一种采用数字化人机接口核电厂的蒸汽发生器给水控制的功能分析方法与流程

本发明属于核电设计技术领域，具体涉及一种采用数字化人机接口核电厂的蒸汽发生器给水控制的功能分析方法。

背景技术：

当前，随着数字化、信息化、自动化技术的高速发展，以全数字化仪控技术(Digital Control System,DCS系统)为核心的核电站数字化仪控系统和先进的数字化主控室设计已广泛应用到核电项目。在数字化先进主控室中，操纵员通过主控室的操纵员工作站完成对电厂的操作和控制。

蒸汽发生器给水控制是压水堆核电厂极其重要的控制功能，用于调节核电厂蒸汽发生器二次侧水位在需求定值上，以保证机组的稳定运行。蒸汽发生器给水控制功能要求集成度高，操作要求复杂，涉及电厂的多个系统，当前DCS系统中已设计了相关的分系统显示功能，然而分系统显示功能提供的信息欠缺综合性，操纵员需在不同分系统显示功能间频繁切换，且无法满足在控制蒸汽发生器给水过程中同时监视多个系统参数、操作多个系统设备的要求，没有充分体现出DCS系统的优势。

一方面相较于单一的系统运行，蒸汽发生器给水控制所需的控制功能要求集成度高，操作复杂，需人员密切配合执行；另一方面，与传统主控室相比，在DCS系统中的按照工艺系统流程设计的分系统显示功能所提供的信息的综合性不足，无法满足总体运行过程中同时监视多个系统参数，操作多个系统设备的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种采用数字化人机接口核电厂的蒸汽发生器给水控制的功能分析方法，以便于操纵员在核电厂正常和事故运行工况下快速有效地执行蒸汽发生器给水控制功能。

本发明的技术方案如下：一种采用数字化人机接口核电厂的蒸汽发生器给水控制的功能分析方法，包括如下步骤：

(1)确定蒸汽发生器给水控制包含的主要控制功能模块；

(2)针对每个所述的主要控制功能模块，整理出该主要控制功能模块的操作步骤以及操作步骤所需的监视和控制信息清单；

(3)对步骤(2)所得到的监视和控制信息进行筛选和分类整理，筛选和分类原则如下：

3.1)控制功能模块操作步骤中的控制操作手段应直接包含在蒸汽发生器给水控制的人机接口中；

3.2)为保证操作和信息反馈的一致性、有效性，对控制功能模块中的控制操作手段所对应的信息反馈和操作步骤中需直接要求的监视信息应直接包含在蒸汽发生器给水控制的人机接口中；

3.3)对于操作步骤中没有直接要求的监视信息，但可便于操纵员了解控制功能模块上下游信息的情况，在蒸汽发生器给水控制的人机接口中仅保留概况信息或增加去往分系统显示功能的导航链接；

(4)对步骤(3)完成的筛选和分类信息进行布置，实现蒸汽发生器给水控制的人机接口设计；

(5)综合分析评价蒸汽发生器给水控制的人机接口是否满足正常运行和事故后运行要求，以判断信息完整性，补充所需信息，以满足核电厂运行要求。

进一步，如上所述的采用数字化人机接口核电厂的蒸汽发生器给水控制的功能分析方法，步骤(1)中所述的主要控制功能模块包括：给水泵泵速调节模块、水位调节模块、辅助给水控制模块、蒸汽发生器排污模块。

进一步，如上所述的采用数字化人机接口核电厂的蒸汽发生器给水控制的功能分析方法，步骤(4)中对所述信息进行布置的原则包括：

4.1)蒸汽发生器给水控制的人机接口的布置应以相关分系统显示功能为参考，以保证信息显示的规律性，方便操纵员学习和使用；

4.2)蒸汽发生器给水控制的人机接口以与分系统显示功能相似的流程形式布置信息；

4.3)布置信息时应清楚地显示各个系统和设备的上下游关系，通过背景色区分不同系统以增强可读性；

4.4)导航链接应就近布置。

本发明的有益效果如下：本发明所提供的分析方法，对于电厂正常工况和事故工况下的的蒸汽发生器给水控制功能，通过运行需求分析和功能分配，整理提炼出主要操作步骤以及相关的监视信息和操作功能，并以简化的工艺流程的方式组织布置相关信息，形成给水控制功能的综合控制显示，便于操纵员快速准确获得所操作或监视的设备和参数的状态及上下游情况，提高执行效率，减少人因失效，减轻操纵员负担。

步骤(1)中通过运行需求分析和功能分配，将蒸汽发生器给水控制功能进行功能分组，细化为具体功能模块，有利于操纵员在蒸汽发生器给水控制功能时明确各功能操作区域，提高执行效率。

步骤(3)的作用在于确立了蒸汽发生器给水控制功能的信息筛选和信息显示原则。根据此原则进行设计，使得操纵员在蒸汽发生器给水控制功能执行过程中无需频繁切换屏幕。而依据信息的重要性对不同信息采取详细显示、简略显示以及不显示的筛选原则，使得蒸汽发生器给水控制功能中的信息更具有针对性，提高了操纵员寻找信息的效率。

步骤(4)综合考虑了操纵员的操作习惯，确立了一种核电厂蒸汽发生器给水控制功能的信息布置原则，保证了信息显示的规律性，方便操纵员学习和使用，同时提高了人机接口的友好性，提高了操纵员的工作效率，减轻了操纵员负担。

附图说明

图1为本发明的分析方法流程图；

图2为蒸汽发生器给水控制数字化人机接口实例示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

蒸汽发生器给水控制的目的是把蒸汽发生器二次侧水位保持在根据机组负荷而定的水位整定值上，以防止瞬态时水位过高淹没干燥器，使出口蒸汽温度增加，损害汽轮机叶片；另一方面防止水位过低，引起一回路冷却剂温度升高，导致堆芯冷却水不足，以及蒸汽发生器传热管损坏。

本发明通过正常和事故运行需求分析和功能分析，提炼整理出蒸汽发生器控制功能包含的主要控制功能模块，并将主要控制功能模块中的主要操作步骤所需的监视和控制信息进行合理有效的组织集成，开发出一种用于压水堆核电厂蒸汽发生器给水控制的数字化人机接口。如图1所示，本发明的具体分析方法包括如下步骤：

(1)通过在压水堆核电厂正常工况和事故工况下对蒸汽发生器给水控制功能进行运行需求分析和功能分配，明确蒸汽发生器给水控制包含的主要控制功能模块，如给水泵泵速调节模块、水位调节模块、辅助给水控制模块、蒸汽发生器排污模块等。

(2)对每个主要控制功能模块，提炼整理出该控制模块的主要操作步骤以及主要操作步骤所需的监视和控制信息清单。

(3)一方面为便于操纵员获取综合信息，应将某一控制功能模块相关信息集中在屏幕的某一专门区域；另一方面由于屏幕空间有限，一幅屏幕中所含信息不能太多，以免屏幕上信息过于拥挤而影响操纵员使用。因此需对步骤(2)所得到的监视和控制信息进行筛选和分类整理。本发明确立的筛选和分类原则如下：

3.1)控制功能模块主要操作步骤中的控制操作手段应直接包含在蒸汽发生器给水控制的人机接口中；

3.2)为保证操作和信息反馈的一致性、有效性，对控制功能模块中的控制操作手段所对应的信息反馈和主要操作步骤中需直接要求的监视信息应直接包含在蒸汽发生器给水控制的人机接口中；

3.3)对于主要操作步骤中没有直接要求的监视信息，但可便于操纵员了解控制功能模块上下游信息的情况，可在蒸汽发生器给水控制的人机接口中仅保留概况信息或增加去往分系统显示功能的导航链接。

(4)在按照步骤(3)完成信息的筛选和分类整理，并且在综合考虑操纵员的操作习惯后，需确定固定的布置原则，合理地布置各种信息，便于操纵员快速找到所需的信息。本发明确立的布置原则是：

4.1)蒸汽发生器给水控制的人机接口的布置应以相关分系统显示功能为参考，以保证信息显示的规律性，方便操纵员学习和使用；

4.2)蒸汽发生器给水控制的人机接口一般是以与分系统显示功能相似的流程形式布置信息；

4.3)布置信息时应清楚地显示各个系统和设备的上下游关系，用深色背景对不同系统加以区分以增强可读性；

4.4)导航链接应就近布置。

按照上述布置原则对步骤(3)中的信息进行布置后，即可完成蒸汽发生器给水控制的人机接口。

(5)综合分析评价蒸汽发生器给水控制的人机接口是否满足正常运行和事故后运行要求，以判断信息完整性，补充所需信息，以满足电厂运行要求。

实施例

1.主要控制功能模块确立

在核电厂启停过程中，操纵员根据机组负荷进行蒸汽发生器给水流量控制，进行给水流量调节阀大小阀切换、水位调节等操作，需要设计针对以上各操作的控制模块和信息显示，以便于操纵员快速有效的执行相关操作，因此确立水位调节模块。

2.筛选和分类信息

在对水位调节模块涉及的系统设计和功能进行详细的分析后，得到了此控制功能所需的所有信息清单。应用本发明技术方案中步骤(3)的原则对清单中的内容进行精简和优化：

原则3.1)示例：给水流量主调节阀和旁路调节阀以及上下游隔离阀应直接包含在该模块的显示功能中；

原则3.2)示例：为保证操作和信息反馈的一致性、有效性，将调节阀控制所对应的信息反馈，如调节阀开度、给水流量等信息直接包含在该模块的显示功能中；

原则3.3)示例：为便于操纵员了解给水流量调节阀上游的运行情况等信息，比如高压给水加热器的液位、温度等信息，而这些信息与给水流量可控制功能无直接关系，可增加去往高压给水加热器分系统显示功能的导航链接。

3.信息显示的优化布置

利用本发明技术方案步骤(4)中的原则4.1)、4.2)，以与主给水流量控制系统显示功能相似的流程形式布置各种信息。利用原则4.3)，将所需信息用深色背景加以区分，以增强可读性。设计结果如图2所示。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。