计算机工程应用技术信息与电脑China Computer&Communication2016年第24期核电厂非安全级DCS测试蔡 蕾 田 苗 王 松 卢 冲 靳永毅（中核控制系统工程有限公司，北京 100176）摘 要：测试是核电厂非安全级DCS系统生命周期中的一个重要阶段，是验证和确认的关键环节，也是保证系统质量的必要手段。以巴基斯坦（K2K3）核电厂非安全DCS项目为例，介绍一般核电厂非安全级DCS测试，特别是针对采用商业级DCS平台进行系统集成的DCS的测试，依据软件验证和确认、软件测试和测试文件方面的国际、国家标准等，对测试目的、测试类别、各类测试内容及测试文件体系进行说明，并进行项目实例介绍，便于其他项目参考。关键词：DCS；测试文件；部件测试；集成测试；系统测试；验收测试中图分类号：TM918 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2016）24-106-04１ 引言核电厂DCS系统要经过严格的测试，确保软件可以在系统要求的软硬件平台上正常工作，在满足合同规定的功能和性能要求的同时，满足核电厂特殊要求，达到提高核电厂可靠性和可用性的目的[1-2]。核电厂DCS系统按照安全等级可以分为安全级、非安全级和安全相关的非安全级。非安全级和安全相关的非安全级（以下统称非安全级）软件主要实现的是核电厂B类和C类功能及其他未分级功能的计算机软件，经过关键性分析通常确定软件完整性等级为1-3。核电厂非安全级DCS系统一般由采用经过鉴定的商业级DCS平台进行系统集成，测试涉及到软件验证和确认，软件测试及核电厂重要仪表和控制系统领域，目前主要的国际国家和行业标准有IEEE1012，IEEE829，GB/T15532，NB/T20026（等同采用IEC61513），NB/T20055（修改采用IEC62138）[3-10]。早在1999年，国际原子能机构（IAEA）针对核电厂仪控系统软件的验证和确认出版技术报告，其中对核电厂现有专利软件及可组态软件的验证和确认进行的论述，针对经过鉴定的商业级DCS软件；而对于新开发软件的验证和确认的论述，则针对新开发DCS软件，可以指导这两类核电厂非安全级DCS软件测试的。巴基斯坦K2K3核电项目是采用我国自主知识产权华龙一号ACP1000核电技术的海外首堆工程，具有重要的示范作用。该项目非安全级DCS采用经过鉴定的商业级DCS进行工程设计实施。项目采用的三代核电技术ACP1000较二代核电技术工艺有相当大的变化，对于DCS工程设计实施而言，只有DCS平台是成熟的，新的工艺设计实现是没有成熟的经验可以借鉴的，其正确性等难以保证，因此DCS测试作为验证和确认的重要活动，是系统出厂前质量保证的最后一道关卡，其过程和结果如何能否达到各相关方的要求，非常值得关注和探讨。２ 核电厂非安全级ＤＣＳ测试2.1 测试目的 DCS集成供货商是执行DCS测试的主体，其目的是通过测试，确保为买方提供的集成DCS系统满足设计者提供的技术规范书和技术文件的要求，并确认系统应遵守相关的规范和标准，以及项目质保大纲的要求。2.2 验证和确认V模型与测试的关系核电厂非安全级DCS测试过程是DCS软件验证和确认活动的关键环节[2]，主要涉及到系统生命周期的概念阶段、需求阶段、设计阶段、实现阶段和测试阶段，对应到验证和确认的V模型中，即如图1所示。图１ 验证和确认Ｖ模型与测试的关系作者简介：蔡蕾（1985-），女，山东青岛人，硕士研究生，工程师。研究方向：核电厂软件验证和确认。— １０６ —2016年第24期信息与电脑China Computer&Communication计算机工程应用技术从图中可以看出，测试过程贯穿系统软件生命周期的各阶段，主要有部件测试、集成测试、系统测试和验收测试四个类别的测试。在概念阶段、需求阶段和设计阶段，虽然不执行任何测试，但都在不同程度的开展各类别测试策划和准备工作，包括测试文件的编制（详见2.4测试文件体系）等。在实现阶段，要执行的部件测试，是唯一一个不在测试阶段执行的测试类别。而在测试阶段，才执行集成测试、系统测试和验收测试这三个类别的测试[3]。2.3 测试内容 2.3.1 部件测试 一般计算机软件的部件测试主要测试可编译或汇编的程序模块或单元能否正确实现设计说明中的功能、性能、接口和其他设计约束等要求。对于核电厂非安全级DCS软件来说，就是测试DCS平台非标准模块，即为核电厂特殊功能需求专门开发的功能模块，是否满足设计阶段对软件设计的要求。在K2K3项目中，部件测试主要包括一层逻辑功能模块和二层画面图符模版的测试，表1和表2列出了具体的测试内容。2.3.2 集成测试 一般计算机软件的集成测试主要测试任意一个软件单元集成到计算机软件系统的组装过程或者任意一份组装得到的软件系统。对于核电厂非安全级DCS软件来说，就是在部件测试的基础上，将部件按照系统设计需求进行集成，然后针对集成完的一个或多个子系统进行测试，主要关注信号传输、接口连接等方面的要求，为系统测试打好基础。在K2K3项目中，集成测试主要测试控制器软件与现场设备之间，以及控制器与实时数据库之间接口的集成，以确定控制器能够从I/O模块获得数据、进行处理和传输到实时数据库，同时把来自实时数据库的输出要求转换成信号输出点名信号特性供电卡件类型通道地址到I/O模块。测试的内容主要包括：表１ 逻辑功能模块序号1234567101112131415161718逻辑功能模块电动执行器(不带中停)电动执行器(双反馈不带中停)电动执行器（带中停，就地无自保持）电动执行器（带中停，就地带自保持）气动阀（单电控电磁阀，得电开）气动阀（单电控电磁阀，得电关）气动阀（双电控电磁阀）电机设备（就地带自保持）电机设备（就地无自保持）只显示设备设定值PID算法块模拟量手操器BUP/IIC切换选择器组控按钮模拟量表决器BUP报警表２ 画面图符序号1234567画面图符气动阀电动阀电磁阀泄压阀活塞阀逆止阀其他阀门序号1011121314画面图符泵及加热器通风设备电气设备指示器模拟量显示棒图趋势（1）模拟量输入/输出信号完整性、信号范围和精确度测试；（2）开关量输入/输出信号完整性测试；（3）输入信号有效性测试。表3和表4列出了具体的模拟量和开关量测试示例。输入0 mA4 mA期望结果超量程0150300超量程最小值N/A-1.5148.5298.5N/A实际结果最大值N/A1.5151.5301.5N/A通过/失败表３ 模拟量输入测试示例量程范围U2ENA001MU4~20mAUSERNM4802501106-10-300 V12 mA20 mA22 mA表４ 开关量输入测试示例点名U9EET001JA_RP1信号特性NO供电DCS卡件类型NM622A通道地址2501102-1通过/失败— １０７ —计算机工程应用技术2.3.3 系统测试信息与电脑China Computer&Communication2016年第24期的全部集成、系统测试的一部分。在K2K3项目中，验收测试将由DCS买方抽取集成测试和系统测试中的一个子集进行复测，同时保留买方编制新的测试用例的权利，但在执行验收测试前买方应提交自行编制的测试用例供DCS集成供货商进行审查，以确保测试内容不违背合合同、设计输入及相关法规的要求。2.4 测试文件体系测试文件体系主要由测试计划、测试设计、测试用例、测试规程、测试日志、异常报告和测试报告七大类的文件组成。在上一节中提到的每个类别的测试，均有的一套完整的测试文件。IEEE 829自2008版开始，测试文件体系要求发生了变化，标准中将每个类别的测试降级为分测试，并提出了总测试计划的概念，用于对各个分测试活动进行总体策划。此外，对于有不同完整性等级要求的软件，可以有选择的合并或删减一部分测试文件，如表7所示。表７ 测试文件的选用测试文件名称总测试计划分测试计划测试设计说明测试用例说明测试规程说明测试日志异常报告测试状态报告测试报告总测试报告设计输出控制逻辑组态画面图符模板画面设计规范画面组态软件完整性等级4PPPPPPPPPP3PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP21一般计算机软件的系统测试主要测试完整的、集成的系统，测试其在真是的工作环境下是否能够正常工作，并满足系统设计需求。对于核电厂非安全级DCS软件来说，就是测试整个DCS系统，确认其是否满足系统规格书和其他主要设计输入文件中的对于功能和性能方面特性的要求。在K2K3项目中，系统测试包括性能测试和功能测试两个部分。从非安全级DCS设计输入（如表5所示）中提取出性能和功能方面的指标或要求，确定出测试项，然后根据设计输出（如表6所示）设计相关的测试。性能测试主要包括：（1）机柜电源冗余；（2）电源模块冗余；（3）控制器冗余；（4）网络冗余；（5）机柜故障报警；（6）CPU、网络负荷；（7）系统响应时间。功能测试则主要包括：一层逻辑功能测试、二层设备信息显示和操作功能测试。表５ 非安全级ＤＣＳ主要设计输入序号123456710111213设计输入项目合同非安全级DCS系统技术方案非安全级数字化控制系统技术规格书标准DCS系统规格书DCS接口规格书电厂计算机信息和控制系统功能技术要求规格书画面显示设计技术要求规格书画面动态元素技术要求规格书I/O清单整定值手册功能图SAMA图系统画面表６ 非安全级ＤＣＳ主要设计输出序号12345设计输出系统需求规格书软件需求规格书软件设计说明书逻辑图组态模板控制站组态规范序号67在K2K3项目中，非安全级DCS软件完整性等级按照2级执行，并将分测试计划合并为一份测试计划，各分测试将测试设计、规程和用例说明合并为一份测试说明书。选用这样的测试文件体系，大大减少了项目测试文件管理的工作量，也避免了多份文件中信息重复和互相参考的问题，有利于项目测试的准备和执行工作。只有集成和系统测试全部通过后，买方才可以开始进行验收测试。2.3.4 验收测试一般计算机软件的验收测试主要是以需方为主，针对完整的、集成的计算机系统，在真实工作环境下检验完整的软件系统，是否满足软件需求规定的要求而进行的测试。对于核电厂非安全级DCS软件来说，应是由买方组织，对整个DCS及与其他专用仪控系统接口的集成测试，也是买方确认３ 结 语通过对软件验证和确认、软件测试和测试文件方面的国际、国家标准的研究，明确了对一般核电厂非安全级DCS，特别是针对采用商业级DCS平台进行系统集成的DCS的测试，测试目的、测试类别、各类测试内容及测试文件体系，并运用到K2K3核电厂非安全DCS项目测试策— １０８ —2016年第24期信息与电脑China Computer&Communication计算机工程应用技术划工作中，并在实践过程中进行了简化和优化，对其他项目具有一定参考价值。 [6]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.NB/T20026-2010 核电厂安全重要仪表和控制系统总体要求[S].北京:中国标准出版社,2010.[7]IEC61513-2001 Nuclear power plants-Instrumentation and control for systems important to safety-General requirement for systems[S].2001.[8]国家能源局.NB/T20055-2011 核电厂安全重要仪表和控制系统执行B类和C类功能的计算机软件[S].北京:原子能出版社,2011.[9]IEC62138-2004 Nuclear power plants-Instrumentation and control important for safety-Software aspects for computer-based systems performing category B or C functions[S].2004.[10]Plant N P. Verification and Validation of Software Related to Nuclear Power Plant Instrumentaion and Control[M]. Bernan Associates, 1999.参考文献[1]刘朋波,周韦,张淑慧.核电厂数字化仪控系统测试综述[J].自动化仪表,2012,33(2):51-,57.[2]郄永学,支源.核电站数字化仪控系统工厂测试综述[J].自动化博览,2013,11:51-,60.[3]Electrical I O, Board I S. IEEE Standard for Software Verification and Validation[J]. 2005:1-110.[4]Ieee B E. 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