DB34 T 3186.2-2018 聚变堆遥操作维护系统设计准则第2部分：遥操作协同控制系统.pdf

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1、ICS 27.120.10 F 61 DB34 安徽省地方标准 DB 34/T 3186.22018 聚变堆遥操作维护系统设计准则 第 2 部分：遥操作协同控制系统 Design criteria for remote handling maintenance system in fusion reactor Part 2： Remote handling cooperative control system 文稿版次选择 2018 - 08 - 08 发布 2018 - 09 - 08 实施 安徽省质量技术监督局 发布 DB34/T 3186.22018 I 前 言 DB34/T 3186

2、聚变堆遥操作维护系统设计准则分为如下 7 个部分： 第 1 部分：整体维护要求及分析； 第 2 部分：遥操作协同控制系统； 第 3 部分：转运车系统； 第 4 部分：偏滤器遥操作维护系统； 第 5 部分：包层遥操作维护系统； 第 6 部分：第一壁部件远程监控及测量系统； 第 7 部分：多功能机械臂系统。 本部分为第 2 部分。 本部分按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。 本部分由中国科学院等离子体物理研究所提出并归口。 本部分起草单位：中国科学院等离子体物理研究所、安徽省质量和标准化研究院，合肥中科艾帝尔 机器人技术有限公司。 本部分主要起草人：宋云涛、张俊、陆坤、程勇、李碧、王

3、祺、祝亮、唐雨翔、史善爽、赵文龙、 潘洪涛、李阳、程鸣。 DB34/T 3186.22018 1 聚变堆遥操作维护系统设计准则 第 2 部分：遥操作协同控制系统 1 范围 DB34/T 3186 的本部分规定了聚变堆遥操作协同控制系统的术语和定义、系统功能及基本组成、系 统要求、系统设计、RAMI 要求和安全要求。 本部分适用于聚变堆遥操作协同系统设计的所有阶段。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB 50016 建筑设计防火规范 GB 5005

4、7 建筑物防雷设计规范 GB 50116 火灾自动报警系统设计规范 GB 50343 建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB 50611 电子工程防静电设计规范 DB34/T 3186.1 聚变堆远程维护系统设计准则 第1部分：整体维护要求及分析 3 术语和定义 DB34/T 3186.1 界定的术语和定义适用于本文件。 4 系统功能及基本组成 4.1 系统功能 4.1.1 远程控制遥操作系统设备完成规定的维护行为。 4.1.2 远程视觉系统对遥操作运行环境及设备的监控与记录。 4.1.3 对复杂维护流程的规划、管理与仿真，并能实现多设备的协同控制规划。 4.1.4 系统运行的故障报警与运行日志

5、记录。 4.1.5 对遥操作设备进行状态检测与远程诊断。 4.1.6 与聚变堆中央控制系统的连锁与安全连锁。 4.2 基本组成 4.2.1 系统一般包括：视觉系统、指令与控制系统、虚拟现实、运行管理、设备管理、远程诊断、故 障报警与解除、控制器设备、音频音讯、监控系统与安全联锁系统和通讯等组成。 4.2.2 通讯一般包括：控制总线、连锁总线、实时总线、音频总线以及现场总线。 5 系统要求 DB34/T 3186.22018 2 5.1 总体要求 5.1.1 系统设计应严格遵守维护流程。 5.1.2 应提供高质量的操作，实现高效率维护。 5.1.3 应灵活适应新的或者变化的维护任务需求。 5.1

6、.4 系统设计应能实现快速维护和故障修复。 5.1.5 控制系统应遵循分层控制、总线控制、结构一致性的原则。 5.2 电气要求 5.2.1 所有的电气设备应符合电气设计手册的要求。 5.2.2 所有需要铺设的电缆应铺设在钢缆和管道当中，确保支撑管道可靠。 5.2.3 所有的电缆均应有金属覆盖，减少火焰传播。 5.3 绝缘和接地要求 5.3.1 系统涉及的电气部件、信号线与电缆应分开，并且信号线应采用双绞线屏蔽，部分要求接地。 5.3.2 远程控制设备控制器内部的 3 种类型的型号应尽可能进行物理和电气隔离， 尤其是高速数字信 号、对噪声非常敏感的传感器信号以及会产生噪声的执行器信号。 5.4

7、测试和检验要求 5.4.1 应在现场进行功能测试并确认所有设备完全符合安全规定。 5.4.2 系统正式使用前，应进行调试运行并进行负载测试。 5.5 热管理要求 系统的控制器应采用主动散热措施，并采用独立的仪表采集温度信息以防止过热导致系统故障。当 温度过高时，主动散热系统应立即启动运行。 5.6 防火要求 5.6.1 控制室应设有温度监控系统和防火救援设备。 5.6.2 控制室火灾自动报警系统的设置应符合 GB 50116 的有关规定。 5.7 建筑要求 5.7.1 控制室设计应根据系统的规模而确定，并合理划分区域。 5.7.2 控制室建筑设计应符合 GB 50016 的有关规定。 5.8

8、防雷与接地要求 5.8.1 控制室和机房的设计防雷措施应符合 GB 50017、GB 50343 的有关规定。 5.8.2 控制室和机柜的防静电措施应符合 GB 50611 的有关规定。 5.9 核防护要求 5.9.1 传输系统中采用的嵌入式控制硬件需承受一定剂量的辐射要求，应使用屏蔽。 5.9.2 部署在托卡马克附近、测试站区域、热室清洗等处的相机和其他传感器系统应采取必要的防护 措施，必要时进行更换。 5.9.3 相应线缆应采取一定的防护措施。 DB34/T 3186.22018 3 6 系统设计 6.1 系统功能设计 6.1.1 视觉系统 6.1.1.1 采用抗辐射相机，当相机恶化到一定

9、程度时应及时更换。 6.1.1.2 采用先进的图像处理技术用来生成真实环境的虚拟化图像，如可以显示隐藏区域的信息。 6.1.1.3 所有视觉信号信息应传送到控制室监控设备上并可以任意切换显示。 6.1.2 指令与控制系统 6.1.2.1 指令与控制系统是操作人员与设备之间的接口，控制设备的接口应统一。 6.1.2.2 遥操作控制系统应在设备之间建立实时通讯链路。 6.1.2.3 控制系统的状态信息最低应不小于 4Hz，设备的控制响应时间应小于 0.25 s。 6.1.2.4 控制系统的指令应清晰的在人机界面上进行显示，对于重要的设备状态应进行着重强调显示 （颜色，加粗等）。 6.1.2.5 人

10、机界面提供快速访问命令。 6.1.2.6 时间戳和日志记录。 6.1.2.7 对于关键的操作步骤，提供执行命令的确认按钮。 6.1.3 虚拟现实 6.1.3.1 聚变堆遥操作协同系统应建立一个覆盖托卡马克和热室的虚拟现实系统。 6.1.3.2 虚拟现实系统提供的聚变堆模型应具有良好的显示性能，显示频率应不小于 8 Hz。 6.1.3.3 在远程操作或混合操作中，虚拟现实模型应密切反应真实的环境信息。 6.1.3.4 虚拟现实系统在远程环境中应对遥操作设备实施跟踪，更新率应不小于 4 Hz。 6.1.3.5 虚拟现实系统对遥操作系统涉及的设备和工具进行实施跟踪。 6.1.3.6 虚拟现实系统建立

11、的模型和现实环境中的精度应大于 10 mm。 6.1.3.7 虚拟现实系统应提供安全保护预判与防止现实系统运行造成碰撞等。 6.1.3.8 虚拟现实系统应能够获取控制系统的数据和指令信息。 6.1.3.9 虚拟现实系统应具备离线仿真与运行功能。 6.1.4 运行管理系统 6.1.4.1 可规划并记录操作流程，并对运行阶段的操作的流程进行复现。 6.1.4.2 运行程序步骤可用一种明确的自然语言书写。 6.1.4.3 支持任务的循环、分支和步骤的重用；支持任务规划使用流程图显示；支持任务的灵活切换 与暂停。 6.1.4.4 运行数据的管理与存储，并定期备份。 6.1.4.5 可自动生成报告，生成

12、任务所需的设备/工具列表。 6.1.5 设备管理 设备的管理主要包括准备就绪声明、设备状态跟踪（位置、污染、状态等）、维护方案管理、部件 可靠性监控、备件库存信息等。 6.1.6 远程诊断 DB34/T 3186.22018 4 6.1.6.1 应对设备状态进行监控，并建立预防防护措施，防止设备的故障导致非常严重的后果。 6.1.6.2 在设备发生故障时，系统应具有能够记录和提供设备数据的诊断工具，快速实现故障隔离， 并进行修理维护。 6.1.6.3 系统应能够持续收集和存档相关数据，最小采样率应不小于 3 Hz，能够提供当前系统的简要 概述。 6.1.6.4 系统应能够在图标中选择信号和时间

13、，并支持可以使用典型分析工具分析信号的能力。 6.1.6.5 系统应能够制定检测异常行为的规则。 6.1.7 故障报警与解除 6.1.7.1 系统设备在故障或故障发生时应能记录并处理。 6.1.7.2 系统数据应能够验证系统的可靠性。 6.1.8 控制器设备 系统设备应进行整合，形成一个完整的控制系统。控制器设备应符合一般的设备控制器规范。 6.1.9 音频通信 系统应能够满足任务负责人员和操作人员在远程环境下的音频通信需求。 应在每个遥操作控制单元 提供不少于 2 个无线头戴通信设备。通信系统至少应具有 8 个独立通道。 6.1.10 监控系统 6.1.10.1 系统涉及到多个并行、相对独立

14、的控制操作单元，监控室应能够监督所有工作单元的状态以 及任务的进展。 6.1.10.2 系统控制器主要提供如下服务：为聚变堆中央控制系统收集状态数据并打包、监控来自聚变 堆中央控制系统的控制信号、图形图表显示各工作单元之间的相互关系、对工作单元任务进度进行实时 跟踪、工作单元的当前运行状态、向工作单元发送高级别的监控（停止，暂停，运行等）。 6.1.11 安全联锁系统 当聚变堆反应堆系统设备运行超出正常运行范围值时， 安全连锁系统应通过与聚变堆中央控制系统 系统进行通信，并自动启动相应的救援措施。 6.2 系统软硬件设计 应按照聚变堆遥操作协同控制系统的任务功能要求，控制组件和控制设备进行划分

15、，对其软硬件进 行选型设计，见表 1。 表1 聚变堆协同控制系统软硬件 控制组件 硬件模块 1、计算器工作站； 2、控制器输入设备（急停按钮，操作手柄，主动臂）； 3、监视器（TV）； 4、大屏幕投影仪； 5、音频连接。 DB34/T 3186.22018 5 表1 （续） 控制组件 软件模块 1、 指令与控制系统； 2、 虚拟现实系统； 3、 运行管理系统； 4、 设备管理系统； 5、 诊断管理系统； 6、 故障报警系统； 7、 视觉系统； 8、 监控系统。 控制设备 硬件模块 1、 嵌入式控制板； 2、 运动控制器； 3、 可编程逻辑控制器； 4、 I/O 采集控制板； 5、 传感器； 6

16、、执行器（气动、电动、液动）。 软件模块 1、 控制系统软件； 2、 诊断分析软件； 3、动态仿真模拟软件。 6.3 遥操作协同控制系统性能评估 系统评估应考虑但不限于表 2 所列内容。 表2 系统评估内容 评估分类 评估内容 结构 1、控制室热分析 2、电气部件（传感器、电路等）电磁防护分析 3、电气部件（电机、电路等）热分析 控制精度 1、 静态性能 2、动态性能 3、稳定性 兼容性 1、 控制系统模块接口 2、 维护流程 3、 维护时间 4、与聚变堆中央控制系统接口 5、安全联锁接口 控制系统 1、鲁棒性 2、故障率 3、响应时间 维护流程分析 1、 维护策略 2、维护时间 3、仿真模拟 DB34/T 3186.22018 6 7 RAMI 分析要求 按 DB34/T 3186.1 的规定执行。 8 安全要求 按 DB34/T 3186.1 的规定执行。 _