一種基于仿真系統(tǒng)的核電dcs平臺(tái)測試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于儀器儀表自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于仿真系統(tǒng)的核 電DCS平臺(tái)測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 核電廠數(shù)字化控制系統(tǒng)DCS作為核電機(jī)組的關(guān)鍵設(shè)備，是核電站的重要組成部 分，核電DCS包括控制系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、安全停堆系統(tǒng)、保障系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等幾個(gè)部分，各 部分組合一起完成核電站工藝過程的自動(dòng)化控制功能，其功能及性能水平在很大程度上影 響了整個(gè)核電機(jī)組的安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
[0003] 核電DCS平臺(tái)是否能夠滿足核電廠復(fù)雜工藝要求，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量準(zhǔn)確、高效的監(jiān) 視和控制功能，需要在工廠設(shè)計(jì)完成后運(yùn)行一定規(guī)模的實(shí)際工程，通過模擬DCS在實(shí)際核 電現(xiàn)場的工作情況來驗(yàn)證其硬件和軟件集成的正確性和完整性、對設(shè)計(jì)輸入文件執(zhí)行的準(zhǔn) 確性、功能和性能是否滿足核電相關(guān)工藝、標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)要求等，并且能夠?qū)⒃跍y試過程中發(fā) 現(xiàn)的問題盡早在工廠設(shè)計(jì)階段解決。
[0004] 由于核電DCS在工廠設(shè)計(jì)階段沒有核電廠現(xiàn)場設(shè)備層（L0系統(tǒng)），無法執(zhí)行實(shí)際的 核電工藝過程，所以必須搭建測試裝置模擬LO系統(tǒng)協(xié)助DCS系統(tǒng)測試。目前LO系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一般分為軟件仿真和硬件仿真，軟件仿真方法：（1)在現(xiàn)場控制層（LI層）的組態(tài)里將控制 命令經(jīng)過一定延時(shí)的方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備反饋；（2)使用通訊的方式調(diào)用OPC、DDE接口實(shí)現(xiàn)設(shè)備 反饋；(3)在操作員站或工程師站調(diào)用組態(tài)工具的動(dòng)態(tài)鏈接庫實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)反饋。硬件仿 真方法主要是通過硬接線的方式模擬現(xiàn)場設(shè)備反饋信號注入到DCS系統(tǒng)中，如：使用繼電 器搭建電路模擬現(xiàn)場設(shè)備反饋；使用PLC、虛擬儀器等通用的可編程的信號發(fā)送采集設(shè)備 來模擬現(xiàn)場設(shè)備反饋?；谝陨宪洝⒂布?shí)現(xiàn)的LO系統(tǒng)仿真在DCS系統(tǒng)測試中缺點(diǎn)如下： 使用軟件（1)的方法需要改變實(shí)際的DCS組態(tài)工程，測試完成后需要回復(fù)實(shí)際的組態(tài)工程， 難免帶來二次錯(cuò)誤，并且不符合質(zhì)量計(jì)劃中要求，無法保證被測系統(tǒng)的完整和正確性；軟件 方法（2) (3)在仿真系統(tǒng)規(guī)模大的情況下會(huì)影響操作員站的負(fù)荷，影響和性能測試的正確 性。硬件仿真技術(shù)通過硬接線發(fā)送和采集信號模擬實(shí)際現(xiàn)場設(shè)備，不會(huì)對DCS系統(tǒng)造成影 響，并且可編程控制器PLC或者虛擬儀器NI設(shè)備可以使用編程來模擬整個(gè)LO系統(tǒng)，和Ll 層實(shí)現(xiàn)1:1的連接，但是由于沒有核電廠物理模型，無法得到現(xiàn)場設(shè)備各參數(shù)值，無法實(shí)際 反映現(xiàn)場工況變化過程，只是簡單的模擬單個(gè)設(shè)備的狀態(tài)反饋及采用階躍函數(shù)模擬PID控 制回路反饋。
[0005] 以往在檢驗(yàn)DCS對工程設(shè)計(jì)輸入文件執(zhí)行的準(zhǔn)確性的測試用例設(shè)計(jì)上，采用的是 分析單個(gè)設(shè)備的邏輯功能，設(shè)計(jì)設(shè)備的保護(hù)開關(guān)、自動(dòng)開關(guān)、手動(dòng)開關(guān)等邏輯輸入條件和相 應(yīng)的輸出狀態(tài)的真值表。此種測試方法設(shè)計(jì)的真值表無法識(shí)別實(shí)際工藝過程，產(chǎn)生兩種問 題：（1)針對單個(gè)設(shè)備進(jìn)行測試，僅僅觸發(fā)設(shè)備的一種開關(guān)狀態(tài)查看其反饋狀態(tài)，沒有反映 復(fù)雜的工藝過程下各設(shè)備動(dòng)作過程及其聯(lián)鎖狀態(tài)；（2)遍歷所有的組合條件（實(shí)際工藝不 產(chǎn)生），大量增加測試成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實(shí)用新型的目的在于通過搭建一套基于核電仿真系統(tǒng)的核電DCS平臺(tái)測試裝 置進(jìn)行DCS平臺(tái)的測試方法研究，解決以往硬件仿真技術(shù)沒有經(jīng)過建模而無法實(shí)現(xiàn)仿真核 電站實(shí)際物理、工藝過程控制的問題，同時(shí)解決邏輯測試無法實(shí)現(xiàn)按照工藝控制要求進(jìn)行 測試的問題。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案為：
[0008] -種基于仿真系統(tǒng)的核電DCS平臺(tái)測試裝置，包括模型服務(wù)器，運(yùn)行包括化學(xué)和 容積控制系統(tǒng)在內(nèi)的全部系統(tǒng)仿真模型；上位機(jī)，功能為通訊配置，運(yùn)行監(jiān)視控制畫面；通 訊服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場采集控制器與模型服務(wù)器的數(shù)據(jù)通訊，其端口A連接下層交換機(jī)，端口 B連接上層交換機(jī)；模型服務(wù)器連接上層服務(wù)器1 口、上位機(jī)連接模型服務(wù)器2 口、通訊服 務(wù)器連接上層交換機(jī)3 口；現(xiàn)場采集控制器1-8連接下層交換機(jī)1-8 口。
[0009] 所述的現(xiàn)場采集控制器包括IO板卡、通訊板卡和通訊底板，IO板卡和通訊板卡插 在通訊底板上實(shí)現(xiàn)IO板卡和通訊板卡的通訊功能，通訊板卡通過網(wǎng)口連接到下層交換機(jī) 實(shí)現(xiàn)與通訊服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
[0010] 所述化學(xué)和容積控制系統(tǒng)包括：8個(gè)現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、計(jì)算服務(wù)器、歷史 服務(wù)器、工程師站、操作員站1、操作員站2、P0P大屏、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；8個(gè)控制站通過一層環(huán)網(wǎng)交 換機(jī)連接到一層控制網(wǎng)，數(shù)據(jù)服務(wù)器配置4個(gè)網(wǎng)卡，兩塊冗余網(wǎng)卡連接到一層環(huán)網(wǎng)，兩塊冗 余網(wǎng)卡連接到二層環(huán)網(wǎng)，計(jì)算服務(wù)器和歷史服務(wù)器通過二層環(huán)網(wǎng)交換機(jī)連接到二層網(wǎng)絡(luò)， 工程師站、操作員站1、操作員站2、POP大屏通過二層交換機(jī)連接到二層網(wǎng)絡(luò)。
[0011] 所述現(xiàn)場采集控制器：DI點(diǎn)165個(gè)，一塊DI卡24通道，共使用7塊卡；DO點(diǎn)47 個(gè)，一塊DO卡24通道，共使用2塊卡；AO點(diǎn)6個(gè)，一塊AO卡12通道，共使用1塊卡；AI點(diǎn) 31個(gè)，一塊AI卡8通道，共使用4塊卡；共需要14塊IO板卡，配置8套現(xiàn)場采集控制器。
[0012] 本實(shí)用新型所取得的有益效果為：
[0013] 本實(shí)用新型采用擁有多年仿真技術(shù)研究和工程經(jīng)驗(yàn)開發(fā)出的全范圍模擬機(jī)，利用 其建立的實(shí)際核電廠物理模型作為測試裝置的軟件模型。
[0014] 本實(shí)用新型通過選擇全范圍仿真系統(tǒng)（全范圍仿真系統(tǒng)是根據(jù)國家核安全局的 要求定期對操作員進(jìn)行應(yīng)急、事故操作培訓(xùn)而設(shè)計(jì)的一套基于仿真技術(shù)的系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)仿真 核電站各設(shè)備的數(shù)學(xué)模型、模擬核電站物理、工藝和控制過程，滿足DCS系統(tǒng)測試中LO系統(tǒng) 的功能要求，全范圍仿真系統(tǒng)能夠模擬核電廠的穩(wěn)態(tài)功率運(yùn)行，從熱備用到額定功率之間 啟動(dòng)和停機(jī)，以不同速度升降功率，反應(yīng)堆跟蹤外負(fù)荷以及冷啟動(dòng)、冷停堆等操作。
[0015] 本實(shí)用新型通過搭建一定規(guī)模的實(shí)際DCS系統(tǒng)，運(yùn)行一定規(guī)模的實(shí)際工程，然后 根據(jù)該系統(tǒng)的工藝要求設(shè)計(jì)測試用例，實(shí)現(xiàn)對DCS平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)級別的功能及性能測試。
[0016] 本實(shí)用新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為上、下層網(wǎng)絡(luò)。上層網(wǎng)絡(luò)包括模型服務(wù)器、上位機(jī)、交換機(jī)， 實(shí)現(xiàn)集中的監(jiān)視與控制功能；下層網(wǎng)絡(luò)包括通訊服務(wù)器、交換機(jī)、現(xiàn)場采集控制器，實(shí)現(xiàn)模 擬現(xiàn)場儀表信號發(fā)送和接收DCS控制信號功能。此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)集中管理，并且實(shí) 現(xiàn)方便、靈活擴(kuò)展，規(guī)?？梢詽M足整個(gè)DCS系統(tǒng)測試要求。
[0017] 本實(shí)用新型通過選擇合適的現(xiàn)場采集控制器實(shí)現(xiàn)和DCS系統(tǒng)1:1對接，現(xiàn)場采集 控制器包括IO板卡和通訊板卡和通訊底板，IO板卡和通訊板卡插在通訊底板上實(shí)現(xiàn)IO板 卡和通訊板卡的通訊功能。通訊板卡通過網(wǎng)口連接到下層交換機(jī)實(shí)現(xiàn)與通訊服務(wù)器進(jìn)行數(shù) 據(jù)交換。IO板卡包括模擬量輸入輸出板卡、數(shù)字量輸入輸出板卡、脈沖信號輸出板卡。模擬 量信號包括：電流輸入、電壓輸入、熱電偶輸入、熱電阻輸入、電流采集、電壓采集；數(shù)字量 信號包括：模擬繼電器輸入、采集無源開關(guān)信號、高低電壓輸入（高電壓24V或48V)、采集 電壓；根據(jù)測試要求，選取相應(yīng)的板卡類型，再根據(jù)實(shí)際的信號點(diǎn)個(gè)數(shù)，配備相應(yīng)的板卡個(gè) 數(shù)；
[0018] 本實(shí)用新型通過配置通訊服務(wù)器與模型服務(wù)器為客戶端與服務(wù)器模式，通訊服務(wù) 器接收、存儲(chǔ)模型服務(wù)器發(fā)來的輸入數(shù)據(jù)，并且在控制器需要時(shí)將這些數(shù)據(jù)以一定的格式 封裝后發(fā)至控制器進(jìn)行邏輯運(yùn)算；通訊服務(wù)器接收、存儲(chǔ)現(xiàn)場采集控制器邏輯運(yùn)算的輸出 數(shù)據(jù)，在現(xiàn)場采集控制器每個(gè)周期輸出完成后，將這么輸出數(shù)據(jù)發(fā)送至模型服務(wù)器。即通訊 服務(wù)器相當(dāng)于網(wǎng)關(guān)，將以太網(wǎng)和DP總線數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換后，分別發(fā)給控制器和模型服務(wù)器。 同時(shí)設(shè)計(jì)通訊檢測與報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視通訊服務(wù)器與模型服務(wù)器的連接狀態(tài)、通訊服務(wù) 器與模型服務(wù)器的連接狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視功能。
[0019] 本實(shí)用新型能在測試裝置的上位機(jī)上實(shí)時(shí)監(jiān)視LO系統(tǒng)各設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)，并且 有自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)強(qiáng)制兩種操作模式。手動(dòng)模式方便測試開展前期的調(diào)試工作，自動(dòng)模式 適用于穩(wěn)定的工藝測試工作。
【附圖說明】
[0020] 圖1為基于仿真系統(tǒng)的核電DCS平臺(tái)測試裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0021] 圖2為基于仿真系統(tǒng)的核電DCS平臺(tái)測試方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0023] 如圖1所示，基于仿真系統(tǒng)的核電DCS平臺(tái)測試裝置包括模型服務(wù)器，運(yùn)行包括 RCV系統(tǒng)在內(nèi)的全部系統(tǒng)仿真模型；上位機(jī)，主要功能為通訊配置，運(yùn)行監(jiān)視控制畫面；通 訊服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場采集控制器與模型服務(wù)器的數(shù)據(jù)通訊，其端口A連接下層交換機(jī)，端口 B連接上層交換機(jī)。模型服務(wù)器連接上層服務(wù)器1 口、上位機(jī)連接模型服務(wù)器2 口、通訊服 務(wù)器連接上層交換機(jī)3 口?，F(xiàn)場采集控制器1-8連接下層交換機(jī)1-8 口，一臺(tái)下層交換機(jī) 可以連接15個(gè)現(xiàn)場采集控制器?，F(xiàn)場采集控制器包括IO板卡和通訊板卡和通訊底板，IO 板卡和通訊板卡插在通訊底板上實(shí)現(xiàn)IO板卡和通訊板卡的通訊功能，通訊板卡通過網(wǎng)口 連接到下層交換機(jī)實(shí)現(xiàn)與通訊服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
[0024] 如圖2所示，基于仿真系統(tǒng)的核電DCS平臺(tái)測試方法包括：測試裝置配置，測試裝 置與被測系統(tǒng)連接，測試用例設(shè)計(jì)，測試執(zhí)行等。
[0025] (一）測試裝置配置包括，步驟一：在模型服務(wù)器中配置系統(tǒng)軟件變量與硬件IO 點(diǎn)之間的映射關(guān)系。步驟二：根據(jù)現(xiàn)場采集信號量綱及量程和是實(shí)際控制參數(shù)量綱及量程， 編制各物理信號值與工程量值的轉(zhuǎn)換表。步驟三：環(huán)境配置，主要包括操作系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù) 庫接口變量定義，IO接口工具軟件系統(tǒng)設(shè)置。
[0026] (二）測試裝置與被測系統(tǒng)采用1:1的硬接線連接方式，步驟一：被測系統(tǒng)選擇化 學(xué)和容積控制系統(tǒng)（RCV系統(tǒng)），它在反應(yīng)堆的啟動(dòng)、停運(yùn)及正常運(yùn)行過程中都起著十分重 要的作用，它為反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的水容積控制、化學(xué)控制和反應(yīng)性控制提供了手段。由于RCV系統(tǒng)的重要性及復(fù)雜性，在驗(yàn)證全廠DCS系統(tǒng)之前，設(shè)計(jì)并搭建RCV系統(tǒng)作為驗(yàn)證系統(tǒng)， 可以比較代表性的反應(yīng)DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性和完整性。RCV系統(tǒng)中的信號及其它相關(guān)信 號都有LO系統(tǒng)的相應(yīng)信號匹配。步驟二