一种新型的核电站主控室人机交互过程跟踪系统

胡文皖，胡鹏，刘君发，潘烽

（福建宁德核电有限公司，福建福鼎,355200）

0 引言

随着对电厂运行安全性要求的不断提高，对操纵员的操作的规范和流程的要求也越来越重视，操纵员的操作需要被方便的监护与观察，监护人员可以及时发现和纠正[1]。目前，对于大部分核电站主控室来说，对操纵员的操作监护，只能前往一回路或者二回路操作员站区域进行观察[2]。但受制于DCS鼠标较小，并且在多块屏幕中快速移动，导致监视人员对操纵员的动作难以快速捕获，容易出现注意力下降和视觉疲倦，从而降低对监视能力，一些错误操作难以快速发现[3]。另外，核电站DCS系统对机组控制人员的所有操作内容目前只能以日志的形式进行存档，回溯分析过程繁琐且不直观[4]。

1 人机交互过程跟踪系统

1.1 系统概述

通过DCS鼠标跟踪监视系统，将主控室一回路和二回路的两组操作员站中的10个OPS计算机，分别显示到POP二号和三号大屏幕背投液晶显示器上，当操纵员在任意一台OPS主机屏幕上操作鼠标时，对应的POP大屏幕都会实时的切换到操纵员鼠标所在的OPS画面，即POP大屏幕背投液晶显示器的画面始终显示的都是操纵员正在操作的OPS终端画面。同时，可对所投放的画面进行录屏保存，以便在事故发生后能够及时追溯当时的操作内容。以上功能均可根据需要随时关闭，关闭后POP大屏幕将恢复原始功能状态。

图1 鼠标跟踪网络连接示意图

1.2 方案介绍

（1）将DCS系统一回路和二回路OPS主机的DVI接口输出视频信号通过高清光纤视频线连接至高清视频矩阵，由KVM跟踪终端自动将操纵员所操作的屏幕位置通知服务器，服务器控制高清视频矩阵将操纵员正在操作的屏幕视频信号自动输出至POP大屏上，当操纵员移动鼠标操作不同的屏幕时,KVM跟踪终端会通知服务器控制矩阵自动将操纵员正在操作的画面切换至POP大屏[5]。

（2）POP大屏主机具有双输入，原POP大屏幕视频信号已经占用的背投主机1号输入，通过视频矩阵将输入的OPS画面连接至背投主机的2号输入，以保证POP屏幕兼具系统画面投放和人机交互过程跟踪的双功能[6]。

（3）每个主控室配置一台4路网络高清编解码器，通过KVM跟踪终端将10路OPS视频输入视频矩阵，同时将操纵员正在操作显示的OPS画面同步输出至POP大屏及同步进行24小时不间断网络存储，所有视频默认存储在服务器中，在此过程中操纵员操作的显示器画面自动按时间分段存储，当超过服务器硬盘设定的预警阀值后，用户可以根据提前设定的参数，系统发出警示后停止录制或自动删除过期的视频。用户可根据需要的视频通过网络存储在远程其它存储设备中，避免因长时间录制自动删除重要数据。

（4）接入DCS多画面监控系统的10路DVI信号通过DVI矩阵切换输出四路DVI信号，其中两路DVI信号直接输出至POP两台大屏显示器， 另外两路通过控制程序同步输出至机柜内安装的网络高清视频编解码器，将OPS画面信号编码存储至高清视音频录制服务器[7]。

（5）高清视音频录制服务器安装了录制程序，实现对接入的DVI视频信号进行录制保存。可以通过网络在远程随时调用录制保存下来的课件，高清视频播放软件同时播放2 个OPS操作画面，可支持快进、快退、快速拖动等功能，进行播放控制操作切换延时不超过0.3秒。

图2 系统投运及退出操作方式

（6）所有录制的图像不会出卡顿、延时不同步等现象，所有图像均支持字符叠加显示（左上角显示OPS位置，如“NI01”），根据实际显示的多画面图像内容叠加相对应的图像标识文字。所有视频以H.264多媒体格式录制存储到磁盘中。系统可以实现对多个OPS视频信号信号进行同步实时录制、存储，用户可任意调整视频压缩码率（1Mbps—10Mbps）。经过实测两路高清图像同时录制存储时占用CPU资源为10%.内存 8G[5]。

（7）当不需要使用POP大屏幕为示OPS画面时，通过远程控制程序可以将POP大屏显示的画面自动切换到原始POP画面投放模式，具体切换方式可通过软件进行一键式切换，简单快捷。

1.3 创新点

本套核电站主控室人机交互过程跟踪系统具有以下创新点：

（1）能够实现一台屏幕实时跟踪显示并放大多台人机交互主机界面，从而提高对人机交互活动的监护效率，减少人因误操作；

（2）将人机交互过程以视频形式进行实时自动存档；

（3）可在本系统与主控室POP屏原有功能之间互相切换，功能上实现一屏多用。

1.4 新型人机交互过程跟踪系统在核电站的应用

目前该系统已在某核电站站1/2/4号机组主控室安装并正式投用，预计2020年底将全部投用于某核电站四台机组上。系统投入使用后，可以有效的提高主控室运行人员的工作效率，减少高频低效的重复动作，避免分神和注意力下降，为机组的健康平稳运行打下稳固的基础。 主控室的操作直接影响着整个电厂运行的稳定性，一旦发生误操作，会造成巨大的时间和经济损失，若因为人因失误导致机组停机或降功率，将严重影响机组的效益[9]。

2 结束语

核电站主控室人机交互过程跟踪系统不仅能够降低人因失误的风险，其所拥有的录屏保存功能，在事故发生后对于原因的追溯也能提供强有力的证据，缩短在事故原因分析上所花费的时间。 保守估算，按照每台机每年累计止损1小时发电量（约合人民币100万元）、某核电站4台机平均剩余寿期为50年计算，至少可产生经济效益约2亿元人民币。从长远角度看，建立人机交互过程跟踪系统不仅有效地防止人因失误、提高了机组运行的稳定性，同时所带来的经济收益也是巨大的。