第三代先进压水堆报警系统(APS)的仿真实现
时间：2022-07-04 02:18:17
【摘要】APS系统是西屋公司在第三代先进压水堆仪控系统非安全级平台上专门开发的新一代报警系统，负责监视和处理报警数据、操作员报警提示和报警属性信息查询，引导操作员正确地处理这些报...
摘 要：为满足第三代先进压水堆全范围模拟机开发需要，对APS报警系统的结构、功能、人机界面等方面进行了深入研究。在此基础上，采用开发成本低、维护简单、可信度和逼真度高的DCS仿真技术，开发了模拟机用第三代先进压水堆仪控系统非安全级平台报警系统仿真软件。
中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0026-02
Abstract：In order to meet the development requirements of the third generation advanced PWR full scope simulator， the architecture， functionality and HMI of APS alarm system are intensively studied. And then， a simulation software of the third generation advanced PWR I&C system non-safety platform is developed for a simulator by the adoption of a DCS simulation technology with low-costing， easy maintaining， high credibility and fidelity.
Key Words：The third generation advanced PWR； APS； Alarm system； Simulation
APS系统是西屋公司在第三代先进压水堆仪控系统非安全级平台上专门开发的新一代报警系统，负责监视和处理报警数据、操作员报警提示和报警属性信息查询，引导操作员正确地处理这些报警。与在火电版Ovation平台上普遍应用的基准报警系统（Basic Alarm System）相比，APS具有界面清晰、信息量大、功能灵活多样的优点，有利于操作员掌握全厂报警信息，并做出快速正确的报警响应[3]。
1 对APS报警系统的研究
1.1 APS系统结构
APS应用程序采用Java开发，为服务器/客户端结构。其中APS报警服务器程序运行在专用的服务器上，主备冗余，集中处理所有的报警数据[4]。
APS报警客户端程序包括：
操作员站客户端：运行在各个操作员站上，是报警管理的工具；
大屏幕客户端：运行在两个大屏幕的工作站上，分别显示一回路和二回路的报警光字牌。
1.2 APS主要功能
APS报警服务器的功能主要有：
监视报警状态的变化；
读/写报警历史文件；
控制报警声音；
处理各个客户端的请求；
传递操作员的报警操作。
报警客户端的功能有：
显示电厂实时或历史报警；
以声光方式引起操作员注意；
引导操纵员处理报警；
记录操作员日志。
1.3 APS界面设置
图1是APS操作员站客户端的主界面，它由两大部分组成，上部分是报警光字牌，下部分是报警清单。报警光字牌是对报警信息的分组，上面的小光字牌按系统分组，下面的大光字牌按设备分组。报警清单主要包含报警时间、系统名、点名、描述、报警类型、单位、点质量、报警限值和报警优先级等属性。
1.4 APS报警分类
APS的报警状态（status）有以下4种[5]：
NEW：新报警；
ACK：已确认；
UNACK：未确认；
CLEAR：已消除。
APS的报警分为4个优先级（Priority
1～4），数字越小，优先级越高。出现新报警时，光字牌和报警清单都会显示对应的颜色：1级报警为红色，2级报警为橙色，3级报警为黄色，4级报警为天蓝色。多种级别的报警同时出现时，显示优先级最高的颜色。各级报警消除后都显示绿色。
APS的报警类型根据报警点的类型各不相同，模拟量主要有高1/2/3/4/用户自定义，低1/2/3/4/用户自定义和RETURN；数字量和打包量则只有ALARM和RETURN两种主要类型。
2 APS报警系统功能的仿真实现
2.1 技术方案的选择
APS系统的仿真实现，是全范围模拟机的DCS仿真的重要组成部分。为了保证软件的逼真度，仿真的APS系统采用了和真实系统相近的数据结构、系统结构和报警计算程序设计方案（详见2.2至2.4节）。但考虑到软件的效率和灵活性，在开发语言和文件格式上做出了与真实系统不同的选择。
仿真的APS报警系统采用QT编程开发，与二层运行平台的其它软件系统的开发语言一致。QT具有较高的执行效率、良好的跨平台特性；QT设计界面方便、编程效率高，适用于开发APS报警系统这种界面复杂、外观要求高的软件[1]。仿真的APS报警系统中的报警光字牌画面采用XML格式储存，与二层人机界面的文件格式一致。XML具有统一的标准语法，能使模拟机软件具有跨平台跨系统的特性；XML是一种可扩展的语言，有利于模拟机软件开发的灵活性；XML具有便捷的数据处理能力，可以很方便地与数据库中的表进行相互转换，提高了模拟机软件数据交互的效率[2]。
2.2 数据结构设计
第三代先进压水堆非安全级仪控系统中的数据以点（POINT）的概念存在。最常用的点类型有4种：LA、LP、LD、LC，分别对应模拟量、打包量、开关量和算法部件。点记录采用结构体方式记录各种数据的全部信息，这些信息被定义为属性字段。每个字段都是一个变量，根据其包含的信息内容可能是整型、实型或字符型等。
模拟机的数据结构设计与真实系统一致，既定义了简单类型的变量，也定义了结构体类型的变量。结构体的组成字段可以在配置文件中自定义，同时在通讯程序中规定上传和下发的字段名及扫描频率。
2.3 系统结构设计
从功能划分上说，把报警的计算和响应程序放在了仿真平台的一层，监视和操作程序放在了二层；从系统结构上说，采用了服务器/客户端模式，由服务器读/写报警实时和历史库，客户端显示报警信息并与操作员交互。
一层报警计算程序把模拟量、数字量或打包量的报警计算结果写入数据点的相关字段，这些字段在一层与二层通讯时实时更新。二层的报警服务器根据报警清单实时扫描二层数据服务器，一旦发现某个点的报警位被标记，即将其写入实时报警数据库。各个操作员站的报警客户端程序则以声、光、列表等方式将报警信息显示给操作员。操作员依照报警响应规程，在报警程序界面和流程图界面对报警点和设备进行操作，操作指令通过二层数据服务器发送到一层模型主机，由报警计算程序做出响应。
2.4 报警计算程序设计
组态工程师在组态软件中设定好报警相关字段的初值（包括高低报警限值，死区，报警优先级等），存入配置库。模拟机运行时，报警计算程序扫描报警清单中的点，根据其点类型选择调用的计算函数。以模拟量点的报警计算为例，函数首先判断模拟量点是否被报警屏蔽，是否关闭了限值检查和报警检查。如果没有，则按报警类型依次判断当前值是否超限，高类型的报警会屏蔽次高类型的。消除报警的判断公式要加入死区，以避免扰动。
3 结语
依托某第三代先进压水堆模拟机项目，APS报警系统仿真软件已经开发完成并投入培训使用。经与仿真模型、一层控制逻辑、二层流程图画面以及计算机化规程的集成测试，证明该仿真软件能够真实再现实物报警系统的监视和计算功能，具有很高的逼真度、可靠性和稳定性。在真实机组投运之前，仿真的APS报警系统可以帮助操作员提前熟悉报警界面、功能、操作和响应，对第三代先进压水堆机组的安全运行具有重要意义。
参考文献
[1] 谭大鹏.基于Qt/E的嵌入式工业监测轻型图形用户界面构件库开发[J].计算机集成制造系统，2009，15（2）：399-404.
[2] 孔令波.XML数据索引技术[J].软件学报，2005，16（12）：2063-2079.
[3] Operator Station User Guide for Ovation 3.3.1[R].Emerson Process Management，2010.
[4] Edward Yackovich.Alarm Presentation System Functional Requirements[R].Westinghouse Electric Company，2009.
[5] Frank R.Dziama.Guidelines for the Specification of Alarm Information[R].Westinghouse Electric Company，2007.
[6] Ovation Record Types Reference Manual[R].Emerson Process Management，2010.
