高汉军 刘培邦 鲁星言
【摘 要】研究核电站DCS系统的验证调试技术对于我国核电技术的发展和核安全的保障具有重要的意义。传统的逻辑调试工作在实际控制器上进行，无法进行高效复杂的逻辑调试（如PID调节，闭环逻辑控制调试等），而且频繁实验操作对硬件的使用寿命也造成了影响。针对传统测试方法的不足，提出了在DCS样机逻辑调试中使用虚拟DCS控制器代替实物控制器的方法，其优点在于：1）针对虚拟DCS控制器软件进行操作，信号的注入相当于变量的赋值，操作简便而且效率很高；2）虚拟DCS控制器无需硬件设备的支持，减轻了对设备的依赖，逻辑组态和工程调试可以交叉迭代进行；3）虚拟DCS控制器可以直接下装并运行DCS组态工程，能与DCS真实控制器并行联调。实际的调试效果证明DCS虚拟机能够有效的完成组态逻辑调试，提高调试效率。
【关键词】DCS样机；DCS调试；DCS虚拟机
【Abstract】The research on the technology of DCS commissioning in NPP has significance on promoting nuclear power technology and protecting nuclear safety.The conventional commissioning was directly carried out in the real controller，which couldnt have the complex logic experiments done. Furthermore，frequent experiments must have made great influence on the service life of devices.In view the deficiency of the conventional method，this paper proposed that the DCS commissioning could be executed in virtual DCS controllers instead of real controllers.The advantage of latter is apparent：1）The engineers make use of instruments to inject signals into the real controllers while those are just value assignments in virtual controllers， which makes the operation more simple and effective；2）The virtual controllers dont rely on hardware devices，which makes the cross iteration of logic configuration and commissioning possible；3）The configuration engineering can be directly downloaded into the virtual DCS controllers，who can run in parallel with real controllers.The application result shows that the virtual DCS controllers can be competent for DCS logic commissioning，and enhance the efficiency of commissioning.
【Key words】DCS Prototype；DCS commissioning；DCS Virtual Machine
0 引言
近年来，国内的核电站建设规模不断增大，新建的核电厂均采用DCS 系统作为其生产控制系统；因此，研究核电DCS系统的工程调试验证技术，对于我国核电技术的发展和核安全的保障具有重要的意义[1]。由于核电DCS系统的高效、安全、稳定关系到核电厂运营的安全和效益，因此，在DCS系统正式运行前，需要搭建DCS系统的工程样机，进行全面且复杂的逻辑调试工作。传统的逻辑调试工作在实际控制器上进行，通过短接线或信号发生器注入输入信号，并按照规程测试相应的输出信号，这种调试测试方式不仅无法高效的进行复杂的逻辑调试（如PID调节，闭环逻辑控制调试等），而且由于硬件操作的復杂性也导致逻辑调试效率较低。此外，传统的逻辑调试方法需要控制器、IO板卡、总线、网络等硬件设备的支持，对于逻辑组态期间硬件设备未完全配套时调试则无法进行；而且频繁对硬件的短接操作对于硬件的使用寿命也造成了一定的影响。
针对传统测试方法的不足，本文提出了在逻辑调试中使用虚拟DCS控制器代替实物控制器的方法。这种调试方式的优点在于：
1）调试人员针对虚拟DCS控制器软件进行操作，信号的注入相当于变量的赋值，操作简便而且效率很高；
2）虚拟DCS控制器软件易于接入电厂的设备模型（通过TCP/IP通信进行变量通信），因而可以进行负责的逻辑调试，甚至可以进行多个系统的联调；
3）虚拟DCS控制器无需硬件设备的支持，减轻了对设备的依赖，逻辑组态和工程调试可以交叉迭代进行；
4）虚拟DCS控制器可以直接下装并运行DCS组态工程，其系统架构、执行环境与真实DCS系统高度相似，因此能够达到较高的仿真度，能够有效的完成组态功能的逻辑调试。
1 虚拟DCS控制器在样机调试中的应用
1.1 虚拟控制器调试组态工程
由于虚拟DCS控制器无需硬件设备的支持，而且可以与工程组态迭代进行；因此，在DCS样机调试过程中大规模应用了虚拟DCS控制器，进行组态工程的逻辑调试。利用虚拟DCS控制器，调试工程师可以方便进行分系统单调和多系统联调；而且虚拟控制器与仿真DCS 0层可以通过TCP/IP协议进行数据交互，而无需关心如何将计算机数字信号转换为控制器板卡识别的物力信号（如电压、电流、电阻信号等）。虚拟控制器管理程序提供了数据监控&在线调试界面，能够配合图形化调试工具完成组态工程的动态的调试。
虚拟控制器管理程序的数据监控功能如图1所示。图1（1）中展示了虚拟控制器的数据监控功能，该界面监控了变量K3RCV004MP的实时值（该变量为虚拟IO板卡的采集值，为11.979914MA，量程为4-20MA）。图1（2）为“化学和容积控制系统”（RCV）中下泄调节阀对应的组态逻辑，下泄调节阀根据设定压力（本工况下是2.5MPa），调节主冷却剂系统的下泄压力。该压力测点RCV004MP位于下泄调节阀前，量程为0-5MPa，在数据采集中将其转换为4-20MA的电流信号，变量K3RCV004MP_AV是组态逻辑中对应该传感器的接口变量（它是由变量K3RCV004MP经过IO算法固件库量程转变而来（量程转变公式为K3RCV004MP_AV=（K3RCV004MP.MU-K3RCV004MP.MD）*（K3RCV004MP-4）/（20-4）按照当前工况应为2.493723MPa，组态逻辑中的实时值为2.49MPa）。
虚拟控制器管理程序的在线调试功能如图2和图3所示。通过在虚拟机强制下泄调节阀前测点传感器RCV004MP的压力值，查看PID以及调节阀的调节状况。当强制输入值为4MA时，如图2（1）所示；通过量程转换，传入到PID的输入值为0MPa，如图2（2）所示；PID经过计算，输出计算值0%，通过通信接口软件传到DCS 0层（设备模型），阀门逐渐全部关闭至0%，如图2（3）所示。
當在虚拟机中强制输入值为20MA时，如图3（1）所示；通过转换，传入到PID的输入值为5MPa，如图3（2）所示； PID经过计算，输出计算值100%，再通过通信接口软件传到DCS 0层（设备模型），阀门逐渐全部开启至100%，如图3（3）所示。
这表示在系统的运行过程中，能实时设置输入/输出变量和中间变量值，并能实时在线监视调试过程输入量、输出量和任意选定的变量；而且可以配合DCS样机系统的图形化调试工具完成组态工程的动态调试。
1.2 虚拟控制器和实物控制器联合调试
在样机调试过程中，缺省情况是所有系统都用虚拟控制器进行调试，每次分系统（如rcv系统）的逻辑调试完成后，则将调试好的组态工程（虚拟控制器中的组态工程）下装至相应的实物控制器中，再在虚拟控制器中进行其他系统的调试。将组态工程下装至实物控制器后，还需要进行多系统联调，这就涉及到虚实控制器的切换工作，即将某些控制器由虚拟切换为实物。切换完成后，仿真DCS 0层数据则重定向至实物控制器中，控制器间的站间通信，以及向DCS 2层的数据交互也将由虚拟转向实物。
2 总结
由于传统的逻辑调试在实际控制器上进行，无法高效的进行复杂的逻辑调试。本文提出了在逻辑调试中使用虚拟DCS控制器代替实物控制器的方法。这种调试方式的优点在于：1）调试人员针对虚拟DCS控制器软件进行操作，信号的注入相当于变量的赋值，操作简便而且效率很高；2）虚拟DCS控制器软件易于接入电厂的设备模型（通过TCP/IP通信进行变量通信），因而可以进行负责的逻辑调试，甚至可以进行多个系统的联调；3）虚拟DCS控制器无需硬件设备的支持，减轻了对设备的依赖，逻辑组态和工程调试可以交叉迭代进行；4）虚拟DCS控制器可以直接下装并运行DCS组态工程，其系统架构、执行环境与真实DCS系统高度相似。实际的调试效果证明DCS虚拟机能够有效的完成组态逻辑调试，提高调试效率。
【参考文献】
[1]曲鸣，张玉峰，李姝，刘纯.核电DCS 仿真与设计验证[C].中国核科学技术进展报告，2009（1）：769-777.
[2]高汉军，曲鸣，李青，景应刚.核电站分布式系统虚拟过程控制平台设计研究[J]. 计算机仿真，2016（2）：160-163.
[3]高汉军，刘培邦，曲鸣.核电站DCS样机验证系统的通信接口研究[J].科技传播，2016（8）：114-115.
[责任编辑：田吉捷]
