核電模擬機自動化測試工具分析

劉躍鋒 楊峰 王建銀

摘? 要：本文全面分析了核電模擬機自動化測試工具相關情況，在核電站DCS系統(tǒng)制造中包含了自動化模擬測試模塊。其能夠全面實現(xiàn)工廠測試的自動化，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，進而實現(xiàn)DCS和模型聯(lián)合測試的最終目的。同時也可早期發(fā)現(xiàn)并著手解決DCS當前存在的問題，減少工作現(xiàn)場工程調試階段具體的改造成本，同時也保證了項目的順利進行。

關鍵詞：DCS;核電;測試工具;仿真

中圖分類號：TM623? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：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，每個核電站至少會配備一個全范圍模擬機，其通常應用于核電操作員渠道考試以及培訓工作之中[1]。對于全范圍模擬機來講，軟件數(shù)據(jù)的重要性不言而喻。諸多因素均會引發(fā)模擬器軟件數(shù)據(jù)遺失，例如自然災害、人為操作失誤、電腦病毒以及設計漏洞等等，倘若不慎發(fā)生丟失，則會造成不可挽回的經濟損失。由此能夠看出，在日常運行中應當使用行之有效的措施實現(xiàn)對模擬機軟件數(shù)據(jù)的合理備份，能夠起到防患于未然的效果。結合實際情況，本文全面分析了核電模擬機自動化測試工具的相關情況，現(xiàn)將具體結果報告如下。

1? 模擬機數(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使用全范圍模擬機實物模擬的方法，可以呈現(xiàn)DCS的仿真過程。這種方法通過真實DCS硬件以及軟件、網絡系統(tǒng)的配置，進而實現(xiàn)DCS仿真。就整體而言，AP1000全方位模擬機主要由KVM網絡、Ovation網絡、PMCS網絡構成，各個網絡會體現(xiàn)出下述功能：

（1）KVM網絡能夠承擔接口功能，可以將復雜性Ovation、PMCS網絡的輸入以及輸出簡潔明了地連接在一起。

（2）Ovation網絡能夠對電廠模型數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，網絡中包含系列性應用服務器以及工作站服務器。比如說：預防病毒、服務器數(shù)據(jù)庫、歷史站、SimStation/SimSlave接口站和工作者工作站等。

（3）PMCS網絡承擔接口功能。其能夠將復雜的工藝系統(tǒng)模型、控制系統(tǒng)以及運行模型計算機PMC發(fā)揮出相關作用。Ovation/PMCS網絡可實現(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

結合模擬器自身工作需要以及數(shù)據(jù)特征，本文總結出下述4項模擬機數(shù)據(jù)備份的相關要求，具體如下。

1.2.1? 實時性

模擬機為核電站操控者培訓以及考試必要性工具。因為各類因素而導致的模擬器無法正常運轉，會給操作者的培訓效果和整個電廠運行計劃帶來諸多影響。所以，必須在數(shù)據(jù)方面予以實時備份，這種方法能夠在最大程度上確保模擬機可用性以及整體數(shù)據(jù)的可修復性。

1.2.2? 可靠度

單一化數(shù)據(jù)備份存在數(shù)據(jù)丟失風險。對于重要數(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，備份的存儲介質應當選擇質量過關的產品，以保證數(shù)據(jù)備份可用性強、完整性良好。

1.2.3? 安全性

核電站中的絕大部分數(shù)據(jù)均有著一定保密要求。所以，關于數(shù)據(jù)的備份和存儲必須安全可靠，同時也要制定出相對完整的安全管理機制，以免發(fā)生信息外漏事件。

1.2.4? 經濟性

全范圍模擬機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，應當在考慮合理經濟的狀況下實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份。

2? 自動化仿真測試工具的設計

2.1? 總體結構情況

相關裝置放在可移動式柜機中，內部包含了I/O卡件、I/O信號調理板卡、交換機、打印機等其余輔料。

相關軟件應當安放在公共電腦之中，網絡交換機的相互連接方式為：通過>300M以太網、仿真服務器模型、二級管理網絡交換設備以及非核級DCS系統(tǒng)相互連接，工控機經過PCI總線和NI卡相連。

2.2? 主要構成部分

2.2.1? I/O設備

I/O機柜中的模塊類型主要包含諸多數(shù)字量輸入輸出卡件等。從實際來講，考慮到測試的信號主要以網絡為重點類型進行搭建，供應的單實體DCS設備單柜機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? 自動化測試軟件以及工控機

自動化測試軟件的運行主要通過工控機實現(xiàn)，經過網絡通訊接口和模擬模型DCS設備與I/O機柜交換相關數(shù)據(jù)。

2.2.3? 仿真式模擬服務器

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

2.2.4? 其他

主要涵蓋了以太網交換機、打印機以及多計算機切換器、KVM等等。

3? DCS自動化仿真測試具體應用方法

一般涵蓋了按照有關步驟設立初始化條件、信號對接測試用例、檢查相關步驟、預期目標、測試完畢等等環(huán)節(jié)內的配置，其能夠展現(xiàn)于具體的用例之內。員工對在系統(tǒng)的人機對話加以測試，可實現(xiàn)控制。

3.1? 載入

對各個需進行測試的配置，都存在設計好的文檔內。在開展某個測試前，必須將測試用例導入系統(tǒng)軟件之中。

3.2? 整體信號對接環(huán)節(jié)

所謂全局化信號對接，主要指的是在某個測試環(huán)節(jié)內，模型應當與DCS連續(xù)化交換信號實現(xiàn)對接。該類型信號必須在全部測試環(huán)節(jié)內，利用周期性方法或變換位置的方法實現(xiàn)發(fā)送。信號具體包含以下幾個類別。

3.2.1? 指令性信號對接環(huán)節(jié)

針對DCS詳細發(fā)出設備類型控制令點，其可經工控機以網絡為渠道，獲得DCS輸出指令號點詳細值?；驈腎/O的NI板卡集合DCS特定化型號，此后返回工控機。然后，工控機把相關信號利用通訊的接口傳送給仿真模型，進一步對需要驗證的DCS輸出通道加以測試。

3.2.2? 熱點性信號對接環(huán)節(jié)

使用公共機的通訊接口模型，集合DCS需要工藝中的系統(tǒng)測試點信號/相關設備的具體型號。在此之后測定試用例具體需要，經I/O機柜或者通信接口，將相關信號注入DCS之內，針對需驗證的信號通道實現(xiàn)功能測定。值得注意的是，應將經I/O機柜鉆機模塊，進而將測試點信號發(fā)送至信號采集板卡之內。如果未能采用此項方案，工控機能夠直接經過網絡通訊強制設定的DCS輸入點仿真值，就可以完成該項工作。

3.3? 設置初始狀態(tài)

所謂設置初始狀態(tài)，主要指的是設定DCS與仿真模型初始狀態(tài)全體過程。對于這項工作，工控機除了要經過通訊接口調用模型中預制工況或者設定模型內的特定狀態(tài)（預制的工況/設定好模型中狀態(tài)）以外，也必須經通訊接口和I/O機柜設置出DCS內質點情況，后輸進具體化信號。在完成相關步驟之后，仔細檢查狀態(tài)，查看是否正確。

3.4? 按照既定步驟，設定具體輸入條件

主要指的是在測試的各個步驟應當依照測試的用例具體要求設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。

3.4.1? 設定DCS具體狀態(tài)

依照相關步驟改變模型狀態(tài)操作點的具體化內部狀態(tài)，詳細實現(xiàn)方法為：經I/O機柜/網絡強制于DCS卡件中輸入電信號。值得說明的是，應當積極改變DCS輸入點詳情，一般發(fā)生于包含模型的測試之中。

3.4.2? 既定模型詳細狀態(tài)

按照具體化步驟，更改模型的詳細狀態(tài)，詳細為：所應用特定模型實際工況管路破裂詳情，所生產設備故障參數(shù)異常等等。用以全面測定DCS控制保護以及調節(jié)具體功能。從實現(xiàn)方法而言，主要指的是：利用工控機經過網絡對接口朝向仿真模型發(fā)送與之相應的指令。

3.4.3? 提示性操作

結合特定測試環(huán)節(jié)，工作者應在相關系統(tǒng)人機交流截面內按照提示進行操作。

3.5? 分析相關步驟預期值

該項工作主要指的是：在設定在測試相關步驟的輸入條件后，先詳細查看DCS內部信號以及具體化輸出信號情況，另外也應分析DCS控制、保護和調節(jié)環(huán)境下工藝狀態(tài)是不是取得了既定的目標。

（1）分析DCS狀態(tài)。其主要經網絡查看DCS輸入輸出點以及內部點的具體狀態(tài)。

（2）查看模擬狀態(tài)詳情。通俗地講，就是經網絡接口獲得模型內具體化工藝值/詳細設備的狀態(tài)。

（3）人工查看結果。對于需要員工在DCS的人機交互界面查找的詳細結果項目，主要通過系統(tǒng)給出提示予以完成。[4]

3.6? 結束或者繼續(xù)進行相關測試

完成相關步驟的測試工作之后，且最后結果和預先設定值相同，其會自動進入到下一個環(huán)節(jié)測試之中，如果全部步驟完成，則會停止測試工作。

4? 詳細的應用情況以及成果

使用自動化的裝置，可有效提升工作效率和工作質量，例如：針對一個特定的DCS廠家核電站項目測試效果而言，使用新型測試模塊，比原有手動測試消耗時間平均減少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行各個測試用例即可完成全部工作步驟。

與此同時，在仿真模型的全力支持之下，相關工作人員還應當全面參考于現(xiàn)場使用的設備和程序的設計用例。同時實施系統(tǒng)功能以及設備及測試可編寫規(guī)模更高、復雜性更大的用例。從另一個角度全面驗證DCS功能情況，如果功能完好，可進一步擴展應用。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功能錯誤概率。

參考文獻：

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

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

[3] 單良.600MW核電機組全范圍模擬機系統(tǒng)模型軟件的設計與實現(xiàn) [D].武漢：華中科技大學，2009.

[4] 周海翔，唐亞梅.田灣核電站全尺寸模擬機維護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，學士學位，研究方向：過程控制系統(tǒng);楊峰（1981.06-），男，漢族，陜西寶雞人，高級工程師，碩士研究生，研究方向：儀控自動化;王建銀（1985.07-），男，漢族，北京人，工程師，學士學位，研究方向：自動控制。