鄧小軍，祝杰，張旭，姚璋，黃鵬，張子鵬

（1.中國核動力研究設(shè)計院，核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)重點實驗室，成都610213；2.中核四〇四有限公司，嘉峪關(guān)735100）

0 引言

在儀控系統(tǒng)工程設(shè)計中，DCS（digital control sys?tem）不同站點之間存在大量數(shù)據(jù)（2萬~4萬的網(wǎng)絡(luò)變量）交互，設(shè)計站間網(wǎng)絡(luò)變量需要提供準確的對端站點信息。各站點存在設(shè)計階段不同步的情況，不同設(shè)計人員進行交互設(shè)計時依賴于接口信息傳遞是否及時準確，在進行站間接口設(shè)計時容易產(chǎn)生設(shè)計差錯。DCS設(shè)計過程需要經(jīng)歷多次迭代設(shè)計，每一版設(shè)計的更迭均有可能造成接口變更，變更時需要對所有網(wǎng)絡(luò)變量進行核對，采用人工核對既費時且易出錯。提高設(shè)計過程的綜合效率，一直是工程設(shè)計的重點研究方向之一。

在工程設(shè)計中使用自動化軟件進行輔助設(shè)計及檢查能夠極大提升設(shè)計效率[1-5]。本文針對DCS設(shè)計過程中組態(tài)網(wǎng)絡(luò)變量編制及修改過程中的繁瑣流程，設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于LabVIEW軟件自動生成DCS組態(tài)網(wǎng)絡(luò)變量的軟件系統(tǒng)，成功應(yīng)用于某核電廠1、2號機組安全級DCS設(shè)計項目中，提升了設(shè)計效率，降低了人因錯誤率。

1 功能需求分析

1.1 儀控功能圖

以組態(tài)中的儀控功能圖為例，其主要功能區(qū)分為軟件邏輯部分和輔助接口信息部分，其分界為MPU（main process unit）邊框，如圖1所示。

圖1儀控功能圖繪圖區(qū)域

圖1為基于“龍鱗”DCS平臺圖形組態(tài)軟件NASLAD繪制的儀控功能圖。輔助接口信息為站點與外部的接口，由靜態(tài)接口圖符組成，包括硬接線類型和網(wǎng)絡(luò)類型。PLM為優(yōu)先級邏輯模塊，通過PLM接入的信號同樣包括了硬接線類型和網(wǎng)絡(luò)類型。輔助接口信息不參與軟件邏輯運算，而是幫助識圖者理解軟件邏輯及硬件的連接關(guān)系。雖然輔助接口信息的錯誤不會對下裝的組態(tài)軟件造成影響，但是其錯誤會給識圖者造成誤解，引發(fā)錯誤的維護操作，進而影響設(shè)備安全。

基于以上需求，考慮開發(fā)一套軟件系統(tǒng)可以針對靜態(tài)圖符中的網(wǎng)絡(luò)變量信息進行自動生成和核對，包括網(wǎng)絡(luò)變量名稱、對端功能圖頁號和對端站號等。

1.2 技術(shù)背景

目前市面上應(yīng)用的DCS組態(tài)軟件多種多樣，本系統(tǒng)以基于“龍鱗”DCS平臺的組態(tài)軟件NASLAD為例，其組態(tài)生成的文件可通XML（extensible markup lan?guage，可擴展標記語言）格式保存并導(dǎo)出。XML是一種基于文本的、用于標記電子文件使其具有結(jié)構(gòu)性的語言，便于在不同應(yīng)用程序之間中進行格式化數(shù)據(jù)的交換。本文采用LabVIEW作為開發(fā)平臺，LabVIEW為NI（national instruments）公司推出的一款編程軟件，其先進便捷的圖形化開發(fā)方式目前應(yīng)用廣泛。Lab?VIEW中提供的XML解析器是使用DOM文檔對象模型的Xerces 2.7解析器，本文通過相關(guān)的XML解析器VI和屬性節(jié)點可以對XML文件進行各種處理。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

自動生成系統(tǒng)包括4個子模塊，即循環(huán)控制模塊（A）、對端變量讀取模塊（B）、輔助功能模塊（C）、網(wǎng)絡(luò)變量生成模塊（D）。4個模塊在系統(tǒng)中的位置和接口關(guān)系如圖2所示。

循環(huán)控制模塊通過讀取圖頁名稱列表，控制每張圖頁檢查模塊的執(zhí)行次數(shù)；對端變量讀取模塊讀取對端網(wǎng)絡(luò)變量表Excel，為本端網(wǎng)絡(luò)變量的生成提供信息；輔助功能模塊主要實現(xiàn)新建輸出路徑文件夾的功能；網(wǎng)絡(luò)變量生成模塊是核心部分，循環(huán)實現(xiàn)每張功能圖頁中網(wǎng)絡(luò)變量的自動生成，循環(huán)次數(shù)為功能圖總頁數(shù)。同時，總替換數(shù)量變量記錄總共生成的網(wǎng)絡(luò)變量標簽的個數(shù)。利用這個參數(shù)，可將軟件作為檢查工具使用。在總替換變量個數(shù)為0時，表示原圖紙的網(wǎng)絡(luò)變量標簽是正確的。

2.2 循環(huán)控制模塊

循環(huán)控制模塊（A）如圖2所示。圖紙列表文件以txt格式存儲在“Station站號AlgPageList.txt”文件中。通過人機界面讀入的信息，使用LabVIEW自帶的“路徑拆分”子VI、“路徑構(gòu)建”子VI、“讀取文本文件”子VI進行讀取，然后使用“電子表格字符串至數(shù)組轉(zhuǎn)換”子VI將列表信息轉(zhuǎn)換為數(shù)組。由此得到的圖紙頁數(shù)即為網(wǎng)絡(luò)變量生成模塊的循環(huán)次數(shù)，達到控制循環(huán)的目的。

2.3 對端變量讀取模塊

網(wǎng)絡(luò)變量表包含對端站點的變量列表信息，包含網(wǎng)絡(luò)變量名稱、說明、功能圖頁碼等。循環(huán)控制模塊如圖2中的B部分所示。采用ActiveX技術(shù)讀取Excel，結(jié)合實際工程項目背景，讀取內(nèi)容主要兩種形式（網(wǎng)絡(luò)變量和PLM變量）。具體實現(xiàn)如圖3所示。

圖2 控制站網(wǎng)絡(luò)變量自動生成

2.4 輔助功能模塊

循環(huán)控制模塊如圖2中的C部分所示。利用各種字符串和路徑操作子VI，獲得生成圖頁文件的存儲路徑，并判斷該路徑是否存在。如果存在，則不作操作；反之則新建文件夾。最終將文件夾路徑傳至網(wǎng)絡(luò)變量生成模塊。

2.5 網(wǎng)絡(luò)變量生成模塊

網(wǎng)絡(luò)變量生成模塊（D）實現(xiàn)對每一張功能圖的處理，其核心部分是CREATE子VI。由循環(huán)控制模塊（A）得到功能圖的總頁數(shù)，即循環(huán)次數(shù)，實現(xiàn)對控制站每一頁功能圖頁網(wǎng)絡(luò)變量的自動生成。

每一張功能圖對應(yīng)一個XML文件，每處理一個XML文件將調(diào)用一次CREATE子VI。CREATE子VI內(nèi)部如圖4所示。

CREATE子VI分為讀取元素節(jié)點模塊（a）、讀取完整圖頁信息模塊（b）、替換元素模塊（c）、生成新圖頁文件模塊（d）。

2.5.1 讀取元素節(jié)點模塊

讀取元素節(jié)點模塊（a）利用XML解析器工具包，實現(xiàn)對XML文件中所有元素節(jié)點的讀取，包括算法塊、變量、靜態(tài)圖符等。其實現(xiàn)如圖5所示。

利用Property Node（獲得XML文件引用）、Get All Matched Nodes.vi（獲取XML所有匹配節(jié)點）、In?voke Node（XML轉(zhuǎn)字符串）等功能塊及子VI，逐步解析XML文件內(nèi)容。

圖3讀取網(wǎng)絡(luò)變量表Excel

圖4 CREATE子VI

圖5讀取所有的元素節(jié)點

其中，Static Item子VI內(nèi)部如圖6所示，該子VI的功能是獲得該功能圖頁的所有元素節(jié)點后，篩選出靜態(tài)附圖元素節(jié)點，再按照指定格式的簇捆綁成靜態(tài)圖符集。

循環(huán)該頁的所有元素節(jié)點，通過對比，獲取所需的“/item/frameType”節(jié)點，并向后傳輸。

Static Item子VI的輸出分為兩個接口。其一包含了靜態(tài)圖符的元素字符串（數(shù)組“靜態(tài)item”），后續(xù)用于替換節(jié)點的藍本使用；其二包含該靜態(tài)圖符的元素的屬性值（簇“靜態(tài)圖符集”），后續(xù)用于匹配替換的元素節(jié)點屬性。

圖6 Static Item函數(shù)

2.5.2 讀取完整圖頁信息模塊

讀取完整圖頁信息模塊（b）。利用“獲取所有匹配節(jié)點”子VI，先讀取所有的頁節(jié)點元素，通過元素引用的“獲取XML屬性”讀取XML字符串，形成字符串數(shù)組。由于每張功能圖只有一個頁節(jié)點（），因此索引第一個數(shù)組元素即是功能圖的頁元素。讀取功能圖的頁元素，即為原版的圖頁全部信息，為后續(xù)對相關(guān)的元素進行替換做準備。實現(xiàn)如圖7所示。

2.5.3 替換元素模塊

根據(jù)實際功能需求，替換元素模塊（c）包括網(wǎng)絡(luò)變量和PLM變量兩種情況。兩種情況的處理方法類似。

（1）網(wǎng)絡(luò)變量。網(wǎng)絡(luò)變量表中的功能圖頁碼，表示該變量在對端站點所處的功能圖頁碼。在原有節(jié)點完整信息的基礎(chǔ)上，補充對端站號信息，通過字符串拼接、替換等方式，得到正確的節(jié)點的完整信息，然后在完整XML中整體替換節(jié)點。

（2）PLM變量。PLM變量的情況與上述情況類似。PLM變量表中主要包含了功能圖中PLM的反饋信號去向，根據(jù)PLM變量表中的功能圖頁碼核對該功能圖。若不一致，則進行替換，然后生成新的靜態(tài)圖符元素節(jié)點。具體實現(xiàn)如圖9所示。

圖8網(wǎng)絡(luò)變量表的功能圖頁碼核對

2.5.4 生成新圖頁文件模塊

生成新圖頁文件模塊（d）如圖所示，將新生成的靜態(tài)圖符元素節(jié)點替換舊節(jié)點后，形成新的圖頁XML文件。利用“寫入文本文件”子VI，保存新生成的XML文件，此文件由于需要XML解析，因此在文件起始處增加文本“”。

將更新后的靜態(tài)圖符內(nèi)容與原圖頁XML文件框架結(jié)合，形成符合標準格式的圖頁XML文件，并在目標文件路徑生成新圖頁XML。循環(huán)更新每一圖頁后，即完了對目標站點的網(wǎng)絡(luò)變量自動生成。

圖9 PLM變量表的功能圖頁碼核對

圖10 XML文件保存

3 結(jié)語

本文基于LabVIEW軟件設(shè)計了一套軟件系統(tǒng)，通過讀取txt、xml、Excel等格式的文件，并按特定規(guī)則處理比較，實現(xiàn)了DCS儀控功能圖中網(wǎng)絡(luò)變量的自動生成及檢查。本系統(tǒng)成功應(yīng)用于某核電廠1、2號機組安全級DCS項目的設(shè)計，提高了設(shè)計效率，降低了人因錯誤導(dǎo)致的設(shè)計錯誤量。軟件開發(fā)過程中應(yīng)用的技術(shù)可遷移至DCS設(shè)計過程中的其他工作，進一步提升設(shè)計效率。