核电厂DCS工厂测试活动的完整性分析

艾九斤

摘要： 核电厂DCS因供应商采用的平台不同而呈现出多样性，供应商在将DCS交付核电厂前对系统的功能和性能进行工厂测试，以验证其提供的系统可以实现核电厂安全运行控制的要求。由于供应商对工厂测试活动范围理解的不同，而使得工厂测试的完整性则不同。为此，对核电厂数字化仪控系统的工厂测试活动进行完整性分析，以降低系统设计与实现的错误风险，提高系统的可用行和可靠性。

Abstract： The DCS of the nuclear power plant is diversified by the platform used by the supplier. The supplier tests the function and performance of the system before delivering the DCS to the nuclear power plant to verify that the system can meet the requirements for safe operation of the nuclear power plant. The integrity of the factory test is different due to the supplier's different understanding of the scope of the factory test activity. To this end， this paper conducts integrity analysis on the factory test activities of nuclear power plant digital instrument control system to reduce the error risk of system design and implementation and improve the feasibility and reliability of system.

關键词： 数字控制系统；工厂测试；完整性

Key words： digital control system；factory test；integrality

中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）16-0192-02

0 引言

核电厂数字化仪控系统（简称DCS）是核电厂的中枢神经系统，其功能是控制核电厂的运行，以确保护核电厂安全。一般分为安全级系统和非安全级系统两大部分，分别由不同的平台通过软、硬件来实现系统的功能。供应商为了确保提供的数字化仪控系统能满足核电厂安全运行的要求，采用工厂测试的形式对系统设备的功能和性能进行验证。目前所有的供应商均采用安全级与非安全级系统分开测试的方法对系统的软、硬件进行验证。基于该现状对核电厂数字化仪控系统工厂测试各个阶段的活动进行完整性分析。

1 系统硬件测试的完整性分析

核电厂DCS系统主要由机柜、盘台、显示单元几大硬件部分组成，这些硬件设备按照功能被划分为三个LOT包，且每个LOT包都有对应的硬件范围。供应商依据所划分的LOT包进行硬件的集成装配活动，在完成集成装配后应对硬件系统的完整性进行验证，以确保硬件系统满足工厂测试的要求。

1.1 集成装配验证的完整性

系统硬件集成装配的正确和完整是开始工厂测试的前提条件，但在实际的执行过程中经常出现集成装配不完整的情况，造成该问题的原因有两个方面：一是集成装配活动本身不完整，二是检查确认不完整。集成装配活动本身不完整问题与场地、工具、材料、工人技术等因素有关，而检查确认不完整则是因为流程不完善或执行人员疏忽造成的。

1.2 通道测试的完整性

系统硬件在集成装配检验合格后需对所有的信号通道进行测试，以确保每个信号通道可用。由于DCS系统涉及的信号通道比较多，且大多采用手动方式从端子上加/取信号进行测试，在这种情况下很容易出现漏测的现象，而在漏测后却未能被及时发现，从而导致信号通道测试不完整。

造成通道测试不完整的原因有两个方面：一是通道测试的量较大、测试比较繁琐，当由人手动去执行测试时则存在漏测的风险。二是未对测试结果进行检查或是再确认，从而未能及时发现测试人员的错误。

1.3 电气性能测试的完整性

根据标准需对安全级及安全相关的机柜和盘台进行介电强度、绝缘电阻、接地连续性三项电气性能测试，以确保机柜和盘台的电气性能满足核电厂安全运行的要求。

目前国内核电厂DCS系统供应商对于三项电气性能测试的测试策略是不尽相同的，有些供应商是采取全部测试的策略进场测试，而有些供应商则是采取测试样机的策略进行测试。如果从完整性分析，采取测试样机的策略是不能满足要去的，但供应商的解释是非样机的每个设备原件与样机的生产工艺一样，且经均经过同样的质保流程，所以在性能上与样机是一样的，因此若样机的电气性能试验满足要求，则可以说明完全复制样机的机柜和盘台的电气性能均满足要求。

显然采用全部测试的策略可以保证测试的完整性，而采用测试样机的策略则是存在风险的，即同样的设备在非样机的装配过程中可能会出现损伤或损坏，但未经过电气性能试验就不会被发现。因此对于安全级机柜建议采用全部测试的方式进行电气性能试验，以确保测试的完整性。

2 系统应用软件测试的完整性分析

DCS系统应用软件是指在平台软件的基础上采用图形化的可编程逻辑块搭建出用于逻辑控制的可视化计算机图形语言，一般简称为逻辑组态。为了确保DCS系统应用软件（逻辑组态）的正确性和完整性，需对软件部件即最小逻辑单元的功能进行测试，在部件功能测试完成后进行部件集成和软件功能测试，以验证系统应用软件的完整性。

2.1 部件功能测试

部件即系统应用软件组态的最小逻辑单元，部件功能测试是对用于组态的单个标准图形模块进行逻辑功能测试。由于每个标准图形模块由平台软件采用非可视化计算机编程语言封装而成，因此在进行功能测试时无法看到模块内部的运行情况，即黑盒测试。在黑盒测试的情况下为了确保部件功能测试的完整性，需对每个部件的所有逻辑组合进行测试。所有部件功能测试完全通过后才可以进行软件的组态，对测试未通过的部件应由平台研发部门修改后进行功能的回归测试，以最终确保部件功能测试的完整性。

2.2 部件集成测

部件功能测试验证最小逻辑单元满足要求，但并不能保证多个部件组合在一起的功能正确，因此在完成部件功能测试后需对部件进行集成测试。集成测试是指对由多个部件组合在一起的组态区域进行逻辑测试，对于集成区域大小的划分可根据不同的组合原则进行定义。由于整个DCS的逻辑组态非常庞大，如果按整体进行集成测试显然是不现实的，但为了确保单个部件集成在一起能实现整体的功能，于是将DCS的整体逻辑功能划分为许多不同功能的子功能块进行集成测试。

在部件功能测试完整和正确的情况下集成区域的内部测试情况则清晰可见，即白盒测试。由于白盒测试的透明性，不需要将所有可能发生的情况进行测试，只需测试一种情况即可，即保证单个部件组合在一起的整个通道是完整和正确的即可。

2.3 软件功能测试

在完成部件功能和部件集成测试后，将组态好的软件下装到对应的硬件控制器中，通过模拟电厂运行工况来验证软件功能是否满足工况运行的控制要求。由于电厂运行工况多、工艺复杂，导致软件功能测试工作量巨大，且测试难度较高。

因此，为了有效开展软件功能测试，一般将测试分为三个阶段进行，即3个LOT包。由于3个LOT包的功能相对独立，因此目前国内核电厂数字化仪控系统工厂测试均按3个LOT包进行测试和验收，而未在工厂测试阶段将3个LOT包进行集成测试验收。

3 系統集成测试的完整性分析

系统集成测试是指将所有的硬件和软件集成在一起作为一个整体进行功能和性能的测试，但由于核电厂数字化仪控系统是一个非常庞大的系统，为了提高工厂测试效率一般将系统划分为3个功能相对独立的LOT进行独立测试。为了保证系统测试的完整性，在3个LOT的独立测试完成后应进行3个LOT的集成测试，但由于受到工厂测试场地、测试难度等方面因素的影响，目前供应商均未开展系统的集成测试。

理论上在工厂测试阶段应对系统进行集成测试，但鉴于3个LOT的功能相对独立，在3个LOT的硬件、软件测试结果正确和完整的情况下，系统集成测试即为3个LOT间的接口测试，且系统到现场后须由调试人员进行集成调试，因此可以不强制要求在工厂进行系统集成测试。

4 结论

通过对DCS工厂测试活动各个阶段的测试原理、测试方法、测试流程的分析，发现当前核电厂DCS系统供应商的工厂测试除系统集成测试外，其它各项测试均比较完整。由于核电厂DCS是一个非常庞大的控制系统，系统集成测试受场地、环境等一系列因素的影响导致实施难度非常大，因此将该测试放到现场调试阶段进行。但在条件具备的情况下，供应商应在DCS出厂前完成系统的集成测试，以确保DCS系统满足核电厂安全运行控制的要求。

参考文献：

[1]张建国.安全仪表系统在过程工业中的应用[M].北京：中国电力出版社，2010：74-93.

[2]刘朋波，周韦，张淑慧.核电厂数字化仪控系统测试综述[J]. 上海：自动化仪表，2012，33（2）：51-54.

[3]赵兵.方家山核电工程在线监督DCS工厂测试分析[J]中国核电，2015-06-15.