一种核电厂防人因失误训练的综合管路和人因训练系统的制作方法

本实用新型涉及核电站技术人员的培训装置领域，具体涉及一种核电厂防人因失误训练的综合管路和人因训练系统。

背景技术：

随着反应堆控制技术的发展，核动力设施的技术防范措施也日趋完善。但多年来，人因事件的比例却居高不下。核电厂的统计和研究结果表明，直接或间接与人因有关的事件占发生事件总数的60-70％，因此人因失误是导致事故的重要因素。实践证明，对技术人员进行防人因失误的行为训练是目前国内外最有效的预防人因失误的手段之一，可以有效地预防并减少人因失误的发生概率。

现有的防人因失误训练装置主要针对机械检修人员或者仪控类人员的防人因失误训练需求，功能较为单一。此外，目前核电厂的综合工艺回路主要选取和设计核电厂二回路系统的设备作为硬件设备，通过模拟现场任务场景，根据学员的不同专业背景达到综合训练各种防人因失误工具的目的。现有的核电厂综合工艺回路系统往往采用展示性的培训，由于综合工艺回路通常不包括水电气等介质，因此其设置的人因失误的陷阱与现场实际工作环境存在差异。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种核电厂防人因失误训练的综合管路和人因训练系统，具有接近现场实际工作环境、培训人员专业范围广和培训级别全面、可以在线进行操作等优点。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种核电厂防人因失误训练的综合管路，包括：

一水箱，其包括出水管和进水管；

一主管系，所述主管系一端连接所述出水管，另一端连接所述进水管，并形成回路，所述主管系包括并联的第一管路、第二管路和备用管路，且所述第一管路、第二管路和备用管路均依次设有第一隔离阀、离心泵、止回阀、电动调节阀和第二隔离阀；

一离心泵保护管系，其包括三条保护管路，三条所述保护管路一端分别与所述第一管路、第二管路和备用管路相连，其连接点均设置在所述电动调节阀和第二隔离阀之间，三条所述保护管路的另一端连接所述水箱。

在上述技术方案的基础上，所述出水管上设有出水管截止阀，所述进水管上设有进水管隔离阀。

在上述技术方案的基础上，所述第一管路、第二管路和备用管路的第一隔离阀和第二隔离阀均分别为手动蝶阀、手动闸阀和手动球阀。

在上述技术方案的基础上，所述第一管路、第二管路和备用管路的电动调节阀分别为电动蝶阀、电动闸阀和电动球阀。

在上述技术方案的基础上，三条所述保护管路均设有气动调节阀和手动截止阀。

在上述技术方案的基础上，所述综合管路还包括一废水箱。

在上述技术方案的基础上，所述综合管路还包括：

一废水收集管系，其包括三条废水收集管路，三条所述废水收集管路一端分别与所述第一管路、第二管路和备用管路相连，另一端与所述废水箱相连，且三条所述废水收集管路均设有隔膜阀。

在上述技术方案的基础上，所述综合管路还包括：

一压力保护管系，其包括三条压力保护管路，三条所述压力保护管路均设有安全阀，三条所述压力保护管路一端分别连接第一管路、第二管路和备用管路，另一端均与所述废水箱相连。

在上述技术方案的基础上，所述综合管路还包括：

进水管废水收集管路，所述进水管废水收集管路一端与所述进水管相连，另一端与所述废水箱相连，所述进水管废水收集管路设有进水管隔膜阀。

在上述技术方案的基础上，所述水箱还包括：

一供水管路，所述供水管路一端连接水源，另一端连接所述水箱，且所述供水管路设有并联的电磁阀和供水截止阀；

一水箱废水收集管路，所述水箱废水收集管路一端连接所述水箱，另一端连接所述废水箱，且所述水箱废水收集管路设有水箱隔膜阀；

一水箱压力保护管路，所述水箱压力保护管路一端连接所述水箱，另一端连接所述废水箱，且所述水箱压力保护管路设有水箱安全阀；

且所述水箱还设有一水箱压力表、一水箱温度计和一水箱水位计。

本实用新型还提供一种使用上述核电厂防人因失误训练综合管路的人因训练系统，其具体包括：

所述第一管路、第二管路和备用管路均设有入口压力表、出口压力表、压力变送器、温度表、温度传感器和流量计，所述入口压力表设于所述离心泵的进水端，所述出口压力表和所述压力变送器依次设于所述离心泵的出水端，所述温度表、温度传感器和流量计依次设于所述电动调节阀和所述第二隔离阀之间；

所述人因训练系统还包括上位机系统和下位机系统，所述下位机系统包括可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器通过通讯线路与所述压力变送器、温度传感器、流量计、电动调节阀和离心泵连接；所述上位机系统包括后台计算机，所述后台计算机与所述可编程逻辑控制器通过通讯网络连接。

在上述技术方案的基础上，三条所述保护管路均设有气动调节阀和手动截止阀，所述水箱还包括一供水管路，所述供水管路设有并联的电磁阀和供水截止阀，所述水箱还设有一水箱水位计；

所述可编程逻辑控制器与所述气动调节阀、电磁阀和水箱水位计相连。

在上述技术方案的基础上，所述下位机系统还包括就地操作台，所述就地操作台通过通讯线路与所述可编程逻辑控制器连接。

在上述技术方案的基础上，所述就地操作台包括集成的选择开关、指示灯、数字仪表和操作按钮和旋钮。

在上述技术方案的基础上，所述下位机系统还包括供电系统，所述供电系统包括低压柜，所述供电系统给所述可编程逻辑控制器、就地操作台、离心泵、电动调节阀和电磁阀供电。

在上述技术方案的基础上，所述低压柜包括开关和低压柜指示灯。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型的核电厂防人因失误训练的综合管路和人因训练系统主要模拟核电厂二回路系统，并参考核电厂二回路系统的设备进行选型，包括水箱、离心泵、各种类型的阀门、压力、温度、流量和水位测试仪表等，而且综合管路以水为介质，电动阀门和气动阀门分别通过电气和压缩空气控制。这些设计都增加了本综合管路和人因训练系统的真实性和复杂性，其中设置的人因失误的陷阱也更接近现场实际工作环境，因此防人因失误训练的培训效果显著。

(2)本实用新型的核电厂防人因失误训练综合管路和人因训练系统中的压力、温度、流量和水箱水位信号以及离心泵和各阀门的状态输出至可编程逻辑控制器进行相应运算与逻辑判断后，培训人员可在与可编程逻辑控制器分别连接的后台计算机或就地操作台进行相关控制操作。本人因训练系统同时涉及机械、电气和仪控领域，可适用于针对机械、电气、仪控领域相关作业维修人员的防人因失误工具现场模拟培训。

(3)本实用新型的核电厂防人因失误训练的综合管路和人因训练系统中设置了多个隔离阀用于综合管路的现场维修，而且，为了离心泵在线隔离培训需要，主管系各管路上均连接了废水收集管路，每条废水收集管路上都装有一个隔膜阀，最终将管路中的水排入废水箱，使操作人员可以在现场进行维修操作。另外，本实用新型的核电厂防人因失误训练的综合管路和人因训练系统中的上位机系统采用核电厂主控室盘柜设计风格，后台计算机的用户操作界面风格与核电厂相同。后台计算机包括工控机和显示器，工控机通过WINCC组态软件对系统进行组态，编制工艺画面，并配有键盘鼠标完成人机界面操作，可以实现在线操作。

附图说明

图1为本实用新型的一种核电厂防人因失误训练的综合管路的结构示意图；

图2为本实用新型的一种核电厂防人因失误训练综合管路的人因训练系统的工作原理示意图；

图3为本实用新型的一种核电厂防人因失误训练综合管路的人因训练系统中的供电系统的示意图。

图中：1-水箱，10-出水管，11-进水管，12-出水管截止阀，13-进水管隔离阀，14-进水管废水收集管路，15-进水管隔膜阀，2-主管系，20-第一管路，21-第二管路，22-备用管路，23-第一隔离阀，24-离心泵，25-止回阀，26-电动调节阀，27-第二隔离阀，3-离心泵保护管系，30-保护管路，31-气动调节阀，32-手动截止阀，4-废水箱，5-废水收集管系，51-废水收集管路，52-隔膜阀，6-压力保护管系，60-压力保护管路，61-安全阀，71-入口压力表、72-出口压力表、73-压力变送器、74-温度表、75-温度传感器，76-流量计，8-供水管路，81-电磁阀，82-供水截止阀，9-水箱废水收集管路，91-水箱隔膜阀，100-水箱压力保护管路，101-水箱安全阀，201-水箱压力表、202-水箱温度计，203-水箱水位计。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。

参见图1，本实用新型提供一种核电厂防人因失误训练的综合管路，包括水箱1、主管系2和离心泵保护管系3。

水箱1包括出水管10和进水管11。

主管系2一端连接出水管10，另一端连接进水管11，并形成回路，主管系2包括并联的第一管路20、第二管路21和备用管路22，且第一管路20、第二管路21和备用管路22均依次设有第一隔离阀23、离心泵24、止回阀25、电动调节阀26和第二隔离阀27。

出水管10上设有出水管截止阀12，进水管11上设有进水管隔离阀13。

在本实用新型的核电厂防人因失误训练的综合管路运行前，先将自来水注入水箱1，来自水箱1的给水经出水管10分别通过并联的第一管路20、第二管路21和备用管路22，并经进水管11回到水箱1以形成回路。正常运行时，第一管路20和第二管路21并列运行，各承担总流量的50％，备用管路22作为第一管路20和第二管路21的备用管路。

在第一管路20、第二管路21和备用管路22中，第一隔离阀23和第二隔离阀27主要用于综合管路中第一管路20、第二管路21和备用管路22的维修，止回阀25主要是防止离心泵24停泵时给水逆流，离心泵24提供给水，为单级悬臂式卧式离心泵。

为了便于设置人因陷阱，第一管路20、第二管路21和备用管路22上的阀门采用多种类型。

第一管路20中的第一隔离阀23和第二隔离阀27均为手动蝶阀，第二管路21中的第一隔离阀23和第二隔离阀27均为手动闸阀，备用管路22中的第一隔离阀23和第二隔离阀27均为手动球阀。

第一管路20中的电动调节阀26为电动蝶阀，第二管路21中的电动调节阀26为电动闸阀，备用管路22中的电动调节阀26为电动球阀。

离心泵保护管系3包括三条保护管路30，三条保护管路30一端分别与第一管路20、第二管路21和备用管路22相连，其连接点均设置在电动调节阀26和第二隔离阀27之间，三条保护管路30的另一端连接水箱1。三条保护管路30均设有气动调节阀31和手动截止阀32。

从每个离心泵24的出口至水箱1均接有一条保护管路30，用于提供最小流量以保护离心泵24。如果主管系2的第一管路20、第二管路21和备用管路22中的任何一条管路的流量低于最小流量要求，则与该管路上的离心泵24连接的保护管路30上的气动调节阀31将自动调节打开，以保持离心泵24的最小流量，给水通过手动截止阀32后再回到水箱1中。

本实用新型的核电厂防人因失误训练的综合管路还包括废水箱4。

本实用新型的核电厂防人因失误训练的综合管路还包括废水收集管系5，其包括三条废水收集管路51，三条废水收集管路51一端分别与第一管路20、第二管路21和备用管路22相连，另一端与废水箱4相连，且三条废水收集管路51均设有隔膜阀52。

为了离心泵24在线隔离培训需要，第一管路20、第二管路21和备用管路22均连接了废水收集管路51，每条废水收集管路51上都装有一个隔膜阀52，最终将第一管路20、第二管路21和备用管路22中的水排入废水箱4。

本实用新型的核电厂防人因失误训练的综合管路还包括压力保护管系6，其包括三条压力保护管路60，三条压力保护管路60均设有安全阀61，三条压力保护管路60一端分别连接第一管路20、第二管路21和备用管路22，另一端均与废水箱4相连。

本实用新型的核电厂防人因失误训练的综合管路还包括进水管废水收集管路14，进水管废水收集管路14一端与进水管11相连，另一端与废水箱4相连，进水管废水收集管路14设有进水管隔膜阀15。

水箱1还包括供水管路8、水箱废水收集管路9和水箱压力保护管路100。

供水管路8一端连接水源，另一端连接水箱1，且供水管路8设有并联的电磁阀81和供水截止阀82。水箱废水收集管路9和水箱压力保护管路100均一端连接水箱1，且另一端连接废水箱4。水箱废水收集管路9设有水箱隔膜阀91，水箱压力保护管路100设有水箱安全阀101。

水箱安全阀101是为了确保本综合管路的安全，水箱安全阀101的起跳压力为本综合管路的最大压力。另外，水箱安全阀101设于水箱1的顶部，可以用于通过搭建脚手架来模拟拆装安全阀的高空培训作业。

水箱1还包括水箱压力表201、水箱温度计202和水箱水位计203。水箱压力表201和水箱温度计202用于人工检测水箱1的压力和温度，水箱水位计203用于监测水箱1的水位的变化情况，水位既可用于人工就地检测也可直接输出至下位机系统的可编程逻辑控制器进行分析处理。

水箱1的直径约为1.5m，高度约为2.5m，壁厚约为4mm，水箱1还包括一个进入口，进入口位于水箱1距地面高1.8m处，直径为，可以用于模拟容器内清洁度检查的培训作业。

在本实用新型的核电厂防人因失误训练的综合管路中，水箱1的出水管10和进水管11的管径为DN200，第一管路20、第二管路21和备用管路22的管径均为DN100，三条保护管路30的管径均为DN50，三条废水收集管路51、进水管废水收集管路14、水箱废水收集管路9、压力保护管路60和水箱压力保护管路100的管径均为DN40，各压力、温度仪表管线管径为DN15，与废水箱4连接的排水总管的管径为DN100，各个分支管路管径的变化增加了本实用新型的核电厂防人因失误训练的综合管路的真实性。

为了便于设置人因陷阱，本实用新型的核电厂防人因失误训练综合管路中的阀门采用多种类型，隔离阀分别选择蝶阀、截止阀、球阀和闸阀，阀门控制方式分别为电动、气动和手动。其中，主管系2的第一管路20、第二管路21和备用管路22上的第一隔离阀23和第二隔离阀27均分别为手动蝶阀、手动闸阀和手动球阀，电动调节阀26则分别为电动蝶阀、电动闸阀和电动球阀，气动调节阀31的控制方式为气动。电动调节阀26和电磁阀81的配电来自低压柜，气动调节阀31动力来源于集中供气管线，这样的设计增加了本综合管路的多样性和复杂性，其人因失误的陷阱与现场实际工作环境差异性小。

本实用新型的核电厂防人因失误训练的综合管路中设置了多个隔离阀用于本综合管路的现场维修，而且，为了离心泵24在线隔离培训需要，主管系2各管路上均连接了废水收集管路51，每条废水收集管路51上都装有一个隔膜阀52，最终将管路中的水排入废水箱4，使操作人员可以在现场进行维修操作。

请同时参考图1和图2，其中，图2示出了一种核电厂防人因失误训练综合管路的人因训练系统的工作原理示意图，其中，第一管路20、第二管路21和备用管路22均设有入口压力表71、出口压力表72、压力变送器73、温度表74、温度传感器75和流量计76，入口压力表71设于离心泵24的进水端，出口压力表72和压力变送器73依次设于离心泵24的出水端，温度表74、温度传感器75和流量计76依次设于电动调节阀26和第二隔离阀27之间。

本综合管路的主要设备为水箱1和主管系2，水箱1设有温度、压力和水位测量仪表，主管系2中的第一管路20、第二管路21和备用管路22都设有温度、压力和流量测量仪表。

为了便于人员培训以及校对上位机系统的信号，温度和压力测量仪表均包括就地测量仪表和传感器。其中，3台离心泵24都设置了三个压力测量仪表，入口压力表71和出口压力表72用于人工检测对应的离心泵24的入口压力和出口压力，压力变送器73用于自动检测离心泵24的出口压力。入口压力表71为真空表。每个离心泵24的出口还设置了温度和流量测量仪表，温度表74用于人工检测主管系2中各管路的温度，温度传感器75用于自动检测主管系2中各管路的温度。流量计76用于自动检测主管系2中各管路的流量，流量计76均采用O型流量计以精确测量流量。

三条保护管路30均设有气动调节阀31和手动截止阀32。水箱1还包括一供水管路8，供水管路8设有并联的电磁阀81和供水截止阀82，水箱1还设有一水箱水位计203。

本人因训练系统还包括上位机系统和下位机系统，下位机系统包括可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器通过通讯线路与压力变送器73、温度传感器75、流量计76、离心泵24、电动调节阀26、气动调节阀31、电磁阀81和水箱水位计203连接。上位机系统包括后台计算机，后台计算机与可编程逻辑控制器通过通讯网络连接。

下位机系统还包括就地操作台，就地操作台通过通讯线路与可编程逻辑控制器连接，就地操作台包括集成的选择开关、指示灯、数字仪表和操作按钮和旋钮。

下位机系统还包括供电系统，供电系统包括低压柜，供电系统给可编程逻辑控制器、就地操作台、离心泵24、电动调节阀26和电磁阀81供电，低压柜包括开关和低压柜指示灯。

在远程操作功能状态，上位机系统通过与下位机系统的通讯，采集本综合管路的实时信息及状态，发控制指令给下位机系统和综合管路，实现控制功能。

下位机系统包括可编程逻辑控制器、就地操作台和供电系统。可编程逻辑控制器作为实现本人因训练系统的数据采集处理、设备保护及操作控制功能的平台，可编程逻辑控制器主要包括模拟量输入模块(AI模块)、模拟量输出模块(AO模块)、数字量输入模块(DI模块)、数字量输出模块(DO模块)、中央处理器(S7 1500CPU)和电源模块。可编程逻辑控制器采集综合管路的实时压力、温度、流量和水箱水位信号以及离心泵24和各阀门的状态，并且通过通讯线路与就地操作台连接，实现数据双向传输。供电系统给可编程逻辑控制器、就地操作台、离心泵24、电动调节阀26和电磁阀81供电，供电系统包括低压柜，低压柜包括开关和低压柜指示灯。

上位机系统包括后台计算机和后台控制台，采用核电厂主控室盘柜设计风格。后台控制台与后台计算机连接，后台控制台上设有急停按钮，可用于紧急情况下的手动操作。后台计算机包括内置X86架构的工控机，工控机配备高性能Intel处理器，并采用Windows7操作系统，显示设备可选用19寸LCD显示器，并配有键盘鼠标完成人机界面操作。

后台计算机通过工业以太网接收可编程逻辑控制器采集的综合管路的实时压力、温度、流量和水箱水位信号以及离心泵24和各阀门的状态。工控机通过WINCC组态软件对综合管路进行组态，编制工艺画面，工艺画面显示采用简单明了的工艺流程显示，操作员可通过工艺画面直接了解综合管路当前状态，并在工艺画面显示界面上用鼠标点击，指令通过工业以太网传递给可编程逻辑控制器以进行每个离心泵24的控制及各阀门调节的相关操作。

上位机系统除后台控制台上的急停按钮外，所有其它对综合管路的操作都通过键盘鼠标在工艺画面上的人机交互来实现。

培训人员可在与可编程逻辑控制器分别连接的就地操作台或后台计算机上进行相关控制操作。本人因训练系统同时涉及机械、电气和仪控领域，可适用于针对机械、电气、仪控领域相关作业维修人员的防人因失误工具现场模拟培训。

下位机系统和上位机系统可以实现的主要功能包括数据采集与数据处理、综合管路中的设备保护和操作控制功能，具体如下：

1)数据采集与数据处理功能

a)数据采集

可编程逻辑控制器通过模拟量输入模块(AI模块)接收综合管路的压力变送器73、温度传感器75、流量计76、离心泵24、气动调节阀31、电动调节阀26、电磁阀81和水箱水位计203的信号。

b)数据处理

可编程逻辑控制器的中央处理器(S7 1500CPU)对采集进来的信号进行相应的工程换算、计算及逻辑判断。后台计算机对采集进来的信号进行相应运算与逻辑判断后，进行后续相关控制操作。

c)数据显示

可编程逻辑控制器将采集和运算后的数据通过数字量输出模块(DO模块)送至就地操作台的指示灯及数字仪表和后台计算机的显示器进行显示，以显示综合管路的温度、压力、流量和水位以及离心泵24和各阀门的状态。在后台计算机上，培训人员可通过工艺画面直接了解综合管路当前状态，并在工艺画面显示界面上用键盘和鼠标进行相关的操作。

d)报警设置

为保证综合管路的安全运行，提醒培训人员注意综合管路的压力、温度、流量和水箱水位运行限值，上位机系统设有压力限值、流量、温度和水箱水位限值等参数，一旦测量值超过限定值，后台计算机和就地操作台将产生图标闪烁及蜂鸣报警。报警一览的信息包括当前值、报警限值、报警状态(高或低)、报警发生的时间以及报警内容文字描述等。

2)保护功能

为防止水箱1的水位过高或过低，若水箱1水位降到水位低限值的位置时，水箱1的供水管路8的电磁阀81会自动打开，若水箱1水位高于水位高限值时，电磁阀81会自动关闭。当主管系2压力高于超压限值时，离心泵24停止运行。

3)操作控制功能

操作控制功能主要是控制离心泵24的启停及气动调节阀31、电动调节阀26和电磁阀81的调节，操作人员可选择在后台计算机或就地操作台上进行相应的操作。

在就地操作台/上位机系统功能选择开关切至上位机系统时，后台计算机通过与可编程逻辑控制器通讯，采集综合管路实时信息及状态，通过工业以太网发出控制指令，可编程逻辑控制器通过数字量输入模块(DI模块)接收后台计算机的控制指令，并通过模拟量输出模块(AO模块)对综合管路进行远程控制，后台计算机的工艺画面包括离心泵24和各阀门的状态指示和动作指示。

在就地操作台/上位机系统功能选择开关切至就地操作台时，培训人员可通过就地操作台上的操作按钮和旋钮对气动调节阀31、电磁阀81等设备进行操作，就地操作台包括离心泵24和各阀门的状态指示和动作指示。

低压柜控制可编程逻辑控制器、就地操作台、离心泵24、电动调节阀26和电磁阀81的供电，低压柜包括开关和低压柜指示灯，当低压柜上的开关处于合闸状态时，可编程逻辑控制器、就地操作台、离心泵24、电动调节阀26和电磁阀81可以通过开启各自的启动开关而处于通电状态，低压柜指示灯显示各设备的状态。

综上所述，现有的核电厂防人因失误培训道具基本都是玩具类产品开发的，与核电厂实际情况切合不足。本实用新型的核电厂防人因失误训练综合管路的人因训练系统模拟了核电厂二回路，同时，也模仿现场设置了一些现场常见的人因失误陷阱。根据不同学员的技能水平，培训核电厂人员熟练掌握防人因失误工具的内容和使用方法，针对机械、电气和仪控领域相关作业维修人员的防人因失误工具现场模拟培训。

现有的防人因失误培训道具每一种只针对单个的防人因失误工具进行培训，所以主要适用于核电厂的初级培训。本核电厂防人因失误训练综合管路的人因训练系统可以覆盖仪表、报警、异味、漏水检查，电机接地、三相阻值测试，以及电机解体检修、模拟维修等初级、中级和高级的培训内容，因此适合各个级别的维修人员的培训。另外，本核电厂防人因失误训练综合管路的人因训练系统不仅可用于核电厂人员单项防人因失误工具的训练，也可进行多项防人因失误工具的综合运用培训。

本核电厂防人因失误训练综合管路的人因训练系统还可以模拟核电厂现场劳保用品准备、工作包准备、工前会、领取许可证、现场隔离、工器具、材料领用、确认检修设备、现场维修工作、工作收尾、工后会的全过程，设计多种人因陷阱，提高防人因失误培训效果，使员工养成良好的工作习惯。该系统具有真实，培训人员专业范围广，培训级别全面，可以在线进行操作，培训效果好等优点。

本实用新型不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本实用新型相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。