核电厂DCS自动化测试装置应用浅析

核电厂DCS自动化测试装置应用浅析

2中国核电工程有限公司北京1008403中核第四研究设计工程有限公司河北石家庄050021摘要：核电厂DCS是基于计算机的自动化人机交互控制系统，为核电厂操作员提供安全监视与控制功能，是核电厂的神经中枢。供应商为保证DCS的功能、性能满足核电厂高安全性、可靠性的要求，在交付电厂前需开展全范围的工厂测试。由于核电厂DCS涉及大量核安全工艺系统的监视与控制，且工艺复杂与繁琐，因此导致DCS测试的工作量巨大，测试的周期较长，从而影响交付的进度，为此供应商开发出自动化测试装置来提高工厂测试的效率。基于上述内容，本文将对DCS自动化测试装置在工厂测试的应用情况进行分析，以便更好的了解和学习。Keys：核电厂；DCS；自动化测试装置；核电厂DCS简介核电厂DCS是基于计算机的自动化控制系统，由人机交互、逻辑运算、信息传输、指令执行等系统组成，是核电厂的神经中枢。核电厂操作员通过人机交互系统实现集中管理，通过逻辑运算、信息传输、指令执行系统实现分散控制。核电厂的设备分为执行核安全功能和非核安全功能两大部分，其中执行核安全功能的设备，属于核电厂安全重要系统，根据国家法规要求受国家核安全局的监管。核电厂DCS提供整个电厂的安全监视与控制功能，因此也分为安全级DCS与非安全级DCS两部分，分别由不同的DCS平台实现，其中安全级DCS受核安全局的监管。DCS自动化测试装置分类DCS是基于硬件平台和工程应用软件的集成系统，对应的测试内容分为硬件部件的测试、应用软件的测试、集成系统整体功能与性能的测试。根据测试内容将DCS的测试装置分为如下几类：硬件指标测试装置：如I/O板卡精度测试装置。软件功能测试装置：如组态软件完整性测试装置，软件代码验证测试装置。集成系统测试装置：如I/O通道信号输入、输出测试装置，控制功能逻辑运算响应时间测试装置，集成系统功能测试装置等。上述DCS自动化测试装置分为半自动、全自动化两大类，其中半自动测试装置适用于要求单一且简单内容的测试，如硬件指标的测试，而全自动测试装置适用于繁琐且复杂功能的测试，如集成系统功能测试装置。核电厂DCS自动化测试装置应用分析核电厂DCS包含了大量核安全工艺系统的监视与控制功能，且工艺流程复杂与繁琐，从而导致DCS的测试工作量巨大，测试的周期较长，其中最大的测试项集成系统的逻辑功能测试，涉及300多个工艺系统近万页的测试用例，采用自动化测试装置可以极大地提高测试效率。从DCS测试原理，装置开发、管理要求等方面，对DCS自动化测试装置的应用进行分析。测试原理DCS的核心功能是监视与控制，其测试原理是模拟现场各类工况的触发条件，将其输入DCS系统进行逻辑运算，然后将逻辑运算的结果输入与预期设定的结果进行对比是否一致，以验证DCS实现的系统功能是否正确。装置开发根据DCS的测试原理，自动化测试装置的开发内容涉及两方面，一是工况触发、结果输出比对的测试软件开发，二是运行测试软件的硬件设备开发。当前对于测试软件的主流实现方式是在计算机上运行各类工况的脚本，脚本是将静态的测试用例转化为计算机自动运行的代码，因此测试用例编制的质量对测试脚本的转化至关重要。用于运行测试脚本的硬件一般采用普通的计算机，与信息采集/输出卡、交换机、网线/光纤形成一个自动化的测试系统。目前这些硬件设备均可通过购买成熟的市售产品，但对于一些特殊的信号或功能处理的部件需自行定制开发。供应商在开发自动化测试装置时，可根据测试方法、自研能力、资金投入等因素综合考虑，以决策测试装置开发的自动化、智能化程度。管理要求由于核电厂DCS中的安全级部分受核安全局的监管，因此用于安全级DCS工厂测试的测试装置也需要满足一定的管理要求，否则其无法用于安全级DCS的工厂测试或测试的结果无法被认可。关于测试装置的管理要求，主要从安全级DCS系统受监管的内容进行分析。安全级DCS的设计需要取得核安全局颁发的许可证，并以此建立核质保体系，包括工厂测试的人、机、料、法、环五大要素的质保要求，测试装置的开发应满足工厂测试质保的要求。测试装置在应用于安全级DCS工厂测试前，应提供自行分析或由第三方机构认证的安全分析报告，以确认测试装置对安全级DCS的功能、性能没有造成任何影响，测试的结果可信。优缺点分析DCS自动化测试装置的优点是可以极大地提高工厂测试的效率，有效的节省人力，缩短工厂测试的时间，保证交付的进度；缺点首先是不同的项目需要进行脚本的修改和硬件的配置，灵活性、通用性不高，其次是对于测试装置的维护耗时耗力，一旦测试装置发生故障就会影响整个测试活动，没有人工测试的冗余性高。总结核电厂DCS系统因涉及核安全功能的监视与控制，因此对系统的可靠性、可用性的要求非常高，从而使得对其功能、性能的验证极其严苛。为了保证提供的DCS系统满足核电厂安全运行的要求，供应商耗费了巨大的人力、物力对DCS系统的功能、性能开展了全范围的测试，但即使是这样仍然存在测试时间过长而导致交货延期的情况存在。在此情形下，供应商通过长期的经验积累开发出了各类自动化的测试装置，极大的缓解了测试的压力，为按期交货提供了有力的保障。展望DCS自动化测试装置未来的发展，可以与当前的新技术、新设备相结合向高度集成化、智能化的方向发展，以提高测试装置的可靠性、操作的便利性，降低使用的成本，使其成为核电厂DCS系统测试的终极利器。Reference：[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]HAD102/16.核动力厂基于计算机的安全重要系统软件[S].[