一种核电厂数字化控制室人机接口布局方法

技术领域

本发明属于核电厂数字化控制室设计领域，具体涉及一种核电厂数字化控制室人机接口布局方法。

背景技术

在不断发展的核电厂数字化技术中，实现在控制室对现场实时运行状况进行监控已成为不可缺少的一部分。目前的控制室设计中，主要通过多屏幕显示的操纵员站及大屏幕显示系统来完成这一任务，即数字化的人机接口系统。

人机接口作为控制室中运行人员与核电厂进行信息交换的主要媒介，其设计的合理性对运行人员执行效率有重要影响。实践证明友好的人机接口对减少人因失误、提高数字化系统的可利用率有积极的作用。

目前国内在役的核电厂的人机接口虽都能够满足电站运行的要求，但其设计缺乏一定的合理性及人因分析。一些电厂的人机接口缺乏在主界面上对电厂重要功能的持续监视；一些电厂的人机接口中访问某一主要功能需要通过多次点击，不满足人因工程中“调用任一画面的操作次数不应多于三次”的要求；一些电厂的人机接口配色方案和字体不满足人因工程的要求，如区域划分不清晰、英文字体不能明显区分等；还有的电厂功能操作区域占据了屏幕的主显示区，缩减了可提供给运行人员的信息。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一套系统的核电厂人机接口布局方法，克服国内在役核电厂人机接口设计的不足，进一步提高数字化人机接口的友好度，较全面地覆盖需在控制室监控的电厂功能，并能快速反馈主要电厂功能的状态，且符合人因工程的相关要求。

本发明的技术方案如下：

一种实现运行人员与仪控系统高效交互的人机接口布局方法，包括：步骤1：识别主要功能，步骤2：确定总体布局，步骤3：人因验证，步骤4：页眉区设计，步骤5：显示区设计，步骤6：页脚区设计，步骤7：人因验证，步骤8：工程应用；

所述步骤1；

根据国内近年来在役和在建的核电厂技术规格书要求，通常人机接口需包含工艺流程图、报警、仪控故障、事故诊断、首出报警、安全参数显示、运行规程、趋势、日志、状态表格、当前值、挂牌、性能计算、系统状态概览、变量临时监视、打印、登入登出、屏幕指示功能；

步骤2，确定总体布局；

功能分区；

将整个人机接口界面分为三大部分：页眉，主显示区域和页脚。页眉和页脚为固定显示部分，即在任意屏幕上，任意功能下，页眉和页脚均显示。主显示区域随着不同电厂功能的调用，显示不同的内容。通常将显示区域的最上端固定为各功能的标题栏，文字显示占一行；

基于人因分析及工程经验，19寸显示器的页眉显示像素个数为1280*100；显示区域显示像素为1280*870；页脚显示像素为1280*54，对于24寸显示器，页眉显示像素为1920*100；显示区域显示像素为1920*920；页脚显示像素为1920*60。

步骤2，确定总体布局；

配色；

本方法各类颜色的应用情况如下：

白色和绿色表示正常状态；

黄色表示注意、警告；

红色表示报警或故障以吸引用户的注意；

洋红色表示计算错误，例如坏值或是通信故障；

静态文本采用水平方向，字体颜色为黑色；

工艺报警则采用红色，黄色，绿色，白色和洋红色；

浅蓝色用于页眉和页脚背景色；

浅灰色用于主显示区背景颜色，为的是确保画面具有适当的对比度；

字体字号：

人机接口设计中英文和数字采用“Arial”字体，中文采用“宋体”；

页眉和页脚处的字体为14pt；显示区域标题栏的字体为12pt，加粗；信息部分则为11pt。

步骤3：人因验证；

完成人机接口的总体布局设计后，在实际的显示屏幕上进行显示；根据NUREG-0700Human-System Interface Design Review Guidelines的相关要求逐条进行验证；如验证不通过，则持续改进；验证通过则开展详细的人机接口设计。

步骤4，页眉区设计；

页眉处以状态指示器的形式显示总报警、5类颜色报警、仪控故障、特殊规程状态，即E0和F0、变量临时监视，即模拟量临时阈值监视TT、模拟量临时比较VC和开关量临时监视BM、工况，即C0/E0功能；

页眉处以主菜单形式显示画面、报警、规程、日志、状态表格、当前值、挂牌、趋势、性能计算、安全参数、工况、系统操作等主菜单；

步骤5，显示区设计

显示区域详细分为三个部分：标题栏，信息显示区，功能按钮区；

标题栏：第一行通常为该功能的标题栏，如对于报警功能，则显示为ALARMS；

信息显示区：标题栏下面则显示该功能对应的信息，通常对于列表类显示形式，每屏幕最多列出20～25条信息；每5条分为一组，各组之间用粗线条隔开；

功能按钮区：功能按钮则列出了可对本功能进行的操作，如对于报警，可进行的操作包括模式切换；报警的状态；报警的查询，按系统、按报警位号、按报警分区、按报警时间等；对报警的操作，如行确认、页确认、调出报警规程等；以及打印功能；

对于工艺流程图，每一幅图覆盖整个显示区域，对其上面设备或参数的操作或监视则通过弹出的对象操作菜单来实现；在画面上单击相应的设备或参数即可调出对象操作菜单。

步骤6，页脚区设计

页脚处显示屏幕切换按钮；服务器状态指示；前一屏按钮；后一屏按钮；系统总体状态监视画面按钮；报警声音指示器；拷屏按钮；日期和时间；用户名称和级别。

步骤7，人因验证

完成以上人机接口布局设计后，在实际的显示屏幕上进行显示；仍然根据NUREG-0700Human-System Interface Design Review Guidelines的相关要求逐条进行验证，经过多次修正，确保显示效果满足人因工程的要求，同时各功能衔接平滑，确保为运行人员提供友好的人机接口。

本发明的有益效果在于：

(1)通过将报警、仪控故障、事故诊断、首出报警、安全参数显示等重要功能以不同颜色状态指示按钮的方式布局在人机接口的页眉区，使得运行人员能够对电厂重要功能进行快速和持续监视。

(2)通过优化各功能界面的操作区域布局，为主显示界面提供了更多的显示空间，从而为运行人员提供更多的事件信息。

(3)基于人因分析，通过优化人机接口的色彩配置方案，舒缓了运行人员的工作压力，防止了视觉疲劳，从而提供工作效率。

(4)通过科学的配色，使得页眉页脚区主显示区明显区分，并使得操纵员通过对颜色的识别实现对电厂运行状态的快速记忆。

(5)基于人因分析，通过优化字体字号配置方案，避免混淆相似的英文和数字，确保运行人员能够准确、清晰地获取事件信息。

(6)通过在页眉上设置主菜单的形式，实现运行人员对电厂主要功能的快速访问，提高了运行人员的工作效率。

附图说明

图1为本发明的人机接口布局方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如附图所示，一种实现运行人员与仪控系统高效交互的人机接口布局方法，步骤1：识别主要功能

根据国内近年来在役和在建的核电厂技术规格书要求，通常人机接口需包含工艺流程图(MIMIC)、报警、仪控故障、事故诊断、首出报警、安全参数显示、运行规程、趋势、日志、状态表格、当前值、挂牌、性能计算、系统状态概览、变量临时监视、打印、登入登出、屏幕指示等功能。

步骤2：确定总体布局

功能分区

将整个人机接口界面分为三大部分：页眉，主显示区域和页脚。页眉和页脚为固定显示部分，即在任意屏幕上，任意功能下，页眉和页脚均显示。主显示区域随着不同电厂功能的调用，显示不同的内容。通常将显示区域的最上端固定为各功能的标题栏，文字显示占一行。

当前国内主流的显示器主要为19寸(分辨率为1280*1024)和24寸(1980*1080)两种。基于人因分析及工程经验，19寸显示器的页眉显示像素个数为1280*100；显示区域显示像素为1280*870；页脚显示像素为1280*54。对于24寸显示器，页眉显示像素为1920*100；显示区域显示像素为1920*920；页脚显示像素为1920*60。

配色

本方法各类颜色的应用情况如下：

白色和绿色表示正常状态。

黄色表示注意、警告。

红色表示报警或故障以吸引用户的注意。

洋红色表示计算错误，例如坏值或是通信故障。

静态文本采用水平方向，字体颜色为黑色。

工艺报警则采用红色，黄色，绿色，白色和洋红色。

浅蓝色用于页眉和页脚背景色。

浅灰色用于主显示区背景颜色，为的是确保画面具有适当的对比度。

字体字号：

人机接口设计中英文和数字采用“Arial”字体，中文采用“宋体”。

页眉和页脚处的字体为14pt。显示区域标题栏的字体为12pt，加粗；信息部分则为11pt。

步骤3：人因验证

完成人机接口的总体布局设计后，在实际的显示屏幕上进行显示。根据NUREG-0700Human-System Interface Design Review Guidelines的相关要求逐条进行验证。如验证不通过，则持续改进；验证通过则开展详细的人机接口设计。

步骤4：页眉区设计

页眉处以状态指示器的形式显示总报警、5类颜色报警、仪控故障、特殊规程状态(E0和F0)、变量临时监视(模拟量临时阈值监视TT、模拟量临时比较VC和开关量临时监视BM)、工况(C0/E0)等功能。

页眉处以主菜单形式显示画面(MIMIC)、报警(ALARM)、规程(PROCED)、日志(LOGBOOK)、状态表格(STATUS TABLE)、当前值(CUR.VALUE)、挂牌(TAGGING)、趋势(TREND)、性能计算(PERF.CALC.)、安全参数(SPDF)、工况(SITUATION)、系统操作(SYSTEM)等主菜单。

步骤5：显示区设计

显示区域详细分为三个部分：标题栏，信息显示区，功能按钮区。

标题栏：第一行通常为该功能的标题栏，如对于报警功能，则显示为ALARMS，详见图1。

信息显示区：标题栏下面则显示该功能对应的信息，通常对于列表类显示形式，每屏幕最多列出20～25条信息；每5条分为一组，各组之间用粗线条隔开。

功能按钮区：功能按钮则列出了可对本功能进行的操作，如对于报警，可进行的操作包括模式切换；报警的状态；报警的查询，按系统、按报警位号、按报警分区、按报警时间等；对报警的操作，如行确认、页确认、调出报警规程等；以及打印功能。

对于工艺流程图，每一幅图覆盖整个显示区域，对其上面设备或参数的操作或监视则通过弹出的对象操作菜单来实现。在画面上单击相应的设备或参数即可调出对象操作菜单。

步骤6：页脚区设计

页脚处显示屏幕切换按钮；服务器状态指示；前一屏按钮；后一屏按钮；系统总体状态监视画面按钮；报警声音指示器；拷屏按钮；日期和时间；用户名称和级别。

步骤7：人因验证

完成以上人机接口布局设计后，在实际的显示屏幕上进行显示。仍然根据NUREG-0700Human-System Interface Design Review Guidelines的相关要求逐条进行验证，经过多次修正，确保显示效果满足人因工程的要求，同时各功能衔接平滑，确保为运行人员提供友好的人机接口。

步骤8：工程应用

本研究所提供的人机接口布局方法，已成功应用在“华龙一号”海外首堆项目的数字化控制室系统中。