用于核电站的核安全级控制显示装置
阅读：507发布：2023-06-10
专利汇可以提供用于核电站的核安全级控制显示装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于核电仪控系统的技术领域，为了解决 现有技术 中安全控制显示装置存在的安装空间大和不能直接操作、控制核安全级设备的技术问题，本发明提供一种用于核电站的核安全级控制显示装置，所述装置包括： 控制器 、电源输入 电路 、显示器、 存储器 ，以及将所述控制器、所述电源输入电路、所述显示器、所述存储器一体化连接的 框架 ；所述存储器存储有安全级平台 软件 ；所述控制器加载运行所述存储器中的平台软件，并通过所述平台软件实现工程设计的数据显示、图形显示，以及核安全级设备的直接操控。因此，能够实现一体化的结构设计，节省安装空间，且能够直接操作、控制核安全级设备。，下面是用于核电站的核安全级控制显示装置专利的具体信息内容。
1.一种用于核电站的核安全级控制显示装置，其特征在于，包括：
控制器、电源输入电路、显示器、存储器，以及将所述控制器、所述电源输入电路、所述显示器、所述存储器一体化连接的框架；
所述存储器存储有安全级控制用的平台软件；
所述控制器加载运行所述存储器中的平台软件，并通过所述平台软件实现工程设计的数据显示、图形显示，以及核安全级设备的直接操控。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述显示器为触摸屏，并且所述框架包括前面板、后盖；所述前面板和所述后盖为轻质铝合金材料制成。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述前面板和所述后盖构成的内部空间包括减震棉和加强隔板，使得所述前面板和所述后盖内部的所述控制器、所述电源输入电路、所述显示器、所述存储器，能够牢固地被安装、且抗震等级满足抗震I类要求。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述显示器相对于所述框架的前面板居中内嵌放置，并且所述显示器与所述前面板之间连接的螺钉采用无痕压铆。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述框架的后盖采用轻质铝合金薄板折弯加工，并且所述后盖上布置有通风孔，而且所述后盖上还设置有与外部交互所需的接口。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括核心板和主处理板，所述控制器设置在核心板上，所述主处理板与所述电源输入电路连接，并且所述主处理板上设置有通信处理模块、显示器控制模块和配置接口模块。
7.根据权利要求1-6中任意一种所述的装置，其特征在于，所述平台软件包含硬件驱动单元、网络通信单元、内存管理单元、图元接口单元。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述平台软件接收所述工程组态软件生成的组态文件，并解析所述组态文件，然后根据所述组态文件对应需要显示的内容进行显示，核电站操纵员通过所述用于核电站的核安全级控制显示装置对核安全级设备进行操作，下发控制指令。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，，其特征在于，所述用于核电站的核安全级控制显示装置安装于机柜或盘台中。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述用于核电站的核安全级控制显示装置整体内嵌在所述机柜或盘台。
用于核电站的核安全级控制显示装置
技术领域
[0001] 本发明涉及核电仪控系统的技术领域，尤其涉及一种用于核电站的核安全级控制显示装置。
背景技术
[0002] 安全控制显示装置(英文全称Safety Control and Information Device，简称SCID)，是核电厂操纵员与数字化核安全级控制保护系统进行交互的人机接口装置，属于核安全级产品，需要满足核电厂在采用数字化安全级仪控系统时对人机交互设备的要求。
[0003] 现有技术中常见的安全控制显示装置一般采用分体式结构，例如西屋、英维斯、三菱等公司提供的SVDU(Safety Video Display Unit)；但是这类分体式结构的安全控制显示装置，存在安装空间大和更换成本高的技术问题。
[0004] 另外，现有技术中西屋的SVDU采用商用操作系统QNX，软件完整性不能满足IEEE 1012第四等级的标准，执行安全级B类功能，不能直接操作、控制核安全级设备，需要通过其他设备操控核安全级设备，工程应用操作复杂。
发明内容
[0005] 为了解决现有技术中安全控制显示装置存在的安装空间大和不能直接操作、控制核安全级设备的技术问题，本发明提供一种用于核电站的核安全级控制显示装置，能够采用一体化的结构设计，节省安装空间，且能够直接操作、控制核安全级设备。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供的技术方案包括：
[0007] 本发明提供一种用于核电站的核安全级控制显示装置，其特征在于，包括：
[0009] 所述存储器存储有安全级控制用的平台软件；
[0010] 所述控制器加载运行所述存储器中的平台软件，并通过所述平台软件实现工程组态设计的数据显示、图形显示，以及核安全级设备的直接操控。
[0012] 本发明实施例进一步优选地，所述前面板和所述后盖构成的内部空间包括减震棉和加强隔板，使得所述前面板和所述后盖内部的所述控制器、所述电源输入电路、所述显示器、所述存储器，能够牢固地被安装、且抗震等级满足抗震I类要求。
[0013] 本发明实施例优选地，所述显示器相对于所述框架的前面板居中内嵌放置，并且所述显示器与所述前面板之间连接的螺钉采用无痕压铆。
[0017] 本发明实施例进一步优选地，所述平台软件接收所述工程组态软件生成的组态文件，并解析所述组态文件，然后根据所述组态文件对应需要显示的内容显示出来，核电站操纵员通过所述用于核电站的核安全级控制显示装置对核安全级设备进行操作，下发控制指令。
[0018] 本发明实施例优选地，所述用于核电站的核安全级控制显示装置安装于机柜或盘台中。
[0019] 本发明进一步实施例优选地，所述用于核电站的核安全级控制显示装置整体内嵌在所述机柜或盘台中。
[0020] 采用本发明提供的上述技术方案，可以至少获得以下有益效果中的一种：
[0021] 1、安全控制显示装置将显示器与控制器所在的主机一体化的设计，节省安装空间，增加安装的灵活性。
[0022] 2、控制器加载存储器中的平台软件，而平台软件是安全级控制用的，而平台软件的完整性满足IEEE 1012第四等级的标准，执行安全级A类功能，可直接操作、控制核安全级设备，采用平台化设计方式，可灵活组态，功能丰富。进一步地，可以实现安全功能系统级与设备级手动操作，可以显示安全级参数，可以显示500个页面，可灵活组态，安全性高，且可满足多种不同堆型应用的需求。
[0023] 3、前面板和后盖构成的内部空间包括减震棉和加强隔板，使得前面板和后盖内部的控制器、电源输入电路、显示器、存储器，能够牢固地被安装、且抗震能力被增强；尤其是能够满足抗震I类要求，为核安全级1E级设备。
[0024] 发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书变得显而易见，或者通过实施本发明的技术方案而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构和/或流程来实现和获得。
附图说明
[0025] 图1为本发明实施例提供一种用于核电站的核安全级控制显示装置与组态软件之间的整体结构框图。
[0026] 图2为本发明实施例提供一种用于核电站的核安全级控制显示装置的硬件结构框图。
[0027] 图3为本发明实施例提供一种用于核电站的核安全级控制显示装置正面结构示意图。
[0028] 图4为本发明实施例提供一种用于核电站的核安全级控制显示装置背面结构示意图。
[0029] 图5为本发明实施例提供一种用于核电站的核安全级控制显示装置中软件平台内部框图。
[0030] 图6为本发明实施例提供一种用于核电站的核安全级控制显示系统中机柜或盘台的局部示意图。
具体实施方式
[0031] 以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本发明，而非对本发明的限定性解释；并且只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0032] 另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组控制器可执行指令的控制系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0033] 下面通过附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述：
[0034] 实施例
[0035] 本实施例提供的安全控制显示装置(SCID)属于核安全1E级设备，是核电厂操纵员与数字化核安全级控制保护系统进行交互的人机接口装置，满足了核电厂在采用数字化安全级仪控系统时对人机交互设备的要求。安全控制显示装置将操纵人员、控制过程对象以及仪控系统三者有机结合了起来，其设计原则实现了对核电厂安全级设备高效、安全、可靠运行的控制。
[0036] 如图1-图4所示，本实施例提供一种用于核电站的核安全级控制显示装置100，该装置100包括：安全控制显示装置的系统设计依据核安全级标准IEC61513，以及二代三代压水堆核电站的设计要求。其硬件设计主要依据核安全级硬件标准IEC60987进行设计实现，软件设计中主要根据核电安全级软件研发标准IEC60880的要求进行设计实现，且画面的图元的显示效果依据NUREG 0700人因标准进行设计。
[0037] 硬件模块130，硬件模块130包括控制器132、存储器和显示器，存储器中存储有平台软件，该平台软件用于显示数据、图形，发送核安全级设备的操作指令；硬件模块130包括控制器132，控制器132上电之后，能够加载并运行存储器中的平台软件120，平台软件120中包括图形显示模块122、操作控制模块124、硬件驱动模块126和数据通信模块128，图形显示模块122根据解析后的图形组态显示文件显示组态画面，操作控制模块根据操纵员对显示画面中安全级设备的操作，下发对应的控制指令，硬件驱动模块126包含网络驱动、显示器驱动、触摸屏驱动、存储设备驱动、串口驱动等，使所有的硬件器件按照预定的要求进行工作，数据通信模块128用于与待控制的安全设备进行通信；以及
[0038] 将控制器132、电源输入电路、显示器、存储器一体化连接的框架；
[0039] 控制器132加载运行存储器中的平台软件120，平台软件120在解析组态文件110后实现文本、图符、数据显示，以及设备操控指令的下发，其中组态文件110由工程组态软件300编译生成。
[0040] 需要说明的是本实施例提供的组态软件采用和睦系统中的组态软件，该组态软件300能够接收输入的工程数据200，组态文件110由组态软件300编译生成，生成有画面文件、图符文件、算法文件、参数文件、配置文件；而组态软件300和组态文件110之间的通信关系也不限于图1，例如平台软件120也可以通过组态文件110将相关的状态信息反馈至组态软件300。
[0041] 如图2所示，本实施例优选的实施方式中，控制器132可以采用CPU(Central Processing Unit，中央处理器)架构的，CPU加载运行软件平台之后，构成图2中的CPU系统230，CPU系统230所在的硬件模块也称核心板，与核心板230连接的电路板称为主处理板
220，该主处理板220包括通信处理模块222、LCD显示控制模块224、配置接口226，主处理板
220与LCD显示屏240连接，并将电源输入电路210的电压转换成预定大小的电压，输入至CPU系统230和LCD显示屏。即本实施例提供的用于核电站的核安全级控制显示装置100还包括核心板和主处理板，控制器设置在核心板上，主处理板与电源输入电路连接，并且主处理板上设置有通信处理模块、显示器控制模块和配置接口模块。
220，该主处理板220包括通信处理模块222、LCD显示控制模块224、配置接口226，主处理板
220与LCD显示屏240连接，并将电源输入电路210的电压转换成预定大小的电压，输入至CPU系统230和LCD显示屏。即本实施例提供的用于核电站的核安全级控制显示装置100还包括核心板和主处理板，控制器设置在核心板上，主处理板与电源输入电路连接，并且主处理板上设置有通信处理模块、显示器控制模块和配置接口模块。
[0042] 当然本实施例不限于此，例如还可以采用FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)架构的处理器。
[0043] 如图3、图4所示，本实施例优选地，显示器为触摸屏1020，并且框架包括前面板1010、后盖1012；前面板1010和后盖1012为轻质铝合金材料制成。
[0044] 本实施例进一步优选地，前面板1010和后盖1012构成的内部空间包括减震棉和加强隔板，使得前面板和后盖内部的控制器、电源输入电路、显示器、存储器，能够牢固地被安装、且抗震能力被增强。例如，控制器、电源输入电路、显示器、存储器彼此之间，以及与前面板1010、后盖1012之间分别填充有减震棉，并且在前面板1010和后盖1012构成的内部空间预设有加强隔板，分别将不同元件进行固定，或者将不同的元件进行隔离，且加强隔板与其他元件之间也填充有减震棉。
[0045] 更具体的实施方式中，安全控制显示装置主体为长方体造型，壳体材质为轻质铝合金，表面具有较好的外观质感及48h以上的盐雾防腐能力。安全控制显示装置通过壳体结构设计及减震棉的合理分布实现优秀的抗震性能；前面板作为显示装置的主承力结构，采用具有良好的力学性能的AL5052-HX8高强度硬质铝合金一体加工成型，实现对内部设备的包裹式安装，结合减震棉及加强隔板的使用，确保内部装载触摸屏、显示屏及主处理板、核心板的牢固安装及抗震能力。安全控制显示装置后盖采用轻质铝合金薄板折弯加工，后盖上布置通风孔，便于内部器件散热。后盖上有与外部交互所需的接口，实现与外部的交互及控制显示功能。并且安全控制显示装置通过基准鉴定试验、环境鉴定试验、EMC鉴定试验、抗震鉴定试验，其中，抗震等级满足抗震I类要求。
[0046] 如图3、图4所示，本实施例优选地，显示器1020相对于框架的前面板居中内嵌放置，并且显示器1020与前面板1010之间连接的螺钉采用无痕压铆。
[0047] 如图4所示，本实施例优选地，框架的后盖1040采用轻质铝合金薄板折弯加工，并且后盖上布置有通风孔1042，后盖上站号拨码开关1052，可以设置不同的站号，网络端口1054实现该装置与网络的数据通信，电源端口1056为冗余电源，提供电源的接口。
[0048] 如图3、图4所示，前面板1010、后盖1012之间设置有通孔，通孔用于安装固定螺钉1030，该固定螺钉1030将核安全级控制显示装置100固定在机柜或盘台框架中。
[0049] 本实施例优选地，平台软件包含硬件驱动单元、网络通信单元、内存管理单元、图元接口单元。具体地，如图5所示，该安全控制显示装置包括显示控制单元121(例如Runtime Function)，该显示控制单元121包括图形显示模块、操作控制模块、数据通信模块；数据库和服务单元123(例如Libraries and services)，该数据库和服务单元123包括GUI(Graphical User Interface，图形用户界面)模块，网络协议栈模块、自诊断模块和异常处理模块；板级支持包单元(例如Board Support Package，简称BSP)125，该BSP包括显示驱动模块、网络驱动模块、存储设备驱动模块、触摸屏驱动模块、引导软件模块、总线驱动模块、LED驱动模块和串口驱动模块等。
[0050] 本实施例进一步优选地，平台软件接收工程组态软件生成的组态文件，并解析组态文件，然后将组态文件对应需要显示的文本、数据、图符显示出来，运行算法逻辑，并结合当前核电站核安全级设备的实时状态，下发设备开、关、停止运行等操控指令。
[0051] 具体地，安全控制显示装置支持组态，周期运行中解析并运行组态文件，从而实现工程应用的功能。其中，组态文件由工程人员在自主研制的离线组态软件中，根据工程设计文件组态、编译生成。可以根据核电厂应用需求的不同灵活实现界面显示，通用性、移植性更强，更易于维护，可以满足多种堆型不同应用的需求。
[0052] 而且安全控制显示装置(英文全称Safety Control and Information Device，简称SCID)采用平台化的设计原则，平台软件采用完全自主研制的核安全级实时操作系统，不采用第三方商用操作系统。其设计实现满足标准IEC 6088的要求。安全控制显示装置软件的完整性满足标准IEEE 1012第四等级的要求，满足GB/T 15474-2010中关于A类功能的要求。另外，安全控制显示装置的页面格式、内容、色彩等方面满足NUREG-0700人因标准，通过了人因工程验证。
[0053] 本实施例中的安全控制显示装置主要功能包括：安全功能系统级与设备级手动操作；安全级执行机构设备状态显示；PAMS参数显示；设备状态图符显示等。并且该安全控制显示装置具有这些特性：时间确定性，SCID的周期固定为200MS，每周期中静态调度代码模块；行为确定性，SCID每周期输出和输入严格对应，运算时间和输入的负荷是独立的；空间确定性，SCID的内存静态分配，具有更好的内存空间确定性；可靠性，SCID采用自主研制的通信协议，保证通信的可靠性；而且SCID具有一定的容错性，不会因其他设备的原因而导致自身不可用。
[0054] 本实施例中SCID更具体的性能指标如表1所示：
[0055] 序号 性能 指标1 CPU使用率 <70％
2 内存负荷率 <50％
3 网络负荷率 <40％
4 运行周期 200ms
5 自诊断覆盖率 98％以上
6 显示屏尺寸 10.4英寸电阻触摸屏
7 散热要求 自然散热
8 分辨率 800*600
9 最大画面数 500页
10 网络容量 4个网络端口
11 MTBF 80000h
2 内存负荷率 <50％
3 网络负荷率 <40％
4 运行周期 200ms
5 自诊断覆盖率 98％以上
6 显示屏尺寸 10.4英寸电阻触摸屏
7 散热要求 自然散热
8 分辨率 800*600
9 最大画面数 500页
10 网络容量 4个网络端口
11 MTBF 80000h
[0056] 表1.本实施例提供的核安全级控制显示装置的性能指标
[0057] 如图6所示，本实施例优选地，用于核电站的核安全级控制显示装置整体内嵌在机柜或盘台中。具体地，安全控制显示装置在结构上采用一体化结构进行设计实现，即在紧凑的空间内使装置的整体的抗震要求满足抗震I类，一体化结构使该核安全级控制显示装置100可以安装于机柜，也可以安装在主控室内盘台410中框架420中，例如直接内嵌在在框架
420中。
420中。
[0058] 采用本提供的上述技术方案，可以至少获得以下有益效果中的一种：
[0059] 1、安全控制显示装置将显示器与控制器所在的主机一体化的设计，节省安装空间，增加安装的灵活性。
[0060] 2、控制器加载存储器中的平台软件，而平台软件是安全级控制用的，而平台软件的完整性满足IEEE 1012第四等级的标准，执行安全级A类功能，可直接操作、控制核安全级设备，采用平台化设计方式，可灵活组态，功能丰富。进一步地，可以实现安全功能系统级与设备级手动操作，可以显示安全级参数，可以显示500个页面，可灵活组态，安全性高，且可满足多种不同堆型应用的需求。
[0061] 3、前面板和后盖构成的内部空间包括减震棉和加强隔板，使得前面板和后盖内部的控制器、电源输入电路、显示器、存储器，能够牢固地被安装、且抗震能力被增强；尤其是能够满足抗震I类要求，为核安全级1E级设备。
[0062] 本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0063] 最后需要说明的是，上述说明仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，都可利用上述揭示的做法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和简单的替换等，这些都属于本发明技术方案保护的范围。
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