一种压水堆核电厂装卸料操作工艺仿真系统技术方案

本发明专利技术涉及一种压水堆核电厂装卸料操作工艺仿真系统，包括由LED显示屏、触摸屏和由按钮、开关、操纵杆、指示灯、报警器构成的元器件部分组成的操作控制台，由可编程序控制器PLC、PC机图形工作站组成的信息通讯和处理装置，由场景显示器和摄像头显示器组成的显示装置，以及工控机。本发明专利技术的装卸料操作工艺仿真系统严格按照真实装卸料机功能进行设计的，模拟对象丰富，仿真数据可靠、真实感强，对各种常见异常状态或故障状态进行模拟，允许交互操作和消除故障，具有部件展示功能，触摸屏具有界面控制功能，简化操作台布局，可进行后续功能扩展，可以有效培训装卸料操作人员，可广泛用于核电站及有关的模拟仿真系统。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及三维虚拟仿真系统，具体涉及一种核电厂装卸料操作工艺仿真系统。
技术介绍
核电厂装卸料机安置在安全壳内部，由于安全壳内部具有很高的放射性，使得对装卸料操作人员的培训有很大的不便。为使工作人员达到熟练操作的目的，核电厂普遍采用装卸料操作模拟机的训练方法培训工作人员。然而，这种模拟机设备造价昂贵且受培训人员数量和场地限制，不能完成大量初学学员的培训任务。更重要的是，无法设置出现机械及电气硬件故障或重现故障来培训操作员应对异常情况的能力。 当前广泛应用于各领域的虚拟现实技术具有沉浸性、交互性、构想性的特点。基于虚拟现实技术实现装卸料机操作工艺仿真系统，可提供在虚拟堆芯环境中进行观察、分析、操作和控制能力，达到装卸料操作人员的培训目的。 但由于核电厂堆型不同，涉及的装备、堆芯布置、工艺流程等都有差异，适用于某一电站的装卸料机操作工艺仿真系统并不适用于培训另一种堆型的电站装卸料操作人员。在当前先进压水堆核电技术发展的背景下，针对新型核电厂的装卸料操作工艺仿真平台亟需研发和增强培训功能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于建立先进压水堆核电厂装卸料机的虚拟操作仿真平台，模拟核电厂完整的装卸料操作过程和工艺流程，模拟各种异常、故障状态的发生和解除，同时增加关键部件虚化展示、视频录制回放的辅助功能，以增强其培训作用。整个仿真平台支持交互式操控，也使得能更好地培训压水堆核电厂装卸料机操作人员。本专利技术是这样实现的它包括由LED显示屏、触摸屏和由按钮、开关、操纵杆、指示灯、报警器构成的元器件部分组成的操作控制台，由可编程序控制器PLC、PC机图形工作站组成的信息通讯和处理装置，由场景显示器组成的显示装置，以及工控机，所述的操作控制台是依照实际装卸料系统的操作台等比例制作的，其中所述的操作控制台中的LED显示屏、触摸屏与所述工控机相连接，所述工控机与所述信息通讯和处理装置中的可编程序控制器PLC相连接，所述元器件部分与所述信息通讯和处理装置中的可编程序控制器PLC相连接，所述可编程序控制器PLC与所述PC机图形工作站相连接，所述PC机图形工作站与所述显示装置相连接；所述元器件部分中的按钮、开关、操纵杆是发送指令控制装卸料机系统的，所述LED显示屏、元器件部分中的指示灯、报警器是接收指令信号进行相关信息显示和报警的，所述触摸屏是显示控制模块，发送控制指令同时也能接收信息并显示，所述可编程序控制器PLC是实现信号的输入、输出和处理的，用于采集所述操作控制台的信号，处理后发送给PC机图形工作站来控制虚拟现场的装卸料机动作，同时接收所述PC机图形工作站反馈的虚拟现场信息，处理后发送给所述操作控制台的触摸屏和LED显示屏显示，同时点亮操作控制台的指示灯或触发报警器，PC机图形工作站是处理来自可编程序控制器PLC的指令、控制三维虚拟装卸机的动作、同时将虚拟装卸料机相关状态反馈给所述可编程序控制器PLC并在所述操作控制台显示，虚拟装卸料机动作场景通过直接与PC机图形工作站相连的所述显示装置进行显示，所述显示装置除了所述场景显示器外还包括有摄像头显示器，其中所述的场景显示器是显示实际现场操作员所能观察到的堆芯场景，所述的摄像头显示器是显示堆芯中摄像头捕捉的实时场景；所述的操作控制台中触摸屏还包括下述功能模块信息显示模块用于显示装卸料机系统运行过程中的实时动画、运动状态参数以及异常、故障情况的提示和报警；触敏控制模块用于发出控制指令，对装卸料机进行运动控制，选择手动/自动/半自动运动模式，解除报警故障以及进行界面之间切换；料单加载模块用于在自动运行模式下，从系统硬盘直接载入装/卸料单文件，由系统自动读取相关参数，实现自动控制虚拟装卸料机进行装卸动作；·堆芯图更改模块用于在装载/卸料之前允许操作员对堆芯燃料布局情况进行设置更改；界面模块形成操作过程中不同阶段的操控界面，包括登入界面、登出界面、主界面、堆芯界面、提升机构界面、系统故障报警和处理界面、报警提示界面、偏位操作界面；所述的信息通讯和处理装置中的可编程序控制器PLC还具有下述功能模块联锁判断模块根据大小车、提升机构的联锁条件判断是否存在联锁，并设定联锁后的运动状态；异常、故障判断模块根据设定的装卸料机各运行参数阈值，判断是否出现异常、故障状态，设定触发异常、故障状态后的运行状态；偏位操作模块根据偏位算法判断大小车偏位位置，设定偏位运行时的运动状态；所述的信息通讯和处理装置中的PC机图形工作站还具有下述功能模块图形工作站模块实现虚拟装卸料机动作，还能够模拟现场设备、仪器仪表的物理属性和工作仿真，实现温度测量仪、载荷测量仪、驱动器及编码器功能的仿真；异常状态模拟功能模块将现场设备、仪器仪表作为故障源载体，使自身进入故障状态从而模拟产生电气、机械异常情况和故障，能够模拟燃料超载、欠载、最大超载、行程旁路联锁、载荷测量仪对比错误、编码器对比错误、爪具汽缸气压低、倾翻机未竖立、大车/小车/提升机构运动失效、套筒不在O位置、钥匙开关联锁旁路、弯曲组件放置、组件装填、爪具联锁的系统常见异常或故障情况；部件虚化模拟模块对装卸料机提升机构复杂部件结构及爪具动作过程进行层层虚化展示；视频录制和回放模块记录装料/卸料操作过程，回放文件记录的操作过程，回放过程支持漫游查看；三维模型设置模块修改堆芯单元燃料放置情况，设置弯曲燃料，并对虚拟设备的异常、故障情况进行触发；摄像头场景模块控制摄像头场景及摄像视角的切换。本专利技术的仿真工艺系统具备完整实现以下装卸料操作过程根据压水堆核电厂燃料厂房及系统工艺流程的情况，装卸料机在堆芯位置(157个工位)、倾翻篮位置(I个工位)之间装卸运输燃料组件。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点I)本专利技术提供的装卸料操作工艺仿真系统是国内第一台模拟先进压水堆装卸料机操作培训的模拟仿真系统，其严格按照真实装卸料机功能进行设计，符合其工艺要求和操作流程；2)虚拟场景真实、生动、准确反映了实际场景中元素，着色逼真，模拟对象丰富，同时赋予仿真对象以各种物理属性，仿真的数据更可靠，真实感更强；3)对各种常见“异常状态”或“故障状态”进行模拟，允许操作员进行交互操作和消除故障，增强了对操作员应对异常状态能力的培训； 4)具有部件虚化展示功能，辅助操作员更好理解关键部件的组成和机械联锁原理；5)具有触摸屏界面控制功能，增强了逻辑性和交互性，简化了硬件操控台布局，操控界面丰富完善，与真实装卸料机的触摸屏界面一致；6)具有操作步骤录制回放功能，能够查看学员操作中存在的问题，增强了培训效果;7)可进行后续功能扩展，持续更新实际电厂运行过程中发现的异常状况和故障状态，扩展故障模拟库。利用该仿真系统，可以有效培训装卸料操作人员，并能不破坏机械及电气设备情况下，实现对操作员的有效培训。附图说明图I是本专利技术的原理方框2是本专利技术的操作程序流程I中1.操作控制台2.信息通讯和处理装置3.显示装置具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图I所示，本专利技术的装卸料操作工艺仿真系统主要包括LED显示器、触摸屏和由按钮、开关、操纵杆、指示灯、报警器构成的元器件部分组成的操作控制台I、由可编程序控制器PLC、PC机图形工作站组成的信息通讯和处理装置2、由场景显示器和摄像头显示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压水堆核电厂装卸料操作工艺仿真系统，包括由LED显示屏、触摸屏和由按钮、开关、操纵杆、指示灯、报警器构成的元器件部分组成的操作控制台（1），由可编程序控制器PLC、PC机图形工作站组成的信息通讯和处理装置（2），由场景显示器组成的显示装置（3），以及工控机，其特征在于：所述的操作控制台（1）是依照实际装卸料系统的操作台等比例制作的，其中所述的操作控制台（1）中的LED显示屏、触摸屏与所述工控机相连接，所述工控机与所述信息通讯和处理装置（2）中的可编程序控制器PLC相连接，所述元器件部分与所述信息通讯和处理装置（2）中的可编程序控制器PLC相连接，所述可编程序控制器PLC与所述PC机图形工作站相连接，所述PC机图形工作站与所述显示装置（3）相连接；所述元器件部分中的按钮、开关、操纵杆是发送指令控制装卸料机系统的，所述LED显示屏、元器件部分中的指示灯、报警器是接收指令信号进行相关信息显示和报警的，所述触摸屏是显示控制模块，发送控制指令同时也能接收信息并显示，所述可编程序控制器PLC是实现信号的输入、输出和处理的，用于采集所述操作控制台（1）的信号，处理后发送给PC机图形工作站来控制虚拟现场的装卸料机动作，同时接收所述PC机图形工作站反馈的虚拟现场信息，处理后发送给所述操作控制台（1）的触摸屏和LED显示屏显示，同时点亮操作控制台（1）的指示灯或触发报警器，PC机图形工作站是处理来自可编程序控制器PLC的指令、控制三维虚拟装卸机的动作、同时将虚拟装卸料机相关状态反馈给所述可编程序控制器PLC并在所述操作控制台（1）显示，虚拟装卸料机动作场景通过直接与PC机图形工作站相连的所述显示装置（3）进行显示，所述显 示装置（3）除了所述场景显示器外还包括有摄像头显示器，其中所述的场景显示器是显示实际现场操作员所能观察到的堆芯场景，所述的摄像头显示器是显示堆芯中摄像头捕捉的实时场景；所述的操作控制台（1）中触摸屏还包括下述功能模块：信息显示模块：用于显示装卸料机系统运行过程中的实时动画、运动状态参数以及异常、故障情况的提示和报警；触敏控制模块：用于发出控制指令，对装卸料机进行运动控制，选择手动/自动/半自动运动模式，解除报警故障以及进行界面之间切换；料单加载模块：用于在自动运行模式下，从系统硬盘直接载入装/卸料单文件，由系统自动读取相关参数，实现自动控制虚拟装卸料机进行装卸动作；堆芯图更改模块：用于在装载/卸料之前允许操作员对堆芯燃料布局情况进行设置更改；界面模块：形成操作过程中不同阶段的操控界面，包括登入界面、登出界面、主界面、堆芯界面、提升机构界面、系统故障报警和处理界面、报警提示界面、偏位操作界面；所述的信息通讯和处理装置（2）中的可编程序控制器PLC还具有下述功能模块：联锁判断模块：根据大小车、提升机构的联锁条件判断是否存在联锁，并设定联锁后的运动状态；异常、故障判断模块：根据设定的装卸料机各运行参数阈值，判 断是否出现异常、故障状态，设定触发异常、故障状态后的运行状态；偏位操作模块：根据偏位算法判断大小车偏位位置，设定偏位运行时的运动状态；所述的信息通讯和处理装置（2）中的PC机图形工作站还具有下述功能模块：图形工作站模块：实现虚拟装卸料机动作，还能够模拟现场设备、仪器仪表的物理属性和工作仿真，实现温度测量仪、载荷测量仪、驱动器及编码器功能的仿真；异常状态模拟功能模块：将现场设备、仪器仪表作为故障源载体，使自身进入故障状态从而模拟产生电气、机械异常情况和故障，能够模拟燃料超载、欠载、最大超载、行程旁路联锁、载荷测量仪对比错误、编码器对比错误、爪具汽缸气压低、倾翻机未竖立、大车/小车/提升机构运动失效、套筒不在0位置、钥匙开关联锁旁路、弯曲组件放置、组件装填、爪具联锁的系统常见异常或故障情况；部件虚化模拟模块：对装卸料机提升机构复杂部件结构及爪具动作过程进行层层虚化展示；视频录制和回放模块：记录装料/卸料操作过程，回放文件记录的操作过程，回放过程支持漫游查看；三维模型设置模块：修改堆芯单元燃料放置情况，设置弯曲燃料，并对虚拟设备的异常、故障情况进行触发；摄像头场景模块：控制摄像头场景及摄像视角的切换。...

【技术特征摘要】
1.一种压水堆核电厂装卸料操作工艺仿真系统，包括由LED显示屏、触摸屏和由按钮、开关、操纵杆、指示灯、报警器构成的元器件部分组成的操作控制台(I )，由可编程序控制器PLC、PC机图形工作站组成的信息通讯和处理装置(2)，由场景显示器组成的显示装置(3)，以及工控机，其特征在于所述的操作控制台(I)是依照实际装卸料系统的操作台等比例制作的，其中所述的操作控制台(I)中的LED显示屏、触摸屏与所述工控机相连接，所述工控机与所述信息通讯和处理装置(2)中的可编程序控制器PLC相连接，所述元器件部分与所述信息通讯和处理装置(2 )中的可编程序控制器PLC相连接，所述可编程序控制器PLC与所述PC机图形工作站相连接，所述PC机图形工作站与所述显示装置(3)相连接；所述元器件部分中的按钮、开关、操纵杆是发送指令控制装卸料机系统的，所述LED显示屏、元器件部分中的指示灯、报警器是接收指令信号进行相关信息显示和报警的，所述触摸屏是显示控制模块，发送控制指令同时也能接收信息并显示，所述可编程序控制器PLC是实现信号的输入、输出和处理的，用于采集所述操作控制台(I)的信号，处理后发送给PC机图形工作站来控制虚拟现场的装卸料机动作，同时接收所述PC机图形工作站反馈的虚拟现场信息，处理后发送给所述操作控制台(I)的触摸屏和LED显示屏显示，同时点亮操作控制台(I)的指示灯或触发报警器，PC机图形工作站是处理来自可编程序控制器PLC的指令、控制三维虚拟装卸机的动作、同时将虚拟装卸料机相关状态反馈给所述可编程序控制器PLC并在所述操作控制台(I)显示，虚拟装卸料机动作场景通过直接与PC机图形工作站相连的所述显示装置(3 )进行显示，所述显示装置(3 )除了所述场景显示器外还包括有摄像头显示器，其中所述的场景显示器是显示实际现场操作员所能观察到的堆芯场景，所述的摄像头显示器是显示堆芯中摄像头捕捉的实时场景； 所述的操作控制台(I)中触摸屏还包括下述功能模块 信息显示模块用于显示装卸料机系统运行过程中的实时动画、运动状态参数以及异常、故障情况的...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶琛，张凯峰，徐进津，文忠，管正刚，丁凯强，周凯旋，俞敏，黄凯强，
申请(专利权)人：国核电站运行服务技术有限公司，
类型：发明
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