陳 科

（廣西防城港核電有限公司，廣西防城港 538000）

0 引言

核電DCS 系統(tǒng)即核電數(shù)字化集散控制系統(tǒng)，它能對核反應(yīng)堆起到保護(hù)作用，同時也能實現(xiàn)對核電站內(nèi)各工藝系統(tǒng)的精密控制。目前為滿足第三代核電站DCS 系統(tǒng)的測試需求，國內(nèi)部分核電站開始引進(jìn)自動化測試技術(shù)，通過研發(fā)或引進(jìn)自動化測試工具實現(xiàn)對DCS 系統(tǒng)各功能模塊的可靠測試，避免對核反應(yīng)堆和工藝系統(tǒng)的控制與保護(hù)造成負(fù)面影響。自動化測試工具建立在深入研究DCS 系統(tǒng)測試方法的基礎(chǔ)上，能夠?qū)ο到y(tǒng)的軟、硬件各部分進(jìn)行從產(chǎn)品、系統(tǒng)到出廠驗收各階段的全方位測試，是確保DCS 系統(tǒng)質(zhì)量的重要技術(shù)措施。

1 人工測試方法存在的問題

核電站對于誤差、缺陷等問題的容忍度較低，任何一個失誤都可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。為避免在設(shè)備控制管理期間因控制精度、缺陷造成負(fù)面影響，核電站需要對相關(guān)系統(tǒng)軟件質(zhì)量或硬件精度進(jìn)行嚴(yán)格卡控。例如，在軟件測試期間，工作人員需要在掌握軟件故障檢測方法的基礎(chǔ)上開展相應(yīng)工作，確保各項工作有序推進(jìn)。但是傳統(tǒng)人工測試方法存在較多缺陷，具體有如下3 個。

（1）測試效率低下。某項目在對DCS 軟件邏輯功能進(jìn)行版本測試期間，需要10 名工作人員耗時兩個月完成5000 余張圖模的測試工作，相關(guān)測試工作占據(jù)整個軟件測試項目周期的20%，而且整個測試組的成員僅25 人。此外，當(dāng)前版本的成功測試不會對后續(xù)版本的測試效率起到提升效果，測試人員最終會面臨測試效率低下的問題[1]。

（2）人工誤差較大。某項目對DCS 軟件進(jìn)行測試期間，需要組織測試人員進(jìn)行工程手動加載、操作軟件強制發(fā)出信號、人工對反饋信號進(jìn)行讀取記錄等各項操作，測試流程中各步驟由人工操作不僅存在效率方面的缺陷，也容易因人員狀態(tài)、能力等因素出現(xiàn)各類失誤，導(dǎo)致測試結(jié)果與實際存在較大偏差。

（3）測試過程難以全面監(jiān)督。測試人員因能力、工作思路等存在差距，在DCS 系統(tǒng)測試期間所采取的操作方式往往存在一定差別，當(dāng)測試出現(xiàn)缺漏、失誤等問題時，因缺乏有效的措施全面監(jiān)督和記錄整個測試過程，最終導(dǎo)致測試結(jié)果無法重現(xiàn)，影響問題的追根溯源。

2 自動化測試技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

在自動化測試技術(shù)的輔助下，測試人員能夠大幅減少人員在手動記錄數(shù)據(jù)、讀取數(shù)據(jù)、操作設(shè)備等方面存在的工作失誤，降低人為因素對測試精度的干擾，同時也能夠起到提升測試效率的作用?；谧詣踊瘻y試技術(shù)研發(fā)的測試工具實現(xiàn)了對通信網(wǎng)絡(luò)、儀器儀表、計算機等各類設(shè)備的融合應(yīng)用，能夠依靠全過程數(shù)據(jù)監(jiān)測、結(jié)果自動回收、信號自動注入等方式實現(xiàn)對DCS系統(tǒng)的大規(guī)模、高效率地測試。同時在自動化測試工具開發(fā)期間，基于測試需要，工作人員通常需要依靠標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)手段實現(xiàn)對測試工具各功能模塊的開發(fā)，從而確保整個測試過程更加規(guī)范、可靠，進(jìn)一步降低人為因素的干擾。

3 自動化測試技術(shù)的應(yīng)用原則

核電儀控自動測試工具系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)和原則，主要體現(xiàn)在提高核電站的安全性、經(jīng)濟性、可擴展性、可維護(hù)性和可操控性5 個方面。

（1）安全性。數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用易于實現(xiàn)故障自診斷和操作指導(dǎo)的專家功能，友好的人機界面提高了操作人員的判斷和控制精度，減少人為事故率。

（2）經(jīng)濟性。采用數(shù)字控制系統(tǒng)，可減少模擬儀表、電纜消耗、土地資源和備件零件；同時能夠提高操作裕度和在線定期測試能力，縮短實驗周期，提高可用性，獲得良好的性價比。

（3）可擴展性。數(shù)字化控制系統(tǒng)的軟件函數(shù)和硬件模塊可以方便地增加或減少，開放的通信接口組件可以方便地將第三方設(shè)備接入系統(tǒng)，系統(tǒng)由于采用通用語言技術(shù)，讓擴展功能變得更加容易。

（4）可維護(hù)性。數(shù)字控制系統(tǒng)易于實現(xiàn)過程模擬運行，滿足常規(guī)要求維護(hù)保養(yǎng)自診斷系統(tǒng)，能及時準(zhǔn)確鎖定故障設(shè)備，模塊化維修采用標(biāo)準(zhǔn)化元件，減少備件數(shù)量。零件系統(tǒng)包含功能檢修旁路，在不改變機組自動控制水平的情況下，滿足在線檢修要求，避免檢修引起的停機。

（5）可操控性。計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜而先進(jìn)的控制策略，計算機處理非線性的能力極強，任何狀況下都能提供最佳控制效果、控制智能性和響應(yīng)速度，增強了負(fù)荷跟蹤能力。

4 自動化測試技術(shù)的應(yīng)用流程與功能架構(gòu)

4.1 自動化測試技術(shù)在DCS 系統(tǒng)測試中的工作流程

第三代核電應(yīng)用的數(shù)字化儀控系統(tǒng)普遍提高了系統(tǒng)冗余度并采用了更復(fù)雜的控制技術(shù)，為后續(xù)核電站的建設(shè)提供了參考，也預(yù)示著后續(xù)DCS 系統(tǒng)的規(guī)模將持續(xù)提升。在大規(guī)模DCS 系統(tǒng)測試期間，人工測試模式通常無法在短時間內(nèi)完成數(shù)十萬條測試用例的工作，存在效率低下和精度不足等缺陷，難以滿足高標(biāo)準(zhǔn)DCS 系統(tǒng)的測試需求[2]。

在DCS 系統(tǒng)測試期間，通常需要依次開展3 項內(nèi)容：①測試人員需要將人工操作、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)或電氣信號等不同類型的測試激勵發(fā)生至測試對象；②測試對象根據(jù)測試激勵反饋視聽感官、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)或電氣信號等不同類型的結(jié)果；③測試人員需要實時監(jiān)控被測對象的內(nèi)存使用情況、CPU 狀態(tài)、日志、電氣參數(shù)等。其中，視聽感官與人工操作可以通過電信號轉(zhuǎn)化的方式進(jìn)行激勵或反饋，也可以利用智能化的聲音識別、機器視覺等技術(shù)滿足測試需求；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)則需要依靠計算機網(wǎng)絡(luò)通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接發(fā)；電氣信號的采集或發(fā)出則能夠依靠虛擬儀器來開展。

為確保自動化測試工具功能的可靠發(fā)揮，測試人員需要通過首次校準(zhǔn)與定期校準(zhǔn)的方式對工具的軟硬件等關(guān)鍵部門進(jìn)行測試，確保工具的精度等滿足DCS 系統(tǒng)測試需求，相關(guān)校準(zhǔn)要求如表1 所示。

表1 自動化測試工具校準(zhǔn)要求

4.2 自動化測試工具架構(gòu)及功能

基于自動化測試技術(shù)研發(fā)的自動化測試工具能夠通過I/O通道進(jìn)行電氣信號的交互，依靠通信單元進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的交互，依靠人機交互模塊進(jìn)行人機接口的交互，測試工具能夠自動實現(xiàn)對各類激勵信號的發(fā)生、反饋信息的回收以及測試過程的數(shù)據(jù)監(jiān)控激勵[3]。

其中，測試數(shù)據(jù)服務(wù)模塊用存儲數(shù)據(jù)以及對測試工具進(jìn)行配置管理，測試終端用于滿足測試人員對工具的操作需求，核電站工藝設(shè)備模塊能夠?qū)Ω鞴に囋O(shè)備進(jìn)行仿真調(diào)試，人機交互模塊主要涉及機械操作觸控按鈕、攝像頭等采集聲音或顏色等數(shù)據(jù)。自動化測試工具能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、電氣信號的發(fā)生、采集進(jìn)行控制，也能夠監(jiān)控整個測試過程并實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的記錄存儲。該工具融合應(yīng)用了通信、計算機、信號采集等方面的技術(shù)，利用自動化軟硬件設(shè)備取代了大量的人工操作。

此外，在擴展性方面，測試人員依靠核電站工藝設(shè)備模塊建立測試接口，能夠通過接口實現(xiàn)對核電站各工藝系統(tǒng)設(shè)備的重點測試，有效提升測試范圍。

5 人工與自動化測試人員行為可靠度分析

為進(jìn)一步驗證自動化測試工具相對人工測試的優(yōu)勢，本文從可靠度方面對兩者進(jìn)行對比分析，數(shù)據(jù)結(jié)果如表2 所示。

表2 人工測試與自動測試的人員行為可靠度對比

在測試期間，人工測試方法需要開展測試用例讀寫、讀取定量信息、手動操作控制器、回想口頭指令等一系列操作。針對“華龍一號”核電DCS 系統(tǒng)進(jìn)行測試，在無技術(shù)和管理措施的情況下，工作人員按照測試手冊開展20 萬次測試可能存在人工失誤問題約2500 次[4]。如果測試期間應(yīng)用自動化測試工具取代人工，將自動完成信號激勵、反饋讀取、數(shù)據(jù)激勵等各項工作，大幅減少測試人員的操作量，可靠度能夠達(dá)到99.97%。針對這類問題，相關(guān)單位可以在測試工具開發(fā)期間增加相應(yīng)的邏輯閉鎖單元，通過人機交互控制降低失誤概率。例如，某“華龍一號”核電站DCS 系統(tǒng)測試期間依靠自動化測試工具，測試的失誤次數(shù)甚至不超出50 次，這進(jìn)一步證明了自動化測試工具的可靠性。

此外，自動化測試工具還能全面、實時記錄測試期間的日志、信號等，不僅保障測試過程的可追溯性，也規(guī)避了人員弄虛作假問題，確保測試結(jié)果的可靠性。

6 結(jié)束語

數(shù)字化儀控系統(tǒng)與核反應(yīng)過程密切相關(guān)，是整個核電站的控制中樞，肩負(fù)著對全站設(shè)備運行的監(jiān)視與控制任務(wù)，也是整個核電站核心技術(shù)的集中體現(xiàn)，其功能和性能直接影響到整個核電站運行的安全性和經(jīng)濟性。因此，系統(tǒng)測試需要對整個儀控系統(tǒng)進(jìn)行全面的功能和性能測試，以確保整個系統(tǒng)的精確度、安全性、可靠性和完整性。在確認(rèn)自動化測試技術(shù)比人工測試更加可靠的基礎(chǔ)上，相關(guān)單位需要結(jié)合測試需要持續(xù)對自動化測試工具進(jìn)行優(yōu)化完善，確保滿足第三代核電DCS 系統(tǒng)多方面、高標(biāo)準(zhǔn)的測試要求。