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AP1000离散控制信息系统软件测试方法研究

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三门核电 AP1000核 电机组离散控制信息系统Distribute Control and Information System (DCIS),是基于 OVATION平台设计的,分为电厂控制系统 PlantControl System (PLS) 和数 据 显 示 处 理 系统 DataDisplay and Proces System (DDS)。OVATION系统广泛应用于国内火电,但在国内核电机组中尚属首次应用,如何对 OVATION软件进行测试以满足核电厂的高标准高质量的要求,在国内尚没有形成系统的测试方法。AP1000仪控系统的设计方在完成软件设计开发后,通过其科学合理的软件测试 的方法 验证软件的功能符合用户要求。本文根据设计阶段 DCIS系统软件工厂测试过程,介绍核电站 DCIS系统软件的测试方法,分析这类软件测试方法的特点。

1 结构和特点三门核电AP1000机组的DCIS系统软件按照功能可分为核岛安全接 口 (SIF)、核蒸汽供应系统(NSSS)、NI工艺系统、汽轮机控制保护系统 (TCPS)收稿 日期 :2013-01-17第-作者简介:马艳巍,1985年生,男,河北枣强人 ,2008年毕业于浙江大学 自动化专业,助理工程师。

和 CI&BOP工艺系统共 5个软件包 。核岛安全接 口(SIF)与核蒸汽供应系统 (NSSS)这两部分采用标准AP1000的软件设计,不需要进行适应性修改oI NI工艺系统采用非标准的AP1000的软件设计,在标准的APIO00设计的基础上进行适应性修改0汽轮机控制保护系统 (TCPS)和 C!&BOP工艺系统软件由三菱和华东院设计 ,软件设计方通过业主的提资 ,将 TCPS和 CI&BOP软件转化为适用于 OVATION平台的逻辑0OVATION的逻辑软件设计采用了标准拈化的思路,将逻辑软件中结构和功能相似的逻辑使用标准的逻辑拈进行替代和分解,将无法使用标准拈替代 的部分转化为非标准模 块 CNbn-Standardj Logic,NsL)。标准逻辑拈按照类别可划分为拈组:报警拈组 (ALR)、画面显示拈组 (DSO)、设备控制拈组 (CCL)、变量输入拈组 (VLA)、 指令执行拈组 (ELC)。单-类型的拈组 内可包含多个模块.,例如设备控制拈组 (CCL)按照设备接口可分为 电磁阎控制拈 (CCL-SOV)、电动阀控制拈(CCL-MOV)、气动阀控制拈 (CCL-AOV)、电机控制拈 (ccL-MTR)等。 i ,OVATION的逻辑软件设计中还大量应用了宏模块lJ 分为标准的 ovATION宏拈和非标准 AP1000项目专用的宏拈 有些宏拈内部逻辑较为简单r,· 47 ·2013年第3期 纷潦占 钍 2013年3月如速率限制拈 (RLIM)、无扰切换拈 (BUMP)、延时滤波拈 (LMAV)等。有些拈内部逻辑非常复杂,如开关型电动阀拈 (MOV-FULL STROKE)、调节型电动阀拈 (MOV-PARTIAL STROKE)、得电开电磁阀拈 (SOV-ENERGIZE TO OPEN)等。

2 软件分层测试OVATION软件测试的对象主要是逻辑图 (ControlBuilder Sheets)、画面 (Graphic Sheets)、配置参数和数据库。常规的测试方法-般为通过软件与硬件平台如网络 、控制器 、I/O卡件等集成进行功能性测试 ,以验证软件是否满足设计要求。对于较大的软件包 ,没有必要-开始就进行集成化的测试 ,尤其较低层次、较小范围的功能验证,可以通过使用其它的平台来替代。AP1000采用了可控测试环境 (ControledTest Environment,CTE)用于软件测试。CTE是建立在 OVATION平台的基础之上,结合已开发完成的软件逻辑,通过建立各类单体设备动作和工艺系统回路参数响应模型,实现对核电厂工艺系统和设备状态响应的模拟,最终为用户提供-个易于执行软件测试的环境。

APIO00的 DCIS系统软件测试分级建立在软件逻辑设计拈化的基础上,可分为四个阶段:宏拈测试 LEVEL1、设备级软件测试 LEVEL2、系统级软件测试 LEVEL3、软件集成测试 LEVEL4。

2.1 宏拈测试 LEVEL1这-阶段的测试对象是宏拈。标准的宏拈功能已在 OVATION软件开发阶段验证,AP1000项 目专用的非标准的宏拈需要在此验证。由于宏拈不涉及闭环控制,故测试前无需建模 ,只需在 CTE平台上建立空白的逻辑图,将宏拈添加到逻辑图内并下装,通过点强制改变宏拈的输人,验证其输出是否满足功能设计要求。宏拈测试对象是独立的、互不关联的逻辑块,主要 目的是验证其正确性和可用性,以减少后续测试的工作量。

2.2 设备级软件测试 LEVEL2这-阶段的测试对象是设备级的逻辑图和画面。

设备级软件测试的对象是独立的逻辑和画面,设备与设备之间的关联-般通过强制信号隔断,测试的主要目的是验 证其是 否满足设 计规范 的要 求 。由于APIO00软件标准拈化的设计方法 ,逻辑软件可以按照设备进行划分。每个设备所对应的逻辑可包括但不限于:工艺变量输入环节、中间控制环节、执行环节。根据设计规范对设备的控制功能要求,例如手动控制、自动控制 、就地切换、闭锁 、点动 、紧急控制、跳闸等,结合画面,对设备的每个控制功能进行模拟验证。由于设备级逻辑涉及闭环控制,需要根据· 48 ·设备的类别、参数和所在的工艺回路并结合经验计算公式进行建模 ,通过 OVATION软件逻辑和算法生成模型,以用于软件测试。在设备级软件测试通过后,软件基本符合设计规范的要求,可用于后续的系统级测试 。

2-3 系统级软件测试 LEVEL3这-阶段的测试对象是系统级的逻辑。根据设计规格书对于系统的功能要求,测试这些功能要求在软件逻辑中能否实现。由于系统级逻辑涉及工艺回路的调节控制,需要根据工艺系统的各项参数指标进行建模,模拟各类工况和响应。系统级软件测试主要针对系统级逻辑的整体性能,包括对于阶跃信号、斜坡信号等的响应和调节能力,和对于系统当前状态的正确显示和报警功能。在系统级软件测试通过后 ,各类控制参数、定值得到验证,软件设计基本固化,为后续的整体集成测试提供支持。

2.4 软件集成测试 LEVEL4这-阶段的测试对象是整体的 DCIS系统,与以上测试不同的是在 LEVEL4使用了 OVATION硬件与CTE软件测试平台集成的方式,测试的是软硬件整体的性能。LEVEL4主要针对系统级的软硬件整体性能以及系统与系统之间的接口。另外 ,控制站的 I/O容量裕度、平均工作负荷、网络带宽裕度等性能指标也会在这-阶段进行验证。在 LEVEL4软件集成测试通过后,软件最终固化并可用,整体的DCIS系统 (包括软硬件)工厂试验完成。

3 测试步骤由于软件测试步骤与对象类型、测试等级、测试平台等密切相关,软件测试步骤的多样性注定了无法使用同-标准来判别测试方法的优劣。下面以高压加热器(以下简称高加)正常输水阀的控制逻辑软件测试[21(设备级软件测试 LEVEL2)为例,介绍软件测试的基本步骤。

3.1 软件测试建模高加正常疏水阀测试需要建立高加正常疏水阀(对数型阀门)开度与高加流量、高加流量与液位之间关系的模型,其传递函数为:: 苦), (1) d( 见~)- /式 (1)为对数型阀门流量特性的经验公式, 为阀门实际开度, -为阀门最大开度,F为实际流量 ,为最小流量, 为最大流量。

丁dh(Q -Q。), (2) 1 J 、Tu,式 (2)为阀门流量与高加液位之间的关系,h为高加液位,t为时间,Q 为高加进水流量,Q。为阀门出水2013年第3期 马艳巍,等:AP1000离散控制信息系统软件测试方法研究 2013年3月流量,A为常数。

根 据 以 上 公 式 并 结 合 OVATION 算 法CALCBLOCK函数功能拈可在 CTE平台上编辑逻辑图,输入为高加正常疏水阀开度 ,输 出为高加液位值,并下装至 CTE平台。从而实现了对高加疏水阀液位控制工艺的建模。

3.2 硬件点检查硬件点是软件逻辑与硬件 I/O通道的接口,按信号功能可分为输入、输出,按信号类别可分为4 mA~20 mA,1 V~5 V,RTD,TC,DI/DO等。不同的信号功能和信号类型,硬件点检查的方法也不-样。以高加液位信号点为例,类型为4 mA-20 mA模拟量输入,通过 CTE平台的点信息查询工具,检查硬件地址配置信息、点量程、工程单位等信息与点配置清单和设计规范书是否相符。

33 操作界面检查操作界面是软件逻辑与用户的接口。操作界面检查主要验证设计规范的 MMI功能要求在软件逻辑中能否得以实现,确保操作功能不被删除、更改。例如设计规范对于高加液位输水阀的 MMI功能要求,包括手 自动切换、设定值输入、手动输入。

相对应的,软件逻辑图画面中的操作界面也必须具备上述的功能要求,通过 CTE画面工具检查弹出窗口的自动切换按钮、手动切换按钮、定值设置上下箭头和手动控制上下箭头是否可用。

3.4 标准逻辑拈验证高加正常液位疏水阀控制逻辑由标准逻辑拈组成,包括变量中选拈 VLA-MDS、气动阀控制拈CCL-AOV,其中气动阀控制拈CCL-AOV的执行部分使用了宏拈。标准逻辑拈可使用标准的测试程序进行验证 ,软件逻辑中的宏拈已经在 LEVEL1阶段测试中验证,此处无需再测试,上述措施简化了测试步骤。测试可分为手动控制模式、自动控制模式两部分。手动控制模式在验证时结合 CTE平台的 MMI画面与逻辑图,检查手动操作功能、手动切换、阀位反馈 ,确保阀门手动控制模式满足设计要求。自动控制控制在验证时结合 CTE平台的MMI画面与逻辑图,检查阀门开度在液位设定值阶跃变化输入后的响应和调节能力,能否满足工艺的需求,以及能否实现手自动无扰切换。例如:通过手动增加液位设定值引入阶跃信号,由于阀门为正作用,在 PID的调解下阀门开度减小 ,最终趋于稳定;反之阀门开度增加。通过阀门弹出框手动按钮将阀门由自动切为手动控制,阀门开度和现场过程量没有变化,则能够实现无扰切换。

3.5 非标准逻辑验证假设高加正常液位疏水阀控制逻辑是由非标准的逻辑块组成,且没有分阶段的进行测试,则测试应分为手动控制模式、自动控制模式、执行功能三部分。

手动控制模式还应包括手动输入高低限值 、状态反馈 、历史记录的检查。自动模式还应包括中值选择、定值上下限值、液位高低报警、状态反愧历史记录的检查。执行功能包括阀门手 自动优先级、紧急开 、紧急关、就地切换 、挂牌、状态反愧跳闸、故障报警等项的检查。与标准逻辑验证相比,非标准逻辑验证的过程明显更为复杂且工作量增加。

4 特点介绍核电厂控制系统软件测试是-项周期长、工作量大、过程复杂的工作。由于核电厂工艺和电气系统设计与软件逻辑设计密切相关 ,软件逻辑设计往往相对滞后 ,而软件测试工作在软件逻辑设计完成后进行 ,所以软件测试的进度-般滞后于现场工程进展,并很有可能占据工程进展主线。另-方面,软件测试是验证核电厂逻辑功能可用性、可靠性的关键点。倘若软件测试不系统,不全面,导致部分的功能没有测试验证,或者测试的结果不准确,会造成后续仪控系统调试困难重重,并有可能间接影响机组商运节点。

AP1000的 DCIS软件逻辑大量应用了宏拈,而需要进行测试的宏拈却仅有几十种,且逻辑标准模块化的设计,使得设备级测试可使用标准程序进行验证 ,上述措施简化 了测试工作 ,缩短了测试周期。

AP1000的DCIS软件测试的四个阶段测试对象分别是宏拈、设备级逻辑、系统级逻辑、整体软硬件集成及系统间接 口。从结构上,软件测试的四个阶段由低到高,分层严谨,阶段与阶段之间是重迭的,环环相扣;从范围上,软件测试涵盖了宏拈 、标准逻辑模块、非标准的逻辑、硬件点、画面、软硬件集成等方面,体现了软件测试的完整性和测试结果的可信度。

在软件测试过程中,软件的查错和纠错的过程往往会 占用大量的时间和人力。由于 AP1000的 DCIS软件测试分层次分阶段,若在某-阶段发生错误 ,查错的范围则仅限于本阶段测试对象。AP1000的 DCIS软件大量应用了宏拈并采用了标准逻辑拈的设计思路,若在宏拈测试 LEVEL1或设备级软件测试LEVEL2阶段发生错误,且查明为宏拈或标准逻辑拈的问题 ,则仅需要针对相应拈的逻辑进行修改,而不需要修改整体的软件逻辑。以上的特点减少了软件查错和纠错的工作量。

5 结语AP1000的 DCIS软件采用了分层次分阶段的测试方法 ,减少了软件测试的工作量,缩短了测试周期 ,系统、全面的实现了软件逻辑的功能验证 ,确保了软件的可靠性及其与功能设计要求的-致性,能够满足· 49·2013年第3期 缸漾与 钍 2013年3月核电厂高标准高质量的要求。AP1000的 DCIS软件狈0试方法的先进性毋庸置疑,值得国内核电同行引用和借鉴。

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