核電廠DCS系統(tǒng)相關(guān)的人因陷阱識別與優(yōu)化措施

程 欣

（中核遼寧核電有限公司，遼寧 葫蘆島 125000）

0 引言

核電廠分布式控制系統(tǒng)（DCS）是核電廠的“神經(jīng)中樞”，綜合了計算機、通信、顯示和控制等多項技術(shù)[1]。計算機化的規(guī)程系統(tǒng)、先進的報警系統(tǒng)與圖形化的信息顯示系統(tǒng)等人機接口為提升操縱員的績效發(fā)揮了積極作用，降低了操縱員的工作負(fù)荷，減少了人因失誤[2]。但先進的DCS 系統(tǒng)也大大增加了運行維護人員的負(fù)擔(dān)，需要轉(zhuǎn)變以往的操作模式，在大量信息中篩選出工作所需的關(guān)鍵部分。與此同時也衍生出了新的人因失誤分布，出現(xiàn)了新的人因陷阱需要進一步分析、識別，進而優(yōu)化處理，避免人因失誤的發(fā)生。

1 現(xiàn)場控制站間通訊信號檢索問題

圖1 現(xiàn)場控制站間通訊信號傳遞示意圖Fig.1 Schematic diagram of communication signal transmission between field control stations

圖2 現(xiàn)場控制站間通訊信號檢索工具界面Fig.2 Interface of communication signal retrieval tool between field control stations

田灣核電廠5 號機非安全級DCS 系統(tǒng)采用廣利核Hollias-N 平臺，該平臺一層控制站間存在大量通過網(wǎng)絡(luò)傳遞的站間通訊信號，以達到信號點的單站定義多站使用的效果，同時避免了大量信號點的重復(fù)定義，也大大降低了DCS 系統(tǒng)總點數(shù)。

但是該平臺對于這些站間通訊點的檢索功能并未優(yōu)化，工作人員在使用該站間通訊點時，通過軟件僅可查找該點定義站位置，具體哪些站引用了該點無法直接定位，每次都必須將DCS 系統(tǒng)所有控制站進行逐個檢索，而一層控制站共計73 個，數(shù)量多，人工查找極易出現(xiàn)漏站、漏點，造成人因失誤，最終導(dǎo)致分析不全面，給后續(xù)試驗的開展埋下隱患。

針對該問題，DCS 系統(tǒng)專業(yè)人員根據(jù)DCS 數(shù)據(jù)庫整理出全部站間通訊點及站間信號引用關(guān)系，并制作專用檢索工具，通過輸入站間通訊信號名就能直觀顯示該站間信號的定義及引用站，使用計算機運算代替人工手動檢索，能夠極大降低人因失誤概率，同時在工作效率方面也得到極大的提高。

2 DCS系統(tǒng)信號傳遞問題

田灣核電廠5 號機全廠級DCS 分為非安全級和安全級兩個部分，其中安全級DCS 系統(tǒng)主要實現(xiàn)緊急停堆，專設(shè)安全設(shè)施及支持系統(tǒng)驅(qū)動等安全級功能，非安全級DCS 系統(tǒng)主要實現(xiàn)在正常工況下的電廠運行監(jiān)護等非安全級功能。由于兩者共用一套非安全級人機界面，所以安全級DCS 系統(tǒng)需要將部分指示及報警信號傳遞到非安全級DCS 系統(tǒng)，同時非安全級DCS 系統(tǒng)需要將控制指令傳遞到安全級DCS系統(tǒng)。

信號傳遞的方式有兩種：一種是通過硬接線的方式實現(xiàn)信號的雙向傳遞，主要涉及系統(tǒng)控制相關(guān)的信號；另一種則是采用網(wǎng)絡(luò)通訊，通過兩個DCS 系統(tǒng)間的網(wǎng)關(guān)機，由安全級DCS 向非安全級DCS 單向傳遞，其中這些信號不涉及控制指令，僅用于指示。

基于這種系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)系，導(dǎo)致DCS 系統(tǒng)內(nèi)同一個信號存在兩個系統(tǒng)，具有兩種信號類型、兩種不同功能的現(xiàn)象，使得運行維護人員在進行信號隔離或強制時容易混淆，存在人因失誤陷阱。下面以具體信號舉例說明，反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（RCP）3 塊儀表RCP039/139/137MP，由安全級DCS 系統(tǒng)采集并通過隔離分配模塊分配，一路分給安全級DCS 系統(tǒng)，控制下游隔離閥行使安全級保護功能；另外一路分給非安全級DCS 系統(tǒng)，控制下游調(diào)節(jié)閥行使非安全級功能，同時安全級DCS 系統(tǒng)將3 個信號通過網(wǎng)關(guān)傳遞給非安全級DCS 系統(tǒng)，并通過偏差計算得出系統(tǒng)相關(guān)報警指示。如果工作中需要隔離該信號的安全級功能，在執(zhí)行中就存在錯誤隔離其他兩個信號的可能，出現(xiàn)人因失誤，導(dǎo)致隔離失敗。

圖3 DCS系統(tǒng)信號傳遞示意圖Fig.3 Schematic diagram of DCS system signal transmission

圖4 RCP系統(tǒng)相關(guān)壓力信號傳遞示意圖Fig.4 Schematic diagram of pressure signal transmission of RCP system

圖5 DCS系統(tǒng)工程版本控制系統(tǒng)示意圖Fig.5 Schematic diagram of DCS engineering version control system

田灣5 號機前期調(diào)試期間，曾出現(xiàn)這種隔離失敗的情況，影響試驗的同時，容易造成系統(tǒng)設(shè)備誤動。為避免此類問題的發(fā)生，調(diào)試人員一方面通過細(xì)化調(diào)試規(guī)程或工作指令單，凡涉及信號隔離或強制，操作位置（安全級DCS系統(tǒng)或非安全級DCS 系統(tǒng)）必須通過工藝系統(tǒng)邏輯圖、模擬圖核實并步驟中明確，同時標(biāo)注出工程組態(tài)中使用的信號點名；另一方面，通過管理手段，加強系統(tǒng)平臺相關(guān)的培訓(xùn)，特別是電儀配合人員，從而減少知識型人因失誤的發(fā)生。

3 現(xiàn)場控制站工程版本問題

調(diào)試是一個發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程，伴隨著DCS系統(tǒng)中現(xiàn)場控制站中的一些重要工藝系統(tǒng)參數(shù)等其他配置的修改，進而導(dǎo)致其內(nèi)部工程版本的更新。而現(xiàn)場控制站是整個DCS 系統(tǒng)的核心，下行控制現(xiàn)場設(shè)備，上行接受工程師站的組態(tài)邏輯以及上傳數(shù)據(jù)給操作員站[3]。所以，在不影響調(diào)試的情況下，合理地控制現(xiàn)場控制站工程版本是極為重要的。

田灣5 號機DCS 系統(tǒng)工程版本控制系統(tǒng)包含監(jiān)視工程師站、組態(tài)工程師站、配置站，同時安裝Visual SourceSafe版本控制專用軟件，配合相關(guān)軟件管理相關(guān)要求，以實現(xiàn)工程版本控制。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5 所示。其中，監(jiān)視工程師站可從配置站更新本站內(nèi)工程版本，不可反向更新配置站工程版本，同時還用于控制器參數(shù)的在線監(jiān)視；組態(tài)工程師站除具有監(jiān)視工程師站的功能外，還具有更新配置站內(nèi)工程版本、控制器組態(tài)修改和下裝的功能；配置站則僅用于存儲機組最新版本的工程。

雖然該控制系統(tǒng)基本可以實現(xiàn)工程版本的有效控制，但是調(diào)試期間仍然發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)存在導(dǎo)致版本控制失效的人因陷阱。比如，雖然相關(guān)軟件管理要求規(guī)定監(jiān)視工程師站與組態(tài)工程師站各自執(zhí)行不同功能，但實際兩臺工程師站是完全相同的，這樣就有可能會出現(xiàn)兩臺工程師站同時修改控制站工程，并在更新配置站工程版本時，后者工程覆蓋前者修改后的工程版本的情況，進而出現(xiàn)控制站工程丟失部分修改內(nèi)容，最終導(dǎo)致現(xiàn)場控制站工程版本失效。

針對該問題，調(diào)試人員對軟件版本控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化，利用Visual SourceSafe 權(quán)限功能，對監(jiān)視工程師站進行限制，使其從功能上無法對配置站軟件進行更新，從根本上消除監(jiān)視工程師站對現(xiàn)場控制站工程版本失效的影響。

4 工藝系統(tǒng)流程圖畫面問題

工藝系統(tǒng)流程圖畫面作為運行維護人員最常使用的人機界面，可以顯示系統(tǒng)設(shè)備組成及設(shè)備間位置關(guān)系，以及系統(tǒng)間關(guān)系，同時還能提供重要參數(shù)的實時值與設(shè)備的控制界面，使操作人員監(jiān)視和控制工藝系統(tǒng)變得十分方便。但是，由于設(shè)計人員個人主觀感覺及調(diào)試期間工藝系統(tǒng)的改造，往往會造成工藝系統(tǒng)流程圖畫面存在很多易造成人因失誤的不合理之處，需要在調(diào)試及運行期間不斷優(yōu)化。

通過分析田灣5 號機整個調(diào)試期間工藝系統(tǒng)流程圖畫面修改情況，梳理出以下幾類存在人因陷阱的畫面問題：

1）畫面中設(shè)備間或設(shè)備與儀表間位置不合理，不能正確指示設(shè)備間或儀表與設(shè)備間的關(guān)系，容易誤導(dǎo)運行人員，造成理解失誤。

2）畫面中存在與實際工藝系統(tǒng)不相符合的設(shè)備，由于技術(shù)改進或其他原因，該設(shè)備就地已取消，但畫面中依然存在，干擾運行人員隔離或其他工作的實施。

3） 畫面中存在儀表設(shè)備無單位或單位指示不明確，特別是壓力儀表是否為絕壓應(yīng)注明。

4）畫面中內(nèi)容描述指示不明確，主要涉及到設(shè)備操作按鈕說明及設(shè)備功能描述。

針對此類問題，調(diào)試期間一般采取以下流程進行處理：首先，識別此類人因陷阱后，提出優(yōu)化方案。然后，與實施方確認(rèn)方案是否具有實施可行性，若不可執(zhí)行，則繼續(xù)優(yōu)化方案；若可以實施，則繼續(xù)與設(shè)計單位核實方案是否符合設(shè)計規(guī)范，若不符合則繼續(xù)優(yōu)化方案，若符合則組織實施并驗證。

工藝系統(tǒng)流程圖畫面人因陷阱優(yōu)化過程中，一定要各方核實并確認(rèn)，否則極易出現(xiàn)需求高，平臺功能無法實現(xiàn)，或方案容易實現(xiàn)但無法滿足運行要求的情況，還有可能產(chǎn)生新的人因陷阱等一系列問題。只有各方協(xié)商確認(rèn)后，才能得出最符合運行人員操作習(xí)慣、設(shè)計規(guī)范，同時DCS 系統(tǒng)平臺可以實現(xiàn)的結(jié)果，從而實現(xiàn)人因問題的優(yōu)化處理。

5 總結(jié)

圖6 工藝系統(tǒng)流程圖畫面人因問題優(yōu)化流程Fig.6 Optimization process of human factor problems on the flow chart screen of process system

本文列舉了田灣核電廠5 號機組調(diào)試期間DCS 系統(tǒng)的幾個相關(guān)的典型人因失誤陷阱問題，通過分析其產(chǎn)生的機理和采取的優(yōu)化措施，可以看出這些人因陷阱均與人機環(huán)境有關(guān)，采取適當(dāng)?shù)膬?yōu)化可以得到很好的解決。因此，核電廠DCS 系統(tǒng)在滿足現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上還需要繼續(xù)優(yōu)化，同時電廠運行維護人員也應(yīng)該增加對人機環(huán)境的熟悉程度，以便有效地識別人因陷阱，避免人因失誤的發(fā)生。