浮动式核动力模拟器教员站辅助教学功能改进设计

景应刚, 侯雪燕, 李 青, 刘 伟



浮动式核动力模拟器教员站辅助教学功能改进设计

景应刚, 侯雪燕, 李 青, 刘 伟

（中核武汉核电运行技术股份有限公司, 武汉 430223）

本文针对浮动式核动力模拟器的结构进行了分析，并对其中的教员工作站辅助教学系统的功能进行了分析与升级设计，包括触发器功能、学员评估系统、教案编辑方式、教案管理方式。通过提供功能强大的辅助教学手段，作为模拟器、人机接口的教练员工作站可以更好地服务于教学培训。

浮动式核动力模拟器 教员站 辅助教学功能

0 引言

辅助教学功能是模拟器教员工作站的功能之一，在日常教学培训使用频率较高。国外有影响的仿真公司（GSE Systems、L-3MAPPS、CORYS T.E.S.S等）的教练员工作站软件都具备强大的辅助教学功能。浮动核动力仿真平台的教练员工作站软件也有相关的辅助教学功能，在结合了用户的需求，同时也为了仿真平台的持续改进，需要对工作站辅助教学功能进行改进设计，使教员能够更加方便地在培训前准备好包含教练员指令、操纵人员行为和提示的教案，能够提前检查核对教案，确保模拟器执行教案时，有能力产生预期的参考机组响应，能够满足预定的学习和考试目标，而没有重大的性能差异或偏离核准的场景顺序。

1 浮动式核动力模拟器

以核动力仿真技术为基础的浮动核动力模拟器集成了工艺系统仿真、数字化仪控系统仿真，可实现对控制逻辑、主控室人机界面、后备盘台的模拟操作，供学员培训。

浮动核动力模拟器由教员站、盘台区、通讯程序、UPS电源等部分组成，组成框图如图1所示。

2 相关的模拟器功能

辅助教学功能是程序化的模拟器动作序列。

核电仿真平台教练员工作站已有的辅助教学功能基于下列教控功能：

1) 故障 (malfunction)：可能影响或改变模型中的所模拟的仪表或部件正常运行的模拟器特性。

2) 就地(remote)：模拟器正常运行和故障运行时所规定的控制室以外的操作。就地功能使教练员可以对就地进行控制。

3) 超控 (override)：使教练员能够中断或修改模拟器数学模型与盘台仪表之间输入/输出数据传递。

4) 外部参数（extern parameters）：通过控制室或就地操作无法调整，又对仿真机的运行产生较为重要的影响的因素。

5) 仿真模式控制（simulation mode control）：使教练员能够控制模拟器运行状态，实时、步进、快时、慢时运行。

在此基础上，需要增加设计以下功能：

1) 触发器 (trigger)

触发器是用加、减、乘、除、大于、小于等运算符连接模拟器中的变量形成的逻辑表达式。教练员在进行设置故障、就地、超控和编辑教案等操作时，能够选择触发条件，一经加入，进行每秒一次的动态计算，当检测到表达式为真时，触发相应的故障等操作，为故障组合、超控异常提供了手段。

模拟器需要增加人机接口使教练员能够方便地增加、编辑触发器。

2) 学员评估系统TPM(trainee performance monitoring)

TPM使教员可以依照预先设置的标准，监视、评估学员在选定的培训过程中的操作，并生成相应的报告。TPM考察学员在整个培训过程中的操作水平，学员在操作时，要保证选定的关键参数在教员设置的边界之内，才能获得高分。评分标准可以采用以下两种算法：

1) 时间权重法（Time weighted ）,单个参数得分计算如公式(1)所示。

2) 综合错误法（Integrated Error）,单个参数得分计算如公式(2)所示。

一个TPM涉及的参数的权重系数满足公式(3)，教员能够根据重要性设置每个参数的权重系数。

学员的总成绩计算如公式(4)所示。

3 教案编辑方式设计

为了能够直观地显示操作流程，改进设计的教案数据结构在操作之上增加了一级操作组。一个教案能够包含一个或多个操作组（场景），每个操作组包含若干操作。设计了3种教案编辑方式，其中通过教练员工作站人机界面编辑教案方式多用于教员有目的的备课，较为通用。

3.1 教案流程

启动教练员工作站后，进入教案编辑模式，建立操作组，之后和教学控制相关的操作将被捕捉，显示在教案编辑窗口，成为操作组节点的子节点。教员能够设置操作组的执行条件、相对上一个操作组的执行时间、操作组是手动执行还是自动执行。教案执行时，具有自动属性的步骤会

自动执行，具有手动属性的步骤需要教员手动激活执行，否则教案暂停执行，一直等待。具有跳过属性的步骤被忽略，不被执行。

3.2 将操作日志导入为教案工作流程设计

如果教员进行模拟器操作后，认为操作流程对于后续培训有意义，能够将操作日志导入为教案。教练员能够打开操作日志，选择操作日志中的某些操作添加到选定教案的某个操作组内。

3.3 通过脚本文件方式制作教案设计

3.3.1 设计的语法符号

如果教练员对脚本语言熟悉，能够编写脚本文件快速制作教案。在文本编辑器环境，按照约定的语法编写教案脚本文件。需要在核电仿真平台增加用 LEX、YACC构建的服务程序对要执行教案脚本文件进行词法、语法进行解析。

3.3.2 脚本文件示例

Res I001; //复位到ICI001

Run; //运行模拟器

if(v1_pos>0.9) start tpm 5 //如果变量v1_pos>0.9，启动tpm 5

Malf tar10101 0.5 //插入故障tar10101=0.5

Wait 6; //等待6秒

Demalf tar10101; //删除故障tar10101

if(hms.p >500) stop tpm5; //如果变量hms.p >500，终止tpm 5。

4 教案管理器设计

教案管理器主要包含以下功能：

1) 查看教案信息，能够查看已有教案的描述、创建时间、最后修改时间、当前状态（执行、未执行、编辑）。

2) 提供编辑教案人机接口，当教练员进入教案编辑模式后，能够新建教案、编辑教案、删除教案、修改教案描述。

3) 提供执行教案人机接口，教练员能够实时运行教案，观察教案的执行状况，终止教案执行。

通过MYSQL数据库保存教案描述信息，以文件方式保存具体的教案内容。使用多线程方式执行教案，以保证人机界面刷新与教案执行同步。

5 结束语

此设计已经应用到核动力仿真平台教练员站上。教练员通过改进设计的辅助教学功能,能够更加便捷地制作功能强大的教案，在教学时能够更加心中有数、有的放失，有充分时间关注学员的反应及表现，并能够对学员的行为进行评估，从而获得更好的培训效果。

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[3] 孟祥忠，王博.电力系统自动化[M].北京：北京大学出版社，2006.

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Improvement Design of Auxiliary Teaching Function for Foating Nuclear Power Simulator

Jing Yinggang, Hou Xueyan, Li Qing, Liu Wei

(China Nuclear Power Operation Technology Cooperation Ltd, Wuhan 430223, China)

TL99

A

1003-4862（2016）05-0028-03

2016-03-19

景应刚（1983-），男，硕士，工程师。研究方向：核电仿真平台。