★ 北京广利核系统工程有限公司 杨利，刘大鹏

关键词：核安全级数字化仪控系统；和睦系统；人机界面；图符设计

在核电站运行过程中，人机界面（Human - Machine Interface， HMI）是操作人员与设备之间的关键交互通道，对保障核电站安全、可靠与经济运行具有至关重要的作用[1]。HMI不仅需要及时、准确地反映设备运行状态，还需要指导操作人员在复杂工况下做出合理决策与正确操作，以避免重大损失与风险[2~4]。

和睦系统（FirmSys）是我国自主研发的核级数字化仪控平台，由图形组态模块等多个核心模块构成[5,6]。图符作为反映设备运行状态的基本图形单元，在图形组态中具有不可替代的作用，并在核电站实际运行中扮演重要角色。图符通过不同显示状态表征设备的不同运行情况，能够帮助操作人员快速识别报警信息与设备状态，是监控设备正常运行的重要窗口。因此，研究并实现一套合理、响应迅速、显示准确的图符设计方法具有重要的理论与工程意义。

本文以FirmSys平台为基础，结合实际工程需求，系统研究了图符的设计方法，提出了一种涵盖动、静态显示的图符设计方案，并基于该平台实现了开发与应用。结果表明，本文所提出的设计方法能够实现图符对设备状态变化的及时响应与准确呈现，为现场操作人员采取合理措施提供了有效依据。

1   图符设计方法研究

1.1   总体设计思路

基于实际项目需求，本文梳理了图符的功能与逻辑要求，确立了图符设计应遵循的总体原则，具体如下：

（1）及时性：图符应能快速响应设备状态变化信息，通过关联变量接收系统信号， 并随变量变化即时作出响应。

（2）准确性：图符需准确反映设备当前运行状态，能够根据接收的变量信号按预设动态属性正确显示对应状态。

（3）特异性：每类图符应代表特定设备类型（如阀门、泵等）， 并能表现同一设备类型的不同状态（如开启、关闭、未知等）。

（4）可变性：图符应支持动态与静态显示模式的切换：未关联变量时显示为静态图符；关联变量后可转为动态图符，并能随变量值变化切换显示状态。

（5）一致性：不同设备类型的图符应保持基本特征的一致性，如尺寸、颜色等。

图符开发需在特定平台上进行，并严格遵循需求文件中关于尺寸、线条、配色等方面的设计规范[7,8]。图符设计开发流程如图1所示。

图1 图符设计开发流程

1.2   外观设计规范

图符的外观应清晰表达设备类型信息，同时能够区分同一设备的不同运行状态，并保持界面整洁美观，便于观察与操作[9,10]。外观设计需满足以下规范：

（1）图符尺寸应统一且合理，不宜过大或过小；

（2）外观简洁明了，避免过度复杂；

（3）边框宽度保持一致；

（4）能够记录图符的类型、路径、名称等元数据信息；

（5）能够直观反映设备类型，每类图符对应一种设备；

（6）每类图符应包含若干状态子图，分别表示同一设备的不同状态，示例如图2所示。

图2 某阀类设备图符示例

结合项目需求与实际应用，本研究针对不同设备类型设计了相应的图符，并为同一设备的不同状态设计了独立的状态子图， 共计涵盖41种设备类型。各类设备及其对应状态子图数量如表1所示。

表1 设备类型及其对应图符状态数量统计

1.3   功能逻辑设计

动态图符要求能够通过关联变量反映设备状态变化，针对不同类型的变量需采用相应的状态计算与表示方式。通过对图符功能需求的详细分析，本文总结出其应实现的逻辑功能如表2所示。

表2 图符功能逻辑类型

1.3.1   关联设备的图符

图符关联设备后，其显示状态将随设备状态变化而改变。不同状态子图对应设备的不同运行状态，如表3所示。

表3 设备状态与图符显示映射关系

此类图符通常同时关联开反馈、关反馈、标签等信号变量。例如，其接收到开反馈信号时显示状态子图1（运行状态），接收到关反馈信号时切换为状态子图2 （停止状态）。

1.3.2   关联变量的图符

图符关联变量后，其显示状态将随变量值变化而变化。图符可关联的变量类型及其逻辑如表4所示。

表4 变量关联型图符的逻辑映射

1.3.3   关联动态文本的图符

动态文本指关联了动态变量的文本，其显示内容与颜色可随变量变化而改变。动态文本可关联的变量类型及其逻辑如表5所示。

表5 动态文本关联变量类型及其逻辑

图符通过动态文本的唯一标识属性实现关联，从而获取该文本所关联的变量名与变量类型，并据此设置相应的显示逻辑。此设计旨在结合动态文本，更全面、准确地反映设备运行状态与变量变化，提升了操作人员对系统状态的感知能力。

1.4   核心逻辑处理流程设计

逻辑处理是图符设计的核心，负责响应用户操作、处理输入信号并执行状态切换。其正确性直接关系到图符显示的准确性与系统运行的可靠性，对核电厂安全至关重要。

本研究设计的核心逻辑处理流程如下：

（1）信息接收与类型判断：接收图符信息，判断其动态/静态属性。若为静态图符，则结束流程。

（2）动态类型识别：若为动态图符，则进一步识别其关联类型：设备、独立变量或动态文本。

（3）设备关联型：根据关联的反馈信号变量值，计算设备当前运行状态，并映射至对应的状态子图。

（4）变量关联型：根据变量类型（布尔型、实型、整型等）与当前值，执行预设的逻辑判断（如上下限比较、真假判断），确定应显示的状态子图。

（5）文本关联型：通过读取所关联动态文本的属性与变量值，执行相应的逻辑判断，确定应显示的状态子图。

（6）结果输出与显示：将计算得到的状态子图信息以结构化数据格式发送至安全显示屏，经解析后完成图形渲染与显示。

2   图符设计方法在FirmSys平台的应用验证

为验证该图符设计方法的正确性与有效性，本研究在FirmSys平台的实际工程环境中对其进行了全面的应用测试。测试覆盖了静态图符、变量关联型图符、设备关联型图符及动态文本关联型图符等全部设计类型。

验证在含有环网变量的工程画面中进行。首先，依据设计规范创建各类测试图符，并分别关联相应类型的环网变量或已绑定变量的动态文本。图符的变量关联组态界面如图3所示。

图3 图符变量关联组态界面

完成工程编译并下载至安全显示屏后，通过模拟信号源强制改变相关环网变量的值，观察并记录图符的显示变化，将实际显示结果与设计预期的状态子图进行比对。

3   验证结果与分析

依据上述方法对图符功能进行验证，主要结果汇总于表6。

表6 图符功能验证结果摘要

分析验证结果可知：

（1）静态图符在所有测试条件下显示状态均保持不变，符合设计预期。

（2）关联设备的动态图符能够正确响应设备状态变迁，并实时显示对应的状态子图。

（3）关联布尔变量的图符可随变量真假值切换显示状态。

（4）关联模拟量的图符能根据预设限值与实时变量值的比较结果，正确触发并显示越限报警状态。

应用验证结果表明，采用本文设计方法在FirmSys平台上开发的图符，能够根据所关联变量或设备信号的变化，及时、准确地切换显示状态，真实反映了设备当前运行工况。该设计方法通过对不同变量类型的精细化逻辑处理，实现了图符功能的多样化与精准化，具备响应迅速、显示准确、运行可靠的优点，便于操作人员快速识别系统状态与异常，为其在各类运行工况下做出正确判断与操作决策提供了有效的人机交互支持，进一步保障了核电站的安全稳定运行。

作者简介：

杨   利（1981-），男，山东人，高级工程师，硕士，现就职于北京广利核系统工程有限公司，主要从事核安全级仪控系统的软件研发工作。

参考文献：

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摘自《自动化博览》2026年7月刊