一种压水堆核电厂DCS验证调试平台及其构建方法

本发明属于核反应堆控制，具体涉及一种压水堆核电厂dcs验证调试平台及其构建方法。

背景技术：

1、分布式控制系统(dcs)作为一种、分散控制仪表控制系统，采用标准化、模块化和系统化的设计，具有实时性高、容错性大，人机界面友好等特点。dcs能够保证核电厂控制系统的安全性，满足核电厂对安全性的要求。因此现阶段核电厂基本采用dcs作为控制系统。

2、dcs在投入使用前需要进行验证及调试工作，现阶段的dcs的验证调试过程主要包括工厂测试和现场调试两部分。在现场操作的过程中，这两部分都各自存在问题。其中工厂测试阶段以逻辑组态实现与设计图纸一致性为核心，实现自动化测试，dcs不会与实际的机械部件相结合，缺少了dcs与实际部件连接后的实际测试。而现场调试阶段则通过人工手动的方法进行调试，效率较低；虽然dcs与实际机械部件进行了连接，但是出于安全性考虑，在测试时一些工艺系统的设备需要隔离，这种隔离使得测试难以达到与核电厂正常运行时相同的效果。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种压水堆核电厂dcs验证调试平台及其构建方法。该平台可以满足核电厂dcs出厂测试和现场调试的需要。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

3、本发明第一方面是提供一种压水堆核电厂dcs验证调试平台，包括：

4、工艺系统仿真模型，用于模拟dcs相关的工作环境；

5、接口程序模块，用于dcs与工艺系统仿真模型的实时数据交互；通过根据dcs在模拟环境下的运行状态，对dcs的性能进行测试；

6、其中，工艺系统仿真模型计算出dcs所需的系统数据后，通过实时数据交互模块将该数据传输至dcs；在dcs根据系统数据计算出控制信号之后，由实时数据交互模块将控制信号传输至工艺系统仿真模型，完成dcs与工艺系统仿真模型之间的数据交互。

7、作为本发明进一步改进，所述接口程序模块采用i/o接口系统作为实时数据交互的基础。

8、作为本发明进一步改进，所述接口程序模块基于tcp/ip协议的方式进行，采用动态链接库的方式进行数据交互。

9、作为本发明进一步改进，所述动态链接库用于显示指令传达信号，执行成功或失败的提示，步进、冻结操作的信号，数据传递的消息。

10、作为本发明进一步改进，所述接口程序模块将执行基本功能的指令传输至动态链接库，并通过调用基于tcp/ip协议的api函数，完成对dcs的冻结、步进、停止、启动、重演功能；之后通过使用读写数据的api函数，实现动态链接库对dcs读取和写入数据的操作。

11、作为本发明进一步改进，所述工艺系统仿真模型基于relap5程序和3keymaster软件构建，其中relap5程序作为堆芯及压力容器部分的核心计算软件；以3keymaster软件作为压水堆核电厂一回路、二回路及相关辅助系统的计算软件。

12、本发明第二方面是提供一种压水堆核电厂dcs验证调试平台的构建方法，包括：

13、基于压水堆核电厂dcs的系统特性，分析dcs的控制需求；

14、基于dcs的控制需求建立工艺系统仿真模型，用于产生dcs所需的系统数据。

15、作为本发明进一步改进，所述基于压水堆核电厂dcs的系统特性，分析dcs的控制需求，包括：

16、在压水堆核电厂的运行过程中，dcs对不同工况下的工艺系统进行动作；

17、压水堆核电厂的工艺系统仿真模型涵盖参考电站在所有电厂工况下的行为如不同功率水平下的阶跃升降负荷工况，同时提供dcs需要的控制信号。

18、作为本发明进一步改进，所述基于dcs的控制需求建立工艺系统仿真模型，用于产生dcs所需的系统数据，包括：

19、通过人机界面控制工艺系统模型模拟不同工况下的压水堆核电厂运行状态，并通过实时数据交互模块进行实时数据交互，传输至dcs中来模拟不同工况下dcs接收的实际工艺系统信号；dcs在接收仿真主机的信号后，计算出该工况下的控制信号，并将该信号传输给仿真主机，作为其下一步计算的控制信号来控制工艺系统模型；

20、通过dcs控制下的工艺系统模型在不同工况下运行状态与设计输出的对比，判断dcs功能是否完善，完成其功能验证过程。

21、作为本发明进一步改进，所述实时数据交互包括：启动、装入工况、运行、数据交互、冻结、保存工况、回溯、停机；具体过程如下：

22、(1)启动：仿真平台将连接指令写入动态链接库，并使用tcp/ip协议调用相关函数，并输入定义好的ip地址、用户及密码，通过i/o接口设备与dcs进行登录连接；连接成功后动态链接库接收已连接信号，读取动态链接库的已连接指令表明已连接成功；

23、(2)装入工况：通过动态链接库与虚拟dcs仿真数据服务器连接后，在运行之前需要加载ic文件，读取快照文件操作信号通过动态链接库传递给dcs；

24、(3)运行：装入工况后需要进行运行操作，控制整个仿真系统的运行，发送运行指令信号给动态链接库，动态链接库得到指令后，调用相关函数以控制dcs运行；

25、(4)数据交互：与dcs运行之后数据交互是基于动态链接库以及tcp/ip协议进行的，在经过第一步的连接之后，通过动态链接库的方式进行数据的读取和写入，动态链接库通过调用相关的api函数实现数据调用；

26、(5)冻结：当需要进行冻结操作时，暂停计算和数据交互，但仍保持与dcs的连接；

27、(6)保存工况：存储ic，存储目前仿真系统运行状态；

28、(7)回溯：当需要进行保存回溯或装入回溯的操作时，根据dcs提供进行保存回溯与装入回溯的相关函数；

29、(8)停机：当需要停机时，关闭与dcs连接，完成整个运行流程。

30、与现有技术比，本发明具有如下优点：

31、本发明提出了一种核电厂dcs验证调试平台及其构建方法，该平台可以满足核电厂dcs出厂测试和现场调试的需要。由于现行的出厂测试流程中，只按照所需输入信号进行模拟输入，不结合工艺系统的实际：现行的现场调试流程采用人工手动操作，效率较低。本发明提出的核电厂dcs验证调试平台采用高精度的建模软件进行工艺系统建模，采用热工水力方程进行模拟，建立高精度的数学模型。该模型能够精确的模拟出工艺系统的运行状态，从而模拟出dcs的运行环境。通过实时数据交互模块连接dcs与工艺系统模型，使得dcs能够在近似于与工艺系统连接的环境下运行，通过测试dcs在不同工况下的运行状态，更加高效和精确的验证和调试核电厂dcs，减少了核电厂dcs验证和调试的时间和步骤，提高核电站的生产效率，同时所需的测试人员更少，能够降低操作成本，提高经济性。

技术特征：

1.一种压水堆核电厂dcs验证调试平台，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种压水堆核电厂dcs验证调试平台，其特征在于，所述接口程序模块采用i/o接口系统作为实时数据交互的基础。

3.根据权利要求1所述的一种压水堆核电厂dcs验证调试平台，其特征在于，所述接口程序模块基于tcp/ip协议的方式进行，采用动态链接库的方式进行数据交互。

4.根据权利要求3所述的一种压水堆核电厂dcs验证调试平台，其特征在于，所述动态链接库用于显示指令传达信号，执行成功或失败的提示，步进、冻结操作的信号，数据传递的消息。

5.根据权利要求1所述的一种压水堆核电厂dcs验证调试平台，其特征在于，所述接口程序模块将执行基本功能的指令传输至动态链接库，并通过调用基于tcp/ip协议的api函数，完成对dcs的冻结、步进、停止、启动、重演功能；之后通过使用读写数据的api函数，实现动态链接库对dcs读取和写入数据的操作。

6.根据权利要求1所述的一种压水堆核电厂dcs验证调试平台，其特征在于，所述工艺系统仿真模型基于relap5程序和3keymaster软件构建，其中relap5程序作为堆芯及压力容器部分的核心计算软件；以3keymaster软件作为压水堆核电厂一回路、二回路及相关辅助系统的计算软件。

7.一种压水堆核电厂dcs验证调试平台的构建方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的一种压水堆核电厂dcs验证调试平台的构建方法，其特征在于，所述基于压水堆核电厂dcs的系统特性，分析dcs的控制需求，包括：

9.根据权利要求7所述的一种压水堆核电厂dcs验证调试平台的构建方法，其特征在于，所述基于dcs的控制需求建立工艺系统仿真模型，用于产生dcs所需的系统数据，包括：

10.根据权利要求9所述的一种压水堆核电厂dcs验证调试平台的构建方法，其特征在于，所述实时数据交互包括：启动、装入工况、运行、数据交互、冻结、保存工况、回溯、停机；具体过程如下：

技术总结
本发明提供一种压水堆核电厂DCS验证调试平台及其构建方法，涉及核反应堆控制技术领域，平台包括：工艺系统仿真模型，用于模拟DCS相关的工作环境；接口程序模块，用于DCS与工艺系统仿真模型的实时数据交互；通过根据DCS在模拟环境下的运行状态，对DCS的性能进行测试；其中，工艺系统仿真模型计算出DCS所需的系统数据后，通过实时数据交互模块将该数据传输至DCS；在DCS根据系统数据计算出控制信号之后，由实时数据交互模块将控制信号传输至工艺系统仿真模型，完成DCS与工艺系统仿真模型之间的数据交互。该平台可以满足核电厂DCS出厂测试和现场调试的需要。

技术研发人员：魏新宇,禹文豪,孙培伟
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15