智能化人机接口系统在核电厂的应用和展望_文剑波

　第３１卷　增刊２核科学与工程

Ｖｏｌ．３１　Ｓｕｐｐ

ｌ．２　２

０１１年　１２月Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

Ｄｅｃ．　２

０１１智能化人机接口系统在核电厂的应用和展望

文剑波，徐晓梅，张学刚，江国进，史　觊，谭　珂，罗秦川

（深圳中广核工程设计有限公司，广东深圳５１８０４５

）摘要：控制中心是核电厂的枢纽，在电站安全运行中起着重要的作用。而人机接口系统又直接关系到操纵员的工作准确性和效率。针对现有控制中心人机接口系统的不足和潜在需求，

探讨了报警系统、数字化规程系统和显示技术三个部分的智能化改进。综合心理学、认知学和人工智能等理论，并合理运用计算机技术，充分借鉴现有运行状态分析与显示研究成果，构建基于状态导向的核电厂智能化人机交互体系，

并展望了未来在本领域的应用发展趋势。关键字：智能化；人机接口；报警系统；规程系统；显示技术；发展趋势

中图分类号：ＴＭ６２３ 文章标志码：Ｂ 文章编号：０２５８－０９１８（２０１１）Ｓ２－００５７－

０６收稿日期：２０１１－１０－２５；修回日期：２０１１－１１－

１０作者简介：文剑波（１９７８—）

，男，湖南隆回人，工程师，硕士，现主要从事核电站仪控设计工作Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｉｎｔｅｌｌｉｇ

ｅｎｔ　ｈｕｍａｎ　ｍａｃｈｉｎｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｉｎ　ｎｕｃｌｅａｒ　ｐｏｗｅｒ　ｐ

ｌａｎｔＷＥＮ　Ｊｉａｎ－ｂｏ，ＸＵ　Ｘｉａｏ－ｍｅｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｘｕｅ－ｇａｎｇ，ＪＩＡＮＧ　Ｇｕｏ－ｊ

ｉｎ，ＳＨＩ　ｊ

ｉ，ＴＡＮ　Ｋｅ，ＬＵＯ　Ｑｉｎ－ｃｈｕａｎ（Ｃｈｉｎａ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．（Ｓｈｅｎｚｈｅｎ），Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　

Ｐｒｏｖ．５１８０４５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｔｈｅ　ａｌａｒｍ　ｓｙｓｔｅｍ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｆｔｅｒ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　

ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｅｎｔｅｒ ｓ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎ　ｔｈｉｓｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎ，ｐｓｙｃｈｏｌｏｇｙ，ｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｒｅ　ａｐｐｌｉｅｄ．Ｔｏ　ｓｅｔ　ｕｐ　

ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎｔｈｅ　ｍｕｌｔｉ－ｉｎｐｕｔ　ｃｈａｎｎｅｌｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｍｕｌｔｉ－ｄｉｓｐｌａｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｅａ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ；ｈｕｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ａｌａｒｍ　ｓｙｓｔｅｍ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ；ｄｉｓｐｌａｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄｓ核电厂的监控绝大部分是在主控制室中实现的。而人机接口系统是控制室中的核心组成部分。优秀的人机接口能提升操纵员分析、解决系统问题的速度，提高操纵员日常调度及处

理事故时的效率，为电站的良好运行和安全控制提供保障。相反，不合理的人机接口会降低操纵员的工作效率，甚至会间接影响到系统的安全性和稳定性。

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近年来，人工智能技术获得迅速发展，在很多工业领域已经得到广泛应用。随着核电事业的不断发展，核电安全问题备受瞩目，在不断优化设计以提高自身安全性的同时，人们也一直致力于电站运行安全性的提高。而借助智能化人机接口系统带来的优势则是提高运行安全性的重要手段之一。

核电厂先进控制室智能化人机接口系统主要包括用于运行的监测、操作、维修、测试和诊断的各种信息指示设备、控制设备以及相关的资源。完善的智能化人机接口系统一方面可以使得操纵员快速准确地获取信息，使故障尽快排除，避免事故扩展，降低电站风险；另一方面可以降低操作员诊断失误率，防止因人因失误而带来的风险升级。

我国正处于大力发展核电技术，积极建造核电厂的新时期。在发展现有核电技术的基础上，引入新的先进核电厂智能化人机接口技术是我国核电设计和工程领域非常关键的革新和应用，也是关乎提升核安全运行水平的紧迫需求。

１　智能报警系统

１．１　概述

报警系统的主要功能是当核电厂工况出现不希望或不安全的变化时，向操纵员发出视觉或听觉报警，提醒操作员密切注意事态的发展并采取相应措施。智能化的报警系统应尽可能提供事态发展的相关信息，以及纠正核电厂运行状态所必需的支持信息（如操作规程或建议）。

智能报警系统能够有效开发的前提在于能充分地总结并挖掘已有的核电设计技术与经验，充分利用核电仿真技术产生的仿真数据；实际核电厂的运行经验与实践；以及事故分析，特别是严重事故分析取得的各种事故进程数据。由此形成满足电站在线操纵要求的训练样本与知识判断规则。这是提高智能系统水平的最重要的步骤。

此外，智能化报警系统的主要特征有：

（１）能够对报警信号进行有效性确认；静态和动态分级；以及必要的推断与分析处理、精简报警数量。并优化报警系统显示及控制方面的人机接口；引入计算机化的报警响应规程。

（２）能提高系统的可靠性，改善其试验和故障指示性能。

１．２　报警动态分级

在确定报警的优先级时引入动态的概念，即报警的优先级不是固定不变，而是随着工况及其分级准则而变化。其目的在于剔除无意义报警、优化报警信息、避免重要报警延误探测及处理等，以便减轻操纵员的工作负担。

确定动态分级有如下３条准则：

（１）因果准则：当两个报警信息之间存在因果关系时，起因报警作为高优先级报警，结果报警则作为低优先级报警。例如Ａ、Ｂ两台泵是不同序列的冗余泵时，由于Ａ泵事故跳闸而自动启动Ｂ泵。而此时Ｂ泵又存在无法启动的故障时，Ｂ泵的报警在本次事故跳闸中可定义为次优先级。

（２）阈值优先性准则：当同一参数的较高设定点的报警触发时，较低设定点的报警信息则被抑制。例如当某一水位的高高报警触发时，则其高报警则降为次级报警。

（３）运行模式准则：未使用的系统的过程参数或设备的有关报警不列入最高级的报警信息。例如核电厂处于安注运行模式后，在原来运行模式下运行的上充泵将停止运行，此时该泵有关的报警则降为次级报警。

根据日本三菱公司的设计经验和试验结论，报警动态分级后，发生停堆事故时，报警由常规系统的上百个降到十多个；起因报警信息降为几个。发生安注时报警信息由近百个降为十多个；起因报警为几个。从这组数据看出，引入动态分级概念的智能化报警系统将大大降低操纵员的工作负荷。

１．３　报警信息的表达

除报警信息的分级外，还需引入一种分层的模式。采用大屏幕和控制台显示相结合的先进主控制盘引入一种分层的报警系统。大屏幕显示采用了核电厂系统图和报警一体化显示，以便能比常规系统更直观地、更直接地确定报警的位置。而在操纵员站显示屏上则可显示经过动态分级处理的详细报警信息，并提供操纵

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