CN107885097A - 一种核电站模拟仪控系统dcs改造闭环验证系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统及方法，该系统包括通过网络通讯连接的仿真服务器、操作显示终端以及虚拟DCS服务器；操作显示终端接收用户输入的初始工况和验证操作信息，发送给仿真服务器，并显示仿真服务器的仿真结果和虚拟DCS服务器的DCS验证仿真结果；仿真服务器根据初始工况并基于全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真核电站系统设备状态及物理参数，输出仿真数据；虚拟DCS服务器接收并处理仿真数据后返回DCS操作指令至仿真服务器，输出DCS仿真结果至操作显示终端显示。本发明实现核电站模拟仪控系统DCS改造闭环测试验证，有利于提前发现重大数字化改造潜在问题，实现升级实施风险可控、工期可控、满足机组安全稳定运行要求。

Description

一种核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统及方法

技术领域

本发明涉及核电技术领域，更具体地说，涉及一种核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统及方法。

背景技术

当前，数字化仪控技术日渐成熟，而部分在役核电机组的模拟仪控系统设备老化、备件停产、故障率升高，安全性和经济性明显降低。因此，这类核电机组进行数字化仪控系统升级改造十分必要。相对于新建数字化核电机组，分步实施的DCS升级改造需考虑与机组其它系统的设备接口风险、工期风险，无相应冷态和热态全面测试的质量风险，对升级改造验证提出了更高需求。

因此，引入高精度仿真技术，基于全范围模拟机为核电站仪控系统升级改造研发一种高效的、可靠的软件验证测试方法，查找出任何可能存在的系统设计错误及接口错误并提供解决方案，以满足机组安全稳定运行的要求已成为当务之急。

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，提供一种核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统，包括通过网络通讯连接的仿真服务器、操作显示终端以及虚拟DCS服务器；

所述操作显示终端接收用户输入的初始工况和验证操作信息，发送给所述仿真服务器，并显示所述仿真服务器的仿真结果和虚拟DCS服务器的DCS验证仿真结果；

所述仿真服务器根据所述初始工况，基于全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真核电站系统设备状态及物理参数，输出仿真数据至所述虚拟DCS服务器；所述虚拟DCS服务器，接收并处理所述仿真数据后返回DCS操作指令至所述仿真服务器，同时输出DCS仿真结果至所述操作显示终端进行显示；

所述仿真服务器还接收并基于所述全范围模拟机工艺系统仿真模型处理所述操作显示终端发送的验证操作信息，输出验证数据至所述虚拟DCS服务器；所述虚拟DCS服务器接收并处理所述验证数据，输出DCS验证仿真结果至所述操作显示终端进行显示，同时返回DCS操作指令至所述仿真服务器进行仿真。

优选地，还包括：

PLC接口模块，所述PLC接口模块分别与所述仿真服务器和虚拟DCS服务器连接，供所述仿真服务器与所述虚拟DCS服务器进行数据通讯。

优选地，所述PLC接口模块包括PLC控制器以及与所述PLC控制器连接的I/O板卡；

所述I/O板卡设有多个I/O接口，用于分别与所述仿真服务器上对应的I/O接口和所述虚拟DCS服务器上对应的I/O接口连接，以实现所述仿真服务器和所述虚拟DCS服务器的数据通讯。

优选地，所述仿真服务器包括：全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块和PLC仿真接口模块；

所述PLC仿真接口模块与所述PLC接口模块连接；

所述全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块，基于所述初始工况仿真核电站系统设备状态及物理参数，并通过所述PLC仿真接口模块输出仿真数据；

或者基于所述验证操作信息仿真核电站系统设备状态及物理参数，并通过所述PLC仿真接口模块输出验证数据。

优选地，所述仿真服务器还包括：

全范围模拟机仪控仿真模型仿真模块，用于根据所述初始工况仿真模拟仪控系统，并向所述全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块返回仿真操作指令，以控制所述全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块仿真的核电站系统设备；

或者基于所述验证操作信息仿真模拟仪控系统，并向全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块返回仿真操作指令，以控制所述全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块仿真的核电站系统设备。优选地，所述仿真服务器还包括：

切换模块，用于实现所述全范围模拟机仪控仿真模型仿真模块与所述PLC仿真接口模块之间的切换，以实现由所述全范围模拟机仪控仿真模型仿真模块对核电站系统设备状态及物理参数进行仿真，或者由所述虚拟DCS服务器进行DCS验证仿真。

优选地，所述虚拟DCS服务器包括：

I/O接口模块，所述I/O接口模块包括多个I/O接口，用于与所述PLC接口模块上对应的I/O接口连接。

优选地，所述虚拟DCS服务器还包括：

DCS改造验证模块，所述DCS改造验证模块通过所述I/O接口模块接收并处理所述仿真服务器发送的仿真数据，并通过所述I/O接口模块返回DCS操作指令至所述仿真服务器；所述DCS改造验证模块还输出DCS仿真结果或DCS验证仿真结果至所述操作显示终端。

优选地，还包括：

接口通讯模块，分别与所述仿真服务器、操作显示终端以及虚拟DCS服务器连接，以实现所述仿真服务器、操作显示终端以及虚拟DCS服务器之间的数据交换。

本发明还提供一种核电站核电机组DCS改造闭环验证方法，利用通过网络通讯连接的仿真服务器、操作显示终端以及虚拟DCS服务器实现，包括以下步骤：

所述操作显示终端接收用户输入的初始工况和验证操作信息，并发送给所述仿真服务器，并显示所述仿真服务器的仿真结果和虚拟DCS服务器的DCS验证仿真结果；

所述仿真服务器接收并基于所述全范围模拟机工艺系统仿真模型处理所述操作显示终端发送的验证操作信息，输出验证数据至所述虚拟DCS服务器；

所述虚拟DCS服务器接收并处理所述验证数据，输出DCS验证仿真结果至所述操作显示终端进行显示，同时返回DCS操作指令控制所述仿真服务器仿真的核电站系统设备；

所述仿真服务器根据所述初始工况，基于全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真核电站系统设备状态及物理参数，输出仿真数据至所述虚拟DCS服务器；

所述虚拟DCS服务器接收并处理所述仿真数据后返回DCS操作指令至所述仿真服务器，同时输出DCS仿真结果至所述操作显示终端进行显示。

实施本发明的核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统，具有以下有益效果：本发明的系统基于全范围模拟机工艺系统仿真模型与实际机组DCS仪控系统组态对接集成，为核电站模拟仪控系统DCS改造提供闭环测试验证，有利于提前发现和消除重大改造潜在问题，实现升级实施风险可控、实施工期可控，满足机组安全稳定运行要求；可通过输入的验证操作信息进行测试，查找任何可能存在的缺陷，将在调试阶段才能发现的设计错误，提前在设计阶段发现并提供解决方案，有效控制核电站仪控系统数字化升级的质量、工期和成本。另外，本系统还可研究核电站模拟仪控系统数字化改造带来的对运行操作的影响，分析对运行人员操作执行的影响，获得对应的措施及解决方案。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明优选实施例的核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统的硬件结构示意图；

图2是本发明优选实施例的核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统的功能模块图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

参阅图1，图1为本发明优选实施例的核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统的硬件结构示意图。

如图1所示，本发明的核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统包括硬件和软件两部分，硬件部分是由一套仿真服务器20、操作显示终端10、以及虚拟DCS服务器30组成。优选地，本实施例的DCS改造闭环验证系统还包括PLC接口模块40。

仿真服务器20、虚拟DCS服务器30用于运行支撑软件和应用软件的运行。

操作显示终端10，用于通过验证测试用户界面及操作平台，接收用户输入的初始工况和验证操作信息，并发送给仿真服务器20，显示仿真服务器20的仿真结果和虚拟DCS服务器30发送的DCS仿真结果或DCS验证仿真结果，以用于DCS改造验证分析，或者可供仪控人员进行DCS培训及研究及运行分析。可以理解地，用户输入的验证操作信息例如可以为核电站在正常运行条件下、瞬态工况下或者故障工况下的测试。

操作显示终端10，还接收虚拟DCS服务器30发送的DCS操作指令，如TPL(转-按-灯开关)操作指令、TO(按钮)指令、RC(手/自动控制)指令或RPC(整定值控制)指令中的一种或多种，操作显示终端10上的操作平台根据所接收的DCS操作指令执行对应的操作。

仿真服务器20，用于给虚拟DCS服务器30中的DCS控制系统的控制提供逼真的、闭环的被控对象或系统。

具体地，仿真服务器20根据从操作接收的初始工况，并基于全范围模拟机工艺系统仿真模型，仿真核电站系统设备状态及物理参数，输出仿真数据至虚拟DCS服务器30，并根据虚拟DCS服务器30返回的DCS操作指令对核电站模拟仪控系统进行仿真，输出仿真结果至操作显示终端10进行显示。仿真服务器20还接收操作显示终端10发送的验证操作信息，基于全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真核电站系统设备状态及物理参数，输出验证数据至虚拟DCS服务器30，同时还接收虚拟DCS服务器30返回的DCS操作指令对核电站模拟仪控系统进行仿真，输出根据DCS操作指令进行仿真的仿真结果至操作显示终端10进行显示。

虚拟DCS服务器30，根据从仿真服务器20接收的仿真数据对核电站模拟仪控系统进行DCS仿真后，返回DCS操作指令至仿真服务器20，以控制仿真服务器20根据所接收的DCS操作指令对核电站模拟仪控系统进行仿真，并输出仿真结果至操作显示终端10进行显示；同时虚拟DCS服务器30还输出DCS仿真结果至操作显示终端10进行显示。虚拟DCS服务器30，还根据从仿真服务器20接收的验证数据对核电站模拟仪控系统进行DCS仿真，并返回DCS操作指令至仿真服务器20，以控制仿真服务器20基于全范围模拟机工艺系统仿真模型，对核电站模拟仪控系统进行仿真，输出仿真结果至操作显示终端10进行显示；同时虚拟DCS服务器30还输出DCS验证仿真结果至操作显示终端10进行显示。

PLC接口模块40，该PLC接口模块40分别与仿真服务器20和虚拟DCS服务器30连接，供仿真服务器20与虚拟DCS服务器30进行数据通讯。本实施例的PLC接口模块40模拟实际现场设备和传感器的输入输出接口，可支持电流信号和电压信号，其分别与仿真服务器20的输入输出接口和虚拟DCS服务器30的输入输出接口连接，完成数据输入输出，即完成仿真服务器20与虚拟DCS服务器30的数据传输。

通过设置模拟实现现场设备和传感器的输入输出接口的PLC接口模块40(即采用PLC控制器和I/O板卡搭建的硬件输入输出I/O系统)，可以有效地发现系统设计中的错误及接口设计缺陷，即可以有效验证接口设计缺陷，在发现接口设计缺陷和错误方面具有较高的可靠性。

优选地，PLC接口模块40包括PLC控制器以及与PLC控制器连接的I/O板卡。I/O板卡设有多个I/O接口，用于分别与仿真服务器20上对应的I/O接口和虚拟DCS服务器30上对应的I/O接口连接，以实现仿真服务器20和虚拟DCS服务器30的数据通讯。可以理解地，本实施例仿真服务器20与PLC接口模块40之间的通讯设置有专用的接口驱动程序，该专用的接口驱动程序优选采用通用工业数据传输协议，通过采用通用工业数据传输协议可实现仿真服务器20中的物理量与PLC接口模块40中的电气值互相转换。

通过上述过程，用户可通过操作显示终端10观察到仿真服务器20对核电站系统设备状态及物理参数的仿真结果，以及虚拟DCS服务器30对核电站模拟仪控系统DCS(数字化)改造过程的验证仿真结果，完成核电站模拟仪控系统DCS改造软件组态功能的闭环验证，再现DCS控制逻辑组态及功能，满足仪控人员的DCS培训与研究的需要，提供相应的运行分析。

根据各种设计验证，实现核电站模拟仪控系统数字化改造前的逻辑预演，将在调试阶段才能发现的设计错误、提前在设计阶段发现并提供解决方案，有效控制核电站仪控系统数字化升级的质量、缩短调试工期及项目成本。

参阅图2，图2为本发明优选实施例的核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统的功能模块图。

如图2所示，本实施例的核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统的软件主要集中在仿真服务器20和虚拟DCS服务器30中。仿真服务器20主要包括全范围模拟机工艺系统模型仿真模块、PLC仿真接口模块203、全范围模拟机仪控仿真模型仿真模块204和切换模块202。虚拟DCS服务器30包括I/O接口模块301和DCS改造验证模块302。本实施例的核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统还包括接口通讯模块50。以下对各模块及数据通讯进行说明。

全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201，存储有核电站模拟机工艺系统设备对象的数学模型，用于模拟核电站系统设备及仪控系统运行过程，包括正常运行工况、瞬态工况、故障工况的动态响应特性、参数变化规律等，根据从操作显示终端10接收的初始工况或验证操作信息，仿真核电站系统设备状态及物理参数，产生动态变化的压力、温度、水位、流量、核功率和电功率等基本运行参数或反馈设备开关状态信号，并将这些数据通过PLC接口模块40发送至虚拟DCS服务器30，虚拟DCS服务器30在接收到上述试验数据后进行DCS逻辑运算和处理，并产生相应的DCS操作指令，如阀门开/关、泵、风机、加热器启/停、阀门开度、转速等设备相关指令，通过PLC接口模块40返回给全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201，全范围模拟机工系统仿真模型仿真模块在接收到这些DCS操作指令后，根据这些DCS操作指令重新计算数据，获得新的工艺系统参数，并根据所获得的新的工艺系统参数进行仿真，输出仿真结果至操作显示终端10进行显示。

全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201根据从操作显示终端10接收的初始工况仿真核电站系统设备状态及物理参数，并通过PLC仿真接口模块203输出仿真数据。可以理解地，全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201，根据所接收的初始工况对核电站系统设备状态及物理参数进行仿真后，将仿真数据(如工艺系统的物理参数)经PLC仿真接口模块203输出至PLC接口模块40，通过PLC接口模块40发送至虚拟DCS服务器30，换言之，全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201，对现有全范围模拟机核电站的核电站系统设备运行进行仿真后，为DCS控制系统的控制提供逼真的、闭环的被控制对象或系统。同时，全范围模拟机工艺系统模型仿真模块还返回仿真结果至操作显示终端10进行显示。

进一步地，全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201还根据验证设计要求，控制切换模块202进行切换操作，以实现全范围模拟机仪控仿真模型仿真模块204与虚拟DCS服务器30的切换；即控制由全范围模拟机仪控仿真模型仿真模块204，对核电站的模拟仪控系统进行仿真，或者控制选择虚拟DCS服务器30对核电站的核电站系统设备进行DCS仿真。

当选择切换至全范围模拟机仪控仿真模型仿真模块204时，全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201接收全范围模拟机仪控仿真模型仿真模块204返回的仿真操作指令，对核电站的核电站系统设备进行仿真，并输出仿真结果至操作显示终端10进行显示；当选择切换至PLC仿真接口时，全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201接收虚拟DCS服务器30通过PLC仿真接口返回的DCS操作指令，以根据所接收的DCS操作指令对核电站的核电站系统设备进行仿真，并输出仿真结果至操作显示终端10进行显示。

切换模块202，根据设置切换全范围模拟机仪控仿真模型仿真模块204与PLC仿真接口模块203之间的切换，实现DCS验证系统和全范围模拟机仪控仿真模型仿真的切换。同时切换模块202还可对比两种情况下是否具有相同的响应。

全范围模拟机仪控仿真模型仿真模块204，用于根据操作显示终端10发送的初始工况模拟仪控系统，并向全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201返回仿真操作指令，以控制全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201进行系统设备动作。或者基于操作显示终端10发送的验证操作信息仿真模拟仪控系统，并向全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201返回仿真操作指令，以控制全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201仿真的核电站系统设备。

例如，全范围模拟机仪控仿真模型仿真模块204在接收到操作显示终端10发送的初始工况或验证操作信息后，即对核电站的模拟仪控系统进行模拟，并产生相应的仿真操作指令，如阀门开/关、泵、风机、加热器启/停、阀门开度、转速等设备相关指令。全范围模拟机工系统仿真模型仿真模块201在接收到这些仿真操作指令后，根据这些仿真操作指令重新计算数据，获得新的工艺系统参数，并根据所获得的新的工艺系统参数进行仿真，输出仿真结果至操作显示终端10进行显示。

PLC仿真接口模块203，与PLC接口模块40连接，用于供全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201与PLC接口模块40进行通讯。

I/O接口模块301，I/O接口模块301包括多个I/O接口，用于与PLC接口模块40上对应的I/O接口连接。

DCS改造验证模块302，DCS改造验证模块302通过I/O接口模块301接收并处理仿真服务器20发送的仿真数据，并通过I/O接口模块301返回DCS操作指令至仿真服务器20；DCS改造验证模块302还输出DCS仿真结果。

DCS改造验证模块302，根据从I/O接口模块301接收到的仿真数据，进行DCS验证后返回DCS操作指令至全范围模拟机工艺系统仿真模块仿真模块进行仿真；同时还输出DCS仿真结果至操作显示终端10进行显示，如输出状态信号、物理参数、报警等到操作显示终端10进行显示，满足仪控人员的DCS培训与研究的需要，并提供了运行分析的功能。

可以理解地，DCS改造验证模块302可直接调用核电机组的DCS的组态数据库，以再现现场DCS控制逻辑组态及功能，同时使DCS改造验证模块302中的DCS系统与实际机组系统较好地保持一致。DCS改造验证模块302还根据从全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201发送的验证数据进行DCS验证处理，经DCS验证处理后返回DCS操作指令至全范围模拟机工艺系统仿真模型进行仿真；DCS改造验证模块302还输出DCS验证仿真结果至操作显示终端10进行显示，或者输出DCS验证操作指令至操作显示终端10，以控制操作显示终端10进行相应的操作(如TPL、TO、RC、RPC等操作指令)。全范围模拟机工艺系统仿真模块在接收到DCS改造验证模块302返回的DCS操作指令(如DCS系统调节指令或开关指令等)后，进行仿真处理分析，并输出仿真结果至操作显示终端10进行显示。

可以理解地，DCS改造验证模块302为整个核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证的核心，主要存储有核电站模拟仪控系统数字化改造的控制逻辑，实现对核电站模拟仪控系统DCS改造的闭环验证。具体地，DCS改造验证模块302通过I/O接口模块301接收到全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201通过PLC接口模块40传输的仿真数据或验证数据后，DCS改造验证模块302基于核电机组的DCS的组态数据库中的数据，进行DCS改造验证，再现现场DCS控制逻辑组态及功能，产生相应的DCS操作指令，如阀门开/关、泵、风机、加热器启/停、阀门开度、转速等设备相关指令，并通过PLC接口模块40返回至全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201，由全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201根据所接收到的DCS操作指令重新计算数据，获得新的工艺系统参数，并根据所获得的新的工艺系统参数进行仿真，输出仿真结果至操作显示终端10进行显示，实现一个完整的闭环验证系统。

通过对工艺和仪控系统的单系统测试、DCS系统测试以及瞬态工况、故障工况的测试，查找任何可能存在的缺陷，将在调试阶段才能发现的设计错误，提前在设计阶段发现并提供解决方案，有效控制核电站仪控系统数字化升级的质量、工期和成本。

接口通讯模块50，分别与仿真服务器20、操作显示终端10以及虚拟DCS服务器30连接，以实现仿真服务器20、操作显示终端10以及虚拟DCS服务器30之间的数据交换。可以理解地，本实施例的接口通讯模块50为PLC接口通讯模块50，可采用通用的工业数据传输协议实现数据通讯。

本发明同时还提供了一种核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证方法，该方法与上述DCS改造闭环验证系统描述的过程一致，即利用上述通过网络通信连接的仿真服务器20、操作显示终端10以及虚拟DCS服务器30实现，包括以下步骤：

A1、操作显示终端10接收用户输入的初始工况和验证操作信息，并发送给仿真服务器20，并显示仿真服务器20的仿真结果和虚拟DCS服务器20的DCS验证仿真结果；

A2、仿真服务器20接收并基于全范围模拟机工艺系统仿真模型处理操作显示终端10发送的验证操作信息，输出验证数据至虚拟DCS服务器30；

A3、虚拟DCS服务器30接收并处理验证数据，并将DCS验证仿真结果发送到操作显示终端10进行显示，同时返回DCS操作指令至仿真服务器20进行仿真；

或者：

B1、仿真服务器20根据初始工况，基于全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真核电站系统设备状态及物理参数，输出仿真数据至虚拟DCS服务器30；

B2、虚拟DCS服务器30接收并处理仿真数据后返回DCS操作指令至仿真服务器20，同时输出DCS仿真结果至操作显示终端10进行显示。

在此，仿真服务器20可以进一步包括：全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201、切换模块202、全范围模拟机仪控仿真模型仿真模块204。虚拟DCS服务器30可以进一步包括DCS改造验证模块302，核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统可以进一步包括PLC接口模块40、接口通讯模块50。核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证方法还包括：

全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201，根据从操作显示终端10接收的初始工况或验证操作信息，仿真核电站系统设备状态及物理参数，产生动态变化的压力、温度、水位、流量、核功率和电功率等基本运行参数或反馈设备开关状态信号，并根据选择设置将这些数据或开关状态信号发送至全范围模块机仪控仿真模型仿真模块，或通过PLC接口模块40发送给DCS改造验证模块302；全范围模拟机仪控仿真模型仿真模块204接收操作显示终端10发送的初始工况或验证操作信息对核电站的模拟仪控系统进行模拟，并产生相应的仿真操作指令；DCS改造验证模块302通过I/O接口模块301接收到上述试验数据后进行DCS验证，通过PLC接口模块40返回DCS操作指令至全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201。

全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块201接收全范围模拟机仪控仿真模型仿真模块204返回的仿真操作指令，对核电站系统设备进行仿真，并输出仿真结果至操作显示终端10进行显示；或者接收到DCS改造验证模块302返回的DCS操作指令后，对核电站的模拟仪控系统进行仿真，并输出仿真结果至操作显示终端10进行显示。

综上，本发明采用基于全范围模拟机高精度模型对核电站仪控系统数字化改造进行闭环验证，采用数字化接口通讯，将核电站机组的DCS控制系统与全范围模拟机工艺模型集成为一个完整的“小核电站”，仿真精度高，可实现对核电站模拟仪控系统数字化发行的闭环验证。

通过上述设计，本发明具有以下有益效果：

1)真实再现机组DCS控制系统的逻辑组态，满足模拟仪控系统数字化改造的验证调试需要，进行DCS验证测试、工艺和仪控系统的单系统验证测试、系统联合验证测试以及相关试验，提供运行分析的功能。

2)设计各种验证试验，验证测试核电站在正常运行条件下、瞬态工况下、故障工况下DCS控制系统的安全性和可靠性，弥补现有基于功能仿真的“开环”V&V验证技术不能完整、全面验证软件动态性能的缺陷。

3)克服现有基于功能仿真的V&V“开环”验证技术不能验证接口设计缺陷的缺点。根据经验反馈，相对于新建数字化电站，专项仪控系统的技术升级工作更为复杂，极容易出现接口设计缺陷和错误。而本发明提供的基于全范围模拟机高精度模型的“闭环”验证方法与现有基于功能仿真的“开环”验证方法相比，可以有效地发现系统设计中的错误和接口设计缺陷，尤其在发现接口设计缺陷和错误方面具有较高的可靠性。

4)本发明基于全范围模拟机成熟的、高精度的工艺模型与实际机组数字化仪控系统组态对接集成，为核电站模拟邻近系统数字化发行提供闭环测试验证，有利于提前发现和消除重大改造潜在问题，实现升级实施风险可控、实施工期可控，满足机组安全稳定运行要求；

5)本发明基于高精度的全范围模拟机工艺模块，可研究核电站模拟仪控系统数字化改造带来的对运行操作的影响，分析对运行人员操作执行的影响，提前得出对应的措施及解决方案，降低实际DCS改造的风险。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统，其特征在于，包括通过网络通讯连接的仿真服务器、操作显示终端以及虚拟DCS服务器；

所述操作显示终端接收用户输入的初始工况和验证操作信息，发送给所述仿真服务器，并显示所述仿真服务器的仿真结果和虚拟DCS服务器的DCS验证仿真结果；

所述仿真服务器根据所述初始工况，基于全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真核电站系统设备状态及物理参数，输出仿真数据至所述虚拟DCS服务器；所述虚拟DCS服务器，接收并处理所述仿真数据后返回DCS操作指令至所述仿真服务器，同时输出DCS仿真结果至所述操作显示终端进行显示；

所述仿真服务器还接收并基于所述全范围模拟机工艺系统仿真模型处理所述操作显示终端发送的验证操作信息，输出验证数据至所述虚拟DCS服务器；所述虚拟DCS服务器接收并处理所述验证数据，输出DCS验证仿真结果至所述操作显示终端进行显示，同时返回DCS操作指令至所述仿真服务器进行仿真。

2.根据权利要求1所述的核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统，其特征在于，还包括：

PLC接口模块，所述PLC接口模块分别与所述仿真服务器和虚拟DCS服务器连接，供所述仿真服务器与所述虚拟DCS服务器进行数据通讯。

3.根据权利要求2所述的核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统，其特征在于，所述PLC接口模块包括PLC控制器以及与所述PLC控制器连接的I/O板卡；

所述I/O板卡设有多个I/O接口，用于分别与所述仿真服务器上对应的I/O接口和所述虚拟DCS服务器上对应的I/O接口连接，以实现所述仿真服务器和所述虚拟DCS服务器的数据通讯。

4.根据权利要求2所述的核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统，其特征在于，所述仿真服务器包括：全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块和PLC仿真接口模块；

所述PLC仿真接口模块与所述PLC接口模块连接；

所述全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块，基于所述初始工况仿真核电站系统设备状态及物理参数，并通过所述PLC仿真接口模块输出仿真数据；

或者基于所述验证操作信息仿真核电站系统设备状态及物理参数，并通过所述PLC仿真接口模块输出验证数据。

5.根据权利要求4所述的核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统，其特征在于，所述仿真服务器还包括：

全范围模拟机仪控仿真模型仿真模块，用于根据所述初始工况仿真模拟仪控系统，并向所述全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块返回仿真操作指令，以控制所述全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块仿真的核电站系统设备；

或者基于所述验证操作信息仿真模拟仪控系统，并向所述全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块返回仿真操作指令，以控制所述全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真模块仿真的核电站系统设备。

6.根据权利要求5所述的核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统，其特征在于，所述仿真服务器还包括：

切换模块，用于实现所述全范围模拟机仪控仿真模型仿真模块与所述PLC仿真接口模块之间的切换，以实现由所述全范围模拟机仪控仿真模型仿真模块对核电站系统设备状态及物理参数进行仿真，或者由所述虚拟DCS服务器进行DCS验证仿真。

7.根据权利要求3所述的核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统，其特征在于，所述虚拟DCS服务器包括：

I/O接口模块，所述I/O接口模块包括多个I/O接口，用于与所述PLC接口模块上对应的I/O接口连接。

8.根据权利要求7所述的核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统，其特征在于，所述虚拟DCS服务器还包括：

DCS改造验证模块，所述DCS改造验证模块通过所述I/O接口模块接收并处理所述仿真服务器发送的仿真数据，并通过所述I/O接口模块返回DCS操作指令至所述仿真服务器；所述DCS改造验证模块还输出DCS仿真结果或DCS验证仿真结果至所述操作显示终端。

9.根据权利要求1所述的核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证系统，其特征在于，还包括：

接口通讯模块，分别与所述仿真服务器、操作显示终端以及虚拟DCS服务器连接，以实现所述仿真服务器、操作显示终端以及虚拟DCS服务器之间的数据交换。

10.一种核电站模拟仪控系统DCS改造闭环验证方法，其特征在于，利用通过网络通讯连接的仿真服务器、操作显示终端以及虚拟DCS服务器实现，包括以下步骤：

所述操作显示终端接收用户输入的初始工况和验证操作信息，并发送给所述仿真服务器，并显示所述仿真服务器的仿真结果和虚拟DCS服务器的DCS验证仿真结果；

所述仿真服务器接收并基于所述全范围模拟机工艺系统仿真模型处理所述操作显示终端发送的验证操作信息，输出验证数据至所述虚拟DCS服务器；

所述虚拟DCS服务器接收并处理所述验证数据，输出DCS验证仿真结果至所述操作显示终端进行显示，同时返回DCS操作指令控制所述仿真服务器仿真的核电站系统设备；

所述仿真服务器根据所述初始工况，基于全范围模拟机工艺系统仿真模型仿真核电站系统设备状态及物理参数，输出仿真数据至所述虚拟DCS服务器；

所述虚拟DCS服务器接收并处理所述仿真数据后返回DCS操作指令至所述仿真服务器，同时输出DCS仿真结果至所述操作显示终端进行显示。