第三代先進壓水堆報警系統（APS）的仿真實現

劉亞飛　劉純

摘 要：為滿足第三代先進壓水堆全范圍模擬機開發需要，對APS報警系統的結構、功能、人機界面等方面進行了深入研究。在此基礎上，采用開發成本低、維護簡單、可信度和逼真度高的DCS仿真技術，開發了模擬機用第三代先進壓水堆儀控系統非安全級平臺報警系統仿真軟件。

關鍵詞：第三代先進壓水堆 APS 報警系統 仿真

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A 文章編號：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系統是西屋公司在第三代先進壓水堆儀控系統非安全級平臺上專門開發的新一代報警系統，負責監視和處理報警數據、操作員報警提示和報警屬性信息查詢，引導操作員正確地處理這些報警。與在火電版Ovation平臺上普遍應用的基準報警系統（Basic Alarm System）相比，APS具有界面清晰、信息量大、功能靈活多樣的優點，有利于操作員掌握全廠報警信息，并做出快速正確的報警響應[3]。

1 對APS報警系統的研究

1.1 APS系統結構

APS應用程序采用Java開發，為服務器/客戶端結構。其中APS報警服務器程序運行在專用的服務器上，主備冗余，集中處理所有的報警數據[4]。

APS報警客戶端程序包括：

操作員站客戶端：運行在各個操作員站上，是報警管理的工具；

大屏幕客戶端：運行在兩個大屏幕的工作站上，分別顯示一回路和二回路的報警光字牌。

1.2 APS主要功能

APS報警服務器的功能主要有：

監視報警狀態的變化；

讀/寫報警歷史文件；

控制報警聲音；

處理各個客戶端的請求；

傳遞操作員的報警操作。

報警客戶端的功能有：

顯示電廠實時或歷史報警；

以聲光方式引起操作員注意；

引導操縱員處理報警；

記錄操作員日志。

1.3 APS界面設置

圖1是APS操作員站客戶端的主界面，它由兩大部分組成，上部分是報警光字牌，下部分是報警清單。報警光字牌是對報警信息的分組，上面的小光字牌按系統分組，下面的大光字牌按設備分組。報警清單主要包含報警時間、系統名、點名、描述、報警類型、單位、點質量、報警限值和報警優先級等屬性。

1.4 APS報警分類

APS的報警狀態（status）有以下4種[5]：

NEW：新報警；

ACK：已確認；

UNACK：未確認；

CLEAR：已消除。

APS的報警分為4個優先級（Priority

1～4），數字越小，優先級越高。出現新報警時，光字牌和報警清單都會顯示對應的顏色：1級報警為紅色，2級報警為橙色，3級報警為黃色，4級報警為天藍色。多種級別的報警同時出現時，顯示優先級最高的顏色。各級報警消除后都顯示綠色。

APS的報警類型根據報警點的類型各不相同，模擬量主要有高1/2/3/4/用戶自定義，低1/2/3/4/用戶自定義和RETURN；數字量和打包量則只有ALARM和RETURN兩種主要類型。

2 APS報警系統功能的仿真實現

2.1 技術方案的選擇

APS系統的仿真實現，是全范圍模擬機的DCS仿真的重要組成部分。為了保證軟件的逼真度，仿真的APS系統采用了和真實系統相近的數據結構、系統結構和報警計算程序設計方案（詳見2.2至2.4節）。但考慮到軟件的效率和靈活性，在開發語言和文件格式上做出了與真實系統不同的選擇。

仿真的APS報警系統采用QT編程開發，與二層運行平臺的其它軟件系統的開發語言一致。QT具有較高的執行效率、良好的跨平臺特性；QT設計界面方便、編程效率高，適用于開發APS報警系統這種界面復雜、外觀要求高的軟件[1]。仿真的APS報警系統中的報警光字牌畫面采用XML格式儲存，與二層人機界面的文件格式一致。XML具有統一的標準語法，能使模擬機軟件具有跨平臺跨系統的特性；XML是一種可擴展的語言，有利于模擬機軟件開發的靈活性；XML具有便捷的數據處理能力，可以很方便地與數據庫中的表進行相互轉換，提高了模擬機軟件數據交互的效率[2]。

2.2 數據結構設計

第三代先進壓水堆非安全級儀控系統中的數據以點（POINT）的概念存在。最常用的點類型有4種：LA、LP、LD、LC，分別對應模擬量、打包量、開關量和算法部件。點記錄采用結構體方式記錄各種數據的全部信息，這些信息被定義為屬性字段。每個字段都是一個變量，根據其包含的信息內容可能是整型、實型或字符型等。

模擬機的數據結構設計與真實系統一致，既定義了簡單類型的變量，也定義了結構體類型的變量。結構體的組成字段可以在配置文件中自定義，同時在通訊程序中規定上傳和下發的字段名及掃描頻率。

2.3 系統結構設計

從功能劃分上說，把報警的計算和響應程序放在了仿真平臺的一層，監視和操作程序放在了二層；從系統結構上說，采用了服務器/客戶端模式，由服務器讀/寫報警實時和歷史庫，客戶端顯示報警信息并與操作員交互。

一層報警計算程序把模擬量、數字量或打包量的報警計算結果寫入數據點的相關字段，這些字段在一層與二層通訊時實時更新。二層的報警服務器根據報警清單實時掃描二層數據服務器，一旦發現某個點的報警位被標記，即將其寫入實時報警數據庫。各個操作員站的報警客戶端程序則以聲、光、列表等方式將報警信息顯示給操作員。操作員依照報警響應規程，在報警程序界面和流程圖界面對報警點和設備進行操作，操作指令通過二層數據服務器發送到一層模型主機，由報警計算程序做出響應。

2.4 報警計算程序設計

組態工程師在組態軟件中設定好報警相關字段的初值（包括高低報警限值，死區，報警優先級等），存入配置庫。模擬機運行時，報警計算程序掃描報警清單中的點，根據其點類型選擇調用的計算函數。以模擬量點的報警計算為例，函數首先判斷模擬量點是否被報警屏蔽，是否關閉了限值檢查和報警檢查。如果沒有，則按報警類型依次判斷當前值是否超限，高類型的報警會屏蔽次高類型的。消除報警的判斷公式要加入死區，以避免擾動。

3 結語

依托某第三代先進壓水堆模擬機項目，APS報警系統仿真軟件已經開發完成并投入培訓使用。經與仿真模型、一層控制邏輯、二層流程圖畫面以及計算機化規程的集成測試，證明該仿真軟件能夠真實再現實物報警系統的監視和計算功能，具有很高的逼真度、可靠性和穩定性。在真實機組投運之前，仿真的APS報警系統可以幫助操作員提前熟悉報警界面、功能、操作和響應，對第三代先進壓水堆機組的安全運行具有重要意義。

參考文獻

[1] 譚大鵬.基于Qt/E的嵌入式工業監測輕型圖形用戶界面構件庫開發[J].計算機集成制造系統，2009，15（2）：399-404.

[2] 孔令波.XML數據索引技術[J].軟件學報，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.