核電廠計算機防人因失誤鼠標研制與應用

福建福清核電有限公司 吳松林 葉 琦 陳湛楊

引言

當前新建核電廠所采用的全廠控制系統均為DCS控制系統，維修和運行等部門在日常工作中都需要在工作站上對現場設備進行操作，如果操作錯誤導致設備誤動，有可能導致設備損壞，嚴重時甚至產生停機停堆的風險及人員傷亡風險。其中由于工作人員需要進行大量鼠標操作，所以鼠標的防人因失誤設計就顯得尤為重要。通過對鼠標工作原理、結構以及內部器件進行優化和變革，使其能夠滿足防人因失誤要求。

1.防人因失誤鼠標研發背景

防人因失誤鼠標的發明思路來源于儀控日常維修工作。儀控專業在日常工作中需要在DCS平臺上進行組態強制和修改等操作，此類操作容易產生人因失誤，導致組態強制或修改錯誤，進而造成設備誤動。防人因失誤鼠標需要操作監護人員雙重確認才可點擊生效，增加一道實體隔離能有效避免人員誤操作導致組態強制或修改錯誤。

2.核電廠計算機防人因失誤鼠標的研制

防人因失誤鼠標主要由執行機構、實體隔離切換開關、智能記憶語音模塊、揚聲器組成。以鼠標左鍵作為執行機構為例，在鼠標電路板上將鼠標左鍵的控制回路斷開，串聯焊接一個實體隔離切換操作開關。此開關有兩種工作模式，第一種工作模式是執行允許指令，將執行機構的控制回路導通，實現其控制功能，執行機構可以下發指令；第二種工作模式是執行拒絕指令，將執行機構的控制回路斷開，實現其控制閉鎖功能，執行機構無法下發指令。

同時此操作開關可以控制智能記憶語音模塊，當第一次按下操作開關時，智能記憶語音模塊切換到模式一，第二次按下操作開關時，智能記憶語音模塊切換到模式二。智能記憶語音模塊功能強大，可根據實際需求進行定義為按鍵操作模式或其他記憶模式。在按鍵操作模式下，還可以細化定義為單次循環控制模式、多次循環操作模式及自定義編程模式。智能語音模塊的供電模式可根據實際情況選擇內部供電或外部供電，其供電電壓為3-5V之間，抗干擾能力強。以防人因鼠標為例，智能語音模塊可使用鼠標USB供電，也可采用外接干電池供電。

由于在日常工作中，主要使用鼠標左鍵進行選擇及操作設備，其使用頻率較高。例如儀控人員在進行數據強制時，用鼠標左鍵選中需要強制的數據，再點擊鼠標左鍵進行狀態改變；運行人員在對設備進行操作時，同樣也是用鼠標左鍵進行選擇設備，再點擊鼠標左鍵進行設備狀態切換，故鼠標左鍵在工作中運用廣泛。

本次改造只對鼠標左鍵進行改造。鼠標左鍵作為本次改造的執行機構，首先需要改造其控制回路。在鼠標的電路板上，找出鼠標左鍵的控制回路，將鼠標左鍵的按鈕到鼠標芯片控制回路切斷，并串聯焊接一個帶自保持功能的實體隔離開關，用于監護人員對鼠標左鍵的控制功能進行閉鎖及釋放。當帶保持功能的開關閉合時，鼠標左鍵的控制回路導通，鼠標左鍵功能能正常實現；當帶保持功能的開關斷開時，鼠標左鍵的控制回路斷開，此時鼠標左鍵處于不可用狀態。為了增加新增實體隔離開關的可靠性，我們選擇開關時選擇的是帶兩付觸點并聯的冗余性實體隔離開關。當某一對觸點故障時，另一對能正常實現開關功能，增加了改造設備的可靠性。

智能記憶語音模塊的核心是語音芯片，本次采用了WT2003S-20SS系列語音芯片，該芯片支持采樣率8-48KHz，比特率8-320Kbps的MP3音頻文件，并且可通過TF卡或者U盤把音頻文件拷貝到語音芯片中，可方便的錄制自己需要的語音。語音芯片的供電為DC3.0-5.5V，可采用干電池供電或用鼠標的電源供電。WT2003S-20SS的控制方式多樣，主要有按鍵控制模式、串口控制模式，并且可自定義語音文件播放順序。

本次改造的防人因失誤鼠標中，WT2003S-20SS的控制方式采用的是按鍵控制循環播放模式，同時將按鍵控制與實體隔離開關聯系起來，按一下按鍵播放下一個音頻。根據儀控專業的工作性質，我們可通過TF卡在語音芯片內預先設定好兩條語音：“此步驟需要監護”及“正確，請執行”。當操作人員執行到需要監護的重要操作時，按一下操作開關，此時鼠標左鍵控制回路被斷開，同時語音芯片接收到指令播放“此步驟需要監護”。監護人員對即將進行的操作核實后，再按一下操作開關釋放操作權限，此時鼠標左鍵控制回路閉合，同時語音芯片接受到指令播放“正確，請執行”。操作權限得到釋放后做操人員才可繼續執行操作。

3.防人因失誤鼠標適用范圍及安全性

防人因失誤鼠標只對鼠標電路進行簡單修改，經過多次驗證有效，適用于各類重要的工程師站的操作。當鼠標硬件故障時，只會影響鼠標左鍵控制回路的斷開和閉合，不影響其他部件的使用，只會導致無法下發命令，不會誤發命令，風險處于可控狀態。在風險可控的同時，大大降低了誤操作風險，保證操作的可靠性。

同時，防人因失誤鼠標可根據不同工作內容的需求，進行改造。例如，在進行培訓時，可根據培訓廠家設定不同按鍵的不同功能。在學員執行了正確操作后，對其進行鼓勵；當學員執行的操作不正確時，可設置語音提示，讓其再次操作。增加培訓內容與學員之間的互動，提高培訓效果。防人因失誤鼠標的技術同樣可以同在鍵盤上，生產防人因失誤鍵盤，同理控制鍵盤的回車鍵等。在進行DCS組態下裝時，通過控制下發命令的按鍵，雙重確認，保證下發命令的準確性。

4.應用情況及存在的問題

目前，防人因失誤鼠標模型已經制作完成，并在DCS測試平臺進行了測試。在進行DCS組態強制時，工作人員A請求工作人員B進行監護，工作人員B按下實體隔離切換開關，此時工作人員A點擊鼠標左鍵，鼠標左鍵無法繼續下發命令；工作人員B確認即將進行的操作無誤，再次按下實體隔離切換開關，鼠標左鍵可以下發命令，正常操作。經過多次不同類型的操作驗證，鼠標功能可靠性高。

核電廠中由于操作錯誤導致運行事件時有發生，防人因失誤鼠標是一種加強雙重確認的實體措施，讓防人因失誤工具不僅僅是停留在口頭上。增加一層實體屏障，可以在工作中更有效的避免人因失誤，大大提高工作人員操作的準備性。

目前存在的問題是引入新的工作工具，需要一段時間的適應，可能由于工作人員試用不熟練而增加工作時間。但是經過一段時間推廣，相信防人因失誤鼠標能夠被大家接受并廣泛運用于工作中。