基于GUI的TXS多功能維護(hù)管理軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)

劉 敏，管海飛，謝國寶

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

0 引言

國內(nèi)外很多核電廠采用Framatome公司生產(chǎn)的TELEPERM XS（TXS）平臺作為安全儀控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆安全保護(hù)和控制。TXS系統(tǒng)能否穩(wěn)定可靠的運(yùn)行很大程度上取決于維護(hù)的效率和維護(hù)效果的好壞，因此設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)多功能且易用的圖形化維護(hù)管理軟件，對于提高TXS維護(hù)水平，保障核電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

本項(xiàng)目通過對TXS系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理和系統(tǒng)特性進(jìn)行分析，基于TXS系統(tǒng)自帶的命令行工具軟件和Linux GUI圖形界面編程技術(shù)，開發(fā)了一套多功能的圖形化維護(hù)管理軟件GMT-TXS。

1 TXS維護(hù)方式簡介

TXS系統(tǒng)的診斷維護(hù)操作主要在SU（Service Unit）服務(wù)器上進(jìn)行，該服務(wù)器操作系統(tǒng)為SUSE Linux Enterprise Server 10，在此基礎(chǔ)上安裝了TXS系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境軟件包，其中涉及診斷維護(hù)的軟件包括SMS（Service Monitor Server）、ASM（Alphanumeric Service Monitor） 和 GSM（Graphic Service Monitor），其運(yùn)行框圖如圖1所示。

圖1 SU服務(wù)器診斷維護(hù)軟件運(yùn)行框圖Fig.1 Operation block diagram of Su server diagnosis and maintenance software

SMS是SU服務(wù)器上的核心服務(wù)軟件，它建立了SU服務(wù)器與在線運(yùn)行機(jī)柜之間的通信連接并且持續(xù)監(jiān)測在線運(yùn)行的機(jī)柜設(shè)備狀態(tài)，然后將狀態(tài)信息輸出記錄到日志文件中。另外，SMS還負(fù)責(zé)將用戶輸入的操作命令轉(zhuǎn)換成機(jī)柜內(nèi)CPU控制器能夠識別的二進(jìn)制指令，以及將CPU傳回的狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可讀文本。

ASM是一個(gè)字符命令行形式的客戶端軟件，用戶可以在字符終端中調(diào)用該軟件輸入命令，然后通過SMS傳送給就地機(jī)柜內(nèi)的控制器執(zhí)行，也可以接收并以字符文本方式顯示就地機(jī)柜的狀態(tài)反饋。ASM支持的命令語法類似C語言，包括變量定義、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義、條件語句以及循環(huán)語句等，同時(shí)它還內(nèi)置了40余個(gè)專用于TXS診斷維護(hù)的預(yù)置命令。

GSM則是一個(gè)視窗形式的客戶端軟件，它提供了圖形化的人機(jī)接口來簡化用戶的操作，通過鼠標(biāo)操作即可查看設(shè)備狀態(tài)，或者點(diǎn)擊菜單按鈕即可自動執(zhí)行一些常用命令，減少用戶需要記憶的命令數(shù)量和手動輸入次數(shù)，提高診斷和維護(hù)操作效率。

2 GMT-TXS軟件總體需求

在TXS系統(tǒng)維護(hù)工作中，很多操作需要用戶手動輸入命令的方式執(zhí)行，這就要求維護(hù)人員記憶大量的命令語法規(guī)則并熟練運(yùn)用，對于維護(hù)人員來說全面學(xué)習(xí)掌握這些維護(hù)命令的難度較大。另外，手動輸入命令的方式需要手動查閱功能圖獲取各種變量名，一旦變量名輸入錯(cuò)誤，則有可能對核電機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生不可控的嚴(yán)重后果。雖然TXS系統(tǒng)自身已有GSM圖形化維護(hù)軟件，但是GSM僅實(shí)現(xiàn)了較少部分維護(hù)命令的圖形化操作，很多常用的維護(hù)操作例如信號隔離、故障分析診斷、信號接口試驗(yàn)輔助操作等，仍然需要用戶通過ASM手動輸入命令。

為了降低TXS系統(tǒng)維護(hù)人員的學(xué)習(xí)難度，加強(qiáng)維護(hù)操作過程中的防人因失誤管控，GMT-TXS軟件要能夠通過圖形化人機(jī)接口實(shí)現(xiàn)常用的系統(tǒng)狀態(tài)診斷、故障日志分析、信號隔離、腳本自定義管理、信號接口試驗(yàn)輔助操作等維護(hù)功能，并且在操作執(zhí)行過程中進(jìn)一步加強(qiáng)防人因失誤管控，最大限度防止人員操作失誤。

3 TXS邏輯組態(tài)數(shù)據(jù)庫解析轉(zhuǎn)換

要減少用戶手動輸入命令行，除了通過軟件自動調(diào)用命令之外，還需要軟件能夠自動根據(jù)用戶的圖形界面操作從邏輯組態(tài)數(shù)據(jù)庫中獲取對應(yīng)的一些變量名，來最終生成完整的命令語句，例如根據(jù)用戶選擇的信號自動調(diào)取其所在邏輯圖編號以及隔離功能塊的編號。

TXS邏輯組態(tài)數(shù)據(jù)庫是基于Oracle數(shù)據(jù)庫定制開發(fā)的功能模塊，為保證數(shù)據(jù)庫的安全性，數(shù)據(jù)庫字段內(nèi)容以及在線連接訪問接口并未公開，僅提供了用于數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建、導(dǎo)入、導(dǎo)出等常規(guī)管理操作的dbadmin模塊。通過對dbadmin模塊內(nèi)置腳本的分析，解析出邏輯組態(tài)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)[1]，并從中導(dǎo)出與GMT-TXS軟件需求相關(guān)的數(shù)據(jù)表，見表1。

表1 TXS邏輯組態(tài)數(shù)據(jù)表解析Table 1 Analysis of TXS logic configuration data table

4 GMT-TXS軟件開發(fā)

4.1 軟件框架設(shè)計(jì)

GMT-TXS軟件開發(fā)采用的是QT框架，QT是一個(gè)跨平臺的C++開發(fā)庫，主要用來開發(fā)圖形用戶界面[2]，TXS的很多軟件包也是基于QT框架開發(fā)，因此采用QT框架開發(fā)GMT-TXS有利于與原生TXS軟件之間保持兼容。

GMT-TXS軟件運(yùn)行的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)與SMS軟件之間的通信，將用戶在圖形界面上的操作通過SMS軟件轉(zhuǎn)換成正確的指令傳輸?shù)綑C(jī)柜CPU控制器內(nèi)執(zhí)行，并通過SMS軟件將CPU傳回的狀態(tài)數(shù)據(jù)正確解析，然后映射到圖形界面上顯示，形成圖形化人機(jī)接口響應(yīng)閉環(huán)。

由于SMS軟件的調(diào)用接口不公開，因而無法通過編程實(shí)現(xiàn)直接調(diào)用SMS軟件接口，但是可以利用TXS自帶的AMS軟件，通過進(jìn)程間通信技術(shù)[2]實(shí)現(xiàn)與SMS軟件的間接通信，其原理如圖2所示。

圖2 GMT-TXS與SMS間接通訊原理Fig.2 Principle of indirect communication between GMT-TXS and SMS

用戶在GMT-TXS軟件圖形界面上進(jìn)行點(diǎn)擊按鈕/菜單等操作時(shí)，在按鈕/菜單對應(yīng)的響應(yīng)函數(shù)中根據(jù)ASM語法規(guī)則，軟件自動將操作轉(zhuǎn)換成ASM能識別的命令語句，然后通過進(jìn)程間通信標(biāo)準(zhǔn)輸入流將命令語句發(fā)送給ASM執(zhí)行。ASM收到命令語句后通過內(nèi)置接口調(diào)用SMS發(fā)送指令到控制機(jī)柜CPU執(zhí)行，執(zhí)行完的結(jié)果數(shù)據(jù)再通過SMS回傳給AMS輸出結(jié)果文本信息。GMT-TXS收到ASM返回的結(jié)果文本信息后會根據(jù)之前發(fā)出的命令操作類型對結(jié)果文本進(jìn)行針對性的解析，解析后的數(shù)據(jù)對象與軟件圖形界面上的顯示控件進(jìn)行關(guān)聯(lián)映射，最終在以圖形化的方式動態(tài)顯示執(zhí)行結(jié)果。

基于上述基本原理設(shè)計(jì)的GMT-TXS軟件框架如圖3所示。

圖3 GMT-TXS軟件框架Fig.3 GMT-TXS Software framework

4.2 軟件主要功能模塊

4.2.1 信號隔離模塊

使用TXS原有的軟件進(jìn)行信號隔離操作，至少要經(jīng)過信號搜索選擇、功能圖跳轉(zhuǎn)、啟動態(tài)在線核實(shí)信號狀態(tài)、查看功能塊編號、輸入命令行執(zhí)行和驗(yàn)證6個(gè)步驟，GMTTXS軟件通過自動處理的方式對上述步驟精簡為3步：首先，用戶在軟件中以精確查詢或者模糊查詢的方式選擇要隔離的信號，軟件將自動根據(jù)解析的數(shù)據(jù)庫表檢索出與該信號冗余的其他信號，并在后臺啟動在線查詢信號狀態(tài)，然后在界面上顯示；當(dāng)用戶確認(rèn)要隔離該信號后，軟件將自動從數(shù)據(jù)庫中檢索出功能圖和功能塊編號，生成信號隔離操作命令語句并發(fā)送給ASM執(zhí)行；信號隔離操作執(zhí)行完成后，軟件后臺會再次在線查詢信號狀態(tài)并顯示給用戶驗(yàn)證。

4.2.2 故障日志分析模塊

SU服務(wù)器在線運(yùn)行時(shí)會將系統(tǒng)發(fā)生過的故障信息記錄到日志文件中，但故障記錄中往往包含一些需要運(yùn)維工程師查詢手冊才能理解其含義的故障代碼，甚至有些故障記錄中還包含組態(tài)數(shù)據(jù)庫中的一些ID號等特殊代碼，運(yùn)維工程師根本無法查詢[3]。GMT-TXS軟件通過建立靜態(tài)故障代碼表，并結(jié)合解析的組態(tài)數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)收先罩具M(jìn)行快速分析解譯，告訴維護(hù)人員具體的故障類型、故障點(diǎn)以及處理建議，其原理如圖4所示。

圖4 故障日志分析模塊原理示意圖Fig.4 Schematic diagram of fault log analysis module

4.2.3 系統(tǒng)狀態(tài)診斷模塊

為了便于維護(hù)人員快速了解系統(tǒng)中各個(gè)CPU處理器的狀態(tài)，GMT-TXS軟件在后臺自動以1 s為周期持續(xù)調(diào)用ASM軟件的stat命令，獲取所有CPU處理器的啟動時(shí)間、運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行模式、權(quán)限、故障記錄等信息，并將這些信息動態(tài)顯示在圖形界面的列表中。

4.2.4 腳本自定義管理模塊

在涉及一些高級的維護(hù)管理操作時(shí)，往往需要維護(hù)人員自定義一些命令腳本，這就要求維護(hù)人員具備較高的C語言編程技能，并熟悉TXS腳本的內(nèi)置命令用法，這對于一般的維護(hù)人員來說難度較大。GMT-TXS軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)專門的腳本編輯器，將編寫腳本時(shí)常用的命令語句根據(jù)其功能以標(biāo)準(zhǔn)化菜單的形式供用戶調(diào)用并插入腳本中，用戶只需根據(jù)功能提示輸入相應(yīng)的參數(shù)值即可。該腳本編輯器還具備基礎(chǔ)的語法校核功能，幫助用戶快速查找語法錯(cuò)誤并糾正。

TXS系統(tǒng)中腳本的運(yùn)行不同于普通的命令操作，它是多個(gè)命令的批量快速執(zhí)行，一旦腳本有誤運(yùn)行失控，很可能對系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。為了嚴(yán)格管控腳本的編輯和使用，GMT-TXS軟件設(shè)計(jì)了腳本管理功能，如圖5所示。維護(hù)人員可以通過GMT-TXS一鍵調(diào)用TXS的內(nèi)置SMT（Service Monitor Test Server）模塊創(chuàng)建離線測試環(huán)境，并自動導(dǎo)入在線運(yùn)行系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)數(shù)據(jù)到離線環(huán)境中。用戶自定義腳本后，必須在離線測試環(huán)境中對腳本進(jìn)行測試運(yùn)行，并且將測試運(yùn)行結(jié)果經(jīng)過其他同級別或更高級的維護(hù)工程師審核無誤后，才能作為正式版本在在線系統(tǒng)中使用。所有的腳本數(shù)據(jù)均以數(shù)據(jù)庫的方式存儲和版本管理，一旦腳本數(shù)據(jù)進(jìn)行過修改，同樣需要離線測試后才能再次成為正式版本。

圖5 自定義腳本管理流程示意圖Fig.5 Flow chart of user defined script management

4.2.5 信號接口試驗(yàn)輔助模塊

TXS系統(tǒng)的信號接口試驗(yàn)過程中往往需要同時(shí)在線查看多個(gè)信號的狀態(tài)值，一般是通過打開邏輯功能圖啟動態(tài)的方式查看，這種方式需要同時(shí)打開多張功能圖，并且受屏幕大小限制需要在功能圖之間來回切換顯示比較耗時(shí)。另外，由于TXS的SU服務(wù)器沒有歷史數(shù)據(jù)存儲功能，對于狀態(tài)值變化較快的信號很容易錯(cuò)過觀察時(shí)機(jī)，導(dǎo)致試驗(yàn)返工。

GMT-TXS的信號接口試驗(yàn)輔助模塊采用類似實(shí)時(shí)曲線記錄的方式。試驗(yàn)開始前，用戶可以預(yù)先選擇要記錄的信號并根據(jù)需要對信號進(jìn)行分組；試驗(yàn)開始后，用戶可以隨時(shí)選擇開始自動記錄某個(gè)信號、某一組信號或者某幾組信號，軟件將在后臺按設(shè)定的周期獲取并記錄所選信號的實(shí)時(shí)值，同時(shí)在圖形界面上動態(tài)刷新。這樣可以大大簡化信號接口試驗(yàn)過程中的記錄操作，并且在特殊情況下漏記數(shù)據(jù)時(shí)，可以通過查看歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)錄。另外，該軟件能夠?qū)⑦x擇記錄的信號清單進(jìn)行保存，這樣下次進(jìn)行同樣試驗(yàn)時(shí)可直接調(diào)用。

4.2.6 防人因失誤管控功能

TXS系統(tǒng)中執(zhí)行修改參數(shù)、改變CPU運(yùn)行模式、在線下載代碼等改變系統(tǒng)狀態(tài)的高級操作時(shí)，要求輸入的命令必須100%準(zhǔn)確。以往通過ASM手動輸入命令時(shí)，用戶可以直觀看到將要執(zhí)行的命令語句，然后回車確認(rèn)執(zhí)行，但是GMT-TXS采用圖形化操作后所有命令后臺自動生成，用戶無法看到將要執(zhí)行的命令。為了避免GMT-TXS圖形化軟件使用過程中用戶誤操作，設(shè)計(jì)了防人因失誤管控功能。用戶在GMT-TXS軟件中執(zhí)行所有改變系統(tǒng)狀態(tài)的高級操作時(shí)，軟件會彈出提示當(dāng)前操作將執(zhí)行的所有命令語句，并要求用戶輸入隨機(jī)指定的4位字符驗(yàn)證碼，然后才會真正執(zhí)行，從而避免誤操作導(dǎo)致預(yù)期之外的后果。

5 應(yīng)用驗(yàn)證

GMT-TXS軟件開發(fā)完成后的界面如圖6所示，該軟件已在田灣核電站1～4號機(jī)組TXS系統(tǒng)維護(hù)工作中得到應(yīng)用驗(yàn)證，使用該軟件進(jìn)行信號隔離操作，比以往的操作方式節(jié)省約一半以上的時(shí)間。軟件的故障日志分析和系統(tǒng)診斷模塊能夠幫助系統(tǒng)工程師更方便快速地定位故障。腳本自定義管理模塊為工程師提供了更高級的維護(hù)管理手段，并且使腳本的使用更加規(guī)范安全。信號接口試驗(yàn)輔助模塊則大大簡化了試驗(yàn)過程中信號的記錄操作，對于縮短試驗(yàn)工期提供了很大幫助。

圖6 GMT-TXS軟件界面Fig.6 GMT-TXS Software interface

6 結(jié)語

本文在TXS系統(tǒng)原生工具軟件的基礎(chǔ)上，利用Linux GUI圖形界面編程技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)了一套多功能的圖形化維護(hù)管理軟件GMT-TXS。該軟件將一些人工手動命令操作轉(zhuǎn)為后臺自動化處理，提高了TXS系統(tǒng)維護(hù)效率，具有較好的工程實(shí)用價(jià)值。