CN104898633B - 一种核电厂非安全级dcs组态测试方法及系统 - Google Patents
一种核电厂非安全级dcs组态测试方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种核电厂非安全级DCS组态测试方法及系统。所述系统包括虚拟DCS平台及耦合于所述虚拟DCS平台的核电站仿真模型。所述核电站仿真模型用于依照所述虚拟DCS平台发出的核电机组运行控制指令模拟真实核电站工作，采集核电机组运行数据，并将采集数据传回所述虚拟DCS平台。所述虚拟DCS平台用于根据所述核电机组运行数据对核电机组工况进行实时计算分析，评估与设计要求工况的偏差，判断DCS组态逻辑和参数的正确性及合理性，做出相应的逻辑修改和参数优化，并将测试修改的结果移植应用于真实核电机组的DCS组态。本发明可降低核电站的投入成本，缩短核电工程建设工期，减少设备损耗。
Description
技术领域
本发明涉及核电站运行检测技术领域，更具体地说，涉及一种核电厂非安全级DCS组态测试方法及系统。
背景技术
目前全球新建的核电机组均采用了数字化仪控系统(简称DCS)，以实现全厂工艺过程的集中监视、远程控制及保护。核电DCS组态覆盖范围广，功能多，各个工艺子系统中之间的联动关系密切，核电机组调试启动工作风险高，因此，DCS组态设计的正确性对核电机组调试启动和调试安全显示尤为重要。
目前，已知的核电DCS组态测试方法包括现场测试方法、专用调试装置(即专用的组态测试工具)测试方法、以及模拟机验证方法。
现场测试方法的缺陷体现在：
一、风险高。测试期间，需带实体设备动作，若DCS组态存在问题，很可能出现设备误动、拒动等众多非预期情况，给设备带来很大的损坏风险，也给试验人员带来很大的人身安全风险。
二、工期长。测试工作需等待现场设备、信号电缆、DCS平台均可用后开始，但是，目前核电项基本都是设备可用总远滞后于DCS平台可用，不能充分利用空闲测试窗口。
三、成本高。一旦现场设备存在问题，将会导致设备损坏、机组状态后撤、计划延误等情况发生，大大增加项目运作成本，不利于整体项目运作。
专用调试装置测试方法的缺陷体现在：
一、覆盖范围受到局限。该方法需要通过硬接线方式与电厂DCS连接通讯，受限于临时测试电缆的数量、测试IO卡件的规模、以及测试成本，该种DCS组态测试方式无法覆盖至全厂。
二、批量化的局限性。由于测试装置及测试人员数量有限，每次试验期间，均需占用正式的IO通道，而且测试平台的转运、测试电缆敷设端接均需耗费大量的人力和物力，面对项目批量化建设，无法满足项目的需求。
三、成本高。由于项目周期并非串行，DCS组态调试装置不可能同时用于多个项目，几乎每个项目均需配置一至两套DCS组态调试装置，造成采购成本的增加。
模拟机验证方法的缺陷体现在：
一、测试方案和方法的侧重点不同。全范围模拟机主要面对运行操作员进行培训，因此，其测试对象主要是运行规程和人机交互画面组态，测试人员一般为模拟机供货商、运行操作员、模拟机教员，模拟机测试方案缺少对机组性能测试的专业调试人员参与。
二、模拟机测试结果的参考价值不高。由于缺少对机组整体性能评价的专业调试人员参与，而在调试期间，需要执行众多调试试验，对机组的整体控制、保护参数做调整，调试优化机组性能，但是，由于专业分工的差别，全范围模拟机的测试对真实机组的参考价值大打折扣。
三、成本高昂。全范围模拟机需用于模拟真实的主控室，完全按照一比一的实际比例配置，且所用的设备与真实设备一模一样，成本过于昂贵，对于控制工程成本而言是不能接受的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种核电厂非安全级DCS组态测试方法及核电厂非安全级DCS组态测试系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电厂非安全级DCS组态测试方法，所述方法包括如下步骤：
S1、构建核电站仿真模型，选择匹配于该核电站仿真模型的虚拟DCS平台，并在虚拟DCS平台及核电站仿真模型之间建立通信，所述核电站仿真模型包括仿真模型服务器、以及通过以太网连接仿真模型服务器的核电站控制台；
S2、仿真模型服务器依照虚拟DCS平台发出的核电机组运行控制指令模拟真实核电站工作，采集核电机组运行数据，并将采集数据传回虚拟DCS平台；
S3、虚拟DCS平台根据所述核电机组运行数据对核电机组工况进行实时计算分析，评估与设计要求工况的偏差，判断DCS组态逻辑和参数的正确性及合理性，并做出相应的逻辑修改和参数优化，并将测试修改的结果移植应用于真实核电机组的DCS组态。
在本发明上述核电厂非安全级DCS组态测试方法中，所述步骤S1还包括如下步骤：
S11、设置核电机组初始运行参数于仿真模型服务器，根据所设核电机组初始运行参数控制仿真模型服务器初始工况。
在本发明上述核电厂非安全级DCS组态测试方法中，在所述步骤S1及所述步骤S2之间还包括如下步骤：
S12、虚拟DCS平台下载并存储与所构建的核电站仿真模型相匹配的DCS组态文件，根据DCS组态文件生成核电机组运行控制指令，通过通信接口将核电机组运行控制指令发送到核电站仿真模型。
在本发明上述核电厂非安全级DCS组态测试方法中，所述步骤S3还包括如下步骤：
S31、虚拟DCS平台根据传回的核电机组运行数据生成核电机组运行状态曲线图，将该核电机组运行状态曲线图显示于测试终端机及故障诊断及维护终端机的显示屏；
S32、将核电机组运行数据作为存档数据存储于历史数据管理服务器。
在本发明上述核电厂非安全级DCS组态测试方法中，所述步骤S3还包括如下步骤：
在核电站仿真模型的仿真运行过程中核电机组的运行状态出现异常时，弹出提示并启动报警。
本发明还构造一种核电厂非安全级DCS组态测试系统，所述核电厂非安全级DCS组态测试系统包括虚拟DCS平台、以及耦合于所述虚拟DCS平台的核电站仿真模型；
所述核电站仿真模型用于依照所述虚拟DCS平台发出的核电机组运行控制指令模拟真实核电站工作，采集核电机组运行数据，并将采集数据传回所述虚拟DCS平台；
所述虚拟DCS平台用于根据传回的核电机组运行数据对核电机组工况进行实时计算分析，评估与设计要求工况的偏差，判断DCS组态逻辑和参数的正确性及合理性，并做出相应的逻辑修改和参数优化，并将测试修改的结果移植应用于真实核电机组的DCS组态。
在本发明上述核电厂非安全级DCS组态测试系统中，所述核电站仿真模型包括仿真模型服务器，以及通过第三交换机与所述仿真模型服务器电连接，用于设置核电机组初始运行参数于所述仿真模型服务器，根据所设核电机组初始运行参数控制所述仿真模型服务器初始工况的核电站控制台。
在本发明上述核电厂非安全级DCS组态测试系统中，所述虚拟DCS平台包括用于下载并存储与所构建的核电站仿真模型相匹配的DCS组态文件，根据DCS组态文件生成核电机组运行控制指令，通过通信接口将核电机组运行控制指令发送到核电站仿真模型，以及通过局域网接收来自核电站仿真模型的核电机组运行数据的核电站控制服务器。
在本发明上述核电厂非安全级DCS组态测试系统中，所述虚拟DCS平台还包括计算服务器、测试终端机、故障诊断及维护终端机、第一交换机、第二交换机，所述核电站控制服务器，所述计算服务器，所述测试终端机及所述故障诊断及维护终端机通过所述第一交换机及所述第二交换机接入同一局域网；
所述计算机服务器用于根据该核电机组运行数据生成核电机组运行状态曲线图，将该核电机组运行状态曲线图显示于所述测试终端机及所述故障诊断及维护终端机的显示屏；
所述虚拟DCS平台还包括与所述计算服务器电连接，用于将该核电机组运行数据作为存档数据进行存储的历史数据存储服务器。
在本发明上述核电厂非安全级DCS组态测试系统中，所述计算服务器还用于根据核电机组运行曲线图判断核电机组模拟运行过程中是否出现异常，根据判断结果弹出提示消息并启动报警。
实施本发明核电厂非安全级DCS组态测试方法及核电厂非安全级DCS组态测试系统，可达到以下有益效果：
一、本发明核电厂非安全级DCS组态测试系统具有网络结构简洁、配置灵活、可扩展性好、维护简单的特点，可根据工作需要，切换不同项目或机组的组态文件进行测试，对现场工作不产生任何影响，且本发明系统建成之后，后续工作基本无需投入财力及物力成本。故本发明不仅适用于不同类型核电站的仿真测试，还大大降低了核电站测试方面的整体投入成本。
二、本发明核电厂非安全级DCS组态测试系统用于模拟DCS平台及真实核电站的运行环境，通过虚拟DCS平台对核电站仿真模型实施控制，检测核电机组在核电站仿真测试环境下出现的各种异常状况，根据核电机组异常情况修改DCS组态，逐步完善DCS组态设计，在将真实核电站投入运营之前，提前做好DCS组态设计，故本发明可大大缩短核电站工程工期。另外，本发明系统启动运行过程中，虚拟DCS平台及核电站仿真模型均处于模拟运行模式，故本发明可减少设备损坏情况的发生。
三、本测试平台在核电站仿真模型及虚拟DCS平台之间专门设计了一个通讯模块，实现了核电站仿真模型及虚拟DCS平台之间的有效分离，简化了两边通讯接口设计，使核电站仿真模型、虚拟DCS平台双方的设计及运行方式更加灵活。
四、本发明的核电站控制台用于核电站仿真模型初始工况，以及用于引导虚拟DCS运行模式，可实现仿真模型内部控制运行模式及虚拟DCS控制运行这两种方式的切换，也即实现了局部系统测试与整体测试之间的切换。
附图说明
图1为本发明的第一个较佳实施例提供的核电厂非安全级DCS组态测试系统的结构框图；
图2为图1所示的核电厂非安全级DCS组态测试系统的虚拟DCS平台的结构框图；
图3为图1所示的核电厂非安全级DCS组态测试系统的核电站仿真模型的结构框图；
图4为本发明的第二个较佳实施例提供的核电厂非安全级DCS组态测试方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
该实施例提供了一种基于虚拟DCS(Digital Instrument Control System，即数字化仪控系统)技术与核动力仿真技术相结合的核电厂非安全级DCS组态测试系统，用于模拟真实核电站的运行环境，采集核电机组模拟运行过程中产生的各种运行数据，根据核电机组运行数据分析核电机组模拟运行过程中出现的各种异常情况，根据核电机组运行异常情况对DCS组态文件中的相关设置参数作相应修改，根据修改后的DCS组态文件对核电机组实施控制，确保核电机组安全、稳定地运行。
下面将结合图1至图3对本发明核电厂非安全级DCS组态测试系统的结构进行详细说明：
如图1所示，本发明的核电厂非安全级DCS组态测试系统包括虚拟DCS平台100、以及通过工业以太网连接到虚拟DCS平台100并受控于虚拟DCS平台100的核电站仿真模型200。
核电站仿真模型200用于依照虚拟DCS平台100发出的核电机组运行控制指令模拟真实核电站工作，采集核电机组运行数据，并将采集数据传回虚拟DCS平台100；
虚拟DCS平台100用于根据传回的核电机组运行数据对核电机组工况进行实时计算分析，评估与设计要求工况的偏差，判断DCS组态逻辑和参数的正确性及合理性，并做出相应的逻辑修改和参数优化，并将测试修改的结果移植应用于真实核电机组的DCS组态，确保核电机组安全、稳定运行。
在本发明核电厂非安全级DCS组态测试系统中，虚拟DCS平台100与仿真模拟服务器之间采用了统一的通信接口设计，通过工业以太网相连。
如图2所示，本发明的虚拟DCS平台100包括存储有DCS组态文件的核电站控制服务器101及计算服务器102、测试终端机103、故障诊断及维护终端机104、第一交换机105、第二交换机106。其中，核电站控制服务器101、计算服务器102、测试终端机103及故障诊断及维护终端机104通过第一交换机105及第二交换机106接入同一局域网；
核电站控制服务器101用于下载及保存匹配不同类型核电机组的DCS组态文件，根据DCS组态文件生成核电机组运行控制指令，根据核电机组运行控制指令远程控制仿真模型服务器201模拟真实核电站的运行环境进行工作；
该核电站控制服务器101还用于通过局域网将接收到的核电机组运行数据分别转发到计算服务器102、故障诊断及维护终端机104及测试终端机103，以便于核电站操作及维护人员通过故障诊断及维护终端机104、测试终端机103对核电机组的运行状态进行远程监视及控制。
计算服务器102用于根据接收到的核电机组运行数据绘制核电机组运行曲线图，根据核电机组运行曲线图判断核电机组模拟运行过程中出现的各种异常情况，根据判断结果弹出提示消息并启动报警。
如图3所示，本发明的核电站仿真模型200包括仿真模型服务器201、第三交换机202、通过第三交换机202连接仿真模型服务器201，并与仿真模型服务器201接入同一局域网的核电站控制台203。
该核电站控制台203用于根据核电站测试人员的设置操作设置核电机组初始运行参数，根据核电机组初始运行参数控制仿真模型服务器201启动运行；
该仿真模型服务器201用于模拟核电站的真实运行环境并依照虚拟DCS平台100发出的核电机组运行控制指令控制核电机组模拟运行，采集核电机组模拟运行过程中产生的各种运行数据，将采集数据传回所述虚拟DCS平台100，以及通过第三交换机202将采集数据转发并显示于核电站控制台203的人机交互界面。
实施例二
本实施例提供了一种基于虚拟DCS技术与核动力仿真技术相结合的核电厂非安全级DCS组态测试方法，其处理流程如图4所示，包括如下的处理步骤：
步骤102、根据核电机组型号构建包含仿真模型服务器201及核电站控制台203的核电站仿真模型200，选择与该核电机组仿真模型相匹配的虚拟DCS平台100，以对核电站仿真模型200实施远程控制。
步骤102、核电厂非安全级DCS组态测试系统操作人员在核电站控制台203上设置核电机组初始运行参数，根据核电机组初始运行参数启动仿真模型服务器201。
步骤103、通过虚拟DCS平台100下载与核电站仿真模型200对应的DCS组态文件，根据DCS组态文件生成核电机组运行控制指令，并通过核电站控制服务器101的通信接口将核电机组运行控制指令发送到仿真模型服务器201。
步骤104、仿真模型服务器201依照核电机组运行控制指令控制核电机组模拟核电站真实运行环境工作，采集核电机组模拟运行过程中产生的各种运行数据，将采集数据通过工业以太网传回虚拟DCS平台100。
步骤105、虚拟DCS平台100通过核电站控制服务器101接收核电机组运行数据，通过内部局域网将核电机组运行数据分别转发到计算服务器102、测试终端机103、故障诊断及维护终端机104进行显示。计算服务器102根据核电机组运行数据绘制核电机组设备运行状态曲线图，分析核电机组运行过程中可能出现的各种异常情况，针对异常情况弹出相应的故障提示并启动报警。
步骤106、故障诊断及维护终端机104针对核电机组运行异常情况判断DCS组态逻辑和参数的正确性及合理性，做出相应的逻辑修改和参数优化。
步骤107、核电站控制服务器101根据修改后的DCS组态生成新的核电机组运行控制指令，通过通信接口将新的核电机组运行控制指令发送到仿真模型服务器201。
步骤108、仿真模型服务器201接收新的核电机组运行控制指令，对核电机组设备运行状态进行相应调整，以解决核电机组出现的各种异常，确保核电机组安全、稳定地运行。
步骤108执行完毕后返回步骤104。
本发明核电厂非安全级DCS组态测试方法及核电厂非安全级DCS组态测试系统的优点体现如下：
一、本发明的核电厂非安全级DCS组态测试系统具有网络结构简洁、配置灵活、可扩展性好、维护简单的特点，可根据工作需要，切换不同项目或机组的组态文件进行测试，对现场工作不产生任何影响，且本发明系统建成之后，后续工作基本无需投入财力和物力成本。故本发明不仅适用于不同类型核电站的仿真测试，还大大降低了核电站测试方面的整体投入成本，缩短了核电站工程工期。
二、本发明的核电厂非安全级DCS组态测试系统用于模拟DCS平台及真实核电站的运行环境，通过虚拟DCS平台100对核电站仿真模型实施控制，检测核电机组在核电站仿真测试环境下出现的各种异常状况，根据核电机组异常情况修改DCS组态，逐步完善DCS组态设计，在将真实核电站投入运营之前，提前做好DCS组态设计，故本发明可大大缩短核电站工程工期。另外，本发明系统启动运行过程中，虚拟DCS平台100及核电站仿真模型200均处于模拟运行模式，故本发明可减少设备损坏情况的发生。
三、本测试平台在核电站仿真模型200及虚拟DCS平台100之间专门设计了一个通讯模块，实现了核电站仿真模型200与虚拟DCS平台100之间的有效分离，简化了两边通讯接口设计，使核电站仿真模型200、虚拟DCS平台100双方的设计及运行方式更加灵活。
四、本发明的核电站控制台203用于核电站仿真模型200初始工况，以及用于引导虚拟DCS运行模式，可实现仿真模型内部控制运行模式及虚拟DCS控制运行这两种方式的切换，也即实现了局部系统测试与整体测试之间的切换。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random ABBessMemory，RAM)等。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (9)
1.一种核电厂非安全级DCS组态测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、构建核电站仿真模型，选择匹配于该核电站仿真模型的虚拟DCS平台，并在虚拟DCS平台及核电站仿真模型之间建立通信，所述核电站仿真模型包括仿真模型服务器、以及通过以太网连接仿真模型服务器的核电站控制台；核电厂非安全级DCS组态测试系统操作人员在核电站控制台上设置核电机组初始运行参数，根据核电机组初始运行参数启动仿真模型服务器；
S2、仿真模型服务器依照虚拟DCS平台发出的核电机组运行控制指令模拟真实核电站工作，采集核电机组运行数据，并将采集数据传回虚拟DCS平台；
S3、虚拟DCS平台根据所述核电机组运行数据对核电机组工况进行实时计算分析，评估与设计要求工况的偏差，判断DCS组态逻辑和参数的正确性及合理性，并做出相应的逻辑修改和参数优化；
S4、根据DCS组态文件中的调整参数生成新的核电机组运行控制指令，通过通信接口将新的核电机组运行控制指令发送到仿真模型服务器，仿真模型服务器接收新的核电机组运行控制指令，对核电机组设备运行状态进行相应调整；
其中所述步骤S2-S4循环进行。
2.根据权利要求1所述的核电厂非安全级DCS组态测试方法，其特征在于，所述步骤S1还包括如下步骤：
S11、设置核电机组初始运行参数于仿真模型服务器，根据所设核电机组初始运行参数控制仿真模型服务器初始工况。
3.根据权利要求2所述的核电厂非安全级DCS组态测试方法，其特征在于，在所述步骤S1及所述步骤S2之间还包括如下步骤：
S12、虚拟DCS平台下载并存储与所构建的核电站仿真模型相匹配的DCS组态文件，根据DCS组态文件生成核电机组运行控制指令，通过通信接口将核电机组运行控制指令发送到核电站仿真模型。
4.根据权利要求3所述的核电厂非安全级DCS组态测试方法，其特征在于，所述步骤S3还包括如下步骤：
S31、虚拟DCS平台根据传回的核电机组运行数据生成核电机组运行状态曲线图，将该核电机组运行状态曲线图显示于测试终端机及故障诊断及维护终端机的显示屏；
S32、将核电机组运行数据作为存档数据存储于历史数据管理服务器。
5.根据权利要求4所述的核电厂非安全级DCS组态测试方法，其特征在于，所述步骤S3还包括如下步骤：
在核电站仿真模型的仿真运行过程中核电机组的运行状态出现异常时，弹出提示并启动报警。
6.一种核电厂非安全级DCS组态测试系统，其特征在于，所述核电厂非安全级DCS组态测试系统包括虚拟DCS平台、以及耦合于所述虚拟DCS平台的核电站仿真模型；
所述核电站仿真模型用于依照所述虚拟DCS平台发出的核电机组运行控制指令模拟真实核电站工作，采集核电机组运行数据，并将采集数据传回所述虚拟DCS平台，所述核电站仿真模型还用于在接收新的核电机组运行控制指令，对核电机组设备运行状态进行相应调整；
所述虚拟DCS平台用于根据所述核电机组运行数据对核电机组工况进行实时计算分析，评估与设计要求工况的偏差，判断DCS组态逻辑和参数的正确性及合理性，并做出相应的逻辑修改和参数优化，并根据DCS组态文件中的调整参数生成新的核电机组运行控制指令，通过通信接口将新的核电机组运行控制指令发送到所述仿真模型服务器，将测试修改的结果移植应用于真实核电机组的DCS组态；
其中所述核电站仿真模型包括仿真模型服务器、第三交换机、以及通过第三交换机与所述仿真模型服务器电连接，用于设置核电机组初始运行参数于所述仿真模型服务器，根据所设核电机组初始运行参数控制所述仿真模型服务器初始工况的核电站控制台，所述核电控制台用于设置核电机组初始运行参数并根据核电机组初始运行参数启动所述仿真模型服务器，还用于根据虚拟DCS平台发出的核电机组运行控制指令控制所述仿真模型服务器模拟真实核电站工作。
7.根据权利要求6所述的核电厂非安全级DCS组态测试系统，其特征在于，所述虚拟DCS平台包括用于下载并存储与所构建的核电站仿真模型相匹配的DCS组态文件，根据DCS组态文件生成核电机组运行控制指令，通过通信接口将核电机组运行控制指令发送到核电站仿真模型，以及通过局域网接收来自核电站仿真模型的核电机组运行数据的核电站控制服务器。
8.根据权利要求7所述的核电厂非安全级DCS组态测试系统，其特征在于，所述虚拟DCS平台还包括计算服务器、测试终端机、故障诊断及维护终端机、第一交换机、第二交换机，所述核电站控制服务器，所述计算服务器，所述测试终端机及所述故障诊断及维护终端机通过所述第一交换机及所述第二交换机接入同一局域网；
所述计算服务器用于根据该核电机组运行数据生成核电机组运行状态曲线图，将该核电机组运行状态曲线图显示于所述测试终端机及所述故障诊断及维护终端机的显示屏；
所述虚拟DCS平台还包括与所述计算服务器电连接，用于将该核电机组运行数据作为存档数据进行存储的历史数据存储服务器。
9.根据权利要求8所述的核电厂非安全级DCS组态测试系统，其特征在于，所述计算服务器还用于根据核电机组运行曲线图判断核电机组模拟运行过程中是否出现异常，根据判断结果弹出提示消息并启动报警。
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