核电模拟机自动化测试工具分析

刘跃锋 杨峰 王建银

摘  要：本文全面分析了核电模拟机自动化测试工具相关情况，在核电站DCS系统制造中包含了自动化模拟测试模块。其能够全面实现工厂测试的自动化，有效地提高了测试效果，并能够加大测试覆盖面。另外值得說明的是，利用相关测试装置，将一整套核电站工艺系统模拟模型和DCS相互连接，进而实现DCS和模型联合测试的最终目的。同时也可早期发现并着手解决DCS当前存在的问题，减少工作现场工程调试阶段具体的改造成本，同时也保证了项目的顺利进行。

关键词：DCS;核电;测试工具;仿真

中图分类号：TM623      文献标识码：A 文章编号：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

全范围模拟器也被称之为虚拟核电站，每个核电站至少会配备一个全范围模拟机，其通常应用于核电操作员渠道考试以及培训工作之中[1]。对于全范围模拟机来讲，软件数据的重要性不言而喻。诸多因素均会引发模拟器软件数据遗失，例如自然灾害、人为操作失误、电脑病毒以及设计漏洞等等，倘若不慎发生丢失，则会造成不可挽回的经济损失。由此能够看出，在日常运行中应当使用行之有效的措施实现对模拟机软件数据的合理备份，能够起到防患于未然的效果。结合实际情况，本文全面分析了核电模拟机自动化测试工具的相关情况，现将具体结果报告如下。

1  模拟机数据备份的基本要求

1.1  数据备份需求分析情况

比如说：某核电站AP1000使用全范围模拟机实物模拟的方法，可以呈现DCS的仿真过程。这种方法通过真实DCS硬件以及软件、网络系统的配置，进而实现DCS仿真。就整体而言，AP1000全方位模拟机主要由KVM网络、Ovation网络、PMCS网络构成，各个网络会体现出下述功能：

（1）KVM网络能够承担接口功能，可以将复杂性Ovation、PMCS网络的输入以及输出简洁明了地连接在一起。

（2）Ovation网络能够对电厂模型数据进行实时监控，网络中包含系列性应用服务器以及工作站服务器。比如说：预防病毒、服务器数据库、历史站、SimStation/SimSlave接口站和工作者工作站等。

（3）PMCS网络承担接口功能。其能够将复杂的工艺系统模型、控制系统以及运行模型计算机PMC发挥出相关作用。Ovation/PMCS网络可实现输入以及输出，将其简洁地加以连接。[2]

1.2  数据备份的具体要求

结合模拟器自身工作需要以及数据特征，本文总结出下述4项模拟机数据备份的相关要求，具体如下。

1.2.1  实时性

模拟机为核电站操控者培训以及考试必要性工具。因为各类因素而导致的模拟器无法正常运转，会给操作者的培训效果和整个电厂运行计划带来诸多影响。所以，必须在数据方面予以实时备份，这种方法能够在最大程度上确保模拟机可用性以及整体数据的可修复性。

1.2.2  可靠度

单一化数据备份存在数据丢失风险。对于重要数据需要开展诸多备份，其主要指的是多备份一份或者几份同样内容的文件，利用这种方法来加大系统和数据的可靠程度。与此同时，备份的存储介质应当选择质量过关的产品，以保证数据备份可用性强、完整性良好。

1.2.3  安全性

核电站中的绝大部分数据均有着一定保密要求。所以，关于数据的备份和存储必须安全可靠，同时也要制定出相对完整的安全管理机制，以免发生信息外漏事件。

1.2.4  经济性

全范围模拟机开展备份的过程中软件的数据量并不是特别庞大，所以说，应当在考虑合理经济的状况下实现数据备份。

2  自动化仿真测试工具的设计

2.1  总体结构情况

相关装置放在可移动式柜机中，内部包含了I/O卡件、I/O信号调理板卡、交换机、打印机等其余辅料。

相关软件应当安放在公共电脑之中，网络交换机的相互连接方式为：通过>300M以太网、仿真服务器模型、二级管理网络交换设备以及非核级DCS系统相互连接，工控机经过PCI总线和NI卡相连。

2.2  主要构成部分

2.2.1  I/O设备

I/O机柜中的模块类型主要包含诸多数字量输入输出卡件等。从实际来讲，考虑到测试的信号主要以网络为重点类型进行搭建，供应的单实体DCS设备单柜机输入以及输出通路和输入输出I/O数目大致一样[3]。

2.2.2  自动化测试软件以及工控机

自动化测试软件的运行主要通过工控机实现，经过网络通讯接口和模拟模型DCS设备与I/O机柜交换相关数据。

2.2.3  仿真式模拟服务器

此类设备涵盖了核电站的工艺系统仿真模型、服务器以及具体化运行环境。

2.2.4  其他

主要涵盖了以太网交换机、打印机以及多计算机切换器、KVM等等。

3  DCS自动化仿真测试具体应用方法

一般涵盖了按照有关步骤设立初始化条件、信号对接测试用例、检查相关步骤、预期目标、测试完毕等等环节内的配置，其能够展现于具体的用例之内。员工对在系统的人机对话加以测试，可实现控制。

3.1  载入

对各个需进行测试的配置，都存在设计好的文档内。在开展某个测试前，必须将测试用例导入系统软件之中。

3.2  整体信号对接环节

所谓全局化信号对接，主要指的是在某个测试环节内，模型应当与DCS连续化交换信号实现对接。该类型信号必须在全部测试环节内，利用周期性方法或变换位置的方法实现发送。信号具体包含以下几个类别。

3.2.1  指令性信号对接环节

针对DCS详细发出设备类型控制令点，其可经工控机以网络为渠道，获得DCS输出指令号点详细值。或从I/O的NI板卡集合DCS特定化型号，此后返回工控机。然后，工控机把相关信号利用通讯的接口传送给仿真模型，进一步对需要验证的DCS输出通道加以测试。

3.2.2  热点性信号对接环节

使用公共机的通讯接口模型，集合DCS需要工艺中的系统测试点信号/相关设备的具体型号。在此之后测定试用例具体需要，经I/O机柜或者通信接口，将相关信号注入DCS之内，针对需验证的信号通道实现功能测定。值得注意的是，应将经I/O机柜钻机模块，进而将测试点信号发送至信号采集板卡之内。如果未能采用此项方案，工控机能够直接经过网络通讯强制设定的DCS输入点仿真值，就可以完成该项工作。

3.3  设置初始状态

所谓设置初始状态，主要指的是设定DCS与仿真模型初始状态全体过程。对于这项工作，工控机除了要经过通讯接口调用模型中预制工况或者设定模型内的特定状态（预制的工况/设定好模型中状态）以外，也必须经通讯接口和I/O机柜设置出DCS内质点情况，后输进具体化信号。在完成相关步骤之后，仔细检查状态，查看是否正确。

3.4  按照既定步骤，设定具体输入条件

主要指的是在测试的各个步骤应当依照测试的用例具体要求设定该步骤需要改变的模型或者DCS状态，主要包含以下几点。

3.4.1  设定DCS具体状态

依照相关步骤改变模型状态操作点的具体化内部状态，详细实现方法为：经I/O机柜/网络强制于DCS卡件中输入电信号。值得说明的是，应当积极改变DCS输入点详情，一般发生于包含模型的测试之中。

3.4.2  既定模型详细状态

按照具体化步骤，更改模型的详细状态，详细为：所应用特定模型实际工况管路破裂详情，所生产设备故障参数异常等等。用以全面测定DCS控制保护以及调节具体功能。从实现方法而言，主要指的是：利用工控机经过网络对接口朝向仿真模型发送与之相应的指令。

3.4.3  提示性操作

结合特定测试环节，工作者应在相关系统人机交流截面内按照提示进行操作。

3.5  分析相关步骤预期值

该项工作主要指的是：在设定在测试相关步骤的输入条件后，先详细查看DCS内部信号以及具体化输出信号情况，另外也应分析DCS控制、保护和调节环境下工艺状态是不是取得了既定的目标。

（1）分析DCS状态。其主要经网络查看DCS输入输出点以及内部点的具体状态。

（2）查看模拟状态详情。通俗地讲，就是经网络接口获得模型内具体化工艺值/详细设备的状态。

（3）人工查看结果。对于需要员工在DCS的人机交互界面查找的详细结果项目，主要通过系统给出提示予以完成。[4]

3.6  结束或者继续进行相关测试

完成相关步骤的测试工作之后，且最后结果和预先设定值相同，其会自动进入到下一个环节测试之中，如果全部步骤完成，则会停止测试工作。

4  详细的应用情况以及成果

使用自动化的装置，可有效提升工作效率和工作质量，例如：针对一个特定的DCS厂家核电站项目测试效果而言，使用新型测试模块，比原有手动测试消耗时间平均减少35.00%，整体化测试期间硬接线数目减少了之前的30%以上，人力投入节约60%以上。测试均能让工艺系统仿真模型以及非模型顺利中的测试工作。仅仅需要编写以及运行各个测试用例即可完成全部工作步骤。

与此同时，在仿真模型的全力支持之下，相关工作人员还应当全面参考于现场使用的设备和程序的设计用例。同时实施系统功能以及设备及测试可编写规模更高、复杂性更大的用例。从另一个角度全面验证DCS功能情况，如果功能完好，可进一步扩展应用。此类方法能够全面执行DCS功能正确度，降低现场可能发生的DCS功能错误概率。

参考文献：

[1] 连瑞娜.核电厂国产化全范圍模拟机FAT问题分析 [J].自动化与仪器仪表，2016（8）：75-76.

[2] 王日清.秦山300MW核电机组全范围模拟机性能分析 [J].原子核物理评论，1997（1）：63-67.

[3] 单良.600MW核电机组全范围模拟机系统模型软件的设计与实现 [D].武汉：华中科技大学，2009.

[4] 周海翔，唐亚梅.田湾核电站全尺寸模拟机维护维修策略与措施分析 [J].核安全，2006（2）：8-15.

作者简介：刘跃锋（1978.11-），男，汉族，河北保定人，自控工程师，学士学位，研究方向：过程控制系统;杨峰（1981.06-），男，汉族，陕西宝鸡人，高级工程师，硕士研究生，研究方向：仪控自动化;王建银（1985.07-），男，汉族，北京人，工程师，学士学位，研究方向：自动控制。