核電站安全級數字化儀控平臺板卡測試數據處理

韓寅馳　唐國永

摘? 要：核電站安全級數字化儀控平臺關系到核電站安全、可靠和穩定的運行。伴隨著技術的突飛猛進的發展和核電站對于應用產品的嚴格要求，安全級數字化儀控平臺的測試變得尤為重要，并產生了大量的測試數據。在大數據悄然到來的時代，對測試數據進行處理變成一項極具價值的工作。

關鍵詞：安全級數字化儀控;測試;數據處理

中圖分類號：TM623.8? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）02-0059-02

Abstract：Safety related digital instrument and control platform of nuclear power plant，which is important to nuclear power plant，need test for nuclear power plants reliability and stability. With the rapid development of technology and the strict requirements of nuclear power plant for application products，the test of safety level digital instrument and control platform has become particularly important，and has produced a large number of test data. In the era of big data coming quietly，the processing of test data has become a very valuable work.

Keywords：safety related digital instrument and control;test;data processing

0? 引? 言

核電站安全級數字化儀控平臺主要用于搭建核電站反應堆保護系統。核電站反應堆保護系統是核電站最為重要的儀控系統，是保證核電站安全經濟運行的關鍵設備之一。

隨著自動化技術、電子信息技術的飛速發展，核電站安全級儀控系統由傳統的模擬儀控系統轉向數字化儀控系統。近年來，數字化儀控系統從以中央處理器（CPU）為基礎的儀控系統，逐漸出現了基于現場可編程門陣列（FPGA）技術的儀控系統。FPGA技術是國際原子能機構（IAEA）和美國核管理委員會（NRC）推薦的儀控系統解決技術。FPGA技術和數字化儀控系統的核心技術——集成電路技術使電子線路板卡（板卡）成為數字化儀控系統的核心部件。板卡測試因此成為核電站安全級數字化儀控平臺研發、生產中的重要工序。

1? 板卡測試數據處理

測試是產品驗證與確認的方法之一，通常運用在產品設計、制造和集成階段，它的主要目的是用來確認產品是否滿足需求。在核電站安全級數字化儀控平臺的設計和制造中，我們使用測試方法鑒別電子線路板卡功能、性能的好壞。

1.1? 測試的必要性

測試是驗證核電站安全級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。隨著核電站儀控系統的升級換代，安全級數字化儀控平臺技術含量高、性能高，產品的成本和價值比較高昂。如果在集成階段，或者是運行階段發現產品性能和質量問題，那將導致巨大的損失。因此，提早、全面地對安全級數字化儀控平臺進行測試是十分有益的。

1.2? 測試篩選不合格品

安全級數字化儀控平臺板卡在進入廠房前需要進行進貨檢驗，包括檢查、測試。測試是按照預定的測試規程對板卡的功能和性能進行逐項測試，得到測試數據后，將測試數據與測試準則進行對比，判斷被測板卡該測試項是否通過。測試數據在測試準則要求的范圍內，該項測試的測試結果即為通過。當一塊板卡的所有測試項都通過的時候，這一塊板卡為合格品，可以進入下一道工序。在這一過程中產生的數據有了最初級的處理——與測試準則的對比。當對千千萬萬的板卡進行測試，就產生了大量的測試數據。

對未能通過測試的板卡，可以分析該板卡的測試數據，找到錯誤的原因。錯誤的原因大致可以分為兩類，一類是過失錯誤，測試操作失誤等，如果識別為過失錯誤，可以請求重測;另一類是技術錯誤，可能是設計錯誤、生產錯誤，甚至是測試裝置或儀器的錯誤。

1.3? 產品數據統計分析

在大量的產品測試后，產生的海量數據可以用于數據統計分析，特別是一些通過定量測試得到的測試數據。

1.3.1? 平均數/中位數

平均數是所有樣本數據求和除以樣本數據個數。平均數是最廣泛應用的數理統計值，能夠表示樣本的總體趨勢，但是也容易受到極端數值的影響。

中位數是一組樣本數據中，中間位置的數。如果樣本為奇數個，則中位數是中間位置的數;如果樣本為偶數個，則中位數是中間兩個數的平均數，中位數就能避免受到極端數值的影響。

平均數和中位數是最基本的數據處理分析方法，用在分析合格產品中，測試結果平均數或者中位數是否偏向于測試準則的上限或者下限。進一步可以檢查產品設計、測試裝置設計、測試方法、環境等因素是否有問題。

1.3.2? 方差/標準差

方差是樣本中各數據與樣本平均數的差的平方和的平均數。

標準差是方差的算數平方根。

方差和標準差都是衡量一組樣本數據離散程度的量度。當數據分布比較分散，各個數據與平均值的差距較大，方差和標準差較大;當數據分布比較集中，各個數據與平均值的差距較小，方差和標準差較小。

方差和標準差較大時，樣本數據離散程度大，說明穩定性較差。需要從產品穩定性方面進一步分析。

1.3.2? 正態分布檢驗

若隨機變量X服從一個數學期望為μ、方差為σ2的正態分布，記為N（μ，σ2）。其概率密度函數為正態分布的期望值μ決定了其位置，其標準差σ決定了分布的幅度。

判斷一組數據是否滿足正態分布，可以使用假設檢驗，當p>0.05時，認為這組數據滿足正態分布。

測試結果在測試上下限中離散分布，沒有呈現正態分布狀態。可能是因為樣本數量不夠。如果樣本數量充足，則極有可能是測試方法有問題或者是產品性能不穩定。

1.4? 標定

對板卡測試數據的分析除了可以用于篩選出不良品，幫助查找設計和制造過程中的問題，還可以提高產品質量。產品標定采用了這種方法使得產品通道精度有更高的提升。

1.4.1? 標定、檢定和校準的基本概念和區別

（1）標定，通過測量標準器的偏差補償儀器系統誤差，從而改善儀器或者系統準確度（精度）的操作。標定一般用于較高精度的儀器。

（2）檢定，依據國家計量檢定規程，通過實驗確定計量器具示值的活動。檢定范圍是我國計量法明確規定的強制檢定的計量器具。

（3）校準，依據相關校準規范，通過實驗室確定計量器具示值的活動。通常采用與精度較高的標準器比對測量得到被計量器具的修正值。校準主要用于非強制檢定的計量器具。

此外，標定是測量時，對設備的精度進行復核，并及時對誤差進行消除的動態過程。檢定和校準是按周期進行的靜態計量過程。所以我們提升產品性能，將補償值寫入產品，并使得產品自動校正測量值的過程被納入標定的范疇。

1.4.2? 標定方法

產品采集通道在設計了標定功能后可以進行這種數據處理，由于采集功能是核電站安全級數字化儀控平臺最主要的功能之一，因此，標定在板卡測試中占有很大的比重。

標定數據處理前首先進行測試，得到大量通道采集數據。對每一個通道設定5到7個測量點，這些測量點的值為目標值。每一個測量點上進行大量測試，得到測量值。接著剔除離群點——數據異常點。如果采集的數據樣本足夠充足，可以按照6σ標準進行剔除。當樣本數量不足和質量要求不是特別嚴格時，可以按照4σ或3σ標準進行剔除。

因為產品通道所有的測試點和目標值都是線性關系，用滿足一組一元線性等式約束方程的最小二乘法解來消除測量的隨機誤差。最小二乘法是用測量數據（yj）與它對應的目標值（xi）的計算值（yi）偏差平方最小來求得解。解的值即為我們需要的校正值（k為增益因子，b為偏移因子）。

可以設yi=kxi+b

其中k，b為任意實數。

校正值輸入產品通道中儲存，通道在下一次采集過程中會自動加載校正值。加載校正值的產品通道擁有更高的采集精度。

2? 結? 論

在核電站安全級數字化儀控平臺板卡測試中，將測試數據同測試準則進行對比，可用來篩選不良產品，在產品檢驗時把好第一道關。當有大量的測試數據時，可以挖掘測試數據信息，分析產品特性，為產品設計提供有價值的特性反饋。對于采集通道的數據，可以做進一步的分析，找出一種適合產品的標定方法，提升產品性能，增加產品競爭力。這些核電站安全級數字化儀控平臺板卡測試數據處理的方法，供研發、工程測試技術人員工作時參考借鑒。

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作者簡介：韓寅馳（1986-），男，漢族，重慶人，工程師，主管研究員，畢業于重慶大學通信工程專業，本科，研究方向：產品驗證與確認。