CN111444056A - 一种核电站安全级dcs系统的模拟测试系统及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核电站数字化仪控系统调试技术领域，具体涉及一种核电站安全级DCS系统的模拟测试系统及测试方法，包括：人机接口界面、输入模拟模块、输出模拟模块、模拟运行环境数据库模块和若干个逻辑处理器，所述模拟运行环境数据库模块的输入端与人机接口界面之间连接有输入模拟模块，模拟运行环境数据库模块的输出端与人机接口界面之间连接有输出模拟模块；模拟运行环境数据库模块还与若干个逻辑处理器相连接；本发明实现了在核电站调试时建立安全级DCS系统动态工况的模拟测试，本发明方法不需要引入任何硬件设施，降低了现场人力和物资成本，提高了调试效率。

Description

一种核电站安全级DCS系统的模拟测试系统及测试方法
技术领域
本发明属于核电站数字化仪控系统调试技术领域，具体涉及一种核电站安全级DCS系统的模拟测试系统及测试方法。
背景技术
核电站安全级数字化仪控系统作为反应堆保护的核心神经系统，负责自动执行控制反应性、保证堆芯冷却、防止放射性物质外泄等安全功能，是预防核安全事故的核心系统。
数字化仪控系统(也称DCS系统)是集计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物，核电站安全级DCS系统通常设置4个冗余通道，各个通道既实体隔离又通过安全级网络进行信号交换。安全级DCS系统接收核电站现场安全重要仪表的测量信号，比如反应堆物理参数、放射性监测参数、一回路压力等，各个冗余通道分别对这些信号进行逻辑处理和表决，产生控制命令送到现场执行安全功能的执行机构，比如应急柴油机、安全壳喷淋泵、蒸汽发生器隔离阀等。
核电站调试期间，针对安全级DCS系统及其所实现的保护功能，传统的测试方法是通过信号模拟装置或信号发生器等方式在安全级DCS系统中输入模拟事故工况的触发信号，安全级DCS系统内部经过逻辑运算，触发需要验证的执行机构动作，通过采集执行机构的动作指令和设备反馈信号，检验是否满足验收准则的要求，其试验难度主要包括：
1)安全级DCS系统逻辑复杂，保护功能触发涉及设备多，需要长时间的准备试验，一旦试验不成功或者动作不完整，需要将所有设备重新复位再次进行试验；
2)核电站调试期间机组状态处于动态变化中，试验项目交叉进行，试验过程中如果导致非预期保护信号触发，存在设备损坏甚至人员伤害的风险。
针对以上问题，需要设计一种核电站安全级DCS系统的模拟测试系统及测试方法。核电站安全级DCS系统的模拟测试系统是指通过设置人机接口和模拟运行环境数据库，建立与安全级DCS系统中所有逻辑处理器(CPU)的链接，从而实现对DCS系统中的输入/输出信号模拟和读取。该系统在核电站安全系统实际调试工作中，可根据不同的测试项目开发测试场景脚本，来构建安全系统的测试工况和场景；摈弃原有技术中对现场各设备仪表的测量信号单独硬件连接模拟测试的方法，用以提高测试条件准备的安全性和工作效率。
发明内容
本发明专利的目的是设计一种核电站安全级DCS系统的模拟测试系统及测试方法，用于解决现有技术中解决核电站调试期间安全级DCS系统无法建立动态运行工况，并且无法按照调试要求模拟工艺条件配合工艺测试的技术问题。
本发明的技术方案：
一种核电站安全级DCS系统的模拟测试系统，包括：人机接口界面、输入模拟模块、输出模拟模块、模拟运行环境数据库模块和若干个逻辑处理器，所述模拟运行环境数据库模块的输入端与人机接口界面之间连接有输入模拟模块，模拟运行环境数据库模块的输出端与人机接口界面之间连接有输出模拟模块；模拟运行环境数据库模块还与若干个逻辑处理器相连接；
所述模拟运行环境数据库模块内还设置有模拟运行控制模块和逻辑功能模块；所述模拟运行控制模块用于启动/停止模拟运行环境数据库模块的模拟测试，从输入模拟模块调取数据，以及将数据发送给输出模拟模块；逻辑功能模块模拟安全级DCS系统的逻辑功能。
所述输入模拟模块内还包括：模拟量信号输入模块AI和开关量信号输入模块DI；所述输出模拟模块内还包括：模拟量信号输出模块AO以及开关量信号输出模块DO。
一种如上所述的核电站安全级DCS系统的模拟测试系统的测试方法，包括如下步骤：
步骤一：在人机接口界面输入命令行，通过人机接口的命令，启动模拟运行环境，读取接收到模拟测试工况数字信号；
步骤二：将人机接口界面中输入的模拟测试工况数字信号传输到模拟运行环境数据库模块中；
步骤三：通过预先编制的测试场景脚本将对应的模拟量信号输入模块AI和开关量信号输入模块DI的数字信号在线模拟成事故状态下的数值；
步骤四：通过预先编制的测试检查脚本将模拟量信号输出模块AO和开关量信号输出模块DO的输入信号读出，检查逻辑功能模块内的逻辑处理和表决结果是否正确；
步骤五：撤销测试场景模拟；
步骤六：再次模拟测试场景。
步骤一还包括：通过预先编制的输出闭锁脚本将安全级DCS系统所有模拟量信号输出模块AO以及开关量信号输出模块DO的输出在线模拟成没有保护功能触发的状态。
所述步骤二还包括：在模拟运行环境数据库模块中通过预先编制的工况输入脚本将安全级DCS系统中模拟量信号输入模块AI和开关量信号输入模块DI的数字信号在线模拟成与机组100％实际工况一致的数值。
所述步骤四还包括：若逻辑功能模块内的逻辑处理和表决结果正确，则表示核电站安全级DCS系统内部功能验证完成，可进行步骤五配合工艺联调，进行全厂范围内的安全功能测试；若逻辑功能模块内的逻辑处理和表决结果不正确，需要检查模拟测试系统内的逻辑设置，以及DCS系统内部的信号传输是否正确，消除缺陷后重新进行测试；
所述步骤五，撤销测试场景模拟还包括：撤销步骤三中预先编制的测试场景脚本，此时安全级DCS系统内为100％工况运行，并解除所有模拟量信号输出模块AO以及开关量信号输出模块DO的输出闭锁。
所述步骤六，再次模拟测试场景还包括：重复步骤三，开关量信号输出模块DO将步骤三模拟的测试场景对应的保护动作命令直接输出至就地执行核电站保护功能的执行机构，检查就地设备动作响应是否在正确；如果检查结果正确，表示模拟测试成功；如果检查结果不正确，需要检查就地设备是否有缺陷，以及DCS系统与就地设备之间的信号传输是否正确，消除缺陷后重新进行测试。
本发明的有益效果：
通过利用数字化仪控系统的软件特性，通过开发不同工况的运行脚本，使得这些仿真模型脚本可以模拟机组各种运行环境，最终实现在核电站调试时建立安全级DCS系统动态工况的模拟测试，本发明方法不需要引入任何硬件设施，降低了现场人力和物资成本，提高了调试效率。
本发明还具有以下应用效果：
1)不需要引入任何硬件设施，降低了现场人力和物资成本，提高了调试效率；
2)本发明设计的模拟测试方法进行工况模拟测试时，可在现场工艺条件不具备的情况下提前进行安全功能相关的测试，缩短调试工期；
3)本发明设计的模拟测试方法可以在任何调试阶段进行，没有使用窗口限制；
4)本发明设计的模拟测试方法可在调试期间预防保护功能误触发，增加调试工作一次成功率；
5)本发明设计的模拟测试方法可以模拟某些特定事故，用于进行后续技改分析和论证，还可灵活应用于调试期间的各项工作中。
此外，本发明大大降低了核电站安全级DCS系统的模拟测试准备时间；此方法在某核电站3、4号机组的实际调试工作中得到了应用和验证，有效控制了安全系统功能验证过程中的误触发风险。该方法首次在WWER型号的核电机组上得到运用，试验过程中所有ESFAS综合试验无一误触发，缩短调试主线工期2个月，具有极高的实用价值。对比同类电站的调试测试，在试验参与人员更少的情况下，降低了测试试验风险，并且大幅缩短了试验工期，为该电站3、4号机组的提前商运做出了重要贡献。
附图说明
图1：为本发明所述的核电站安全级DCS系统的模拟测试系统中信号转换流程图；
图2：为本发明所述的核电站安全级DCS模拟测试系统的测试方法原理图图3：为本发明实施例中机组100％功率运行工况下核电站安全级DCS系统模拟测试方法的测试流程框图。
具体实施方式
如图1至3所示，一种核电站安全级DCS系统的模拟测试系统，包括：人机接口界面、输入模拟模块、输出模拟模块、模拟运行环境数据库模块和若干个参与保护功能逻辑计算的逻辑处理器CPU，所述模拟运行环境数据库模块的输入端与人机接口界面之间连接有输入模拟模块，模拟运行环境数据库模块的输出端与人机接口界面之间连接有输出模拟模块；模拟运行环境数据库模块与若干个逻辑处理器相连接；
所述模拟运行环境数据库模块内设置有模拟运行控制模块和逻辑功能模块；所述模拟运行控制模块用于启动/停止模拟运行环境数据库模块的模拟测试，从输入模拟模块调取数据，以及将数据发送给输出模拟模块；逻辑功能模块模拟安全级DCS系统的所有逻辑功能，建立模拟测试系统与实际安全级DCS系统CPU的对应关系，配合模拟运行控制模块实现对安全级DCS系统CPU的赋值和读取功能。
所述输入模拟模块内还包括：模拟量信号输入模块AI和开关量信号输入模块DI；所述输出模拟模块内还包括：模拟量信号输出模块AO以及开关量信号输出模块DO。
一种如上所述的核电站安全级DCS系统的模拟测试系统的测试方法，包括如下步骤：
步骤一：在人机接口界面输入命令行，通过人机接口的命令，启动模拟运行环境，读取接收到模拟测试工况数字信号；
步骤二：将人机接口界面中输入的模拟测试工况数字信号传输到模拟运行环境数据库模块中；
步骤三：通过预先编制的测试场景脚本将对应的模拟量信号输入模块AI和开关量信号输入模块DI的数字信号在线模拟成事故状态下的数值；
步骤四：通过预先编制的测试检查脚本将模拟量信号输出模块AO和开关量信号输出模块DO的输入信号读出，检查逻辑功能模块内的逻辑处理和表决结果是否正确；
步骤五：撤销测试场景模拟；
步骤六：再次模拟测试场景。
步骤一还包括：通过预先编制的输出闭锁脚本将安全级DCS系统所有模拟量信号输出模块AO以及开关量信号输出模块DO的输出在线模拟成没有保护功能触发的状态。
所述步骤二还包括：在模拟运行环境数据库模块中通过预先编制的工况输入脚本将安全级DCS系统中模拟量信号输入模块AI和开关量信号输入模块DI的数字信号在线模拟成与机组100％实际工况一致的数值。
所述步骤四还包括：若逻辑功能模块内的逻辑处理和表决结果正确，则表示核电站安全级DCS系统内部功能验证完成，可进行步骤五配合工艺联调，进行全厂范围内的安全功能测试；若逻辑功能模块内的逻辑处理和表决结果不正确，需要检查模拟测试系统内的逻辑设置，以及DCS系统内部的信号传输是否正确，消除缺陷后重新进行测试；
所述步骤五，撤销测试场景模拟还包括：撤销步骤三中预先编制的测试场景脚本，此时安全级DCS系统内为100％工况运行，并解除所有模拟量信号输出模块AO以及开关量信号输出模块DO的输出闭锁。
所述步骤六，再次模拟测试场景还包括：重复步骤三，开关量信号输出模块DO将步骤三模拟的测试场景对应的保护动作命令直接输出至就地执行核电站保护功能的执行机构，检查就地设备动作响应是否在正确；如果检查结果正确，表示模拟测试成功；如果检查结果不正确，需要检查就地设备是否有缺陷，以及DCS系统与就地设备之间的信号传输是否正确，消除缺陷后重新进行测试。

Claims (8)

1.一种核电站安全级DCS系统的模拟测试系统，其特征在于，包括：人机接口界面、输入模拟模块、输出模拟模块、模拟运行环境数据库模块和若干个逻辑处理器，所述模拟运行环境数据库模块的输入端与人机接口界面之间连接有输入模拟模块，模拟运行环境数据库模块的输出端与人机接口界面之间连接有输出模拟模块；模拟运行环境数据库模块还与若干个逻辑处理器相连接；
所述模拟运行环境数据库模块内还设置有模拟运行控制模块和逻辑功能模块；所述模拟运行控制模块用于启动/停止模拟运行环境数据库模块的模拟测试，从输入模拟模块调取数据，以及将数据发送给输出模拟模块；逻辑功能模块模拟安全级DCS系统的逻辑功能。
2.如权利要求1所述的一种核电站安全级DCS系统的模拟测试系统，其特征在于：所述输入模拟模块内还包括：模拟量信号输入模块AI和开关量信号输入模块DI；所述输出模拟模块内还包括：模拟量信号输出模块AO以及开关量信号输出模块DO。
3.一种如权利要求2所述的核电站安全级DCS系统的模拟测试系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：在人机接口界面输入命令行，通过人机接口的命令，启动模拟运行环境，读取接收到模拟测试工况数字信号；
步骤二：将人机接口界面中输入的模拟测试工况数字信号传输到模拟运行环境数据库模块中；
步骤三：通过预先编制的测试场景脚本将对应的模拟量信号输入模块AI和开关量信号输入模块DI的数字信号在线模拟成事故状态下的数值；
步骤四：通过预先编制的测试检查脚本将模拟量信号输出模块AO和开关量信号输出模块DO的输入信号读出，检查逻辑功能模块内的逻辑处理和表决结果是否正确；
步骤五：撤销测试场景模拟；
步骤六：再次模拟测试场景。
4.如权利要求2所述的一种核电站安全级DCS系统的模拟测试方法，其特征在于：步骤一还包括：通过预先编制的输出闭锁脚本将安全级DCS系统所有模拟量信号输出模块AO以及开关量信号输出模块DO的输出在线模拟成没有保护功能触发的状态。
5.如权利要求3所述的一种核电站安全级DCS系统的模拟测试方法的测量方法，其特征在于：所述步骤二还包括：在模拟运行环境数据库模块中通过预先编制的工况输入脚本将安全级DCS系统中模拟量信号输入模块AI和开关量信号输入模块DI的数字信号在线模拟成与机组100％实际工况一致的数值。
6.如权利要求4所述的一种核电站安全级DCS系统的模拟测试方法的测量方法，其特征在于：所述步骤四还包括：若逻辑功能模块内的逻辑处理和表决结果正确，则表示核电站安全级DCS系统内部功能验证完成，可进行步骤五配合工艺联调，进行全厂范围内的安全功能测试；若逻辑功能模块内的逻辑处理和表决结果不正确，需要检查模拟测试系统内的逻辑设置，以及DCS系统内部的信号传输是否正确，消除缺陷后重新进行测试。
7.如权利要求5所述的一种核电站安全级DCS系统的模拟测试方法的测量方法，其特征在于：所述步骤五，撤销测试场景模拟还包括：撤销步骤三中预先编制的测试场景脚本，此时安全级DCS系统内为100％工况运行，并解除所有模拟量信号输出模块AO以及开关量信号输出模块DO的输出闭锁。
8.如权利要求6所述的一种核电站安全级DCS系统的模拟测试方法的测量方法，其特征在于：所述步骤六，再次模拟测试场景还包括：重复步骤三，开关量信号输出模块DO将步骤三模拟的测试场景对应的保护动作命令直接输出至就地执行核电站保护功能的执行机构，检查就地设备动作响应是否在正确；如果检查结果正确，表示模拟测试成功；如果检查结果不正确，需要检查就地设备是否有缺陷，以及DCS系统与就地设备之间的信号传输是否正确，消除缺陷后重新进行测试。
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