基于EDPF-NU系統(tǒng)的DCS二層功能優(yōu)化

代 謀，覃事棟

(中核國電漳州能源有限公司，福建 漳州 363300)

DCS二層作為信息監(jiān)視與操作控制層，是主控室操作員對機(jī)組進(jìn)行監(jiān)視和控制的媒介，操作員通過DCS二層可以實現(xiàn)報警監(jiān)視、日志查詢、趨勢跟蹤、設(shè)備啟停等功能，對核電廠的安全可靠穩(wěn)定運行具有重要意義。漳州核電1、2號機(jī)組DCS平臺所采用的EDPF-NU系統(tǒng)，是針對大型電廠機(jī)組開發(fā)的一套具備國際先進(jìn)水平的大型自動控制系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于電力、化工、煤炭、軌道交通等行業(yè)，但應(yīng)用于核電領(lǐng)域尚屬首次。從核電的安全理念和操作員的使用需求出發(fā)，并結(jié)合同行電廠運行經(jīng)驗，該系統(tǒng)的DCS二層功能還無法完全滿足實際應(yīng)用的需求。通過前期深入?yún)⑴c該系統(tǒng)的測試研發(fā)工作，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)尚有諸多二層功能可做適應(yīng)性優(yōu)化，包括：人機(jī)交互優(yōu)化、報警功能優(yōu)化等。本文從運行角度出發(fā)，結(jié)合各核電廠DCS平臺實際使用情況，吸取多位資深操作員的工作經(jīng)驗，提出若干DCS二層功能優(yōu)化方法，并實施于漳州核電在建機(jī)組，使DCS二層功能更加完善，且有效降低操作員人因失誤風(fēng)險，具有實際意義和應(yīng)用價值。

1 人機(jī)交互優(yōu)化

人機(jī)交互是指人與計算機(jī)之間使用某種對話語言，以一定的交互方式，完成確定任務(wù)的人與計算機(jī)之間的信息交互過程。良好的人機(jī)交互可以有效減輕操作員的使用負(fù)擔(dān)，保持操作員的身心愉悅，間接減少人因失誤陷阱。

1.1 光標(biāo)尺寸和快捷功能優(yōu)化

目前漳州核電主控室采用的是6屏操作站，每個操作員站配有6臺24英寸NC-VDU，比例為16∶9，在將顯示屏一字排開之后，若采用傳統(tǒng)的白色箭頭光標(biāo)，由于光標(biāo)顏色白體積小，實際使用過程中發(fā)現(xiàn)光標(biāo)辨識度較差，尤其是在進(jìn)行屏幕切換操作以后，需要花費一定時間尋找新屏幕中光標(biāo)的位置，不僅使人機(jī)交互體驗感下降，且會間接增加規(guī)程執(zhí)行或報警響應(yīng)等常規(guī)操作的時間。

為解決此問題，結(jié)合同行電廠經(jīng)驗，將光標(biāo)顏色修改為更容易吸引人注意的黃色，并適當(dāng)增大光標(biāo)體積提高辨識度，同時通過增加F1-F6切屏快捷鍵，自動將光標(biāo)定位至屏幕正中央，實現(xiàn)光標(biāo)快速定位功能。

1.2 大屏幕投屏方式靈活化

核電廠的大屏幕主要投放一些重要的專用監(jiān)視畫面，實現(xiàn)對電廠各工藝系統(tǒng)和機(jī)組實時狀態(tài)的監(jiān)視，這些畫面只能從預(yù)先規(guī)劃的幾張或十幾張畫面中選擇，具有一定的局限性。在一些特定工況下，可能需要將一些平常少見的畫面、列表、趨勢圖等投屏到大屏幕中，以便操作員重點監(jiān)視，此時就需要對大屏幕投屏功能提出更高的要求。

漳州核電機(jī)組的大屏幕設(shè)備盤臺(LDP)結(jié)合操作員的實際需求和同行電廠應(yīng)用經(jīng)驗，采用在任意操作員站(OWP)上設(shè)置專用投屏按鈕的方式，將所需畫面，如報警、日志、趨勢、流程圖、列表等投屏到LDP上，而不僅僅局限于一些專用的大屏幕畫面。這些畫面不會顯示頁眉頁腳，會自適應(yīng)全屏顯示。

1.3 閉鎖Windows快捷功能

由于EDPF-NU平臺是在Windows的環(huán)境下開發(fā)的，不可避免會存在誤調(diào)用Windows快捷功能的情況，如Alt+Tab進(jìn)行窗口切換，Ctrl+Alt+Delete進(jìn)入任務(wù)管理器，界面窗口移動至屏幕邊緣會觸發(fā)分屏功能等。這些操作在日常辦公中是很方便快捷的，但應(yīng)用在OWP站上是十分有風(fēng)險的，稍有不慎，可能誤操作按鈕或突破權(quán)限關(guān)閉電腦導(dǎo)致短時失去對機(jī)組的監(jiān)視等嚴(yán)重后果。

為此，本系統(tǒng)設(shè)置了防誤入操作系統(tǒng)功能，增設(shè)一個Lock_opr_env_Win10.exe軟件，閉鎖Windows相關(guān)的所有快捷鍵功能，避免誤操作風(fēng)險。

2 報警功能優(yōu)化

報警功能為操作員提供整個系統(tǒng)中工藝和設(shè)備等的故障報警情況，操作員可對報警進(jìn)行確認(rèn)、復(fù)位、存儲等操作，是DCS二層功能中不可或缺的一部分，對操作員監(jiān)盤具有重要意義。

2.1 報警類別和模式的顯示界面區(qū)分

為便于查看和區(qū)分報警的緊急程度，通常將報警分為洋紅色、紅色、黃色、白色、綠色、已確認(rèn)、未確認(rèn)等報警類別，還會提供“實時”和“歷史”兩種模式切換功能。

在監(jiān)盤過程中，畫面一般顯示報警總列表，但由于實際情況變化，操作員可能根據(jù)自身需求切換至其他報警列表。如“紅色報警”“已確認(rèn)報警”等列表，甚至可能長時間保持在“歷史”模式，這樣會失去對實時報警總列表的監(jiān)視，以至于不能及時發(fā)現(xiàn)新出現(xiàn)的報警，這種情況是十分危險的。

為此該系統(tǒng)新增報警界面區(qū)分功能。如圖1所示，實時模式下報警界面正常，在歷史模式下報警界面會增加藍(lán)框以示區(qū)分，在報警總列表界面顯示正常，其他報警子列表增加紅框以示區(qū)別，這樣能醒目提醒操作員目前報警界面的狀態(tài)。

圖1 分別為實時報警列表、歷史報警列表、其他子報警列表Fig.1 The lists of real-time alarm, historical alarm and other sub-alarm

2.2 同優(yōu)先級報警聲音覆蓋

報警聲音可以用來區(qū)分不同類型、不同工況的報警，同時向操作員提供報警的產(chǎn)生、消失、發(fā)生頻次等信息。由于報警聲音采用的邏輯是優(yōu)先級高的報警會覆蓋優(yōu)先級低的報警，相同優(yōu)先級的報警不會覆蓋，例如第一個報警聲音約3 s，在3 s內(nèi)出現(xiàn)任何的相同優(yōu)先級報警均不會打斷第一個報警的聲音，即當(dāng)出現(xiàn)一個報警后在一個聲音周期內(nèi)無法判斷是否出現(xiàn)了同級別新增的報警，這樣可能會誤導(dǎo)操作員。

報警聲音作為輔助判斷報警出現(xiàn)的手段，考慮到實際需求，該系統(tǒng)增加新出現(xiàn)相同優(yōu)先級的報警時，覆蓋(打斷)第一個報警的聲音，在操作員未第一時間消音情況下，使得操作員僅通過聲音出現(xiàn)頻次也能大概判斷新增的報警數(shù)量的多少。如出現(xiàn)停機(jī)停堆等大事件時，為避免出現(xiàn)報警頻次過多導(dǎo)致聲音過于急促，設(shè)置10 s內(nèi)最大報警覆蓋數(shù)為5次。

2.3 組合報警列表內(nèi)容自動刷新

組合報警是指一個內(nèi)部開關(guān)量點的報警，其輸出為內(nèi)部子條件的“或”運算，當(dāng)其中任意一個條件成立時，該點報警，組合報警可以有效減少報警數(shù)量，較少操作員的負(fù)擔(dān)。

當(dāng)組合報警列表在打開狀態(tài)時，存在不會實時刷新報警列表內(nèi)容的情況。這是一個潛在的人因失誤陷阱。如：一個組合報警觸發(fā)，在該報警未消失的情況下，操作員打開組合報警框查看分析原因，該組合報警的另一個子條件也觸發(fā)，操作員在報警未刷新的情況下，不能及時看到另一個子報警，可能造成誤判斷。

結(jié)合操作員實際工作需求，該系統(tǒng)實現(xiàn)組合報警自動刷新機(jī)制，避免沒有自動刷新而帶來的潛在風(fēng)險。

3 閥門控件描述及功能優(yōu)化

DCS二層閥門控件是操作員的重要控制手段，直接影響主控畫面和現(xiàn)場設(shè)備的交互。目前許多二層畫面中的控件圖符顯示1%和5%，即調(diào)節(jié)對應(yīng)的二層顯示量程的百分比，但實際應(yīng)用起來十分不便。如控制棒量程為235步，調(diào)節(jié)一次1%為2～3步，實際使用經(jīng)驗反饋，調(diào)節(jié)一次改為1步更為實用；TSA大氣排放閥壓力整定值量程為0～10 MPa，1%控件對應(yīng)的壓力變化為0.1 MPa，但實際工作中操作員在調(diào)節(jié)壓力整定值時只允許一次改變0.01 MPa，閥門對應(yīng)開度改變8%，如果采原有的控件無法滿足操作員工作需求，并且會引起閥門突然開啟關(guān)閉，造成機(jī)組瞬態(tài)和人員傷亡事故；為確保操作正確，我們在設(shè)定值輸入后還增加了二次彈窗確認(rèn)步驟，避免輸入定值錯誤后直接生效，減少人因失誤。

此外有些三通閥閥位改變描述為“開”和“關(guān)”，但實際三通閥改變流向后，功能為“凈化”和“旁通”，單純的開關(guān)描述會造成操作員誤解。

結(jié)合操作員的工作經(jīng)驗，梳理重要控制和調(diào)節(jié)閥的描述及調(diào)節(jié)方式，對不恰當(dāng)?shù)拿枋龊驼{(diào)節(jié)刻度進(jìn)行修改，使控件的功能更貼近于操作員日常的工作，減少人因失誤。

4 畫面優(yōu)化

畫面作為重要的監(jiān)視手段，是操作員與系統(tǒng)之間重要的交互界面。操作員可以通過畫面中的數(shù)據(jù)、趨勢曲線、棒圖等方式監(jiān)視機(jī)組生產(chǎn)過程中的實時數(shù)據(jù)，幫助操作員判斷機(jī)組狀態(tài)，對設(shè)備進(jìn)行啟停操作，必要時對機(jī)組的狀態(tài)進(jìn)行干預(yù)。

漳州核電1、2號機(jī)組的DCS畫面主要由設(shè)計院的儀控所和總體所分開設(shè)計，畫面體系如圖2，存在遺漏和重復(fù)情況，考慮到后續(xù)機(jī)組商運過程中DCS畫面實用性，功能齊全，操作方便快捷的畫面可以讓操作員的操作起到事半功倍的效果。從操作員的使用習(xí)慣出發(fā)，結(jié)合防人因失誤功能，并借鑒同行電廠的良好經(jīng)驗反饋，向CNPE提出漳州特有的畫面體系的開發(fā)設(shè)計工作要求，致力使得漳州華龍的DCS畫面體系成為行業(yè)標(biāo)桿。在梳理漳州畫面體系之后，通過審查，流程如圖3所示，新增了大屏幕畫面、監(jiān)督要求試驗規(guī)程畫面、巡盤畫面、重要控制器畫面等，每個畫面都有各自獨特的功能。

圖2 畫面體系Fig.2 The system of screen display

圖3 審查流程Fig.3 The review process

1)大屏幕畫面：主要投屏于LDP中，顯示電廠的總體概貌，以及電廠重要系統(tǒng)與設(shè)備的狀態(tài)和參數(shù)。

2)監(jiān)督要求試驗規(guī)程畫面：根據(jù)安全監(jiān)督試驗規(guī)程，分類分組整理數(shù)據(jù)清單，通過趨勢圖形式羅列安全監(jiān)督參數(shù)，幫助操作員快速執(zhí)行規(guī)程。

3)巡盤畫面：正常每班例行巡檢的重要參數(shù)信息，按順序集中羅列。

4)重要控制器畫面：用于集中監(jiān)視核島和常規(guī)島的相關(guān)重要控制器狀態(tài)。

5)事故規(guī)程畫面。

5 智能化順序控制優(yōu)化

機(jī)組的操作通常是操作員依據(jù)生效文件一步步執(zhí)行，執(zhí)行的順序有著嚴(yán)格的先后順序要求，需要確認(rèn)前一步執(zhí)行完畢且響應(yīng)正確后再執(zhí)行下一步。對于一些操作風(fēng)險高或執(zhí)行頻次高的操作，若可進(jìn)行自動化改造，在降低人因失誤風(fēng)險和提高機(jī)組利用率方面有著較明顯的收益。

通過機(jī)組智能化控制提升項目，一方面保證重要參數(shù)自動控制，充分發(fā)揮控制系統(tǒng)的長處；另一方面精簡操作，將操作員從瑣碎復(fù)雜的機(jī)械勞動中解放出來，減輕操作員工作負(fù)荷，使其集中精力關(guān)注機(jī)組關(guān)鍵參數(shù)和關(guān)鍵活動，避免被優(yōu)先級低的信息和操作所干擾。通過合理設(shè)計和運行操作，可以維持機(jī)組長期安全穩(wěn)定高效運行，同時也達(dá)到降低人員負(fù)荷和提高工作效率的目的。

目前，火電機(jī)組的自動化水平較高，可以利用順序控制技術(shù)實現(xiàn)機(jī)組的自動啟停操作，已取得較好的收益，核電機(jī)組因核技術(shù)的特殊性，自動化水平與火電相比相對較低。在保證核安全的前提下，充分考慮機(jī)組控制系統(tǒng)的綜合協(xié)調(diào)性、互動關(guān)聯(lián)性、整體最優(yōu)性，考慮以下6種情況適宜采用順序控制進(jìn)行自動化提升：

1)增加操作員負(fù)荷的單調(diào)或重復(fù)性的任務(wù)，并且能減少因人工操作錯誤而引發(fā)故障和事故的情況，宜采用順序控制。

2)負(fù)荷或工況變化需要操作或異常工況手操來不及時的任務(wù)，或緊急的操作，宜采用順序控制。

3)繁瑣的、操作順序規(guī)律固定的、不需操作員判定的設(shè)備組或輔助工藝系統(tǒng)的啟/停順序。

4)機(jī)組運行時，需同時監(jiān)測多個參數(shù)的操作，宜采用順序控制。

5)在機(jī)組運行、啟停期間，某些需要單獨執(zhí)行的功能，該功能簡便但會增加操作員負(fù)荷的任務(wù)，宜采用順序控制。

6)可以提高機(jī)組利用率及減少啟停時間的任務(wù)，宜采用順序控制。

根據(jù)以上篩選原則，結(jié)合運行規(guī)程體系，對定期試驗規(guī)程、大修規(guī)程、運行操作票、事故規(guī)程全面梳理，提出62項自動化提升需求，包括五類。

1)定期試驗類優(yōu)化：定期試驗規(guī)程執(zhí)行頻度高，且一般檢查條件繁多、操作連續(xù)且重復(fù)性高，若可實現(xiàn)順控，不僅可以減輕操作人員工作負(fù)擔(dān)，還可以實現(xiàn)更精準(zhǔn)的控制。

2)大修操作類優(yōu)化：大修期間主控工作繁多、機(jī)組狀態(tài)變化快、操作風(fēng)險劇增，可將占用操作員大量精力且容易出錯的重復(fù)步驟改為機(jī)組智能化提升項目，不僅提高了工作效率，還能降低操作失誤率。

3)事故處理類優(yōu)化：執(zhí)行事故規(guī)程時要求判斷準(zhǔn)確、干預(yù)快速，若部分操作能一鍵自動化執(zhí)行，可以節(jié)省事故規(guī)程操作時間，提高事故處理效率。

4)設(shè)備切換類優(yōu)化：設(shè)備切換如無需現(xiàn)場配合操作，僅需現(xiàn)場狀態(tài)檢查，為避免設(shè)備切換中控制不當(dāng)帶來的機(jī)組風(fēng)險，通過機(jī)組智能化提升項目可減少工作量和提升機(jī)組安全性。

5)設(shè)備啟停類優(yōu)化：系統(tǒng)設(shè)備啟停的順序執(zhí)行，可減少操作人員工作量、避免人因失誤導(dǎo)致設(shè)備損壞。

目前在漳州核電1、2號機(jī)組上熱試前實現(xiàn)RPC系統(tǒng)動棒試驗和一鍵投運TTB排污兩個順控需求，已確定具體的實施方案，后續(xù)的順控需求通過技術(shù)變更的方式利用大修窗口逐步實現(xiàn)。所有的順控需求作為漳州核電3、4號機(jī)組的優(yōu)化項目提交給設(shè)計院評估，推動在漳州核電3、4號機(jī)組實現(xiàn)更大范圍的順序控制優(yōu)化，然后結(jié)合實際經(jīng)驗反向推動漳州核電1、2號機(jī)組智能化提升。

6 結(jié)束語

本文基于EDPF-NU系統(tǒng)的DCS二層平臺，圍繞操作員使用需求和同行電廠經(jīng)驗，提出DCS二層功能優(yōu)化的策略和方法，已全部實施至漳州核電1、2號機(jī)組，極大的優(yōu)化了當(dāng)前DCS二層系統(tǒng)的功能。后續(xù)將繼續(xù)結(jié)合現(xiàn)場實際使用情況以及廣大操作員的反饋意見，對DCS二層功能進(jìn)行不斷優(yōu)化，并將本文所述優(yōu)化成果推廣至同行電廠，使DCS二層功能能最大程度上滿足核電廠運行需求，為核電廠安全可靠穩(wěn)定運行添磚加瓦。