CN102184749A - 一种dcs控制柜的自动测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种DCS控制柜的测试方法，涉及自动化控制领域，包括如下模块：显示模块：用于显示操作模块、控制模块的各种信息；操作模块：用于向控制模块输入各种测试命令；控制模块：接收操作模块的测试命令后，调用对应的测试程序执行并将产生的测试信号发送到调理模块，并负责接收调理模块的回馈信息，同时将结果在显示模块上输出；调理模块：将控制模块发送的测试信号经过调理后发送到DCS控制柜中相应的IO端子上，同时接收IO端子的回馈信号，经过调理后传送到控制模块。本方案能实时反映测试状态及预期结果，通过多个测试程序连动可模拟工艺***控制回路，并且实现特定测试功能，提高了测试效率并节省了人力资源。

Description

一种DCS控制柜的自动测试方法

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，具体涉及一种对核电站DCS控制柜内任意IO端子能够同时或分批次进行检测的方法。

背景技术

核电站的DCS(数字化仪控***)作为核电机组的关键设备，是核电站的重要组成部分，DCS将现场的各个控制器和仪表及仪表设备互联，组建一个个的DCS控制柜，DCS包括保护***、控制***、安全停堆***、保障***和辅助***等几部分，各***利用所需的仪表和控制设备完成核电站大部分工艺过程的自动化检测和控制功能，因此核电站机组的安全可靠、经济运行在很大程度上取决于DCS的性能水平，DCS工艺流程复杂，监测和控制的参数多而且各种过程参数之间联系密切，以1000MW典型的核电站DCS为例，它的参数信息量和指令大约是7000～9000个，因此维护和检测DCS控制柜的安全性和稳定性，不但是核电站正常运行的保证，还是测试***硬件和软件配置的完整性和正确性、输入文件实施的完整性和正确性的工具，也是DCS的功能和性能是否符合合同、技术规格等要求的唯一保证。

另外DCS在生产的各个阶段都需要进行验证，以确定各***本身的安全性，其中DCS集成阶段中的下列工序完成时需要进行测试：硬件***配置完成时、平台软件安装完成时、工程组态下装完成时、测试工程下装完成时和网络环境搭建完成时等，另外在整个DCS集成后还需要进行各种测试来进行验证。一套DCS包括多个DCS控制柜，因此其控制点也位于多个DCS控制柜内，DCS控制柜包括不同的IO柜和端子柜，对DCS控制柜的验证包括单体测试、性能测试、逻辑测试(设备及功能测试)和HMI测试四种，测试的基本原理是对DCS控制柜中的各测试点外加各类信号或采集各类信号。

在对DCS控制柜的具体测试手段上，现有技术中一是采用手工测试，利用信号发生器、示波器、过程控制仪表等各种设备进行手动测试，在进行测试项时需要外加和采集各类信号，再利用各种仪表或短接线的方法人工在DCS控制柜的接线端子排上加信号。例如要为DCS控制柜加入一个4～20mA信号，需要人工查看图纸以找到相应接收端子，再将信号源的电缆连接到相应的接线端子上，测试完一个通道(AI、AO、DI、DO)还需要拆线，并再接到另一个通道上进行测试，一个DCS控制柜测试下来需要发送和采集大量的信号，此方式不但测试效率低、花费时间长、人力消耗大，而且由于仪表的局限性，一些测试项还无法进行，如：几个相关部件之间连动后的效果。

另一种测试方法是集成测试，采用电脑控制的集成测试装置一次能够对DCS控制柜中的多个端子进行测试，此方法避免了测试过程中的手工连线，而是一次性对DCS控制柜中所有的IO端子进行连线，然后利用电脑进行测试过程控制。此方法能够将人工从繁重的测试过程中解放出来，在电脑上实现和模拟测试结果，但是目前测试方法一次测试的信号点还是少，不能针对多个DCS控制柜的同时测试及工艺流程测试，其硬件结构不利于扩展升级，只能针对特定***测试，即不具有通用性。而且不能根据具体的测试对象随时增加或减少测试通道，另外测试软件采用固化方式不能修改和升级，测试软件的编制也采用特殊语言，使得开发周期长，不利于用户的使用和二次开发，软件维护费用高。如：岭澳二期核电站DCS项目采用AREVA公司的ERBUS_TXS产品。

发明内容

本方案首先解决现有技术中针对DCS不能实现多点测试的问题，再次解决测试方法通用性差不能适应技术发展的问题。本发明提供一种在测试端与被测端建立一对一测试通道，实现单点、多点或工艺***测试并支持随时更新测试项目的测试方法，具体方案如下：一种DCS控制柜的测试方法，包括工控机和安装在工控机内部的采集卡，用于信号处理的分线板、调理板，分线板的两端分别与采集卡和调理板连接，调理板的另一端与被测的DCS控制柜连接，其特征在于，所述测试方法通过下述模块控制测试过程：

显示模块：用于显示操作模块、控制模块的各种信息；

操作模块：用于向控制模块输入各种测试命令；

控制模块：接收操作模块的测试命令后，调用对应的测试程序执行并将产生的测试信号发送到调理模块，并负责接收调理模块的回馈信息，同时将结果在显示模块上输出；

调理模块：将控制模块发送的测试信号经过调理后发送到DCS控制柜中相应的IO端子上，同时接收IO端子的回馈信号，经过调理后传送到控制模块。

本发明的另一优选方案：控制模块处理的测试命令包括单点测试、同时多点测试或同时整套工艺流程测试。

本发明的另一优选方案：所述调理包括AI调理和DI调理，AO调理和DO调理。

本发明的另一优选方案：所述调理模块的调理过程如下：

接收控制模块发送的测试信号中包含的电流信号或电压信号，然后通过AO调理、DO调理为DCS控制柜能够接收的触点、24V或48V信号并送往DCS控制柜相应的IO端子上；

接收DCS控制柜中IO端子传送的触点、24V或48V信号通过AI调理、DI调理为相应的电流信号或电压信号传送给控制模块。

本发明的另一优选方案：所述调理模块中包含偏置程序，偏置程序将控制模块发送的电压测试信号进行电压补偿，补偿后的电压经过调理后输出相应的非常规电流、电压测试信号发送到DCS控制柜，以对DCS控制柜进行超限测试。

本发明的另一优选方案：所述偏置程序进行电压补偿的范围为±2V，调理后输出的非常规电流测试信号为0～24mA、电压测试信号为-2～12V。

本发明的另一优选方案：所述控制模块针对DCS控制柜的每一个IO端子都对应有一条单独命名的独立测试通道，每个测试命令中包含有寻找其对应的单独命名的路径。

本发明的另一优选方案：所述测试命令采用固定脚本的格式，针对新增加的测试项目仅需要更换其中的相应数据即可添加到控制模块中。

本方案以DCS控制柜或工艺***为单位进行测试，可同时将一个DCS控制柜或工艺***的全部信号都接入测试装置，一次能够完成待测现场DCS控制柜或工艺***的所有测试项，中途无需更换信号线缆，保证了测试的连贯性。本方案不仅可以模拟变送器等测量设备，更可模拟断路器、阀、风机等执行设备，还可根据测试的需要模拟设备的各种工作状态。本方案根据现场设备的信号特性，在调理板上配置输入输出的相应测试仪器信号类型，完全符合设备运行的真实环境，如断路器的控制信号为DC24V、状态反馈信号为触点信号，在调理板上使用跳线块接通相应的通道即可输出DC24V信号，完全符合设计图纸中现场信号的类型。本发明的调理板上可支持触点、DC24V、DC48V的开关量输入输出信号，如遇其他特殊开关量信号，如DC125V、AC220V，可由调理板上的中间继电器转换成触点、DC24V或DC48V信号再进行测试。利用偏置程序通过调理板还可将模拟量输出信号转换为超出标准电量程的信号，进行超电量程测试，以验证DCS控制柜的超电量程识别及报警功能。使用符合100PIN航空电连接器连接测试装置与DCS控制柜，使航空电连接器的每根线路按照测试通道信号类型、信号数量进行划分并建立一一对应的独立通道，在更换被测DCS控制柜对象时，仅需换插相应插头即可，而且还可同时连接不同DCS控制柜的航空电连接器，实现相邻多个DCS控制柜的连动测试。测试程序能够按照工况自动发送和采集大量信号、并且实现特定测试功能、显示和记录测试结果、提高测试效率、节省人力资源等，使一个原先需要2至3周甚至一个月的逻辑测试，缩短至1周即可完成，在时间上节约了50％至70％。

本方案能在工控机屏幕上实时反映测试状态及预期结果，通过多个测试程序连动可模拟工艺***控制回路，并根据需要设置不同的工艺***状态，以得到不同设备连动后的准确性与控制效果。本方法预留有数字模型接口，为模拟更大型的工艺***甚至现场环境和***的升级提供方便。本方法通过模拟不同的测试仪器能够精确控制特定功能类型信号的发送及采集、搭建虚拟现场环境，利用测试程序模拟现场设备层(LEVEL0层)环境和设备动作等功能，对每个DCS控制柜600多DIO点、100多AIO点进行测试信号的自动化输入输出。

软件开发利用多人并行开发模块化设计思想，大大缩短开发周期，并利于整体功能变更，提高程序的可靠性。子VI的编写方式使开发人员只需改动很少的几个地方就可以适应新测试，轻松应对了频繁升级产生的变更，通过自动化端口配置工具生成测试程序需要的端口配置数据，由子VI自动找到测点端口，节省了端口配置时间和减轻了手工配置的繁琐操作。软件采用模块化的设计思想将要完成的项目划分为多个可管理的模块与多层结构，软件大模块划分为VI主程序、功能VI、Sub VI三个模块，各模块内有数据采集、数据处理、数据存储等模块，程序保证了各模块既可以单独运行，又可以被软件当作子程序调用，实现多层结构。这种方式既便于模块的单独调试，节省软件开发周期，又便于***功能的改变，使软件具有更强的移植与升级功能。

附图说明

图1本发明利用的测试装置示意图。

图2本发明的模块化结构示意图。

图3本发明的测试程序结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明利用工控机3及工控机内安装的采集卡，分线板4、调理板5、航空插座板6，上述设备都安装在一个测试柜1内，其中工控机3上的采集卡通过信号线8与分线板4连接，分线板4将接入的信号分成多份，每份利用一根信号线与一个调理板5连接。调理板包括信号输入通道和信号输出通道，每个对应的信号输入通道和信号输出通道之间有转换模块和对应的跳线块，以将输入的各种电压、电流信号调理到需要的电压、电流后输出。每个调理板利用信号线将调理后的信号以点对点的方式与航空电连接插座板6上的插针连接，利用符合MIL-DTL-38999标准的100PIN的航空电连接器8连接测试装置1与DCS控制柜2，航空电连接器的每根线都是一个独立信号通道，控制柜里控制模块9上的每个IO端子都单接一根航空电连接线，因此每个DCS控制柜仅需要将航空电连接器的插头插接在测试柜1上的航空电连接插座板上，就使每根航空电连接线对应到一个调理板上的独立信号通道上，大大简化了检测过程和连接过程，节省了大量的人力。

本方法涉及的工控机上安装有12块采集卡，工控机上将测试信号通过采集卡传送到分线板，采集卡与分线板之间利用96针的信号线进行连接，分线板将传进的96条信号通道在输出时，以16个信号通道为一组分成6组，每份对应一个32针插座，每个插座通过一个32针的信号线与一块调理板连接。

测试装置中的调理板完成四种信号的调理，即开关量输出(DO)、开关量输入(DI)、模拟量输出(AO)和模拟量输入(AI)，针对上述四种信号，调理板也分为DO调理板、DI调理板、AO调理板和AI调理板四种结构。以每个采集卡对应一块分线板的方式测试柜内安装12块分线板，其中包括3个AO分线板含192个测试点，1个AI分线板含32个测试点，8个DI和DO分线板含768个测试点，四种调理板65块，1块航空电连接插座板，航空电连接插座板上安装有10个航空电连接插座7，这样一个测试柜连接的信号通道就达到992个。一个采集卡可提供32个AI电压信号采集通道和48个DO电压输出通道，采集卡上的信号由2组SCSI68接口与分线板相连。测试柜中的每块调理板上可兼容3～5种测试信号，并在模拟量输入信号与触点、DC24V、DC48V输入信号之间相互转化，

本方案对各个测试程序采用模块化开发方式，由于DCS控制柜中的每个IO端口都实现一种控制、管理功能，对应需要的测试程序也种类繁多，基本分为逻辑测试、性能测试、HMI测试、单体测试。

实施例一：

如图2所示，本方法的测试方法包括如下功能模块：

显示模块：用于显示操作模块、控制模块的各种信息；

显示模块利用工控机的显示屏显示操作人员输入的测试选择及相应测试的反馈结果，同时显示各个测试程序的控制界面和选择界面，显示方式采用图形化显示界面，包括工艺流程示意图，使测试项目、过程、设备一目了然。

操作模块：用于向控制模块输入各种测试命令；

控制模块：接收操作模块的测试命令后，调用对应的测试程序执行并将产生的测试信号发送到调理模块，并负责接收调理模块的回馈信息，同时将结果在显示模块上输出。

控制模块接收并处理的测试程序包括单点测试程序、同时多点测试程序或同时整套工艺流程测试。处理过程包括首先初始化控制模块以保证运行测试程序前***处于初始状态，然后再对各测试程序的参数及变量进行初始化，其中对测试程序的初始化包括：调用相应测试项目的主功能菜单→调用此主功能菜单下所有功能VI并进行初始化→调用所有功能VI中所涉及到的子VI(功能模块)→显示测试页面。

如图3所示，具体的功能VI按照单信号、多信号、逻辑相关、其他四个部分进行分类，每类包括不同的测试类型，其中单信号功能VI主要是实现单个点的发送或者采集，各信号之间没有相互的关联；多信号功能VI是多个信号经过一定的组合关系实现对某一信号的控制，各信号之间有一定的关联；逻辑信号功能VI是多个信号经过一定的组合关系后实现对多个信号的控制，同时被控信号需反馈到控制模块，此功能VI侧重于现场执行机构、执行机构之间的工艺联锁等的模拟；其他功能VI主要包括了特殊测试项和软件开发辅助工具。本方法将功能VI进行模块化使脚本的维护工作变得简便，在用户需求改变的情况下只需更改同类型的功能VI模块即实现所有测试脚本的更新。功能VI作为整个软件***的核心，在进行功能开发前需要对用户需求进行分析，按照测试功能开发出测试脚本样例，并形成样例库，在面对大量的输入文件时，可根据输入文件解析出其可使用哪种测试脚本样例，按照一定的命名规则根据脚本样例开发出相应的功能VI脚本。

子VI实现对所有采集输出的信号进行处理，作为最基础的测试程序，包括数字量、模拟量单通道采集、数字量模拟量多通道采集、各种数据变换、PID信号处理、测试信息变换、采集信号量程处理等一系列子VI，为此建立子VI库，库里按与AI、DI、AO、DO的相关性进行分类。子VI库的建立完全满足了所有测试项，使测试软件简单且易于整体功能变更。

调理模块：将控制模块发送的测试信号经过调理后发送到DCS控制柜中相应的IO端子上，同时接收IO端子的回馈信号，经过调理后传送到控制模块；

子VI将测试信号传送到调理板上进行调理时，所发送的测试信号都是相应的模拟信号，而DCS控制柜仅接收触点、24V或48V的信号，因此需要将此测试信号进行调理，调理过程如下：AO调理卡、DO调理卡将接收的电流信号或电压信号调理为触点、24V或48V信号并送往DCS控制柜相应的IO端子上，实现相应测试信号的加载；AI调理、DI调理接收IO端子反馈的测试信息，包括触点、24V或48V信号再调理为相应的电流信号或电压信号传送给控制模块。

其中的调理过程也是一对一的方式，即控制模块处已经确定了每个测试通道所对应的IO端子，在调整过程中同样是针对通过此测试通道的测试号进行调理。上述方式能够避免接线过程产生的误操作，而且相互通道之间能够避免噪声干扰，使测量结果更加准确，同样回馈的信息时也避免一一辨别的过程。调理模块还可以直接对控制模块要求的某些IO端子信息进行调理后传送给控制模块。

在现有技术中的测试软件端口与控制柜的端口配置工作都由测试人员配置，对于核电站DCS来说其测点达上万个，会有海量的端口配置工作，且很多核电站项目测试工作需要并行开展，测试工期紧；若要让测试人员在测试时再进行端口配置工作则大大增加了测试时间，无法满足工期要求。在这种情况下，本方法利用点名与端口的匹配关系，在开发时只需统计该测试页面测点名，然后通过自动化端口配置工具生成测试脚本需要的端口配置数据，再把点名与对应的端口数据放到子VI中即可，测试软件命名规则的定义使各测试子VI统一整合，便于控制程序寻址调用，控制程序只需要查找相应的子VI，由子VI自动找到测点端口，节省了大量的时间。由于DCS控制柜的测试属于整个核电站仪控***项目最后一道工序，上游文件的不断升级促使测试脚本需根据需求也进行相应升级，子VI的编写方式使开发人员只需改动很少的几个地方就可以适应新测试，轻松应对频繁升级产生的变更。

DCS控制柜相应IO端口：此步仅是表明DCS控制柜中的每个IO端子都由自动配置工具生成与子VI需要的端口配置数据，然后把点名与对应的端口配置数据放到子VI中即可，这样能够加快速寻值速度，减少端口配置的误差和工作量。

实施例二：

在实施例一的基础上，在调理模块上设置偏置程序，偏置程序属于AO调理范畴，其将控制模块发送的标准电压测试信号基础上进行电压补偿，补偿后的电压再经过调理后输出非常规电流、电压测试信号，以对DCS控制柜进行超限测试，检测IO端子的承受能力，本方案将电压补偿的范围设定为±2V，调理后输出的非常规电流测试信号为0～24mA、电压测试信号为-2～12V。

Claims (8)

1.一种DCS控制柜的测试方法，包括工控机(3)和安装在工控机内部的采集卡，用于信号处理的分线板(4)和调理板(5)，分线板的两端分别与采集卡和调理板连接，调理板的另一端与被测的DCS控制柜(2)连接，其特征在于，所述测试方法通过下述模块控制测试过程：

显示模块：用于显示操作模块、控制模块的各种信息；

操作模块：用于向控制模块输入各种测试命令；

控制模块：接收操作模块的测试命令后，调用对应的测试程序执行并将产生的测试信号发送到调理模块，并负责接收调理模块的回馈信息，同时将结果在显示模块上输出；

调理模块：将控制模块发送的测试信号经过调理后发送到DCS控制柜中相应的IO端子上，同时接收IO端子的回馈信号，经过调理后传送到控制模块。

2.如权利要求1所述的一种DCS控制柜的测试方法，其特征在于，控制模块处理的测试命令包括单点测试、同时多点测试或同时整套工艺流程测试。

3.如权利要求2所述的一种DCS控制柜的测试方法，其特征在于，所述调理包括AI调理和DI调理，AO调理和DO调理。

4.如权利要求3所述的一种DCS控制柜的测试方法，其特征在于，所述调理模块的调理过程如下：

接收控制模块发送的测试信号中包含的电流信号或电压信号，然后通过AO调理、DO调理为DCS控制柜能够接收的触点、24V或48V信号并送往DCS控制柜相应的IO端子上；

接收DCS控制柜中IO端子传送的触点、24V或48V信号通过AI调理、DI调理为相应的电流信号或电压信号传送给控制模块。

5.如权利要求4所述的一种DCS控制柜的测试方法，其特征在于，所述调理模块中包含偏置程序，偏置程序将控制模块发送的电压测试信号进行电压补偿，补偿后的电压经过调理后输出相应的非常规电流、电压测试信号发送到DCS控制柜，以对DCS控制柜进行超限测试。

6.如权利要求5所述的一种DCS控制柜的测试方法，其特征在于，所述偏置程序进行电压补偿的范围为±2V，调理后输出的非常规电流测试信号为0～24mA、电压测试信号为-2～12V。

7.如权利要求1-6所述的任一种DCS控制柜的测试方法，其特征在于，所述控制模块针对DCS控制柜的每一个IO端子都对应有一条单独命名的独立测试通道，每个测试命令中包含有寻找其对应的单独命名的路径。

8.如权利要求7所述的一种DCS控制柜的测试方法，其特征在于，所述测试命令采用固定脚本的格式，针对新增加的测试项目仅需要更换其中的相应数据即可添加到控制模块中。

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