一種基于HTML網頁技術的核電廠DCS二層畫面離線瀏覽軟件的實現與應用

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(DCS)是新建核電廠的標準配置，其人機交互層為操作人員提供監視、狀態診斷反饋、機組控制等功能，尤其是DCS二層操作員站，是最為關鍵的人機交互設備。除機組的操控需求外，電廠仍有較多崗位有DCS二層畫面的使用需求，特別是在機組調試及商運初期，包括運行規程編制、學習操作員培訓、技術理論教學或小組研討等，但資源極其有限。一方面，限于電廠程序規定及安全要求，實際機組不可能成為非當班運行值人員的使用平臺；另一方面，模擬機由于操作人員培訓及考試的緊迫性，無空閑窗口，首堆建設階段模擬機的運行時間可能達到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。就計算機軟件而言，其實現方式或為客戶端/服務器(C/S)架構或為瀏覽器/服務器(B/S)架構，或為二者混合架構[1]。理論上，C/S架構的軟件都可遷移為B/S架構，也就奠定了將DCS軟件二層客戶端轉化為瀏覽器應用的技術基礎，且靜態的網頁畫面瀏覽并不需要后臺服務端。通過HTML網頁技術開發DCS二層畫面瀏覽軟件，實現DCS二層全畫面及適量控件、報警卡、規程的離線查看，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務需求。

1 核電廠DCS二層畫面使用需求分析

1)運行學習操作員對DCS二層畫面有明確的使用需求，特別是新建電廠、新堆型。在操作員模擬機初訓中，模擬機預培訓課程主要目標即為熟悉DCS二層軟硬件。限于模擬機培訓時長，加之DCS人機界面層的復雜性，學員難以在短時間內做到輕車熟路。這就出現學員要求短時沿用模擬機，甚至提出在空閑時段借用模擬機的情況；但模擬機排班緊，學員一般僅能在課后從模擬機打印DCS二層畫面。當下，多數核電廠皆提供了一份匯集DCS二層工藝系統流程畫面的PDF文檔，以輔助員工學習。就其效果而言，滿足了學員的基礎需求，但無法在各畫面頁內實現與機組DCS二層軟件一致的鏈接跳轉、控件查看等功能。此外，DCS二層畫面多引起PDF文件過大，在早期計算機性能有限的情況下，需要壓縮PDF文件，導致DCS二層畫面清晰度不足。

2)新堆投產前，電廠須編制運行規程，需要依托DCS二層畫面。對運行規程編制組而言，能夠基于實際機組DCS操作員站開展工作無疑是最佳的，但新堆多在調試，且即使基于DCS非操作權限使用機組操作員站仍存在人因風險。而電廠全范圍模擬機培訓負荷重，即使配置了緊湊型模擬機(或稱教室模擬機)，也多用于前期的模擬機偏差處理，僅支持規程驗證，而非規程編制。這種情況下，運行規程組人員基于上述DCS二層操控畫面PDF匯集文檔，或者直接使用各工藝系統設計手冊開展工作。

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

4)偏差修改是模擬機全壽期作業項，但平臺是有限的，模擬機因培訓需要難以提供充裕的偏差分析、修改時間窗口。多數情況下，模擬機開發、維護人員基于獨立的模型軟件，結合工藝系統二層畫面，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上的偏差復現、修改時間。從模擬機偏差修改的角度出發，如有模擬機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 網頁技術實現DCS二層畫面離線瀏覽可行性分析

1)技術可行。DCS二層畫面離線瀏覽功能需求包括畫面顯示、鏈接跳轉、控件彈出、批注顯示、規程顯示等，屬于網頁基礎應用。在網頁編程中，這些功能可以結合HTML、JavaScript及CSS編程語言共同實現，即通過計算機瀏覽器來訪問本地DCS二層畫面HTML文件，結合JavaScript腳本語言實現畫面鏈接跳轉、DCS控件彈出、教學注釋顯示等動作，并由CSS樣式語言保障畫面趨近于機組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網，也不需要依靠機組、模擬機或單獨架設的局域網，可在任何一臺計算機上使用。基于計算機操作系統自帶的瀏覽器或常見瀏覽器，比如火狐(Firefox)，預先配置訪問本地文件權限及主頁，即可實現“傻瓜式”的使用。用戶只需拷貝文件到個人計算機上，點擊瀏覽器即可訪問，不存在平臺限制，無需服務端或客戶端軟件安裝、配置。當然，考慮到機組DCS二層畫面的像素大小，用戶所使用的計算機屏幕要有所對應，避免屏幕太小導致畫面無法全幅顯示。

3)開發成本低，完全可由核電廠運營單位自行開發。本軟件功能簡單，以HTML技術為基礎，結合JavaScript、CSS語言，多為初級編程。其設計輸入數據，可在全范圍模擬機上完整取得，截取模擬機工藝系統DCS二層所有畫面，同時截取、拷貝部分二層控件、機組規程及報警卡等。從專業對口、資源獲取、培訓服務角度出發，培訓部門負責該軟件的開發最為合適。考慮到DCS二層軟件內容較多，如M310機組僅工藝系統DCS二層畫面將近900幅，頁內跳轉更是成千上萬，技術雖不復雜但工作量大，最好以軟件分階段開發及更新。

4)更新操作簡便，具有可擴展性。從功能需求出發，以網頁形式實現，且是離線、靜態式的，即沒有B/S架構中的服務端，不需要架設服務器，不存在遠程更新、數據傳遞、信息安全方面的開發與運維需求。DCS二層離線瀏覽軟件只需由開發人員統一更新，用戶直接拷貝做總體替換即可。功能擴展方面，網頁JavaScript腳本語言功能性強，DCS操作員站現有功能皆可由C/S轉B/S實現，且能添加輔助學習的教學批注等功能。

3 實現

3.1 功能性開發

依托全范圍模擬機，獲取軟件設計輸入信息，包括工藝系統DCS二層畫面、控件圖、報警卡、規程。需要指出的是，為了保障離線瀏覽軟件工藝系統儀控數據的合理性，即不出現儀控數據間的明顯沖突，需要基于特定的模擬機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DCS二層操作員站所有工藝系統畫面，每一個畫面配置為單獨HTML文件。截取部分重要、特異控件圖，實現在瀏覽器中點擊操控按鈕彈出控件圖的功能。根據模擬機教學經驗，主要截取電動主給水泵系統、低壓給水加熱器系統、主給水流量控制系統、輔助給水系統、汽機旁路系統、化學和容積控制系統、反應堆硼和水補給系統、反應堆冷卻劑系統、棒控和棒位系統等涉及的操控按鈕。對于報警卡及規程，既可以圖片形式顯示，也可以獨立HTML文件做網頁顯示。因機組報警卡及規程數量龐大，同控件圖類似，本軟件的報警卡、規程也可僅作部分實現。

基于JavaScript腳本語言配置畫面跳轉鏈接、DCS控件彈出窗、教學注釋等，實現對所有DCS二層畫面的網頁連續訪問，支持全畫面的鏈接跳轉。同時，DCS二層軟件菜單欄相關功能按鈕也是可動作的，比如上下頁按鈕，以給予學習操作員更多的基礎交互響應，使離線瀏覽軟件更趨近DCS二層操作員站。從教學的角度出發，這對學習操作員而言是有益的，至少做到不改變學習操作員的DCS二層軟件操作習慣。最后，基于機組DCS二層軟件的樣式變換效果，使用CSS樣式語言做適當的美化設計。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，本軟件不僅僅面向學員，還包括運行規程編制、技術理論教學、模擬機偏差修改等用戶需求，這無疑需要一個快速、方便，且類似于實際機組的畫面顯示與操控。因此，在教學批注方面需要做取舍，注釋不宜過多，不可遍布畫面，部分知識點可采用點擊后彈出的方式來實現。

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：一是提供免安裝版的瀏覽器軟件，做到點擊即可使用；二是設置瀏覽器安全策略，保障對計算機本地JavaScript等文件的訪問權限；三是設置瀏覽器的默認主頁，即瀏覽器啟動后直接跳轉至DCS總體目錄畫面。

鑒于用戶個人計算機、核電廠辦公計算機已自帶瀏覽器，未免影響計算機原瀏覽器的配置，本軟件盡量提供不同瀏覽器做離線訪問。經試驗，火狐瀏覽器提供免安裝版，并可設置“security.fileuri.strict_origin_policy”策略為false，即允許本地訪問同源文件。由于瀏覽器進行的是本地訪問，在設置默認主頁的情況下，要求主頁地址是明確的、靜態的，所以本軟件需要存放在固定的計算機分區及目錄內。即在軟件的使用方面，要求用戶拷貝的文件夾必須放在規定的盤符目錄下，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火狐瀏覽器的快捷啟動至桌面，便于使用。完成瀏覽器安全及主頁設置后，關閉瀏覽器，以此作為本軟件的離線訪問工具。用戶使用本軟件，點擊瀏覽器應用圖標即可。

3.3 效果及對比

基于HTML網頁技術實現的DCS二層畫面離線瀏覽軟件，以及PDF二層畫面匯集文檔，皆能實現核電機組DCS二層全畫面的快速訪問。基于用戶需求及使用反饋，從便捷性、功能多樣性及與機組DCS二層軟件的相似性等多個角度做對比,詳見表1。

表1 PDF學習文檔與HTML網頁形式功能比較

4 總結

得益于中國核電事業的良性發展，國內DCS儀控應用經驗及技術日積月累，加之國產化DCS平臺在售后成本及時效上的優勢[2]，國產DCS系統平臺呈現多樣化。2020年FCD的漳州核電首堆即采用了全新的國產化DCS平臺，包括安全級和非安全級。由于工藝系統技術的迭代，即使同電廠同堆型，新舊機組亦有不同的DCS設計，其所呈現的二層畫面不盡相同。就目前情況而言，以離線的DCS二層畫面網頁瀏覽軟件作為輔助教學、運行規程編制等在較長時間內仍具有一定價值，特別是新建電廠首堆建設階段。從需求明確與資源匱乏之間的矛盾出發，在技術與成本門檻低，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準備階段一種行業標準的潛質。此外，基于HTML網頁技術的DCS二層畫面離線瀏覽軟件具有高可擴展性，且不存在實時性或是聯網的要求，可以根據模擬機培訓期間發現的薄弱環節，或是具體的課程教學、業務工作需求，進行增量功能開發。

DCS二層畫面離線瀏覽軟件提供與機組一致的DCS二層畫面，利于學員對操作員站軟件的快速熟悉，有助于操作人員的培養。在提供涵蓋機組所有DCS二層畫面、部分控件及規程的情況下，有利于學員課前預習、課后復習。就用戶使用反饋而言，其受眾量大，運行部門、核安全部門、培訓部門皆是其用戶，且是持續性的長久用戶。從企業文化的角度出發，想員工之所需，培訓部門主動擔當作為，體現核電廠培訓領域服務意識，有助于構建學習型組織，最終促進核安全文化的建設。