景應剛, 侯雪燕, 李 青, 劉 偉

?

浮動式核動力模擬器教員站輔助教學功能改進設計

景應剛, 侯雪燕, 李 青, 劉 偉

（中核武漢核電運行技術股份有限公司, 武漢 430223）

本文針對浮動式核動力模擬器的結構進行了分析，并對其中的教員工作站輔助教學系統(tǒng)的功能進行了分析與升級設計，包括觸發(fā)器功能、學員評估系統(tǒng)、教案編輯方式、教案管理方式。通過提供功能強大的輔助教學手段，作為模擬器、人機接口的教練員工作站可以更好地服務于教學培訓。

浮動式核動力模擬器 教員站 輔助教學功能

0 引言

輔助教學功能是模擬器教員工作站的功能之一，在日常教學培訓使用頻率較高。國外有影響的仿真公司（GSE Systems、L-3MAPPS、CORYS T.E.S.S等）的教練員工作站軟件都具備強大的輔助教學功能。浮動核動力仿真平臺的教練員工作站軟件也有相關的輔助教學功能，在結合了用戶的需求，同時也為了仿真平臺的持續(xù)改進，需要對工作站輔助教學功能進行改進設計，使教員能夠更加方便地在培訓前準備好包含教練員指令、操縱人員行為和提示的教案，能夠提前檢查核對教案，確保模擬器執(zhí)行教案時，有能力產(chǎn)生預期的參考機組響應，能夠滿足預定的學習和考試目標，而沒有重大的性能差異或偏離核準的場景順序。

1 浮動式核動力模擬器

以核動力仿真技術為基礎的浮動核動力模擬器集成了工藝系統(tǒng)仿真、數(shù)字化儀控系統(tǒng)仿真，可實現(xiàn)對控制邏輯、主控室人機界面、后備盤臺的模擬操作，供學員培訓。

浮動核動力模擬器由教員站、盤臺區(qū)、通訊程序、UPS電源等部分組成，組成框圖如圖1所示。

2 相關的模擬器功能

輔助教學功能是程序化的模擬器動作序列。

核電仿真平臺教練員工作站已有的輔助教學功能基于下列教控功能：

1) 故障 (malfunction)：可能影響或改變模型中的所模擬的儀表或部件正常運行的模擬器特性。

2) 就地(remote)：模擬器正常運行和故障運行時所規(guī)定的控制室以外的操作。就地功能使教練員可以對就地進行控制。

3) 超控 (override)：使教練員能夠中斷或修改模擬器數(shù)學模型與盤臺儀表之間輸入/輸出數(shù)據(jù)傳遞。

4) 外部參數(shù)（extern parameters）：通過控制室或就地操作無法調整，又對仿真機的運行產(chǎn)生較為重要的影響的因素。

5) 仿真模式控制（simulation mode control）：使教練員能夠控制模擬器運行狀態(tài)，實時、步進、快時、慢時運行。

在此基礎上，需要增加設計以下功能：

1) 觸發(fā)器 (trigger)

觸發(fā)器是用加、減、乘、除、大于、小于等運算符連接模擬器中的變量形成的邏輯表達式。教練員在進行設置故障、就地、超控和編輯教案等操作時，能夠選擇觸發(fā)條件，一經(jīng)加入，進行每秒一次的動態(tài)計算，當檢測到表達式為真時，觸發(fā)相應的故障等操作，為故障組合、超控異常提供了手段。

模擬器需要增加人機接口使教練員能夠方便地增加、編輯觸發(fā)器。

2) 學員評估系統(tǒng)TPM(trainee performance monitoring)

TPM使教員可以依照預先設置的標準，監(jiān)視、評估學員在選定的培訓過程中的操作，并生成相應的報告。TPM考察學員在整個培訓過程中的操作水平，學員在操作時，要保證選定的關鍵參數(shù)在教員設置的邊界之內，才能獲得高分。評分標準可以采用以下兩種算法：

1) 時間權重法（Time weighted ）,單個參數(shù)得分計算如公式(1)所示。

2) 綜合錯誤法（Integrated Error）,單個參數(shù)得分計算如公式(2)所示。

一個TPM涉及的參數(shù)的權重系數(shù)滿足公式(3)，教員能夠根據(jù)重要性設置每個參數(shù)的權重系數(shù)。

學員的總成績計算如公式(4)所示。

3 教案編輯方式設計

為了能夠直觀地顯示操作流程，改進設計的教案數(shù)據(jù)結構在操作之上增加了一級操作組。一個教案能夠包含一個或多個操作組（場景），每個操作組包含若干操作。設計了3種教案編輯方式，其中通過教練員工作站人機界面編輯教案方式多用于教員有目的的備課，較為通用。

3.1 教案流程

啟動教練員工作站后，進入教案編輯模式，建立操作組，之后和教學控制相關的操作將被捕捉，顯示在教案編輯窗口，成為操作組節(jié)點的子節(jié)點。教員能夠設置操作組的執(zhí)行條件、相對上一個操作組的執(zhí)行時間、操作組是手動執(zhí)行還是自動執(zhí)行。教案執(zhí)行時，具有自動屬性的步驟會

自動執(zhí)行，具有手動屬性的步驟需要教員手動激活執(zhí)行，否則教案暫停執(zhí)行，一直等待。具有跳過屬性的步驟被忽略，不被執(zhí)行。

3.2 將操作日志導入為教案工作流程設計

如果教員進行模擬器操作后，認為操作流程對于后續(xù)培訓有意義，能夠將操作日志導入為教案。教練員能夠打開操作日志，選擇操作日志中的某些操作添加到選定教案的某個操作組內。

3.3 通過腳本文件方式制作教案設計

3.3.1 設計的語法符號

如果教練員對腳本語言熟悉，能夠編寫腳本文件快速制作教案。在文本編輯器環(huán)境，按照約定的語法編寫教案腳本文件。需要在核電仿真平臺增加用 LEX、YACC構建的服務程序對要執(zhí)行教案腳本文件進行詞法、語法進行解析。

3.3.2 腳本文件示例

Res I001; //復位到ICI001

Run; //運行模擬器

if(v1_pos>0.9) start tpm 5 //如果變量v1_pos>0.9，啟動tpm 5

Malf tar10101 0.5 //插入故障tar10101=0.5

Wait 6; //等待6秒

Demalf tar10101; //刪除故障tar10101

if(hms.p >500) stop tpm5; //如果變量hms.p >500，終止tpm 5。

4 教案管理器設計

教案管理器主要包含以下功能：

1) 查看教案信息，能夠查看已有教案的描述、創(chuàng)建時間、最后修改時間、當前狀態(tài)（執(zhí)行、未執(zhí)行、編輯）。

2) 提供編輯教案人機接口，當教練員進入教案編輯模式后，能夠新建教案、編輯教案、刪除教案、修改教案描述。

3) 提供執(zhí)行教案人機接口，教練員能夠實時運行教案，觀察教案的執(zhí)行狀況，終止教案執(zhí)行。

通過MYSQL數(shù)據(jù)庫保存教案描述信息，以文件方式保存具體的教案內容。使用多線程方式執(zhí)行教案，以保證人機界面刷新與教案執(zhí)行同步。

5 結束語

此設計已經(jīng)應用到核動力仿真平臺教練員站上。教練員通過改進設計的輔助教學功能,能夠更加便捷地制作功能強大的教案，在教學時能夠更加心中有數(shù)、有的放失，有充分時間關注學員的反應及表現(xiàn)，并能夠對學員的行為進行評估，從而獲得更好的培訓效果。

[1] ANSI/ANS-3.5-1998. Nuclear power plant simulators for use in operator training and examination.

[2] EJ/T 442-200X.核電廠操縱人員培訓及考試用模擬器.

[3] 孟祥忠，王博.電力系統(tǒng)自動化[M].北京：北京大學出版社，2006.

[4] 楊神化，陳國權，楊岳斌. 智能型船舶操縱模擬器的網(wǎng)絡架構及其實現(xiàn).中國航海[J]，2013,36（2）：45-49.

[5] 鄭彭軍.航海模擬器客觀評分系統(tǒng)的設計[J].中國航海，1997，16（1）：54-57.

Improvement Design of Auxiliary Teaching Function for Foating Nuclear Power Simulator

Jing Yinggang, Hou Xueyan, Li Qing, Liu Wei

(China Nuclear Power Operation Technology Cooperation Ltd, Wuhan 430223, China)

TL99

A

1003-4862（2016）05-0028-03

2016-03-19

景應剛（1983-），男，碩士，工程師。研究方向：核電仿真平臺。