摘 要：介紹了一個基于．NET的核電廠設備失效報告系統(tǒng)的設計。由于使用了基于組件的開發(fā)方法，使得系統(tǒng)具有易擴展、維護成本低的特點。使用本系統(tǒng)能夠進一步提高核電站設備運行數(shù)據(jù)的采集和統(tǒng)計分析工作的效率及核安全管理水平。
關鍵詞：核電站；N一層體系結(jié)構；概率安全分析；可靠性數(shù)據(jù)
Application of．NET technique in the invalid report system of nuclear power plant equipment
XU Li ，ZHENG Wei，LI He ，HAo Bao—shui ，WANG Qi
（1．Beijing Information Technology Institute，Beijing 100085，China；
2．Guang Dong Dayabay Nuclear Power Station，Shenzhen of Guangdong Prov．518124，China；
3．China Istitute of Atomic Energy，Beijing 102413，China）
Abstract：The paper gives a description to the design of an invalid report system of nuclearpower station equipment based upon．NET．This system possesses the characteristicsof easy expansion and lower cost of maintenance due to the application developed frommodule，and furthermore improves the efficiency for the collection of the running data ofnuclear power plant devices and the statistic analysis，as well as the administrative levelof nuclear safety．
Keywords：nuclear power plant；N—leve lsystem structure；probability safety assessment；reliable data
由于核事故后果的嚴重性，各國的核能開發(fā)無不把核安全放在首位。根據(jù)我國的核安全法規(guī)，對不同核設施的建造和運行實行嚴格的許可證制度，核電站的選址、設計建造、運行直到退役均置于國家核安全當局的嚴格監(jiān)督管理之下[1]。美國三里島核電站事故后，概率安全分析（probability safety assessment一PSA）方法得到了廣泛應用。隨著PSA 技術在核電站的深入應用，涌現(xiàn)出 Living PSA、Risk Monitor、RCM （Reliability Centred Maintenance）等PSA應用研究成果。 Living PSA是在PSA的基礎上，及時反映核電站當前設計及運行的特征和參數(shù)的一種PSA研究[2]。當核電站運行一段時間以后，原來的PSA模型中使用的可靠性數(shù)據(jù)需要根據(jù)積累的設備失效記錄進行相應的更新。為了保證核電站運行期內(nèi)的各種信息的完整性和可追溯性，避免重復勞動，節(jié)約人力資源，提高工作效率及核安全管理水平，我們根據(jù)以往為PSA研究中做可靠性數(shù)據(jù)采集報告的經(jīng)驗，采用現(xiàn)代計算機技術、數(shù)據(jù)庫技術和網(wǎng)絡通訊技術來研究開發(fā)設備失效報告系統(tǒng)，從而改進以往的設備運行可靠性數(shù)據(jù)采集、存儲、分析及傳輸方式。
目前我國核電站的企業(yè)信息網(wǎng)，由于受當時軟件技術的限制，很難解決異質(zhì)系統(tǒng)間的通信問題，實現(xiàn)真正意義上的網(wǎng)絡信息共享，形成了若干個數(shù)據(jù)孤島。
． NET是微軟針對未來互聯(lián)網(wǎng)推出的一個設計架構。這項技術，實現(xiàn)了為不同的環(huán)境和設備開發(fā)應用程序，克服了軟件行業(yè)的一個最大的難題[3]：在以不同語言、為不同環(huán)境編寫的應用程序和設備之間進行無縫數(shù)據(jù)交換。因此，使用．NET技術開發(fā)“設備失效報告系統(tǒng)”，可以更有效地利用網(wǎng)絡資源，避免數(shù)據(jù)孤島，實現(xiàn)網(wǎng)絡信息高度共享。
1 系統(tǒng)設計目標
設備失效報告系統(tǒng)是基于核電站內(nèi)部網(wǎng)絡的分布式數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)，主要目的是快速而準確地為PSA提供設備可靠性參數(shù)，并生成可靠性數(shù)據(jù)采集報告所需的報表。同時，為核電站的安全評價、預防性維修、事故預測、備品備件優(yōu)化管理等活動提供數(shù)據(jù)。
該系統(tǒng)由設備管理、運行管理、可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計、可靠性參數(shù)計算四大功能模塊組成，其中：
設備管理模塊：主要完成設備類信息的維護與查詢，設備類失效模式維護與查詢，定期試驗（簡稱PT）規(guī)程維護與查詢，設備維護與查詢，電站系統(tǒng)信息查詢等。由于電站設備的可靠性參數(shù)計算是按設備類進行的，設備類信息是系統(tǒng)最基礎的數(shù)據(jù)。
運行管理模塊：主要完成操作員日志數(shù)據(jù)日常維護與查詢，定期試驗數(shù)據(jù)維護與查詢，24h事件描述查詢與維護，按要求下載操作員日志報表、定期試驗報表和24 h事件報表，以便加入到可靠性報告中。該模塊管理的數(shù)據(jù)是進行可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計的原始數(shù)據(jù)。
可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊：主要根據(jù)操作員日志、定期試驗和24 h事件，定期將設備的運行數(shù)據(jù)換算為設備類的年度累計可靠性數(shù)據(jù)。統(tǒng)計的設備可靠性數(shù)據(jù)分別是：設備類年度累計運行小時數(shù)、設備類年度累計需求次數(shù)、設備類年度累計運行失效次數(shù)、設備類年度累計需求失效次數(shù)，并把統(tǒng)計結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中，供生成設備類失效趨勢圖及計算可靠性參數(shù)時用。
可靠性參數(shù)模塊：在可靠性工程中，可靠性參數(shù)有兩類統(tǒng)計推斷方法，即傳統(tǒng)的統(tǒng)計推斷方法和貝葉斯方法。本模塊提供根據(jù)特有數(shù)據(jù)的特征及專家意見，自動或手動選取合適的估算設備類各故障模式下運行失效率和需求失效概率的方法，并把計算結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中，供以后查詢、瀏覽用；同時提供按設備類生成可靠性報告所需統(tǒng)計報表功能。生成的報表有：失效模式清單、可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果、可靠性數(shù)據(jù)綜合表、先驗數(shù)據(jù)表、Bayes計算結(jié)果、經(jīng)典計算結(jié)果。
2 系統(tǒng)結(jié)構
該系統(tǒng)實施中采用了N一層體系結(jié)構，系統(tǒng)結(jié)構如圖1所示。
表現(xiàn)層為應用客戶端部分，它負責與用戶進行交互。該層包括設備管理模塊、運行管理模塊、可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊和可靠性參數(shù)模塊的界面。表現(xiàn)層的作用只是一個對輸入的淺處理，也就是只處理一些有效性規(guī)則，輸人事件的描述。具體的插入等操作，是由業(yè)務邏輯層中的對象來處理的。
業(yè)務層也被稱為中間層。在這一層，把復雜的業(yè)務關系，細分為多項功能單一的服務，每項服務都可執(zhí)行一項特殊任務，這些服務可以用相對獨立的服務組件來實現(xiàn)其功能。通過分布這些組件，可以平衡數(shù)據(jù)處理負載，協(xié)調(diào)邏輯關系，調(diào)整業(yè)務規(guī)模和規(guī)則。這一層可部署在網(wǎng)絡的任何地方。在該系統(tǒng)中，我們把業(yè)務層又細劃出邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。
邏輯層主要包括如下組件：
1）LOGICBASE：業(yè)務層所有對象的基類，在此類中提供了一個數(shù)據(jù)訪問層對象，一個連接字符串變量，以及一個DataSet對象，此對象作為中間層數(shù)據(jù)存儲對象，在未提交到數(shù)據(jù)庫之前，所有對數(shù)據(jù)的增、刪、改操作結(jié)果都將存儲在此中間層對象中，提交數(shù)據(jù)更新后，再進行與數(shù)據(jù)庫的接連。這樣可在很大程度降低數(shù)據(jù)庫服務器負荷，更多地利用客戶端計算機資源。
2）EQUIPGROUP：封裝了所有關于設備類的操作。幾乎整個程序的所有功能模塊都有使用到此類的地方。
3）EQUIPMENTL：封裝了所有關于設備數(shù)據(jù)的操作。
4）EVENTLIST：封裝了所有關于24h事問件信息的操作。
5）EXPER：封裝了所有對于定期試驗的操作。
6）OPERATORLOG：封裝所有對于操作員日志的操作。
7）PTRULEL：封裝所有關于PT規(guī)程的操作。
8）Statistics：封裝所有關于統(tǒng)計操作的代碼。
9）ToExcel：封裝所有對于Excel文件的輸出操作，為輸出操作員日志、24 h事件、定期試驗數(shù)據(jù)等提供支持。
數(shù)據(jù)訪問層完成與數(shù)據(jù)庫的交互。此層中只包含一個組件SQLSERVER，它封裝了所有對于SQL Server數(shù)據(jù)庫的訪問，包括填充DataSet，執(zhí)行特定的存儲過程，將對數(shù)據(jù)的修改更新到數(shù)據(jù)庫等。
數(shù)據(jù)層是后臺數(shù)據(jù)庫。本系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫是SQL Server數(shù)據(jù)庫。
將獨立的應用分離成不同的層或者部分，
可以增加應用的可擴展性，并且減少整個應用的復雜性[4]。使得系統(tǒng)具有易擴展、低維護成本的特點。
3 軟件開發(fā)
該數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)使用Visual Studio． NET2003為開發(fā)工具，C#（讀作C Sharp）為編程語言。
Visual Studio ．NET 是為建立．NETFramework應用而設的一個集成開發(fā)環(huán)境（IDE），它包含了很多關鍵技術，對于創(chuàng)建安全、可擴展和高可用性的web應用和web服務來說，它簡化了開發(fā)、部署和維護過程。C#是從c／c++發(fā)展出來的，具有簡單、現(xiàn)代、面向?qū)ο蠛皖愋桶踩珯C制等特征的新的編程語言，它結(jié)合了VB的高效率和C++強大的功能，使開發(fā)者快速、簡單地為微軟．NET平臺建立解決方案。
3．1 開發(fā)方法
軟件開發(fā)采用了基于組件的開發(fā)方法，即以一組或多組組件為基礎創(chuàng)建應用程序。它使傳統(tǒng)的面向?qū)ο筇岣叩揭粋€新的層次，在一個組件中實現(xiàn)一個服務，提高了組件的可重用及易維護性。而Visual Studio．NET集成開發(fā)環(huán)境提供了豐富的工具支持．NET Framework組件的開發(fā)，使組件的開發(fā)變得非常容易。
3．2 軟件設計中的關鍵技術
1）邏輯層對象的基類。由于系統(tǒng)所有邏輯層對象，都要使用數(shù)據(jù)訪問層對象及數(shù)據(jù)集對象DataSet，如果把定義數(shù)據(jù)訪問層對象和傳遞連接字符串統(tǒng)一放在一個基類中，則整個系統(tǒng)的邏輯結(jié)構的可擴展性會大大增強，因此，在設計邏輯層時，編寫了一個公共的基類對象，主要程序如下：
public abstract class LogicBase：System．ComponentM ode1．Component
｛／／定義基類為抽象類，不可以直接實例化此類
protected SQLSERVER dataSource；／／保護類型的數(shù)據(jù)訪問層對象，這樣繼承此類的子類也可以訪問這個保護成員。
private static string strConn；／／私有靜態(tài)成員，用來保存連接字符串。
protected DataSet mData／／保護成員，此成員是邏輯中用來保存中間層數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集對象。
public DataSet LDATASET／／公有方法，此方法返回對數(shù)據(jù)集的引用
?。?nbsp;. . ｝
public static string ConnectionString ／／公有靜態(tài)屬性，通過此屬性可以訪問用于保存連接字符串的私有變量strCon
?。?nbsp;. . ｝
public LogicBase（）
｛／／基類的構造函數(shù)，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫連接對象，并實例化數(shù)據(jù)集對象
dataSource— new SQLSERVER （str—Conn）；
this．mData=new DataSet（）； ｝
｝
保存數(shù)據(jù)連接字符串的變量被定義為靜態(tài)，這是因為無論創(chuàng)建多少個繼承基類的子類，都將使用同一個連接字符串，而且這樣做也方便在程序啟動時及數(shù)據(jù)庫配置模塊時，進行數(shù)據(jù)庫連接字符串的設置。
2）設備類失效次數(shù)的年度趨勢圖設計。在這里使用了一個名為Infragistics NetAdvan—tage的第三方組件，它專門提供了一個 win—Chart組件，可以完美地顯示圖表，而且支持． NET里的數(shù)據(jù)綁定。這個控件的設置基本是向?qū)Х绞剑褂梅浅：唵巍?br />
3）在數(shù)據(jù)錄入時及數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算前，使用數(shù)據(jù)有效性校驗可保證數(shù)據(jù)存儲及統(tǒng)計的準確性。例如，在添加操作員日志及從其中統(tǒng)計可靠性數(shù)據(jù)時，都先檢查日志中可能出現(xiàn)的記錄錯誤。如在記錄中同一個設備出現(xiàn)連續(xù)兩次都是啟動或都是停止的情況，說明記錄有錯誤，這時系統(tǒng)會自動提醒用戶。
4）數(shù)據(jù)庫存在檢查。如果服務器沒有啟動，或是服務器位置有變，應該在程序啟動時給予用戶提示。數(shù)據(jù)庫的啟動檢查的代碼放置在主窗體的加載事件中。由于在檢查時，要經(jīng)過10s的超時檢查，在此期間又不能讓程序處于未響應狀態(tài)，所以在此處創(chuàng)建了一個新的線程，來進行數(shù)據(jù)庫連接的檢查。
3．3 開發(fā)環(huán)境
1）硬件要求。與Internet相聯(lián)的計算機若干臺，每臺計算機的最低配置：Pentium II類處理器，450 MHz；256 MB物理內(nèi)存；安裝驅(qū)動器上至少3．5GB空余空間。
2）軟件要求。Windows2000或WindowsXP；Visual Studio．NET專業(yè)版；SQL Server2000。
4 應用與結(jié)論
可靠性設備失效報告系統(tǒng)是建立在信息技術基礎上，以系統(tǒng)化的管理思想，為核電站管理人員提供電站運行期間的設備可靠性數(shù)據(jù)管理平臺。該系統(tǒng)不僅可以提供設備的運行歷史記錄和原始特性參數(shù)，還可以提供用于核電站的PSA分析的設備可靠性參數(shù)；不僅能快速、準確地為核電站設備可靠性數(shù)據(jù)采集報告生成數(shù)據(jù)報表，還可根據(jù)設備失效趨勢分析結(jié)果，指導核電站的核安全管理。
用該系統(tǒng)對某核電站循環(huán)水系統(tǒng)（CRF）泵類19970101／2001 1231的歷史運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計計算，部分計算結(jié)果見圖2和圖3所示。
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