劉躍鋒 楊峰 王建銀

摘? 要：本文全面分析了核電模擬機(jī)自動(dòng)化測試工具相關(guān)情況，在核電站DCS系統(tǒng)制造中包含了自動(dòng)化模擬測試模塊。其能夠全面實(shí)現(xiàn)工廠測試的自動(dòng)化，有效地提高了測試效果，并能夠加大測試覆蓋面。另外值得說明的是，利用相關(guān)測試裝置，將一整套核電站工藝系統(tǒng)模擬模型和DCS相互連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)DCS和模型聯(lián)合測試的最終目的。同時(shí)也可早期發(fā)現(xiàn)并著手解決DCS當(dāng)前存在的問題，減少工作現(xiàn)場工程調(diào)試階段具體的改造成本，同時(shí)也保證了項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：DCS;核電;測試工具;仿真

中圖分類號(hào)：TM623? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）08-0192-03

Abstract：This paper comprehensively analyses the relevant situation of automated test tools for nuclear power simulator，and includes automated simulation test module in the manufacture of DCS system of nuclear power plant. It can fully realize the automation of factory test，effectively improve the test effect， and increase the test coverage. In addition，it is worth pointing out that a set of simulation models and DCS of nuclear power plant process system are interconnected with each other by using relevant testing devices，thus realizing the ultimate goal of joint testing of DCS and model. At the same time，we can find and solve the current problems of DCS in the early stage，reduce the specific transformation cost in the debugging stage of the work site project，and ensure the smooth progress of the project.

Keywords：DCS;nuclear power;testing tools;simulation

0? 引? 言

全范圍模擬器也被稱之為虛擬核電站，每個(gè)核電站至少會(huì)配備一個(gè)全范圍模擬機(jī)，其通常應(yīng)用于核電操作員渠道考試以及培訓(xùn)工作之中[1]。對(duì)于全范圍模擬機(jī)來講，軟件數(shù)據(jù)的重要性不言而喻。諸多因素均會(huì)引發(fā)模擬器軟件數(shù)據(jù)遺失，例如自然災(zāi)害、人為操作失誤、電腦病毒以及設(shè)計(jì)漏洞等等，倘若不慎發(fā)生丟失，則會(huì)造成不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。由此能夠看出，在日常運(yùn)行中應(yīng)當(dāng)使用行之有效的措施實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬機(jī)軟件數(shù)據(jù)的合理備份，能夠起到防患于未然的效果。結(jié)合實(shí)際情況，本文全面分析了核電模擬機(jī)自動(dòng)化測試工具的相關(guān)情況，現(xiàn)將具體結(jié)果報(bào)告如下。

1? 模擬機(jī)數(shù)據(jù)備份的基本要求

1.1? 數(shù)據(jù)備份需求分析情況

比如說：某核電站AP1000使用全范圍模擬機(jī)實(shí)物模擬的方法，可以呈現(xiàn)DCS的仿真過程。這種方法通過真實(shí)DCS硬件以及軟件、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的配置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)DCS仿真。就整體而言，AP1000全方位模擬機(jī)主要由KVM網(wǎng)絡(luò)、Ovation網(wǎng)絡(luò)、PMCS網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)會(huì)體現(xiàn)出下述功能：

（1）KVM網(wǎng)絡(luò)能夠承擔(dān)接口功能，可以將復(fù)雜性O(shè)vation、PMCS網(wǎng)絡(luò)的輸入以及輸出簡潔明了地連接在一起。

（2）Ovation網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)﹄姀S模型數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)中包含系列性應(yīng)用服務(wù)器以及工作站服務(wù)器。比如說：預(yù)防病毒、服務(wù)器數(shù)據(jù)庫、歷史站、SimStation/SimSlave接口站和工作者工作站等。

（3）PMCS網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)接口功能。其能夠?qū)?fù)雜的工藝系統(tǒng)模型、控制系統(tǒng)以及運(yùn)行模型計(jì)算機(jī)PMC發(fā)揮出相關(guān)作用。Ovation/PMCS網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)輸入以及輸出，將其簡潔地加以連接。[2]

1.2? 數(shù)據(jù)備份的具體要求

結(jié)合模擬器自身工作需要以及數(shù)據(jù)特征，本文總結(jié)出下述4項(xiàng)模擬機(jī)數(shù)據(jù)備份的相關(guān)要求，具體如下。

1.2.1? 實(shí)時(shí)性

模擬機(jī)為核電站操控者培訓(xùn)以及考試必要性工具。因?yàn)楦黝愐蛩囟鴮?dǎo)致的模擬器無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)給操作者的培訓(xùn)效果和整個(gè)電廠運(yùn)行計(jì)劃帶來諸多影響。所以，必須在數(shù)據(jù)方面予以實(shí)時(shí)備份，這種方法能夠在最大程度上確保模擬機(jī)可用性以及整體數(shù)據(jù)的可修復(fù)性。

1.2.2? 可靠度

單一化數(shù)據(jù)備份存在數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于重要數(shù)據(jù)需要開展諸多備份，其主要指的是多備份一份或者幾份同樣內(nèi)容的文件，利用這種方法來加大系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的可靠程度。與此同時(shí)，備份的存儲(chǔ)介質(zhì)應(yīng)當(dāng)選擇質(zhì)量過關(guān)的產(chǎn)品，以保證數(shù)據(jù)備份可用性強(qiáng)、完整性良好。

1.2.3? 安全性

核電站中的絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)均有著一定保密要求。所以，關(guān)于數(shù)據(jù)的備份和存儲(chǔ)必須安全可靠，同時(shí)也要制定出相對(duì)完整的安全管理機(jī)制，以免發(fā)生信息外漏事件。

1.2.4? 經(jīng)濟(jì)性

全范圍模擬機(jī)開展備份的過程中軟件的數(shù)據(jù)量并不是特別龐大，所以說，應(yīng)當(dāng)在考慮合理經(jīng)濟(jì)的狀況下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份。

2? 自動(dòng)化仿真測試工具的設(shè)計(jì)

2.1? 總體結(jié)構(gòu)情況

相關(guān)裝置放在可移動(dòng)式柜機(jī)中，內(nèi)部包含了I/O卡件、I/O信號(hào)調(diào)理板卡、交換機(jī)、打印機(jī)等其余輔料。

相關(guān)軟件應(yīng)當(dāng)安放在公共電腦之中，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的相互連接方式為：通過>300M以太網(wǎng)、仿真服務(wù)器模型、二級(jí)管理網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備以及非核級(jí)DCS系統(tǒng)相互連接，工控機(jī)經(jīng)過PCI總線和NI卡相連。

2.2? 主要構(gòu)成部分

2.2.1? I/O設(shè)備

I/O機(jī)柜中的模塊類型主要包含諸多數(shù)字量輸入輸出卡件等。從實(shí)際來講，考慮到測試的信號(hào)主要以網(wǎng)絡(luò)為重點(diǎn)類型進(jìn)行搭建，供應(yīng)的單實(shí)體DCS設(shè)備單柜機(jī)輸入以及輸出通路和輸入輸出I/O數(shù)目大致一樣[3]。

2.2.2? 自動(dòng)化測試軟件以及工控機(jī)

自動(dòng)化測試軟件的運(yùn)行主要通過工控機(jī)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通訊接口和模擬模型DCS設(shè)備與I/O機(jī)柜交換相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.2.3? 仿真式模擬服務(wù)器

此類設(shè)備涵蓋了核電站的工藝系統(tǒng)仿真模型、服務(wù)器以及具體化運(yùn)行環(huán)境。

2.2.4? 其他

主要涵蓋了以太網(wǎng)交換機(jī)、打印機(jī)以及多計(jì)算機(jī)切換器、KVM等等。

3? DCS自動(dòng)化仿真測試具體應(yīng)用方法

一般涵蓋了按照有關(guān)步驟設(shè)立初始化條件、信號(hào)對(duì)接測試用例、檢查相關(guān)步驟、預(yù)期目標(biāo)、測試完畢等等環(huán)節(jié)內(nèi)的配置，其能夠展現(xiàn)于具體的用例之內(nèi)。員工對(duì)在系統(tǒng)的人機(jī)對(duì)話加以測試，可實(shí)現(xiàn)控制。

3.1? 載入

對(duì)各個(gè)需進(jìn)行測試的配置，都存在設(shè)計(jì)好的文檔內(nèi)。在開展某個(gè)測試前，必須將測試用例導(dǎo)入系統(tǒng)軟件之中。

3.2? 整體信號(hào)對(duì)接環(huán)節(jié)

所謂全局化信號(hào)對(duì)接，主要指的是在某個(gè)測試環(huán)節(jié)內(nèi)，模型應(yīng)當(dāng)與DCS連續(xù)化交換信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)接。該類型信號(hào)必須在全部測試環(huán)節(jié)內(nèi)，利用周期性方法或變換位置的方法實(shí)現(xiàn)發(fā)送。信號(hào)具體包含以下幾個(gè)類別。

3.2.1? 指令性信號(hào)對(duì)接環(huán)節(jié)

針對(duì)DCS詳細(xì)發(fā)出設(shè)備類型控制令點(diǎn)，其可經(jīng)工控機(jī)以網(wǎng)絡(luò)為渠道，獲得DCS輸出指令號(hào)點(diǎn)詳細(xì)值?；驈腎/O的NI板卡集合DCS特定化型號(hào)，此后返回工控機(jī)。然后，工控機(jī)把相關(guān)信號(hào)利用通訊的接口傳送給仿真模型，進(jìn)一步對(duì)需要驗(yàn)證的DCS輸出通道加以測試。

3.2.2? 熱點(diǎn)性信號(hào)對(duì)接環(huán)節(jié)

使用公共機(jī)的通訊接口模型，集合DCS需要工藝中的系統(tǒng)測試點(diǎn)信號(hào)/相關(guān)設(shè)備的具體型號(hào)。在此之后測定試用例具體需要，經(jīng)I/O機(jī)柜或者通信接口，將相關(guān)信號(hào)注入DCS之內(nèi)，針對(duì)需驗(yàn)證的信號(hào)通道實(shí)現(xiàn)功能測定。值得注意的是，應(yīng)將經(jīng)I/O機(jī)柜鉆機(jī)模塊，進(jìn)而將測試點(diǎn)信號(hào)發(fā)送至信號(hào)采集板卡之內(nèi)。如果未能采用此項(xiàng)方案，工控機(jī)能夠直接經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通訊強(qiáng)制設(shè)定的DCS輸入點(diǎn)仿真值，就可以完成該項(xiàng)工作。

3.3? 設(shè)置初始狀態(tài)

所謂設(shè)置初始狀態(tài)，主要指的是設(shè)定DCS與仿真模型初始狀態(tài)全體過程。對(duì)于這項(xiàng)工作，工控機(jī)除了要經(jīng)過通訊接口調(diào)用模型中預(yù)制工況或者設(shè)定模型內(nèi)的特定狀態(tài)（預(yù)制的工況/設(shè)定好模型中狀態(tài)）以外，也必須經(jīng)通訊接口和I/O機(jī)柜設(shè)置出DCS內(nèi)質(zhì)點(diǎn)情況，后輸進(jìn)具體化信號(hào)。在完成相關(guān)步驟之后，仔細(xì)檢查狀態(tài)，查看是否正確。

3.4? 按照既定步驟，設(shè)定具體輸入條件

主要指的是在測試的各個(gè)步驟應(yīng)當(dāng)依照測試的用例具體要求設(shè)定該步驟需要改變的模型或者DCS狀態(tài)，主要包含以下幾點(diǎn)。

3.4.1? 設(shè)定DCS具體狀態(tài)

依照相關(guān)步驟改變模型狀態(tài)操作點(diǎn)的具體化內(nèi)部狀態(tài)，詳細(xì)實(shí)現(xiàn)方法為：經(jīng)I/O機(jī)柜/網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)制于DCS卡件中輸入電信號(hào)。值得說明的是，應(yīng)當(dāng)積極改變DCS輸入點(diǎn)詳情，一般發(fā)生于包含模型的測試之中。

3.4.2? 既定模型詳細(xì)狀態(tài)

按照具體化步驟，更改模型的詳細(xì)狀態(tài)，詳細(xì)為：所應(yīng)用特定模型實(shí)際工況管路破裂詳情，所生產(chǎn)設(shè)備故障參數(shù)異常等等。用以全面測定DCS控制保護(hù)以及調(diào)節(jié)具體功能。從實(shí)現(xiàn)方法而言，主要指的是：利用工控機(jī)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)對(duì)接口朝向仿真模型發(fā)送與之相應(yīng)的指令。

3.4.3? 提示性操作

結(jié)合特定測試環(huán)節(jié)，工作者應(yīng)在相關(guān)系統(tǒng)人機(jī)交流截面內(nèi)按照提示進(jìn)行操作。

3.5? 分析相關(guān)步驟預(yù)期值

該項(xiàng)工作主要指的是：在設(shè)定在測試相關(guān)步驟的輸入條件后，先詳細(xì)查看DCS內(nèi)部信號(hào)以及具體化輸出信號(hào)情況，另外也應(yīng)分析DCS控制、保護(hù)和調(diào)節(jié)環(huán)境下工藝狀態(tài)是不是取得了既定的目標(biāo)。

（1）分析DCS狀態(tài)。其主要經(jīng)網(wǎng)絡(luò)查看DCS輸入輸出點(diǎn)以及內(nèi)部點(diǎn)的具體狀態(tài)。

（2）查看模擬狀態(tài)詳情。通俗地講，就是經(jīng)網(wǎng)絡(luò)接口獲得模型內(nèi)具體化工藝值/詳細(xì)設(shè)備的狀態(tài)。

（3）人工查看結(jié)果。對(duì)于需要員工在DCS的人機(jī)交互界面查找的詳細(xì)結(jié)果項(xiàng)目，主要通過系統(tǒng)給出提示予以完成。[4]

3.6? 結(jié)束或者繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)測試

完成相關(guān)步驟的測試工作之后，且最后結(jié)果和預(yù)先設(shè)定值相同，其會(huì)自動(dòng)進(jìn)入到下一個(gè)環(huán)節(jié)測試之中，如果全部步驟完成，則會(huì)停止測試工作。

4? 詳細(xì)的應(yīng)用情況以及成果

使用自動(dòng)化的裝置，可有效提升工作效率和工作質(zhì)量，例如：針對(duì)一個(gè)特定的DCS廠家核電站項(xiàng)目測試效果而言，使用新型測試模塊，比原有手動(dòng)測試消耗時(shí)間平均減少35.00%，整體化測試期間硬接線數(shù)目減少了之前的30%以上，人力投入節(jié)約60%以上。測試均能讓工藝系統(tǒng)仿真模型以及非模型順利中的測試工作。僅僅需要編寫以及運(yùn)行各個(gè)測試用例即可完成全部工作步驟。

與此同時(shí)，在仿真模型的全力支持之下，相關(guān)工作人員還應(yīng)當(dāng)全面參考于現(xiàn)場使用的設(shè)備和程序的設(shè)計(jì)用例。同時(shí)實(shí)施系統(tǒng)功能以及設(shè)備及測試可編寫規(guī)模更高、復(fù)雜性更大的用例。從另一個(gè)角度全面驗(yàn)證DCS功能情況，如果功能完好，可進(jìn)一步擴(kuò)展應(yīng)用。此類方法能夠全面執(zhí)行DCS功能正確度，降低現(xiàn)場可能發(fā)生的DCS功能錯(cuò)誤概率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 連瑞娜.核電廠國產(chǎn)化全范圍模擬機(jī)FAT問題分析 [J].自動(dòng)化與儀器儀表，2016（8）：75-76.

[2] 王日清.秦山300MW核電機(jī)組全范圍模擬機(jī)性能分析 [J].原子核物理評(píng)論，1997（1）：63-67.

[3] 單良.600MW核電機(jī)組全范圍模擬機(jī)系統(tǒng)模型軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D].武漢：華中科技大學(xué)，2009.

[4] 周海翔，唐亞梅.田灣核電站全尺寸模擬機(jī)維護(hù)維修策略與措施分析 [J].核安全，2006（2）：8-15.

作者簡介：劉躍鋒（1978.11-），男，漢族，河北保定人，自控工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：過程控制系統(tǒng);楊峰（1981.06-），男，漢族，陜西寶雞人，高級(jí)工程師，碩士研究生，研究方向：儀控自動(dòng)化;王建銀（1985.07-），男，漢族，北京人，工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：自動(dòng)控制。