核電廠主控室大屏幕系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用探討

周毅超 毛 婷 程 波 梅世柏 張 剛

(深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 深圳 518172)

0 引言

主控室是核電廠的神經(jīng)中樞，大屏幕技術(shù)在主控室已得到廣泛應(yīng)用。運(yùn)行人員從大屏幕上可以迅速了解電廠總貌和當(dāng)前運(yùn)行狀況，有助于其對(duì)電廠狀態(tài)的快速評(píng)估及協(xié)同工作。好的大屏幕設(shè)計(jì)，要在系統(tǒng)功能上滿(mǎn)足電廠各種工況下的監(jiān)測(cè)需求，在性能上達(dá)到連續(xù)運(yùn)行、精確顯示、穩(wěn)定、抗震等要求，在人因特性上能夠做到提供舒適的顯示畫(huà)面、減少操縱員視覺(jué)疲勞、有效提高工作效率，同時(shí)還必須兼顧經(jīng)濟(jì)性、可維護(hù)性和市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)。本文將以法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，以工程經(jīng)驗(yàn)為參考，從實(shí)際應(yīng)用為出發(fā)，系統(tǒng)剖析核電廠主控室大屏幕設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題，探索指導(dǎo)實(shí)際工程應(yīng)用的思路和方法。

1 核電廠主控室大屏幕設(shè)計(jì)目的

核電廠主控室大屏幕的設(shè)計(jì)目的主要包括以下3個(gè)方面［1］:

①大屏幕提供電廠狀態(tài)的總體概況，包括電廠主要參數(shù)的穩(wěn)定顯示、電廠工況的相關(guān)信息等;

②大屏幕支持多人同時(shí)瀏覽同樣的信息，為機(jī)組運(yùn)行人員相互協(xié)作或交接提供信息交換的參考，從而提高運(yùn)行班組的能力;

③主控室內(nèi)或剛進(jìn)入主控室的人員可通過(guò)大屏幕快速了解電廠的整體狀況，而不妨礙操縱員正常工作。

2 適用法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)

核電廠主控室大屏幕設(shè)計(jì)，主要參考國(guó)標(biāo)、RCC、IEC、IEEE 系列標(biāo)準(zhǔn)，如HAF J0055［2］、NB/T 20058、NUREG 0700、IEC 61772、RCC - E - 2005、EUR、URD 等。其 中，NB/T 20058［1］與 NUREG 0700［3］對(duì)主控室大屏幕的功能、技術(shù)參數(shù)、布置原則等作了比較詳細(xì)的規(guī)范要求。NB/T 20058 主要給出了總體性的設(shè)計(jì)原則，而NUREG 0700 則列出了具體的技術(shù)參數(shù)，兩者總的原則基本一致，可共同作為主要設(shè)計(jì)參考規(guī)范。

3 主控室大屏幕系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

核電廠主控室大屏幕系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)過(guò)程，需遵循相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)屏幕顯示產(chǎn)品充分調(diào)研，結(jié)合儀控設(shè)備特點(diǎn)、運(yùn)營(yíng)要求、參考電站配置方案、工程實(shí)施中的經(jīng)驗(yàn)反饋，開(kāi)展相應(yīng)設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)主要包括大屏幕選型、系統(tǒng)配置、布置、抗震、畫(huà)面設(shè)計(jì);然后對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)體模型、畫(huà)面功能、抗震試驗(yàn)等多項(xiàng)驗(yàn)證，最終得到大屏幕系統(tǒng)完整的工程實(shí)施方案。主控室大屏幕系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖1 所示。

圖1 主控室大屏幕系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程示意圖Fig.1 Design procedures of the LDP system of MCR

4 大屏幕設(shè)計(jì)及應(yīng)用問(wèn)題探討

核電廠主控室大屏幕設(shè)計(jì)及應(yīng)用主要包括如下方面:大屏幕選型、系統(tǒng)配置、布置設(shè)計(jì)、抗震、畫(huà)面設(shè)計(jì)。

4.1 大屏幕選型

核電廠主控室大屏幕設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)不是分割的，而是作為一個(gè)整體進(jìn)行綜合考慮。大屏幕選型設(shè)計(jì)將影響后續(xù)大屏幕系統(tǒng)配置、布置、抗震、畫(huà)面設(shè)計(jì)等各項(xiàng)工作，需經(jīng)過(guò)綜合分析才能確定。例如，大屏幕的尺寸會(huì)影響系統(tǒng)配置方案，分辨率會(huì)影響布置設(shè)計(jì)，顯示比例會(huì)影響畫(huà)面設(shè)計(jì)，而使用壽命會(huì)影響運(yùn)行維護(hù)準(zhǔn)則等。所以，大屏幕的選型設(shè)計(jì)是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，因?yàn)楹罄m(xù)設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問(wèn)題若無(wú)法解決，追根溯源，最后還是要對(duì)大屏幕參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中只列出了大屏幕參數(shù)的通用要求，包括分辨率、亮度、對(duì)比度、穩(wěn)定性等基本參數(shù)，并未對(duì)大屏幕的所有參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)要求。因此，國(guó)內(nèi)外核電廠數(shù)字化先進(jìn)主控室中，大屏幕的選型及配置方式還是存在很大不同。例如，法國(guó)的N4 核電廠主控室大屏幕采用模擬盤(pán)顯示電廠主要流程和重要參數(shù)，CPR1000 主控室采用4 塊平行布置的80 英寸(1 英寸=25.4 mm )背 投 大 屏 幕 (digital light procession，DLP)，EPR 主控室采用4 塊弧形布置的80英寸背投大屏幕，某三代核電廠主控室采用16 塊掛墻安裝的70 英寸液晶大屏幕(liguid crystal display，LCD)，而國(guó)內(nèi)某核電廠主控室則采用4 塊70 英寸液晶大屏幕與后備盤(pán)一體化架構(gòu)方案。

大屏幕選型一方面要根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，另一方面還應(yīng)結(jié)合工業(yè)級(jí)顯示器市場(chǎng)發(fā)展情況。所選大屏幕不但要從性能上滿(mǎn)足連續(xù)運(yùn)行、精確顯示、穩(wěn)定性高等特點(diǎn);還要符合人因工程的要求，即向操縱員提供舒適的顯示畫(huà)面，減少其視覺(jué)疲勞，提高工作效率;同時(shí)，需兼顧經(jīng)濟(jì)性、可維護(hù)性及發(fā)展趨勢(shì)等。通過(guò)分析法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)結(jié)合對(duì)產(chǎn)品的市場(chǎng)調(diào)研，總結(jié)出選型主要包括以下技術(shù)指標(biāo)。

(1)亮度:指畫(huà)面的明亮程度，與對(duì)比度共同影響畫(huà)面質(zhì)量。

(2)對(duì)比度:指一幅圖像中明暗區(qū)域最亮的白和最暗的黑之間不同亮度層級(jí)的測(cè)量。

(3)色彩:色彩值越高，顯示出色彩層次越豐富，圖像越艷麗。

(4)分辨率:分辨率越高，圖像的品質(zhì)就越好，畫(huà)面更細(xì)膩。

(5)屏幕尺寸:指顯示器屏幕對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度，單位為英寸。

(6)畫(huà)面比例:屏幕畫(huà)面顯示的寬高比。

(7)可視角度:可視角度越大，用戶(hù)能看到清晰完美畫(huà)面的空間范圍越大。

(8)反光:大屏幕所選材質(zhì)應(yīng)盡可能避免反光現(xiàn)象，以免影響操縱員監(jiān)測(cè)。

(9)一致性:一致性高，表明屏幕顯示性能良好穩(wěn)定。

(10)功耗:功耗越小越好。

(11)光源壽命:屏幕光源可正常使用的時(shí)間

(12)外框尺寸:設(shè)備的外圍框線(xiàn)尺寸。

(13)工作條件要求:硬件設(shè)備運(yùn)行環(huán)境要求，對(duì)環(huán)境的要求越低越好。

(14)產(chǎn)品價(jià)格及維護(hù)成本:在同等質(zhì)量的情況下，價(jià)格低有利于節(jié)省成本。

(15)抗震性:出于對(duì)主控室設(shè)備及人員安全考慮，大屏幕需具備較好的抗震性。

(16)端口要求:端口是指顯示信號(hào)輸出設(shè)備和顯示設(shè)備連接的接口。要求采用通用的標(biāo)準(zhǔn)化接口，并應(yīng)提供盡量豐富的接口種類(lèi)。

目前，核電廠主控室應(yīng)用較多的是背投大屏幕(DLP)和液晶大屏幕(LCD)。表1 以較典型的一款威創(chuàng)DLP 和一款夏普LCD 為例，對(duì)參數(shù)性能進(jìn)行對(duì)比分析。

表1 DLP 背投與LCD 液晶顯示器性能參數(shù)對(duì)比Tab. 1 Parameters comparison of LDP real projection and LCD display

從表1 參數(shù)對(duì)比情況來(lái)看，LCD 亮度和對(duì)比度較高，其顯示圖像較明亮、清晰;色彩層次豐富，分辨率高，畫(huà)面更細(xì)膩;可視范圍廣，亮度均勻統(tǒng)一，能耗低，質(zhì)量小，體積輕薄，反光影響小，便于集成，光源壽命長(zhǎng)。此外，LCD 是目前工業(yè)級(jí)顯示器的主流趨勢(shì)，品牌多，成本低，備品備件充足。由于上述LCD 性能和成本的優(yōu)勢(shì)，可以預(yù)期，未來(lái)核電廠主控室新建或改造項(xiàng)目中將越來(lái)越多地傾向使用LCD 大屏幕進(jìn)行顯示。

4.2 大屏幕系統(tǒng)配置

根據(jù)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求，大屏幕要向操縱員實(shí)時(shí)提供電廠概貌圖、重要參數(shù)及專(zhuān)用畫(huà)面等信息。其一般作為電廠數(shù)字化信息和控制系統(tǒng)的組成部分，接入DCS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)，大屏幕只具備顯示功能，沒(méi)有電廠控制能力。

以CPR1000 項(xiàng)目為例，其主控室大屏幕系統(tǒng)配置方案如圖2 所示，包括4 個(gè)DLP 大屏幕、4 個(gè)安裝基座、4 臺(tái)OPS 主機(jī)、1 套鍵鼠。其中主機(jī)與二層數(shù)據(jù)網(wǎng)連接，顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)信息。4 個(gè)大屏幕和主機(jī)由220 V電源供電，其中2 個(gè)為A 列、2 個(gè)為B 列。

圖2 CPR1000 大屏幕系統(tǒng)配置方案Fig.2 DLP system configuration scheme of CPR1000

大屏幕配置方案是綜合儀控總體方案、功能分析分配、主控室布置要求、經(jīng)驗(yàn)反饋、屏幕產(chǎn)品特性、視頻顯示技術(shù)等各方面因素的結(jié)果。由于不同的儀控總體方案、功能分配原則及產(chǎn)品選型等因素，各堆型主控室大屏幕配置方案會(huì)有較大不同。例如CPR1000、EPR都是配置4 臺(tái)獨(dú)立的DLP 大屏幕，某三代核電廠則配置了16 塊獨(dú)立的LCD 大屏幕，田灣則是將大屏幕與后備盤(pán)集成配置，韓國(guó)的APR1400 則配置有大小尺寸不同的多塊屏幕進(jìn)行顯示，而高溫氣冷堆則是由動(dòng)態(tài)模擬盤(pán)與液晶大屏幕結(jié)合進(jìn)行顯示。

目前，新的液晶屏幕及小間距顯示技術(shù)發(fā)展迅猛，其顯示效果更好，體積更輕薄，便于靈活的布置及系統(tǒng)集成;而帶來(lái)沉浸式體驗(yàn)和趨于人體視網(wǎng)膜成像原理的曲面大屏幕技術(shù)也異軍突起;而視頻切割、畫(huà)中畫(huà)、視頻漫游、視頻復(fù)用等技術(shù)的成熟應(yīng)用，為新一代核電廠主控室大屏幕配置方案提供更多可能性。

4.3 大屏幕布置

法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中明確指出“大屏幕應(yīng)布置在主控室內(nèi)，以便所有相關(guān)用戶(hù)都可以從主操作區(qū)內(nèi)的任何位置觀看到該屏幕”［3］。通常，主控室內(nèi)設(shè)備較多，為大屏幕預(yù)留空間有限，大屏幕布置作為主控室布置的一部分需綜合考慮。主控室大屏幕布置簡(jiǎn)單講就是兩條原則:“布得下”和“布得好”。

“布得下”是說(shuō)根據(jù)主控室現(xiàn)有空間和其他設(shè)備定位布局，找出一塊適當(dāng)區(qū)域，結(jié)合所選屏幕特性及數(shù)量，將大屏幕布置在這塊區(qū)域中，其“左右”應(yīng)布置在監(jiān)控區(qū)域中心，且不與其他設(shè)備碰撞，“上”不與吊頂碰撞，“下”留有支架安裝和進(jìn)線(xiàn)空間，“前”利于操縱員正常觀測(cè)，“后”便于維護(hù)更換，大屏幕的布置符合主控室整體布置要求。

“布得好”是說(shuō)大屏幕的布置要滿(mǎn)足操縱員的使用需求及人因相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，盡可能優(yōu)化，使操縱員能夠快速、高效監(jiān)控;同時(shí)，提高其觀測(cè)舒適度，減少視覺(jué)疲勞和干擾，保證操縱員工作效率和電廠安全。

在大屏幕總體定位方面，一般大屏幕布置在操縱員工作區(qū)前方，并與其保持中心對(duì)稱(chēng)，以便“大屏幕主要用戶(hù)正常工作區(qū)宜位于大屏幕觀察區(qū)中心”［3］。有多個(gè)大屏幕時(shí)，顯示操縱員公用信息的大屏幕布置在中間，而各自專(zhuān)用信息的屏幕分別靠近其對(duì)應(yīng)工作站，以便操縱員均能看見(jiàn)信息，并且避免觀看大屏幕時(shí)頻繁轉(zhuǎn)頭。

在大屏幕布置距離方面，硬性規(guī)定有“大屏幕最小觀測(cè)距離不宜小于顯示屏幕寬度或高度中較大者的一半”［3］。這條規(guī)定要求大屏幕觀測(cè)距離要與屏幕選型相匹配，在布置空間有限的情況下，就不能選擇太大尺寸的屏幕。而另一方面，最大可視距離則要求“基于對(duì)各個(gè)操縱員的信息需要和他們工作區(qū)域位置的分析得出”［1］。所以，大屏幕最大可視距離的確定應(yīng)結(jié)合畫(huà)面圖符大小及顯示器顯示效果，保證主操作區(qū)距離最遠(yuǎn)用戶(hù)能夠清楚觀察到大屏幕上所需信息。

在大屏幕布置視角方面，“宜考慮關(guān)鍵用戶(hù)不被遮擋”，即大屏幕布置的高度不能太低，要使主操作區(qū)用戶(hù)正常工作時(shí)視線(xiàn)不被遮擋。要求大屏幕“水平布置視線(xiàn)在±80°范圍，垂直布置視線(xiàn)在±45°范圍”，“每個(gè)用戶(hù)的正常工作區(qū)域都應(yīng)該在各個(gè)需要觀看的大屏幕側(cè)面可視角范圍以?xún)?nèi)”［1］。所以，在大屏幕布置時(shí)，要進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算和驗(yàn)證，如不滿(mǎn)足，則需從布置距離和屏幕選型等多方面考慮調(diào)整。

在大屏幕顯示細(xì)節(jié)方面，“大屏幕硬件宜使用戶(hù)能從可能的最遠(yuǎn)距離處辨認(rèn)出所需要的細(xì)節(jié)，標(biāo)簽和細(xì)節(jié)信息的文字大小需要基于用戶(hù)最遠(yuǎn)觀測(cè)距離來(lái)分析;從最遠(yuǎn)觀測(cè)距離測(cè)量，典型的文字和數(shù)字高度應(yīng)該不低于可視角的15＇ ”［3］。屏幕上字符的實(shí)際高度可參考下述公式計(jì)算［3］:

式中:D 為用戶(hù)到屏幕的距離;A 為要求的弧度值(單位是分)。

最遠(yuǎn)觀測(cè)者看到的屏幕文字可視角受三方面因素影響:觀測(cè)距離、畫(huà)面圖符大小、屏幕像素間距。其他因素不變的情況下，觀測(cè)距離越遠(yuǎn)，可視角將會(huì)越低;但如果能夠提高畫(huà)面圖符大小或者屏幕像素間距，則視角要求也能滿(mǎn)足。所以，當(dāng)現(xiàn)有大屏幕布置無(wú)法滿(mǎn)足畫(huà)面細(xì)節(jié)最小可視角要求時(shí)，不應(yīng)簡(jiǎn)單地只歸結(jié)為布置問(wèn)題，而應(yīng)綜合考慮布置、畫(huà)面設(shè)計(jì)、屏幕選型(尺寸、顯示比例及分辨率)，最終制定出合理的修改方案。

標(biāo)準(zhǔn)要求“大屏幕顯示避免反光影響”［3］。大屏幕反光現(xiàn)象會(huì)使操縱員不能有效觀測(cè)數(shù)據(jù)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)重要提醒，并引起身心不適，進(jìn)而造成人因失誤。一方面，在保證大屏幕顯示性能和品質(zhì)的前提下，必須盡可能降低其反光率，主要包括選用反光率較低的大屏幕材質(zhì)、對(duì)大屏幕貼防反光膜、大屏幕上方搭遮光板等措施。另一方面，優(yōu)化主控室照明及布置設(shè)計(jì)，主要包括合理設(shè)置主控室各區(qū)域照度、避免直射大屏幕的光源、對(duì)造成反光影響較大的光源進(jìn)行調(diào)整、改變操作區(qū)與大屏幕距離等措施。

4.4 大屏幕抗震

主控室大屏幕是非安全級(jí)設(shè)備，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，其功能不是必需的。但由于其體積、質(zhì)量較大，并且靠近安全級(jí)設(shè)備和操縱員，所以要滿(mǎn)足抗震II 類(lèi)要求，即發(fā)生安全停堆地震(safe shutdown earthquake，SSE)中和震后，需保證大屏幕結(jié)構(gòu)完整，屏幕無(wú)飛濺，以免傷到操縱員或損壞其他安全級(jí)設(shè)備。國(guó)內(nèi)外不同堆型電廠如CPR1000、EPR 等均要求主控室大屏幕滿(mǎn)足抗震II 類(lèi)要求。

通常，批量生產(chǎn)的大屏幕產(chǎn)品(包括NEC、夏普、三星等)未必進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的抗震鑒定試驗(yàn)。大屏幕抗震性能主要通過(guò)抗震支架保證，其支架本身要有足夠強(qiáng)度，并且屏幕與支架的連接要穩(wěn)定牢固，還要采取一定緩沖減震措施。向大屏幕支架設(shè)計(jì)廠家提供的技術(shù)規(guī)格書(shū)中要包含支架設(shè)計(jì)要求、所選的屏幕型號(hào)規(guī)格、安裝布置要求、維護(hù)更換要求、抗震試驗(yàn)要求等。另外，大屏幕支架需與大屏幕及主控室設(shè)備整體風(fēng)格保持一致。

大屏幕抗震驗(yàn)證主要有抗震試驗(yàn)和模型分析兩種方式。

大屏幕抗震試驗(yàn)遵循 HAF - J - 0053［4］、GB 13625、NB/T 20040、IEEE 344 等標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)安裝在抗震支架上的大屏幕進(jìn)行抗震性能檢測(cè)。考核大屏幕及其安裝支架的剛度、強(qiáng)度及設(shè)備關(guān)鍵部位的加速度響應(yīng)，驗(yàn)證設(shè)備能否在地震條件下滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)完整等要求，主要流程如下。

(1)準(zhǔn)備試驗(yàn)設(shè)備:標(biāo)準(zhǔn)地震臺(tái)、加速度傳感器、位移傳感器、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。

(2)設(shè)備安裝:大屏幕與支架連接固定，支架底板剛性連接到地震試驗(yàn)臺(tái)。

(3)測(cè)點(diǎn)布置:對(duì)大屏幕正向、側(cè)向位移測(cè)點(diǎn)布置位移傳感器，屏幕上、下端角等位置布置多個(gè)X/Y/Z三方向的加速度傳感器。

(4)測(cè)試前檢查:加載試驗(yàn)反應(yīng)譜前，對(duì)大屏幕及支架進(jìn)行全面檢查，檢查其結(jié)構(gòu)和功能是否完整。

(5)試驗(yàn)反應(yīng)譜:試驗(yàn)所用反應(yīng)譜應(yīng)該包絡(luò)大屏幕實(shí)際安裝位置的樓層響應(yīng)譜。

(6)動(dòng)態(tài)特性探查:用白噪聲隨機(jī)掃描的方法獲得大屏幕及其支架結(jié)構(gòu)的自振頻率和各測(cè)點(diǎn)的阻尼比，X、Y、Z 三向分別輸入［4］。

(7)OBE 震動(dòng)試驗(yàn):以X、Y、Z 三向同時(shí)輸入OBE地震試驗(yàn)譜，連續(xù)進(jìn)行5 次OBE 震動(dòng)試驗(yàn)［4］。

(8)SSE 震動(dòng)試驗(yàn):在OBE 試驗(yàn)完成后，緊接著以X、Y、Z 三向同時(shí)輸入SSE 地震試驗(yàn)譜，進(jìn)行1 次SSE震動(dòng)試驗(yàn)［4］。

(9)試驗(yàn)后檢查:檢查大屏幕、安裝支架及固定連接螺栓等結(jié)構(gòu)是否完整，有無(wú)明顯變形和裂縫，固定和連接有無(wú)明顯松動(dòng)，接插件連接是否良好，有無(wú)飛濺物等。

(10)數(shù)據(jù)分析和結(jié)論:對(duì)各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出最終結(jié)論。

大屏幕抗震的模型分析過(guò)程是根據(jù)大屏幕及其支架的二維圖紙和三維模型，提取相關(guān)數(shù)據(jù)，建立有限元分析模型，采用等效靜力法、反應(yīng)譜法和時(shí)程分析等方法，計(jì)算分析出X/Y/Z 方向屏幕最大主應(yīng)力和最大位移，然后進(jìn)行力學(xué)評(píng)定。力學(xué)評(píng)定包括支架應(yīng)力評(píng)定、支架屈曲評(píng)定、屏幕位移評(píng)定、屏幕性能評(píng)定、支承螺栓評(píng)定等，按照RCC -M、GB 50267 等規(guī)范要求，逐項(xiàng)核實(shí)，最終得出大屏幕抗震分析結(jié)果。模擬SSE 地震情況下，采用等效靜力法分析大屏幕及其支架的位移情況，從模擬結(jié)果可以看出，屏幕上部位移最大，達(dá)到0.287 mm。

4.5 大屏幕畫(huà)面

大屏幕系統(tǒng)向主控室運(yùn)行人員提供電廠整體狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)相關(guān)的重要信息顯示，主要內(nèi)容如下。

(1)電廠總貌狀態(tài)顯示:一/二回路主要系統(tǒng)的概貌圖、關(guān)鍵參數(shù)、重要設(shè)備狀態(tài)、綜合報(bào)警、棒位信息等。

(2)電廠模式(或工況)顯示。

(3)安全系統(tǒng)或功能可用性信息顯示、專(zhuān)設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的顯示。

(4)報(bào)警總貌顯示:包括重要報(bào)警以及系統(tǒng)級(jí)報(bào)警、組報(bào)警的固定報(bào)警窗的顯示。

(5)重要參數(shù)的趨勢(shì)顯示。

(6)操縱員選擇顯示:操縱員可以將操縱員工作站上的顯示畫(huà)面投映到該區(qū)域內(nèi)顯示。

大屏幕系統(tǒng)要考慮關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的顯示，包括但不限于反應(yīng)堆功率、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)溫度、飽和裕度、反應(yīng)堆冷卻劑流量率、壓力容器水位、蒸發(fā)器水位、穩(wěn)壓器水位、蒸汽壓力、蒸汽流量［5］。

大屏幕系統(tǒng)要考慮重要設(shè)備的顯示，包括但不限于反應(yīng)堆冷卻劑泵、給水和冷凝系統(tǒng)泵、隔離閥(如主蒸汽和給水)、安全系統(tǒng)閥門(mén)、余熱排出泵和閥門(mén)、電源斷路器、輔助發(fā)電機(jī)、安全和泄壓閥、循環(huán)水泵［5］。

受空間限制等因素，主控室大屏幕數(shù)量有限，為給主控室操縱員提供清晰準(zhǔn)確的信息，需要對(duì)大屏幕畫(huà)面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，考慮電廠系統(tǒng)和設(shè)備間的關(guān)聯(lián)，高效組織相關(guān)顯示內(nèi)容。

以CPR1000 為例，主控室布置4 塊大屏幕，劃分為兩個(gè)區(qū)域。其中1、2、3 屏為固定顯示區(qū)域，從左至右依次顯示核島畫(huà)面、常規(guī)島畫(huà)面和電氣畫(huà)面，主要是電廠一、二回路示意圖上添加關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)和報(bào)警顯示。第4 塊屏為變量顯示區(qū)域，根據(jù)電廠狀態(tài)自動(dòng)顯示對(duì)應(yīng)畫(huà)面，該區(qū)域預(yù)定義的顯示畫(huà)面包括電廠運(yùn)行模式重要參數(shù)畫(huà)面、安全參數(shù)顯示畫(huà)面、首故障畫(huà)面等。所有大屏幕均可由操縱員在工作站手動(dòng)選擇相應(yīng)的畫(huà)面進(jìn)行顯示［6］。

“大屏幕系統(tǒng)的顯示畫(huà)面與主控室其他人機(jī)界面間應(yīng)具有協(xié)調(diào)性和一致性”［3］。即在大屏幕畫(huà)面設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮同操縱員工作站在圖符、顯示比例、顏色配置、畫(huà)面布局等方面保持一致，避免由于畫(huà)面顯示的差異，而給操縱員造成視覺(jué)和心理上的不適，同時(shí)也保證了操縱員可以根據(jù)需要在不同屏幕上靈活調(diào)用相應(yīng)畫(huà)面。

要針對(duì)不同顯示比例(寬屏、普屏)、分辨率的大屏幕進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的畫(huà)面設(shè)計(jì)，包括圖符的修改、畫(huà)面布局的調(diào)整、畫(huà)面內(nèi)容的增減、顏色重新配置等，與其顯示特性相匹配，以避免畫(huà)面顯示“變形”或不完整等問(wèn)題，為操縱員始終提供良好的顯示效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)核電廠主控室大屏幕設(shè)計(jì)及應(yīng)用進(jìn)行深入探討;綜合考慮大屏幕功能、顯示性能、人因、經(jīng)濟(jì)性等要求，總結(jié)歸納出核電廠大屏幕系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，并深入剖析大屏幕選型、系統(tǒng)配置、布置設(shè)計(jì)、抗震設(shè)計(jì)、畫(huà)面設(shè)計(jì)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分析出大屏幕設(shè)計(jì)要點(diǎn)及工程實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)今后開(kāi)展核電廠主控室大屏幕設(shè)計(jì)工作具有良好的借鑒和指導(dǎo)意義。

［1］ 國(guó)家能源局. NB/T 20058 -2012.核電廠控制室屏幕顯示的應(yīng)用［S］.北京:原子能出版社，2012.

［2］國(guó)家核安全局. HAF J0055 -1995.核電廠控制室設(shè)計(jì)的人因工程原則［S］.北京:國(guó)家核安全局，1995.

［3］ Nuclear Regulatory Commission. NUREG 0700 -2002 Human -system interface design review guidelines［S］. US:Nuclear Regulatory Commission，2002.

［4］ 國(guó)家核安全局. HAF J0053 - 1995 核設(shè)備抗震鑒定試驗(yàn)指南［S］.北京:國(guó)家核安全局，1995.

［5］ Electric Power Research Institute. URD - volume Ⅲ - 1993 Advanced light water reactor utility requirements document CHAPTER10 man - machine interface system［S］. US:Electric Power Re-search Institute，1993.

［6］ 吳官寅，昌海，張學(xué)剛，等. 大屏幕顯示系統(tǒng)在先進(jìn)核電廠人機(jī)接口系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.原子能科學(xué)技術(shù)，2014，48(S1):966-970.