核电站安全级数字化仪控平台板卡测试数据处理

韩寅驰　唐国永

摘  要：核电站安全级数字化仪控平台关系到核电站安全、可靠和稳定的运行。伴随着技术的突飞猛进的发展和核电站对于应用产品的严格要求，安全级数字化仪控平台的测试变得尤为重要，并产生了大量的测试数据。在大数据悄然到来的时代，对测试数据进行处理变成一项极具价值的工作。

关键词：安全级数字化仪控;测试;数据处理

中图分类号：TM623.8      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）02-0059-02

Abstract：Safety related digital instrument and control platform of nuclear power plant，which is important to nuclear power plant，need test for nuclear power plants reliability and stability. With the rapid development of technology and the strict requirements of nuclear power plant for application products，the test of safety level digital instrument and control platform has become particularly important，and has produced a large number of test data. In the era of big data coming quietly，the processing of test data has become a very valuable work.

Keywords：safety related digital instrument and control;test;data processing

0  引  言

核电站安全级数字化仪控平台主要用于搭建核电站反应堆保护系统。核电站反应堆保护系统是核电站最为重要的仪控系统，是保证核电站安全经济运行的关键设备之一。

随着自动化技术、电子信息技术的飞速发展，核电站安全级仪控系统由传统的模拟仪控系统转向数字化仪控系统。近年来，数字化仪控系统从以中央处理器（CPU）为基础的仪控系统，逐渐出现了基于现场可编程门阵列（FPGA）技术的仪控系统。FPGA技术是国际原子能机构（IAEA）和美国核管理委员会（NRC）推荐的仪控系统解决技术。FPGA技术和数字化仪控系统的核心技术——集成电路技术使电子线路板卡（板卡）成为数字化仪控系统的核心部件。板卡测试因此成为核电站安全级数字化仪控平台研发、生产中的重要工序。

1  板卡测试数据处理

测试是产品验证与确认的方法之一，通常运用在产品设计、制造和集成阶段，它的主要目的是用来确认产品是否满足需求。在核电站安全级数字化仪控平台的设计和制造中，我们使用测试方法鉴别电子线路板卡功能、性能的好坏。

1.1  测试的必要性

测试是验证核电站安全级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。随着核电站仪控系统的升级换代，安全级数字化仪控平台技术含量高、性能高，产品的成本和价值比较高昂。如果在集成阶段，或者是运行阶段发现产品性能和质量问题，那将导致巨大的损失。因此，提早、全面地对安全级数字化仪控平台进行测试是十分有益的。

1.2  测试筛选不合格品

安全级数字化仪控平台板卡在进入厂房前需要进行进货检验，包括检查、测试。测试是按照预定的测试规程对板卡的功能和性能进行逐项测试，得到测试数据后，将测试数据与测试准则进行对比，判断被测板卡该测试项是否通过。测试数据在测试准则要求的范围内，该项测试的测试结果即为通过。当一块板卡的所有测试项都通过的时候，这一块板卡为合格品，可以进入下一道工序。在这一过程中产生的数据有了最初级的处理——與测试准则的对比。当对千千万万的板卡进行测试，就产生了大量的测试数据。

对未能通过测试的板卡，可以分析该板卡的测试数据，找到错误的原因。错误的原因大致可以分为两类，一类是过失错误，测试操作失误等，如果识别为过失错误，可以请求重测;另一类是技术错误，可能是设计错误、生产错误，甚至是测试装置或仪器的错误。

1.3  产品数据统计分析

在大量的产品测试后，产生的海量数据可以用于数据统计分析，特别是一些通过定量测试得到的测试数据。

1.3.1  平均数/中位数

平均数是所有样本数据求和除以样本数据个数。平均数是最广泛应用的数理统计值，能够表示样本的总体趋势，但是也容易受到极端数值的影响。

中位数是一组样本数据中，中间位置的数。如果样本为奇数个，则中位数是中间位置的数;如果样本为偶数个，则中位数是中间两个数的平均数，中位数就能避免受到极端数值的影响。

平均数和中位数是最基本的数据处理分析方法，用在分析合格产品中，测试结果平均数或者中位数是否偏向于测试准则的上限或者下限。进一步可以检查产品设计、测试装置设计、测试方法、环境等因素是否有问题。

1.3.2  方差/标准差

方差是样本中各数据与样本平均数的差的平方和的平均数。

标准差是方差的算数平方根。

方差和标准差都是衡量一组样本数据离散程度的量度。当数据分布比较分散，各个数据与平均值的差距较大，方差和标准差较大;当数据分布比较集中，各个数据与平均值的差距较小，方差和标准差较小。

方差和标准差较大时，样本数据离散程度大，说明稳定性较差。需要从产品稳定性方面进一步分析。

1.3.2  正态分布检验

若随机变量X服从一个数学期望为μ、方差为σ2的正态分布，记为N（μ，σ2）。其概率密度函数为正態分布的期望值μ决定了其位置，其标准差σ决定了分布的幅度。

判断一组数据是否满足正态分布，可以使用假设检验，当p>0.05时，认为这组数据满足正态分布。

测试结果在测试上下限中离散分布，没有呈现正态分布状态。可能是因为样本数量不够。如果样本数量充足，则极有可能是测试方法有问题或者是产品性能不稳定。

1.4  标定

对板卡测试数据的分析除了可以用于筛选出不良品，帮助查找设计和制造过程中的问题，还可以提高产品质量。产品标定采用了这种方法使得产品通道精度有更高的提升。

1.4.1  标定、检定和校准的基本概念和区别

（1）标定，通过测量标准器的偏差补偿仪器系统误差，从而改善仪器或者系统准确度（精度）的操作。标定一般用于较高精度的仪器。

（2）检定，依据国家计量检定规程，通过实验确定计量器具示值的活动。检定范围是我国计量法明确规定的强制检定的计量器具。

（3）校准，依据相关校准规范，通过实验室确定计量器具示值的活动。通常采用与精度较高的标准器比对测量得到被计量器具的修正值。校准主要用于非强制检定的计量器具。

此外，标定是测量时，对设备的精度进行复核，并及时对误差进行消除的动态过程。检定和校准是按周期进行的静态计量过程。所以我们提升产品性能，将补偿值写入产品，并使得产品自动校正测量值的过程被纳入标定的范畴。

1.4.2  标定方法

产品采集通道在设计了标定功能后可以进行这种数据处理，由于采集功能是核电站安全级数字化仪控平台最主要的功能之一，因此，标定在板卡测试中占有很大的比重。

标定数据处理前首先进行测试，得到大量通道采集数据。对每一个通道设定5到7个测量点，这些测量点的值为目标值。每一个测量点上进行大量测试，得到测量值。接着剔除离群点——数据异常点。如果采集的数据样本足够充足，可以按照6σ标准进行剔除。当样本数量不足和质量要求不是特别严格时，可以按照4σ或3σ标准进行剔除。

因为产品通道所有的测试点和目标值都是线性关系，用满足一组一元线性等式约束方程的最小二乘法解来消除测量的随机误差。最小二乘法是用测量数据（yj）与它对应的目标值（xi）的计算值（yi）偏差平方最小来求得解。解的值即为我们需要的校正值（k为增益因子，b为偏移因子）。

可以设yi=kxi+b

其中k，b为任意实数。

校正值输入产品通道中储存，通道在下一次采集过程中会自动加载校正值。加载校正值的产品通道拥有更高的采集精度。

2  结  论

在核电站安全级数字化仪控平台板卡测试中，将测试数据同测试准则进行对比，可用来筛选不良产品，在产品检验时把好第一道关。当有大量的测试数据时，可以挖掘测试数据信息，分析产品特性，为产品设计提供有价值的特性反馈。对于采集通道的数据，可以做进一步的分析，找出一种适合产品的标定方法，提升产品性能，增加产品竞争力。这些核电站安全级数字化仪控平台板卡测试数据处理的方法，供研发、工程测试技术人员工作时参考借鉴。

参考文献：

[1] 张淑慧，任永忠.AP1000核电厂仪控系统介绍 [J].自动化仪表，2010，31（10）：48-51+56.

[2] 陈华清.电子测量技术的发展及应用 [J].电子测试，2012（6）：83-86.

[3] 蒋磊，何进松.核电保护系统的仿真自动测试系统设计 [J].自动化仪表，2018，39（10）：46-49.

作者简介：韩寅驰（1986-），男，汉族，重庆人，工程师，主管研究员，毕业于重庆大学通信工程专业，本科，研究方向：产品验证与确认。