核电站仪控系统的测试系统

韩寅驰，梅 燕（国核自仪系统工程有限公司，上海，200241）



核电站仪控系统的测试系统

韩寅驰，梅 燕
（国核自仪系统工程有限公司，上海，200241）

摘要：核电站仪表控制系统是核电站的神经系统，它直接关系到核电站安全、可靠和稳定的运行，需对核电仪控系统进行测试。在开发核电站仪控系统的时候，需要设计相应的测试系统来验证和确认仪控系统。

关键词：仪控系统；电子测量技术

0 引言

核电站仪表控制系统（简称：核电站仪控系统）有着核电站中枢神经的美誉，是保证核电站安全经济运行的关键技术装备之一。实现核电站仪控系统自主化是实现我国大型先进压水堆核电站重大技术装备国产化和自主化目标的关键一步。

核电站仪控系统的验证，调试，测试和寿期检测中都需要使用到测试系统。随着核电站仪控系统的数字化和测试技术的突飞猛进，核电站仪控测试系统也从传统仪器转向虚拟仪器，从传统测量转向电子测量。

1 核电站仪控测试系统

1.1 核电站仪控系统测试分类

测试是验证核电站仪控系统的基本方法之一。通过测试，可以知道产品的性能，功能和鲁棒性。

根据核电站仪控系统的集成流程，核电站仪控系统测试分为单元测试，子系统测试，系统测试。单元测试就是各种部件测试，仪控系统是一个功能完整的系统，必定由各种功能的部件组成。对这些部件的功能、性能进行测试，可以使得集成更加高效，运行更加稳定。子系统测试，可以是某些部件的组合测试，也可以是有一个或几个功能的小系统测试。系统测试是将经过测试的子系统组成一个完整系统进行测试，用来检验系统是否确实能够完成全部的功能、性能。

1.2 核电站仪控测试系统

1.2.1 核电站仪控测试系统发展

完成核电站仪控系统的测试需要工具，这些工具包括测量仪器，测试装置和测试系统。在功能单一，测试项目少的测试过程中，比如某些部件的测试，使用独立的测量仪器、仪表就能很好的完成任务。可是随着核电站仪控系统测试要求越来越严格，要求测试的功能越来越多和性能越来越高，仅仅用单个的测试仪器已经不能满足要求，搭建测试系统才是测量技术的发展方向。

测试系统经历了由传统仪器到虚拟仪器发展的过程。传统仪器有精度高，稳定性好等特点，但是传统仪器在设计上无法满足较多信号同时测量的要求。当被测试信号比较多时，传统仪器测试系统体积太大，接口接线复杂，组装不方便，移动不灵活的特点就更加明显。

而目前虚拟仪器技术发展迅速，在测试领域扮演越来越重的角色。测量虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。虚拟仪器技术的出现使我们构建测试系统变得更加快速，更加简捷。但是，要设计出一个可以满足实际应用的测试系统，必须要从系统的角度出发，来规划一个测试系统。综合考虑被测信号种类与形式、测试速度、精度、总线形式、工作环境及干扰抑制、设计周期与成本多种因素，统筹设计各个环节，最终实现测试系统的功能。

总的来说，不管是传统仪器还是虚拟仪器各有优点和不足。需要根据不同的应用场合和环境来选择合适的方案，甚至有时候需要配合使用。

1.2.2 核电站仪控测试系统功能组成

核电站仪控测试系统同普通测试系统一样，包括信号激励和数据处理。

信号激励既是向UUT（Unit Under Test，被测对象）模拟真实信号。这些信号激励往往模拟电厂中使用到的实际信号。对于测试系统来说，可以根据核电站仪控系统的需求选择合适的模拟输出卡件，继电器卡和电源来加以实现。

数据处理就是将被测仪控系统的输出和/或输入信号进行采集、分析、整理、计算、编辑等处理方式。通过数据处理，比较测试准则，判断出被测仪控设备是否达到功能和性能要求。

1.2.3 一种核电站仪控测试系统

核电站仪控系统的测试任务复杂、测试精度高，使用手动测试，则测试效率低、容易测试出错、人为干扰因素大等，所以有必要开发专用的自动测试系统。下面介绍一种核电站仪控测试系统。由于该项目的仪控系统测试点数众多，有几百个测试信号，一些信号还有不同参数，所以测试系统须使用虚拟仪器技术进行搭建。

对于集成化的核电站仪控测试系统，信号激励可以集成在一个主机箱里。主要的部件由主机，信号电源，工作电源等重要设备组成。

主机是整个测试系统的核心，其包含了用于运行软件的主控制器，用于产生各类模拟和开关信号的板卡，用于信号资源复用及通道切换的继电器卡等。

模拟量输出卡用于向UUT提供模拟量激励信号；数字输入/输出卡则向UUT提供数字激励信号。数字万用表卡完成对直流电压、直流电流、交流电压、交流电流以及电阻等的测量，示波器卡用来观察波形。

继电器卡提供继电器矩阵，将UUT的测试点引入测试仪器，或者将激励信号引到UUT，或者给UUT提供电源等。其在整套测试系统中起到十分重要的协调、分配作用。

在主机中使用PXI总线技术将控制器和各种板卡联系起来。PXI总线是从PCI总线基础上发展而来标准总线结构，是PCI总线在仪器领域规范的扩展，具有集成方便、传输能力较强的优点。

信号电源。提供给被测设备的交、直流信号电源，配合主机中的继电器开关可以给被测物提供信号。

工作电源设备。测试系统工作电源设备包括UPS电源和电源分配单元。UPS电源用于对整个测试系统提供不间断的电源供给，防止在外部市电失去时，丢失正在测试的数据以及可能的对本身或者被测设备的损坏。电源分配单元将外部市电分配给主机和各个信号电源。

对于数据采集、数据处理和结果显示可以采用数据记录仪、万用表和示波器等。本套测试系统使用数据记录仪采集数据。

为了激励信号和采集信号的顺利传输，本测试系统还设计了接口分配单元。

接口分配单元连接在主机箱上，提供被测设备的测试安装接口。接口适配器接收来自主机箱的信号，传递给被测设备；同时将被测设备的输入信号和被测设备的反馈信号，传输给数据记录仪作符合性判断。

接口适配器具有如下的组织部件：

连接器接口。用于和主机箱中各个设备的对接接口。

被测设备接口。提供给被测设备的信号传递接口。

接口适配器箱。用于提供给以上设备的物理容器。

以上这些硬件设备再加上基于Labview开发的软件组成了一套完整的核电站仪控测试系统。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是目前实现虚拟仪器软件设计最流行的工具之一，是由美国国家仪器公司（National Instruments，NI）的软件产品，它使用图形化的编程语言，采用数据流的编程方式，通过图形化的编程环境，编程者可以像搭积木一样“搭建”所见即所得的程序界面。

1.3 核电站测试系统校准

为了使得核电站仪控测试系统保证精度，在测试系统使用之前和经过使用了一段时间之后需要进行校准。校准就是运用一些调整方法使得系统的输入、输出在量程范围内能够更加的接近于真实值。

通常情况每隔半年或者一年应该对核电站仪控测试系统进行校准，利用外部的高精度仪器对测试系统的各个通道进行校准，使得测试系统在校准周期里达到规定的性能。这样的校准通常是由有资质的第三方机构来执行。

测试系统的校准方法是将测试系统的输入、输出与标准源进行比较，计算出校准因数放在非易失性存储器里。标准源的精度至少需要高出测试系统4倍以上。

测试系统的校准可以分为两类：手动校准、自动校准。手动校准复杂，耗时多。自动校准可以在校准软件的控制下，自动完成校准因数的计算和存储。如果测试装置能够设计为自动校准，可以提高测试设备的工作可利用率。

1.4 核电站仪控测试系统的验证与确认

应对核电站仪控系统的高可靠性要求，核电站仪控测试系统同样需要验证与确认。

根据一些标准和法规的要求，核电站仪控测试系统的验证和确认可以有如下几种方法：

2 结束语

文章在实际工作经验的基础上，总结了在构建核电仪控测试系统时虚拟仪器与传统仪器的选取原则，介绍了一种测试系统的主要结构，总结了测试装置验证与确认和校准的方法，供工程技术人员工作时参考借鉴。

参考文献

岂兴明， 周建兴， 矫津毅. LabVIEW 8.2中文版入门与典型实例［M］.北京：人民邮电出版社，2008.

Test system of instrument control system in nuclear power plant

Han Yinchi，Mei Yan
（China Nuclear Automatic System Engineering Co. Ltd， Shanghai， 200241）

Abstract：Instrument and control system of nuclear power plant，which is the key system in nuclear power plant，need test for nuclear power plants’ reliability and stability.So test system is required to verify and validate the instrument and control system.

Keywords：instrument control system；electronic measurement technology