高漢軍　劉培邦　魯星言

【摘 要】研究核電站DCS系統(tǒng)的驗(yàn)證調(diào)試技術(shù)對于我國核電技術(shù)的發(fā)展和核安全的保障具有重要的意義。傳統(tǒng)的邏輯調(diào)試工作在實(shí)際控制器上進(jìn)行，無法進(jìn)行高效復(fù)雜的邏輯調(diào)試（如PID調(diào)節(jié)，閉環(huán)邏輯控制調(diào)試等），而且頻繁實(shí)驗(yàn)操作對硬件的使用壽命也造成了影響。針對傳統(tǒng)測試方法的不足，提出了在DCS樣機(jī)邏輯調(diào)試中使用虛擬DCS控制器代替實(shí)物控制器的方法，其優(yōu)點(diǎn)在于：1）針對虛擬DCS控制器軟件進(jìn)行操作，信號的注入相當(dāng)于變量的賦值，操作簡便而且效率很高；2）虛擬DCS控制器無需硬件設(shè)備的支持，減輕了對設(shè)備的依賴，邏輯組態(tài)和工程調(diào)試可以交叉迭代進(jìn)行；3）虛擬DCS控制器可以直接下裝并運(yùn)行DCS組態(tài)工程，能與DCS真實(shí)控制器并行聯(lián)調(diào)。實(shí)際的調(diào)試效果證明DCS虛擬機(jī)能夠有效的完成組態(tài)邏輯調(diào)試，提高調(diào)試效率。

【關(guān)鍵詞】DCS樣機(jī)；DCS調(diào)試；DCS虛擬機(jī)

【Abstract】The research on the technology of DCS commissioning in NPP has significance on promoting nuclear power technology and protecting nuclear safety.The conventional commissioning was directly carried out in the real controller，which couldnt have the complex logic experiments done. Furthermore，frequent experiments must have made great influence on the service life of devices.In view the deficiency of the conventional method，this paper proposed that the DCS commissioning could be executed in virtual DCS controllers instead of real controllers.The advantage of latter is apparent：1）The engineers make use of instruments to inject signals into the real controllers while those are just value assignments in virtual controllers， which makes the operation more simple and effective；2）The virtual controllers dont rely on hardware devices，which makes the cross iteration of logic configuration and commissioning possible；3）The configuration engineering can be directly downloaded into the virtual DCS controllers，who can run in parallel with real controllers.The application result shows that the virtual DCS controllers can be competent for DCS logic commissioning，and enhance the efficiency of commissioning.

【Key words】DCS Prototype；DCS commissioning；DCS Virtual Machine

0 引言

近年來，國內(nèi)的核電站建設(shè)規(guī)模不斷增大，新建的核電廠均采用DCS 系統(tǒng)作為其生產(chǎn)控制系統(tǒng)；因此，研究核電DCS系統(tǒng)的工程調(diào)試驗(yàn)證技術(shù)，對于我國核電技術(shù)的發(fā)展和核安全的保障具有重要的意義[1]。由于核電DCS系統(tǒng)的高效、安全、穩(wěn)定關(guān)系到核電廠運(yùn)營的安全和效益，因此，在DCS系統(tǒng)正式運(yùn)行前，需要搭建DCS系統(tǒng)的工程樣機(jī)，進(jìn)行全面且復(fù)雜的邏輯調(diào)試工作。傳統(tǒng)的邏輯調(diào)試工作在實(shí)際控制器上進(jìn)行，通過短接線或信號發(fā)生器注入輸入信號，并按照規(guī)程測試相應(yīng)的輸出信號，這種調(diào)試測試方式不僅無法高效的進(jìn)行復(fù)雜的邏輯調(diào)試（如PID調(diào)節(jié)，閉環(huán)邏輯控制調(diào)試等），而且由于硬件操作的復(fù)雜性也導(dǎo)致邏輯調(diào)試效率較低。此外，傳統(tǒng)的邏輯調(diào)試方法需要控制器、IO板卡、總線、網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)備的支持，對于邏輯組態(tài)期間硬件設(shè)備未完全配套時調(diào)試則無法進(jìn)行；而且頻繁對硬件的短接操作對于硬件的使用壽命也造成了一定的影響。

針對傳統(tǒng)測試方法的不足，本文提出了在邏輯調(diào)試中使用虛擬DCS控制器代替實(shí)物控制器的方法。這種調(diào)試方式的優(yōu)點(diǎn)在于：

1）調(diào)試人員針對虛擬DCS控制器軟件進(jìn)行操作，信號的注入相當(dāng)于變量的賦值，操作簡便而且效率很高；

2）虛擬DCS控制器軟件易于接入電廠的設(shè)備模型（通過TCP/IP通信進(jìn)行變量通信），因而可以進(jìn)行負(fù)責(zé)的邏輯調(diào)試，甚至可以進(jìn)行多個系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)；

3）虛擬DCS控制器無需硬件設(shè)備的支持，減輕了對設(shè)備的依賴，邏輯組態(tài)和工程調(diào)試可以交叉迭代進(jìn)行；

4）虛擬DCS控制器可以直接下裝并運(yùn)行DCS組態(tài)工程，其系統(tǒng)架構(gòu)、執(zhí)行環(huán)境與真實(shí)DCS系統(tǒng)高度相似，因此能夠達(dá)到較高的仿真度，能夠有效的完成組態(tài)功能的邏輯調(diào)試。

1 虛擬DCS控制器在樣機(jī)調(diào)試中的應(yīng)用

1.1 虛擬控制器調(diào)試組態(tài)工程

由于虛擬DCS控制器無需硬件設(shè)備的支持，而且可以與工程組態(tài)迭代進(jìn)行；因此，在DCS樣機(jī)調(diào)試過程中大規(guī)模應(yīng)用了虛擬DCS控制器，進(jìn)行組態(tài)工程的邏輯調(diào)試。利用虛擬DCS控制器，調(diào)試工程師可以方便進(jìn)行分系統(tǒng)單調(diào)和多系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；而且虛擬控制器與仿真DCS 0層可以通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，而無需關(guān)心如何將計(jì)算機(jī)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為控制器板卡識別的物力信號（如電壓、電流、電阻信號等）。虛擬控制器管理程序提供了數(shù)據(jù)監(jiān)控&在線調(diào)試界面，能夠配合圖形化調(diào)試工具完成組態(tài)工程的動態(tài)的調(diào)試。

虛擬控制器管理程序的數(shù)據(jù)監(jiān)控功能如圖1所示。圖1（1）中展示了虛擬控制器的數(shù)據(jù)監(jiān)控功能，該界面監(jiān)控了變量K3RCV004MP的實(shí)時值（該變量為虛擬IO板卡的采集值，為11.979914MA，量程為4-20MA）。圖1（2）為“化學(xué)和容積控制系統(tǒng)”（RCV）中下泄調(diào)節(jié)閥對應(yīng)的組態(tài)邏輯，下泄調(diào)節(jié)閥根據(jù)設(shè)定壓力（本工況下是2.5MPa），調(diào)節(jié)主冷卻劑系統(tǒng)的下泄壓力。該壓力測點(diǎn)RCV004MP位于下泄調(diào)節(jié)閥前，量程為0-5MPa，在數(shù)據(jù)采集中將其轉(zhuǎn)換為4-20MA的電流信號，變量K3RCV004MP_AV是組態(tài)邏輯中對應(yīng)該傳感器的接口變量（它是由變量K3RCV004MP經(jīng)過IO算法固件庫量程轉(zhuǎn)變而來（量程轉(zhuǎn)變公式為K3RCV004MP_AV=（K3RCV004MP.MU-K3RCV004MP.MD）*（K3RCV004MP-4）/（20-4）按照當(dāng)前工況應(yīng)為2.493723MPa，組態(tài)邏輯中的實(shí)時值為2.49MPa）。

虛擬控制器管理程序的在線調(diào)試功能如圖2和圖3所示。通過在虛擬機(jī)強(qiáng)制下泄調(diào)節(jié)閥前測點(diǎn)傳感器RCV004MP的壓力值，查看PID以及調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)狀況。當(dāng)強(qiáng)制輸入值為4MA時，如圖2（1）所示；通過量程轉(zhuǎn)換，傳入到PID的輸入值為0MPa，如圖2（2）所示；PID經(jīng)過計(jì)算，輸出計(jì)算值0%，通過通信接口軟件傳到DCS 0層（設(shè)備模型），閥門逐漸全部關(guān)閉至0%，如圖2（3）所示。

當(dāng)在虛擬機(jī)中強(qiáng)制輸入值為20MA時，如圖3（1）所示；通過轉(zhuǎn)換，傳入到PID的輸入值為5MPa，如圖3（2）所示； PID經(jīng)過計(jì)算，輸出計(jì)算值100%，再通過通信接口軟件傳到DCS 0層（設(shè)備模型），閥門逐漸全部開啟至100%，如圖3（3）所示。

這表示在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，能實(shí)時設(shè)置輸入/輸出變量和中間變量值，并能實(shí)時在線監(jiān)視調(diào)試過程輸入量、輸出量和任意選定的變量；而且可以配合DCS樣機(jī)系統(tǒng)的圖形化調(diào)試工具完成組態(tài)工程的動態(tài)調(diào)試。

1.2 虛擬控制器和實(shí)物控制器聯(lián)合調(diào)試

在樣機(jī)調(diào)試過程中，缺省情況是所有系統(tǒng)都用虛擬控制器進(jìn)行調(diào)試，每次分系統(tǒng)（如rcv系統(tǒng)）的邏輯調(diào)試完成后，則將調(diào)試好的組態(tài)工程（虛擬控制器中的組態(tài)工程）下裝至相應(yīng)的實(shí)物控制器中，再在虛擬控制器中進(jìn)行其他系統(tǒng)的調(diào)試。將組態(tài)工程下裝至實(shí)物控制器后，還需要進(jìn)行多系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，這就涉及到虛實(shí)控制器的切換工作，即將某些控制器由虛擬切換為實(shí)物。切換完成后，仿真DCS 0層數(shù)據(jù)則重定向至實(shí)物控制器中，控制器間的站間通信，以及向DCS 2層的數(shù)據(jù)交互也將由虛擬轉(zhuǎn)向?qū)嵨铩?/p>

2 總結(jié)

由于傳統(tǒng)的邏輯調(diào)試在實(shí)際控制器上進(jìn)行，無法高效的進(jìn)行復(fù)雜的邏輯調(diào)試。本文提出了在邏輯調(diào)試中使用虛擬DCS控制器代替實(shí)物控制器的方法。這種調(diào)試方式的優(yōu)點(diǎn)在于：1）調(diào)試人員針對虛擬DCS控制器軟件進(jìn)行操作，信號的注入相當(dāng)于變量的賦值，操作簡便而且效率很高；2）虛擬DCS控制器軟件易于接入電廠的設(shè)備模型（通過TCP/IP通信進(jìn)行變量通信），因而可以進(jìn)行負(fù)責(zé)的邏輯調(diào)試，甚至可以進(jìn)行多個系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)；3）虛擬DCS控制器無需硬件設(shè)備的支持，減輕了對設(shè)備的依賴，邏輯組態(tài)和工程調(diào)試可以交叉迭代進(jìn)行；4）虛擬DCS控制器可以直接下裝并運(yùn)行DCS組態(tài)工程，其系統(tǒng)架構(gòu)、執(zhí)行環(huán)境與真實(shí)DCS系統(tǒng)高度相似。實(shí)際的調(diào)試效果證明DCS虛擬機(jī)能夠有效的完成組態(tài)邏輯調(diào)試，提高調(diào)試效率。

【參考文獻(xiàn)】

[1]曲鳴，張玉峰，李姝，劉純.核電DCS 仿真與設(shè)計(jì)驗(yàn)證[C].中國核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報(bào)告，2009（1）：769-777.

[2]高漢軍，曲鳴，李青，景應(yīng)剛.核電站分布式系統(tǒng)虛擬過程控制平臺設(shè)計(jì)研究[J]. 計(jì)算機(jī)仿真，2016（2）：160-163.

[3]高漢軍，劉培邦，曲鳴.核電站DCS樣機(jī)驗(yàn)證系統(tǒng)的通信接口研究[J].科技傳播，2016（8）：114-115.

[責(zé)任編輯：田吉捷]