核電站I/O變量信息快速檢查方法的研究

★北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司 趙潮涌，江國進

核電站I/O變量信息快速檢查方法的研究

★北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司 趙潮涌，江國進

I/O變量信息是核電站DCS的重要組成之一，對核電站的安全穩(wěn)定運行有著十分重要的影響，故I/O變量信息的檢查一直都是核電站DCS測試的一項重要內容。本文在分析現(xiàn)行I/O變量信息檢查方法的基礎上，針對核電站數(shù)據(jù)庫的構成特點并結合EXCEL的函數(shù)功能，提出了一種按照“數(shù)據(jù)類型”進行I/O變量信息快速檢查的新方法。經實際測試表明，該方法能夠大幅提高I/O變量信息的測試效率。該方法目前已經在多個項目中得到應用，有著廣闊的應用前景。

核電站DCS； I/O變量信息；數(shù)據(jù)庫；測試技術

1 引言

I/O變量信息是核電站DCS的重要組成部分[1]，其在核電站DCS實時數(shù)據(jù)庫（以下簡稱數(shù)據(jù)庫）中組態(tài)的正確與否將直接影響核電站DCS對外部數(shù)據(jù)的采集、相應數(shù)據(jù)在DCS內部的傳輸、邏輯計算以及DCS控制命令的輸出等多項功能[2][3][4]，所以對I/O變量信息組態(tài)正確性的檢驗一直都是核電站DCS測試的重要內容之一。測試方法通常為：依據(jù)設計部門提供的I/O變量清單檢查數(shù)據(jù)庫中相應I/O變量信息是否與其一致。測試方法在經歷了最初采用人工手動逐一比較的原始方法后，現(xiàn)在已經發(fā)展為使用計算機進行軟件程序設計,自動進行I/O變量信息數(shù)據(jù)的查找與比對。

但在實際測試時，受制于I/O變量信息數(shù)據(jù)量的龐大，并且在I/O變量清單和數(shù)據(jù)庫中相應I/O變量信息數(shù)據(jù)存儲方式的不同，導致目前使用的自動化數(shù)據(jù)查找與比對方法效率不高，耗時也相對較長。尋求一種更快速高效的I/O變量信息檢查方法已經成為目前核電站DCS測試工作中一項迫切的技術需求。

本研究在吸取原測試方法經驗的基礎上，根據(jù)I/O變量清單和數(shù)據(jù)庫的構成特點，并結合EXCEL的函數(shù)功能，提出了一種按照“數(shù)據(jù)類型”（也稱為點類型）方式在數(shù)據(jù)庫中快速查找大量I/O變量信息的新方法[6]。實際測試表明該方法可以大幅提高I/O變量信息的檢查效率和測試質量。

2 目前I/O變量信息自動化測試方法的缺陷與分析

在設計部門提供的I/O變量清單中，I/O變量信息作為LD/AD邏輯功能圖的組成部分，是按照邏輯系統(tǒng)功能進行分類排列的，圖1所示為國內某核電DCS項目中APA控制系統(tǒng)的部分I/O變量清單。

圖1 I/O變量清單（局部）

而在工程組態(tài)的數(shù)據(jù)庫中，I/O變量信息是按照“數(shù)據(jù)類型”進行分類排列的，兩者的排列方式并不相同；加之I/O變量清單和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)量都比較龐大，這給在數(shù)據(jù)庫中進行相應I/O變量信息的查找與比對帶來了困難。例如，以廣利核公司負責的國內某核電站DCS項目為例，其常規(guī)島控制系統(tǒng)采用HOLLIASMACSVI平臺，數(shù)據(jù)庫是由100多個EXCEL SHEET頁所組成，約有5萬多個變量點，平均每個變量點約有30多種“點項”信息，總數(shù)據(jù)量達到150萬之多；而所有系統(tǒng)的I/O變量清單中約有1萬左右個變量點，平均每個變量點約有10多種“點項”信息，數(shù)據(jù)總量約為10萬左右。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)量要遠遠大于I/O變量清單中的數(shù)據(jù)量，這是因為在數(shù)據(jù)庫中不僅僅包含I/O變量信息，還包含大量工程實施所需要的其他變量信息[5]。所以在進行I/O變量信息檢查時就需要在數(shù)據(jù)總量為150萬的數(shù)據(jù)庫中對數(shù)據(jù)量約為10萬的I/O變量信息進行一致性校驗，若沒有一種快速高效的數(shù)據(jù)查找與比對方法，即便是應用計算機來自動進行，查找效率也將不會太高。

目前I/O變量信息自動化測試一般采用如圖2所示的數(shù)據(jù)處理流程來進行I/O變量信息在數(shù)據(jù)庫中的查找與比對。

從圖2中可以看出目前采用的數(shù)據(jù)查找與比對方法為：依次讀取I/O變量清單中的每一個數(shù)據(jù)點信息，然后在數(shù)據(jù)庫的每個SHEET頁中進行查找，若找到，則進行數(shù)據(jù)一致性比對；若未找到，則進行標記。又由于“點名”是I/O變量信息間相互區(qū)別的唯一標識，所以該方法首先進行“點名”信息的查找與比對，再進而根據(jù)“點名”對其他“點項”信息進行查找和比對。

這種數(shù)據(jù)查找與比對方法雖然相對于人工手動方法有了較大的進步，但是，由于其固有的缺陷性，在查詢數(shù)據(jù)量比較大的情況下，很容易造成數(shù)據(jù)查找效率低下、耗時比較長的現(xiàn)象。其缺陷具體表現(xiàn)在以下三個方面：

（1）在數(shù)據(jù)查找過程中，待查找數(shù)據(jù)量的縮減速度慢，只是呈線性遞減趨勢，這是因為該方法每次只能查找一個數(shù)據(jù)造成的。若能實現(xiàn)同時查找多個數(shù)據(jù)，則待查找數(shù)據(jù)量的縮減速度將會顯著提高。

圖2 現(xiàn)行I/O 變量信息自動化檢查方法所采用的數(shù)據(jù)處理流程圖

（2）在數(shù)據(jù)查找過程中，該方法所使用的數(shù)據(jù)查找范圍是固定不變的。從查找第一個數(shù)據(jù)的“點名”開始到查找最后一個數(shù)據(jù)的“點名”為止，查找范圍都是整個數(shù)據(jù)庫的全體，查找范圍沒有任何縮減。查找范圍的不縮減，意味著對于每一個“點名”數(shù)據(jù)的查找，都必須在數(shù)據(jù)庫的全體EXCEL SHEET頁中進行。例如，在前面提到的某核電站DCS項目中，所有“點名”數(shù)據(jù)的查找，都需要在100多個EXCEL SHEET頁中進行，這種查找數(shù)據(jù)的方法嚴重阻礙了數(shù)據(jù)查找的效率，而理想的數(shù)據(jù)查找方式應該是：隨著數(shù)據(jù)查找的進行，數(shù)據(jù)查找范圍呈快速遞減趨勢。

（3）在數(shù)據(jù)查找過程中，該方法把數(shù)據(jù)的查找和一致性比對工作放在一起進行，即對每一個需要檢查的“點項”信息都是采取在數(shù)據(jù)庫中先進行查找，找到之后緊接著進行一致性比較，并依據(jù)比較結果做出相應標記。這樣，查找的“點項”信息有多少個，就需要進行多少次一致性比較。若能把數(shù)據(jù)的查找與一致性比對分開來進行，分別實現(xiàn)數(shù)據(jù)查找和數(shù)據(jù)比對的批量處理，無疑將會大幅提高數(shù)據(jù)查找與比對的效率。

3 新測試技術方案設計

在分析現(xiàn)行I/O變量信息檢查方法缺陷的基礎上，新方案的設計主要基于以下幾方面的考慮：

（1）由于I/O變量清單文件和數(shù)據(jù)庫文件都是以EXCEL表形式出現(xiàn)的，或者可以轉化為EXCEL表形式，而EXCEL表自身就具有強大的數(shù)據(jù)處理能力，擁有眾多的數(shù)據(jù)處理函數(shù)；所以在新方案中，充分利用了EXCEL表自身強大的數(shù)據(jù)處理功能。

（2）I/O變量信息在EXCEL表中的存儲形式為：同一個變量點的各種“點項”信息按列排布在同一數(shù)據(jù)行之中，并以“點名”作為唯一的區(qū)別標識。所以在新方案中，是以“點名”為依據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中對I/O變量清單中的相應數(shù)據(jù)進行查找，進而進行一致性比對。“點名”是溝通I/O變量清單和數(shù)據(jù)庫的唯一橋梁。

（3）核電站DCS數(shù)據(jù)庫的構成特點是：在數(shù)據(jù)庫中變量信息是根據(jù)該變量點所包含“點項”信息的不同而進行分類排布的，即按照數(shù)據(jù)類型（也稱為“點類型”）進行分類排布。相同數(shù)據(jù)類型的變量點具有完全相同的“點項”信息，這些具有相同“點項”信息的變量點在數(shù)據(jù)庫中被排布在同一個SHEET頁之中，并且該SHEET頁就以該種數(shù)據(jù)類型來命名。在新方案中，正是根據(jù)核電站DCS數(shù)據(jù)庫的這種構成特點，采用了一種按照“數(shù)據(jù)類型”來進行大量I/O變量信息數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中進行快速查找的新方法[6]，具體實施方案如圖3所示。

圖3 按照“數(shù)據(jù)類型”在數(shù)據(jù)庫中進行I/O變量信息快速查找與比對的數(shù)據(jù)處理流程圖

步驟1中的I/O變量清單和數(shù)據(jù)庫樣式如圖4、圖5所示。

圖4 I/O變量清單（局部）

圖5 數(shù)據(jù)庫（局部）

需要查找和比對的“點項”信息依I/O變量清單的不同會稍有差異，但通常都包括：點名、點說明、量程下限、量程上限、低2限值、低1限值、高1限值、高2限值、低2限報警級、低1限報警級、高1限值報警級、高2限值報警級、輸出格式等。

步驟2中生成的比對表樣式如圖6所示。

圖6 比對表（局部）

步驟6，在數(shù)據(jù)查找比對表的“數(shù)據(jù)庫中點名”列，且尚未找到“點名”數(shù)據(jù)的單元格內，通過輸入或填充EXCEL公式進行“點名”一致性查找，輸入或填充的公式為：

=INDEX(ARRAY,MATCH(LOOKUP_ VALUE,LOOKUP_ARRAY,[MATCH_TYPE]))

公式中的相關參數(shù)設置如下：

· ARRAY：數(shù)據(jù)庫當前SHEET頁中 “點名”所在“數(shù)據(jù)列”的范圍；

· LOOKUP_VALUE：比對表中待查找的“點名”位置；

· LOOKUP_ARRAY：數(shù)據(jù)庫當前sheet頁中“點名”所在“數(shù)據(jù)列”的范圍；

· MATCH_TYPE：為0（精確匹配）；

該EXCEL公式的使用可以把數(shù)據(jù)庫當前SHEET頁中所包含的I/O變量信息表中的所有相同的“點名”數(shù)據(jù)快速的查找和提取出來，如圖7所示。

圖7 “點名”查找示意圖

步驟7中排序的目的是為了區(qū)分開經過步驟6找到的“點名”數(shù)據(jù)和未找到“點名”的數(shù)據(jù)，使找到的“點名”排列在比對表的上部，而未找到的“點名”排列在比對表的下部。而接下來的步驟9就只在找到“點名”的區(qū)域進行；而在數(shù)據(jù)庫下一個SHEET頁中查找I/O變量信息數(shù)據(jù)則僅在未找到“點名”的區(qū)域進行。排序后的結果如圖8所示。

圖8 按照“點名”排序的示意圖

步驟9，在數(shù)據(jù)查找比對表的相應其他“點項”所對應的“數(shù)據(jù)庫中點項列”，通過EXCEL公式填充功能，輸入如下公式：

=INDEX(ARRAY,MATCH(LOOKUP_ VALUE,LOOKUP_ARRAY,[MATCH_TYPE]))

公式中的相關參數(shù)設置如下：

· ARRAY：數(shù)據(jù)庫當前SHEET頁中待查找的“點項”所在“數(shù)據(jù)列”的范圍；

· LOOKUP_VALUE：比對表中待查找的“點名”位置；

· LOOKUP_ARRAY：數(shù)據(jù)庫當前SHEET頁中 “點名”所在“數(shù)據(jù)列”的范圍；

· MATCH_TYPE：為0（精確匹配）；

注：此公式與步驟6中的公式區(qū)別僅在于參數(shù)ARRAY設置的不同。

通過該EXCEL公式可以把數(shù)據(jù)庫當前SHEET頁中在第6步剛剛找到“點名”的數(shù)據(jù)所對應的其他“點項”信息快速的查找和提取出來。如圖9所示。

圖9 其他“點項”信息的查找示意圖

至此，完成I/O變量信息在數(shù)據(jù)庫第一個SHEET頁中的查找。接下來，對數(shù)據(jù)庫全體SHEET頁循環(huán)執(zhí)行上述查找方法。

經步驟14后，在數(shù)據(jù)庫中的I/O變量信息已經全部查找并提取到比對表中，效果如圖10所示。

圖10 I/O變量信息查找完畢示意圖

步驟15，在本程序中是通過使用EXCEL的EXACT函數(shù)來實現(xiàn)相鄰單元格內數(shù)據(jù)一致性的比對。輸入或填充如下公式：

=EXACT（TEXT1，TEXT2）

· EXACT：用于檢測兩個字符串是否完全相同，如果兩個參數(shù)完全相同，返回TRUE值；否則返回FALSE值，

· TEXT1引用的是I/O變量清單中“點項”信息對應的文本字符串；

· TEXT2引用的是相應的數(shù)據(jù)庫中“點項”信息對應的文本字符串；

“點項”信息比對的效果如圖11所示。

在本方法中是把所有數(shù)據(jù)庫中相應的I/O變量信息查找并提取到比對表之中，使I/O變量清單中的和數(shù)據(jù)庫中的I/O變量信息處于比對表中同一數(shù)據(jù)行相鄰的數(shù)據(jù)列，然后再應用EXCEL的函數(shù)公式實現(xiàn)比對表中所有數(shù)據(jù)的批量快速比對。

圖11 數(shù)據(jù)一致性比較示意圖

在本方案中，除了采用按照“點類型”來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速查找之外，針對數(shù)據(jù)庫所包含的SHEET頁數(shù)量眾多，且被查找數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫的SHEET頁中非均勻分布的特點，設計了三個數(shù)據(jù)處理“環(huán)路”來進一步提高軟件程序的數(shù)據(jù)查找效率：

· 環(huán)路一：步驟4→5→12→13→4

在數(shù)據(jù)庫當前SHEET頁的標題行中若不包含所需查找的數(shù)據(jù)“點項”信息的情況下，通過這一環(huán)路可快速把數(shù)據(jù)查找范圍移向數(shù)據(jù)庫下一個SHEET頁。

· 環(huán)路二：步驟4→5→6→7→8→12→13→4

在數(shù)據(jù)庫當前SHEET頁的標題行中雖然含有需要查找的數(shù)據(jù)“點項”信息，但在實際未查找到相關數(shù)據(jù)“點名”的情況下，通過這一環(huán)路，可快速把數(shù)據(jù)查找范圍移向數(shù)據(jù)庫下一個SHEET頁。

· 環(huán)路三：步驟4→5→6→7→8→9→10→11→12→13→4

只有針對那些確實包含有所需查找的數(shù)據(jù)“點項”的數(shù)據(jù)庫SHEET頁，才通過這一環(huán)路，并結合相應的EXCEL函數(shù)公式來查找并提取數(shù)據(jù)庫SHEET頁中的相關數(shù)據(jù)。

4 新技術方案的程序實現(xiàn)與測試

由于VBA計算機語言處理EXCEL表數(shù)據(jù)具有得天獨厚的優(yōu)勢，所以在本研究中采用VBA計算機語言按照上面揭示的方法進行程序設計[7]，軟件操作界面如圖12所示。

5 測試結果與分析

圖12 核電站DCS I/O變量信息快速比對軟件

本項研究以多個廣利核公司負責的國內核電站DCS項目的I/O變量清單（數(shù)據(jù)量約為10000點左右）為例進行了測試，所采用的硬件設備：聯(lián)想昭陽筆記本電腦E43G（配置為：Intel? Core(TM)2 CPU, P7450 @2.13GHz, 1.60GHz, 1.86GB的內存。采用Microsoft Windows XP Professional版本2002 Service Pack 2操作系統(tǒng)），經測試，完成的時間均在5分鐘以內，而以原來的方法進行同樣的測試則需要耗時2～3天左右。

I/O變量信息檢查結果如圖13所示。

圖13 測試結果圖（局部）

現(xiàn)將兩種方法的技術特征進行對比，如表1所示。

表 1 兩種方法的對比

6 結論

針對現(xiàn)行核電站DCS中I/O變量信息自動化檢查存在效率低下、耗時比較長的現(xiàn)象，本文在分析原方法的基礎上，結合I/O變量清單和數(shù)據(jù)庫的構成特點，提出了一種按照“數(shù)據(jù)類型”在數(shù)據(jù)庫中快速查找I/O變量信息的新方法。經實際測試表明，該方法能夠大幅提高核電站DCS中I/O變量信息的檢查效率，該方法目前已經在北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司負責的多個核電站DCS項目中得到應用，顯著提高了測試效率和測試質量，具有廣泛的應用前景和應用價值。

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Research on High Speed Method for Checking the Nuclear Power Plant I/O Variable Information

The I/O variable information is one of the important components of nuclear power plant DCS, which has a very important influence on the safe and stable operation of the nuclear power plant. Therefore, the I/O variable information inspection has always been an important part of the nuclear power plant DCS test. This paper analyzed the current method for checking the nuclear power plant DCS I/O variable information. On the basis of analyzing constitute characteristics of nuclear power plant database and EXCEL's functions, this study implemented a high speed method for checking the I/O data in the database according to the data type. Practical test shows that the method can greatly improve the test efficiency of the I/O variable information. This method has been applied in many projects, and has broad application prospects.

Nuclear power plant DCS; I/O variable information; Database; Testing technology

趙潮涌（1973-），男，天津寧河人，工程師，碩士研究生，現(xiàn)就職于北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司，主要從事核電站DCS系統(tǒng)研發(fā)工作。