专利名称：一种压水堆核电厂装卸料操作工艺仿真系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及三维虚拟仿真系统，具体涉及一种核电厂装卸料操作工艺仿真系统。
背景技术：
核电厂装卸料机安置在安全壳内部，由于安全壳内部具有很高的放射性，使得对装卸料操作人员的培训有很大的不便。为使工作人员达到熟练操作的目的，核电厂普遍采用装卸料操作模拟机的训练方法培训工作人员。然而，这种模拟机设备造价昂贵且受培训人员数量和场地限制，不能完成大量初学学员的培训任务。更重要的是，无法设置出现机械及电气硬件故障或重现故障来培训操作员应对异常情况的能力。
当前广泛应用于各领域的虚拟现实技术具有沉浸性、交互性、构想性的特点。基于虚拟现实技术实现装卸料机操作工艺仿真系统，可提供在虚拟堆芯环境中进行观察、分析、操作和控制能力，达到装卸料操作人员的培训目的。 但由于核电厂堆型不同，涉及的装备、堆芯布置、工艺流程等都有差异，适用于某一电站的装卸料机操作工艺仿真系统并不适用于培训另一种堆型的电站装卸料操作人员。在当前先进压水堆核电技术发展的背景下，针对新型核电厂的装卸料操作工艺仿真平台亟需研发和增强培训功能。
发明内容
本发明的目的在于建立先进压水堆核电厂装卸料机的虚拟操作仿真平台，模拟核电厂完整的装卸料操作过程和工艺流程，模拟各种异常、故障状态的发生和解除，同时增加关键部件虚化展示、视频录制回放的辅助功能，以增强其培训作用。整个仿真平台支持交互式操控，也使得能更好地培训压水堆核电厂装卸料机操作人员。本发明是这样实现的它包括由LED显示屏、触摸屏和由按钮、开关、操纵杆、指示灯、报警器构成的元器件部分组成的操作控制台，由可编程序控制器PLC、PC机图形工作站组成的信息通讯和处理装置，由场景显示器组成的显示装置，以及工控机，所述的操作控制台是依照实际装卸料系统的操作台等比例制作的，其中所述的操作控制台中的LED显示屏、触摸屏与所述工控机相连接，所述工控机与所述信息通讯和处理装置中的可编程序控制器PLC相连接，所述元器件部分与所述信息通讯和处理装置中的可编程序控制器PLC相连接，所述可编程序控制器PLC与所述PC机图形工作站相连接，所述PC机图形工作站与所述显示装置相连接；所述元器件部分中的按钮、开关、操纵杆是发送指令控制装卸料机系统的，所述LED显示屏、元器件部分中的指示灯、报警器是接收指令信号进行相关信息显示和报警的，所述触摸屏是显示控制模块，发送控制指令同时也能接收信息并显示，所述可编程序控制器PLC是实现信号的输入、输出和处理的，用于采集所述操作控制台的信号，处理后发送给PC机图形工作站来控制虚拟现场的装卸料机动作，同时接收所述PC机图形工作站反馈的虚拟现场信息，处理后发送给所述操作控制台的触摸屏和LED显示屏显示，同时点亮操作控制台的指示灯或触发报警器，PC机图形工作站是处理来自可编程序控制器PLC的指令、控制三维虚拟装卸机的动作、同时将虚拟装卸料机相关状态反馈给所述可编程序控制器PLC并在所述操作控制台显示，虚拟装卸料机动作场景通过直接与PC机图形工作站相连的所述显示装置进行显示，所述显示装置除了所述场景显示器外还包括有摄像头显示器，其中所述的场景显示器是显示实际现场操作员所能观察到的堆芯场景，所述的摄像头显示器是显示堆芯中摄像头捕捉的实时场景；所述的操作控制台中触摸屏还包括下述功能模块信息显示模块用于显示装卸料机系统运行过程中的实时动画、运动状态参数以及异常、故障情况的提示和报警；触敏控制模块用于发出控制指令，对装卸料机进行运动控制，选择手动/自动/半自动运动模式，解除报警故障以及进行界面之间切换；料单加载模块用于在自动运行模式下，从系统硬盘直接载入装/卸料单文件，由系统自动读取相关参数，实现自动控制虚拟装卸料机进行装卸动作；·堆芯图更改模块用于在装载/卸料之前允许操作员对堆芯燃料布局情况进行设置更改；界面模块形成操作过程中不同阶段的操控界面，包括登入界面、登出界面、主界面、堆芯界面、提升机构界面、系统故障报警和处理界面、报警提示界面、偏位操作界面；所述的信息通讯和处理装置中的可编程序控制器PLC还具有下述功能模块联锁判断模块根据大小车、提升机构的联锁条件判断是否存在联锁，并设定联锁后的运动状态；异常、故障判断模块根据设定的装卸料机各运行参数阈值，判断是否出现异常、故障状态，设定触发异常、故障状态后的运行状态；偏位操作模块根据偏位算法判断大小车偏位位置，设定偏位运行时的运动状态；所述的信息通讯和处理装置中的PC机图形工作站还具有下述功能模块图形工作站模块实现虚拟装卸料机动作，还能够模拟现场设备、仪器仪表的物理属性和工作仿真，实现温度测量仪、载荷测量仪、驱动器及编码器功能的仿真；异常状态模拟功能模块将现场设备、仪器仪表作为故障源载体，使自身进入故障状态从而模拟产生电气、机械异常情况和故障，能够模拟燃料超载、欠载、最大超载、行程旁路联锁、载荷测量仪对比错误、编码器对比错误、爪具汽缸气压低、倾翻机未竖立、大车/小车/提升机构运动失效、套筒不在O位置、钥匙开关联锁旁路、弯曲组件放置、组件装填、爪具联锁的系统常见异常或故障情况；部件虚化模拟模块对装卸料机提升机构复杂部件结构及爪具动作过程进行层层虚化展示；视频录制和回放模块记录装料/卸料操作过程，回放文件记录的操作过程，回放过程支持漫游查看；三维模型设置模块修改堆芯单元燃料放置情况，设置弯曲燃料，并对虚拟设备的异常、故障情况进行触发；摄像头场景模块控制摄像头场景及摄像视角的切换。本发明的仿真工艺系统具备完整实现以下装卸料操作过程根据压水堆核电厂燃料厂房及系统工艺流程的情况，装卸料机在堆芯位置(157个工位)、倾翻篮位置(I个工位)之间装卸运输燃料组件。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点I)本发明提供的装卸料操作工艺仿真系统是国内第一台模拟先进压水堆装卸料机操作培训的模拟仿真系统，其严格按照真实装卸料机功能进行设计，符合其工艺要求和操作流程；2)虚拟场景真实、生动、准确反映了实际场景中元素，着色逼真，模拟对象丰富，同时赋予仿真对象以各种物理属性，仿真的数据更可靠，真实感更强；3)对各种常见“异常状态”或“故障状态”进行模拟，允许操作员进行交互操作和消除故障，增强了对操作员应对异常状态能力的培训；
4)具有部件虚化展示功能，辅助操作员更好理解关键部件的组成和机械联锁原理；5)具有触摸屏界面控制功能，增强了逻辑性和交互性，简化了硬件操控台布局，操控界面丰富完善，与真实装卸料机的触摸屏界面一致；6)具有操作步骤录制回放功能，能够查看学员操作中存在的问题，增强了培训效果;7)可进行后续功能扩展，持续更新实际电厂运行过程中发现的异常状况和故障状态，扩展故障模拟库。利用该仿真系统，可以有效培训装卸料操作人员，并能不破坏机械及电气设备情况下，实现对操作员的有效培训。
图I是本发明的原理方框2是本发明的操作程序流程I中1.操作控制台2.信息通讯和处理装置3.显示装置
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图I所示，本发明的装卸料操作工艺仿真系统主要包括LED显示器、触摸屏和由按钮、开关、操纵杆、指示灯、报警器构成的元器件部分组成的操作控制台I、由可编程序控制器PLC、PC机图形工作站组成的信息通讯和处理装置2、由场景显示器和摄像头显示器组成的显示装置3，以及起连接转换作用的工控机。图I中的操作控制台I是依照实际装卸料系统的操作台等比例设计的。其中LED显示器、触摸屏与工控机连接，元器件部分与可编程序控制器PLC连接，可编程序控制器PLC与PC机图形工作站连接，PC机图形工作站与显示装置连接，按钮、开关、操纵杆是发送指令控制装卸料机的，指示灯、报警器是接收指令信号进行相关信息显示和报警的，可编程序控制器PLC将采集到的操作控制台I的信号处理后发送给PC机图形工作站来控制虚拟现场的装卸料机动作，同时接收PC机图形工作站反馈的虚拟现场信息，处理后发送给触摸屏和LED显示屏显示，同时点亮操作控制台I的指示灯或触发报警器，PC机图形工作站是处理来自可编程序控制器PLC的指令，控制三维虚拟装卸料机的动作，同时将虚拟装卸料机相关状态反馈给可编程序控制器PLC并在操作控制台I上显示，虚拟装卸料机动作场景通过直接与PC机图形工作站相连的所述显示装置3进行显示，场景显示器显示实际现场操作员所能观察到的堆芯场景的，摄像头显示器显示堆芯中摄像头捕捉的实时场景。触摸屏显示界面开发是利用WinCC组态界面编程实现。PC机图形工作站设有上位程序单元及三维虚拟设备及场景。其中三维虚拟设备及场景模型借助计算机和3Dmax专业虚拟仿真软件实现,包括以下模型装卸料机大车及轨道、小车及相关部件、提升机构(包括内外套筒、爪具等)、倾翻机、运输小车、燃料篮及相关部件、堆芯内部结构、燃料组件、换料水池结构及池内相关设备。三维虚拟设备的仿真控制程序即上位程序在Microsoft Visual Studio. NET 2005平台下用C++和C#编程语言进行开发。虚拟现场设备的物理属性模拟及工作仿真包括温度测量仪仿真，驱动器仿真，载荷测量仪仿真，编码器仿真，大车设备仿真，小车设备仿真，提升机构设备仿真，倾翻机仿真，燃料组件仿真，现场总线I/O设备仿真。
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可编程序控制器PLC获取操作控制台I上按钮、开关、指示灯、操作手柄的信号、触摸屏的指令信号和来自PC图形工作站的大小车及提升机构位置信息。PLC通过判断系统联锁条件、系统异常或故障条件以及偏位条件，确定是否对系统进行联锁控制，或触发异常、故障状态，或给出偏位操作提示，允许进行偏位操作。PLC对这些信息进行逻辑运算后，一方面将逻辑联锁结果、指令发送给PC机图形工作站，由工作站调用相应设备使能指令实现虚拟设备动作，并最终在场景显示器和摄像头显示器显示。另一方面将逻辑运算结果反馈给操作控制台1，在触摸屏、LED显示屏显示相关设备状态及参数值，或触发指示灯和报警器。可编程序控制器PLC逻辑控制程序用梯形图及机器语言开发实现，实现可编程序控制器PLC与PC图形工作站之间的信息通讯功能。PC机图形工作站一面通过网络端口传送字节数据给可编程序控制器PLC，一面解析可编程序控制器PLC通过网络端口传送的字节数据。可编程序控制器PLC与PC图形工作站通讯过程分实时数据通讯以及一次性数据装载，其中可编程序控制器PLC发给PC图形工作站的实时数据有操作台控制面板信号(操纵杆、按钮、开关、指示灯)，可编程序控制器PLC逻辑联锁后发出的动作指令。可编程序控制器PLC发给PC图形工作站的一次性数据为大小车及提升机构的加减速度设置、可编程序控制器PLC联锁相关参数配置信息。PC图形工作站发送给可编程序控制器PLC的实时数据有虚拟现场设备及状态信号，PC图形工作站发送给可编程序控制器PLC的一次性数据位燃料池区域划分信息。装卸料操作工艺仿真系统，包括操作台控制显示模块(包括信息显示、触敏控制、料单加载、堆芯图更改、界面)、信号处理和通讯模块(包括联锁判断、异常、故障判断、偏位操作、图形工作站、异常状态模拟、部件虚化模拟、三维模型设置)、场景显示模块(包括视频录制和回放、摄像头场景)。装卸料操作工艺仿真系统实现虚拟装卸料机及虚拟堆芯环境有以下步骤I)采集真实核电站的影像素材，收集装卸料机的图纸资料，借助虚拟仿真软件建立三维立体模型；2)依据真实现场环境和设备的颜色、光照、阴影情况对模型进行贴图、着色，并根据模型与环境相对位置关系为模型设置参数，包括位置参数，物理属性参数、色调参数，以及光影效果参数；3)通过软件将三维模型转换至计算机可识别图像，最终合成三维虚拟场景，在软件编译平台上实现对模型的控制。装卸料操作工艺仿真系统操作台控制显示由触摸屏、LED显示屏、元器件部分完成。LED显示屏用于显示虚拟装卸料机在虚拟堆芯环境下运动时的参数值，分别是大车东西向坐标值，小车南北向坐标值，提升机构垂直向高度值，提升机构实测载荷值。元器件包括整个装卸料过程中所涉及的按钮、开关、操纵杆、指示灯、报警器，其中按钮、开关、指示灯、报警器与异常操作及状态提示相关，操纵杆控制大小车和提升机构的双向运动，其输出值用于控制大小车和提升机构的运动速度和方向。触摸屏集成显示和控制功能于一身，其功能由信息显示模块、触敏控制模块、料单加载模块、堆芯图更改模块实现。信息显示模块用于在触摸屏各界面显示不同的数值信息、文字信息、动画信息，实时显示装卸料机运动状态参数以及异常、故障情况的提示和报警；触敏控制模块用于通过触摸屏发出指令，进行运动模式选择，并处理和解除异常、故障情况，此外进行界面之间的切换；料单加载模块是在自动运行模式下的功能，从系统硬盘载入事先编制好的Excel料单文件，系统自动读取燃 料及装卸料任务相关参数，从而实现全自动模式下虚拟装卸料机自动进行装卸料操作；堆芯图更改模块是操作员对在装载/卸料之前可手动载入事先编制好的堆芯布局图，或手动对堆芯燃料布局情况进行设置更改。触摸屏作为交互界面重要的一部分，其界面包括I)登入界面，用于输入操作学员账号和密码，作为扩展功能，以后系统将增加不同权限操作。登入界面还有指示灯及报警器测试按钮；2)登出界面，用于注销当前用户；3)主界面，登录系统后的界面，其上有信息图标，触控按钮，数值显示，动画显示。信息图标用文字实时显示装卸料机位置信息，倾翻机状态，是否有故障等。触控按钮可选择装卸料机操作模式，包括自动、半自动、手动运行模式。触控按钮可以打开其他界面，包括堆芯界面，用户界面，提升机构界面，登出界面。数值显示区用于实时显示大车、小车、提升机构的位置坐标值、速度值，载荷值，以及当前步骤目标位置值。动画显示区为堆芯环境的俯视区域图，包括测试区、倾翻区、燃料储存格架和堆芯区，有方块动画实时指示当前装卸料机的位置；4)堆芯界面将主界面的堆芯区单独放大显示，指示堆芯燃料装载状态，以及装卸料机当前在堆芯位置，其上有触控按钮，点击可对各单元进行置料和置空；5)提升机构界面实时显示提升机构高度信息、燃料抓取/释放信息，包括数值和动画实时显示；6)系统故障报警和处理界面是在有故障时弹出。它显示大车、小车、提升机构的各种故障信息，并接受操作员进行交互处理，消除报警，解除故障，包括数值和文字信息显示；7)报警提示界面，包括多个界面，一般当出现故障时，点击相应故障触控按钮就可调出报警提升界面，用于进一步查看故障原因；8)偏位操作界面显示偏位操作时具体燃料格架位置及燃料的移动情况，包括数值和动画实时显示。
装卸料操作工艺仿真系统实现可编程序控制器PLC与PC机图形工作站通讯，具体实施如下I.网络端口数据解析、发送解析来自PLC通过网络端口传送的字节数据；通过网络端口传送字节数据给PLC。2.通讯协议规范为PLC与PC机图形工作站通讯过程分实时数据通讯以及一次性数据装载。(I) PLC发送给PC机图形工作站实时数据内容为发送方式实时数据发送给PC机图形工作站，模拟操作控制台I指示灯状态数据发送给PC机图形工作站，周期性发送给PC机图形工作站，50ms周期，数据长度60字节。I)操作控制台I面板的信号(操纵杆、按钮、开关、指示灯); 2)PLC逻辑运算后发出的动作指令(大车、小车、爪具的速度控制信号、状态信号、联锁控制信号)。(2) PLC发送给PC机图形工作站一次性数据内容为发送方式在HMI配置完系统参数或参数改变后发送给PC机图形工作站，数据长度60字节。I)大小车及提升机构的加减速度设置；2) PLC连锁相关参数的配置信息(载荷重量参数、超欠载重量参数)。(3) PC机图形工作站发送给PLC的实时数据内容为发送方式大车、小车、提升机构主、冗编码器的读值，数据周期性发送给PLC，50ms周期，数据长度60字节。I)三维虚拟现场的设备仪器的信号(大小车、主提升的编码器信号，主提升机构的载荷，驱动器的速度反馈信号);2)设备状态信号(包括正常的运动状态及故障状态，由仿真系统模拟产生的故障也通过此处发送给PLC作故障报警及处理)。(4) PC机图形工作站发送给PLC的一次性参数配置信息内容为发送方式仿真现场的环境及设备参数一次性或参数改变后发送给PLC，数据长度60字节。发送内容I)燃料池区域划分信息(安全区、堆芯区、倾翻机、小车正位等区域划分规则)。装卸料操作工艺仿真系统PC机图形工作站，其具体实现如下图形工作站模块控制虚拟装卸料机动作，模拟现场设备、仪表仪器的物理属性和工作仿真。温度测量仪是通过设置界面设置属性参数，属性包括温度过热或正常，系统实时测量大车1、2号电机温度，提供其过热信号，通过PC机图形工作站与PLC通讯传递给PLC进行逻辑联锁。包括大车1、2号电机温度测量仪，提升机构电机温度测量仪，小车电机温度测量仪。驱动器的物理属性包括驱动器准备状态，驱动器运动使能状态。驱动器准备状态下，提供信号给PLC进行逻辑联锁；运动使能状态下，PC机图形工作站接收来自PLC的运动使能信号，运动方向信号，加/减速度信号，速度值信号，刹车抱闸信号，参与大车、小车、提升机构运动控制，方向控制，速度控制。旁路模式下，加/减速度和速度值由编入驱动器软件的加/减速度参数和速度参数决定，方向取决于操纵杆的正向或反向输入，刹车抱闸是当运动输入断开后，断开刹车输出实现运动停止，在运动停止后刹车重新抱闸。提升机构载荷测量仪属性包括载荷数据、是否故障、载荷对比偏差值，系统实时获取提升机构载荷信息，通过PC机图形工作站与PLC通讯传递给PLC进行逻辑联锁。提升机构编码器属性包括编码器值、是否故障，系统实时获取提升机构的位置信息，通过PC机图形工作站与P LC通讯传递给PLC进行逻辑联锁。大车设备属性包括三维结构表现、前进/后退方向状态、前进/后退速度、大车位置坐标，系统接收来自驱动器的运动控制，驱动三维虚拟大车设备图形作前进、后退、加速、减速、停止动作，同时计算位置坐标信息，供大车编码器获取。小车设备属性包括三维结构表现、左行/右行方向状态、左行/右行速度、小车位置坐标，系统接收来自驱动器的运动控制，驱动三维虚拟小车设备图形作左行、右行、加速、减速、停止动作，同时计算位置坐标信息，供小车编码器获取。提升机构设备属性包括内/外套筒和爪具三维结构表现、上升/下降方向状态、上升/下降速度、爪具锁紧/释放状态、提升机构载荷值、提升机构高度坐标值、爪具带载/无载状态、爪具重量、爪具抓取的燃料组件属性。系统接收来自驱动器的运动控制，驱动三维虚拟提升机构图形作上升、下降、加速、减速、停止动作，接收PLC发送的爪具锁紧/释放指令后，驱动爪具进行锁紧/释放动作。同时计算提升机构高度坐标信息，供提升机构编码器获取。倾翻机设备属性包括三维结构表现、垂直/水平状态、位置坐标信息，装料过程将外部装载燃料装入倾翻机，卸料过程将倾翻机中料往外输出。燃料组件设备属性包括三维结构表现、位置坐标信息、组件类型、自身重量、物理碰撞属性。系统在产生新组件时，即赋予其相应属性。在移动过程中的组件，参与物理碰撞计算，其结果用于控制提升机构的逻辑联锁。现场总线I/O设备通过指定周期性的时间循环收集以上所有设备的状态信号，调用通讯模块与PLC交互状态信号，提供相关配置界面。其中温度测量仪、载荷测量仪、大小车驱动器及编码器的仿真使得其对温度的模拟、载荷测量以及大小车速度和位置控制上更加贴近真实装卸料机，增强了操作的真实感。装卸料操作工艺仿真系统信号处理实施过程如下联锁判断是根据大小车、提升机构的联锁条件判断是否存在联锁，并设定联锁后的提升机构运动状态；异常故障判断是根据设定的装卸料机各运行参数阈值，实施判断是否出现异常、故障状态，并设定触发异常、故障状态后的运行状态；偏位操作是根据偏位算法判断大小车偏位位置，设定偏位运行时的运动状态。装卸料操作工艺仿真系统异常状态模拟功能，包括对虚拟现场误操作以及碰撞检测，还支持对一些非人因的异常情况进行模拟。具体是，在开始操作之前，对待模拟的异常事件进行勾选，当操作过程中达到预设条件时，相应异常状态就会出现，并给出相应报警和提示，操作员可进行故障解除，从而培训操作员应对故障的能力。模拟的异常状态包括燃料超载、欠载、最大超载、行程旁路联锁、载荷测量仪对比错误、编码器对比错误、爪具汽缸气压低、倾翻机未竖立、大车/小车/提升机构运动失效、套筒不在O位置、钥匙开关联锁旁路、弯曲组件放置、组件装填、爪具联锁等常见异常情况。装卸料操作工艺仿真系统关键部件虚化展示功能，支持对关键部件进行虚化展示。操作过程中，点击待虚化的部件，再点击虚化命令，即可从最外围层层向内剖析虚化，至内部汽缸及机械联锁动作细节均能展示，虚化后在整个操作过程中可保持，直至解除。这利于操作员对关键部件结构及动作原理进行理解，增强了操作员的学习效果。装卸料操作工艺仿真系统视频录制和回放过程点击开始录制，之后的装料/卸料操作过程将被记录下来。停止录制后，系统将操作记录保存至文件。之后加载一个历史操作记录文件，即可回放文件中的操作，回放过程可以漫游查看。回放内容在整个操作台的触摸屏、LED显示屏、指示灯、场景显示、摄像头显示器均会体现。图2为操作程序流程图。如图所示，由触摸屏登入界面进入仿真系统，点击测试指示灯和报警器，PLC获取WinCC组态软件中触敏控制按钮模块的输入信号，触发操作台上元器件部分的指示灯和报警器进行点亮和报警。测试结束进入主界面，开始装卸料操作流程。在一个任务过程中，操作员先在触摸屏上选择操作模式，PLC读取触控按钮模块发出的操作模式指令，调用相应操作控制模块。开始操作时，操作员操作元器件部分中的大车/小车/·提升机构操纵杆，PLC实时获取操纵杆动作方向和速度指令信号，整个运行过程中，若逻辑联锁判断模块检测到满足联锁条件，则触发联锁使相应联锁机构停止动作，进入联锁状态，直至解除联锁条件。若触发急停按钮，则整个装卸料机停止动作，直至系统读取到解除急停并复位信息，系统才能继续运行。PLC将获取的信号处理后输出控制信号至PC机图形工作站，由PC机图形工作站上位程序模块调用大车/小车/提升机构使能模块控制虚拟大车/小车/提升机构向指令方向动作，一方面在场景显示器和摄像头显示器显示对应三维装卸料机动作过程，一方面将大车/小车/提升机构速度值、当前坐标值反馈给PLC，PLC再发送至触摸屏和LED显示屏进行数值显示。大车/小车/提升机构动作过程中触发的报警信号、联锁信号由PLC检测输出至操作台的报警器进行报警，同时输出至触摸屏界面显示；爪具释放/锁紧信号、行程旁路信号、急停信号、钥匙联锁旁路信号由PLC直接从操作台读取元器件输出信号，再输出至触摸屏显示。
权利要求
1.一种压水堆核电厂装卸料操作工艺仿真系统，包括由LED显示屏、触摸屏和由按钮、开关、操纵杆、指示灯、报警器构成的元器件部分组成的操作控制台(I )，由可编程序控制器PLC、PC机图形工作站组成的信息通讯和处理装置(2)，由场景显示器组成的显示装置(3)，以及工控机，其特征在于所述的操作控制台(I)是依照实际装卸料系统的操作台等比例制作的，其中所述的操作控制台(I)中的LED显示屏、触摸屏与所述工控机相连接，所述工控机与所述信息通讯和处理装置(2)中的可编程序控制器PLC相连接，所述元器件部分与所述信息通讯和处理装置(2 )中的可编程序控制器PLC相连接，所述可编程序控制器PLC与所述PC机图形工作站相连接，所述PC机图形工作站与所述显示装置(3)相连接；所述元器件部分中的按钮、开关、操纵杆是发送指令控制装卸料机系统的，所述LED显示屏、元器件部分中的指示灯、报警器是接收指令信号进行相关信息显示和报警的，所述触摸屏是显示控制模块，发送控制指令同时也能接收信息并显示，所述可编程序控制器PLC是实现信号的输入、输出和处理的，用于采集所述操作控制台(I)的信号，处理后发送给PC机图形工作站来控制虚拟现场的装卸料机动作，同时接收所述PC机图形工作站反馈的虚拟现场信息，处理后发送给所述操作控制台(I)的触摸屏和LED显示屏显示，同时点亮操作控制台(I)的指示灯或触发报警器，PC机图形工作站是处理来自可编程序控制器PLC的指令、控制三维虚拟装卸机的动作、同时将虚拟装卸料机相关状态反馈给所述可编程序控制器PLC并在所述操作控制台(I)显示，虚拟装卸料机动作场景通过直接与PC机图形工作站相连的所述显示装置(3 )进行显示，所述显示装置(3 )除了所述场景显示器外还包括有摄像头显示器，其中所述的场景显示器是显示实际现场操作员所能观察到的堆芯场景，所述的摄像头显示器是显示堆芯中摄像头捕捉的实时场景； 所述的操作控制台(I)中触摸屏还包括下述功能模块 信息显示模块用于显示装卸料机系统运行过程中的实时动画、运动状态参数以及异常、故障情况的提示和报警； 触敏控制模块用于发出控制指令，对装卸料机进行运动控制，选择手动/自动/半自动运动模式，解除报警故障以及进行界面之间切换； 料单加载模块用于在自动运行模式下，从系统硬盘直接载入装/卸料单文件，由系统自动读取相关参数，实现自动控制虚拟装卸料机进行装卸动作； 堆芯图更改模块用于在装载/卸料之前允许操作员对堆芯燃料布局情况进行设置更改； 界面模块形成操作过程中不同阶段的操控界面，包括登入界面、登出界面、主界面、堆芯界面、提升机构界面、系统故障报警和处理界面、报警提示界面、偏位操作界面； 所述的信息通讯和处理装置(2)中的可编程序控制器PLC还具有下述功能模块联锁判断模块根据大小车、提升机构的联锁条件判断是否存在联锁，并设定联锁后的运动状态； 异常、故障判断模块根据设定的装卸料机各运行参数阈值，判断是否出现异常、故障状态，设定触发异常、故障状态后的运行状态； 偏位操作模块根据偏位算法判断大小车偏位位置，设定偏位运行时的运动状态； 所述的信息通讯和处理装置(2)中的PC机图形工作站还具有下述功能模块 图形工作站模块实现虚拟装卸料机动作，还能够模拟现场设备、仪器仪表的物理属性和工作仿真，实现温度测量仪、载荷测量仪、驱动器及编码器功能的仿真； 异常状态模拟功能模块将现场设备、仪器仪表作为故障源载体，使自身进入故障状态从而模拟产生电气、机械异常情况和故障，能够模拟燃料超载、欠载、最大超载、行程旁路联锁、载荷测量仪对比错误、编码器对比错误、爪具汽缸气压低、倾翻机未竖立、大车/小车/提升机构运动失效、套筒不在O位置、钥匙开关联锁旁路、弯曲组件放置、组件装填、爪具联锁的系统常见异常或故障情况； 部件虚化模拟模块对装卸料机提升机构复杂部件结构及爪具动作过程进行层层虚化展示； 视频录制和回放模块记录装料/卸料操作过程，回放文件记录的操作过程，回放过程支持漫游查看； 三维模型设置模块修改堆芯单元燃料放置情况，设置弯曲燃料，并对虚拟设备的异常、故障情况进行触发； 摄像头场景模块控制摄像头场景及摄像视角的切换。
全文摘要
本发明涉及一种压水堆核电厂装卸料操作工艺仿真系统，包括由LED显示屏、触摸屏和由按钮、开关、操纵杆、指示灯、报警器构成的元器件部分组成的操作控制台，由可编程序控制器PLC、PC机图形工作站组成的信息通讯和处理装置，由场景显示器和摄像头显示器组成的显示装置，以及工控机。本发明的装卸料操作工艺仿真系统严格按照真实装卸料机功能进行设计的，模拟对象丰富，仿真数据可靠、真实感强，对各种常见异常状态或故障状态进行模拟，允许交互操作和消除故障，具有部件展示功能，触摸屏具有界面控制功能，简化操作台布局，可进行后续功能扩展，可以有效培训装卸料操作人员，可广泛用于核电站及有关的模拟仿真系统。
文档编号G09B9/00GK102903271SQ201210382048
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月10日 优先权日2012年10月10日
发明者叶琛, 张凯峰, 徐进津, 文忠, 管正刚, 丁凯强, 周凯旋, 俞敏, 黄凯强 申请人:国核电站运行服务技术有限公司