一种核电站人机接口图元方案

摘要

本发明属于核电站数字化控制系统的控制室人机接口设计技术领域，具体涉及核电站人机接口图元方案。(1)确定设备对象；(2)确定显示在工艺流程图的设备组成；(3)确定设备图元分类；(4)确定设备图符填充分类；(5)确定设备控制模式对应的接口图元；(6)确定设备故障状态对应的接口图元；(7)确定设备其它状态对应的接口图元。本技术方案中克服了现有的图元方案中的形状尺寸不合理，故障信息和设备运行状态耦合，独立图元不能显示现场设备的手自动控制模式三个主要技术问题。

说明书

技术领域

本发明属于核电站数字化控制系统的控制室人机接口设计技术领域，具体涉及核电站人机接口图元方案。

背景技术

在不断发展的核电站数字化技术中，实现在控制室对现场实时运行状况进行监控已成为不可缺少的一部分。目前的控制室设计中，大都通过多屏幕显示的操纵员站及大屏幕显示系统来完成这一任务。

目前国内在役的核电站中，多是通过操纵员站的工艺流程图实现对现场运行状况的实时监控，即将现场的仪表、设备(如泵、阀门)、传感器、容器等进行图形化(称之为图元)，并抽象出其特征，结合表示现场介质流向的管线等绘制成一幅工艺流程画面，加以动画效果来显示现场的运行状态。

近年来，核电项目中流行的图元库基本都能够满足电站运行的要求，但都缺乏一定的合理性，如：图元库所反馈的信息不够全面；图元在工艺流程图界面中占据的空间缺乏一定的合理性，进而造成反映全厂概貌类的综合画面的布局困难；风格也大多类似于国外核电DCS供应商的产品；独立图元缺乏对现场设备手动、自动、调节等状态的反馈，而且图符尺寸偏大，造成画面布局的不合理。一些核电站采用的图元库则将设备的故障状态和运行状态耦合在一起，使得操纵员不能准确、快速地掌握设备综合信息。

当前国内在运核电站所用图元的控制区域尺寸存在偏宽或偏高的问题，例如对于普通的两通阀，泵等设备所用图元的控制区域尺寸，对于操纵员站19寸显示屏幕而言(分辨率为1280x1024，约为373x254mm)，一些核电站为15x12mm，偏宽；一些核电站为11.66x13.23mm，又偏高。在布局设备较多的电厂系统，以及核电站运行总貌图时，布图困难，需采用拆图或省略信息提示的方式来设计流程图。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种核电站人机接口图元方案，以全面反馈现场设备状态并符合人因工程的相关要求。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种核电站人机接口图元方案，适用于核电站数字化控制系统的控制室人机接口设计：

(1)确定设备对象

本发明针对的对象为核电站设备类人机接口的图元设计，包括阀门，泵，加热器，断路器；

(2)确定显示在工艺流程图的设备组成

将显示在工艺流程图的设备定义为三个部分：控制区域、状态区域和标识牌区域；

(2.1)控制区域为一个围绕设备显示的矩形，包含设备形状及填充，设备边线及外框架；

(2.2)状态区域用来显示设备模式及仪控故障信息，包含设备模式标签和故障指示标签；

(2.3)标识牌区域是用来显示设备的标识牌；

当控制区域中的设备水平放置时，状态区域的标签则位于控制区域矩形框的上侧，文字水平显示；标识牌显示在控制区域矩形正下方，文字水平显示；

当控制区域中的设备旋转时，其放置方向变为垂直放置，状态区域的标签位于控制区域矩形框的左侧，文字水平显示；标识牌显示在控制区域矩形右下方，文字水平显示；

(3)确定设备图元分类

对于现场设备而言，不是所有的设备的运行状态需反馈到控制室，也不是所有的设备在控制都可以对其进行控制，将设备图元分为以下三大类：

(3.1)动态可控图元：操纵员在操纵员站上对此类设备进行控制，操作命令下发到一层；此类设备边缘线采用黑色(RGB:0,0,0)粗线(2.16pt)来表示；

(3.2)动态不可控图元：此类设备在控制室只有状态反馈信息，操纵员不能对其进行操作；此类设备边缘线采用黑色细线1(0.24pt)来表示；

(3.3)静态图元：此类设备在控制室既不能被操纵员操作，也没有信息反馈；此类设备边缘线采用黑色细线1(0.24pt)，设备填充统一为灰色(RGB:178,178,178)；

(4)确定设备图符填充分类

将现场设备的启动、停止、中间、无效状态通过不同的填充色来表示；

(4.1)设定当设备图符被填充成与管线一致的颜色时，代表设备为以下两种状态之一：运行、有介质流过此设备；

(4.2)设定当设备填充为白色(RGB：255,255,255)时，代表设备为以下两种状态之一：停止、没有介质流过设备；

(4.3)设定当设备一半填充管道颜色，一半填充白色时，代表设备正处在中间状态；

(4.4)设定当存在I/O故障或信号错误时，设备被填充为洋红色(RGB：255,0,255)；

(5)确定设备控制模式对应的接口图元

(5.1)对于在控制室有状态反馈或控制的设备，其控制模式通过状态区域设备模式标签显示在工艺流程图上，包括就地控制、自动控制、手动控制、保护信号控制；

状态区域设备模式标签的背景采用青色(RGB：0,255,255)显示，各个控制模式分别显示为不同的字符A、M、L和P，各个字符的含义如下：

A字符表示设备处于自动命令控制模式；

M字符表示设备处于手动命令控制模式；

L字符表示设备处于就地控制模式；

P字符表示设备处于保护命令控制模式；

(5.2)对于可连续调节的设备，除以上字符外，还有S和O字符指示；

S表示设备处于设定值调节模式；

O表示设备处于输出值调节模式；

当某个设备同时具有以上控制模式时，状态区域设备模式标签字符显示的优先级顺序为L>P>A/M>S/O；

(6)确定设备故障状态对应的接口图元

对于在控制室有状态反馈、状态控制的设备，当其启动命令超时、停止命令超时，仪控故障信息通过状态区域故障指示标签来显示，同时设备控制区域的外框架以红色显示；

状态区域故障指示标签的背景采用红色(RGB：255,0,0)显示，标签显示为F字符；

(6.1)故障产生，未被确认时，F故障指示标签快闪；

(6.2)故障被确认后，F故障指示标签平光显示；

(6.3)故障消失，但未确认时，F故障指示标签慢闪；

(6.4)故障被确认消失后，F故障指示标签消失；

(7)确定设备其它状态对应的接口图元

在核电站实际运行过程中，设备的选中状态、挂牌状态、试验状态、操作菜单被打开的状态通过接口图元反馈给控制室的操纵员，采用设备控制区域的外框架的不同颜色显示来反映该类信息；

(7.1)设备处于选中状态时，外框架以青色(RGB：0,255,255)表示；

(7.2)设备处于挂牌状态时，外框架以黄色(RGB：255,255,0)表示；

挂牌状态包括挂可操牌和挂禁操牌，当设备挂禁操牌时，黄色反斜线始终显示；当设备挂可操牌时，黄色反斜线不显示；

(7.3)设备处于故障状态时，外框架以红色(RGB：255,0,0)表示；

(7.4)设备处于试验状态时，外框架以蓝色(RGB：0,0,255)表示；

(7.5)当设备的选中、挂牌和故障三个状态中，任意两个状态同时存在时，矩形外框架闪烁显示，颜色在这两个状态对应的颜色间切换；

(7.6)当三个状态同时存在时，外框架显示为黄色和青色切换，此时的故障通过F故障指示标签查看；

(7.7)当设备故障且被选中时，外框架显示在红色和青色之前切换。

进一步的，如上所述的一种核电站人机接口图元方案，设计基于MicrosoftOffice Visio完成。

进一步的，如上所述的一种核电站人机接口图元方案，(2)确定显示在工艺流程图的设备组成中，在任何情况下，设备显示的各个区域都不与管线及其他画面显示元素发生重叠。

进一步的，如上所述的一种核电站人机接口图元方案，(4)确定设备图符填充分类中，介质为以下种类中的一种：

A：水、疏水、蒸馏物中至少一种；

B：水蒸汽；

C：气体、油、浓缩物中至少一种；

D：废弃物、冷凝物中至少一种；

E：冷却水；

F：电流。

进一步的，如上所述的一种核电站人机接口图元方案，步骤(2.3)中，确定两种设备尺寸，一种适用于较小的设备，一类适用于偏大的设备，分别是12.264x11.68mm和12.264x13.14mm；

本发明技术方案的有益效果在于：本技术方案中克服了现有的图元方案中的形状尺寸不合理，故障信息和设备运行状态耦合，独立图元不能显示现场设备的手自动控制模式三个主要技术问题。

附图说明

图1为设备类图元设计流程；

图2为设备的显示方式；

图3为设备旋转的显示方式。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施例对本发明技术方案进行进一步详细说明。

本技术方案细节充分参考了人因工程指导大纲NUREG-0700：Human-SystemInterface Design Review Guidelines和NUREG-0711：Human Factors EngineeringProgram Review Model的相关要求，如颜色，线性，尺寸，文本信息的定义等。

如图1到图3所示，本发明一种核电站人机接口图元方案，适用于核电站数字化控制系统的控制室人机接口设计，具体包括：

(1)确定设备对象

本发明针对的对象为核电站设备类人机接口的图元设计，包括阀门，泵，加热器，断路器；

(2)确定显示在工艺流程图的设备组成

将显示在工艺流程图的设备定义为三个部分：控制区域、状态区域和标识牌区域；

(2.1)控制区域为一个围绕设备显示的矩形，包含设备形状及填充，设备边线及外框架；

(2.2)状态区域用来显示设备模式及仪控故障信息，包含设备模式标签和故障指示标签；

(2.3)标识牌区域是用来显示设备的标识牌；

当控制区域中的设备水平放置时，状态区域的标签则位于控制区域矩形框的上侧，文字水平显示；标识牌显示在控制区域矩形正下方，文字水平显示；

当控制区域中的设备旋转时，其放置方向变为垂直放置，状态区域的标签位于控制区域矩形框的左侧，文字水平显示；标识牌显示在控制区域矩形右下方，文字水平显示；

确定两种设备尺寸，一种适用于较小的设备，一类适用于偏大的设备，分别是12.264x11.68mm和12.264x13.14mm；

(3)确定设备图元分类

对于现场设备而言，不是所有的设备的运行状态需反馈到控制室，也不是所有的设备在控制都可以对其进行控制，将设备图元分为以下三大类：

(3.1)动态可控图元：操纵员在操纵员站上对此类设备进行控制，操作命令下发到一层；此类设备边缘线采用黑色(RGB:0,0,0)粗线(2.16pt)来表示；

(3.2)动态不可控图元：此类设备在控制室只有状态反馈信息，操纵员不能对其进行操作；此类设备边缘线采用黑色细线1(0.24pt)来表示；

(3.3)静态图元：此类设备在控制室既不能被操纵员操作，也没有信息反馈；此类设备边缘线采用黑色细线1(0.24pt)，设备填充统一为灰色(RGB:178,178,178)；

(4)确定设备图符填充分类

将现场设备的启动、停止、中间、无效状态通过不同的填充色来表示；

(4.1)设定当设备图符被填充成与管线一致的颜色时，代表设备为以下两种状态之一：运行、有介质流过此设备；

(4.2)设定当设备填充为白色(RGB：255,255,255)时，代表设备为以下两种状态之一：停止、没有介质流过设备；

(4.3)设定当设备一半填充管道颜色，一半填充白色时，代表设备正处在中间状态；

(4.4)设定当存在I/O故障或信号错误时，设备被填充为洋红色(RGB：255,0,255)；

确定设备图符填充分类中，介质为以下种类中的一种：

A：水、疏水、蒸馏物中至少一种；

B：水蒸汽；

C：气体、油、浓缩物中至少一种；

D：废弃物、冷凝物中至少一种；

E：冷却水；

F：电流。

(5)确定设备控制模式对应的接口图元

(5.1)对于在控制室有状态反馈或控制的设备，其控制模式通过状态区域设备模式标签显示在工艺流程图上，包括就地控制、自动控制、手动控制、保护信号控制；

状态区域设备模式标签的背景采用青色(RGB：0,255,255)显示，各个控制模式分别显示为不同的字符A、M、L和P，各个字符的含义如下：

A字符表示设备处于自动命令控制模式；

M字符表示设备处于手动命令控制模式；

L字符表示设备处于就地控制模式；

P字符表示设备处于保护命令控制模式；

(5.2)对于可连续调节的设备，除以上字符外，还有S和O字符指示；

S表示设备处于设定值调节模式；

O表示设备处于输出值调节模式；

当某个设备同时具有以上控制模式时，状态区域设备模式标签字符显示的优先级顺序为L>P>A/M>S/O；

(6)确定设备故障状态对应的接口图元

对于在控制室有状态反馈、状态控制的设备，当其启动命令超时、停止命令超时，仪控故障信息通过状态区域故障指示标签来显示，同时设备控制区域的外框架以红色显示；

状态区域故障指示标签的背景采用红色(RGB：255,0,0)显示，标签显示为F字符；

(6.1)故障产生，未被确认时，F故障指示标签快闪；

(6.2)故障被确认后，F故障指示标签平光显示；

(6.3)故障消失，但未确认时，F故障指示标签慢闪；

(6.4)故障被确认消失后，F故障指示标签消失；

(7)确定设备其它状态对应的接口图元

在核电站实际运行过程中，设备的选中状态、挂牌状态、试验状态、操作菜单被打开的状态通过接口图元反馈给控制室的操纵员，采用设备控制区域的外框架的不同颜色显示来反映该类信息；

(7.1)设备处于选中状态时，外框架以青色(RGB：0,255,255)表示；

(7.2)设备处于挂牌状态时，外框架以黄色(RGB：255,255,0)表示；

挂牌状态包括挂可操牌和挂禁操牌，当设备挂禁操牌时，黄色反斜线始终显示；当设备挂可操牌时，黄色反斜线不显示；

(7.3)设备处于故障状态时，外框架以红色(RGB：255,0,0)表示；

(7.4)设备处于试验状态时，外框架以蓝色(RGB：0,0,255)表示；

(7.5)当设备的选中、挂牌和故障三个状态中，任意两个状态同时存在时，矩形外框架闪烁显示，颜色在这两个状态对应的颜色间切换；

(7.6)当三个状态同时存在时，外框架显示为黄色和青色切换，此时的故障通过F故障指示标签查看；

(7.7)当设备故障且被选中时，外框架显示在红色和青色之前切换。

本设计基于Microsoft Office Visio完成；确定显示在工艺流程图的设备组成中，在任何情况下，设备显示的各个区域都不与管线及其他画面显示元素发生重叠。