CN103019223B - 核电站安全级dcs响应时间测试数据自动处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种核电站安全级DCS响应时间测试数据自动处理的方法。通过对波形记录仪记录的模拟工况信号波形文件*.CSV进行自动分析，能够确定每个波形图中的各通道的相应阶跃响应点，从而确定各输出通道的响应时间。重复分析所有同一工况下记录的多个*.CSV文件后，进行汇总和筛选从而得到当前待测设备在此工况下的响应时间。本发明通过计算机自动化、批量化数据分析，为反应堆保护系统响应时间测试数据分析提供了一种更加高效、可靠的方法。

Description

核电站安全级DCS响应时间测试数据自动处理的方法

技术领域

本发明涉及控制领域的设备响应时间测试方法，具体涉及核电站安全级DCS响应时间测试数据自动处理的方法。

背景技术

在CPR1000堆型核电机组中，核电站安全级DCS的反应堆保护系统（简称RPS系统）进行反应堆状态参数的采集以及保护功能。当系统监测到反应堆的参数超过阈值后，会通过表决逻辑输出一系列反应堆保护动作（主要包括跳堆动作和安全专设动作）。物理部件的连接方式如图1所示，其中波形记录仪分别与工况模拟装置和反应堆保护系统连接，同时接收工况模拟装置输出的触发信号和反应堆保护系统处理后通过四个输出通道输出的输出信号。根据RPS（Reactor Protection System）需求规格书中规定了RPC（Reactor Protect Cabinet）机柜从监测→阈值超限→逻辑运算→最终输出保护动作指令的时间。因此在核电站安全级DCS测试中需要对这一数据进行测试，以保证系统能够在规定的时间内完成跳堆逻辑的处理并能够正确输出保护动作指令，这一测试项称为反应堆保护系统响应时间测试。现有技术中的测试方法如下：

1、通过工况模拟装置，输出一组模拟工况信号；

2、RPC接收到模拟工况信号后进行阈值判断，再经过逻辑运算处理后输出命令信号；

3、使用波形记录仪记录模拟工况信号输入到RPC的波形及RPC输出命令信号的波形；

4、对波形记录仪记录的波形进行分析，计算出从发出模拟工况信号到RPC输出命令信号之间的时间。

其中第4步中对波形记录仪的分析方式如下：

（1）打印测试过程中记录的波形图；

（2）对波形图进行逐页人工分析，并计算、记录每页图纸的数据；

（3）将这些数据人工汇总，形成电子版报表；

（4）生成最终版测试报告。

由于每个保护动作需要进行上百次试验，需要对几十种工况进行测试，单台机组的反应堆保护系统响应时间测试打印生成波形图约9000条，处理、校核单条数据平均需要2分钟。处理全部数据大约需要300人·工时，这就需要耗费大量的人力资源对这些波形图进行分析，简单、重复、机械性的数据分析工作既耗费大量的人力，同时带来了人因失误造成数据结果错误的风险。

发明内容

为解决现有技术中对核电站安全级DCS的系统响应时间测试过程分析效率低下且错误率大的问题，本发明提供核电站安全级DCS响应时间测试数据自动处理的方法。具体方案如下：核电站安全级DCS响应时间测试数据自动处理的方法，包括如下步骤：

步骤1、通过工况模拟装置向反应堆保护系统输入一组模拟信号，反应堆保护系统接收到模拟信号后进行阈值判断，再经过逻辑运算处理后输出控制信号；

步骤2、使用波形记录仪记录模拟信号从输入到反应堆保护系统输出控制信号之间的一段波形；其特征在于，

步骤3、将波形记录仪生成的波形保存成*.CSV文件，分析*.CSV文件中触发通道输入信号的波形和输出通道输出信号的波形并确定各波形中的阶跃响应点；包括：

（1）利用微分方法计算触发通道中波形变化率的最大值，找到对应的阶跃响应点，即得到输入信号的触发时间；

（2）利用微分方法计算每个输出通道中波形变化率的最大值，找到各波形对应的阶跃响应点，即得到每个输出通道输出控制信号时的输出时间；

步骤4、用输入信号的触发时间减去输出信号的输出时间，即得到各输出通道的响应时间；

步骤5、重复步骤3-4以分析出在同一条件下对同一设备生成的所有*.CSV文件，汇总各输出通道的响应时间，找出每个输出通道中数值最大的响应时间，即得到此设备各输出通道的响应时间。

为避免分析结果出现误判：所述步骤3中，在分析触发通道的波形和输出通道的波形时，首先对波形上的杂波进行滤波处理，然后再确定相应的阶跃响应点。

为达到滤波的最佳效果：所述的滤波处理是采用中位值平均滤波法。

为提高分析的精确度：所述阶跃响应点的确定包括进一步的精准定位处理，处理步骤如下：

（1）以滤波处理后得到的阶跃响应点作为基准点向两侧扩展出一个区域；

（2）根据用户的要求确定一个此波形的跳变值；

（3）然后对区域内的波形数值在不滤波的情况下进行重新扫描分析，当某个数值小于跳变值且其后的数值大于跳变值，即为一个上升沿阶跃点；反之则为一个下降沿阶跃点。

本发明通过计算机自动化、批量化数据分析，为反应堆保护系统响应时间测试数据分析提供了一种更加高效、可靠的方法。在核电站安全级DCS响应时间测试中，使用波形记录仪记录从信号触发到保护动作输出之间的时间并将这段波形保存为*.CSV文件。通过分析各种工况以及现有的测试数据，建立数学模型，利用数学方法快速寻找阶跃响应点，精确计算每次试验的结果，并将这些试验结果统计、汇总生成报表。从而实现了在短时间内将大量测试数据自动化、批量化数据处理，将工程测试人员从简单机械的数据处理工作中解放出来，通过此方法，现今处理9000条数据需要约20人·工时，大大提高数据处理效率的同时提高了数据处理的质量，促进了产品质量的提升。

附图说明

图1反应堆保护系统响应时间测试装置连接示意图；

图2波形记录仪记录的波形示意图；

图3本发明的方法流程图。

附图中标号说明：1-触发通道、2-输出通道、3-触发时间、4-输出时间、5-杂波。

具体实施方式

如图1所示，本发明的安全级DCS响应时间测试数据自动处理的方法，包括如下步骤：

步骤1、通过工况模拟装置向反应堆保护系统输入一组模拟信号，反应堆保护系统接收到模拟信号后进行阈值判断，再经过逻辑运算处理后输出控制信号；

本发明中工况模拟装置通过两条触发通道1向RPC输入模拟信号，以触发相应设备的保护动作，而RPC通过四个输出通道2将处理后的模拟信号发送到相应设备。

步骤2、使用波形记录仪记录模拟信号从输入到反应堆保护系统输出控制信号之间的一段波形；

波形记录仪同时记录上述六条通道的波形。

步骤3、将波形记录仪生成的波形保存成*.CSV文件，分析*.CSV文件中触发通道1输入信号的波形和输出通道2输出信号的波形并确定各波形中的阶跃响应点；包括：

（1）利用微分方法计算触发通道中波形变化率的最大值，找到对应的阶跃响应点，即得到输入信号的触发时间3；

（2）利用微分方法计算每个输出通道中波形变化率的最大值，找到各波形对应的阶跃响应点，即得到每个输出通道输出控制信号时的输出时间4；

本发明通过编制的软件将*.CSV文件直接调入内存进行分析，具体分析、记录每一道波形的数据。具体的分析过程是采用数字上微分的原理和方法来查找阶跃响应点，对离散的信号进行微分处理。根据微分的原理可知，信号经过微分处理后的结果与波形的变化率有关，当波形的变化率越快，其微分值越大。对于理想的阶跃信号，其微分的结果为无穷大，因此可以利用这一微分思想建立数学模型。当波形中信号出现阶跃时，此处的微分后的信号为一个脉冲信号，通过抓取脉冲信号的方式抓取阶跃信号发生的时间。说明如下：在实际应用中微分计算仅用于抓取脉冲的时间，为了减少计算量，不需要进行精确的微分计算，可采用近似的微分算法：

$y^{\′}\left(t_k\right)\≈\frac{y\left(t_{k+h}\right)-y\left(t_k\right)}{t_{k+h}-t_k}$

其中y为在时间t上的信号，y’为y在时间t_k上的导数，k=1,2,3……，h为步长，根据波形记录仪的采样周期和精度的要求，可以确认步长值h。本发明采用NEC公司生产的RA2300型波形记录仪，其采样频率为1μs，响应时间测试结果的精度要求为1ms，为了本发明有更好的可扩展性，在开发过程中，步长值为10μs，即理论上就可达到0.01ms的精度。

此外，在这一步中，波形记录仪生成的各道波形中除了阶跃响应点的波动外还有杂波5干扰，干扰类型多为脉冲干扰。脉冲干扰会对微分法确定阶跃响应点的过程造成误判，通过分析大量的试验数据，其他类型的干扰出现的机率几乎为零且不会对微分法造成影响。基于上述特点，本发明采用中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）进行滤波，可有效去除脉冲干扰。中位值平均滤波法相当于“中位值滤波法”与“算术平均滤波法”相结合的一种方法。即，先连续采样12个周期，去掉其中的最大值与最小值，然后取剩余10个数据的算术平均数。

波形经过滤波处理后，跳变点可能会发生变化，因此经过滤波后只能粗略估算出跳变点所在的区域。大约有±1ms的误差，为了消除这个误差，需要对这个区域进行精确的分析并对分析结果进行校验。

（1）以滤波处理后得到的阶跃响应点作为基准点向两侧扩展出一个区域；

（2）根据用户的要求确定一个此波形的跳变值；

（3）然后对区域内的波形数值在不滤波的情况下进行重新扫描分析，当某个数值小于跳变值且其后的数值大于跳变值，即为一个上升沿阶跃点；反之则为一个下降沿阶跃点。

如：以经过滤波后分析出的阶跃响应点为基准向两侧分别延伸一定的时间形成一个分析区域，按用户的要求转换后确定的跳变值为0.6V，在这个区域内，如果下一个数大于上一个数即为上升沿，且当前一个数小于0.6而后一个数大于0.6时，即可判定此位置为上升沿跳变点。

相对于两个触发通道1来说，确定各触发通道1的阶跃响应点后，以排在后面的阶跃响应点对应的时间为触发时间3。

步骤4、用输入信号的触发时间减去输出信号的输出时间，即得到各输出通道的响应时间；

利用每个输出通道2分析出的输出时间4，减去触发通道1确定的触发时间3，即得到当前通道的实际响应时间值。

步骤5、重复步骤3-4以分析出在同一条件下对同一设备生成的所有*.CSV文件，汇总各输出通道2的响应时间，找出每个输出通道2中数值最大的响应时间，即得到此设备各输出通道2的响应时间。

分析在同一工况时对同一设备记录的所有的*.CSV文件，得到其中针对每个输出通道2确定的响应时间，分别进行汇总，然后找出每个输出通道2实际响应时间值最大的，即可确认当前工况下待测设备的各输出通道2的响应时间。

根据各工况的不同，每个工况有不同类型的触发信号和阈值，通过对相应参数的设定，即可根据不同工况的特点设定不同的信号抓取方式。此外尽管Excel可以读取*.CSV文件，但是如果使用外部程序调用Excel的数据的方法，数据的处理速度较慢，占用大量内存，且Excel打开*.CSV文件的大小有限，因此为了提高数据的处理速度，保证*.CSV数据的完整性，本发明将*.CSV文件读入内存后进行处理，大大提高了处理速度。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (4)

1.核电站安全级DCS响应时间测试数据自动处理的方法，包括如下步骤：

步骤1、通过工况模拟装置向反应堆保护系统输入一组模拟信号，反应堆保护系统接收到模拟信号后进行阈值判断，再经过逻辑运算处理后输出控制信号；

步骤2、使用波形记录仪记录模拟信号从输入到反应堆保护系统输出控制信号之间的一段波形；

其特征在于，

步骤3、将波形记录仪生成的波形保存成*.CSV文件，将*.CSV文件读入内存后分析*.CSV文件中触发通道(1)输入信号的波形和输出通道(2)输出信号的波形并确定各波形中的阶跃响应点；包括：

(1)利用微分方法计算触发通道(1)中波形变化率的最大值，找到对应的阶跃响应点，即得到输入信号的触发时间(3)；

(2)利用微分方法计算每个输出通道(2)中波形变化率的最大值，找到各波形对应的阶跃响应点，即得到每个输出通道输出控制信号时的输出时间(4)；

其中，当波形中信号出现阶跃时，此处的微分后的信号为一个脉冲信号，通过抓取脉冲信号的方式抓取阶跃信号发生的时间为触发时间(3)或输出时间(4)

步骤4、用输入信号的触发时间减去输出信号的输出时间，即得到各输出通道的响应时间；

步骤5、重复步骤3-4以分析出在同一条件下对同一设备生成的所有*.CSV文件，汇总各输出通道(2)的响应时间，找出每个输出通道(2)中数值最大的响应时间，即得到此设备各输出通道(2)的响应时间。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分析在同一工况时对同一设备记录的所有的*.CSV文件，得到其中针对每个输出通道(2)确定的响应时间，分别进行汇总，然后找出每个输出通道(2)实际响应时间值最大的，即可确认当前工况下待测设备的各输出通道(2)的响应时间；同时所述步骤3中，在分析触发通道(1)的波形和输出通道(2)的波形时，首先对波形上的杂波(5)进行滤波处理，然后再确定相应的阶跃响应点。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的滤波处理是采用中位值平均滤波法，所述的中位值平均滤波法为：连续采样12个周期，去掉其中的最大值与最小值，然后取剩余10个数据的算术平均数。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述阶跃响应点的确定包括进一步的精准定位处理，处理步骤如下：

(1)以滤波处理后得到的阶跃响应点作为基准点向两侧扩展出一个区域；

(2)根据用户的要求确定一个此波形的跳变值；

(3)然后对区域内的波形数值进行分析，当某个数值小于跳变值且其后的数值大于跳变值，即为一个上升沿阶跃点；反之则为一个下降沿阶跃点；

其中以经过滤波后分析出的阶跃响应点为基准向两侧分别延伸一定的时间形成一个分析区域，按用户的要求转换后确定的跳变值为0.6V，在这个区域内，如果下一个数大于上一个数即为上升沿，且当前一个数小于0.6而后一个数大于0.6时，即可判定此位置为上升沿跳变点。