文献标识码：B文章编号：1003-0492（2025）10-098-04中图分类号：TP273

★高德民，肖红国，于亦连，李强（北京广利核系统工程有限公司，北京100094）

★魏剑辉（江苏核电有限公司，江苏连云港222000）

★毛新民（北京广利核系统工程有限公司，北京100094）

关键词：核电DCS；模拟量动态显示；越限报警分级；信息集成；智能化

核电DCS（DistributedControlSystem，分布式控制系统）作为核电站安全、稳定运行的核心，其人机界面（Human Machine Interface，HMI）的显示效果直接关系到操作人员的监控效率和应急响应能力。模拟量动态显示是HMI的重要组成部分，用于实时反映核电站关键工艺参数的状态。然而，核电DCS中传统的模拟量动态显示方案在长期应用中暴露出若干局限性：一方面，信息呈现较为分散，难以直观展示多个变量间的关联性，不利于综合分析；另一方面，限值报警的显示往往缺乏足够的分级和直观性，难以满足不同超限情况下的差异化响应需求。此外，传统方案高度依赖手动组态，不仅效率低下，而且容易引入人为错误，集成化和自动化水平有待提高。

这些不足在实际运行中可能导致操作人员信息获取延迟、误判风险增加，甚至影响对异常工况的快速处理。特别是在对安全性和可靠性要求极高的核电领域，提升模拟量显示的直观性、综合性和自动化水平显得尤为迫切。因此，研究并开发一种更为先进、智能的模拟量动态显示方法，对于优化核电DCS人机交互体验、提升电站整体运行维护水平具有重要的理论意义和工程价值。本文正是在这样的背景下，基于对传统方案问题的深入分析，提出并实现了一套创新的模拟量动态显示方案，旨在解决上述挑战，并为核电DCS技术的进一步发展提供参考。

1　传统方案分析

核电DCS模拟量动态显示传统方案中，图形编辑软件中开发模拟量图符与图符库，每一个模拟量图符与任意一个模拟量变量进行绑定，模拟量图符通过动态显示元素（指系统在线状态下，其外观能根据组态定义的动态属性改变其显示状态的显示元素）反映DCS系统过程处理的当前状态。通常，一个典型的模拟量动态显示图符包括以下动态特性显示部分：

（1）边框

（2）外框架

（3）故障指示符或事件指示

（4）文本模拟量图符示例如图1所示。

图1模拟量图符示例图

模拟量数值指示图符状态定义如表1所示。

表1模拟量数值指示图符状态定义

尽管传统方案在一定程度上实现了模拟量动态显示，但仍存在以下问题：

（1）信息分散综合性不足：传统系统中，模拟量的各种状态信息（如故障状态、越限状态等）分散显示，通常只能单独表征一个模拟量信号，而难以直观地展示两个或多个模拟量信号之间的相互关系或相互作用，在分析多个变量之间的关联性或依赖性时缺乏综合展示，需要借助其他更高级的视觉化工具或分析方法。

（2）限值报警显示效果不直观：在限值报警功能的设置上也存在不足。虽然它可以设置简单的限值报警，以提醒操作人员注意信号的超限情况，但这种报警机制往往缺乏进一步的分级处理。在实际应用中，不同的超限情况可能需要不同的处理策略或响应级别，而传统方法的报警机制往往无法满足这种细化的需求。

（3）集成化和自动化不足：传统方案的动态显示功能依赖于手动组态，效率低下且容易出错。

2　创新改进方案研究

在传统显示技术的基础上，本文进行了创新改进，首先对工艺报警进行研究分类细化，这样从所属的报警类别上可以快速获知报警的影响程度与范围。工艺报警可细分为表2所示。

表2工艺报警细分表

2.1　越限报警显示创新改进

创新方案在原有Tag参数的基础上新增了8个组态参数（均为开关量）：TagH4～TagL4。图符在线时会根据所组态Tag的变量类型以及TagH4～TagL4的组态情况自动完成诊断并进行实时越限显示，如图2所示。

图2图符参数

具体实现原理如下：

（1）带越限限值算法类型的变量

·如果TagH4～TagL4未组态其中任何一个参数，那么将以模拟量变量自身（Tag）的报警限值设置作为判断条件。

·如果TagH4～TagL4组态了部分或全部参数，那么将以对应参数（开关量的变量）是否变位（DV=1）作为对应限值位置报警的允许条件。

（2）不带越限限值算法类型的变量

·如果TagH4～TagL4未组态其中任何一个参数，那么对应图符的限值报警指示会自动隐藏。

·如果TagH4～TagL4组态了部分或全部参数，那么将以变量变位（DV=1）且处于最高优先级位置上的开关量的报警作为限值报警显示出来。

由上述第（2）种方式可知，当模拟量过程值与模拟量越限报警状态分别通过不同的通道信号、传输路径上传到Level2层时，模拟量图符可将这些综合信息整合并实时显示出来。将模拟量信号的每一个限值报警细分为8个级别（H紫、S紫、A红、W黄、T白、C白、M白、I白），每个级别对应不同的工艺报警等级和显示颜色，使报警信息更加直观易懂。通过颜色和文本的双重指示，操作人员可以迅速识别出问题的性质和严重程度，提高了响应速度和准确性。

2.2　数值显示及组态创新改进

传统方案中，模拟量图符需要组态Format参数来配置显示精度。不同宽度的图符所组态的参数值不尽相同，例如：

（1）6位模拟量图符：Format参数值可设置为%6.0f、%6.1f、%6.2f、%6.3f。

（2）8位模拟量图符：Format参数值可设置为%8.0f、%8.1f、%8.2f、%8.3f或%.0e、%.1e、%.2e、%.3e。

工程实施人员需要对图符和数据库进行双重组态，工作繁重且容易出错，易产生人因问题。而创新改进方案中：

（1）去除了模拟量图符的Format参数组态设置，只保留数据库OF项的组态设置；

（2）图符在线时通过解析OF项来获得小数位数，并结合图符自身的显示位数进行智能显示处理；

（3）通过改造平台接口方法，使模拟量小数点后最多支持显示4位，提高了数据显示精度。

通过创新改进，数值显示通过组态设置改进、在线解析智能显示处理以及改进平台接口方法，使监视更加精确、直观、智能，避免了人因失误问题发生。更为重要的是，基于以上改进，成功让设计输入图纸到DCS工艺流程图的转换过程变得无比顺畅，转换率实现了显著飞跃，并且彻底摆脱了人工组态与检查的束缚，为生产效率带来了前所未有的提升。

2.3　细节窗口显示创新

在传统细节窗口技术的基础上，本文进行了带越限和不带越限变量类型细节窗口的如下创新改进：

（1）带越限限值变量类型的细节窗口

·当前值没有越限时，过程实时值及限值都是黑色显示。

·未定义限值默认为0，灰色显示。

·当过程实时值超越某个限值时，实际值和限值信号文本相应地在细节窗口中以绿色提示状态显示。

（2）不带越限限值变量类型的细节窗口

·细节窗口左栏从上到下依次显示TagL1变量、TagL1的报警级别、TagL2变量、TagL2的报警级别、TagL3变量、TagL3的报警级别、TagL4变量、TagL4的报警级别。

·细节窗口右栏从上到下依次显示TagH1变量、TagH1的报警级别、TagH2变量、TagH2的报警级别、TagH3变量、TagH3的报警级别、TagH4变量、TagH4的报警级别。

当TagL4～TagH4中的某些变量存在但当前值为0时，只显示对应变量名称，呈黑色字体显示，其下的报警级别不显示。当TagL4～TagH4中的某些变量存在且当前值为1时，显示对应变量名称，呈绿色字体显示。

改进后，对于第（1）种带越限限值变量类型的细节窗口处理方式，当前值没有越限时，过程实时值及限值都是黑色显示。未定义限值默认为0，灰色显示。当过程实时值超越某个限值时，实际值和限值信号文本相应地在细节窗口中以绿色提示状态显示，如图3所示，当前值为82.88，已越H3限，故H1、H2、H3越限值均指示出绿色。

如果模拟量图符的TagH4～TagL4参数组态了变量，当操作人员把鼠标移入到细节窗口的对应区域，可以看到该区域所绑定的开关量变量名称及状态，如图3手状光标右侧的提示框所示；如对应区域未组态变量，鼠标移入到细节窗口的对应区域后将不显示任何信息。该功能可以让机组运行人员快速掌握模拟量越限报警过程的全貌。

非8限值类信号，H4/L4信息自动隐藏。非6、8限值类信号，H3/L3信息自动隐藏。

图3 第（1）种处理方式的细节窗口

改进后，对于第（2）种不带越限限值变量类型的细节窗口种处理方式（针对模拟量图符组态为不带报警限值变量类型，如AVI、AM、ACI等类型），细节窗口左栏自上而下依次显示TagL1变量、TagL1的报警级别、TagL2变量、TagL2的报警级别、TagL3变量、TagL3的报警级别、TagL4变量、TagL4的报警级别；右栏从上到下依次显示TagH1变量、TagH1的报警级别、TagH2变量、TagH2的报警级别、TagH3变量、TagH3的报警级别、TagH4变量、TagH4的报警级别，如图4所示。当TagL4～TagH4其中任一变量不存在，相应位置及其下的报警级别不显示任何内容；当TagL4～TagH4其中的某些变量存在但当前值为0，则只显示对应变量名称，呈黑色字体显示，其下的报警级别不显示；当TagL4～TagH4其中的某些变量存在且当前值为1，则显示对应变量名称，呈绿色字体显示，如图4所示，模拟量当前值为82.88，已越H3限，故对应的开关量PN_TagH3当前值应该为1，即绿色点亮，此时PN_TagH2、PN_TagH1的当前值可能为1，也可能为0，取决于具体工艺设计，这也体现了VVER堆型设计中越限报警判断信号相互独立、互不干涉的设计思想。

开关量变量下面的报警级别根据该开关量的报警设置进行显示，与图符的处理方式基本一致，唯一区别是图符显示的是最高的越限等级；报警级别右侧文本，可显示当前越限等级具体的越限阈值，这是通过提取对应开关量变量描述中关键字而来，该阈值可以由工程实施人员在数据库组态环节根据工艺进行设置。

图4第（2）种处理方式的细节窗口

3　验证及应用案例

面对核电DCS系统严苛的性能指标与复杂的工作环境，我们基于本方法成功研制出18个具有创新性的新型模拟量图符，从而实现了单台机组即可管理22,000余个模拟信号的目标，确保了数据采集的全面性与精确性。这套精心设计的模拟量图符，已通过单产品测试、系统集成测试及工厂测试三大严格环节的验证。单产品测试覆盖17个关键验证点，系统集成测试模拟了62种复杂交互场景，工厂测试则实现了3000小时的连续稳定运行，总计执行测试用例387个，问题发现率控制在0.01%以下。这些客观的测试数据证实了该方法的功能性能完全符合设计要求。

在成功通过用户验收测试、验证了其满足所有既定需求后，该方法成果被正式部署至两台实际运行机组。自部署以来，系统已展现出卓越的稳定性，累计稳定运行时间已达28个月，期间运行状态始终良好，未发生任何影响核心功能的事故或重大故障，经受住了实际运行的考验，充分证明了其在真实工业环境下的可靠性与成熟度。

4　结论

本文提出的模拟量动态显示方法面向核电仪控系统的运行人员与维护人员，解决了传统核电DCS模拟量动态显示方案中存在的信息分散、报警显示不直观以及集成化、自动化不足等关键问题。该创新方案引入了越限报警分级显示创新和数值显示创新，保障了堆型设计中越限报警判断信号的独立性和互不干涉，在VVER堆型中得到了良好的实践。该方法显著提升了核电DCS系统的运行监控水平，为维护人员快速定位问题提供了便利，也为核电DCS系统的智能化升级提供了切实有效的途径，对提升核电站整体运行维护水平具有重要的工程价值和实践意义。

作者简介：

高德民（1977-），男，山东济南人，高级工程师，硕士，现就职于北京广利核系统工程有限公司，主要从事核电DCS项目管理工作。

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摘自《自动化博览》2025年10月刊