CN109765860A - 核反应堆dcs的验证方法、验证装置及验证系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核反应堆DCS的验证方法、验证装置及验证系统，该方法的S1设计输入验证中，将工艺过程模型与控制模型相连以对设计输入进行验证；S2软件设计验证中，将仿真服务器与仿真系统相连，以对软件功能进行验证；S3典型硬件性能验证中，通过硬接线连接方式将仿真系统与第一组Level1层控制站机柜连接；通过网络通信连接方式将仿真服务器与实体的核反应堆DCS的Level2层、仿真系统相连，以对典型硬件性能和软件功能进行验证；S4整体验证中，将仿真系统与实体的核反应堆DCS的所有Level1层的控制站机柜相连接，以验证逻辑功能及系统性能指标。本发明的步骤S3和S4中，仿真系统与实物核反应堆DCS系统的连接分别使用硬接线和网络通信连接方式，保证验证效果同时节约资源。

Description

核反应堆DCS的验证方法、验证装置及验证系统

技术领域

本发明涉及仪器仪表自动化控制领域，尤其涉及一种核反应堆DCS的验证方法、验证装置及验证系统。

背景技术

随着核电技术的不断发展，集散控制系统(DCS：Distributed Control System)被广泛应用于核电项目。当前，采用仿真技术对核电站DCS系统进行设计验证一般包括三个阶段：设计阶段、DCS的组态阶段、以及DCS工厂测试阶段。例如，在DCS工厂测试阶段，通常将DCS的LEVEL1层的控制站机柜通过硬接线方式和仿真系统相连接,对DCS系统的LEVEL1层和LEVEL2层进行闭环联调。其中，LEVEL1层指自动控制和保护层，包括各控制站机柜；LEVEL2层指操作和信息管理层，包括服务器、操作站等。

设计验证是DCS实现应用于核电现场前的重要环节，常规仪控系统的DCS工厂测试内容包括：信号通道是否畅通、控制运算是否正确。由此，在现场安装和调试之前对DCS进行更有效的设计验证，可以提早发现设计问题并及时在厂内解决，有效节省现场的调试工作时间和工作量，减少人力和物力的浪费。

然而，在当前常见的DCS工厂测试过程中，DCS的LEVEL1层的控制站机柜和仿真系统之间一般采用1:1的硬接线连接来对DCS系统的LEVEL1层和LEVEL2层进行闭环联调。但是在实际中，DCS系统涉及到的点数达几千个，如果在测试中均采用1:1的硬接线的连接方式，会造成模拟机硬件资源的浪费，并且会使拆接线工作过于繁重，造成时间和人力的浪费。若是放弃1:1的硬接线的连接方式，而在测试过程中仅采用仿真模型通过接口程序与控制站的通信模块相连的方式，则会使验证范围仅包括LEVEL2层和LEVEL1层中的MPU(MainProcessing Unit：主处理器)模块和通信模块，而不包括LEVEL1层中的IO(Input/Output：输入/输出)模块。综上，核反应堆DCS的验证方法尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷提供一种改进的核反应堆DCS的验证方法、验证装置及验证系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种核反应堆DCS的验证方法，验证装置采用所述验证方法对所述核反应堆DCS进行验证，所述验证装置包括仿真系统和仿真服务器；所述验证方法包括设计输入验证、软件设计验证、典型硬件性能验证、整体验证步骤：

S1、设计输入验证

利用所述仿真系统中的控制模型模拟所述核反应堆DCS的Level1层和Level2层中的设备；并利用所述仿真系统的工艺过程模型模拟工艺过程设备；将所述工艺过程模型与所述控制模型相连，以对设计输入进行验证；

S2、软件设计验证

利用所述仿真服务器模拟所述核反应堆DCS的所述Level1层；利用所述仿真系统的所述工艺过程模型模拟所述工艺过程设备；通过网络通信连接方式将所述仿真服务器与实体的所述核反应堆DCS的所述Level2层相连；通过网络通信连接方式将所述仿真服务器与所述仿真系统相连，以对所述核反应堆DCS的所述Level1层和所述Level2层的软件功能进行验证；

S3、典型硬件性能验证

在实体的所述核反应堆DCS的所述Level1层中选取第一组Level1层控制站机柜，所述第一组Level1层控制站机柜包括具有功能代表性机柜、具有设备类型代表性机柜和具有应用配置代表性机柜；利用所述仿真服务器模拟实体的所述核反应堆DCS的所述Level1层中除所述第一组Level1层控制站机柜外的所有控制站机柜；利用所述仿真系统模拟所述工艺过程设备；通过硬接线连接方式将所述仿真系统与所述第一组Level1层控制站机柜连接；通过网络通信连接方式将所述仿真服务器与实体的所述核反应堆DCS的所述Level2层相连；通过网络通信连接方式将所述仿真服务器与所述仿真系统相连，以对所述核反应堆DCS的典型硬件性能和软件功能进行验证；

S4、整体验证

利用所述仿真系统的所述工艺过程模型模拟所述工艺过程设备；通过网络通信连接方式，将所述仿真系统与实体的所述核反应堆DCS的所有所述Level1层的控制站机柜相连接；设置所述仿真系统的所述工艺过程模型模拟实际机组的各种工况，以验证所述核反应堆DCS在对应工况下的所有逻辑功能及系统性能指标。

优选地，所述仿真系统包括所述工艺过程模型；在步骤S3中，所述工艺过程模型通过硬接线与所述第一组Level1层控制站机柜连接，并对所述第一组Level1层控制站机柜进行所述典型硬件性能验证；所述典型硬件性能验证包括所述硬接线相关的性能验证。

优选地，在步骤S3中，所述典型硬件性能验证包括设备冗余测试、信息存储测试、系统分辨率测试、时间相关性能测试、抗干扰性能测试、设备热插拔测试、雪崩测试、以及故障诊断测试中的至少一个。

优选地，在步骤S3中，所述验证装置包括DCS仿真服务器；所述DCS仿真服务器通过网络通信连接所述仿真系统；所述DCS仿真服务器通过网络通信连接所述实体DCS的Level2层；所述DCS仿真服务器模拟所述实体DCS的Level1层中除所述第一组Level1层控制站机柜外的控制站机柜。

优选地，在步骤S3中，对实体的所述核反应堆DCS的所述第一组Level1层控制站机柜的软件功能进行验证；在步骤S4中，对实体的所述核反应堆DCS的Level1层和Level2层整体的逻辑功能进行验证。

优选地，在厂内测试阶段实施步骤S3；在出厂验收阶段实施步骤S4。

优选地，所述核反应堆DCS涵盖了海上核反应堆DCS；在出厂验收及陆上联调阶段实施步骤S4。

还提供一种核反应堆DCS的验证装置，所述验证装置采用上述任一项所述核反应堆DCS的验证方法对所述核反应堆DCS进行验证。

还提供一种核反应堆DCS的验证系统，所述验证系统采用上述核反应堆DCS的验证方法对所述核反应堆DCS进行验证。

优选地，所述验证系统包括上述核反应堆DCS的验证装置。

实施本发明具有以下有益效果：本发明核反应堆DCS的验证方法、验证装置及验证系统中，在步骤S3和S4中，仿真系统与实物核反应堆DCS系统的连接分别使用硬接线方式和网络通信连接方式，保证验证效果的同时，节约了验证所需的资源。

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是本发明一实施例中核反应堆DCS的验证方法流程图；

图2是本发明一实施例中验证装置的原理图；

图3是图1中的步骤S1的工作原理示意图；

图4是图1中的步骤S2的工作原理示意图；

图5是图1中的步骤S3的工作原理示意图；

图6是图1中的步骤S4的工作原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，图1示出了依据本发明一实施例的核反应堆DCS20的验证方法流程图，验证装置10采用该验证方法对核反应堆DCS20进行验证。结合图2所示，验证装置10包括仿真系统11和仿真服务器12，仿真系统11、仿真服务器12用于对核反应堆DCS20进行验证；待验证的核反应堆DCS20包括实体DCS的所有Level1层21控制站机柜，实体DCS的所有Level1层21控制站机柜包括实体DCS的第一组Level1层控制站机柜211，应当知晓，该验证方法所涉及的设备包括但不限于上述列出的各项，例如，核反应堆DCS20还包括操作员站和工程师站，其他各项此处不再一一赘述，本领域的普通技术人员可根据实际情况设置，而只要包括上述列出各项的验证方法均在本发明的保护范围之内。具体地，核反应堆DCS20包括Level1层21和Level2层22,其中，Level1层21指自动控制和保护层，包括各控制站机柜；Level2层22指操作和信息管理层，包括服务器、操作站等。

本实施例中的验证方法包括设计输入验证、软件设计验证、典型硬件性能验证、整体验证四个大步骤。

其中，在步骤S1的设计输入验证中，结合图3所示，利用仿真系统11中的控制模型112模拟核反应堆DCS20的Level1层21和Level2层22中的各个设备；并利用仿真系统11的工艺过程模型111模拟工艺过程设备；将工艺过程模型111与控制模型112相连，以对设计输入进行验证。具体地，设计输入验证包括对逻辑图、模拟图等进行验证。

在步骤S2的软件设计验证中，结合图4所示，利用仿真服务器12模拟核反应堆DCS20的Level1层21；利用仿真系统11的工艺过程模型111模拟工艺过程设备；通过网络通信连接方式将仿真服务器12与实体的核反应堆DCS20的Level2层22相连；通过网络通信连接方式将仿真服务器12与仿真系统11相连，以对核反应堆DCS20的Level1层21和Level2层22的软件功能进行验证。具体地，对DCS的Level1层21软件功能(控制运算)和Level2层22软件功能(通信接口、报警、显示和操作等)进行验证。

在步骤S3的典型硬件性能验证中，结合图5所示，在实体的核反应堆DCS20的Level1层21中选取第一组Level1层控制站机柜211，第一组Level1层控制站机柜211包括具有功能代表性机柜、具有设备类型代表性机柜和具有应用配置代表性机柜；利用仿真服务器12模拟实体的核反应堆DCS20的Level1层21中除第一组Level1层控制站机柜211外的所有控制站机柜212；利用仿真系统11模拟工艺过程设备；通过硬接线连接方式将仿真系统11与第一组Level1层控制站机柜211连接；通过网络通信连接方式将仿真服务器12与实体的核反应堆DCS20的Level2层22相连；通过网络通信连接方式将仿真服务器12与仿真系统11相连，以对核反应堆DCS20的典型硬件性能和软件功能进行验证。优选地，工艺过程模型111通过硬接线与第一组Level1层控制站机柜211连接，并对第一组Level1层控制站机柜211进行典型硬件性能验证；典型硬件性能验证包括硬接线相关的性能验证。

其中，第一组Level1层控制站机柜211所包括的具有功能代表性机柜中，包括逻辑处理及开环/闭环控制等，设备类型代表性机柜包括各类IO模块，应用配置代表性机柜包括网络负荷、CPU负荷的代表性等。

具体地，可在核反应堆DCS20的验证方法中直接实施步骤S3，也可以在验证方法的设计输入验证和软件验证结束后再实施步骤S3，通常在厂内测试阶段实施步骤S3。在该步骤中，对待测的核反应堆DCS20中的所有Level1层21控制站机柜进行筛选，将具有功能代表性(包括逻辑处理、开环/闭环控制)、设备类型代表性(包括各类IO模块，即包括通过硬接线方式连接的各类信号)和应用配置代表性(网络负荷、CPU负荷的代表性)的最少部分Level1层21控制站机柜作为实体DCS的第一组Level1层控制站机柜211。

利用仿真服务器12模拟实体DCS的Level1层21中除所述第一组Level1层控制站机柜211外的控制站机柜212；利用仿真系统11模拟工艺过程设备；通过硬接线连接方式将所述仿真系统11与所述第一组Level1层控制站机柜211的IO模块连接；通过网络通信连接方式将仿真服务器12与实体DCS的Level2层22相连；通过网络通信连接方式将仿真服务器12与仿真系统11相连。

在一些优选实施例中，对实体DCS的Level2层22和第一组Level1层控制站机柜211进行性能验证测试，该性能验证测试至少包括所有与通过硬接线方式连接的各类信号相关的性能测试，包括设备冗余测试、信息存储测试、系统分辨率测试、时间相关性能测试、抗干扰性能测试、设备热插拔测试、雪崩测试、以及故障诊断测试中的至少一个。

在一些实施例中，在步骤S3中，验证装置10包括DCS仿真服务器121；DCS仿真服务器121通过网络通信连接仿真系统11；DCS仿真服务器121通过网络通信连接实体DCS的Level2层22；DCS仿真服务器121模拟实体DCS的Level1层21中除第一组Level1层控制站机柜211外的控制站机柜212。

在步骤S4的整体验证中，结合图6所示，利用仿真系统11的工艺过程模型111模拟工艺过程设备；通过网络通信连接方式，将仿真系统11与实体的核反应堆DCS20的所有Level1层21的控制站机柜相连接；设置仿真系统11的工艺过程模型111模拟实际机组的各种工况，以验证核反应堆DCS20在对应工况下的所有逻辑功能及系统性能指标。

参见图6，图6示出了步骤S4中的核反应堆DCS20的验证方法图，此时实体DCS的所有Level1层21控制站机柜的通信模块与仿真系统11通信连接，从而对实体DCS的Level2层22和Level1层21整体进行性能验证测试。例如，可在出厂验收阶段实施步骤S4；若是核反应堆DCS20为海上核反应堆DCS20，则可在出厂验收及陆上联调阶段实施步骤S4。可通过仿真系统11对实体DCS的所有Level1层21控制站机柜的逻辑功能进行性能验证测试。当然，仿真系统11可以包括工艺过程模型111。

在步骤S3中，基于功能代表性(包括逻辑处理、开环/闭环控制)、设备类型代表性(包括各类IO模块，即包括通过硬接线方式连接的各类信号)和应用配置代表性(网络负荷、CPU负荷的代表性)对实体DCS的所有Level1层21控制站机柜进行筛选，且对Level2层22和第一组Level1层控制站机柜211的性能验证测试至少包括所有与通过硬接线方式连接的各类信号相关的性能测试，这样在实体DCS的所有Level1层21控制站机柜中仅有第一组Level1层控制站机柜211需要采用硬接线连接仿真系统11，节省了仿真系统11硬件资源，也减少了接线和拆线操作，由此节省了测试时间并简化了测试程序，使得人力、物力和时间成本得到有效控制。与此同时，与通过硬接线方式连接的各类信号相关的性能验证测试也有效完成，即LEVEL1层21中IO模块验证已经完成。在步骤S4中，因与通过硬接线方式连接的各类信号相关的性能验证测试已经完成，则可以全部使用通信连接来进行MPU模块和通信模块的验证，从而确保核反应堆DCS20验证范围的完整性。可以理解地，在步骤S3中，对实体的核反应堆DCS20的第一组Level1层控制站机柜211的软件功能进行验证；在步骤S4中，对实体的核反应堆DCS20的Level1层21和Level2层22整体的逻辑功能进行验证。

综上，在本发明的验证方法的步骤S3和步骤S4中，不再简单的采用单一硬接线连接或单一通信连接，而是对实体DCS的所有Level1层21控制站机柜进行筛选，对实体DCS的具有功能代表性(包括逻辑处理、开环/闭环控制)、设备类型代表性(包括各类IO模块，即包括通过硬接线方式连接的各类信号)和应用配置代表性(网络负荷、CPU负荷的代表性)的Level1层21控制站机柜(即第一组Level1层控制站机柜211)首先通过硬接线连接进行至少包括所有与通过硬接线方式连接的各类信号相关的性能验证，剩余的性能验证中则不再需要硬接线连接，而采用通信连接即可实施。硬接线连接和通信连接的有效结合可以在节省人力、物力和时间的基础上，确保全范围验证测试的完成，例如不仅可以对MPU模块和通信模块进行性能验证，还同时完成了IO模块的性能验证。本验证方法对海上核反应堆尤为重要，其可以节省大量海上现场的工作时间和工作量，有效降低了操作风险。

本发明另一些实施例中还提供一种核反应堆DCS的验证装置10，结合图1-6所示，本实施例中的验证装置10与上述验证方法中的一致，此处不做赘述。

本发明另一些实施例中还提供一种核反应堆DCS的验证系统，结合图1-6所示，本实施例中的验证系统采用前述实施例中核反应堆DCS的验证方法对核反应堆DCS20进行验证。优选地，验证系统包括前述实施例中核反应堆DCS的验证装置10。本实施例中的验证方法、验证装置10与前述验证方法中实施例的一致，此处不做赘述。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种核反应堆DCS的验证方法，验证装置(10)采用所述验证方法对所述核反应堆DCS(20)进行验证，所述验证装置(10)包括仿真系统(11)和仿真服务器(12)；其特征在于，所述验证方法包括设计输入验证、软件设计验证、典型硬件性能验证、整体验证步骤：

S1、设计输入验证

利用所述仿真系统(11)中的控制模型(112)模拟所述核反应堆DCS(20)的Level1层(21)和Level2层(22)中的设备；并利用所述仿真系统(11)的工艺过程模型(111)模拟工艺过程设备；将所述工艺过程模型(111)与所述控制模型(112)相连，以对设计输入进行验证；

S2、软件设计验证

利用所述仿真服务器(12)模拟所述核反应堆DCS(20)的所述Level1层(21)；利用所述仿真系统(11)的所述工艺过程模型(111)模拟所述工艺过程设备；通过网络通信连接方式将所述仿真服务器(12)与实体的所述核反应堆DCS(20)的所述Level2层(22)相连；通过网络通信连接方式将所述仿真服务器(12)与所述仿真系统(11)相连，以对所述核反应堆DCS(20)的所述Level1层(21)和所述Level2层(22)的软件功能进行验证；

S3、典型硬件性能验证

在实体的所述核反应堆DCS(20)的所述Level1层(21)中选取第一组Level1层控制站机柜(211)，所述第一组Level1层控制站机柜(211)包括具有功能代表性机柜、具有设备类型代表性机柜和具有应用配置代表性机柜；利用所述仿真服务器(12)模拟实体的所述核反应堆DCS(20)的所述Level1层(21)中除所述第一组Level1层控制站机柜(211)外的所有控制站机柜(212)；利用所述仿真系统(11)模拟所述工艺过程设备；通过硬接线连接方式将所述仿真系统(11)与所述第一组Level1层控制站机柜(211)连接；通过网络通信连接方式将所述仿真服务器(12)与实体的所述核反应堆DCS(20)的所述Level2层(22)相连；通过网络通信连接方式将所述仿真服务器(12)与所述仿真系统(11)相连，以对所述核反应堆DCS(20)的典型硬件性能和软件功能进行验证；

S4、整体验证

利用所述仿真系统(11)的所述工艺过程模型(111)模拟所述工艺过程设备；通过网络通信连接方式，将所述仿真系统(11)与实体的所述核反应堆DCS(20)的所有所述Level1层(21)的控制站机柜相连接；设置所述仿真系统(11)的所述工艺过程模型(111)模拟实际机组的各种工况，以验证所述核反应堆DCS(20)在对应工况下的所有逻辑功能及系统性能指标。

2.根据权利要求1所述的核反应堆DCS的验证方法，其特征在于，所述仿真系统(11)包括所述工艺过程模型(111)；在步骤S3中，所述工艺过程模型(111)通过硬接线与所述第一组Level1层控制站机柜(211)连接，并对所述第一组Level1层控制站机柜(211)进行所述典型硬件性能验证；所述典型硬件性能验证包括所述硬接线相关的性能验证。

3.根据权利要求1所述的核反应堆DCS的验证方法，其特征在于，在步骤S3中，所述典型硬件性能验证包括设备冗余测试、信息存储测试、系统分辨率测试、时间相关性能测试、抗干扰性能测试、设备热插拔测试、雪崩测试、以及故障诊断测试中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的核反应堆DCS的验证方法，其特征在于，在步骤S3中，所述验证装置(10)包括DCS仿真服务器(121)；所述DCS仿真服务器(121)通过网络通信连接所述仿真系统(11)；所述DCS仿真服务器(121)通过网络通信连接所述实体DCS的Level2层(22)；所述DCS仿真服务器(121)模拟所述实体DCS的Level1层(21)中除所述第一组Level1层控制站机柜(211)外的控制站机柜(212)。

5.根据权利要求1所述的核反应堆DCS的验证方法，其特征在于，在步骤S3中，对实体的所述核反应堆DCS(20)的所述第一组Level1层控制站机柜(211)的软件功能进行验证；在步骤S4中，对实体的所述核反应堆DCS(20)的Level1层(21)和Level2层(22)整体的逻辑功能进行验证。

6.根据权利要求1所述的核反应堆DCS的验证方法，其特征在于，在厂内测试阶段实施步骤S3；在出厂验收阶段实施步骤S4。

7.根据权利要求1所述的核反应堆DCS的验证方法，其特征在于，所述核反应堆DCS(20)涵盖了海上核反应堆DCS；在出厂验收及陆上联调阶段实施步骤S4。

8.一种核反应堆DCS的验证装置，其特征在于，所述验证装置(10)采用权利要求1-7任一项所述核反应堆DCS的验证方法对所述核反应堆DCS(20)进行验证。

9.一种核反应堆DCS的验证系统，其特征在于，所述验证系统采用权利要求1-7任一项所述核反应堆DCS的验证方法对所述核反应堆DCS(20)进行验证。

10.根据权利要求9所述的验证系统，其特征在于，所述验证系统包括权利要求8所述核反应堆DCS的验证装置。