核電廠主控制室計算機化報警系統設計與實現

褚雪芹，駱孟華

（中核控制系統工程有限公司，北京 100000）

0 引言

報警功能是核電廠主控制室人機接口系統的核心功能之一，其將核電廠運行狀態偏離要求的異常情況及時給予操作人員提醒，使得操作人員有時間采取有效的動作或糾正措施，保障核電廠的安全運行[1]。核電廠報警技術的發展經歷了4個階段[2]，20世紀70年代以前主要以常規的硬設備報警窗為主；80年代開始引入計算機化的報警系統；20世紀90年代后，隨著計算機技術的發展，計算機化的報警發展成為主要手段；目前國內外核電廠均開始采用大屏幕顯示（LDP）結合操作員站（VDU）顯示的報警系統，并廣泛開展基于計算機化的各種智能報警系統的研究和應用。中國目前新建核電廠及改造核電廠亦在采用智能報警技術。

本課題基于某核電項目及海南昌江核電廠3、4號機組（簡稱海南3&4項目）的技術需求，結合大量工程經驗，設計和優化了主控制室計算機化的報警系統，以達到優化核電廠人機接口系統的目的，兼顧降低操作員的工作負荷前提下獲取更多報警信息的要求?；谠摲椒?，結合人因分析，完成了某核電項目的報警系統實施，同時在海南3&4項目上得到了進一步推廣應用。

1 報警系統需求分析

報警系統應探測電廠非預期變化并經報警信號處理后產生報警，用于報警處理和報警顯示[3]。報警系統能夠將系統發生的偏離正常運行的異常事件提醒給操作員，包括當工藝參數偏離運行范圍、設備狀態與當前運行狀態不符、重要設備發生故障等，并要求操作員采取一定的安全動作。提醒操作員的方式包括聲音和燈光，燈光即操作員站VDU上的顏色閃爍提醒。

在控制室報警系統設計中，為了使運行人員可以清楚地掌握報警的優先級，將每個報警進行了顏色分級，如將“不能自動處理需要操作員立即采取行動的故障”定義為紅色報警，相應地定義了黃色報警、白色報警、綠色報警和洋紅色報警等。結合報警源點的狀態進一步對不同顏色的報警顯示加以分類和信息補充，如源點的掛牌、試驗狀態等。同時采用了先進的報警控制策略進行報警管理，如報警抑制和功能組合報警管理策略。報警抑制即結合運行工況[4]，將一些不必要的報警進行抑制，使其不顯示在主報警列表中。功能組合報警即按照系統設備和功能進行報警組合顯示的功能。

先進的報警系統能夠以報警列表形式和軟光字牌形式進行顯示和管理報警。報警系統應向操作員提供快捷的獲取方式，以盡快采取相應的糾偏措施。

2 計算機化報警系統設計

在M310堆型的報警系統設計中，主要以報警列表方式顯示，如福建福清核電廠1&2&3&4號機組，海南昌江核電廠1&2號機組等同期的核電廠。在巴基斯坦K2K3核電項目、福建福清5&6號機組的報警系統設計中引入了功能組合報警，即軟光字牌的設計方式。在國內的AP1000核電廠中采用了軟光字牌和報警列表相結合的應用，但存在一定不便利性，如報警列表窗口較小。本課題研究了一種報警列表和光字牌一體化的計算機化報警系統設計方法。

2.1 報警列表設計

報警列表以條目化形式按時間降序顯示報警信息，最新的報警信息顯示在列表的最上面。報警列表可按照不同的報警屬性進行分類顯示，如不同顏色級別列表、不同狀態列表、不同系統或功能組列表、大修報警列表、存儲報警列表等。報警列表信息包括報警顏色圖例及閃爍狀態、時間信息（報警發生、恢復、被抑制、取消抑制的時間）、報警名稱、報警描述、標識符（如掛牌標識符、組合報警標識符等）和區域等信息。除報警抑制列表外，其他的列表顯示主要依據屬性顯示，不做贅述。報警抑制列表在報警抑制章節描述。

報警的顯示狀態包括未確認狀態、已確認狀態、恢復狀態、報警刪除。其中未確認狀態表示報警被觸發，報警出現在列表中，對應的報警顏色級別圖例快閃（頻率2Hz）；已確認狀態表示報警出現后被確認，對應的報警顏色級別圖例平光；恢復狀態表示報警條件消失，報警未被復位，對應的報警顏色級別圖例慢閃（頻率0.5Hz）；報警刪除表示報警條件不存在，報警未被激活，報警被復位后該報警從列表中刪除。

2.2 報警光字牌設計

報警光字牌則以組來分類整個電廠的工藝報警，以光字牌的形式給出本組報警顯示的綜合信息。光字牌的顯示以顏色和狀態來表征，顏色即為核電廠報警系統定義的報警顏色，狀態則包括快閃、慢閃和平光3個狀態，并按照本組內被觸發的最高顏色級別的報警顏色和狀態進行顯示。光字牌支持不同種類的分類方式，其文本信息能夠清晰表述當前分組的關鍵信息，如工藝系統名稱或某類操作相關的組綜合信息。

2.3 報警操作設計

操作員對報警可執行的操作，包括對報警的確認、消音、復位、存儲、調出報警規程等。還可以對報警列表進行查詢，如按照工藝系統、按起止時間、按報警級別（紅/黃/白/綠/洋紅）、按運行組（P/S/G）以及按以上方式組合查詢，查詢結果須采用過濾其他無關信息的方式顯示。操作員還可以對報警列表進行追蹤和凍結顯示。

2.4 報警抑制設計

在系統內設置報警抑制的總體原則[5]，被抑制的報警將進入抑制報警列表顯示。抑制列表中的報警抑制條件消失后，本條報警則轉移在主報警列表中進行顯示。通常報警抑制原則包括標準工況抑制、特殊工況抑制、相關系統及設備狀態抑制、多限冗余抑制、原因結果抑制。通過離線組態報警抑制條件，在線運行時報警抑制條件滿足，則相應的報警即被抑制。

報警抑制列表顯示系統中所有被抑制的報警。抑制報警的出現和消失都不需要操作員進行確認，處于未確認和已確認狀態的報警被抑制后從原來的主報警列表或存儲列表中消失而轉移到抑制報警列表。處于消失狀態的報警被抑制后，直接從所有報警列表中刪除。剛出現就被抑制的報警，直接顯示在抑制報警列表中（該類報警不觸發聲音）。抑制報警列表里的報警，其抑制條件消失后，若其報警條件還存在，該報警自動從抑制報警列表消失而轉移到主報警列表中，并觸發報警聲音，顯示為未確認狀態。抑制報警列表里的報警，若其抑制條件存在，而其報警條件消失，該報警自動從所有列表中刪除。因此，先進的報警抑制技術大大減少了一定工況下不必要的報警對操作員的干擾。

2.5 報警界面一體化設計

在為操作員提供豐富的報警功能的同時，考慮報警管理的便利性及關聯性，將報警列表、報警光字牌、報警操作等設計為一體化顯示的人機界面，盡量地減少報警系統間的信息跳轉，使得操縱人員能夠快速掌握所關注的報警信息。

3 計算機化報警系統實現

計算機化報警系統的實現通常包括在離線組態和在線監視兩大部分。在DCS系統中，離線組態時基于報警的源點完成相關的組態配置。以模擬量超高限1閾值為例，組態相應的報警點名（報警點名有明確的標識，如以KA結尾），報警的描述，報警對應的顏色級別，報警的閾值，報警的分區，報警的屬性（如是否為大修報警），報警的抑制條件，報警是否啟用等配置信息。在線監視部分則對源點的狀態進行監視，結合報警屬性及抑制條件等顯示在報警列表中。

計算機化報警系統的在線監視部分，依據第2章的設計，并結合人因工程相關的要求[6,7]，所實現的報警列表及光字牌一體化的人機界面如圖1。

圖1 報警列表及光字牌一體化實現示意圖Fig.1 Schematic diagram of integrated realization of alarm list and optical nameplate

報警系統一體化設計的人機界面分為3個區域。左上部區域為光字牌區，左下部分為報警列表顯示區，右側部分為可對光字牌區域和報警列表區域所執行的操作。點擊報警光字牌區域右側的“上拉”按鈕可將報警光字牌區域隱藏，即報警列表占滿左邊區域；同樣地，點擊報警光字牌區域右側的“下拉”按鈕可將報警列表區域隱藏，即報警光字牌區域顯示占滿左邊區域。通過此種方式便利地實現了光字牌、報警列表、列表及光字牌共同顯示的切換顯示。

3.1 報警列表的實現

圖1中報警列表區中的最左側黃底色“Y”為報警狀態指示器，其快閃、慢閃和平光3個狀態分別表示當前報警為新觸發、報警條件消失和報警被操作員確認。時間列則以毫秒級精度顯示了報警的時間信息，包括被觸發時間、報警條件消失時間等；報警名列則顯示了本條報警的ID號；報警描述列則顯示了對本條報警信息的說明；當前值則顯示了本條報警的源點的當前值。對于模擬量超閾值報警，單位列顯示該模擬量的測量單位。報警類型列對于開關量報警而言則顯示為高/低電平報警，對于模擬量而言則表示超極限報警。報警閾值列則顯示了本條報警對應的模擬量報警的限值。標識符列則顯示了報警的補充信息，如源點被掛牌、源點無效、專屬報警等。區域列則顯示了本條報警屬于核電廠的哪個分區，如P/S/G/T。

報警列表區域顯示的內容通過其下面的不同頁簽顯示進行切換，包括主報警列表（不包含被抑制和存儲的報警）、未確認狀態的報警、已確認狀態的報警、已消失的報警、被存儲的報警、被抑制的報警、處于試驗狀態的報警、大修報警、事故診斷報警、光字牌報警、不同顏色級別的報警。

3.2 報警光字牌的實現

圖1中報警光字牌區域分為系統報警光字牌和功能組合報警光字牌。系統光字牌區域位于上部，功能組合光字牌區域位于下部。系統報警光字牌主要以核電廠的工藝系統為主進行顯示。功能組合報警光字牌則根據電廠運行的需求對不同工藝系統進行組合，產生不同組的功能組合報警。系統光字牌和功能組合報警光字牌有其范圍內的報警觸發時，光字牌的級別顏色和閃爍狀態取決于組內所觸發的單一報警中最高優先級報警的級別顏色和狀態。當選中某個光字牌時，則在報警列表區域顯示出本光字牌下的詳細觸發的報警信息。

3.3 報警操作的實現

報警操作區域包括光字牌分區域顯示切換操作，光字牌區域將根據所選的分區進行顯示。操作區還提供了不同篩選方式，包括按照顏色級別查詢報警、按照報警分區查詢報警、按照時間范圍查詢報警、按照報警點名查詢報警等多種篩選方式。報警列表區域將篩選的結果進行顯示。同時還可以對報警列表區域的報警進行跟蹤和凍結，跟蹤模式時列表區域將動態滾動顯示，凍結模式時新觸發的報警將不再進入列表顯示區域。操作員可以對報警進行消音、行確認、頁確認、行復位和頁復位操作。同時操作員還可以將關注的報警進行存儲操作，被存儲的報警即進入存儲報警列表。選中某條報警后，還可以調出其報警響應規程。

通過光字牌區、報警列表區和報警操作區的相關操作，實現了報警列表及光字牌一體化的設計，提高了計算機化報警系統的顯示及管理效率。

4 結論

本課題基于某核電項目及海南3&4項目的技術要求，研究了一套核電廠主控制室計算機化報警系統的設計與方法。本方法優化了傳統的計算機化報警列表顯示系統，將系統光字牌、功能組合報警光字牌、報警操作與報警列表的顯示進行了一體化設計，為操作員提供了便利的報警管理方式。從某核電項目和海南3&4項目的實際應用來看，本課題所設計和實現的計算機化報警系統能夠滿足運行要求，對數字化儀控系統的人機接口設計具有重要的借鑒意義。