[发明专利]船用核动力数字化可异构运行操控验证系统和验证方法

说明书

本发明提供了船用核动力数字化可异构运行操控验证系统和验证方法，结合数字化技术和仿真组态技术，实现了运行操控盘面数字化和可组态异构，以及参数动态验证的功能；实现了船用核动力运行操控方案的动态、协同验证，提高了验证效率及质量，确保了核动力系统安全、可靠运行。本发明的运行操控验证盘面通过数字化的操控图形组态和虚拟盘台显示，实现了运行操控方案的高效设计、验证及优化，提高了运行操控验证的优化效率。本发明的运行操控系统的复用性程度高，降低了运行操控验证的成本及周期。本发明实现了运行操控验证数据的动态、实时呈现，提高了运行操控验证的效果。

技术领域

本发明属于虚拟仪器技术领域，具体涉及船用核动力数字化可异构运行操控验证系统和验证方法。

背景技术

核动力是未来浮动电站、破冰船等大型海洋平台的动力推进、供电、海水淡化等的发展趋势。核安全是核动力系统上船面临的首要问题。核动力运行操控是船员与核动力系统进行信息参数显示、操控输入、状态报警的核心手段，承担核动力运行状态信息监视及在事故情况下的安全应急操作，直接影响核动力运行操控的安全性及运行效率。核动力运行操控设备非常复杂，通常有大量指针仪表、报警信号灯、旋转及按钮开关等硬件以工艺流程图形式布置在控制盘台固定位置，基于保证操作员能获取充足的核动力系统运行信息，盘台布置长度可达10-20m，显控元件数量可达数百个。运行操控设计不良将会直接导致核动力运行安全受到威胁。

目前核动力运行操控验证方法是：设计方案→制造木质/塑料等盘台物理模型→盘面仪表及人机界面平面打印/3D打印贴附在盘台物理模型表面→用户静态模拟操作及评估→方案优化→继续多轮迭代→方案确定。经过调研，船用核动力运行操控验证过程通常需要通过8轮左右的迭代，才能基本确定方案，而且还存在运行操控盘台实物样机制作完成后还需要对盘面重新开孔，调整仪表布置的情况。存在的问题分析：(1)基于盘面贴纸模式或3D打印模件的静态数据验证，无法反应核动力系统参数变化、系统耦合关系，无法动态呈现系统状态与联锁关系。(2)运行操控盘台物理模型通常需要多轮制作迭代，设计验证周期较长。(3)木质/铁质物理模型制作成本较高，修改优化过程困难。导致核动力运行操控装置验证存在验证效率低、周期长、成本高的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供船用核动力数字化可异构运行操控验证系统和验证方法，用于实现运行操控盘面数字化和可组态异构，以及参数动态验证的功能。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：船用核动力数字化可异构运行操控验证系统，包括虚拟操控盘、控制装置、采集装置、仿真装置；虚拟操控盘、控制装置、采集装置、仿真装置之间通过网络连接进行通信；虚拟操控盘包括拼接显示屏、红外触控框、工控主机、台体；拼接显示屏固定安装在台体的表面，包括多台紧密排列的显示屏拼接组合成由上至下依次为报警及仪表层、人机界面层、操作层，分别用于显示虚拟操控盘的盘面组态、动态参数，反馈操控交互的状态变化情况；红外触控框安装在操作层的上方，用于输入包括旋钮、按钮、键盘、轨迹球、鼠标的模拟操作器的操控交互信号；拼接显示屏的信号收发端连接工控主机的信号收发端，红外触控框的信号输出端连接工控主机的信号输入端，工控主机安装在台体内部；控制装置用于接收、处理采集装置输入的数据，并将处理后的数据和包括监视、控制、报警的动态参数信号输出给虚拟操控盘，同时根据虚拟操控盘输入的操作信号控制采集装置和仿真装置的运行；采集装置用于采集仿真装置输出的仿真数据和包括显示、报警、控制的动态参数，进行模数转换处理后发送给控制装置，同时处理控制系装置输出的信号并反馈给仿真装置；仿真装置用于根据船用核动力系统的实时动态运行操控数据模拟核动力系统运行的动态过程，并将仿真数据输出给采集装置，同时接收虚拟操控盘反馈的操控信号用于真实反应船用核动力系统运行状态的动态变化和参数耦合关系。

按上述方案，报警及仪表层用于显示包括指针表、光柱表、数显表、光字牌的仪表的图形仿真模型；人机界面层用于提供包括模拟仪表、操作器的外观、色彩、数据的显示方式和操作方式；操作层用于显示包括旋钮、按钮、键盘、轨迹球、鼠标的模拟操作器的图形仿真模型。