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　　一、引言
　　
　　核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)（DigitalControlSystem，DCS）作為核電機(jī)組的關(guān)鍵組成設(shè)備，是直接影響核電站安全、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵性成套設(shè)備之一，堪稱核電站運(yùn)行的“神經(jīng)中樞”。核電站機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行在很大程度上取決于DCS系統(tǒng)的性能水平。因此DCS系統(tǒng)在集成后需要通過各種測(cè)試活動(dòng)進(jìn)行驗(yàn)證，以確定系統(tǒng)的安全性。
　　
　　安全專設(shè)功能是DCS安全級(jí)保護(hù)系統(tǒng)（RPS）的重要組成部分，用于控制安全設(shè)施動(dòng)作。測(cè)試的目的為驗(yàn)證安全專設(shè)功能設(shè)計(jì)是否按照設(shè)計(jì)輸入完成安全級(jí)系統(tǒng)保護(hù)功能。
　　
　　傳統(tǒng)的測(cè)試方法為將各種觸發(fā)安全專設(shè)事件的工藝參數(shù)手動(dòng)輸入DCS反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)，即RPC系統(tǒng)（RPC，ReactorProtectionCabinet），監(jiān)視專設(shè)功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即SLC系統(tǒng)（SLC，SafetyLogicCabinet）是否輸出相應(yīng)的專設(shè)信號(hào)，是否完成對(duì)設(shè)備的相應(yīng)的邏輯控制。
　　
　　此種測(cè)試方法在整個(gè)測(cè)試流程中有大量人工參與的環(huán)節(jié)，需要多人配合完成，使用測(cè)試工具，手動(dòng)在多臺(tái)RPC機(jī)柜上注入信號(hào)，邏輯執(zhí)行后，由測(cè)試人員親自到多臺(tái)SLC機(jī)柜查看輸出結(jié)果，并以手工方式檢測(cè)設(shè)備邏輯的正確性。由于工藝的復(fù)雜性，需要大量、分散地輸入輸出信號(hào)，使得目前的測(cè)試效率低、消耗人力多，并且人工參與環(huán)節(jié)存在人為錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。
　　
　　為了解決目前測(cè)試方法在安全級(jí)專設(shè)功能測(cè)試中的不足，本文提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。該網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)采用NI公司的PXI控制硬件平臺(tái)結(jié)合NI的圖形化編程軟件LabVIEW開發(fā)構(gòu)建。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)待測(cè)控制柜中所有信號(hào)點(diǎn)的工況自動(dòng)輸入，通過網(wǎng)絡(luò)形成閉環(huán)測(cè)試（在閉環(huán)內(nèi)可以*自動(dòng)運(yùn)行，無需人工參與），更直觀、便捷的顯示測(cè)試過程，并自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。
　　
　　由于采用網(wǎng)絡(luò)化思想，擴(kuò)展性好，與其它測(cè)試系統(tǒng)相結(jié)合，可以提高測(cè)試的集成化程度。下面以詳細(xì)介紹網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及在DCS安全級(jí)專設(shè)功能測(cè)試中的應(yīng)用。
　　
　　二、網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　
　　2.1測(cè)試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
　　
　　安全級(jí)專設(shè)功能測(cè)試使用黑盒測(cè)試方法。向保護(hù)系統(tǒng)輸入模擬現(xiàn)場(chǎng)工況的測(cè)試信號(hào)，保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部經(jīng)過邏輯運(yùn)算觸發(fā)安全保護(hù)專設(shè)功能，引起多設(shè)備安全保護(hù)動(dòng)作，通過采集設(shè)備動(dòng)作指令和模擬發(fā)送設(shè)備反饋信號(hào)，監(jiān)視系統(tǒng)輸出是否達(dá)到預(yù)期結(jié)果。為了實(shí)現(xiàn)專設(shè)功能測(cè)試，需要測(cè)試系統(tǒng)完成以上大量、分散的測(cè)試信號(hào)的采集和發(fā)送，測(cè)試工況的自動(dòng)化執(zhí)行，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)的自動(dòng)反饋模擬。
　　
　　該測(cè)試系統(tǒng)由5臺(tái)測(cè)試裝置和一部交換機(jī)組成，一臺(tái)測(cè)試裝置通過硬接線與RPC機(jī)柜相連，模擬現(xiàn)場(chǎng)傳感器發(fā)送信號(hào)，簡(jiǎn)稱RPC測(cè)試裝置，作為客戶端；4臺(tái)測(cè)試裝置通過硬接線與A/B列專設(shè)SLC系統(tǒng)相連，模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，簡(jiǎn)稱SLC測(cè)試裝置，作為服務(wù)器。5臺(tái)測(cè)試裝置通過交換機(jī)相連，構(gòu)成獨(dú)立的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
　　
　　RPC測(cè)試裝置向RPC機(jī)柜發(fā)送電信號(hào)，經(jīng)過RPC機(jī)柜處理后成為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)入安全級(jí)DCS系統(tǒng)總線，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸后到達(dá)SLC控制柜，經(jīng)過邏輯運(yùn)算后通過I/O模塊向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)出DO信號(hào)，zui終被SLC測(cè)試裝置采集。SLC測(cè)試裝置模擬設(shè)備邏輯動(dòng)作，將設(shè)備動(dòng)作反饋回SLC控制柜，并通過網(wǎng)絡(luò)將測(cè)試輸出傳送到RPC測(cè)試裝置，zui終通過對(duì)比預(yù)期結(jié)果，自動(dòng)得出測(cè)試結(jié)論，至此形成一個(gè)*閉環(huán)的測(cè)試回路。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。　　
　　2.2通訊模塊設(shè)計(jì)
　　
　　網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)的關(guān)鍵部分為通訊模塊，經(jīng)過多種方案的對(duì)比，zui終采用基于TCP協(xié)議的C/S（客戶端/服務(wù)器）通信模式。通訊模塊分為兩部分：服務(wù)器提供測(cè)試數(shù)據(jù)；客戶端采集數(shù)據(jù)。測(cè)試時(shí)需要提供四臺(tái)SLC測(cè)試裝置的計(jì)算機(jī)名和分配的網(wǎng)絡(luò)端口號(hào)。數(shù)據(jù)傳輸過程如下：首先由客戶端向服務(wù)器發(fā)送連接請(qǐng)求，服務(wù)器偵聽到請(qǐng)求后回復(fù)并在的端口建立連接，然后開始傳輸，數(shù)據(jù)傳輸完成后關(guān)閉連接，傳輸過程結(jié)束。
　　
　　為保證網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕乐挂蚓W(wǎng)絡(luò)故障造成連接中斷導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)丟失，在客戶端中增加一個(gè)不斷循環(huán)的隊(duì)列，按隊(duì)列中的“服務(wù)器名稱/端口號(hào)”對(duì)，依次訪問每臺(tái)服務(wù)器。而在服務(wù)器端中增加一個(gè)循環(huán)不斷監(jiān)聽連接，在每次數(shù)據(jù)交換完畢斷開連接之后，返回監(jiān)聽狀態(tài)，等待下一次連接。為進(jìn)一步提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，建立一套對(duì)傳輸錯(cuò)誤的響應(yīng)機(jī)制。在以下三種情況下，軟件會(huì)中斷傳輸并報(bào)警：（1）TCP校驗(yàn)和有誤（2）報(bào)文長(zhǎng)度有誤（3）響應(yīng)超時(shí)。
　　
　　為了提高大量測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，采用將開關(guān)量進(jìn)行編碼，壓縮字符串長(zhǎng)度的方法。LabVIEW的TCP網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊傳遞的數(shù)據(jù)類型為字符串類型，如果把開關(guān)量直接轉(zhuǎn)為字符串會(huì)使字符串長(zhǎng)度過大，增加傳輸時(shí)間，無法達(dá)到測(cè)試網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間的要求，所以采用將開關(guān)量直接轉(zhuǎn)為十進(jìn)制數(shù)的方法：每32路開關(guān)量定義為一個(gè)布爾型數(shù)組，再由二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)為十進(jìn)制數(shù)。同等信息量的十進(jìn)制數(shù)只有十位，轉(zhuǎn)為字符串后，其長(zhǎng)度不到二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)字符串的三分之一，大大提高了傳輸效率。在客戶端用同樣的規(guī)則譯碼，編碼一譯碼的流程如圖2所示。　　
　　2.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
　　
　　安全級(jí)專設(shè)功能測(cè)試對(duì)于響應(yīng)速度的要求很高，這就對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸效率提出了很高的要求。網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔c(diǎn)名和點(diǎn)值，一個(gè)點(diǎn)名所占的空間大約是點(diǎn)值的30倍，而且點(diǎn)名在測(cè)試中不會(huì)隨時(shí)發(fā)生變化，因此取消實(shí)時(shí)傳輸點(diǎn)名，點(diǎn)名信息由數(shù)據(jù)庫提供。
　　
　　本文使用基于ADO技術(shù)的LabVIEW數(shù)據(jù)庫訪問包LabSQL作為接口程序，SQLServer數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)源建立數(shù)據(jù)庫，如圖3所示。首先在SQLServer中建立一個(gè)工作表，該工作表包括點(diǎn)名、測(cè)試裝置硬件通道號(hào)、測(cè)試裝置號(hào)、裝置內(nèi)序號(hào)，然后在LabVIEW通訊程序中加入LabSQL函數(shù)以訪問這個(gè)工作表。每臺(tái)測(cè)試裝置都擁有一個(gè)*的測(cè)試裝置號(hào)。　　
　　數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用：在SLC測(cè)試裝置端，依據(jù)工作表提供的“裝置內(nèi)序號(hào)一測(cè)試裝置硬件通道號(hào)”的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將每個(gè)通道的當(dāng)前值取出，按序號(hào)進(jìn)行排序后打包發(fā)送到RPC測(cè)試裝置。RPC測(cè)試裝置端，RPC測(cè)試裝置會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)庫中“點(diǎn)名一測(cè)試裝置號(hào)一裝置內(nèi)序號(hào)”檢索出對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，顯示點(diǎn)名和點(diǎn)值。
　　
　　2.4測(cè)試軟件設(shè)計(jì)
　　
　　測(cè)試軟件采用NI公司的LABVIEW語言開發(fā)實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)上致力于構(gòu)建一個(gè)開放式通用測(cè)試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的模擬、測(cè)試信號(hào)的自動(dòng)發(fā)送和采集以及不同測(cè)試裝置之間的信息交互。
　　
　　RPC測(cè)試裝置軟件功能包括以下兩部分，人機(jī)界面如圖4所示：　　
　?。?）作為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的主控軟件，實(shí)現(xiàn)測(cè)試配置，測(cè)試操作、測(cè)試監(jiān)視等；
　　
　?。?）模擬場(chǎng)傳感器發(fā)送測(cè)試信號(hào)和接受SLC測(cè)試裝置傳輸來的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。
　　
　　針對(duì)于測(cè)試輸入輸出點(diǎn)、工況的配置，測(cè)試腳本設(shè)計(jì)“手動(dòng)模式”、“自動(dòng)模式”兩種，手動(dòng)模式手動(dòng)選擇測(cè)試點(diǎn)，自動(dòng)模式直接導(dǎo)入測(cè)試用例的發(fā)送的點(diǎn)和真值表。測(cè)試軟件右側(cè)顯示RPC視叮試裝置向RPC機(jī)柜發(fā)送信號(hào)，同時(shí)監(jiān)視通過網(wǎng)絡(luò)傳送來的SLC測(cè)試裝置的設(shè)備指令、反饋信號(hào)。
　　
　　SLC測(cè)試軟件的主要功能是仿真現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。具體為接收DCS系統(tǒng)發(fā)送的控制信號(hào)后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制邏輯關(guān)系得出正確的反饋信號(hào)，回傳給DCS系統(tǒng)，從而模擬真實(shí)設(shè)備的指令響應(yīng)情況。SLC測(cè)試軟件界面如圖5所示。
　　　　整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試流程為：RPC測(cè)試裝置向DCS系統(tǒng)發(fā)出對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境虛擬的傳感器信號(hào)，DCS系統(tǒng)經(jīng)過邏輯運(yùn)算，發(fā)出對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制指令。SLC測(cè)試裝置接收DCS指令，模擬真實(shí)設(shè)備的指令響應(yīng)情況，并顯示在人機(jī)界面上。測(cè)試人員可以在一個(gè)客戶端上就了解整個(gè)DCS系統(tǒng)和相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在當(dāng)前工況下的狀態(tài)。測(cè)試系統(tǒng)信號(hào)傳輸圖如圖6所示。　　
　　三、網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用
　　
　　3.1測(cè)試步驟
　　
　　本章以反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的安全專設(shè)功能測(cè)試為例介紹網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)在安全級(jí)專設(shè)功能測(cè)試中的應(yīng)用。首先，將RPC測(cè)試裝置通過硬接線與RPC系統(tǒng)連接，然后，打開RPC測(cè)試裝置軟件界面，設(shè)置服務(wù)器名稱和端口號(hào)，選擇測(cè)試模式為自動(dòng)測(cè)試模式，配置測(cè)試點(diǎn)、測(cè)試工況。測(cè)試輸入信號(hào)包括：核電站一回路中三個(gè)反應(yīng)堆冷卻環(huán)路主泵轉(zhuǎn)速、P7（核功率信號(hào)大于10％Pn或汽機(jī)負(fù)荷大于10％）信號(hào)，如表3-1測(cè)試記錄表格，測(cè)試輸入信號(hào)部分：
　　
　　SLC測(cè)試裝置接收到安全級(jí)保護(hù)系統(tǒng)經(jīng)過邏輯運(yùn)算后的輸出設(shè)備指令，通過腳本模擬以下設(shè)備安全保護(hù)動(dòng)作：反應(yīng)堆冷卻環(huán)路系統(tǒng)中的三個(gè)主泵設(shè)備RCPOO1PO、RCP002PO、RCP003PO，輔助給水系統(tǒng)中四個(gè)閥門設(shè)備ASG137VV、ASG237VV、ASG138VV、ASG238VV，輔助給水系統(tǒng)中兩個(gè)閥門設(shè)備ASG013VD、ASG015VD，將設(shè)備反饋給安全級(jí)保護(hù)系統(tǒng)，同時(shí)將設(shè)備反饋信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給RPC測(cè)試裝置，進(jìn)行測(cè)試結(jié)果判斷，如表1測(cè)試記錄表格，預(yù)期結(jié)果部分。
　　
　　3.2測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證
　　
　　設(shè)備RCPOO1PO，RCPO02PO，RCP003PO是指核電站一回路中的三個(gè)冷卻回路中的三個(gè)冷卻主泵，為核電站一回路冷卻系統(tǒng)提供冷卻水源；設(shè)備ASG013VD、ASG015VD、ASG017VD、ASG137VV、ASG237VV、ASG138VV、ASG238VV是輔助給水系統(tǒng)環(huán)路中四個(gè)閥門，只有這些閥門打開，其輔助給水系統(tǒng)才能啟動(dòng)，當(dāng)主回路系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時(shí)，才能向蒸汽發(fā)生器二次側(cè)供水，使一回路保持一個(gè)冷源，排除堆芯剩余的功率，進(jìn)而保證核電系統(tǒng)正常運(yùn)行。設(shè)備閥門ASG013VD、ASG015VD是蒸汽發(fā)生器的排污系統(tǒng)的控制閥門，只有將其閥門打開其系統(tǒng)對(duì)蒸汽發(fā)生器進(jìn)行排污，對(duì)蒸汽發(fā)生器進(jìn)行清洗，當(dāng)觸發(fā)上述專設(shè)功能時(shí)，要關(guān)閉排污系統(tǒng)，保證蒸汽發(fā)生器中的有足夠的水量。
　　
　　根據(jù)以上工藝要求設(shè)計(jì)測(cè)試工況的真值表，如表1測(cè)試記錄表格，輸入真值表和輸出預(yù)期結(jié)果部分。通過腳本實(shí)現(xiàn)將實(shí)際測(cè)試信號(hào)與預(yù)期結(jié)果比較自動(dòng)得出測(cè)試結(jié)果，如表1測(cè)試記錄表格中“Result”部分。
　　
　　四、總結(jié)
　　
　　文章介紹了在LabVIEW編程環(huán)境下的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)了CPR1000核電站大范圍大量不同類型信號(hào)的發(fā)送與采集，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)與傳輸，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備仿真等功能，能夠滿足核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)對(duì)安全專設(shè)功能的測(cè)試需要。該方法的創(chuàng)新點(diǎn)主要有：
　　
　?。?）針對(duì)CPR1000堆型安全級(jí)系統(tǒng)功能測(cè)試的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備反饋，實(shí)時(shí)大規(guī)模信號(hào)注入和信號(hào)采集，各系統(tǒng)測(cè)試協(xié)同的功能。
　　
　?。?）該測(cè)試系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)具有開放性，安裝了文中介紹的通訊軟件的工控機(jī)都可以接入網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)實(shí)際測(cè)試的需要增加、刪除或變更網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，使得系統(tǒng)具有可裁剪性，能滿足不同的測(cè)試需求。
　　
　?。?）基于LabVIEW的虛擬儀器技術(shù)，系統(tǒng)在功能上具有良好的可拓展性。本文根據(jù)專設(shè)功能測(cè)試的需求開發(fā)了相關(guān)測(cè)試應(yīng)用軟件——工況模擬和設(shè)備仿真。同樣，根據(jù)不同的測(cè)試需求，可以開發(fā)各種應(yīng)用程序，包括仿真、示波、數(shù)據(jù)處理、圖形編輯、存儲(chǔ)打印等，從而充分利用整個(gè)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)的軟硬件資源。