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《南方能源建設》2018年第1期

摘要：后備盤設計驗證是核電站主控制室設計驗證的重要內容，而仿真試驗驗證是設計驗證的一種重要手段。采用虛擬盤臺技術實現后備盤的仿真，具有多點觸控操作、設計文件直接導入等特點，可以還原后備盤的畫面設計并實現后備盤顯示及操作的實時動態響應，完成后備盤畫面布局、數值及狀態顯示和操作響應的仿真試驗驗證。基于此技術設計開發的某核電站主控制室后備盤仿真系統，已成功應用于該核電站主控制室后備盤設計的驗證工作中，經測試達到了預期效果。

關鍵詞：虛擬盤臺；主控制室；后備盤；設計驗證

0引言

核電站的安全運行主要是通過對主控室人機界面集中監視和控制來完成。后備盤臺是現代核電站主控室的重要組成部分[1]。后備盤作為核電站計算機信息和控制系統（KIC）的后備手段，其主要功能是在當KIC不可用期間，在不同機組工況下將記住帶入并維持在安全狀態[2]。在核電站設計階段，對主控制室后備盤的設計進行測試驗證，可以檢驗其功能設計的正確性。對后備盤設計驗證方式主要有文件評審、工程試驗驗證和仿真試驗驗證等方式。仿真試驗驗證是指利用核電站仿真技術，采用后備盤設計輸出文件建立仿真人機界面，并在仿真人機界面上進行驗證測試。由于測試結果直觀，且對設計的響應及時，成本較低，目前仿真試驗驗證方式在后備盤設計驗證中得到了更為廣泛的應用。所謂虛擬盤臺技術是指用計算機畫面代替仿真對象的硬件控制盤臺，包括盤臺上的各種儀表、開關、按鈕、光示牌等[3]。采用虛擬盤臺技術實現對后備盤的仿真，可以忠實還原后備盤的畫面設計，并可實現后備盤顯示及操作的實時動態響應，較好地達到了后備盤仿真試驗驗證的效果。

1系統原理虛擬盤臺

基于計算機仿真技術，通過畫面仿真組態軟件生成后備盤仿真畫面；在大屏幕上實現后備盤仿真畫面的動靜態顯示；通過多點觸摸屏捕捉并識別操作動作，完成畫面上的設備操作，以模擬主控室操縱員的操作動作；操作及顯示參數通過數據通信接口與仿真數據庫實現雙向數據交換。虛擬盤臺的系統原理如圖1所示。

2系統總體架構

2.1硬件架構虛擬盤臺系統

硬件架構如圖2所示。虛擬盤臺系統主要包含3部分硬件：1）虛擬盤臺單元：虛擬盤臺單元是后備盤仿真畫面運行的主體，由顯示操作終端和虛擬盤臺工作站計算機組成，其中：每個顯示操作終端由3塊觸控屏拼接而成，可整體顯示一個盤臺單元上所有的動靜態信息，通過觸控設備可以捕捉操縱員的操作動作，其操作及顯示方式與真實盤臺基本一致。顯示操作終端具有三屏聯動功能，可實現盤臺畫面整體切換。虛擬盤臺工作站完成后備盤仿真畫面調度運行、識別手勢動作并轉換成操作指令，以及與仿真服務器之間的雙向數據通信功能，可向仿真服務器發送操作指令，同時接收并顯示仿真服務器的運行仿真結果，包括數值顯示、報警光字牌及開關狀態等信息。每個虛擬盤臺單元之間相互獨立，單元數量可根據實際核電站盤臺規模配置，并可分散布置在不同的驗證場所2）仿真服務器：通過數據通信接口，接收虛擬盤臺發送的操作指令，完成電廠工藝過程的仿真計算，并發送計算結果到虛擬盤臺單元。3）虛擬盤臺工程師站：運行后備盤畫面設計導入軟件、畫面組態軟件，用于后備盤仿真設備圖庫開發，后備盤畫面設計文件的導入及編譯，生成后備盤仿真畫面。

2.2軟件架構虛擬盤臺系統軟件

基于Rinsim仿真平臺開發，包括：1）仿真支撐軟件（SimBase），它是整個仿真平臺的底層環境，用于調度和管理仿真模型和仿真數據庫。2）仿真畫面組態工具軟件（SimDraw），用于后備盤仿真設備圖庫、后備盤仿真畫面開發，以及后備盤畫面設計文件的導入編譯。3）仿真畫面運行軟件（SimHMI），用于后備盤仿真畫面的顯示。4）數據通信軟件采用S3server及S3client。除此之外，虛擬盤臺系統中還開發了觸摸屏驅動軟件和手勢識別軟件。虛擬盤臺系統軟件總體架構如圖3所示。

3虛擬盤臺設計

3.1后備盤仿真畫面設計

后備盤仿真畫面設計包括兩部分工作：仿真設備圖庫、仿真畫面，均采用SimDraw軟件實現。仿真設備圖庫包括靜態特性和動態特性，均須與后備盤畫面設計文件中的設備圖庫一致。其中，靜態特性包括設備ID、外觀尺寸、位置、圖元、背景色、前景色、字體、字號、線型等，動態特性包括閃爍、顏色變化、數值顯示、旋轉、彈起、按下等。設計方使用Visio軟件生成后備盤畫面設計文件，通過轉存為VDX（XML格式）文件，可批量導入到SimDraw軟件中，根據畫面中設備靜態信息，使用仿真設備圖庫進行畫面重繪。重繪后的仿真畫面文件經編譯后，生成可由SimHMI實時調度運行的畫面。每個仿真畫面的圖幅對應整個虛擬盤臺單元，可實現盤臺畫面的整體顯示。對應3塊觸控屏，整個圖幅分為3個顯示區域，每個區域顯示范圍為3840×2160pixel，圖幅總尺寸為3840×6480pixel。仿真畫面運行效果圖如圖4所示。

3.2手勢識別設計

手勢識別功能由觸控屏驅動軟件ZenTechMultiTouch和手勢識別軟件TuioGesture共同實現，ZenTechMultiTouch識別多點觸控動作，TuioGesture負責將多點觸控動作轉換為相應的手勢消息，提供給SimHMI進行處理。

3.3數據通信

虛擬盤臺與仿真服務器之間采用C/S架構，基于TCP/IP協議實現雙向數據通信。s3server運行在仿真服務器上，使用仿真支撐軟件提供的接口獲取和設置模型變量的值，通過TCP/IP連接，將值傳遞給s3client，反映在后備盤仿真畫面上。s3client負責從服務器端獲取變量點的數據，并將變量點的值設置到服務器端。s3client通過消息隊列和SimHMI進行消息交互，使用TCP/IP協議和服務器端進行通信。SimHMI和s3client的交互關系如圖5所示。s3client從服務器端獲取數據的流程如圖6所示。

4仿真試驗效果

根據后備盤驗證測試規程，對虛擬盤臺系統進行了穩態數據顯示測試、開關按鈕操作測試、盤臺整體切換測試等，并根據參考核電站的運行規程和事故規程對虛擬盤臺系統進行了核電站瞬態響應測試，其顯示和操作測試響應與后備盤設計文件一致。測試結果表明，此系統可滿足核電站后備盤仿真試驗驗證的要求。

5結束語

利用虛擬盤臺技術完成核電站后備盤的設計驗證，雖然在物理逼真度上與硬盤臺相比還有一些差距，但整體而言，能節約大量投資，縮短工期。隨著計算機技術、高清顯示屏、觸控技術以及VR技術等的發展，虛擬盤臺技術將更加完善，以更好地應用到核電站后備盤設計驗證中。

作者：劉純；尹繼超；張緒怡；李敏 單位：中核武漢核電運行技術股份有限公司