一種采用數字化人機接口核電廠的蒸汽發生器給水控制的功能分析方法與流程

本發明屬于核電設計技術領域，具體涉及一種采用數字化人機接口核電廠的蒸汽發生器給水控制的功能分析方法。

背景技術：

當前，隨著數字化、信息化、自動化技術的高速發展，以全數字化儀控技術(Digital Control System,DCS系統)為核心的核電站數字化儀控系統和先進的數字化主控室設計已廣泛應用到核電項目。在數字化先進主控室中，操縱員通過主控室的操縱員工作站完成對電廠的操作和控制。

蒸汽發生器給水控制是壓水堆核電廠極其重要的控制功能，用于調節核電廠蒸汽發生器二次側水位在需求定值上，以保證機組的穩定運行。蒸汽發生器給水控制功能要求集成度高，操作要求復雜，涉及電廠的多個系統，當前DCS系統中已設計了相關的分系統顯示功能，然而分系統顯示功能提供的信息欠缺綜合性，操縱員需在不同分系統顯示功能間頻繁切換，且無法滿足在控制蒸汽發生器給水過程中同時監視多個系統參數、操作多個系統設備的要求，沒有充分體現出DCS系統的優勢。

一方面相較于單一的系統運行，蒸汽發生器給水控制所需的控制功能要求集成度高，操作復雜，需人員密切配合執行；另一方面，與傳統主控室相比，在DCS系統中的按照工藝系統流程設計的分系統顯示功能所提供的信息的綜合性不足，無法滿足總體運行過程中同時監視多個系統參數，操作多個系統設備的要求。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對現有技術的缺陷，提供一種采用數字化人機接口核電廠的蒸汽發生器給水控制的功能分析方法，以便于操縱員在核電廠正常和事故運行工況下快速有效地執行蒸汽發生器給水控制功能。

本發明的技術方案如下：一種采用數字化人機接口核電廠的蒸汽發生器給水控制的功能分析方法，包括如下步驟：

(1)確定蒸汽發生器給水控制包含的主要控制功能模塊；

(2)針對每個所述的主要控制功能模塊，整理出該主要控制功能模塊的操作步驟以及操作步驟所需的監視和控制信息清單；

(3)對步驟(2)所得到的監視和控制信息進行篩選和分類整理，篩選和分類原則如下：

3.1)控制功能模塊操作步驟中的控制操作手段應直接包含在蒸汽發生器給水控制的人機接口中；

3.2)為保證操作和信息反饋的一致性、有效性，對控制功能模塊中的控制操作手段所對應的信息反饋和操作步驟中需直接要求的監視信息應直接包含在蒸汽發生器給水控制的人機接口中；

3.3)對于操作步驟中沒有直接要求的監視信息，但可便于操縱員了解控制功能模塊上下游信息的情況，在蒸汽發生器給水控制的人機接口中僅保留概況信息或增加去往分系統顯示功能的導航鏈接；

(4)對步驟(3)完成的篩選和分類信息進行布置，實現蒸汽發生器給水控制的人機接口設計；

(5)綜合分析評價蒸汽發生器給水控制的人機接口是否滿足正常運行和事故后運行要求，以判斷信息完整性，補充所需信息，以滿足核電廠運行要求。

進一步，如上所述的采用數字化人機接口核電廠的蒸汽發生器給水控制的功能分析方法，步驟(1)中所述的主要控制功能模塊包括：給水泵泵速調節模塊、水位調節模塊、輔助給水控制模塊、蒸汽發生器排污模塊。

進一步，如上所述的采用數字化人機接口核電廠的蒸汽發生器給水控制的功能分析方法，步驟(4)中對所述信息進行布置的原則包括：

4.1)蒸汽發生器給水控制的人機接口的布置應以相關分系統顯示功能為參考，以保證信息顯示的規律性，方便操縱員學習和使用；

4.2)蒸汽發生器給水控制的人機接口以與分系統顯示功能相似的流程形式布置信息；

4.3)布置信息時應清楚地顯示各個系統和設備的上下游關系，通過背景色區分不同系統以增強可讀性；

4.4)導航鏈接應就近布置。

本發明的有益效果如下：本發明所提供的分析方法，對于電廠正常工況和事故工況下的的蒸汽發生器給水控制功能，通過運行需求分析和功能分配，整理提煉出主要操作步驟以及相關的監視信息和操作功能，并以簡化的工藝流程的方式組織布置相關信息，形成給水控制功能的綜合控制顯示，便于操縱員快速準確獲得所操作或監視的設備和參數的狀態及上下游情況，提高執行效率，減少人因失效，減輕操縱員負擔。

步驟(1)中通過運行需求分析和功能分配，將蒸汽發生器給水控制功能進行功能分組，細化為具體功能模塊，有利于操縱員在蒸汽發生器給水控制功能時明確各功能操作區域，提高執行效率。

步驟(3)的作用在于確立了蒸汽發生器給水控制功能的信息篩選和信息顯示原則。根據此原則進行設計，使得操縱員在蒸汽發生器給水控制功能執行過程中無需頻繁切換屏幕。而依據信息的重要性對不同信息采取詳細顯示、簡略顯示以及不顯示的篩選原則，使得蒸汽發生器給水控制功能中的信息更具有針對性，提高了操縱員尋找信息的效率。

步驟(4)綜合考慮了操縱員的操作習慣，確立了一種核電廠蒸汽發生器給水控制功能的信息布置原則，保證了信息顯示的規律性，方便操縱員學習和使用，同時提高了人機接口的友好性，提高了操縱員的工作效率，減輕了操縱員負擔。

附圖說明

圖1為本發明的分析方法流程圖；

圖2為蒸汽發生器給水控制數字化人機接口實例示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。

蒸汽發生器給水控制的目的是把蒸汽發生器二次側水位保持在根據機組負荷而定的水位整定值上，以防止瞬態時水位過高淹沒干燥器，使出口蒸汽溫度增加，損害汽輪機葉片；另一方面防止水位過低，引起一回路冷卻劑溫度升高，導致堆芯冷卻水不足，以及蒸汽發生器傳熱管損壞。

本發明通過正常和事故運行需求分析和功能分析，提煉整理出蒸汽發生器控制功能包含的主要控制功能模塊，并將主要控制功能模塊中的主要操作步驟所需的監視和控制信息進行合理有效的組織集成，開發出一種用于壓水堆核電廠蒸汽發生器給水控制的數字化人機接口。如圖1所示，本發明的具體分析方法包括如下步驟：

(1)通過在壓水堆核電廠正常工況和事故工況下對蒸汽發生器給水控制功能進行運行需求分析和功能分配，明確蒸汽發生器給水控制包含的主要控制功能模塊，如給水泵泵速調節模塊、水位調節模塊、輔助給水控制模塊、蒸汽發生器排污模塊等。

(2)對每個主要控制功能模塊，提煉整理出該控制模塊的主要操作步驟以及主要操作步驟所需的監視和控制信息清單。

(3)一方面為便于操縱員獲取綜合信息，應將某一控制功能模塊相關信息集中在屏幕的某一專門區域；另一方面由于屏幕空間有限，一幅屏幕中所含信息不能太多，以免屏幕上信息過于擁擠而影響操縱員使用。因此需對步驟(2)所得到的監視和控制信息進行篩選和分類整理。本發明確立的篩選和分類原則如下：

3.1)控制功能模塊主要操作步驟中的控制操作手段應直接包含在蒸汽發生器給水控制的人機接口中；

3.2)為保證操作和信息反饋的一致性、有效性，對控制功能模塊中的控制操作手段所對應的信息反饋和主要操作步驟中需直接要求的監視信息應直接包含在蒸汽發生器給水控制的人機接口中；

3.3)對于主要操作步驟中沒有直接要求的監視信息，但可便于操縱員了解控制功能模塊上下游信息的情況，可在蒸汽發生器給水控制的人機接口中僅保留概況信息或增加去往分系統顯示功能的導航鏈接。

(4)在按照步驟(3)完成信息的篩選和分類整理，并且在綜合考慮操縱員的操作習慣后，需確定固定的布置原則，合理地布置各種信息，便于操縱員快速找到所需的信息。本發明確立的布置原則是：

4.1)蒸汽發生器給水控制的人機接口的布置應以相關分系統顯示功能為參考，以保證信息顯示的規律性，方便操縱員學習和使用；

4.2)蒸汽發生器給水控制的人機接口一般是以與分系統顯示功能相似的流程形式布置信息；

4.3)布置信息時應清楚地顯示各個系統和設備的上下游關系，用深色背景對不同系統加以區分以增強可讀性；

4.4)導航鏈接應就近布置。

按照上述布置原則對步驟(3)中的信息進行布置后，即可完成蒸汽發生器給水控制的人機接口。

(5)綜合分析評價蒸汽發生器給水控制的人機接口是否滿足正常運行和事故后運行要求，以判斷信息完整性，補充所需信息，以滿足電廠運行要求。

實施例

1.主要控制功能模塊確立

在核電廠啟停過程中，操縱員根據機組負荷進行蒸汽發生器給水流量控制，進行給水流量調節閥大小閥切換、水位調節等操作，需要設計針對以上各操作的控制模塊和信息顯示，以便于操縱員快速有效的執行相關操作，因此確立水位調節模塊。

2.篩選和分類信息

在對水位調節模塊涉及的系統設計和功能進行詳細的分析后，得到了此控制功能所需的所有信息清單。應用本發明技術方案中步驟(3)的原則對清單中的內容進行精簡和優化：

原則3.1)示例：給水流量主調節閥和旁路調節閥以及上下游隔離閥應直接包含在該模塊的顯示功能中；

原則3.2)示例：為保證操作和信息反饋的一致性、有效性，將調節閥控制所對應的信息反饋，如調節閥開度、給水流量等信息直接包含在該模塊的顯示功能中；

原則3.3)示例：為便于操縱員了解給水流量調節閥上游的運行情況等信息，比如高壓給水加熱器的液位、溫度等信息，而這些信息與給水流量可控制功能無直接關系，可增加去往高壓給水加熱器分系統顯示功能的導航鏈接。

3.信息顯示的優化布置

利用本發明技術方案步驟(4)中的原則4.1)、4.2)，以與主給水流量控制系統顯示功能相似的流程形式布置各種信息。利用原則4.3)，將所需信息用深色背景加以區分，以增強可讀性。設計結果如圖2所示。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若對本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其同等技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。