核電站裝卸料模擬機(jī)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

核電站裝卸料模擬機(jī)的設(shè)計(jì)與開發(fā)摘要：文章根據(jù)核電廠對(duì)于裝卸料技能培訓(xùn)的需求，提出了一種核電站裝卸料培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)過程。該系統(tǒng)將儀控、仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)等多種技術(shù)結(jié)合，以實(shí)體控制盤臺(tái)與人機(jī)交互界面作為輸入輸出，以虛擬設(shè)備作為輸出響應(yīng)以表現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)過程，以教控臺(tái)作為控制與教學(xué)輔助，實(shí)現(xiàn)了核電站裝卸料的自動(dòng)化。關(guān)鍵詞：核電站；裝卸料；培訓(xùn)系統(tǒng)；模擬機(jī)；虛擬設(shè)備；教控臺(tái)文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1概述裝卸料技能培訓(xùn)是核電廠技能培訓(xùn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的書本教學(xué)對(duì)于學(xué)員來說缺少實(shí)物操作體驗(yàn)，培訓(xùn)效果欠佳。而按照現(xiàn)場(chǎng)建造一個(gè)實(shí)際的培訓(xùn)環(huán)境，那么工程量宏大，并非一個(gè)良好的解決方案。伴隨著仿真技術(shù)的開展，尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在仿真領(lǐng)域的應(yīng)用，基于仿真技術(shù)的裝卸料模擬機(jī)開發(fā)被提出。裝卸料模擬機(jī)具有實(shí)體的操作盤臺(tái)以及人機(jī)交互界面，讓培訓(xùn)人員可以實(shí)際動(dòng)手演練，加快操作的純熟程度，還利用虛擬的裝卸料機(jī)與廠房環(huán)境，增強(qiáng)培訓(xùn)人員身臨其境的體驗(yàn)，同時(shí)也讓教員能通過虛擬的設(shè)備來監(jiān)測(cè)學(xué)員的操作情況。裝卸料模擬機(jī)還具備教控臺(tái)，教員通過教控臺(tái)可以實(shí)時(shí)地對(duì)裝卸料的條件和場(chǎng)景進(jìn)展調(diào)度控制，使學(xué)員可以應(yīng)付各種操作要求。因此，可以說裝卸料模擬機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)的書本教學(xué)與實(shí)體培訓(xùn)設(shè)備來說是一個(gè)折中的方案，它具有良好的培訓(xùn)效果，并具有本錢低、工期短、維護(hù)方便的特點(diǎn)。2設(shè)計(jì)思路2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)裝卸料模擬機(jī)各組成部分包含實(shí)體控制臺(tái)、人機(jī)交互界面軟件、教控臺(tái)軟件、邏輯控制軟件、虛擬設(shè)備軟件。各個(gè)部分之間的關(guān)系構(gòu)造如圖1所示：圖1系統(tǒng)關(guān)系構(gòu)造圖裝卸料模擬機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含以下方面的內(nèi)容：控制臺(tái)設(shè)計(jì)、人機(jī)界面設(shè)計(jì)、邏輯控制程序設(shè)計(jì)、教控臺(tái)設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)備設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)通訊設(shè)計(jì)。2.2控制臺(tái)設(shè)計(jì)裝卸料模擬機(jī)控制臺(tái)按照實(shí)際的裝卸料機(jī)操作臺(tái)設(shè)計(jì)，控制臺(tái)機(jī)柜按照1∶1仿制。實(shí)體控制臺(tái)上的按鈕、操縱桿、顯示屏等零部件采用國(guó)內(nèi)仿制和原廠采購(gòu)兩種方式實(shí)現(xiàn)，包括大小車操縱桿、提升機(jī)操縱桿、抓具開關(guān)、旁路開關(guān)、大小車位置顯示屏等。控制臺(tái)內(nèi)部安裝有數(shù)據(jù)采集模塊，將控制臺(tái)上的AO、DO設(shè)備信號(hào)發(fā)送到邏輯控制程序當(dāng)中，并承受來自控制程序的AI、DI信號(hào)顯示到控制臺(tái)對(duì)應(yīng)的元件中。詳細(xì)的信號(hào)分類將在2.4邏輯控制程序中介紹。以典型壓水堆核電站裝卸料機(jī)控制臺(tái)為仿制對(duì)象的實(shí)物控制臺(tái)包含5塊數(shù)碼顯示表、2個(gè)顯示〔觸摸〕屏、3個(gè)操縱桿以及假設(shè)干自復(fù)位按鈕、自保持按鈕、旋鈕開關(guān)、指示燈、蜂鳴器等元件。2.3人機(jī)交互界面程序設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面根據(jù)實(shí)際的裝卸料機(jī)人機(jī)界面規(guī)格書設(shè)計(jì)。使用Windows下的VC2005工具進(jìn)展開發(fā)，界面圖像元素通過GDI函數(shù)繪制，在程序后臺(tái)啟動(dòng)數(shù)據(jù)通訊模塊，與邏輯控制程序進(jìn)展數(shù)據(jù)通訊，以實(shí)現(xiàn)指令輸入和狀態(tài)顯示。攝像機(jī)畫面是人機(jī)交互界面程序的一個(gè)三維顯示模塊，它采用三維虛擬方式模擬攝像機(jī)畫面，輸出到控制臺(tái)顯示屏中，可以通過遙控器控制攝像機(jī)的縮放、旋轉(zhuǎn)、通道切換等操作。典型壓水堆裝卸料模擬機(jī)人機(jī)交互界面內(nèi)容包括主屏幕界面、提升機(jī)屏幕界面、自動(dòng)運(yùn)行屏幕界面、故障屏幕界面、裝卸料機(jī)偏移操作界面、攝像機(jī)畫面。2.4邏輯控制程序設(shè)計(jì)圖2可視化邏輯控制程序2.5虛擬設(shè)備程序設(shè)計(jì)虛擬設(shè)備系統(tǒng)采用三維渲染的方式模擬反響堆廠房?jī)?nèi)部設(shè)施，主要用于監(jiān)視裝卸料過程中反響堆廠房?jī)?nèi)部設(shè)備的運(yùn)行。其開發(fā)環(huán)境為VC2005，并加載EonReality三維引擎實(shí)現(xiàn)三維處理。模擬范圍主要包括反響堆廠房?jī)?nèi)部土建構(gòu)造、反響堆、上部構(gòu)件水池構(gòu)造、裝卸料機(jī)大車、小車、主提升機(jī)、套筒、抓具、傾翻機(jī)、反響堆堆芯構(gòu)造、燃料組件、反響堆頂蓋、上部構(gòu)件、蒸汽發(fā)生器其中裝卸料機(jī)大車、小車、主提升機(jī)、抓具、燃料組件等設(shè)備參加了運(yùn)動(dòng)控制腳本，可以接收來自外部速度信號(hào)，驅(qū)使各設(shè)備運(yùn)行，并可以處理加速度、負(fù)載運(yùn)算、碰撞等細(xì)節(jié)，以逼近實(shí)際場(chǎng)景。2.6教控臺(tái)設(shè)計(jì)教控臺(tái)采用RinSim平臺(tái)下的SIMIS軟件進(jìn)展開發(fā)改造，教控臺(tái)主要給教練員提供一個(gè)培訓(xùn)控制平臺(tái)，它可以設(shè)置裝卸料模擬機(jī)的各種場(chǎng)景與狀態(tài)，以適應(yīng)不同的教學(xué)需求，教控臺(tái)具備以下功能：裝卸料場(chǎng)景的實(shí)時(shí)保存和復(fù)位、設(shè)置堆芯分布、教案編制、考核、評(píng)分、控制臺(tái)開關(guān)校驗(yàn)、故障插入〔包括各種機(jī)械故障、人為故障〕