核電站裝卸料模擬機的設(shè)計與開發(fā)

核電站裝卸料模擬機的設(shè)計與開發(fā)摘要：文章根據(jù)核電廠對于裝卸料技能培訓(xùn)的需求，提出了一種核電站裝卸料培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)過程。該系統(tǒng)將儀控、仿真與虛擬現(xiàn)實等多種技術(shù)結(jié)合，以實體控制盤臺與人機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)其運動過程，以教控臺作為控制與教學(xué)輔助，實現(xiàn)了核電站裝卸料的自動化。關(guān)鍵詞：核電站；裝卸料；培訓(xùn)系統(tǒng)；模擬機；虛擬設(shè)備；教控臺文獻標(biāo)識碼：A1概述裝卸料技能培訓(xùn)是核電廠技能培訓(xùn)的一個重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的書本教學(xué)對于學(xué)員來說缺少實物操作體驗，培訓(xùn)效果欠佳。而按照現(xiàn)場建造一個實際的培訓(xùn)環(huán)境，那么工程量宏大，并非一個良好的解決方案。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)的裝卸料模擬機開發(fā)被提出。裝卸料模擬機具有實體的操作盤臺以及人機交互界面，讓培訓(xùn)人員可以實際動手演練，加快操作的純熟程度，還利用虛擬的裝卸料機與廠房環(huán)境，增強培訓(xùn)人員身臨其境的體驗，同時也讓教員能通過虛擬的設(shè)備來監(jiān)測學(xué)員的操作情況。裝卸料模擬機還具備教控臺，教員通過教控臺可以實時地對裝卸料的條件和場景進展調(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相對于傳統(tǒng)的書本教學(xué)與實體培訓(xùn)設(shè)備來說是一個折中的方案，它具有良好的培訓(xùn)效果，并具有本錢低、工期短、維護方便的特點。2設(shè)計思路2.1系統(tǒng)總體設(shè)計裝卸料模擬機各組成部分包含實體控制臺、人機交互界面軟件、教控臺軟件、邏輯控制軟件、虛擬設(shè)備軟件。各個部分之間的關(guān)系構(gòu)造如圖1所示：圖1系統(tǒng)關(guān)系構(gòu)造圖裝卸料模擬機系統(tǒng)設(shè)計包含以下方面的內(nèi)容：控制臺設(shè)計、人機界面設(shè)計、邏輯控制程序設(shè)計、教控臺設(shè)計、虛擬設(shè)備設(shè)計、數(shù)據(jù)通訊設(shè)計。2.2控制臺設(shè)計裝卸料模擬機控制臺按照實際的裝卸料機操作臺設(shè)計，控制臺機柜按照1∶1仿制。實體控制臺上的按鈕、操縱桿、顯示屏等零部件采用國內(nèi)仿制和原廠采購兩種方式實現(xiàn)，包括大小車操縱桿、提升機操縱桿、抓具開關(guān)、旁路開關(guān)、大小車位置顯示屏等?？刂婆_內(nèi)部安裝有數(shù)據(jù)采集模塊，將控制臺上的AO、DO設(shè)備信號發(fā)送到邏輯控制程序當(dāng)中，并承受來自控制程序的AI、DI信號顯示到控制臺對應(yīng)的元件中。詳細的信號分類將在2.4邏輯控制程序中介紹。以典型壓水堆核電站裝卸料機控制臺為仿制對象的實物控制臺包含5塊數(shù)碼顯示表、2個顯示〔觸摸〕屏、3個操縱桿以及假設(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人機交互界面程序設(shè)計人機交互界面根據(jù)實際的裝卸料機人機界面規(guī)格書設(shè)計。使用Windows下的VC2005工具進展開發(fā)，界面圖像元素通過GDI函數(shù)繪制，在程序后臺啟動數(shù)據(jù)通訊模塊，與邏輯控制程序進展數(shù)據(jù)通訊，以實現(xiàn)指令輸入和狀態(tài)顯示。攝像機畫面是人機交互界面程序的一個三維顯示模塊，它采用三維虛擬方式模擬攝像機畫面，輸出到控制臺顯示屏中，可以通過遙控器控制攝像機的縮放、旋轉(zhuǎn)、通道切換等操作。典型壓水堆裝卸料模擬機人機交互界面內(nèi)容包括主屏幕界面、提升機屏幕界面、自動運行屏幕界面、故障屏幕界面、裝卸料機偏移操作界面、攝像機畫面。2.4邏輯控制程序設(shè)計圖2可視化邏輯控制程序2.5虛擬設(shè)備程序設(shè)計虛擬設(shè)備系統(tǒng)采用三維渲染的方式模擬反響堆廠房內(nèi)部設(shè)施，主要用于監(jiān)視裝卸料過程中反響堆廠房內(nèi)部設(shè)備的運行。其開發(fā)環(huán)境為VC2005，并加載EonReality三維引擎實現(xiàn)三維處理。模擬范圍主要包括反響堆廠房內(nèi)部土建構(gòu)造、反響堆、上部構(gòu)件水池構(gòu)造、裝卸料機大車、小車、主提升機、套筒、抓具、傾翻機、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)生器其中裝卸料機大車、小車、主提升機、抓具、燃料組件等設(shè)備參加了運動控制腳本，可以接收來自外部速度信號，驅(qū)使各設(shè)備運行，并可以處理加速度、負載運算、碰撞等細節(jié)，以逼近實際場景。2.6教控臺設(shè)計教控臺采用RinSim平臺下的SIMIS軟件進展開發(fā)改造，教控臺主要給教練員提供一個培訓(xùn)控制平臺，它可以設(shè)置裝卸料模擬機的各種場景與狀態(tài)，以適應(yīng)不同的教學(xué)需求，教控臺具備以下功能：裝卸料場景的實時保存和復(fù)位、設(shè)置堆芯分布、教案編制、考核、評分、控制臺開關(guān)校驗、故障插入〔包括各種機械故障、人為故障〕