一种核能供热装置自启停控制仿真系统及测试方法与流程

本发明属于核动力装置验证技术领域，具体涉及一种核能供热装置自启停控制仿真系统及测试方法。

背景技术：

核动力装置自启停控制系统完成核能供热装置自动控制系统中最高层级的控制功能。在核能供热装置启停过程中，自启停控制系统根据启停流程统筹管理所有工艺设备控制系统。自启停控制系统的目的是通过自动控制技术，实现核能供热装置启动和停止过程的自动化，提高核能供热装置启停的正确性、规范性，减轻启停过程中运行人员工作负荷，使得核能供热装置的启停更简捷、更安全可靠，启停时间更短。

自启停控制系统在工程实施之前需要经过充分的、反复的测试，才能真正地用于实际生产中。在对现有的技术文献检索发现，目前自启停控制系统的测试主要采用实物系统进行测试，存在测试时间长、工作量大、投入人力物力成本高等问题。由于自启停控制系统的控制范围涵盖全厂，涉及大量的参数和指令，相对于采用实物系统测试，仿真测试可在没有可用的真实工艺系统时就开展全厂范围的整体自启停测试，可以尽早地发现设计中的各种错误，检验方案是否合理，同时，仿真测试的实现更加简便，迭代周期短，可进行大量的重复性测试，能够节约测试时间；并且，仿真测试不需要配置真实的控制系统硬件环境，成本远低于实物系统测试。因此，需要一种核能供热装置自启停控制仿真系统及测试方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有实物系统测试方法耗时长、成本高的问题，提供了一种核能供热装置自启停控制仿真系统及测试方法。

本发明的技术方案如下：

一种核能供热装置自启停控制仿真系统，包括仿真服务器模块，工程师站模块，操纵员终端模块和通信接口模块；所述工程师站模块用于开发仿真服务器模块，并将测试过程中仿真服务器模块产生的实时测试值记录到文本文件中；所述仿真服务器模块用于仿真计算和管理仿真系统各模块产生的实时测试值；所述操纵员终端模块用于操纵员对工艺参数和逻辑参数的监视以及操纵员对工艺设备的操作；所述通信接口模块通过通信软件及通信接口清单实现操纵员终端模块与仿真服务器模块之间的实时数据通信；操纵员终端模块将操纵员的操作指令通过通信接口模块传输给仿真服务器模块进行仿真计算，仿真服务器模块将得到的实时测试值反馈至工程师站模块记录至文本文件中，本文文件通过操纵员终端模块进行显示。

进一步地，所述仿真服务器模块包括数据库模块、热工水力计算模块、自启停逻辑仿真计算模块、工艺设备逻辑仿真计算模块和运行调度模块；所述数据库模块通过数据库管理软件实现对核能供热装置自启停控制仿真系统的实时值的管理功能，所述热工水力计算模块通过热工水力计算软件实现对工艺系统热工水力参数实时值的计算，所述自启停逻辑仿真计算模块通过控制逻辑仿真开发软件实现对自启停逻辑参数实时值的计算，所述工艺设备逻辑仿真计算模块通过控制逻辑仿真开发软件实现对工艺设备逻辑参数实时值的计算，所述运行调度模块通过运行调度管理软件实现对数据库模块、热工水力计算模块、自启停逻辑仿真计算模块和工艺设备逻辑仿真计算模块的加载和运行。

进一步地，所述工程师站模块包括仿真测试控制模块；所述仿真测试控制模块实现核能供热装置自启停控制仿真系统的仿真测试控制功能，并将测试过程中的测试值记录到文本文件中。

进一步地，所述工程师站模块还包括仿真计算开发模块和画面开发模块，仿真计算开发模块远程登录仿真服务器模块开发热工水力计算模块、自启停逻辑仿真计算模块和工艺设备逻辑仿真计算模块，画面开发模块在本地开发操纵员终端中的画面显示操作模块并将画面文件下载到操纵员终端模块。

进一步地，所述仿真计算开发模块包括热工水力计算软件和控制逻辑仿真开发软件，热工水力计算软件实现仿真服务器模块中热工水力计算模块的开发，控制逻辑仿真开发软件实现仿真服务器模块中自启停逻辑仿真计算模块和工艺设备逻辑仿真计算模块的开发。

进一步地，所述操纵员终端模块包括画面显示操作模块，画面显示操作模块通过工程师站模块的画面开发软件开发的操纵员操作画面实现操纵员对工艺参数和逻辑参数的监视以及操纵员对工艺设备的操作。

进一步地，所述自启停逻辑仿真计算模块与工艺设备逻辑仿真计算模块相互独立，并通过数据库模块交换实时数据。

进一步地，所述自启停逻辑仿真计算模块包括自启停操作管理仿真逻辑、步进仿真程序和步进仿真指令。

本发明还提供了一种上述核能供热装置自启停控制仿真系统的测试方法，依次包括如下方法：

步骤1.测试前，确定待测试参数的预期响应值，写入预期响应值文件；

步骤2.工程师站模块上的仿真测试控制模块发出测试环境初始化指令，运行调度模块根据测试环境初始化指令读取数据库模块中的工艺系统参数初始值，同时，仿真测试控制模块将工艺系统参数初始值写入测试结果文件；

步骤3.仿真测试控制模块发出开始测试指令，开始测试指令通过通信接口模块发送给仿真服务器模块；仿真服务器模块上的运行调度模块根据开始测试指令调度热工水力计算模块、自启停逻辑仿真计算模块和工艺设备逻辑仿真计算模块运行；

步骤4.操纵员终端上执行自启停投入、自启停启堆-停堆选择和/或断点选择操作动作，画面显示操作模块将这些动作识别成自启停操作指令，自启停操作指令通过通信接口模块发送给仿真服务器模块上的自启停逻辑仿真计算模块，同时仿真测试控制模块将自启停操作指令写入测试结果文件；

步骤5.自启停逻辑仿真计算模块根据操纵员终端发送的自启停操作指令，计算出步进仿真指令，步进仿真指令通过数据库模块传给工艺设备逻辑仿真计算模块，同时仿真测试控制模块将步进仿真指令写入测试结果文件；

步骤6.工艺设备逻辑仿真计算模块根据步进仿真指令计算出工艺设备控制指令，工艺设备控制指令通过数据库模块传给热工水力计算模块，同时仿真测试控制模块将工艺设备控制指令写入测试结果文件；

步骤7.热工水力计算模块根据工艺设备控制指令计算核能供热装置工艺系统热工水力参数实时值，并将热工水力参数实时值通过数据库模块发送给工艺设备逻辑仿真计算模块，同时仿真测试控制模块将热工水力参数实时值写入测试结果文件；

步骤8.工艺设备逻辑仿真计算模块将热工水力参数实时值通过数据库模块传给自启停逻辑仿真计算模块，同时将热工水力参数实时值通过通信接口模块传递给操纵员终端上的画面显示操作模块，同时仿真测试控制模块将画面显示参数写入测试结果文件；

步骤9.自启停逻辑仿真计算模块根据热工水力参数实时值计算步进仿真程序执行状态，并将步进仿真程序执行状态通过通信接口模块传递给操纵员终端上的画面显示操作模块，同时仿真测试控制模块将步进仿真程序执行状态及画面显示参数写入测试结果文件；

步骤10.工程师站模块上的仿真测试控制模块发出停止测试指令，停止测试指令通过通信接口模块发送给仿真服务器模块，仿真服务器模块上的运行调度模块根据停止测试指令调度热工水力计算模块，自启停逻辑仿真计算模块，工艺设备逻辑仿真计算模块停止；

步骤11.测试结束后，将步骤9得到的测试结果文件与步骤1的预期响应值文件对比，如结果一致，则测试通过，如结果不一致，则停止核能供热装置自启停控制仿真系统所有软件功能模块，并根据测试结果中反映的问题，在工程师站模块上使用仿真计算开发模块通过远程登录到仿真服务器上修改热工水力计算程序、自启停逻辑仿真计算程序或工艺设备逻辑仿真计算程序，重新执行测试。

本发明的有益效果在于：

与现有的自启停控制系统测试方法相比，本发明所采用的技术方案通过仿真方式开发测试环境并执行测试，开发周期短，可进行充分地反复性测试，能够有效发现设计缺陷，节约测试时间，降低测试成本。

附图说明

图1为本发明的功能模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本实施例提供了一种核能供热装置自启停控制仿真系统，其组成如图1所示，包括仿真服务器模块，工程师站模块，操纵员终端模块和通信接口模块；

所述仿真服务器模块包括数据库模块、热工水力计算模块、自启停逻辑仿真计算模块、工艺设备逻辑仿真计算模块和运行调度模块；其中：数据库模块通过数据库管理软件实现对核能供热装置自启停控制仿真系统的实时值的管理功能，热工水力计算模块通过热工水力计算软件实现对工艺系统热工水力参数实时值的计算，自启停逻辑仿真计算模块通过控制逻辑仿真开发软件实现对自启停逻辑参数实时值的计算，工艺设备逻辑仿真计算模块通过控制逻辑仿真开发软件实现对工艺设备逻辑参数实时值的计算，运行调度模块通过运行调度管理软件实现对数据库模块、热工水力计算模块、自启停逻辑仿真计算模块和工艺设备逻辑仿真计算模块的加载和运行；

所述工程师站模块包括热工水力计算软件、控制逻辑仿真开发软件、画面开发软件和仿真测试控制模块，其中：热工水力计算软件实现热工水力计算模块的开发，控制逻辑仿真开发软件实行自启停逻辑仿真计算模块和工艺设备逻辑仿真计算模块的开发，画面开发软件实现画面显示操作模块的开发，仿真测试控制模块实现核能供热装置自启停控制仿真系统的仿真测试控制功能，并将测试过程中的测试值记录到文本文件中；所述的热工水力参数为功率、棒位、压力、流量、温度、转速、水位、阀位；所述的步进仿真程序执行状态为完成、未完成、超时。

所述操纵员终端模块包括画面显示操作模块，画面显示操作模块通过画面开发软件开发的操纵员操作画面实现操纵员对工艺参数和逻辑参数的监视以及操纵员对工艺设备的操作；

所述通信接口模块通过通信软件及通信接口清单实现操纵员终端模块与仿真服务器模块之间的实时数据通信。

画面显示操作模块将操纵员终端上执行的自启停操作指令发送给自启停逻辑仿真计算模块，自启停逻辑仿真计算模块计算出工艺设备操作指令发送给工艺设备逻辑仿真计算模块，工艺设备逻辑仿真计算模块计算出工艺设备动作指令发送给热工水力仿真计算模块；热工水力计算模块计算出工艺系统热工水力参数的实时值，发送给工艺设备逻辑仿真计算模块，工艺设备逻辑仿真计算模块将热工水力参数实时值发送给自启停逻辑仿真计算模块，同时将热工水力参数实时值通过通信接口模块传递给操纵员终端上的画面显示操作模块，自启停逻辑仿真计算模块根据热工水力参数实时值计算步进仿真程序执行状态，并将步进仿真程序执行状态通过通信接口模块传递给操纵员终端上的画面显示操作模块。

所述的自启停逻辑仿真计算模块与工艺设备逻辑仿真计算模块相互独立，并通过数据库模块交换实时数据。

所述的自启停逻辑仿真计算模块包括自启停操作管理仿真逻辑、步进仿真程序、步进仿真指令。

所述的工程师站模块还包括仿真计算开发模块、画面开发模块，仿真计算开发模块远程登录仿真服务器模块开发热工水力计算模块、自启停逻辑仿真计算模块、工艺设备逻辑仿真计算模块，画面开发模块在本地开发显示操作画面并将画面文件下载到操纵员终端模块。

所述的热工水力参数为功率、棒位、压力、流量、温度、转速、水位、阀位；所述的步进仿真程序执行状态为完成、未完成、超时。

本实施例还提供了上述核能供热装置自启停控制仿真系统的测试方法，依次包含如下步骤：

步骤一：测试前，确定待测试所有参数的预期响应值，写入仿真测试控制模块的预期响应值文件；

步骤二：工程师站模块上的仿真测试控制模块发出测试环境初始化指令，仿真服务器的运行调度模块接收并根据测试环境初始化指令读取数据库模块中的工艺系统参数初始值，反馈给仿真测试控制模块；

然后，仿真测试控制模块将工艺系统参数初始值写入仿真测试控制模块的测试结果文件；

步骤三：仿真测试控制模块发出开始测试指令，开始测试指令通过通信接口模块发送给仿真服务器模块；仿真服务器模块上的运行调度模块根据开始测试指令调度热工水力计算模块、自启停逻辑仿真计算模块和工艺设备逻辑仿真计算模块运行；

步骤四：操纵员终端上执行自启停投入、自启停启堆/停堆选择和断点选择操作动作，画面显示操作模块将这些动作识别成自启停操作指令，自启停操作指令通过通信接口模块发送给仿真服务器模块上的自启停逻辑仿真计算模块，同时，仿真测试控制模块将自启停操作指令写入测试结果文件；

步骤五：自启停逻辑仿真计算模块根据操纵员终端发送的自启停操作指令，计算出步进仿真指令，步进仿真指令通过数据库模块传给工艺设备逻辑仿真计算模块，同时，仿真测试控制模块将步进仿真指令写入测试结果文件；

步骤六：工艺设备逻辑仿真计算模块根据步进仿真指令计算出工艺设备控制指令，工艺设备控制指令通过数据库模块传给热工水力计算模块，同时，仿真测试控制模块将工艺设备控制指令写入测试结果文件；

步骤七：热工水力计算模块根据工艺设备控制指令计算核能供热装置工艺系统热工水力参数实时值，并将热工水力参数实时值通过数据库模块发送给工艺设备逻辑仿真计算模块，同时，仿真测试控制模块将热工水力参数实时值写入测试结果文件；

步骤八：工艺设备逻辑仿真计算模块将热工水力参数实时值通过数据库模块传给自启停逻辑仿真计算模块，同时将热工水力参数实时值通过通信接口模块传递给操纵员终端上的画面显示操作模块，同时，仿真测试控制模块将画面显示参数写入测试结果文件；

步骤九：自启停逻辑仿真计算模块根据热工水力参数实时值计算步进仿真程序执行状态，并将步进仿真程序执行状态通过通信接口模块传递给操纵员终端上的画面显示操作模块，同时，仿真测试控制模块将步进仿真程序执行状态及画面显示参数写入测试结果文件；

步骤十：工程师站模块上的仿真测试控制模块发出停止测试指令，停止测试指令通过通信接口模块发送给仿真服务器模块，仿真服务器模块上的运行调度模块根据停止测试指令调度热工水力计算模块，自启停逻辑仿真计算模块，工艺设备逻辑仿真计算模块停止；

步骤十一：测试结束后，将测试结果文件与预期响应值文件对比，如结果一致，则测试通过，如结果不一致，则停止核能供热装置自启停控制仿真系统所有软件功能模块，并根据测试结果中反映的问题，在工程师站模块上使用仿真计算开发模块通过远程登录到仿真服务器上修改热工水力计算程序、自启停逻辑仿真计算程序、工艺设备逻辑仿真计算程序，重新执行测试。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，结合具体案例对本发明的技术方案进行进一步说明。

如图1所示，本实施例的核能供热装置自启停控制仿真系统包括仿真服务器模块，工程师站模块，操纵员终端模块和通信接口模块；仿真服务器模块包括数据库模块，热工水力计算模块、自启停逻辑仿真计算模块、工艺设备逻辑仿真计算模块和运行调度模块,其中：数据库模块通过数据库管理软件simbase实现对核能供热装置自启停控制仿真系统的实时值的管理功能，热工水力计算模块通过热工水力计算软件simflow实现对工艺系统热工水力参数实时值的计算，自启停逻辑仿真计算模块通过控制逻辑仿真开发软件simcontrol实现对自启停逻辑参数实时值的计算，工艺设备逻辑仿真计算模块通过控制逻辑仿真开发软件simcontrol实现对工艺设备逻辑参数实时值的计算，运行调度模块通过运行调度管理软件mst实现对数据库模块、热工水力计算模块、自启停逻辑仿真计算模块、工艺设备逻辑仿真计算模块的加载和运行；工程师站模块包括热工水力计算软件simflow、控制逻辑仿真开发软件simcontrol、画面开发软件simhmi、仿真测试控制软件simstation，其中：热工水力计算软件实现热工水力计算模块的开发，控制逻辑仿真开发软件实行自启停逻辑仿真计算模块和工艺设备逻辑仿真计算模块的开发，画面开发软件实现画面显示操作模块的开发，仿真测试控制软件实现核能供热装置自启停控制仿真系统的仿真测试控制功能，并将测试过程中的测试值记录到文本文件中；操纵员终端模块包括画面显示操作模块，画面显示操作模块通过画面开发软件开发的操纵员操作画面实现操纵员对工艺参数和逻辑参数的监视以及操纵员对工艺设备的操作；通信接口模块通过通信软件及通信接口清单实现操纵员终端模块与仿真服务器模块之间的实时数据通信。

测试前，确定待测试所有参数的预期响应值，写入预期响应值文件；

工程师站模块上的仿真测试控制软件发出测试环境初始化指令，运行调度模块根据测试环境初始化指令读取数据库模块中的工艺系统参数初始值。仿真测试控制软件将工艺系统参数初始值写入测试结果文件；

仿真测试控制软件发出开始测试指令，开始测试指令通过通信接口模块发送给仿真服务器模块；仿真服务器模块上的运行调度模块根据开始测试指令调度热工水力计算模块，自启停逻辑仿真计算模块，工艺设备逻辑仿真计算模块运行；

操纵员终端上执行自启停投入、自启停启堆/停堆选择、断点选择操作动作，画面显示操作模块将这些动作识别成自启停操作指令，自启停操作指令通过通信接口模块发送给仿真服务器模块上的自启停逻辑仿真计算模块。仿真测试控制软件将自启停操作指令写入测试结果文件；

自启停逻辑仿真计算模块根据操纵员终端发送的自启停操作指令，计算出步进仿真指令，步进仿真指令通过数据库模块传给工艺设备逻辑仿真计算模块。仿真测试控制软件将步进仿真指令写入测试结果文件；

工艺设备逻辑仿真计算模块根据步进仿真指令计算出工艺设备控制指令，工艺设备控制指令通过数据库模块传给热工水力计算模块。仿真测试控制软件将工艺设备控制指令写入测试结果文件；

热工水力计算模块根据工艺设备控制指令计算核能供热装置工艺系统热工水力参数实时值，并将热工水力参数实时值通过数据库模块发送给工艺设备逻辑仿真计算模块。仿真测试控制软件将热工水力参数实时值写入测试结果文件；

工艺设备逻辑仿真计算模块将热工水力参数实时值通过数据库模块传给自启停逻辑仿真计算模块，同时将热工水力参数实时值通过通信接口模块传递给操纵员终端上的画面显示操作模块。仿真测试控制软件将画面显示参数写入测试结果文件；

自启停逻辑仿真计算模块根据热工水力参数实时值计算步进仿真程序执行状态，并将步进仿真程序执行状态通过通信接口模块传递给操纵员终端上的画面显示操作模块。仿真测试控制软件将步进仿真程序执行状态及画面显示参数写入测试结果文件；

工程师站模块上的仿真测试控制软件发出停止测试指令，停止测试指令通过通信接口模块发送给仿真服务器模块，仿真服务器模块上的运行调度模块根据停止测试指令调度热工水力计算模块，自启停逻辑仿真计算模块，工艺设备逻辑仿真计算模块停止；

测试结束后，将测试结果文件与预期响应值文件对比，如结果一致，则测试通过，如结果不一致，则停止核能供热装置自启停控制仿真系统所有软件功能模块，并根据测试结果中反映的问题，在工程师站模块上使用仿真计算开发模块通过远程登录到仿真服务器上修改热工水力计算程序、自启停逻辑仿真计算程序、工艺设备逻辑仿真计算程序，重新执行测试。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。