劉亞飛　劉純

摘 要：為滿足第三代先進(jìn)壓水堆全范圍模擬機(jī)開發(fā)需要，對APS報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、人機(jī)界面等方面進(jìn)行了深入研究。在此基礎(chǔ)上，采用開發(fā)成本低、維護(hù)簡單、可信度和逼真度高的DCS仿真技術(shù)，開發(fā)了模擬機(jī)用第三代先進(jìn)壓水堆儀控系統(tǒng)非安全級平臺報警系統(tǒng)仿真軟件。

關(guān)鍵詞：第三代先進(jìn)壓水堆 APS 報警系統(tǒng) 仿真

中圖分類號：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（a）-0026-02

Abstract：In order to meet the development requirements of the third generation advanced PWR full scope simulator， the architecture， functionality and HMI of APS alarm system are intensively studied. And then， a simulation software of the third generation advanced PWR I&C system non-safety platform is developed for a simulator by the adoption of a DCS simulation technology with low-costing， easy maintaining， high credibility and fidelity.

Key Words：The third generation advanced PWR； APS； Alarm system； Simulation

APS系統(tǒng)是西屋公司在第三代先進(jìn)壓水堆儀控系統(tǒng)非安全級平臺上專門開發(fā)的新一代報警系統(tǒng)，負(fù)責(zé)監(jiān)視和處理報警數(shù)據(jù)、操作員報警提示和報警屬性信息查詢，引導(dǎo)操作員正確地處理這些報警。與在火電版Ovation平臺上普遍應(yīng)用的基準(zhǔn)報警系統(tǒng)（Basic Alarm System）相比，APS具有界面清晰、信息量大、功能靈活多樣的優(yōu)點，有利于操作員掌握全廠報警信息，并做出快速正確的報警響應(yīng)[3]。

1 對APS報警系統(tǒng)的研究

1.1 APS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

APS應(yīng)用程序采用Java開發(fā)，為服務(wù)器/客戶端結(jié)構(gòu)。其中APS報警服務(wù)器程序運(yùn)行在專用的服務(wù)器上，主備冗余，集中處理所有的報警數(shù)據(jù)[4]。

APS報警客戶端程序包括：

操作員站客戶端：運(yùn)行在各個操作員站上，是報警管理的工具；

大屏幕客戶端：運(yùn)行在兩個大屏幕的工作站上，分別顯示一回路和二回路的報警光字牌。

1.2 APS主要功能

APS報警服務(wù)器的功能主要有：

監(jiān)視報警狀態(tài)的變化；

讀/寫報警歷史文件；

控制報警聲音；

處理各個客戶端的請求；

傳遞操作員的報警操作。

報警客戶端的功能有：

顯示電廠實時或歷史報警；

以聲光方式引起操作員注意；

引導(dǎo)操縱員處理報警；

記錄操作員日志。

1.3 APS界面設(shè)置

圖1是APS操作員站客戶端的主界面，它由兩大部分組成，上部分是報警光字牌，下部分是報警清單。報警光字牌是對報警信息的分組，上面的小光字牌按系統(tǒng)分組，下面的大光字牌按設(shè)備分組。報警清單主要包含報警時間、系統(tǒng)名、點名、描述、報警類型、單位、點質(zhì)量、報警限值和報警優(yōu)先級等屬性。

1.4 APS報警分類

APS的報警狀態(tài)（status）有以下4種[5]：

NEW：新報警；

ACK：已確認(rèn)；

UNACK：未確認(rèn)；

CLEAR：已消除。

APS的報警分為4個優(yōu)先級（Priority

1～4），數(shù)字越小，優(yōu)先級越高。出現(xiàn)新報警時，光字牌和報警清單都會顯示對應(yīng)的顏色：1級報警為紅色，2級報警為橙色，3級報警為黃色，4級報警為天藍(lán)色。多種級別的報警同時出現(xiàn)時，顯示優(yōu)先級最高的顏色。各級報警消除后都顯示綠色。

APS的報警類型根據(jù)報警點的類型各不相同，模擬量主要有高1/2/3/4/用戶自定義，低1/2/3/4/用戶自定義和RETURN；數(shù)字量和打包量則只有ALARM和RETURN兩種主要類型。

2 APS報警系統(tǒng)功能的仿真實現(xiàn)

2.1 技術(shù)方案的選擇

APS系統(tǒng)的仿真實現(xiàn)，是全范圍模擬機(jī)的DCS仿真的重要組成部分。為了保證軟件的逼真度，仿真的APS系統(tǒng)采用了和真實系統(tǒng)相近的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和報警計算程序設(shè)計方案（詳見2.2至2.4節(jié)）。但考慮到軟件的效率和靈活性，在開發(fā)語言和文件格式上做出了與真實系統(tǒng)不同的選擇。

仿真的APS報警系統(tǒng)采用QT編程開發(fā)，與二層運(yùn)行平臺的其它軟件系統(tǒng)的開發(fā)語言一致。QT具有較高的執(zhí)行效率、良好的跨平臺特性；QT設(shè)計界面方便、編程效率高，適用于開發(fā)APS報警系統(tǒng)這種界面復(fù)雜、外觀要求高的軟件[1]。仿真的APS報警系統(tǒng)中的報警光字牌畫面采用XML格式儲存，與二層人機(jī)界面的文件格式一致。XML具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)語法，能使模擬機(jī)軟件具有跨平臺跨系統(tǒng)的特性；XML是一種可擴(kuò)展的語言，有利于模擬機(jī)軟件開發(fā)的靈活性；XML具有便捷的數(shù)據(jù)處理能力，可以很方便地與數(shù)據(jù)庫中的表進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，提高了模擬機(jī)軟件數(shù)據(jù)交互的效率[2]。

2.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

第三代先進(jìn)壓水堆非安全級儀控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)以點（POINT）的概念存在。最常用的點類型有4種：LA、LP、LD、LC，分別對應(yīng)模擬量、打包量、開關(guān)量和算法部件。點記錄采用結(jié)構(gòu)體方式記錄各種數(shù)據(jù)的全部信息，這些信息被定義為屬性字段。每個字段都是一個變量，根據(jù)其包含的信息內(nèi)容可能是整型、實型或字符型等。

模擬機(jī)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計與真實系統(tǒng)一致，既定義了簡單類型的變量，也定義了結(jié)構(gòu)體類型的變量。結(jié)構(gòu)體的組成字段可以在配置文件中自定義，同時在通訊程序中規(guī)定上傳和下發(fā)的字段名及掃描頻率。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

從功能劃分上說，把報警的計算和響應(yīng)程序放在了仿真平臺的一層，監(jiān)視和操作程序放在了二層；從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上說，采用了服務(wù)器/客戶端模式，由服務(wù)器讀/寫報警實時和歷史庫，客戶端顯示報警信息并與操作員交互。

一層報警計算程序把模擬量、數(shù)字量或打包量的報警計算結(jié)果寫入數(shù)據(jù)點的相關(guān)字段，這些字段在一層與二層通訊時實時更新。二層的報警服務(wù)器根據(jù)報警清單實時掃描二層數(shù)據(jù)服務(wù)器，一旦發(fā)現(xiàn)某個點的報警位被標(biāo)記，即將其寫入實時報警數(shù)據(jù)庫。各個操作員站的報警客戶端程序則以聲、光、列表等方式將報警信息顯示給操作員。操作員依照報警響應(yīng)規(guī)程，在報警程序界面和流程圖界面對報警點和設(shè)備進(jìn)行操作，操作指令通過二層數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送到一層模型主機(jī)，由報警計算程序做出響應(yīng)。

2.4 報警計算程序設(shè)計

組態(tài)工程師在組態(tài)軟件中設(shè)定好報警相關(guān)字段的初值（包括高低報警限值，死區(qū)，報警優(yōu)先級等），存入配置庫。模擬機(jī)運(yùn)行時，報警計算程序掃描報警清單中的點，根據(jù)其點類型選擇調(diào)用的計算函數(shù)。以模擬量點的報警計算為例，函數(shù)首先判斷模擬量點是否被報警屏蔽，是否關(guān)閉了限值檢查和報警檢查。如果沒有，則按報警類型依次判斷當(dāng)前值是否超限，高類型的報警會屏蔽次高類型的。消除報警的判斷公式要加入死區(qū)，以避免擾動。

3 結(jié)語

依托某第三代先進(jìn)壓水堆模擬機(jī)項目，APS報警系統(tǒng)仿真軟件已經(jīng)開發(fā)完成并投入培訓(xùn)使用。經(jīng)與仿真模型、一層控制邏輯、二層流程圖畫面以及計算機(jī)化規(guī)程的集成測試，證明該仿真軟件能夠真實再現(xiàn)實物報警系統(tǒng)的監(jiān)視和計算功能，具有很高的逼真度、可靠性和穩(wěn)定性。在真實機(jī)組投運(yùn)之前，仿真的APS報警系統(tǒng)可以幫助操作員提前熟悉報警界面、功能、操作和響應(yīng)，對第三代先進(jìn)壓水堆機(jī)組的安全運(yùn)行具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 譚大鵬.基于Qt/E的嵌入式工業(yè)監(jiān)測輕型圖形用戶界面構(gòu)件庫開發(fā)[J].計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2009，15（2）：399-404.

[2] 孔令波.XML數(shù)據(jù)索引技術(shù)[J].軟件學(xué)報，2005，16（12）：2063-2079.

[3] Operator Station User Guide for Ovation 3.3.1[R].Emerson Process Management，2010.

[4] Edward Yackovich.Alarm Presentation System Functional Requirements[R].Westinghouse Electric Company，2009.

[5] Frank R.Dziama.Guidelines for the Specification of Alarm Information[R].Westinghouse Electric Company，2007.

[6] Ovation Record Types Reference Manual[R].Emerson Process Management，2010.