核電設備邏輯仿真研究與設計

谷鐵

關鍵詞：設備控制邏輯；LabVIEW；仿真；風險分析

引言：LabVIEW是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言，提供了方便的建模和設計工具，其擁有專門用于控制領域的模塊LabVIEW DSC，適用于檢查設計假設，驗證算法功能，規劃和優化工藝流程。其擁有完善的工具箱，可以方便實現各種模擬測試、數字信號處理、自動化控制等領域的開發。在核電行業中，LabVIEW仿真可以應用于安全分析、控制與保護系統設計和驗證、操縱員培訓等方面，為有效地提高核電廠的安全性提供了堅強的技術保障。

? 一、核電設備邏輯仿真研究的意義

通過研究LabVIEW在核電系統設備邏輯仿真中的應用，對核電工藝系統邏輯圖和模擬圖中的控制邏輯進行仿真，實現工作人員通過系統設備邏輯仿真進行設備操作模擬操作，獲得仿真結果。為設備操作或檢修隔離等工作的風險分析和預防措施制定提供支持。同時在核電員工培訓過程中，利用該LabVIEW仿真軟件開發出系統設備邏輯仿真的操作性、可視化和仿真性，可以更形象有效地提升員工對系統控制邏輯的理解和學習，提高培訓的效率。

? 二、核電設備邏輯仿真實施方案設計

利用虛擬現實圖形化編程LabVIEW軟件，來模擬核電機組的系統設備，設備間邏輯關系和系統運行過程，以實現一種虛擬的核電運行系統，供電廠運行和維修等工作人員學習和熟悉系統設備間的邏輯關系，跟蹤和預測系統運行狀態，提高他們對系統的熟悉程度，以及故障關聯分析和風險預測能力。

利用LabVIEW前面板開發設計機組系統設備操作控制仿真畫面，布設各設備儀表的功能流程簡圖、設備狀態顯示及其操作控件，主要包括儀表、泵、風機、閥門等設備的圖形化表示，報警和仿真結果的顯示，以方便核電工作人員的仿真控制操作和設備仿真狀態監視。其中設備控件布置可來源于LabVIEW軟件的DSC工具包，對于部分缺少的控件可以進行自定義制作。

利用LabVIEW程序面板開發設計機組系統設備控制邏輯仿真圖，并在各系統設備間的邏輯連線布設“探針”，用于輸出設備控制邏輯仿真值，用于設備仿真后果預測和關聯分析。

? 三、核電設備控制邏輯仿真功能設計

? （1）系統控制操作界面跳轉和翻頁功能

利用在LabVIEW前面板中，設置子面板控件，在當前VI的前面板上顯示另一個VI的前面板，如在頂層VI的前面板上放置上一步和下一步按鈕，并用子面板控件加載向導中每一步的前面板，在頂層VI前面板上放置不同的功能按鈕，切換不同功能模塊對應的子面板。

? （2）系統初始化功能

通過LabVIEW軟件開發圖形用戶界面，對每個設備（泵、風機、電加熱器、開關閥門、儀表等）的初始狀態進行初始賦值，初始狀態參考當前機組系統設備的運行參數和狀態進行賦值，賦值后可以保存。可以對于常見的模式和工況保存所有參數的初始值，即制定對應機組運行工況的標準模板，便于調用。

? （3）設備仿真操作功能

通過對設備操作控制邏輯進行仿真，實現工作人員使用軟件進行起停泵或風機、投退電加熱器、開關閥門、對儀表進行賦值（手動輸入、拖動滑動條方式）等改變設備狀態的操作時，能夠通過軟件獲得所進行的操作產生的后果（如引起設備聯鎖動作，產生的報警等）。設備仿真操作畫面開發如下圖所示：

? （4）設備仿真風險“后果預測”和“關聯設備”功能

通過邏輯圖模擬圖中儀表、泵、風機、閥門等設備間的控制邏輯關系進行整理，對某設備可能觸發的報警和邏輯動作后果歸類為“后果預測”，對于和某設備邏輯上存在相與關系的其他設備歸類為“關聯設備”。基于此在開發時在前面板對儀表、泵、風機、閥門等設備控件的“說明與提示”項對設備邏輯進行文字說明，通過LabVIEW前面板的“幫助窗口”來對設備的“后果預測”和“關聯設備”進行查看。通過“幫助窗口”中的“后果預測”以及“關聯設備”，來獲得某設備運行異常時存在的風險，以及獲得和他邏輯相關聯的設備信息。在開發軟件時，通過在LabVIEW程序面板中邏輯圖連線中設置探針，在仿真程序運行時，可實現在LabVIEW的程序面板中對設備邏輯連線圖中的控制邏輯運行結果進行顯示，即當某一設備參數超過閾值時能直接通過軟件程序面板中直接查看到它下游所觸發的閾值判斷器、或門、與門等的輸出結果，如下圖所示。

? 四、結論

通過利用LabVIEW研究開發核電機組系統設備邏輯仿真軟件，在工作前模擬、推演風險和制定預防措施，工作中遇到異常或故障情況時，進行風險分析評估，及時評價、制定和采取有效措施，快速干預處理異常，以規避設備邏輯誤動引起的設備安全、工業安全、人身安全、核安全風險。同時在核電員工培訓過程中，利用該仿真軟件的模擬仿真可視化，可以更形象有效的提升員工對系統控制邏輯的理解和學習，提高培訓的效率。對于保障機組、系統、設備安全可靠運行，提高機組經濟效益，均有重大現實意義。

參考文獻：

[1]嚴雨，夏寧.LabVIEW入門與實戰開發100例[M].北京：電子工業出版社，2017.

[2]宋銘.LabVIEW編程詳解[M].北京：電子工業出版社，2017.

（作者單位：福建福清核電有限公司）