★ 北京广利核系统工程有限公司 黄浩

关键词：VVER；系统测试验证方法；PAC

1   引言

V VER 堆 型核 电 站 数 字 化仪 控 系 统（以 下 简称DCS）主要由RPS（反应堆保护系统）、PPS（预保护系统）和ARPC（反应堆自动功率控制器）系统组成，其总体架构如图1 所示。

图1 VVER堆型DCS总体架构图

反应堆保护系统是核电厂数字化I&C系统中重要的安全系统，是DCS的重要组成部分，其主要功能是保护三大核安全屏障（即燃料包壳、一回路压力边界和安全壳）的完整性[1]。本文所提到的设备接口模块即是该系统中PAC机柜的内部板卡（后文简称PAC板卡），主要实现就地控制功能、优先级管理功能、现场设备的状态信号采集与分配功能、驱动管理功能、设备状态监视功能（以上合称为PAC功能）及自诊断功能。其与DPS （多样性保护系统）、MCR（主控室）、SCR（备控室）、SR NO I&C（安全相关正常运行仪控）系统、现场设备均有接口。故对该模块的功能进行测试与验证具有重要意义。本文旨在研究PAC板卡PAC功能的厂内工程测试验证手段，形成可固化、可复用的工程测试验证方法，支撑后续同类项目使用。

2   PAC功能分析

PAC板卡有就地模式和远程模式两种控制方式，就地模式下， 就地开关指令才生效， 能闭锁其它所有系统的反向指令， 且触发后自动保持， 出现就地反向指令或切换远程模式时复位。由于各系统对设备均有控制需求，故PAC板卡需对各系统的指令进行优先级管理。各指令优先级为：就地控制指令>RPS指令>DPS指令> MCR/SCR和SR NO I&C指令。

针对电动阀（MOV）、控制阀（MCV）、电机（MOS）和电磁阀（MSV）4种设备类型PAC板卡会采集相应的8个反馈信号，用以判断连接设备的当前状态并将这些状态信号和报警信息送往对应位置进行显示。各设备类型对应位号的反馈信号及其含义如图2所示。

图2 四种设备类型的反馈信号及其含义

PAC板卡通过驱动管理逻辑可实现对现场设备的控制。驱动管理逻辑根据优先级管理逻辑的运算结果，结合现场设备送来的状态反馈信号进行运算后产生驱动开关指令输出给现场设备， 能起到保护设备的作用。此外PAC板卡还具有设备状态监视功能，该功能可诊断设备的异常状态。

总体来说， PAC功能可分为优先级管理、PAC通信、驱动管理、状态分配和状态监视五大功能。

3   PAC功能测试验证方法

厂内工程测试的整体流程大致可以分为三个阶段，分别是单体测试、集成测试和系统测试。单体测试主要验证单个机柜的硬件功能是否完好，集成测试主要验证柜间接线是否正确， 系统测试主要验证整个系统运行时功能是否正常。而PAC功能是系统测试阶段的一个大测试项，根据其五大功能， 可将其细化为对应的五个小测试项。

为了便于对PAC功能进行验证，北京广利核系统工程有限公司研发了一套适用于PAC板卡的优先级功能测试工具TD-CIS-V_TESTER，后文简称CIS-V工装。其外壳为可移动小车，内部由电源模块、下位机、IO板卡、继电器、电阻和DB37电缆组成。其具备开关量信号采集和输出及数字量信号采集和输出功能，具备与测试局域网络通信的接口。测试时使用半预制电缆一端与CIS-V工装的电缆插头连接，另一端通过散线连接PAC板卡后面的端子排。接线方式如图3所示。

图3 CIS-V工装接线方式

CIS-V工装具备输出24V信号、电阻信号和干接点信号的功能， 能模拟DPS系统的开关指令和4种类型就地设备的状态反馈信号，还能采集PAC板卡的驱动输出指令。为方便运行CIS-V工装，在维护工具上搭载了能与Firmsys平台控制站通讯的TDbase软件，通过测试局域网络可与CIS-V工装下位机进行通讯。整体实现了维护工具与RPS系统、SR NO I&C系统、CIS-V工装的通讯连接，可强制各系统的开关指令，回读CIS-V工装收到的驱动指令以及SR NO I&C系统收到的相关信息。其连接示意图如图4所示。

图4 CIS-V工装连接示意图

为保证测试效率，本文对PAC的五大功能均采用黑盒测试。该方法是指在不考虑程序的内部结构和内部特性的情况下，依据其需求规格书，检查其功能是否符合说明[2]。为保证质量，本文对优先级功能和PAC通信测试均采用最为严格的决策表驱动分析法，驱动管理、状态分配和状态监视这三大功能则采用因果图法[3]。本文针对这五大功能均以真值表自动执行加弹窗辅助人机交互的方式进行测试，该方式可验证驱动管理、状态分配和状态监视功能的时序逻辑，减少人因失误，还能大大节省人力成本。本文最终形成的测试方案及用例已得到了应用，成功在工期内完成工程测试，以下是五大功能的验证方案简述。

3.1   优先级管理功能测试

优先级管理功能是PAC板卡最重要的功能，也是本文测试方案中工作量最大的一个测试项，针对该功能本文采用分类模板式测试设计方法，即根据760个设备的控制指令数量和设备类型将其分为25类，只需设计出25个对应模板。同一类设备采用相同模板填充点名即可完成测试设计，填充点名可通过Python语言或Visual Basic Application（VBA）语言编程来完成。该方法相比传统纯人工的测试设计大大节省了人力成本，25个模板可用于后续相同堆型的项目。整体测试逻辑的方案流程如图5所示，测试逻辑简图如图6所示。

图5 优先级功能测试方案流程图

图6 优先级功能测试逻辑简图

3.2   PAC通信测试

PAC通信测试目的在于验证PAC板卡接收到的信号能否被准确送往SR NO I&C系统。本文通过人工接线，编写真值表驱动CIS-V工装模拟设备相关信号，触发相应报警，回读SR NO I&C系统收到的信号是否正确即可验证PAC通信功能是否正常。本文编写的测试用例重点覆盖了4种设备类型的55个通信信号能否正确传输，后续VVER堆型项目可参考此用例作为模板。

3.3   驱动管理功能测试

此项测试原理：通过CIS-V工装模拟设备反馈信号，触发驱动管理逻辑，回读板卡输出进行验证。根据需求规格说明书，电机（MOS）和电磁阀（MSV）直接输出优先级逻辑的运算结果；电动阀（MOV）的关过力矩现象会终止关指令输出，其简化逻辑如图7所示；控制阀（MCV）开关到位反馈将终止板卡开关指令输出，具体逻辑可简化如图8所示。该测试用例真值表的设计满足路径全覆盖和功能全覆盖，可用于后续VVER堆型项目。

图7 电动阀关过力矩信号闭锁关输出逻辑图

图8 控制阀开关到位反馈终止开关指令输出逻辑

3.4   设备状态监视功能测试

设备状态监视功能针对接收的设备状态反馈信号有偏差监视、超时报警、双0、双1、断线和短路监测这6种监视功能。该测试项的测试原理： PAC板卡发现的异常状态和报警信息会送往SR NO I&C系统，故通过编写真值表使CIS-V工装模拟触发相关异常状态后通过网络回读SR NO I&C系统接收的报警信息与实际比较从而实现此功能的自动验证。

偏差和超时报警只适用于电动阀、电磁阀和电机类设备。其具体逻辑如图9所示。

图9 状态偏差与超时报警

双0、双1、断线和短路4大监测功能即检测输入输出回路是否正常，本文通过弹窗提示人工短接和断开相关接线的方式辅助自动测试。该测试用例真值表的设计满足路径全覆盖和功能全覆盖，在后续项目可作为参考模板。

3.5   设备状态分配功能测试

主控室和备控室盘台对各设备当前状态及报警信息有显示需求，故需PAC板卡具备状态分配功能将相关信息送往对应盘台。其测试原理： CIS-V工装模拟对应状态反馈，触发相关逻辑，回读PAC板卡指示灯接口输出的状态与预期是否一致，从而实现该功能的自动验证。其逻辑大致如图10所示。

图10 状态分配功能逻辑图

为验证闪烁功能，此测试项也采用弹窗交互自动执行真值表的方式进行。通过人工识别指示灯是否闪烁与下位机依靠弹窗交互的方式降低了真值表的复杂度，提高了可靠性。用例真值表的设计满足路径全覆盖，功能全覆盖， 此用例模板在后续项目需参考需求规格书进行修改后使用。

4   总结

本文根据IEEE-1012软件验证与确认标准和安全级设备接口模块的需求规格说明书简单阐述了其PAC功能， 并研究形成了一套针对该功能的工程测试方法， 该方法已得到应用，效果良好。本文在该方案中简单介绍了北京广利核系统工程有限公司开发的优先级功能测试工具TD-CIS-V_TESTER，对PAC功能的五大功能均采用了黑盒测试， 并提出了模板化测试设计的方法。该方案可用于后续VVER堆型FirmSys平台安全级设备接口模块PAC功能的工程测试。

当然本文提到的测试方法也还有大量改进空间，如未实现全自动测试， 而是采用人工接线， 弹窗辅助的半自动方式。在CIS_V工装数量有限的情况下耗费了大量时间在接线、拆线和环境准备阶段， 测试效率还有提升空间。后续可以研究如何改进，如实现一次性接线、全自动测试等。

作者简介：

黄   浩（2000-），男，重庆人，助理工程师，本科，现就职于北京广利核系统工程有限公司，现主要从事核安全级数字化系统测试验证工作。

参考文献：

[1] 马刚, 康礼鸿. 核电厂数字化反应堆保护系统T2响应时间分析及测试[J]. 自动化博览. 2015 (01).

[2] 文全刚, 孙志刚. 基于黑盒的FPGA功能测试[J]. 微计算机信息. 2004 (12).

[3] 王俊康. 基于系统测试思想和黑盒测试理论的就地化保护基建现场调试技术研究[D]. 浙江大学. 2019.

摘自《自动化博览》2026年8月刊