一、引言
　　
　　核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)（DigitalControlSystem，DCS）作為核電機組的關鍵組成設備，是直接影響核電站安全、穩(wěn)定運行的關鍵性成套設備之一，堪稱核電站運行的“神經(jīng)中樞”。核電站機組的安全、經(jīng)濟運行在很大程度上取決于DCS系統(tǒng)的性能水平。因此DCS系統(tǒng)在集成后需要通過各種測試活動進行驗證，以確定系統(tǒng)的安全性。
　　
　　安全專設功能是DCS安全級保護系統(tǒng)（RPS）的重要組成部分，用于控制安全設施動作。測試的目的為驗證安全專設功能設計是否按照設計輸入完成安全級系統(tǒng)保護功能。
　　
　　傳統(tǒng)的測試方法為將各種觸發(fā)安全專設事件的工藝參數(shù)手動輸入DCS反應堆保護系統(tǒng)，即RPC系統(tǒng)（RPC，ReactorProtectionCabinet），監(jiān)視專設功能的執(zhí)行機構，即SLC系統(tǒng)（SLC，SafetyLogicCabinet）是否輸出相應的專設信號，是否完成對設備的相應的邏輯控制。
　　
　　此種測試方法在整個測試流程中有大量人工參與的環(huán)節(jié)，需要多人配合完成，使用測試工具，手動在多臺RPC機柜上注入信號，邏輯執(zhí)行后，由測試人員親自到多臺SLC機柜查看輸出結果，并以手工方式檢測設備邏輯的正確性。由于工藝的復雜性，需要大量、分散地輸入輸出信號，使得目前的測試效率低、消耗人力多，并且人工參與環(huán)節(jié)存在人為錯誤的風險。
　　
　　為了解決目前測試方法在安全級專設功能測試中的不足，本文提出了一種基于網(wǎng)絡的自動化測試系統(tǒng)。該網(wǎng)絡化測試系統(tǒng)采用NI公司的PXI控制硬件平臺結合NI的圖形化編程軟件LabVIEW開發(fā)構建。該系統(tǒng)可實現(xiàn)多個待測控制柜中所有信號點的工況自動輸入，通過網(wǎng)絡形成閉環(huán)測試（在閉環(huán)內(nèi)可以*自動運行，無需人工參與），更直觀、便捷的顯示測試過程，并自動生成測試報告。
　　
　　由于采用網(wǎng)絡化思想，擴展性好，與其它測試系統(tǒng)相結合，可以提高測試的集成化程度。下面以詳細介紹網(wǎng)絡化測試系統(tǒng)的設計及在DCS安全級專設功能測試中的應用。
　　
　　二、網(wǎng)絡測試系統(tǒng)設計
　　
　　2.1測試系統(tǒng)總體設計
　　
　　安全級專設功能測試使用黑盒測試方法。向保護系統(tǒng)輸入模擬現(xiàn)場工況的測試信號，保護系統(tǒng)內(nèi)部經(jīng)過邏輯運算觸發(fā)安全保護專設功能，引起多設備安全保護動作，通過采集設備動作指令和模擬發(fā)送設備反饋信號，監(jiān)視系統(tǒng)輸出是否達到預期結果。為了實現(xiàn)專設功能測試，需要測試系統(tǒng)完成以上大量、分散的測試信號的采集和發(fā)送，測試工況的自動化執(zhí)行，現(xiàn)場設備狀態(tài)的自動反饋模擬。
　　
　　該測試系統(tǒng)由5臺測試裝置和一部交換機組成，一臺測試裝置通過硬接線與RPC機柜相連，模擬現(xiàn)場傳感器發(fā)送信號，簡稱RPC測試裝置，作為客戶端；4臺測試裝置通過硬接線與A/B列專設SLC系統(tǒng)相連，模擬現(xiàn)場設備，簡稱SLC測試裝置，作為服務器。5臺測試裝置通過交換機相連，構成獨立的星型網(wǎng)絡結構。
　　
　　RPC測試裝置向RPC機柜發(fā)送電信號，經(jīng)過RPC機柜處理后成為網(wǎng)絡信號進入安全級DCS系統(tǒng)總線，經(jīng)網(wǎng)絡傳輸后到達SLC控制柜，經(jīng)過邏輯運算后通過I/O模塊向現(xiàn)場設備發(fā)出DO信號，zui終被SLC測試裝置采集。SLC測試裝置模擬設備邏輯動作，將設備動作反饋回SLC控制柜，并通過網(wǎng)絡將測試輸出傳送到RPC測試裝置，zui終通過對比預期結果，自動得出測試結論，至此形成一個*閉環(huán)的測試回路。整個系統(tǒng)結構如圖1所示。　　
　　2.2通訊模塊設計
　　
　　網(wǎng)絡化測試系統(tǒng)的關鍵部分為通訊模塊，經(jīng)過多種方案的對比，zui終采用基于TCP協(xié)議的C/S（客戶端/服務器）通信模式。通訊模塊分為兩部分：服務器提供測試數(shù)據(jù)；客戶端采集數(shù)據(jù)。測試時需要提供四臺SLC測試裝置的計算機名和分配的網(wǎng)絡端口號。數(shù)據(jù)傳輸過程如下：首先由客戶端向服務器發(fā)送連接請求，服務器偵聽到請求后回復并在的端口建立連接，然后開始傳輸，數(shù)據(jù)傳輸完成后關閉連接，傳輸過程結束。
　　
　　為保證網(wǎng)絡測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，防止因網(wǎng)絡故障造成連接中斷導致測試數(shù)據(jù)丟失，在客戶端中增加一個不斷循環(huán)的隊列，按隊列中的“服務器名稱/端口號”對，依次訪問每臺服務器。而在服務器端中增加一個循環(huán)不斷監(jiān)聽連接，在每次數(shù)據(jù)交換完畢斷開連接之后，返回監(jiān)聽狀態(tài)，等待下一次連接。為進一步提高整個系統(tǒng)的可靠性，建立一套對傳輸錯誤的響應機制。在以下三種情況下，軟件會中斷傳輸并報警：（1）TCP校驗和有誤（2）報文長度有誤（3）響應超時。
　　
　　為了提高大量測試數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，采用將開關量進行編碼，壓縮字符串長度的方法。LabVIEW的TCP網(wǎng)絡傳輸模塊傳遞的數(shù)據(jù)類型為字符串類型，如果把開關量直接轉(zhuǎn)為字符串會使字符串長度過大，增加傳輸時間，無法達到測試網(wǎng)絡響應時間的要求，所以采用將開關量直接轉(zhuǎn)為十進制數(shù)的方法：每32路開關量定義為一個布爾型數(shù)組，再由二進制數(shù)轉(zhuǎn)為十進制數(shù)。同等信息量的十進制數(shù)只有十位，轉(zhuǎn)為字符串后，其長度不到二進制數(shù)轉(zhuǎn)字符串的三分之一，大大提高了傳輸效率。在客戶端用同樣的規(guī)則譯碼，編碼一譯碼的流程如圖2所示。　　
　　2.3數(shù)據(jù)庫設計
　　
　　安全級專設功能測試對于響應速度的要求很高，這就對網(wǎng)絡傳輸效率提出了很高的要求。網(wǎng)絡傳輸?shù)男畔c名和點值，一個點名所占的空間大約是點值的30倍，而且點名在測試中不會隨時發(fā)生變化，因此取消實時傳輸點名，點名信息由數(shù)據(jù)庫提供。
　　
　　本文使用基于ADO技術的LabVIEW數(shù)據(jù)庫訪問包LabSQL作為接口程序，SQLServer數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)源建立數(shù)據(jù)庫，如圖3所示。首先在SQLServer中建立一個工作表，該工作表包括點名、測試裝置硬件通道號、測試裝置號、裝置內(nèi)序號，然后在LabVIEW通訊程序中加入LabSQL函數(shù)以訪問這個工作表。每臺測試裝置都擁有一個*的測試裝置號。　　
　　數(shù)據(jù)庫的應用：在SLC測試裝置端，依據(jù)工作表提供的“裝置內(nèi)序號一測試裝置硬件通道號”的對應關系，將每個通道的當前值取出，按序號進行排序后打包發(fā)送到RPC測試裝置。RPC測試裝置端，RPC測試裝置會根據(jù)數(shù)據(jù)庫中“點名一測試裝置號一裝置內(nèi)序號”檢索出對應的點，顯示點名和點值。
　　
　　2.4測試軟件設計
　　
　　測試軟件采用NI公司的LABVIEW語言開發(fā)實現(xiàn)。軟件設計上致力于構建一個開放式通用測試平臺，實現(xiàn)現(xiàn)場設備的模擬、測試信號的自動發(fā)送和采集以及不同測試裝置之間的信息交互。
　　
　　RPC測試裝置軟件功能包括以下兩部分，人機界面如圖4所示：　　
　?。?）作為整個測試系統(tǒng)的主控軟件，實現(xiàn)測試配置，測試操作、測試監(jiān)視等；
　　
　?。?）模擬場傳感器發(fā)送測試信號和接受SLC測試裝置傳輸來的網(wǎng)絡信號。
　　
　　針對于測試輸入輸出點、工況的配置，測試腳本設計“手動模式”、“自動模式”兩種，手動模式手動選擇測試點，自動模式直接導入測試用例的發(fā)送的點和真值表。測試軟件右側(cè)顯示RPC視叮試裝置向RPC機柜發(fā)送信號，同時監(jiān)視通過網(wǎng)絡傳送來的SLC測試裝置的設備指令、反饋信號。
　　
　　SLC測試軟件的主要功能是仿真現(xiàn)場設備。具體為接收DCS系統(tǒng)發(fā)送的控制信號后，根據(jù)現(xiàn)場設備控制邏輯關系得出正確的反饋信號，回傳給DCS系統(tǒng)，從而模擬真實設備的指令響應情況。SLC測試軟件界面如圖5所示。
　　　　整個測試系統(tǒng)的測試流程為：RPC測試裝置向DCS系統(tǒng)發(fā)出對現(xiàn)場環(huán)境虛擬的傳感器信號，DCS系統(tǒng)經(jīng)過邏輯運算，發(fā)出對現(xiàn)場設備的控制指令。SLC測試裝置接收DCS指令，模擬真實設備的指令響應情況，并顯示在人機界面上。測試人員可以在一個客戶端上就了解整個DCS系統(tǒng)和相關現(xiàn)場設備在當前工況下的狀態(tài)。測試系統(tǒng)信號傳輸圖如圖6所示。　　
　　三、網(wǎng)絡測試系統(tǒng)應用
　　
　　3.1測試步驟
　　
　　本章以反應堆冷卻劑系統(tǒng)的安全專設功能測試為例介紹網(wǎng)絡化測試系統(tǒng)在安全級專設功能測試中的應用。首先，將RPC測試裝置通過硬接線與RPC系統(tǒng)連接，然后，打開RPC測試裝置軟件界面，設置服務器名稱和端口號，選擇測試模式為自動測試模式，配置測試點、測試工況。測試輸入信號包括：核電站一回路中三個反應堆冷卻環(huán)路主泵轉(zhuǎn)速、P7（核功率信號大于10％Pn或汽機負荷大于10％）信號，如表3-1測試記錄表格，測試輸入信號部分：
　　
　　SLC測試裝置接收到安全級保護系統(tǒng)經(jīng)過邏輯運算后的輸出設備指令，通過腳本模擬以下設備安全保護動作：反應堆冷卻環(huán)路系統(tǒng)中的三個主泵設備RCPOO1PO、RCP002PO、RCP003PO，輔助給水系統(tǒng)中四個閥門設備ASG137VV、ASG237VV、ASG138VV、ASG238VV，輔助給水系統(tǒng)中兩個閥門設備ASG013VD、ASG015VD，將設備反饋給安全級保護系統(tǒng)，同時將設備反饋信號通過網(wǎng)絡傳輸給RPC測試裝置，進行測試結果判斷，如表1測試記錄表格，預期結果部分。
　　
　　3.2測試結果驗證
　　
　　設備RCPOO1PO，RCPO02PO，RCP003PO是指核電站一回路中的三個冷卻回路中的三個冷卻主泵，為核電站一回路冷卻系統(tǒng)提供冷卻水源；設備ASG013VD、ASG015VD、ASG017VD、ASG137VV、ASG237VV、ASG138VV、ASG238VV是輔助給水系統(tǒng)環(huán)路中四個閥門，只有這些閥門打開，其輔助給水系統(tǒng)才能啟動，當主回路系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時，才能向蒸汽發(fā)生器二次側(cè)供水，使一回路保持一個冷源，排除堆芯剩余的功率，進而保證核電系統(tǒng)正常運行。設備閥門ASG013VD、ASG015VD是蒸汽發(fā)生器的排污系統(tǒng)的控制閥門，只有將其閥門打開其系統(tǒng)對蒸汽發(fā)生器進行排污，對蒸汽發(fā)生器進行清洗，當觸發(fā)上述專設功能時，要關閉排污系統(tǒng)，保證蒸汽發(fā)生器中的有足夠的水量。
　　
　　根據(jù)以上工藝要求設計測試工況的真值表，如表1測試記錄表格，輸入真值表和輸出預期結果部分。通過腳本實現(xiàn)將實際測試信號與預期結果比較自動得出測試結果，如表1測試記錄表格中“Result”部分。
　　
　　四、總結
　　
　　文章介紹了在LabVIEW編程環(huán)境下的一個網(wǎng)絡化測試系統(tǒng)，其實現(xiàn)了CPR1000核電站大范圍大量不同類型信號的發(fā)送與采集，數(shù)據(jù)實時采集、存儲與傳輸，現(xiàn)場設備仿真等功能，能夠滿足核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)對安全專設功能的測試需要。該方法的創(chuàng)新點主要有：
　　
　?。?）針對CPR1000堆型安全級系統(tǒng)功能測試的特點，實現(xiàn)了模擬現(xiàn)場設備反饋，實時大規(guī)模信號注入和信號采集，各系統(tǒng)測試協(xié)同的功能。
　　
　?。?）該測試系統(tǒng)的網(wǎng)絡具有開放性，安裝了文中介紹的通訊軟件的工控機都可以接入網(wǎng)絡，根據(jù)實際測試的需要增加、刪除或變更網(wǎng)絡中的節(jié)點，使得系統(tǒng)具有可裁剪性，能滿足不同的測試需求。
　　
　?。?）基于LabVIEW的虛擬儀器技術，系統(tǒng)在功能上具有良好的可拓展性。本文根據(jù)專設功能測試的需求開發(fā)了相關測試應用軟件——工況模擬和設備仿真。同樣，根據(jù)不同的測試需求，可以開發(fā)各種應用程序，包括仿真、示波、數(shù)據(jù)處理、圖形編輯、存儲打印等，從而充分利用整個網(wǎng)絡化測試系統(tǒng)的軟硬件資源。