韓寅馳　唐國永

摘? 要：核電站安全級數(shù)字化儀控平臺關(guān)系到核電站安全、可靠和穩(wěn)定的運行。伴隨著技術(shù)的突飛猛進的發(fā)展和核電站對于應(yīng)用產(chǎn)品的嚴(yán)格要求，安全級數(shù)字化儀控平臺的測試變得尤為重要，并產(chǎn)生了大量的測試數(shù)據(jù)。在大數(shù)據(jù)悄然到來的時代，對測試數(shù)據(jù)進行處理變成一項極具價值的工作。

關(guān)鍵詞：安全級數(shù)字化儀控;測試;數(shù)據(jù)處理

中圖分類號：TM623.8? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）02-0059-02

Abstract：Safety related digital instrument and control platform of nuclear power plant，which is important to nuclear power plant，need test for nuclear power plants reliability and stability. With the rapid development of technology and the strict requirements of nuclear power plant for application products，the test of safety level digital instrument and control platform has become particularly important，and has produced a large number of test data. In the era of big data coming quietly，the processing of test data has become a very valuable work.

Keywords：safety related digital instrument and control;test;data processing

0? 引? 言

核電站安全級數(shù)字化儀控平臺主要用于搭建核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)。核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)是核電站最為重要的儀控系統(tǒng)，是保證核電站安全經(jīng)濟運行的關(guān)鍵設(shè)備之一。

隨著自動化技術(shù)、電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，核電站安全級儀控系統(tǒng)由傳統(tǒng)的模擬儀控系統(tǒng)轉(zhuǎn)向數(shù)字化儀控系統(tǒng)。近年來，數(shù)字化儀控系統(tǒng)從以中央處理器（CPU）為基礎(chǔ)的儀控系統(tǒng)，逐漸出現(xiàn)了基于現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）技術(shù)的儀控系統(tǒng)。FPGA技術(shù)是國際原子能機構(gòu)（IAEA）和美國核管理委員會（NRC）推薦的儀控系統(tǒng)解決技術(shù)。FPGA技術(shù)和數(shù)字化儀控系統(tǒng)的核心技術(shù)——集成電路技術(shù)使電子線路板卡（板卡）成為數(shù)字化儀控系統(tǒng)的核心部件。板卡測試因此成為核電站安全級數(shù)字化儀控平臺研發(fā)、生產(chǎn)中的重要工序。

1? 板卡測試數(shù)據(jù)處理

測試是產(chǎn)品驗證與確認(rèn)的方法之一，通常運用在產(chǎn)品設(shè)計、制造和集成階段，它的主要目的是用來確認(rèn)產(chǎn)品是否滿足需求。在核電站安全級數(shù)字化儀控平臺的設(shè)計和制造中，我們使用測試方法鑒別電子線路板卡功能、性能的好壞。

1.1? 測試的必要性

測試是驗證核電站安全級儀控系統(tǒng)的基本方法之一。通過測試可以知道產(chǎn)品的性能、功能和魯棒性。隨著核電站儀控系統(tǒng)的升級換代，安全級數(shù)字化儀控平臺技術(shù)含量高、性能高，產(chǎn)品的成本和價值比較高昂。如果在集成階段，或者是運行階段發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品性能和質(zhì)量問題，那將導(dǎo)致巨大的損失。因此，提早、全面地對安全級數(shù)字化儀控平臺進行測試是十分有益的。

1.2? 測試篩選不合格品

安全級數(shù)字化儀控平臺板卡在進入廠房前需要進行進貨檢驗，包括檢查、測試。測試是按照預(yù)定的測試規(guī)程對板卡的功能和性能進行逐項測試，得到測試數(shù)據(jù)后，將測試數(shù)據(jù)與測試準(zhǔn)則進行對比，判斷被測板卡該測試項是否通過。測試數(shù)據(jù)在測試準(zhǔn)則要求的范圍內(nèi)，該項測試的測試結(jié)果即為通過。當(dāng)一塊板卡的所有測試項都通過的時候，這一塊板卡為合格品，可以進入下一道工序。在這一過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)有了最初級的處理——與測試準(zhǔn)則的對比。當(dāng)對千千萬萬的板卡進行測試，就產(chǎn)生了大量的測試數(shù)據(jù)。

對未能通過測試的板卡，可以分析該板卡的測試數(shù)據(jù)，找到錯誤的原因。錯誤的原因大致可以分為兩類，一類是過失錯誤，測試操作失誤等，如果識別為過失錯誤，可以請求重測;另一類是技術(shù)錯誤，可能是設(shè)計錯誤、生產(chǎn)錯誤，甚至是測試裝置或儀器的錯誤。

1.3? 產(chǎn)品數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

在大量的產(chǎn)品測試后，產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)可以用于數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，特別是一些通過定量測試得到的測試數(shù)據(jù)。

1.3.1? 平均數(shù)/中位數(shù)

平均數(shù)是所有樣本數(shù)據(jù)求和除以樣本數(shù)據(jù)個數(shù)。平均數(shù)是最廣泛應(yīng)用的數(shù)理統(tǒng)計值，能夠表示樣本的總體趨勢，但是也容易受到極端數(shù)值的影響。

中位數(shù)是一組樣本數(shù)據(jù)中，中間位置的數(shù)。如果樣本為奇數(shù)個，則中位數(shù)是中間位置的數(shù);如果樣本為偶數(shù)個，則中位數(shù)是中間兩個數(shù)的平均數(shù)，中位數(shù)就能避免受到極端數(shù)值的影響。

平均數(shù)和中位數(shù)是最基本的數(shù)據(jù)處理分析方法，用在分析合格產(chǎn)品中，測試結(jié)果平均數(shù)或者中位數(shù)是否偏向于測試準(zhǔn)則的上限或者下限。進一步可以檢查產(chǎn)品設(shè)計、測試裝置設(shè)計、測試方法、環(huán)境等因素是否有問題。

1.3.2? 方差/標(biāo)準(zhǔn)差

方差是樣本中各數(shù)據(jù)與樣本平均數(shù)的差的平方和的平均數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)差是方差的算數(shù)平方根。

方差和標(biāo)準(zhǔn)差都是衡量一組樣本數(shù)據(jù)離散程度的量度。當(dāng)數(shù)據(jù)分布比較分散，各個數(shù)據(jù)與平均值的差距較大，方差和標(biāo)準(zhǔn)差較大;當(dāng)數(shù)據(jù)分布比較集中，各個數(shù)據(jù)與平均值的差距較小，方差和標(biāo)準(zhǔn)差較小。

方差和標(biāo)準(zhǔn)差較大時，樣本數(shù)據(jù)離散程度大，說明穩(wěn)定性較差。需要從產(chǎn)品穩(wěn)定性方面進一步分析。

1.3.2? 正態(tài)分布檢驗

若隨機變量X服從一個數(shù)學(xué)期望為μ、方差為σ2的正態(tài)分布，記為N（μ，σ2）。其概率密度函數(shù)為正態(tài)分布的期望值μ決定了其位置，其標(biāo)準(zhǔn)差σ決定了分布的幅度。

判斷一組數(shù)據(jù)是否滿足正態(tài)分布，可以使用假設(shè)檢驗，當(dāng)p>0.05時，認(rèn)為這組數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布。

測試結(jié)果在測試上下限中離散分布，沒有呈現(xiàn)正態(tài)分布狀態(tài)?？赡苁且驗闃颖緮?shù)量不夠。如果樣本數(shù)量充足，則極有可能是測試方法有問題或者是產(chǎn)品性能不穩(wěn)定。

1.4? 標(biāo)定

對板卡測試數(shù)據(jù)的分析除了可以用于篩選出不良品，幫助查找設(shè)計和制造過程中的問題，還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品標(biāo)定采用了這種方法使得產(chǎn)品通道精度有更高的提升。

1.4.1? 標(biāo)定、檢定和校準(zhǔn)的基本概念和區(qū)別

（1）標(biāo)定，通過測量標(biāo)準(zhǔn)器的偏差補償儀器系統(tǒng)誤差，從而改善儀器或者系統(tǒng)準(zhǔn)確度（精度）的操作。標(biāo)定一般用于較高精度的儀器。

（2）檢定，依據(jù)國家計量檢定規(guī)程，通過實驗確定計量器具示值的活動。檢定范圍是我國計量法明確規(guī)定的強制檢定的計量器具。

（3）校準(zhǔn)，依據(jù)相關(guān)校準(zhǔn)規(guī)范，通過實驗室確定計量器具示值的活動。通常采用與精度較高的標(biāo)準(zhǔn)器比對測量得到被計量器具的修正值。校準(zhǔn)主要用于非強制檢定的計量器具。

此外，標(biāo)定是測量時，對設(shè)備的精度進行復(fù)核，并及時對誤差進行消除的動態(tài)過程。檢定和校準(zhǔn)是按周期進行的靜態(tài)計量過程。所以我們提升產(chǎn)品性能，將補償值寫入產(chǎn)品，并使得產(chǎn)品自動校正測量值的過程被納入標(biāo)定的范疇。

1.4.2? 標(biāo)定方法

產(chǎn)品采集通道在設(shè)計了標(biāo)定功能后可以進行這種數(shù)據(jù)處理，由于采集功能是核電站安全級數(shù)字化儀控平臺最主要的功能之一，因此，標(biāo)定在板卡測試中占有很大的比重。

標(biāo)定數(shù)據(jù)處理前首先進行測試，得到大量通道采集數(shù)據(jù)。對每一個通道設(shè)定5到7個測量點，這些測量點的值為目標(biāo)值。每一個測量點上進行大量測試，得到測量值。接著剔除離群點——數(shù)據(jù)異常點。如果采集的數(shù)據(jù)樣本足夠充足，可以按照6σ標(biāo)準(zhǔn)進行剔除。當(dāng)樣本數(shù)量不足和質(zhì)量要求不是特別嚴(yán)格時，可以按照4σ或3σ標(biāo)準(zhǔn)進行剔除。

因為產(chǎn)品通道所有的測試點和目標(biāo)值都是線性關(guān)系，用滿足一組一元線性等式約束方程的最小二乘法解來消除測量的隨機誤差。最小二乘法是用測量數(shù)據(jù)（yj）與它對應(yīng)的目標(biāo)值（xi）的計算值（yi）偏差平方最小來求得解。解的值即為我們需要的校正值（k為增益因子，b為偏移因子）。

可以設(shè)yi=kxi+b

其中k，b為任意實數(shù)。

校正值輸入產(chǎn)品通道中儲存，通道在下一次采集過程中會自動加載校正值。加載校正值的產(chǎn)品通道擁有更高的采集精度。

2? 結(jié)? 論

在核電站安全級數(shù)字化儀控平臺板卡測試中，將測試數(shù)據(jù)同測試準(zhǔn)則進行對比，可用來篩選不良產(chǎn)品，在產(chǎn)品檢驗時把好第一道關(guān)。當(dāng)有大量的測試數(shù)據(jù)時，可以挖掘測試數(shù)據(jù)信息，分析產(chǎn)品特性，為產(chǎn)品設(shè)計提供有價值的特性反饋。對于采集通道的數(shù)據(jù)，可以做進一步的分析，找出一種適合產(chǎn)品的標(biāo)定方法，提升產(chǎn)品性能，增加產(chǎn)品競爭力。這些核電站安全級數(shù)字化儀控平臺板卡測試數(shù)據(jù)處理的方法，供研發(fā)、工程測試技術(shù)人員工作時參考借鑒。

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作者簡介：韓寅馳（1986-），男，漢族，重慶人，工程師，主管研究員，畢業(yè)于重慶大學(xué)通信工程專業(yè)，本科，研究方向：產(chǎn)品驗證與確認(rèn)。