一种核级安全显示装置及其组态-解析系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种核级安全显示装置及其组态‑解析系统，本发明专利技术的组态‑解析系统包括组态编辑器、组态编译器和组态解析器；组态编辑器用于实现工程组态页面设计和参数配置，生成用户组态数据的xml描述文件；组态编译器对用户组态数据的xml描述文件进行转换，生成组态配置数据文件；在核级安全显示装置的实体机或模拟机或上位机部署有组态解析器；组态解析器用于组态配置数据文件的解析并周期性产生包括内部变量数据、工程页面数据以及人机操作数据的运行数据。本发明专利技术采用参数化的组态配置数据构造方法实现核级安全显示装置的工程组态编辑、编译以及解析运行，避免使用形式化等数学方法来验证翻译过程的可信度证明和验算活动巨大的工作量。

【技术实现步骤摘要】
一种核级安全显示装置及其组态-解析系统
本专利技术涉及核安全级数字化仪控
，具体涉及一种核级安全显示装置及其组态-解析系统。
技术介绍
核级安全显示装置是一种应用于核电或核化工行业的、与安全级DCS配套的、用于为操作员提供参数监视和手动干预核电反应堆运行或核化工关键工艺过程功能的人机交互设备，同时也用于人员培训和操作考核。核级安全显示装置的基础功能包括组态、显示、通信、人机输入、存储和模拟仿真六个部分：1)组态，通过组态工具离线设计工程页面、变量管理和参数配置；2)显示，将工程页面以真实地或模拟的方式进行呈现；3)通信，核级安全显示装置内部以及与安全级DCS之间的数据通信；4)人机输入，允许手动输入控制指令以影响核级安全显示装置行为；5)存储，对来自安全级DCS的工艺数据和自身状态信息的长周期记录；6)模拟仿真，对核级安全显示装置工程组态页面的快速验证、运行过程数据的长周期记录、运行过程数据的加载回放等。国内外核级安全显示装置组态功能设计一般采取将离线设计的人机交互工程页面、变量管理和参数配置转换为特定的计算机语言进而翻译为机器语言后在目标机上运行。这种方法中，工程组态信息翻译为目标代码的过程可信度计算是一个难题。通过形式化等数学方法可以进行翻译过程可信度验算，但这些方法较为复杂且工作耗时量巨大，验算通过后的结果也需要长时间的运行考证。与此同时，国内外核级安全显示装置的运行环境一般为X86平台下的Linux环境或嵌入式环境。Linux环境下，各项应用开发容易但软件的确认验证工作复杂且困难，同时Linux环境下很难保证运行周期的稳定性，严重降低了核级安全显示装置的高确定性特征。嵌入式环境下，运行周期的稳定性能够较好保证，但各项应用功能开发相对复杂，同时由于嵌入式环境下处理器性能等制约因素，应用功能丰富程度不高，已不能满足日益增加的应用需求。此外，国内外核级安全显示装置在设计模拟仿真功能时，采取了数值模拟的方式，仅实现行为模拟，无法通过模拟仿真功能对核级安全显示装置功能正确性和可靠性进行评估。最后，国内外核级安全显示装置还存在着抗震特性不高、集成度低等不足，无法以一体化的解决方案同时兼顾工程应用、极高可靠性、培训教学、数字孪生、运行维护数据收集分析、预防性维修等发展性需求。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的不足，本专利技术提供一种核级安全显示装置组态-解析系统以及基于该组态-解析系统设计的核级安全显示装置。本专利技术的组态-解析系统不同于常规的图形组态方法即通过计算机语言翻译转换，而是采用了参数化的组态配置数据构造方法实现核级安全显示装置的工程组态编辑、编译，避免使用形式化等数学方法来验证翻译过程的可信度证明和验算活动巨大的工作量。本专利技术基于组态配置数据构造方法设计的组态解析器、组态模拟器不同于多任务系统频繁的任务调度、堆栈操作、中断以及程序指针跳转，而是顺序的、单任务的执行工程组态相关功能，具有高确定性特征，即各功能项的执行顺序、执行时间以及执行结果是确定的且可预计。本专利技术针对性设计了组态xml文件信息安全防范机制，即通过xml文件的加解密、CRC64校验等操作，有效防止非授权阅读、篡改xml文件现象的发生，从而消除了非法xml文件被编译导致实体机和模拟机运行异常的风险。本专利技术核级安全显示装置的实体机和模拟机使用了相同的组态解析器，使得基础应用功能开发既可基于实体机也可基于模拟机，无本质上的区别。实体机和模拟机能够相互验证对方功能的正确性。本专利技术通过实体机间的热备协同机制进一步提升了实体机的可靠性。该机制下主、备机权限自动生成，同时主机人机交互行为可在备机上同步复现，使得主、备机可部署在不同的物理空间而二者行为完全相同，提升了工程应用友好程度。本专利技术采用数据差分存储与数据压缩存储结合的方法，解决了模拟机长周期运行过程数据存储的难题，为运行维护阶段实体机与模拟机长周期数字孪生奠定了基础。本专利技术中的实体机和模拟机的仿真协同机制中，模拟机通过取得来自实体机故障自诊断数据和实体机转发的来自安全级DCS的网络变量数据，能够实时地对实体机进行数字孪生，即模拟机与实体机同步运行且运行行为一致。与此同时，模拟机能够对实体机进行故障诊断和预防性维修预警分析，避免了常规的数字孪生非实时性的缺点。此外，模拟机长周期记录的过程数据也有助于教学培训和事故后工况辅助分析和定位。本专利技术中的实体机和模拟机均采用一体式抗震结构且外形相同，有利于安装使用和系统集成。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术的组态-解析流程示意图。图2为本专利技术的组态配置数据结构示意图。图3为本专利技术的单个工程页面组态配置信息的存储结构。图4为本专利技术的单项人机事件响应的配置数据的存储结构。图5为本专利技术的组态编辑器的布局示意图。图6为本专利技术的组态编辑器的画布示意图。图7为本专利技术的组态编辑器的组件构成示意图。图8为本专利技术的组态编辑器图形界面与xml文件交互关系示意图。图9为本专利技术的工程页面更新流程示意图。图10为本专利技术的组态编译器界面示意图。图11为本专利技术的组态编译器运行流程示意图。图12为本专利技术的组态编译器运行阶段1的流程示意图。图13为本专利技术的组态编译器运行阶段2的流程示意图。图14为本专利技术的组态编译器运行阶段3的流程示意图。图15为本专利技术的组态解析器运行流程示意图。图16为本专利技术的组态解析器页面准备态执行流程示意图。图17为本专利技术的组态解析器页面工作态执行流程示意图。图18为本专利技术的组态解析器对组态配置数据的解析流程示意图。图19为本专利技术的组态模拟器整体架构示意图。图20为本专利技术的组态解析器解析生成数据的差分存储结构。图21为本专利技术的组态模拟器运行信息显示窗。图22为本专利技术的组态模拟器运行界面视图。图23为本专利技术组态模拟器运行在工程组态页面验证模式下的数据流。图24为本专利技术组态模拟器运行在模拟机模式下的数据流。图25为本专利技术的模拟机模式下的模拟运行阶段数据流。图26为本专利技术的模拟机模式下的重演运行阶段数据流图27为本专利技术的核级安全显示装置结构示意图。图28为本专利技术的核级安全显示装置各部件的内在逻辑关系示意图。图29为本专利技术的一体式抗震结构的爆炸图。图30为本专利技术的一体式抗震结构的前面板结构示意图。图31为本专利技术的一体式抗震结构的整体组装示意图。图32为本专利技术的一体式抗震结构的内部组装示意图。图33为本专利技术的高密度异构电路拓扑结构示意图。图34为本专利技术的协加速器整体架构示意图。图35为本专利技术的图形协加速单元整体架构示意图。图36为本专利技术的人机协处理单元内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，包括组态编辑器、组态编译器和组态解析器；/n其中，所述组态编辑器用于实现工程组态页面设计和参数配置，生成用户组态数据的xml描述文件；/n所述组态编译器对用户组态数据的xml描述文件进行转换，生成组态配置数据文件；/n在核级安全显示装置的实体机或模拟机或上位机部署有组态解析器；所述组态解析器用于组态配置数据文件的解析并周期性产生运行数据，所述运行数据包括内部变量数据、工程页面数据以及人机操作数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，包括组态编辑器、组态编译器和组态解析器；
其中，所述组态编辑器用于实现工程组态页面设计和参数配置，生成用户组态数据的xml描述文件；
所述组态编译器对用户组态数据的xml描述文件进行转换，生成组态配置数据文件；
在核级安全显示装置的实体机或模拟机或上位机部署有组态解析器；所述组态解析器用于组态配置数据文件的解析并周期性产生运行数据，所述运行数据包括内部变量数据、工程页面数据以及人机操作数据。


2.根据权利要求1所述的一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，所述组态解析器部署在实体机时，用以解析组态配置数据，通过与协加速器配合的方式，还原工程组态页面并按照参数配置执行人机交互、数据通信和数据存储。


3.根据权利要求1所述的一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，所述组态解析器与指令控制模块、输入输出接口、数据管理模块、网络变量xml解析模块和输入/输出缓冲区构成组态模拟器；
其中，所述指令控制模块通过对数据管理模块、组态解析器、网络变量xml解析模块和输入输出接口的控制调度实现不同的工作模式；
所述输入输出接口实现对实体机所具备的硬件功能的模拟；
所述数据管理模块提供组态解析器周期性生成的运行过程数据的分区存储和管理，这些数据能够重新加载到组态解析器中运行以再现历史运行过程；
所述网络变量xml解析模块用于对网络变量列表的图形化显示，提供模拟监视和模拟强制；
所述输入/输出缓冲区用于临时存储组态解析器需要加载的过程数据或组态解析器周期性生成的过程数据。


4.根据权利要求3所述的一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，
所述组态模拟器被部署在模拟机中，用以模拟实体机运行，还原工程组态页面并按照参数配置执行人机交互、数据通信和数据存储；同时能够记录或保存运行过程数据，实现运行维护数据分析和事故重放；
或者所述组态模拟器被部署在上位机中，仅进行工程组态页面验证。


5.根据权利要求4所述的一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，所述组态模拟器工作在工程组态页面验证模式时：
指令控制模块发出“工程组态页面验证”工作指令；
网络变量xml解析模块将接收和发送网络变量列表以图形化的方式进行呈现，接收网络变量列表提供动态监视，发送网络变量列表提供模拟强制；
输入输出接口用于模拟实体按键、电阻式触摸屏、网络通信以及数据存取。


6.根据权利要求4所述的一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，所述组态模拟器工作在模拟机模式时，分为具有时间先后关系的模拟运行阶段和重演运行阶段；
其中，模拟运行阶段为：
指令控制模块发出“模拟运行”工作指令；
组态解析器收到指令后，周期性解析并执行组态配置数据，并将运行过程数据周期性送往输出缓冲区存储；
输入输出接口收到指令后，读取人机输入和网络变量输入，将网络变量和人机输入并行送往组态解析器、数据管理模块，并提供存储器访问模拟；
数据管理模块收到指令后，将人机输入和输出缓冲区中的数据周期性差分存储；
重演运行阶段为：
指令控制模块发出“重演运行”工作指令；
组态解析器收到指令后，重新加载模拟运行阶段存储的运行过程数据，实现对模拟运行阶段的历史过程、数据和操作的再现。


7.根据权利要求1-6任一项所述的一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，所述组态编译器生成的组态配置数据的数据头部带有校验码；
所述组态配置数据由头部和数据块组成；
头部中存储配置数据的校验信息、长度信息、版本号信息、描述信息、各功能数据块的基本信息、各功能数据块在组态配置数据中的偏移地址；
数据块中存储工程页面信息、切换逻辑信息和变量关联信息。


8.根据权利要求7所述的一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，所述数据块包括色块、变量块、任务块、页面块、报警块和图片资源块；
其中，所述色块是一个由多条颜色横线组成的数据块，用以表征图符关联的网络变量质量位异常；
所述变量块包括网络变量块、系统变量块和本地变量块，由索引和变量项组成；
所述任务块包括网络组包块、网络解包块和周期执行块，由索引和单个功能Fun组成；所述功能Fun为核级安全显示装置中执行具体功能的函数；
所述页面块由页面索引和单个工程页面的组态配置信息组成；
所述报警块由资源索引和报警配置组成；
所述图片资源块由资源索引、单个图片资源的索引信息以及图片资源具体数据组成。


9.根据权利要求8所述的一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，所述变量项共占用32字节：类型字段占2字节、索引字段占2字节、变量源字段占2字节、变量数据字段占26字节。


10.根据权利要求8所述的一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，所述报警配置包括变量名图片索引、报警闪烁用的第一图片索引、报警闪烁用的第二图片索引、报警标志图片索引、报警描述图片索引、报警级别和报警源。


11.根据权利要求8所述的一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，所述单个图片资源的索引信息包括图片资源的偏移地址和占用的字节数量；图片资源具体数据包括图片宽度、图片高度和具体像素值。


12.根据权利要求8所述的一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，所述单个工程页面的组态配置信息由头部数据、人机响应表头数据、人机响应功能Fun序列、页面准备功能Fun序列和页面刷新功能Fun序列组成；
其中，所述人机响应表头数据由表头序号和单项人机事件响应的配置数据组成；
所述人机响应功能Fun序列、页面准备功能Fun序列和页面刷新功能Fun序列均由功能Fun序号和功能Fun构成。


13.根据权利要求12所述的一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，所述单项人机事件响应的配置数据由人机输入键码、触摸屏坐标范围、保留字段以及功能Fun索引构成。


14.根据权利要求12所述的一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，所述功能Fun由编号ID和参数组成。


15.根据权利要求1-6任一项所述的一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，所述组态编辑器提供图形界面用于工程页面组态、工程页面切换逻辑、变量关联和图符库配置管理；
其中，工程页面组态、工程页面切换逻辑和变量关联的结果被存储在xml文件中。


16.根据权利要求1-6任一项所述的一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，所述组态编辑器包括主界面模块、工程管理模块、变量管理模块、操作面板模板管理模块、图片资源管理模块、重要参数管理模块、页面管理模块、空间样式管理模块和信息安全模块；
其中，主界面模块提供组态编辑器全局性的阅览和操作窗体；
工程管理模块提供工程目录管理、页面组织、变量及图符资源入口管理；
变量管理模块提供变量的创建、初始值、有效值和报警信息的配置；
操作面板模板管理模块提供标准或非标准的设备操作面板的创建和配置；
图片资源管理模块提供用户所需的图符导入和图符库管理；
重要参数管理模块提供对PLM组和报警数据的参数配置管理；
页面管理模块提供工程组态页面的创建、修改、删除和配置；
空间样式管理模块提供对不同类型控件的样式的编辑和管理；
信息安全模块用于在保证数据真实、完整的情况下，对组态工程的工程文件、配置文件和变量文件进行数据加密和解密。


17.根据权利要求1-6任一项所述的一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，所述组态编辑器在运行过程中，对工程文件、配置文件和变量文件的xml数据进行读取时，同步对xml数据进行解密操作；对生成的工程组态页面的xml数据加密之后进行存储。


18.根据权利要求1-6任一项所述的一种核级安全显示装置组态-解析系统，其特征在于，所述组态编译器将组态编辑器生成的用户组态数据的xml描述文件转换为配置组态数据文件具体过程为：
打开工程组态xml文件；
对工程组态xml文件进行数据加载，加载过程中同步进行xml文件的解密操作；
将加载后的数据进行校验和检查，并根据核级安全显示装置的组态配置数据结构，将加载后得到的各类数据进行转换为组态配置数据结构的数据；
将生成的组态配置数据结构的数据写入到指定的二进制文件中，即可得到组态数据配置文件。


19.一种核级安全显示装置，其特征在于，该显示装置包括上位机、实体机和模拟机；
其中，所述上位机部署有上述权利要求1-18任一项所述的组态-解析系统中的组态编辑器和组态编译器；
实体机部署有上述权利要求1-18任一项所述的组态-解析系统中的组态解析器；
模拟机部署有上述权利要求3-6任一项所述的组态-解析系统中的组态模拟器；
上位机用于离线工程页面组态并通过维护通信网络将生成的组态配置数据文件下装至实体机和模拟机；
实体机获取安全级DCS系统的数据，通过组态解析器解析组态配置数据还原工程组态页面并按照参数配置执行人机交互、数据通信和数据存储；
模拟机通过隔离通信网络与实体机通信连接以获取安全级DCS系统的数据和实体机故障自诊断数据；通过组态模拟器模拟实体机运行过程，同时能够记录或保存运行过程数据，实现运行维护数据收集分析和事故重复功能。


20.根据权利要求19所述的一种核级安全显示装置，其特征在于，所述实体机还部署有协加速器和高密度异构电路；
所述实体机的组态解析器用于解析组态配置数据文件，通过与协加速器配合的方式，还原工程组态页面并按照参数配置执行人机交互、数据通信和数据存储；
所述高密度异构电路作为承载实体机各项业务的硬件实体。


21.根据权利要求19所述的一种核级安全显示装置，其特征在于，所述实体机和模拟机均采用一体式抗震结构；
所述一体式抗震结构包括后面板（1），设置在后面板（1）下方的压板（11），设置在压板（11）下方的前面板（8），后面板（1）和前面板（8）固定连接成壳体，压板（11）的面板上设置有主处理电路板（3），压板（11）和前面板（8）之间还设置有屏幕组件（9），屏幕组件（9）设置在前面板（8）的内部，且和前面板（8）之间通过至少一块Z向的第二减震垫（13）和一个XY向的第三减震垫（12）固定，压板（11）通过压紧装置按压在屏幕组件（9）上，使所述减震垫和导电橡胶能够产生弹性变形，内部出线通过接口模块（16）从设备的后端出线，接口模块（16）由接口模块安装块（1601）和接口模块电路板（1602...

【专利技术属性】
技术研发人员：马权，赵洋，刘明星，蒋维，陈达其，吴延群，杨斌，杨斐，汪亨，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川;51