功能分配是承接需求，把功能細化分配給程序，或者開放端口由人為操作，從而規(guī)避因人的局限性導致的誤操作，又凸顯人統(tǒng)一監(jiān)管的優(yōu)勢。任務分析一是要求系統(tǒng)開發(fā)過程遵循科學合理流程，做到邏輯嚴密程序規(guī)范；二是以核電廠實際應用為導向，形成完整的登陸、驗證和管理的動作合集，進而反饋到核電廠的培訓教程和操作規(guī)程中，起到補充和完善的作用。

界面設計總結(jié)以上三點要求，在設計時盡量簡化操作。描述信息要滿足功能操作的完整流程，具備完成操作的基本信息。

本系統(tǒng)開發(fā)的界面有初始化界面、用戶登陸界面、功能選擇界面和用戶管理界面。軟件運行后首先進入初始化界面，初始化成功后進入用戶登陸界面，操作員輸入正確的用戶信息，點擊確定。如果信息正確，當前界面跳轉(zhuǎn)到功能選擇界面，用戶可以選擇直接進入系統(tǒng)或者進行用戶管理操作。具體系統(tǒng)界面切換流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)界面切換流程圖

2.2 系統(tǒng)詳細設計

2.2.1 系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)初始化工作包括:鼠標指向默認的用戶名輸入欄，顯示前一次記錄的登陸用戶信息，默認當前界面控件狀態(tài)，關聯(lián)數(shù)據(jù)庫獲取已保存的用戶信息等。

2.2.2 用戶登陸信息驗證

用戶登陸信息驗證的實現(xiàn)方式是:先初始化三個輸入控件的引用，將界面中輸入的用戶名、密碼和權限信息進行數(shù)組捆綁，再與初始化獲取的用戶信息數(shù)組進行搜索比較。三者均一致即提示登陸成功，否則提示登陸失敗。用戶登陸驗證流程如圖2所示。

圖2 用戶登陸驗證流程圖

默認的管理員用戶名是Admin、密碼是123。需要說明的是，系統(tǒng)移交給核電廠時，原始的管理員信息提供給主控室高級操縱員和大修經(jīng)理，他們作為系統(tǒng)的管理者，在反應堆日常運行和大修期間，執(zhí)行用戶管理程序。

用戶輸入密碼時，在“正常顯示”位置打勾，則密碼輸入控件的顯示樣式屬性為正常，以此來確保用戶輸入密碼的安全性；如勾選“保存用戶名和密碼”，程序自動將當前用戶名、密碼和權限保存為緩存文件，下次登陸系統(tǒng)時讀取緩存文件內(nèi)容顯示；如不勾選，則自動刪除緩存文件。

2.2.3 權限分配

當用戶信息驗證成功后，對登陸的用戶按照三種不同級別進行權限分配，主要體現(xiàn)在:一是對用戶信息管理的不同操作，二是對準許登陸系統(tǒng)的不同功能操作[7]。權限級別關系由管理員(Manager)、工程師(Engineer)、操作員(Operator)依次遞減。用戶權限說明如表1所示。

表1 用戶權限說明

用戶管理系統(tǒng)和準入登陸系統(tǒng)兩個進程的用戶登陸信息通過文件變量形式傳遞，根據(jù)當前用戶權限，通過屬性節(jié)點設置功能按鈕和顯示界面的是否可見、顯示樣式、變灰禁用等屬性，實現(xiàn)某些操作功能的禁用或者視圖的不可見。

電廠日常運行期間，高級操縱員具備Manager權限，他依據(jù)核電廠運行技術規(guī)范的要求，把Engineer和Operator權限授予主控操縱員或現(xiàn)場操縱員，由后者執(zhí)行對機組實行反應性控制的相關操作。

2.2.4 用戶信息管理

登陸用戶信息由用戶登陸界面?zhèn)鬟f到用戶管理界面中，在該子系統(tǒng)中具體實施對用戶管理功能的三種權限分配。

如表1所示，Operator 用戶僅查看自身的登陸狀態(tài)，這里不過多闡述；Manager用戶可以對自身和低權限用戶進行多種操作。

①從用戶管理子系統(tǒng)查看所有用戶的信息，包括:用戶名、密碼、權限、登陸時間和登陸次數(shù)。

②點擊“增加用戶”，輸入新的“用戶名”、 “權限”和“密碼”，需要“再次確認密碼”后，方可增加新的用戶。

③點擊“刪除用戶”，選擇要刪除的“用戶名”及對應的“權限”，即可刪除該用戶信息。

④鼠標雙擊某用戶信息行，輸入原有密碼和執(zhí)行更改的新密碼，并再次輸入新密碼，可以更換已有用戶密碼。

在大修期間，大修經(jīng)理具備Manager權限，根據(jù)工作包的方案內(nèi)容，授予工作負責人和維修人員Engineer或Operator權限，后者依據(jù)工作要求，執(zhí)行設備維修和參數(shù)修改等操作。大修結(jié)束后，大修經(jīng)理可以刪除原有用戶或者更改密碼，以此增強設備的監(jiān)管。

2.2.5 登錄信息記錄

系統(tǒng)開發(fā)使用了狀態(tài)機結(jié)構，它的特點是通過移位寄存器存儲下一步要執(zhí)行的狀態(tài)，通過事件觸發(fā)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的條件，避免了數(shù)據(jù)的多線程通信[7]。由于Operator用戶并不具備用戶管理權限，驗證成功后直接進入授權登陸的系統(tǒng)，而Manager和Engineer面臨兩種選擇，一是進入授權登陸系統(tǒng)，二是進行用戶管理操作，因此狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)會復雜化。在登陸成功后，具體跳轉(zhuǎn)狀態(tài)如圖3所示。

圖3 狀態(tài)跳轉(zhuǎn)示意圖

無論哪種用戶在進入系統(tǒng)或者退出登陸時都會進入更新寄存器數(shù)據(jù)“Update User Info”和保存數(shù)據(jù)“Save in Database”兩個狀態(tài)，從而保存最新的用戶登陸記錄。

2.3 程序開發(fā)總結(jié)

本系統(tǒng)設計過程中較多使用了事件結(jié)構、屬性、方法以及引用，因此總結(jié)了一些關于這些技術的用法和注意事項。

①事件結(jié)構中最好不作復雜運算，僅執(zhí)行狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)命令，把復雜程序作為獨立狀態(tài)來執(zhí)行；超時時間(100～200 ms)不能太長，否則事件觸發(fā)不夠靈敏；在處理事件循環(huán)中，設定循環(huán)時間或給出明確的循環(huán)結(jié)束的條件，否則程序會進入死循環(huán)，無法跳出。

②打開的引用要關閉，根據(jù)“誰創(chuàng)建誰銷毀”的原則，退出程序時需關閉所有創(chuàng)建的引用，防止內(nèi)存泄漏，造成程序崩潰。

③多采用相對路徑，相對路徑在搜索引擎中表現(xiàn)良好，程序移植到其他計算機，不會出現(xiàn)讀取文件路徑出錯現(xiàn)象。

④通過控件引用和子VI來替換大量的屬性節(jié)點，而且更新前面板控件的數(shù)據(jù)時也盡量不使用屬性節(jié)點。

3 結(jié)束語

本文設計的用戶管理系統(tǒng)，已成功在陽江核電廠3號機組的堆外核測量儀表系統(tǒng)上位機軟件中完成了堆上試驗。結(jié)果表明，該系統(tǒng)運行良好，它充分考慮了人的因素，減輕了操作員的負擔，減少了操作失誤，在降低人因失誤、提高人因可靠性方面起到了重要的作用。該系統(tǒng)具有高內(nèi)聚、低耦合特性，又可以作為大型應用程序的組件，應用到核電廠的其他設備或工業(yè)測控系統(tǒng)中。

[1] 張力，王以群，黃曙東.人因事故縱深防御系統(tǒng)模型[J].中國安全科學學報，2002，12(1):16-18.

[2] 萬文略，崔冰波.LabVIEW在測控系統(tǒng)登錄與管理中的應用[J].自動化儀表，2012,33(4):30-34.

[3] 陳樹學，劉萱.LabVIEW寶典[M].北京:電子工業(yè)出版社，2014:398-400,460-473.

[4] BEN S,CATHERINE P.Designing the user interface-strategies for effective human-computer interaction fifth edition [M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry Authorized by Pearson Education,Inc,2010.

[5] 覃章榮.緩存在用戶權限管理中的研究與應用[J].計算機技術與發(fā)展，2011,21(5):163-165.

[6] 化成君，樊 偉，張勝茂.基于角色的用戶權限管理和功能模塊的動態(tài)加載[J].電腦開發(fā)與應用，2012,25(8):41-43.

[7] 陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW程序設計從入門到精通[M].北京:清華大學出版社，2014:359-376.

An Implementation Method for the User Management System
in Nuclear Power Plant

MA Junchao，GUO Wei，YUAN Renzhong
(China Nuclear Power Technology Research Institute Co.,Ltd.，Shenzhen 518000，China)

In order to strengthen the security and normalization of safety class equipment and application software in nuclear power station,enhance the supervision of site operation,reduce the risk of misuse,the design principle and implementation process of a user management system based on LabVIEW platform are given；the design of human machine interface,structure of state machine,the usage of nodes of attributes and methods,and the implementation method of accessing SQL server database on this platform are discussed.The application of this method in the outer-reactor measurement instrument system in Unit 3 of YangJiang nuclear power plant verifies the feasibility and validity of the system.

Nuclear power plant；LabVIEW；SQL database；State machine；User login； Privilege classification; User information management

中廣核研究院院級科研基金資助項目(R-2016ZBERC001)

馬軍超(1987—)，男，碩士，工程師，主要從事核電站儀控系統(tǒng)設備的研發(fā)工作。E-mail:majunchao@cgnpc.com.cn。

TH-3;TP311

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201707023

修改稿收到日期:2017-02-09