一种基于仿真系统的核电dcs平台测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于仪器仪表自动化控制技术领域，具体涉及一种基于仿真系统的核 电DCS平台测试装置。
【背景技术】
[0002] 核电厂数字化控制系统DCS作为核电机组的关键设备，是核电站的重要组成部 分，核电DCS包括控制系统、保护系统、安全停堆系统、保障系统和辅助系统等几个部分，各 部分组合一起完成核电站工艺过程的自动化控制功能，其功能及性能水平在很大程度上影 响了整个核电机组的安全可靠、经济运行。
[0003] 核电DCS平台是否能够满足核电厂复杂工艺要求，实现大数据量准确、高效的监 视和控制功能，需要在工厂设计完成后运行一定规模的实际工程，通过模拟DCS在实际核 电现场的工作情况来验证其硬件和软件集成的正确性和完整性、对设计输入文件执行的准 确性、功能和性能是否满足核电相关工艺、标准、法规要求等，并且能够将在测试过程中发 现的问题尽早在工厂设计阶段解决。
[0004] 由于核电DCS在工厂设计阶段没有核电厂现场设备层（L0系统），无法执行实际的 核电工艺过程，所以必须搭建测试装置模拟LO系统协助DCS系统测试。目前LO系统设计 一般分为软件仿真和硬件仿真，软件仿真方法：（1)在现场控制层（LI层）的组态里将控制 命令经过一定延时的方式实现设备反馈；（2)使用通讯的方式调用OPC、DDE接口实现设备 反馈；(3)在操作员站或工程师站调用组态工具的动态链接库实现设备状态反馈。硬件仿 真方法主要是通过硬接线的方式模拟现场设备反馈信号注入到DCS系统中，如：使用继电 器搭建电路模拟现场设备反馈；使用PLC、虚拟仪器等通用的可编程的信号发送采集设备 来模拟现场设备反馈。基于以上软、硬件实现的LO系统仿真在DCS系统测试中缺点如下： 使用软件（1)的方法需要改变实际的DCS组态工程，测试完成后需要回复实际的组态工程， 难免带来二次错误，并且不符合质量计划中要求，无法保证被测系统的完整和正确性；软件 方法（2) (3)在仿真系统规模大的情况下会影响操作员站的负荷，影响和性能测试的正确 性。硬件仿真技术通过硬接线发送和采集信号模拟实际现场设备，不会对DCS系统造成影 响，并且可编程控制器PLC或者虚拟仪器NI设备可以使用编程来模拟整个LO系统，和Ll 层实现1:1的连接，但是由于没有核电厂物理模型，无法得到现场设备各参数值，无法实际 反映现场工况变化过程，只是简单的模拟单个设备的状态反馈及采用阶跃函数模拟PID控 制回路反馈。
[0005] 以往在检验DCS对工程设计输入文件执行的准确性的测试用例设计上，采用的是 分析单个设备的逻辑功能，设计设备的保护开关、自动开关、手动开关等逻辑输入条件和相 应的输出状态的真值表。此种测试方法设计的真值表无法识别实际工艺过程，产生两种问 题：（1)针对单个设备进行测试，仅仅触发设备的一种开关状态查看其反馈状态，没有反映 复杂的工艺过程下各设备动作过程及其联锁状态；（2)遍历所有的组合条件（实际工艺不 产生），大量增加测试成本。
【发明内容】
[0006] 本实用新型的目的在于通过搭建一套基于核电仿真系统的核电DCS平台测试装 置进行DCS平台的测试方法研究，解决以往硬件仿真技术没有经过建模而无法实现仿真核 电站实际物理、工艺过程控制的问题，同时解决逻辑测试无法实现按照工艺控制要求进行 测试的问题。
[0007] 为达到上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：
[0008] -种基于仿真系统的核电DCS平台测试装置，包括模型服务器，运行包括化学和 容积控制系统在内的全部系统仿真模型；上位机，功能为通讯配置，运行监视控制画面；通 讯服务器，实现现场采集控制器与模型服务器的数据通讯，其端口A连接下层交换机，端口 B连接上层交换机；模型服务器连接上层服务器1 口、上位机连接模型服务器2 口、通讯服 务器连接上层交换机3 口；现场采集控制器1-8连接下层交换机1-8 口。
[0009] 所述的现场采集控制器包括IO板卡、通讯板卡和通讯底板，IO板卡和通讯板卡插 在通讯底板上实现IO板卡和通讯板卡的通讯功能，通讯板卡通过网口连接到下层交换机 实现与通讯服务器进行数据交换。
[0010] 所述化学和容积控制系统包括：8个现场控制站、数据服务器、计算服务器、历史 服务器、工程师站、操作员站1、操作员站2、P0P大屏、网络设备；8个控制站通过一层环网交 换机连接到一层控制网，数据服务器配置4个网卡，两块冗余网卡连接到一层环网，两块冗 余网卡连接到二层环网，计算服务器和历史服务器通过二层环网交换机连接到二层网络， 工程师站、操作员站1、操作员站2、POP大屏通过二层交换机连接到二层网络。
[0011] 所述现场采集控制器：DI点165个，一块DI卡24通道，共使用7块卡；DO点47 个，一块DO卡24通道，共使用2块卡；AO点6个，一块AO卡12通道，共使用1块卡；AI点 31个，一块AI卡8通道，共使用4块卡；共需要14块IO板卡，配置8套现场采集控制器。
[0012] 本实用新型所取得的有益效果为：
[0013] 本实用新型采用拥有多年仿真技术研究和工程经验开发出的全范围模拟机，利用 其建立的实际核电厂物理模型作为测试装置的软件模型。
[0014] 本实用新型通过选择全范围仿真系统（全范围仿真系统是根据国家核安全局的 要求定期对操作员进行应急、事故操作培训而设计的一套基于仿真技术的系统）实现仿真 核电站各设备的数学模型、模拟核电站物理、工艺和控制过程，满足DCS系统测试中LO系统 的功能要求，全范围仿真系统能够模拟核电厂的稳态功率运行，从热备用到额定功率之间 启动和停机，以不同速度升降功率，反应堆跟踪外负荷以及冷启动、冷停堆等操作。
[0015] 本实用新型通过搭建一定规模的实际DCS系统，运行一定规模的实际工程，然后 根据该系统的工艺要求设计测试用例，实现对DCS平台进行系统级别的功能及性能测试。
[0016] 本实用新型网络结构为上、下层网络。上层网络包括模型服务器、上位机、交换机， 实现集中的监视与控制功能；下层网络包括通讯服务器、交换机、现场采集控制器，实现模 拟现场仪表信号发送和接收DCS控制信号功能。此种网络结构设计实现集中管理，并且实 现方便、灵活扩展，规模可以满足整个DCS系统测试要求。
[0017] 本实用新型通过选择合适的现场采集控制器实现和DCS系统1:1对接，现场采集 控制器包括IO板卡和通讯板卡和通讯底板，IO板卡和通讯板卡插在通讯底板上实现IO板 卡和通讯板卡的通讯功能。通讯板卡通过网口连接到下层交换机实现与通讯服务器进行数 据交换。IO板卡包括模拟量输入输出板卡、数字量输入输出板卡、脉冲信号输出板卡。模拟 量信号包括：电流输入、电压输入、热电偶输入、热电阻输入、电流采集、电压采集；数字量 信号包括：模拟继电器输入、采集无源开关信号、高低电压输入（高电压24V或48V)、采集 电压；根据测试要求，选取相应的板卡类型，再根据实际的信号点个数，配备相应的板卡个 数；
[0018] 本实用新型通过配置通讯服务器与模型服务器为客户端与服务器模式，通讯服务 器接收、存储模型服务器发来的输入数据，并且在控制器需要时将这些数据以一定的格式 封装后发至控制器进行逻辑运算；通讯服务器接收、存储现场采集控制器逻辑运算的输出 数据，在现场采集控制器每个周期输出完成后，将这么输出数据发送至模型服务器。即通讯 服务器相当于网关，将以太网和DP总线数据相互转换后，分别发给控制器和模型服务器。 同时设计通讯检测与报警功能，实现监视通讯服务器与模型服务器的连接状态、通讯服务 器与模型服务器的连接状态的实时监视功能。
[0019] 本实用新型能在测试装置的上位机上实时监视LO系统各设备的实际状态，并且 有自动运行和手动强制两种操作模式。手动模式方便测试开展前期的调试工作，自动模式 适用于稳定的工艺测试工作。
【附图说明】
[0020] 图1为基于仿真系统的核电DCS平台测试装置结构图；
[0021] 图2为基于仿真系统的核电DCS平台测试方法流程图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
[0023] 如图1所示，基于仿真系统的核电DCS平台测试装置包括模型服务器，运行包括 RCV系统在内的全部系统仿真模型；上位机，主要功能为通讯配置，运行监视控制画面；通 讯服务器，实现现场采集控制器与模型服务器的数据通讯，其端口A连接下层交换机，端口 B连接上层交换机。模型服务器连接上层服务器1 口、上位机连接模型服务器2 口、通讯服 务器连接上层交换机3 口。现场采集控制器1-8连接下层交换机1-8 口，一台下层交换机 可以连接15个现场采集控制器。现场采集控制器包括IO板卡和通讯板卡和通讯底板，IO 板卡和通讯板卡插在通讯底板上实现IO板卡和通讯板卡的通讯功能，通讯板卡通过网口 连接到下层交换机实现与通讯服务器进行数据交换。
[0024] 如图2所示，基于仿真系统的核电DCS平台测试方法包括：测试装置配置，测试装 置与被测系统连接，测试用例设计，测试执行等。
[0025] (一）测试装置配置包括，步骤一：在模型服务器中配置系统软件变量与硬件IO 点之间的映射关系。步骤二：根据现场采集信号量纲及量程和是实际控制参数量纲及量程， 编制各物理信号值与工程量值的转换表。步骤三：环境配置，主要包括操作系统设置、数据 库接口变量定义，IO接口工具软件系统设置。
[0026] (二）测试装置与被测系统采用1:1的硬接线连接方式，步骤一：被测系统选择化 学和容积控制系统（RCV系统），它在反应堆的启动、停运及正常运行过程中都起着十分重 要的作用，它为反应堆冷却剂系统的水容积控制、化学控制和反应性控制提供了手段。由于RCV系统的重要性及复杂性，在验证全厂DCS系统之前，设计并搭建RCV系统作为验证系统， 可以比较代表性的反应DCS系统设计的正确性和完整性。RCV系统中的信号及其它相关信 号都有LO系统的相应信号匹配。步骤二