談保護系統工程軟件的研習范文

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1保護系統工程樣機的研制規劃

保護系統工程樣機的研制規劃中的重要工作是制定總體的開發計劃，包括《工程樣機研制計劃》、《安全軟件開發計劃》和《軟件驗證與確認計劃》等，這些計劃中一個共同的內容是確定保護系統安全軟件的生命周期模型。參考HAD102/16等導則和標準，我們確立了HTR-PM保護系統的安全軟件生命周期模型，如圖1所示，這是一個典型的“V”字模型。在“V”字模型的左側包括2個階段，即保護系統設計階段和工程樣機研制階段，每個階段的工作逐步展開，同時伴隨著對安全軟件的“確認”工作，即確認每個工作步驟的輸入與上一步工作的輸出是一致的。從核電廠和保護系統的需求開始，設計工作逐步細化，形成保護系統設備的技術規格書，完成保護系統的設計工作。

保護系統工程樣機的研制以設備的技術規格書為輸入，工作逐步展開，經歷計算機系統設計、軟件需求分析、軟件設計幾個階段，并最終在軟件實現階段完成全部軟件源碼的開發。在“V”字模型的右側，從軟件實現開始，經歷計算機系統各個裝置的集成、保護系統的安裝和調試，直至最終的系統運行和維護，是系統逐步實現并使用的過程，在這個過程中伴隨著安全軟件的“驗證”工作，即驗證每個步驟中保護系統實現的功能與前面的設計要求是一致的。結合HTR-PM保護系統設備技術規格書的要求，工程樣機研制規劃中需要研究、安排并落實“V”字模型中每個步驟的具體工作，如圖2所示，保護系統工程樣機的研制工作分成3條主線展開：硬件部件（含計算機硬件及其他部件的硬件電路）的設計研制及加工；安全軟件的設計與開發；保護系統機柜的機械結構設計與機械加工。上述3條主線的研制工作是相互影響、相互制約的，同時需要協調、配合安全軟件的驗證與確認（V&V）工作及質量保證（QC）工作，工作的詳細內容在下一節描述。

2工程樣機研制的主要步驟

保護系統工程樣機研制過程按自頂而下的次序逐層細化、分解，可以分成以下幾個階段（如圖3所示）：計算機系統的設計、軟件（硬件）需求分析、軟件（硬件）設計、軟件（硬件）的實現、計算機系統的集成；保護系統機柜（僅指機械部分）的設計、加工是一項相對獨立的工作，整個工作過程可以分成機柜設計、結構設計、生產加工幾個階段，最后硬件部件在機柜中組裝。上述各個階段中的主要工作簡單描述如下：

2.1計算機系統設計計算機系統設計的主要工作是在保護系統設備技術規格書的基礎上，完成保護系統工程樣機的體系結構設計（即保護系統的計算機體系結構設計），計算機系統的體系結構可能由若干裝置組成，根據是否運行軟件可以分成兩類裝置：計算機裝置和純硬件裝置，設計成果為各個裝置的設計說明書。該階段設計工作的粒度是構成保護系統的各個裝置，把保護系統的總體功能分解到各個裝置中，在本階段各個裝置作為一個黑盒子處理，關注的是各個裝置的功能要求和它們之間的接口要求，而不是裝置本身實現的細節。

2.2軟件（硬件）需求保護系統工程樣機體系結構設計中計算機裝置的需求應當適當地分解為軟件需求和/或硬件需求，軟件需求描述軟件在選定的計算機裝置及其相關外圍設備上運行時所執行的處理以保證總的需求得到滿足，設計成果是各個裝置的軟件需求規格書。該階段設計工作的粒度仍然是構成保護系統的各個裝置，從實現方式的角度把各個裝置的功能要求分解為硬件需求和軟件需求，這些需求是裝置整體的需求，沒有考慮裝置本身實現的細節。

2.3軟件（硬件）設計軟件設計分成2個階段：軟件概要設計和軟件詳細設計。軟件概要設計是根據各個計算機裝置的軟件需求完成相應的軟件總體結構設計；對軟件總體結構進行分解，劃分為具有獨立功能的軟件功能單元；確定各個軟件單元的功能需求、軟件單元之間的調用關系、數據流及輸入／輸出信號接口，設計成果是軟件概要設計文件。軟件詳細設計包括每個軟件單元執行功能的描述、軟件單元輸入/輸出變量及內部主要變量的定義及描述、軟件單元代碼的功能流程圖，設計成果是軟件詳細設計文件。硬件設計工作與軟件設計工作是相輔相成的關系，軟件的功能需要有一定的硬件環境才可以實現，硬件的設計只為實現某一類功能提供了可能性，只有加上特定的軟件才能實現需要的功能。硬件概要設計把裝置的功能需求分解到若干線路板，硬件詳細設計的成果是各個線路板的電路原理圖、PCB板圖、元器件清單等。

該階段設計工作的粒度分解到構成各個裝置的若干插件，在軟件（硬件）設計中根據裝置的整體軟件（硬件）需求，把一個裝置分解為一組可以實現某些特定功能的插件，以各個插件為單位完成裝置的硬件設計和軟件設計。軟件（硬件）概要設計工作中，在把每個裝置分解為若干插件的同時，需要把分解后的這些特定功能的插件進行分類和合并，軟件概要設計還需要進一步合并各個插件中的公共軟件（如初始化軟件、在線監測軟件），以減少軟件的種類和數量。隨著軟件詳細設計和硬件詳細設計的展開，軟件的設計結果與硬件的設計結果不再存在一一對應的關系。

2.4軟件（硬件）實現軟件實現是根據軟件詳細設計文件，遵守HTR-PM項目制定的軟件編碼規范，生成最終的軟件源代碼。硬件實現是根據硬件詳細設計文件生產各個插件的線路板。

2.5計算機系統的集成計算機系統的集成包括兩部分內容：軟件與硬件集成——將軟件單元裝入執行該軟件的硬件部件，進行插件的集成測試；機柜集成——每個機柜由若干計算機裝置和／或純硬件裝置組成，機柜集成的工作是把組成一個機柜的計算機裝置和／或純硬件裝置安裝在機柜內，完成機柜內裝置的組裝、接線，并進行機柜的調試。

3保護系統安全軟件的驗證與確認

HTR-PM數字化保護系統安全軟件的開發是一個逐步的有控制的過程，整個的軟件開發過程可以劃分成幾個任務不同的階段，并按特定的順序將各個階段銜接起來。每一個軟件開發階段都是在上一階段的結果上進行深一步的工作，同時該階段的結果也為下一階段的開發提供輸入信息。

安全軟件驗證與確認（V&V）過程是一個按嚴格的步驟評定軟件產品的過程，這種評定貫串于軟件產品的整個生命周期，應視為集成在整個軟件開發項目中一個完整的任務。軟件V&V的目的是確保軟件具有一定的質量，并且軟件符合用戶的需求。軟件V&V使用審查、分析及測試技術評定一個完整的軟件系統及其開發過程中的中間產品是否滿足預定的要求，包括功能要求和質量要求。根據相關的法規、標準要求，HTR-PM數字化保護系統開發過程中制定了安全軟件V&V計劃，設計了相應的軟件V&V過程，該過程的實施是與軟件開發的各個階段同步進行的，見圖1。每個軟件V&V過程中仔細設計了V&V活動，以保證V&V活動可以正確地評定軟件開發的每個階段都正確地實現了預期的目標。參考圖1，可知V2、V3和V4的主要活動是文件審查，使用人工對比的方式對設計文件的輸入和設計文件的內容進行正向追溯分析和逆向追溯分析，以保證文件的設計質量；V5的主要活動是軟件測試，包括軟件的靜態測試和動態測試，軟件測試的對象是軟件詳細設計文件對應的軟件單元源碼，測試的性質屬于白箱測試；V6的主要活動是系統集成測試，為此我們開發了專用的系統集成測試工具，測試的性質屬于黑箱測試。

在HTR-PM數字化保護系統研發過程中，軟件開發與軟件V&V分別由不同的組織執行，北京廣利核系統工程有限公司負責軟件的開發工作，清華大學核研院負責軟件的V&V工作，從而保證V&V工作的嚴格獨立性。獨立的V&V能夠保證保護系統軟件V&V結果的有效性，并保證HTR-PM數字化保護系統最終軟件產品的質量。

4結束語

本文概述了HTR-PM反應堆保護系統工程樣機的研制過程，該工程樣機于2013年初完成了研制工作，目前正在進行各項質量鑒定試驗。質量鑒定試驗通過后，將開始工程實際應用的反應堆保護系統的生產，該系統是一個專門針對HTR-PM的保護功能、性能要求開發的專用系統，可以形成擁有自主知識產權的高溫氣冷堆核電站配套技術。

作者：李鐸熊華勝郭超張良駒石銘德單位：清華大學核能與新能源技術研究院