核電站儀控系統的測試系統

韓寅馳，梅 燕（國核自儀系統工程有限公司，上海，200241）

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核電站儀控系統的測試系統

韓寅馳，梅 燕
（國核自儀系統工程有限公司，上海，200241）

摘要：核電站儀表控制系統是核電站的神經系統，它直接關系到核電站安全、可靠和穩定的運行，需對核電儀控系統進行測試。在開發核電站儀控系統的時候，需要設計相應的測試系統來驗證和確認儀控系統。

關鍵詞：儀控系統；電子測量技術

0 引言

核電站儀表控制系統（簡稱：核電站儀控系統）有著核電站中樞神經的美譽，是保證核電站安全經濟運行的關鍵技術裝備之一。實現核電站儀控系統自主化是實現我國大型先進壓水堆核電站重大技術裝備國產化和自主化目標的關鍵一步。

核電站儀控系統的驗證，調試，測試和壽期檢測中都需要使用到測試系統。隨著核電站儀控系統的數字化和測試技術的突飛猛進，核電站儀控測試系統也從傳統儀器轉向虛擬儀器，從傳統測量轉向電子測量。

1 核電站儀控測試系統

1.1 核電站儀控系統測試分類

測試是驗證核電站儀控系統的基本方法之一。通過測試，可以知道產品的性能，功能和魯棒性。

根據核電站儀控系統的集成流程，核電站儀控系統測試分為單元測試，子系統測試，系統測試。單元測試就是各種部件測試，儀控系統是一個功能完整的系統，必定由各種功能的部件組成。對這些部件的功能、性能進行測試，可以使得集成更加高效，運行更加穩定。子系統測試，可以是某些部件的組合測試，也可以是有一個或幾個功能的小系統測試。系統測試是將經過測試的子系統組成一個完整系統進行測試，用來檢驗系統是否確實能夠完成全部的功能、性能。

1.2 核電站儀控測試系統

1.2.1 核電站儀控測試系統發展

完成核電站儀控系統的測試需要工具，這些工具包括測量儀器，測試裝置和測試系統。在功能單一，測試項目少的測試過程中，比如某些部件的測試，使用獨立的測量儀器、儀表就能很好的完成任務。可是隨著核電站儀控系統測試要求越來越嚴格，要求測試的功能越來越多和性能越來越高，僅僅用單個的測試儀器已經不能滿足要求，搭建測試系統才是測量技術的發展方向。

測試系統經歷了由傳統儀器到虛擬儀器發展的過程。傳統儀器有精度高，穩定性好等特點，但是傳統儀器在設計上無法滿足較多信號同時測量的要求。當被測試信號比較多時，傳統儀器測試系統體積太大，接口接線復雜，組裝不方便，移動不靈活的特點就更加明顯。

而目前虛擬儀器技術發展迅速，在測試領域扮演越來越重的角色。測量虛擬儀器技術就是利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。虛擬儀器技術的出現使我們構建測試系統變得更加快速，更加簡捷。但是，要設計出一個可以滿足實際應用的測試系統，必須要從系統的角度出發，來規劃一個測試系統。綜合考慮被測信號種類與形式、測試速度、精度、總線形式、工作環境及干擾抑制、設計周期與成本多種因素，統籌設計各個環節，最終實現測試系統的功能。

總的來說，不管是傳統儀器還是虛擬儀器各有優點和不足。需要根據不同的應用場合和環境來選擇合適的方案，甚至有時候需要配合使用。

1.2.2 核電站儀控測試系統功能組成

核電站儀控測試系統同普通測試系統一樣，包括信號激勵和數據處理。

信號激勵既是向UUT（Unit Under Test，被測對象）模擬真實信號。這些信號激勵往往模擬電廠中使用到的實際信號。對于測試系統來說，可以根據核電站儀控系統的需求選擇合適的模擬輸出卡件，繼電器卡和電源來加以實現。

數據處理就是將被測儀控系統的輸出和/或輸入信號進行采集、分析、整理、計算、編輯等處理方式。通過數據處理，比較測試準則，判斷出被測儀控設備是否達到功能和性能要求。

1.2.3 一種核電站儀控測試系統

核電站儀控系統的測試任務復雜、測試精度高，使用手動測試，則測試效率低、容易測試出錯、人為干擾因素大等，所以有必要開發專用的自動測試系統。下面介紹一種核電站儀控測試系統。由于該項目的儀控系統測試點數眾多，有幾百個測試信號，一些信號還有不同參數，所以測試系統須使用虛擬儀器技術進行搭建。

對于集成化的核電站儀控測試系統，信號激勵可以集成在一個主機箱里。主要的部件由主機，信號電源，工作電源等重要設備組成。

主機是整個測試系統的核心，其包含了用于運行軟件的主控制器，用于產生各類模擬和開關信號的板卡，用于信號資源復用及通道切換的繼電器卡等。

模擬量輸出卡用于向UUT提供模擬量激勵信號；數字輸入/輸出卡則向UUT提供數字激勵信號。數字萬用表卡完成對直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流以及電阻等的測量，示波器卡用來觀察波形。

繼電器卡提供繼電器矩陣，將UUT的測試點引入測試儀器，或者將激勵信號引到UUT，或者給UUT提供電源等。其在整套測試系統中起到十分重要的協調、分配作用。

在主機中使用PXI總線技術將控制器和各種板卡聯系起來。PXI總線是從PCI總線基礎上發展而來標準總線結構，是PCI總線在儀器領域規范的擴展，具有集成方便、傳輸能力較強的優點。

信號電源。提供給被測設備的交、直流信號電源，配合主機中的繼電器開關可以給被測物提供信號。

工作電源設備。測試系統工作電源設備包括UPS電源和電源分配單元。UPS電源用于對整個測試系統提供不間斷的電源供給，防止在外部市電失去時，丟失正在測試的數據以及可能的對本身或者被測設備的損壞。電源分配單元將外部市電分配給主機和各個信號電源。

對于數據采集、數據處理和結果顯示可以采用數據記錄儀、萬用表和示波器等。本套測試系統使用數據記錄儀采集數據。

為了激勵信號和采集信號的順利傳輸，本測試系統還設計了接口分配單元。

接口分配單元連接在主機箱上，提供被測設備的測試安裝接口。接口適配器接收來自主機箱的信號，傳遞給被測設備；同時將被測設備的輸入信號和被測設備的反饋信號，傳輸給數據記錄儀作符合性判斷。

接口適配器具有如下的組織部件：

連接器接口。用于和主機箱中各個設備的對接接口。

被測設備接口。提供給被測設備的信號傳遞接口。

接口適配器箱。用于提供給以上設備的物理容器。

以上這些硬件設備再加上基于Labview開發的軟件組成了一套完整的核電站儀控測試系統。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是目前實現虛擬儀器軟件設計最流行的工具之一，是由美國國家儀器公司（National Instruments，NI）的軟件產品，它使用圖形化的編程語言，采用數據流的編程方式，通過圖形化的編程環境，編程者可以像搭積木一樣“搭建”所見即所得的程序界面。

1.3 核電站測試系統校準

為了使得核電站儀控測試系統保證精度，在測試系統使用之前和經過使用了一段時間之后需要進行校準。校準就是運用一些調整方法使得系統的輸入、輸出在量程范圍內能夠更加的接近于真實值。

通常情況每隔半年或者一年應該對核電站儀控測試系統進行校準，利用外部的高精度儀器對測試系統的各個通道進行校準，使得測試系統在校準周期里達到規定的性能。這樣的校準通常是由有資質的第三方機構來執行。

測試系統的校準方法是將測試系統的輸入、輸出與標準源進行比較，計算出校準因數放在非易失性存儲器里。標準源的精度至少需要高出測試系統4倍以上。

測試系統的校準可以分為兩類：手動校準、自動校準。手動校準復雜，耗時多。自動校準可以在校準軟件的控制下，自動完成校準因數的計算和存儲。如果測試裝置能夠設計為自動校準，可以提高測試設備的工作可利用率。

1.4 核電站儀控測試系統的驗證與確認

應對核電站儀控系統的高可靠性要求，核電站儀控測試系統同樣需要驗證與確認。

根據一些標準和法規的要求，核電站儀控測試系統的驗證和確認可以有如下幾種方法：

2 結束語

文章在實際工作經驗的基礎上，總結了在構建核電儀控測試系統時虛擬儀器與傳統儀器的選取原則，介紹了一種測試系統的主要結構，總結了測試裝置驗證與確認和校準的方法，供工程技術人員工作時參考借鑒。

參考文獻

豈興明， 周建興， 矯津毅. LabVIEW 8.2中文版入門與典型實例［M］.北京：人民郵電出版社，2008.

Test system of instrument control system in nuclear power plant

Han Yinchi，Mei Yan
（China Nuclear Automatic System Engineering Co. Ltd， Shanghai， 200241）

Abstract：Instrument and control system of nuclear power plant，which is the key system in nuclear power plant，need test for nuclear power plants’ reliability and stability.So test system is required to verify and validate the instrument and control system.

Keywords：instrument control system；electronic measurement technology