CN103678197A

CN103678197A - 压水堆核电厂dcs模拟机后备盘接口系统及其改装方法

Info

Publication number: CN103678197A
Application number: CN201310708890.7A
Authority: CN
Inventors: 崔建春; 臧鹏; 谢开明; 李劲光; 芦嘉宁
Original assignee: China General Nuclear Power Corp
Current assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Operation Co Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本申请公开了一种压水堆核电厂DCS模拟机后备盘接口处理方法，包括：压水堆核电厂DCS模拟机对核心数据进行封装；所述压水堆核电厂DCS模拟机通过输入输出接口对所述封装的核心数据进行调用与外部系统进行数据交换。本申请还公开了一种压水堆核电厂DCS模拟机后备盘接口系统。本申请通过对核心数据进行封装，使用输入输出接口来访问封装的数据，提高了核心数据的安全性；数据访问采用数据内存共享和数据共享技术，将核心数据封装，仅开放必须的输入输出接口供IO系统调用，在保证核心数据安全性和保密性的前提下，完成了模块和系统之间的数据交换；采用软硬件对点映射方式，解决软硬件匹配技术的难题，降低了对硬件接线的要求，提高了效率。

Description

压水堆核电厂DCS模拟机后备盘接口系统及其改装方法

技术领域

本申请涉及核电站技术领域，特别涉及核电站压水堆核电厂DCS模拟机后备盘接口技术。

背景技术

核电站DCS（Distributed Control System：分布式控制系统）模拟机主要用于CPR1000机组运行操纵员培训及取照考试、运行规程验证、机组工况演练以及核电站应急演习等生产活动，是核电站必须的、最重要的培训设施。

长期以来，国外模拟机制造商垄断了核电站模拟机BUP（Backup Pan：后备盘）盘接口系统的设计、制造和接口通讯系统技术。以大亚湾核电站为例，目前大亚湾核电基地现有的大亚湾模拟机、岭澳一期模拟机、岭澳二期模拟机的BUP盘均采用了国外的技术和实现方法，后期的升级改造和备件采购对国外承包商存在一定的依赖。同时，这些BUP盘接口系统也普遍存在通讯机制复杂、对点连接难度大，接口板件备件采购费用高、机柜设备占地面积大，系统运行维护困难及制造成本高工期长等缺点。因此，如何对模拟机后备盘进行改造，减少甚至摆脱国外的技术封锁已经成为解决问题的关键。

发明内容

本申请提供一种兼容性强、数据安全性高的压水堆核电厂DCS模拟机改装后备盘接口的方法和后备盘的接口系统，解决现有技术中接口连接难度大、费用高的技术问题。

这种压水堆核电厂DCS模拟机后备盘接口处理系统包括模型服务器和输入输出硬件服务器，所述模型服务器包括输入输出接口，所述模型服务器用于对核心数据进行封装，通过输入输出接口对所述封装的核心数据进行调用与所述输入输出硬件服务器进行数据交换；所述输入输出硬件服务器用于下发所述模型服务器的指令，以及收集盘台仪表的信息并发送给所述模型服务器。所述模型服务器还包括数据封装模块，用于将核心数据封装进动态连接库，所述模型服务器还包括模拟机模型模块，用于通过内存共享的方式来调用所述封装的核心数据；所述输入输出接口包括数据共享接口，用于调用所述封装的核心数据，所述输入输出接口还包括输入缓存，用于与盘台仪表的状态同步并在收到中断信号后通过所述输入输出接口上传。

这种压水堆核电厂DCS模拟机改装后备盘接口的方法包括以下步骤： A.找到硬件点以及与其配合的软件变量； B.根据硬件点和软件变量，制定包括后备盘仪表的端子接线规则和接口通讯的对点规则的软硬件对点要求； C.连接设备接线； D.通过软件点映射，将软件点与IO一一配对，以保证新的后备盘接口与原有系统兼容； E.将核心数据与数据接口隔离，以减少对模型服务器的影响和保证数据安全，核心数据与数据接口隔离的方法就是压水堆核电厂DCS模拟机对核心数据进行封装，所述压水堆核电厂DCS模拟机通过输入输出接口对所述封装的核心数据进行调用与外部系统进行数据交换，所述压水堆核电厂DCS模拟机对核心数据进行封装包括：压水堆核电厂DCS模拟机将核心数据封装进动态连接库。

本发明改装后备盘接口方法的进一步改进是：所述压水堆核电厂DCS模拟机通过输入输出接口对所述封装的数据进行调用与外部系统进行数据交换包括：压水堆核电厂DCS模拟机通过内存共享的方式来调用所述封装的核心数据，外部系统通过数据共享接口调用所述封装的核心数据；或者外部系统通过所述输入输出接口以软硬件对点映射的方式生成接口对点信息；所述输入输出接口根据所述接口对点信息调用所述封装的核心数据；再或者创建与外部系统状态同步的输入缓存，所述输入缓存在收到中断信号后通过所述输入输出接口向压水堆核电厂DCS模拟机发送，再或者所述输入输出接口对输出的开关量进行回读验证，当回读数据与输出数据不一致时，将输出开关断开信号。

本发明改装后备盘接口方法的更进一步改进是：所述创建与外部系统状态同步的输入输出缓存，所述输入缓存在收到中断信号后通过所述输入输出接口向压水堆核电厂DCS模拟机发送还包括：在所述压水堆核电厂DCS模拟机加载工况或初次启动时，可全部更新所述输入缓存并通过所述输入输出接口向压水堆核电厂DCS模拟机发送。

根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述压水堆核电厂DCS模拟机通过输入输出接口对所述封装的核心数据进行调用与外部系统进行数据交换还包括：

本申请的有益效果是：

通过对核心数据进行封装，使用输入输出接口来访问封装的数据，提高了核心数据的安全性；数据访问采用数据内存共享和数据共享技术，将核心数据封装，仅开放必须的输入输出接口供IO系统调用，在保证核心数据安全性和保密性的前提下，完成了模块和系统之间的数据交换；采用软硬件对点映射方式，解决软硬件匹配技术的难题，降低了对硬件接线的要求，提高了效率；采用输入缓存解决模拟机输入初态问题。通过输出回读，可在系统发生故障时，能保护板卡，进一步提高了安全性。

附图说明

图1为现有技术的压水堆核电厂DCS模拟机BUP盘接口系统的结构示意图；

图2为本申请压水堆核电厂DCS模拟机BUP盘接口系统一个实施例的结构示意图；

图3为本申请压水堆核电厂DCS模拟机BUP盘接口系统另一个实施例的结构示意图；

图4为本申请压水堆核电厂DCS模拟机BUP盘接口系统再一个实施例的结构示意图；

图5为包括本申请BUP盘接口系统一个实施例的压水堆核电厂DCS模拟机的结构示意图；

图6为本申请压水堆核电厂DCS模拟机BUP盘接口处理方法一个实施例的流程图；

图7为应用本申请接口处理方法向BUP盘台发送控制信号实施例的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1示出现有技术的压水堆核电厂DCS模拟机BUP盘接口系统的结构示意图，包括模拟机服务器，其上运行着模型软件，通过通讯接口与设置在主计算机房的接口机柜连接（图中示出为四个），钙接口机柜通过硬接线与BUP盘及仪表连接。该专门设置的4个大接口机柜，里面安装了数十块国外进口的、大的接口板卡，不仅占地面积大，而且板件备件采购费用高；大部分驱动及对点功能均在模拟机上通过软件来实现，通讯机制复杂、对点难度大，每次增删IO点都需要整体升级编译才能生效；核心技术掌握在国外承包商手中，目前还没有拿到源代码。

图2示出本申请压水堆核电厂DCS模拟机BUP盘接口系统一个实施例的结构示意图，包括模型服务器和输入输出硬件服务器，该模型服务器包括输入输出接口，模型服务器用于对核心数据进行封装，通过输入输出接口对封装的核心数据进行调用，与输入输出硬件服务器进行数据交换。输入输出硬件服务器用于下发模型服务器的指令，以及收集盘台仪表的信息并发送给模型服务器。

图3示出本申请压水堆核电厂DCS模拟机BUP盘接口系统另一个实施例的结构示意图，其在图2所示实施例的基础上，模型服务器还包括数据封装模块、模拟机模型模块。

数据封装模块用于将核心数据封装进动态连接库，本领域技术人员应该理解核心数据封装可采用其他的方式，如数据库、静态连接库或其他方式。

模拟机模型模块，用于通过内存共享的方式来调用封装的核心数据；

输入输出接口包括数据共享接口和输入缓存。数据共享接口用于调用封装的核心数据。该输入输出接口还用于以软硬件对点映射的方式生成接口对点信息，根据接口对点信息调用封装的核心数据。软硬件对点映射包括后备盘仪表的端子接线规则和接口通讯的对点规则。输入缓存用于与盘台仪表的状态同步并在收到中断信号后通过所述输入输出接口上传，在压水堆核电厂DCS模拟机加载工况或初次启动时，可全部更新并通过输入输出接口上传。输入输出接口还用于对输出的开关量进行回读验证，当回读数据与输出数据不一致时，将输出开关断开信号。本领域技术人员应该理解，该功能也可以置于输入输出硬件服务器上实现。

图4示出本申请压水堆核电厂DCS模拟机BUP盘接口系统再一个实施例的结构示意图，其包括模拟机服务器IO接口、IO硬件服务器和IO接口板卡（设置在BUP盘柜中）。模拟机服务器IO接口部分包括Psim.dll文件、硬件标签文件（Hardware Label）、IO点表文件和IO输入缓存。Psim.dll文件中封装了核心数据；硬件标签文件和IO点表文件共同构成了软硬件映射方式对点信息。IO硬件服务器包括接口驱动，以预设的数据格式中转传递通讯。无需单独设置大接口机柜，可在BUP盘柜内安装小型的、国产化德智能接口板卡，占地小，设备采购维修费用低；利用共享内存、IO点表及IO输入缓存等形式，配合IO硬件服务器进行中转传递和驱动，形成了新的IO接口系统的实现方法；可自主进行IO接口系统的配置、修改和升级，不需依赖国外承包商原来的IO接口系统技术。

本实施例中，需要在原有模型系统基础上扩展，为保证新旧系统的兼容性问题，使模型能够很好的与IO系统对接，采用软映射方式对点，解决了软硬件匹配技术难题，其原理如下，以一个2键3灯的控制器为例，针对每一个硬件点，均有对应的软件变量对应。因此，只需给出软硬件对点要求，设备接线可相对灵活处理，然后通过软件点映射的方式，将软件点按所需与IO一一配对，即可达到软硬件对点的目的。采用此种方法，对点修改仅需修改IO点表，对硬件接线无要求。简化了流程，提高了效率，也适于盘台国外加工的现状。

同时，制定了后备盘仪表的端子接线规范与接口通讯的对点规则，指导承包商完成了3000多IO点的对接，提高了对点质量和效率。如表1、2、3所示，编制WIRELIST接线表，规定了模型点与设备硬件点对应关系，以此表为准，厂商1进行接线，完成后填写盘台接线表，用户根据盘台接线表结合接线规则进行处理，生成接口对点信息，厂商2即可根据此信息完成IO系统对点设计。

表1 Wirelist接线表

表2 盘台接线表

WireListRef	IO NUM
		B01_BR017_B31	DI001
B01_BR017_B35	DI002

表3 接口对点

CDB Label	WireListRef
		B01_BR017_1	B01_BR017_B31
B01_BR017_2	B01_BR017_B35

通过该规则，可克服不同厂商（如保定华仿、深圳DNMC，德国MAUELL）跨地域、跨国家，多地协同施工问题，不同厂商均以此标准为依据，分工负责驱动程序开发、IO系统设计、盘台仪表加工接线工作，使项目进度得到有效控制。

图5示出包括本申请BUP盘接口系统一个实施例的压水堆核电厂DCS模拟机的结构示意图，包括模型服务器、IO硬件服务器和盘台仪表。

模型服务器包括IO接口、模拟机模型软件、数据封装和数据共享接口函数。IO接口中具体包括网络通信程序、IO系统服务端程序和输入缓存。

出于减小模型服务器影响及保密考虑，在IO接口扩展项目中，不希望承包商对服务端进行修改操作，而又要为下游IO系统提供接口以便实现软硬件一致驱动。通过数据内存共享与封装技术，将核心数据封装，仅开放必须输入输出接口供IO系统调用，从而完成两个系统之间的数据交换。

通过数据的内存封装与必要接口的开放共享，很好地满足IO接口系统与模型计算数值之间的数据传输与响应，同时，该封装的数据可独立存在，仅为内存地址，不具任何涉密技术信息，在很好的对原有系统的技术进行保护的同时，可作为调试开发IO硬件系统的必要平台，供承包商使用。

模拟机模型软件与IO硬件完全隔离，IO系统的扩展对模型计算与服务无影响，而这仅通过封装的内存数据进行信息交换与共享，即达到了数据通讯的目的又避免了可能对模型计算的影响。通过数据共享接口函数对内存数据进行读写，规范了读写的合法性，提高了系统稳定性。

数据读取后，通过IO系统服务端程序进行处理，形成标准的数据格式包，然后通过网络通信程序向IO硬件服务器发送，最终由客户端的通讯程序接受，并通过客户端程序进行解调，形成IO接口识别的数据格式，最终通过I/O接口驱动程序，驱动智能板卡，进而输出电气信号，驱动盘台仪表。反之过程类似。

模拟机在加载初始工况及软件初次启动过程中，要求软硬件状态进行偏差对比以及同步。针对此种情况，仅仅使用中断传输数据，无法满足要求。中断模式提高了输入的效率，响应及时，但若盘台状态不变化，则无信号，因此在加载工况或初次启动过程中，如何全面获取盘台状态，成为技术难题之一。针对此问题，可创建输入缓存、同步状态后发送的技术方案，即，在程序级维持一个输入缓存，平时运行时，收到中断信号即可即时发送，但在加载工况以及初次启动时等对盘台状态同步要求较高的情况下，先将输入缓存全部置开，根据板卡发送的处于关闭状态开关的中断信号，更新缓存区域状态表，然后一次打包发送，提高了效率，减少了网络负荷，在保持中断高效率的同时，解决了盘台状态同步难题。

本实施例成功扩展了后备盘和接口系统，使模拟机成为完整的全范围模拟机。不仅为核电站机组的安全、稳定运行和发电提供有力的技术支持，还为核电多基地布局批量化培养CPR1000操纵员奠定了设施基础。应用本实施例可以低成本、高质量、提前完成项目，应用效果良好。BUP盘接口系统稳定、可用率达到100%，性能已全面达到并部分优于岭澳二期全范围模拟机，同时也节省了大量成本。打破国外模拟机制造商在BUP盘接口系统方面的长期技术垄断，摆脱了在升级改造和备件选型采购等方面对国外的依赖，也为后续模拟机、模拟机接口系统的老化改造积累了良好的经验。由于本实施例具有较大的技术、实用和经济优势，有良好的推广应用价值，可以推广到核电的多个基地，为新模拟机的后备盘制造或扩展提供了一种新的选择和方案。从而降低新建核电站模拟机的整体造价和制造工期。例如，辽宁红沿河核电站第二台模拟机的后备盘扩展项目，完全可以通过这种方法来解决。

图6示出本申请压水堆核电厂DCS模拟机BUP盘接口处理方法的一个实施例的流程图，包括：

步骤602：压水堆核电厂DCS模拟机对核心数据进行封装；

步骤604：压水堆核电厂DCS模拟机通过输入输出接口对封装的核心数据进行调用与外部系统进行数据交换。

一种实施方式，步骤602包括：压水堆核电厂DCS模拟机将核心数据封装进动态连接库。本领域技术人员应该理解，为达到封装之目的，可采用其他的方式，例如数据库、静态连接库等。

一种实施方式，步骤604具体包括：

步骤604A：压水堆核电厂DCS模拟机通过内存共享的方式来调用封装的核心数据；

步骤604B：外部系统通过数据共享接口调用所述封装的核心数据。

一种实施方式，步骤604还包括：外部系统通过输入输出接口以软硬件对点映射的方式生成接口对点信息；输入输出接口根据接口对点信息调用所述封装的核心数据。软硬件对点映射包括后备盘仪表的端子接线规则和接口通讯的对点规则。

一种实施方式，步骤604还包括：创建与外部系统状态同步的输入缓存，所述输入缓存在收到中断信号后通过所述输入输出接口向压水堆核电厂DCS模拟机发送；在所述压水堆核电厂DCS模拟机加载工况或初次启动时，可全部更新所述输入缓存并通过所述输入输出接口向压水堆核电厂DCS模拟机发送。

一种实施方式，步骤604还包括：输入输出接口对输出的开关量进行回读验证，当回读数据与输出数据不一致时，将输出开关断开信号。

图7为应用本申请接口处理方法向BUP盘台发送控制信号的流程图，其流程包括：

步骤702：将核心数据封装到Psim.dll中，通过共享内存CDB的形式，将数据封装使其作为内存地址，仅开放必须的输入输出接口供IO系统调用，实现程序级隔离，保证数据安全。其中还可通过Psim.cdb文件存储Hardware Label，表4列出一种典型Hardware Label。

表4 Hardware Label

HARDWARE_AO
	HARDWARE_DO
…
	H_B01_BE023_1
H_B01_BE023_2
	…
HARDWARE_AI
	HARDWARE_DI

步骤704：通过函数获取Psim文件的地址信息；

步骤706：建立IO信号对点表，并通过编写IO接口系统服务端程序实现上下游共享访问；创建IO输入缓存。该步骤的功能可运行在模拟机服务器中，主要实现下游接口服务器与Psim的实时数据共享访问功能。

一种实施方式，创建的规则如下：

（1）以CDB变量为唯一的点，制定对点文件，如表5所示；

表5 信号对点表

CDB Label	Device Type	WireListRef	Io Num
				B01_BR017_1	202.52	B01_BR017_B31	DI011
B01_BR017_2	202.52	B01_BR017_B35	DI013
				B01_BR017_3	202.52	B01_BR017_L11	DO002
B01_BR017_4	202.52	B01_BR017_L13	DO015
				B01_BR017_5	202.52	B01_BR017_L15	DO006

（2）设置以WireList变量名，明确了盘台接线的位置；

（3）以IO板卡的点位，明确了变量的驱动点；

（4）以列表的方式（如Excel）显示io.csv点表文件中所有的IO通讯点信息，并将以上3个变量一一建立对应关系。

可手动修改编辑每个IO点信息，包括设置IO通讯点基本信息、调用函数的信息、通讯Com端口信息等。支持手动导入/导出IO通讯点的功能.使IO点表中的数据点与Psim中的变量一一对应。

步骤708：接收服务器端的点表信息，发送接口板卡的各种数据（通过Io 系统客户端程序），该功能运行于IO硬件服务器中，主要实现接口服务器与下游的IO板件驱动的数据传递、共享、访问及控制等功能。

步骤710：驱动IO接口板件（使下游的IO板卡能接收上游的控制，同时BUP盘台的输入状态能传递到上游）。读取配置文件信息，读出接口板卡对应的串口号以及板号，建立共享内存以与接口软件通讯，然后对每块接口板建立相应的驱动线程，并逐个运行线程。在每个线程中，读取或写入共享内存的数据。

步骤712：与智能IO板卡进行对点连接（通过RS-232串口连接到BUP盘台后安装的智能IO板卡），根据接线表的规则顺序，一一接到在规定的位置上。

步骤714：驱动BUP盘台的仪表设备，结束。

步骤716：函数构置及量程标定。对于模拟量输出AO的函数及量程进行配置、标定。本实施例中，制定15大类非线性模拟量仪表的量程标定方法，以及设立输入缓存解决开关量输入设备的状态识别问题。使用函数标定代替常规的分段线性标定，标定精度更高。不仅增强了接口通讯系统的性能，而且提高了第四台模拟机后备盘、接口系统的维护性。转到步骤708。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims

1.一种压水堆核电厂DCS模拟机改装后备盘接口的方法，其特征在于，包括以下步骤： A.找到硬件点以及与其配合的软件变量； B.根据硬件点和软件变量，制定软硬件对点要求； C.连接设备接线； D.通过软件点映射，将软件点与IO一一配对，以保证新的后备盘接口与原有系统兼容。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B中所述对点要求包括后备盘仪表的端子接线规则和接口通讯的对点规则。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤： E.将核心数据与数据接口隔离，以减少对模型服务器的影响和保证数据安全。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤E中核心数据与数据接口隔离的方法就是压水堆核电厂DCS模拟机对核心数据进行封装，所述压水堆核电厂DCS模拟机通过输入输出接口对所述封装的核心数据进行调用与外部系统进行数据交换。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述压水堆核电厂DCS模拟机对核心数据进行封装包括：压水堆核电厂DCS模拟机将核心数据封装进动态连接库。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述压水堆核电厂DCS模拟机通过输入输出接口对所述封装的数据进行调用与外部系统进行数据交换包括：压水堆核电厂DCS模拟机通过内存共享的方式来调用所述封装的核心数据，外部系统通过数据共享接口调用所述封装的核心数据。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述压水堆核电厂DCS模拟机通过输入输出接口对所述封装的数据进行调用与外部系统进行数据交换包括：外部系统通过所述输入输出接口以软硬件对点映射的方式生成接口对点信息；所述输入输出接口根据所述接口对点信息调用所述封装的核心数据。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述压水堆核电厂DCS模拟机通过输入输出接口对所述封装的核心数据进行调用与外部系统进行数据交换还包括：创建与外部系统状态同步的输入缓存，所述输入缓存在收到中断信号后通过所述输入输出接口向压水堆核电厂DCS模拟机发送。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述创建与外部系统状态同步的输入输出缓存，所述输入缓存在收到中断信号后通过所述输入输出接口向压水堆核电厂DCS模拟机发送还包括：在所述压水堆核电厂DCS模拟机加载工况或初次启动时，可全部更新所述输入缓存并通过所述输入输出接口向压水堆核电厂DCS模拟机发送。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述压水堆核电厂DCS模拟机通过输入输出接口对所述封装的核心数据进行调用与外部系统进行数据交换还包括：所述输入输出接口对输出的开关量进行回读验证，当回读数据与输出数据不一致时，将输出开关断开信号。

11.一种压水堆核电厂DCS模拟机后备盘接口处理系统，其特征在于，包括模型服务器和输入输出硬件服务器，所述模型服务器包括输入输出接口，所述模型服务器用于对核心数据进行封装，通过输入输出接口对所述封装的核心数据进行调用与所述输入输出硬件服务器进行数据交换；所述输入输出硬件服务器用于下发所述模型服务器的指令，以及收集盘台仪表的信息并发送给所述模型服务器。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述模型服务器还包括数据封装模块，用于将核心数据封装进动态连接库。

13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述模型服务器还包括模拟机模型模块，用于通过内存共享的方式来调用所述封装的核心数据；所述输入输出接口包括数据共享接口，用于调用所述封装的核心数据。

14.根据权利要求11至13任一项所述的系统，其特征在于，所述输入输出接口还包括输入缓存，用于与盘台仪表的状态同步并在收到中断信号后通过所述输入输出接口上传。