文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2025）10-098-04中圖分類號：TP273

★高德民，肖紅國，于亦連，李強（北京廣利核系統工程有限公司，北京100094）

★魏劍輝（江蘇核電有限公司，江蘇連云港222000）

★毛新民（北京廣利核系統工程有限公司，北京100094）

關鍵詞：核電DCS；模擬量動態顯示；越限報警分級；信息集成；智能化

核電DCS（DistributedControlSystem，分布式控制系統）作為核電站安全、穩定運行的核心，其人機界面（Human Machine Interface，HMI）的顯示效果直接關系到操作人員的監控效率和應急響應能力。模擬量動態顯示是HMI的重要組成部分，用于實時反映核電站關鍵工藝參數的狀態。然而，核電DCS中傳統的模擬量動態顯示方案在長期應用中暴露出若干局限性：一方面，信息呈現較為分散，難以直觀展示多個變量間的關聯性，不利于綜合分析；另一方面，限值報警的顯示往往缺乏足夠的分級和直觀性，難以滿足不同超限情況下的差異化響應需求。此外，傳統方案高度依賴手動組態，不僅效率低下，而且容易引入人為錯誤，集成化和自動化水平有待提高。

這些不足在實際運行中可能導致操作人員信息獲取延遲、誤判風險增加，甚至影響對異常工況的快速處理。特別是在對安全性和可靠性要求極高的核電領域，提升模擬量顯示的直觀性、綜合性和自動化水平顯得尤為迫切。因此，研究并開發一種更為先進、智能的模擬量動態顯示方法，對于優化核電DCS人機交互體驗、提升電站整體運行維護水平具有重要的理論意義和工程價值。本文正是在這樣的背景下，基于對傳統方案問題的深入分析，提出并實現了一套創新的模擬量動態顯示方案，旨在解決上述挑戰，并為核電DCS技術的進一步發展提供參考。

1　傳統方案分析

核電DCS模擬量動態顯示傳統方案中，圖形編輯軟件中開發模擬量圖符與圖符庫，每一個模擬量圖符與任意一個模擬量變量進行綁定，模擬量圖符通過動態顯示元素（指系統在線狀態下，其外觀能根據組態定義的動態屬性改變其顯示狀態的顯示元素）反映DCS系統過程處理的當前狀態。通常，一個典型的模擬量動態顯示圖符包括以下動態特性顯示部分：

（1）邊框

（2）外框架

（3）故障指示符或事件指示

（4）文本模擬量圖符示例如圖1所示。

圖1模擬量圖符示例圖

模擬量數值指示圖符狀態定義如表1所示。

表1模擬量數值指示圖符狀態定義

盡管傳統方案在一定程度上實現了模擬量動態顯示，但仍存在以下問題：

（1）信息分散綜合性不足：傳統系統中，模擬量的各種狀態信息（如故障狀態、越限狀態等）分散顯示，通常只能單獨表征一個模擬量信號，而難以直觀地展示兩個或多個模擬量信號之間的相互關系或相互作用，在分析多個變量之間的關聯性或依賴性時缺乏綜合展示，需要借助其他更高級的視覺化工具或分析方法。

（2）限值報警顯示效果不直觀：在限值報警功能的設置上也存在不足。雖然它可以設置簡單的限值報警，以提醒操作人員注意信號的超限情況，但這種報警機制往往缺乏進一步的分級處理。在實際應用中，不同的超限情況可能需要不同的處理策略或響應級別，而傳統方法的報警機制往往無法滿足這種細化的需求。

（3）集成化和自動化不足：傳統方案的動態顯示功能依賴于手動組態，效率低下且容易出錯。

2　創新改進方案研究

在傳統顯示技術的基礎上，本文進行了創新改進，首先對工藝報警進行研究分類細化，這樣從所屬的報警類別上可以快速獲知報警的影響程度與范圍。工藝報警可細分為表2所示。

表2工藝報警細分表

2.1　越限報警顯示創新改進

創新方案在原有Tag參數的基礎上新增了8個組態參數（均為開關量）：TagH4～TagL4。圖符在線時會根據所組態Tag的變量類型以及TagH4～TagL4的組態情況自動完成診斷并進行實時越限顯示，如圖2所示。

圖2圖符參數

具體實現原理如下：

（1）帶越限限值算法類型的變量

·如果TagH4～TagL4未組態其中任何一個參數，那么將以模擬量變量自身（Tag）的報警限值設置作為判斷條件。

·如果TagH4～TagL4組態了部分或全部參數，那么將以對應參數（開關量的變量）是否變位（DV=1）作為對應限值位置報警的允許條件。

（2）不帶越限限值算法類型的變量

·如果TagH4～TagL4未組態其中任何一個參數，那么對應圖符的限值報警指示會自動隱藏。

·如果TagH4～TagL4組態了部分或全部參數，那么將以變量變位（DV=1）且處于最高優先級位置上的開關量的報警作為限值報警顯示出來。

由上述第（2）種方式可知，當模擬量過程值與模擬量越限報警狀態分別通過不同的通道信號、傳輸路徑上傳到Level2層時，模擬量圖符可將這些綜合信息整合并實時顯示出來。將模擬量信號的每一個限值報警細分為8個級別（H紫、S紫、A紅、W黃、T白、C白、M白、I白），每個級別對應不同的工藝報警等級和顯示顏色，使報警信息更加直觀易懂。通過顏色和文本的雙重指示，操作人員可以迅速識別出問題的性質和嚴重程度，提高了響應速度和準確性。

2.2　數值顯示及組態創新改進

傳統方案中，模擬量圖符需要組態Format參數來配置顯示精度。不同寬度的圖符所組態的參數值不盡相同，例如：

（1）6位模擬量圖符：Format參數值可設置為%6.0f、%6.1f、%6.2f、%6.3f。

（2）8位模擬量圖符：Format參數值可設置為%8.0f、%8.1f、%8.2f、%8.3f或%.0e、%.1e、%.2e、%.3e。

工程實施人員需要對圖符和數據庫進行雙重組態，工作繁重且容易出錯，易產生人因問題。而創新改進方案中：

（1）去除了模擬量圖符的Format參數組態設置，只保留數據庫OF項的組態設置；

（2）圖符在線時通過解析OF項來獲得小數位數，并結合圖符自身的顯示位數進行智能顯示處理；

（3）通過改造平臺接口方法，使模擬量小數點后最多支持顯示4位，提高了數據顯示精度。

通過創新改進，數值顯示通過組態設置改進、在線解析智能顯示處理以及改進平臺接口方法，使監視更加精確、直觀、智能，避免了人因失誤問題發生。更為重要的是，基于以上改進，成功讓設計輸入圖紙到DCS工藝流程圖的轉換過程變得無比順暢，轉換率實現了顯著飛躍，并且徹底擺脫了人工組態與檢查的束縛，為生產效率帶來了前所未有的提升。

2.3　細節窗口顯示創新

在傳統細節窗口技術的基礎上，本文進行了帶越限和不帶越限變量類型細節窗口的如下創新改進：

（1）帶越限限值變量類型的細節窗口

·當前值沒有越限時，過程實時值及限值都是黑色顯示。

·未定義限值默認為0，灰色顯示。

·當過程實時值超越某個限值時，實際值和限值信號文本相應地在細節窗口中以綠色提示狀態顯示。

（2）不帶越限限值變量類型的細節窗口

·細節窗口左欄從上到下依次顯示TagL1變量、TagL1的報警級別、TagL2變量、TagL2的報警級別、TagL3變量、TagL3的報警級別、TagL4變量、TagL4的報警級別。

·細節窗口右欄從上到下依次顯示TagH1變量、TagH1的報警級別、TagH2變量、TagH2的報警級別、TagH3變量、TagH3的報警級別、TagH4變量、TagH4的報警級別。

當TagL4～TagH4中的某些變量存在但當前值為0時，只顯示對應變量名稱，呈黑色字體顯示，其下的報警級別不顯示。當TagL4～TagH4中的某些變量存在且當前值為1時，顯示對應變量名稱，呈綠色字體顯示。

改進后，對于第（1）種帶越限限值變量類型的細節窗口處理方式，當前值沒有越限時，過程實時值及限值都是黑色顯示。未定義限值默認為0，灰色顯示。當過程實時值超越某個限值時，實際值和限值信號文本相應地在細節窗口中以綠色提示狀態顯示，如圖3所示，當前值為82.88，已越H3限，故H1、H2、H3越限值均指示出綠色。

如果模擬量圖符的TagH4～TagL4參數組態了變量，當操作人員把鼠標移入到細節窗口的對應區域，可以看到該區域所綁定的開關量變量名稱及狀態，如圖3手狀光標右側的提示框所示；如對應區域未組態變量，鼠標移入到細節窗口的對應區域后將不顯示任何信息。該功能可以讓機組運行人員快速掌握模擬量越限報警過程的全貌。

非8限值類信號，H4/L4信息自動隱藏。非6、8限值類信號，H3/L3信息自動隱藏。

圖3 第（1）種處理方式的細節窗口

改進后，對于第（2）種不帶越限限值變量類型的細節窗口種處理方式（針對模擬量圖符組態為不帶報警限值變量類型，如AVI、AM、ACI等類型），細節窗口左欄自上而下依次顯示TagL1變量、TagL1的報警級別、TagL2變量、TagL2的報警級別、TagL3變量、TagL3的報警級別、TagL4變量、TagL4的報警級別；右欄從上到下依次顯示TagH1變量、TagH1的報警級別、TagH2變量、TagH2的報警級別、TagH3變量、TagH3的報警級別、TagH4變量、TagH4的報警級別，如圖4所示。當TagL4～TagH4其中任一變量不存在，相應位置及其下的報警級別不顯示任何內容；當TagL4～TagH4其中的某些變量存在但當前值為0，則只顯示對應變量名稱，呈黑色字體顯示，其下的報警級別不顯示；當TagL4～TagH4其中的某些變量存在且當前值為1，則顯示對應變量名稱，呈綠色字體顯示，如圖4所示，模擬量當前值為82.88，已越H3限，故對應的開關量PN_TagH3當前值應該為1，即綠色點亮，此時PN_TagH2、PN_TagH1的當前值可能為1，也可能為0，取決于具體工藝設計，這也體現了VVER堆型設計中越限報警判斷信號相互獨立、互不干涉的設計思想。

開關量變量下面的報警級別根據該開關量的報警設置進行顯示，與圖符的處理方式基本一致，唯一區別是圖符顯示的是最高的越限等級；報警級別右側文本，可顯示當前越限等級具體的越限閾值，這是通過提取對應開關量變量描述中關鍵字而來，該閾值可以由工程實施人員在數據庫組態環節根據工藝進行設置。

圖4第（2）種處理方式的細節窗口

3　驗證及應用案例

面對核電DCS系統嚴苛的性能指標與復雜的工作環境，我們基于本方法成功研制出18個具有創新性的新型模擬量圖符，從而實現了單臺機組即可管理22,000余個模擬信號的目標，確保了數據采集的全面性與精確性。這套精心設計的模擬量圖符，已通過單產品測試、系統集成測試及工廠測試三大嚴格環節的驗證。單產品測試覆蓋17個關鍵驗證點，系統集成測試模擬了62種復雜交互場景，工廠測試則實現了3000小時的連續穩定運行，總計執行測試用例387個，問題發現率控制在0.01%以下。這些客觀的測試數據證實了該方法的功能性能完全符合設計要求。

在成功通過用戶驗收測試、驗證了其滿足所有既定需求后，該方法成果被正式部署至兩臺實際運行機組。自部署以來，系統已展現出卓越的穩定性，累計穩定運行時間已達28個月，期間運行狀態始終良好，未發生任何影響核心功能的事故或重大故障，經受住了實際運行的考驗，充分證明了其在真實工業環境下的可靠性與成熟度。

4　結論

本文提出的模擬量動態顯示方法面向核電儀控系統的運行人員與維護人員，解決了傳統核電DCS模擬量動態顯示方案中存在的信息分散、報警顯示不直觀以及集成化、自動化不足等關鍵問題。該創新方案引入了越限報警分級顯示創新和數值顯示創新，保障了堆型設計中越限報警判斷信號的獨立性和互不干涉，在VVER堆型中得到了良好的實踐。該方法顯著提升了核電DCS系統的運行監控水平，為維護人員快速定位問題提供了便利，也為核電DCS系統的智能化升級提供了切實有效的途徑，對提升核電站整體運行維護水平具有重要的工程價值和實踐意義。

作者簡介：

高德民（1977-），男，山東濟南人，高級工程師，碩士，現就職于北京廣利核系統工程有限公司，主要從事核電DCS項目管理工作。

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摘自《自動化博覽》2025年10月刊