自动化测试技术在核电DCS测试中的创新应用
连茁
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连茁,. 自动化测试技术在核电DCS测试中的创新应用[J]. 核工业与技术,2022.12. DOI:10.12721/ccn.2022.157097.
摘要: DCS系统是核电站的“神经中枢”,其产品的品质对核电站的安全、稳定、可靠有着重要的作用。在DCS系统中,对产品进行严格的出厂检验,是保证 DCS设备品质的关键。在测试过程中,大量的手工操作可能会导致人为失误,从而影响到最终的产品质量。在自动化检测系统的基础上,可以实现检测的自动化、规范化、减少手工作业、规范工作人员的行为,并能有效地降低人为问题对检测质量的影响,对改善我国核电设备的性能具有一定的借鉴意义。
关键词: 自动化测试技术;核电DCS测试;创新应用
DOI:10.12721/ccn.2022.157097
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引言

利用计算机自动检测技术取代人工操作,最大程度地减少了人工操作、阅读和写作等操作,从而有效地降低了人工问题对检测的影响,从而提高了检测的质量。自动化测试系统是一种由计算机、仪器、通信网络构成的大型自动化测试系统。同时,标准化是实现自动化发展的前提,也是实现企业品质的根本保证。在自动化试验体系的基础上,对试验的前置条件、实施过程、数据记录等进行了规范,便于员工严格按照标准流程进行试验,增强员工的工作习惯。自动化试验技术的发展对提高检测工作的规范化具有重要意义。

一、自动化测试系统

(一)DCS系统测试基本模型

随着华龙1号反应堆的建成,新一代核电机组的 DCS规模迅速扩大,数字控制系统的大规模使用。在DCS系统中,可以使用几十万个以上的测试用例。如采用常规的仪器进行手工检测,不仅效率低下,而且由于人为因素造成的误差,不能达到高品质的核 DCS检测[1]

DCS的试验流程可以归纳为下列几个标准的检验流程。首先,向被测物体发送一个测试动机。测试的动机一般分为电子信号、网络数据和手工操作。其次,从被测物体中获得的测试反馈,一般包括电信号,网络数据和音像感受。其三,对被测的目标进行实时监测,如电压,电流, CPU使用率,内存使用率,系统日志等。

在此基础上,电子信号的产生与获取是基于虚拟仪器技术的。网络资料可以利用电脑通讯技术传送及接收。人工操作和声像感知可以通过电子信号的形式进行获取和产生,或者通过机器人、机器视觉、语音识别等技术来完成。

(二)自动化测试系统架构及功能

在此基础上,利用虚拟仪器实现了测试任务的自动提交、反馈恢复、测试过程的自动监测。

第一,I/O模块:完成与测试系统之间的通信。

第二,通信模块:完成与测试系统之间的网络数据交互。

第三,测试数据服务:存储测试数据,管理和配置测试系统.

第四,测试员终端:测试人员与测试人员进行人机对话。

第五,电站工艺模型:电厂过程模拟是在模拟环境下,通过计算机进行的。

第六,人机接口模块:机械手完成按键、触控等机械动作;照相机和话筒可以收集显示灯颜色、仪器数据、声音等。

该自动化试验系统能够模拟、采集电气信号、网络数据、监测试验进程、自动记录试验结果。在测试过程中,利用计算机技术、通讯技术、信号采集技术等技术,对测试刺激的发布、测试反馈的收集、测试环境的监测,降低了人工作业的劳动强度。

在自动测试系统中,充分考虑到了可扩充性。在我国电厂 DCS的现代化改造中,通过将电站的流程仿真器接入到自动化试验系统中,使控制和受控的闭环运行,从而使核电在 DCS上得以实施。另外,该自动检测系统还能与机械臂、摄像头、麦克风等装置相连接,实现对人工操作的仿真,并能辨别声音的感官。

二、人工测试方法存在的问题

首先,测试周期长、通用性差。在对某一安全等级 A的 DCS应用程序进行检测时,所需人员大约10人,投入大约5100张,工程工期为2个月,占用了20%的测试周期40%的人力资源。对工程应用软件的逻辑进行后续的检测,目前的测试方法耗时较长,且效率较低[2]

其次,系统的自动化水平较低,容易产生人为的差错。人工试验时,通常需要人工加载设计,人工使用工程师站软件强制信号,手动读取工程师工作站软件的反馈。这种方法主要是手工测试,而且效率不高:一套 DCS系统的功能卡大概有5100个,按10人10张/天的工作量计算,测试周期通常长达2个月。测试系统采用人工下载设计,人工使用工程师工作站软件强制信号,手工读取工程师工作站软件反馈信号,对功能图表中的错误或遗漏进行排除和确认。

三、人工测试与自动化测试

(一)测试中的人员行为分析

AI信道准确度测试,一般采用手工测试方式,由两名测试者共同完成。首先, A会读出一个测试案例,然后告诉 B将要执行的连接动作。其次,B收到使用说明,找出导线的位置,并进行连接。其三,A按照用例(mA或 V)所规定的信号类型和信号值来读取测试案例。其四,A读入试验案例,由工程师电脑对 DCS控制系统中的变量进行校验,并将其写成数值。

在以上的操作流程中,人员的行为有:阅读测试案例,遵循操作指令,使用工具,操作工程师的计算机,读取数据和写结果。

通过使用自动化的渠道测试工具,可以极大地简化以上流程。

采用一个自动化的测试工具,其测试过程如下。首先,员工在计算机上操作自动检测仪器,运行该测试程序,计算机读出该测试案例的电子版本,并将所执行的连接操作显示在屏幕上。其次,测试机阅读使用说明,找出导线的位置,并进行连接。其三,计算机按照用例(mA或 V)所规定的信号类型和信号值,读入测试案例,执行程序控制操作。其四,计算机读取试验案例,利用 DCS控制网的通讯协议读取可变数据,并将试验数据进行记录。

(二)人员行为可靠度分析

在人工控制程序中,一般的人类行为包括:读、写测试、响应操作指令、执行操作和读操作。以华龙核电站1号反应堆的保护试验为例,该装置的单机实验级数已达200,000万次。在没有任何技术和管理的情况下,运行20万次的人工试验会造成2,500个人为因素故障[3]

在自动化的试验中,大量的操作、信号的读取、数据的记录都是由自动化的检测系统完成的,而人工操作的人则只需要“少量的手工操作”,错误的发生几率就会下降到0.003。此外,在自动测试工具的开发中,采用了以预防人为误差为目的的人机交互流程,从而极大地减少了人为误差的引入。中国华龙一号电站的安全防护装置的运行数据显示,在出厂试验过程中,人工差错的数量已降至50次以下。

另外,在实施自动化试验的过程中,必须保证试验工作的规范化、标准化。而人为的考试,因为人的行为具有弹性,所以它的标准化建立在方法论和体制之上,不管它有多严密,还是会有存在无法控制的现象。以电脑技术为基础的自动测试,会根据电脑的特点,严格遵循安装步骤,使其标准化,并对操作者的行为有较强的约束,也就是说,操作人员必须依照电脑程式的程序来完成标准作业。同时,在自动化试验中,任何操作、异常、缺陷或故障均能得到实时、可靠的记录,从而避免了人为操作中的篡改记录、弄虚作假等行为。

自动化检测技术的推广与应用,大大减轻了手工作业的工作量,并有效地减少了人为误差带来的风险。同时,自动化技术对标准化、规范化的要求也越来越高,促使员工严格遵守规范流程,加强进入条件、人员操作、交货结果的规范化、规范化,以推动人员的成长。

结语

采用自动化测试技术,可以替代人工操作,减少人为误差,规范员工行为,促进测试标准化。此外,自动化的测试工具可以使测试者摆脱机械的重复测试,使他们能够更加专注于更多的工作,如测试设计分析和测试技术的研究。在不断增加对测试技术的研究和开发上的投入,激励所有的员工积极参与测试管理、技术创新和提高,为提高测试品质做出持续的贡献。

参考文献:

[1]张旭. 自动化测试技术在核电D CS测试中的创新应用[J]. 自动化博览,2021,39(4):58-61.

[2]李绍栋. 核电站安全级DCS应用软件逻辑的自动化测试研究[J]. 仪器仪表用户,2020,27(12):38-41,96.

[3]张旭,裴红伟,冀建伟. 核电DCS自动化测试工具有效性评价方法研究[J]. 自动化仪表,2021,42(z1):153-157.

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