艾九斤

摘要： 核電廠DCS因供應(yīng)商采用的平臺(tái)不同而呈現(xiàn)出多樣性，供應(yīng)商在將DCS交付核電廠前對(duì)系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)行工廠測(cè)試，以驗(yàn)證其提供的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)核電廠安全運(yùn)行控制的要求。由于供應(yīng)商對(duì)工廠測(cè)試活動(dòng)范圍理解的不同，而使得工廠測(cè)試的完整性則不同。為此，對(duì)核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)的工廠測(cè)試活動(dòng)進(jìn)行完整性分析，以降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)的可用行和可靠性。

Abstract： The DCS of the nuclear power plant is diversified by the platform used by the supplier. The supplier tests the function and performance of the system before delivering the DCS to the nuclear power plant to verify that the system can meet the requirements for safe operation of the nuclear power plant. The integrity of the factory test is different due to the supplier's different understanding of the scope of the factory test activity. To this end， this paper conducts integrity analysis on the factory test activities of nuclear power plant digital instrument control system to reduce the error risk of system design and implementation and improve the feasibility and reliability of system.

關(guān)鍵詞： 數(shù)字控制系統(tǒng)；工廠測(cè)試；完整性

Key words： digital control system；factory test；integrality

中圖分類號(hào)：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）16-0192-02

0 引言

核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱DCS）是核電廠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其功能是控制核電廠的運(yùn)行，以確保護(hù)核電廠安全。一般分為安全級(jí)系統(tǒng)和非安全級(jí)系統(tǒng)兩大部分，分別由不同的平臺(tái)通過軟、硬件來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。供應(yīng)商為了確保提供的數(shù)字化儀控系統(tǒng)能滿足核電廠安全運(yùn)行的要求，采用工廠測(cè)試的形式對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的功能和性能進(jìn)行驗(yàn)證。目前所有的供應(yīng)商均采用安全級(jí)與非安全級(jí)系統(tǒng)分開測(cè)試的方法對(duì)系統(tǒng)的軟、硬件進(jìn)行驗(yàn)證?；谠摤F(xiàn)狀對(duì)核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)工廠測(cè)試各個(gè)階段的活動(dòng)進(jìn)行完整性分析。

1 系統(tǒng)硬件測(cè)試的完整性分析

核電廠DCS系統(tǒng)主要由機(jī)柜、盤臺(tái)、顯示單元幾大硬件部分組成，這些硬件設(shè)備按照功能被劃分為三個(gè)LOT包，且每個(gè)LOT包都有對(duì)應(yīng)的硬件范圍。供應(yīng)商依據(jù)所劃分的LOT包進(jìn)行硬件的集成裝配活動(dòng)，在完成集成裝配后應(yīng)對(duì)硬件系統(tǒng)的完整性進(jìn)行驗(yàn)證，以確保硬件系統(tǒng)滿足工廠測(cè)試的要求。

1.1 集成裝配驗(yàn)證的完整性

系統(tǒng)硬件集成裝配的正確和完整是開始工廠測(cè)試的前提條件，但在實(shí)際的執(zhí)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)集成裝配不完整的情況，造成該問題的原因有兩個(gè)方面：一是集成裝配活動(dòng)本身不完整，二是檢查確認(rèn)不完整。集成裝配活動(dòng)本身不完整問題與場(chǎng)地、工具、材料、工人技術(shù)等因素有關(guān)，而檢查確認(rèn)不完整則是因?yàn)榱鞒滩煌晟苹驁?zhí)行人員疏忽造成的。

1.2 通道測(cè)試的完整性

系統(tǒng)硬件在集成裝配檢驗(yàn)合格后需對(duì)所有的信號(hào)通道進(jìn)行測(cè)試，以確保每個(gè)信號(hào)通道可用。由于DCS系統(tǒng)涉及的信號(hào)通道比較多，且大多采用手動(dòng)方式從端子上加/取信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，在這種情況下很容易出現(xiàn)漏測(cè)的現(xiàn)象，而在漏測(cè)后卻未能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而導(dǎo)致信號(hào)通道測(cè)試不完整。

造成通道測(cè)試不完整的原因有兩個(gè)方面：一是通道測(cè)試的量較大、測(cè)試比較繁瑣，當(dāng)由人手動(dòng)去執(zhí)行測(cè)試時(shí)則存在漏測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)。二是未對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行檢查或是再確認(rèn)，從而未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)測(cè)試人員的錯(cuò)誤。

1.3 電氣性能測(cè)試的完整性

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)需對(duì)安全級(jí)及安全相關(guān)的機(jī)柜和盤臺(tái)進(jìn)行介電強(qiáng)度、絕緣電阻、接地連續(xù)性三項(xiàng)電氣性能測(cè)試，以確保機(jī)柜和盤臺(tái)的電氣性能滿足核電廠安全運(yùn)行的要求。

目前國內(nèi)核電廠DCS系統(tǒng)供應(yīng)商對(duì)于三項(xiàng)電氣性能測(cè)試的測(cè)試策略是不盡相同的，有些供應(yīng)商是采取全部測(cè)試的策略進(jìn)場(chǎng)測(cè)試，而有些供應(yīng)商則是采取測(cè)試樣機(jī)的策略進(jìn)行測(cè)試。如果從完整性分析，采取測(cè)試樣機(jī)的策略是不能滿足要去的，但供應(yīng)商的解釋是非樣機(jī)的每個(gè)設(shè)備原件與樣機(jī)的生產(chǎn)工藝一樣，且經(jīng)均經(jīng)過同樣的質(zhì)保流程，所以在性能上與樣機(jī)是一樣的，因此若樣機(jī)的電氣性能試驗(yàn)滿足要求，則可以說明完全復(fù)制樣機(jī)的機(jī)柜和盤臺(tái)的電氣性能均滿足要求。

顯然采用全部測(cè)試的策略可以保證測(cè)試的完整性，而采用測(cè)試樣機(jī)的策略則是存在風(fēng)險(xiǎn)的，即同樣的設(shè)備在非樣機(jī)的裝配過程中可能會(huì)出現(xiàn)損傷或損壞，但未經(jīng)過電氣性能試驗(yàn)就不會(huì)被發(fā)現(xiàn)。因此對(duì)于安全級(jí)機(jī)柜建議采用全部測(cè)試的方式進(jìn)行電氣性能試驗(yàn)，以確保測(cè)試的完整性。

2 系統(tǒng)應(yīng)用軟件測(cè)試的完整性分析

DCS系統(tǒng)應(yīng)用軟件是指在平臺(tái)軟件的基礎(chǔ)上采用圖形化的可編程邏輯塊搭建出用于邏輯控制的可視化計(jì)算機(jī)圖形語言，一般簡(jiǎn)稱為邏輯組態(tài)。為了確保DCS系統(tǒng)應(yīng)用軟件（邏輯組態(tài)）的正確性和完整性，需對(duì)軟件部件即最小邏輯單元的功能進(jìn)行測(cè)試，在部件功能測(cè)試完成后進(jìn)行部件集成和軟件功能測(cè)試，以驗(yàn)證系統(tǒng)應(yīng)用軟件的完整性。

2.1 部件功能測(cè)試

部件即系統(tǒng)應(yīng)用軟件組態(tài)的最小邏輯單元，部件功能測(cè)試是對(duì)用于組態(tài)的單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖形模塊進(jìn)行邏輯功能測(cè)試。由于每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖形模塊由平臺(tái)軟件采用非可視化計(jì)算機(jī)編程語言封裝而成，因此在進(jìn)行功能測(cè)試時(shí)無法看到模塊內(nèi)部的運(yùn)行情況，即黑盒測(cè)試。在黑盒測(cè)試的情況下為了確保部件功能測(cè)試的完整性，需對(duì)每個(gè)部件的所有邏輯組合進(jìn)行測(cè)試。所有部件功能測(cè)試完全通過后才可以進(jìn)行軟件的組態(tài)，對(duì)測(cè)試未通過的部件應(yīng)由平臺(tái)研發(fā)部門修改后進(jìn)行功能的回歸測(cè)試，以最終確保部件功能測(cè)試的完整性。

2.2 部件集成測(cè)

部件功能測(cè)試驗(yàn)證最小邏輯單元滿足要求，但并不能保證多個(gè)部件組合在一起的功能正確，因此在完成部件功能測(cè)試后需對(duì)部件進(jìn)行集成測(cè)試。集成測(cè)試是指對(duì)由多個(gè)部件組合在一起的組態(tài)區(qū)域進(jìn)行邏輯測(cè)試，對(duì)于集成區(qū)域大小的劃分可根據(jù)不同的組合原則進(jìn)行定義。由于整個(gè)DCS的邏輯組態(tài)非常龐大，如果按整體進(jìn)行集成測(cè)試顯然是不現(xiàn)實(shí)的，但為了確保單個(gè)部件集成在一起能實(shí)現(xiàn)整體的功能，于是將DCS的整體邏輯功能劃分為許多不同功能的子功能塊進(jìn)行集成測(cè)試。

在部件功能測(cè)試完整和正確的情況下集成區(qū)域的內(nèi)部測(cè)試情況則清晰可見，即白盒測(cè)試。由于白盒測(cè)試的透明性，不需要將所有可能發(fā)生的情況進(jìn)行測(cè)試，只需測(cè)試一種情況即可，即保證單個(gè)部件組合在一起的整個(gè)通道是完整和正確的即可。

2.3 軟件功能測(cè)試

在完成部件功能和部件集成測(cè)試后，將組態(tài)好的軟件下裝到對(duì)應(yīng)的硬件控制器中，通過模擬電廠運(yùn)行工況來驗(yàn)證軟件功能是否滿足工況運(yùn)行的控制要求。由于電廠運(yùn)行工況多、工藝復(fù)雜，導(dǎo)致軟件功能測(cè)試工作量巨大，且測(cè)試難度較高。

因此，為了有效開展軟件功能測(cè)試，一般將測(cè)試分為三個(gè)階段進(jìn)行，即3個(gè)LOT包。由于3個(gè)LOT包的功能相對(duì)獨(dú)立，因此目前國內(nèi)核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)工廠測(cè)試均按3個(gè)LOT包進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)收，而未在工廠測(cè)試階段將3個(gè)LOT包進(jìn)行集成測(cè)試驗(yàn)收。

3 系統(tǒng)集成測(cè)試的完整性分析

系統(tǒng)集成測(cè)試是指將所有的硬件和軟件集成在一起作為一個(gè)整體進(jìn)行功能和性能的測(cè)試，但由于核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)是一個(gè)非常龐大的系統(tǒng)，為了提高工廠測(cè)試效率一般將系統(tǒng)劃分為3個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的LOT進(jìn)行獨(dú)立測(cè)試。為了保證系統(tǒng)測(cè)試的完整性，在3個(gè)LOT的獨(dú)立測(cè)試完成后應(yīng)進(jìn)行3個(gè)LOT的集成測(cè)試，但由于受到工廠測(cè)試場(chǎng)地、測(cè)試難度等方面因素的影響，目前供應(yīng)商均未開展系統(tǒng)的集成測(cè)試。

理論上在工廠測(cè)試階段應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行集成測(cè)試，但鑒于3個(gè)LOT的功能相對(duì)獨(dú)立，在3個(gè)LOT的硬件、軟件測(cè)試結(jié)果正確和完整的情況下，系統(tǒng)集成測(cè)試即為3個(gè)LOT間的接口測(cè)試，且系統(tǒng)到現(xiàn)場(chǎng)后須由調(diào)試人員進(jìn)行集成調(diào)試，因此可以不強(qiáng)制要求在工廠進(jìn)行系統(tǒng)集成測(cè)試。

4 結(jié)論

通過對(duì)DCS工廠測(cè)試活動(dòng)各個(gè)階段的測(cè)試原理、測(cè)試方法、測(cè)試流程的分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前核電廠DCS系統(tǒng)供應(yīng)商的工廠測(cè)試除系統(tǒng)集成測(cè)試外，其它各項(xiàng)測(cè)試均比較完整。由于核電廠DCS是一個(gè)非常龐大的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)集成測(cè)試受場(chǎng)地、環(huán)境等一系列因素的影響導(dǎo)致實(shí)施難度非常大，因此將該測(cè)試放到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段進(jìn)行。但在條件具備的情況下，供應(yīng)商應(yīng)在DCS出廠前完成系統(tǒng)的集成測(cè)試，以確保DCS系統(tǒng)滿足核電廠安全運(yùn)行控制的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張建國.安全儀表系統(tǒng)在過程工業(yè)中的應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2010：74-93.

[2]劉朋波，周韋，張淑慧.核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)測(cè)試綜述[J]. 上海：自動(dòng)化儀表，2012，33（2）：51-54.

[3]趙兵.方家山核電工程在線監(jiān)督DCS工廠測(cè)試分析[J]中國核電，2015-06-15.