基于SCADE的核反应堆停堆逻辑的同步性与确定性建模与验证
发布时间：2021-10-09 19:44
反应堆保护系统是核电厂最重要的仪控系统之一,当和反应堆运行状态相关的参数达到极限值时触发紧急停堆和安全专设系统,确保核电站的安全运行。反应堆保护系统安全软件失效时可能造成事件乃至重大核泄漏事故,因此软件必须具备极高的可靠性和安全性,传统软件的手工代码开发模式,工作量巨大,且容易出错,难以满足核电安全软件的高可靠性要求。目前国外也有通过PLC梯形图搭建逻辑,再手工翻译成C代码的开发方法,虽然同时开展V&V工作对软件进行验证与确认,但其仍然不能彻底满足软件安全性需求。形式化建模是关键安全系统软件开发的重要方法之一。法国艾斯特尔公司开发的高安全性应用开发环境SCADE提供了一种基于模型的形式化建模方法,其具有严格的数学理论基础,能实现对系统功能需求的清晰、无歧义表达,相比传统手工编码开发,大大降低了代码出现模糊性和二义性问题的概率,并能够实现需求的逻辑追溯。SCADE为高安全性软件开发人员提供了数据流和安全状态机两种开发方法,能够完整的实现软件功能逻辑,同时提供模型验证方法,大大提高了模型的正确性和安全性,模型验证后还能生成认证级的高质量C代码,提供了高可靠性关键安全软件开发的完整流...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及选题意义
1.2 研究现状
1.2.1 核电仪控系统发展历程
1.2.2 国外RPR系统介绍
1.2.3 国内RPR系统介绍
1.2.4 核电仪控软件开发研究现状
1.3 论文研究内容及结构
第2章 基于时间同步的核电关键软件建模开发方法
2.1 并发性与确定性要求及SCADE机理
2.1.1 可预测与决定论的需求
2.1.2 SCADE确定性与可预测性机理
2.1.3 同步通信及其循环融合实现机理
2.1.4 SCADE的实时性原理及其缺陷
2.2 SCADE基于模型的验证方法
2.2.1 模型检查
2.2.2 模型仿真和覆盖分析
2.2.3 形式化验证
2.3 核电安全级软件开发项目管理要求
2.3.1 核电安全级反应堆保护系统软件开发的法规要求
2.3.2 核电安全级软件完整性等级及质量要求
2.4 核电安全软件开发过程
2.5 本章小结
第3章 反应堆保护系统停堆逻辑
3.1 概述
3.2 反应堆保护系统介绍
3.2.1 保护系统设计准则
3.2.2 保护系统组成与工作原理
3.3 分布式RPR系统结构与响应时间
3.4 RPR系统逻辑研究
3.4.1 RPR系统整体逻辑概述
3.4.2 保护系统内的安全联锁信号
3.4.3 核启动停堆
3.4.4 超功率停堆
3.4.5 反应堆堆芯释热停堆
3.5 本章小结
第4章 RPR系统建模与仿真
4.1 RPR系统建模
4.2 中间量程停堆模块
4.3 功率量程(低整定值)停堆模块
4.4 功率量程(高定值)停堆模块
4.5 功率量程高中子变化率停堆模块
4.6 稳压器压力低停堆模块
4.7 稳压器水位高停堆模块
4.8 冷却剂流量低停堆模块
4.9 反应堆冷却剂主泵转速低停堆模块
4.10 保护系统停堆逻辑集成模型时间延迟分析
4.11 本章小结
第5章 基于SCADE的反应堆分布式RPR停堆模型验证
5.1 同步性与确定性验证需求
5.2 基于SCADE的模型确定性验证
5.2.1 测试用例编写
5.2.2 主机上的功能测试
5.2.3 模型覆盖率分析
5.2.4 形式化验证
5.3 利用simulink进行模型同步性验证
5.4 基于VS软件集成平台的代码移植测试
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
附录1 MC/DC覆盖率分析测试用例和测试场景脚本(仅以两个模块为例)
攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]IAEA与我国核电厂设计安全规定分析及比对研究[J]. 姜丰华,王绩德,苗淼,吴超骥. 核标准计量与质量. 2018(03)
[2]核电厂中间量程探测器信号处理[J]. 刘强. 仪器仪表用户. 2018(04)
[3]基于SIMATICS7-300 PLC的核电厂保护系统设计[J]. 郎嘉琪,谢远来,宋士花,陶玲. 热能动力工程. 2018(03)
[4]电厂DCS以及PLC现场总线技术的应用发展[J]. 华伟. 自动化应用. 2018(02)
[5]电力发展十三五规划:聚焦五细分领域[J]. 电器与能效管理技术. 2016(24)
[6]岭澳核电站二期数字化核仪表系统设计[J]. 李高,刘艳阳,李文平,王远兵,王华金,王银丽. 核动力工程. 2015(06)
[7]AP1000功率量程中子注量率正变化率高紧急停堆定值和时间常数研究[J]. 王银丽,罗炜,张英,朱宏亮,杨戴博,袁彬. 科技视界. 2015(22)
[8]反应堆冷却剂泵转速系统故障分析[J]. 方一波. 电子技术与软件工程. 2015(13)
[9]福清核电反应堆保护系统仿真软件开发[J]. 姚伟,郭云生,王岩,许勇. 核电子学与探测技术. 2015(05)
[10]FPGA技术在核电站多样性系统中的应用技术研究[J]. 陈银杰,张春雷,齐敏,金成日,马洪杰. 自动化仪表. 2014(02)
硕士论文
[1]基于SCADE的ATP建模与验证[D]. 胡春凤.西南交通大学 2018
[2]ADS次临界反应堆核功率和中子通量监测技术研究[D]. 何一川.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2017
[3]核电站反应堆保护系统研究[D]. 魏海峰.华北电力大学 2013
[4]国内典型压水堆核电站数字化仪控系统方案优化[D]. 孟庆军.华北电力大学 2013
[5]一种压水堆保护系统数字化实现技术研究[D]. 刘钊.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：3426897
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及选题意义
1.2 研究现状
1.2.1 核电仪控系统发展历程
1.2.2 国外RPR系统介绍
1.2.3 国内RPR系统介绍
1.2.4 核电仪控软件开发研究现状
1.3 论文研究内容及结构
第2章 基于时间同步的核电关键软件建模开发方法
2.1 并发性与确定性要求及SCADE机理
2.1.1 可预测与决定论的需求
2.1.2 SCADE确定性与可预测性机理
2.1.3 同步通信及其循环融合实现机理
2.1.4 SCADE的实时性原理及其缺陷
2.2 SCADE基于模型的验证方法
2.2.1 模型检查
2.2.2 模型仿真和覆盖分析
2.2.3 形式化验证
2.3 核电安全级软件开发项目管理要求
2.3.1 核电安全级反应堆保护系统软件开发的法规要求
2.3.2 核电安全级软件完整性等级及质量要求
2.4 核电安全软件开发过程
2.5 本章小结
第3章 反应堆保护系统停堆逻辑
3.1 概述
3.2 反应堆保护系统介绍
3.2.1 保护系统设计准则
3.2.2 保护系统组成与工作原理
3.3 分布式RPR系统结构与响应时间
3.4 RPR系统逻辑研究
3.4.1 RPR系统整体逻辑概述
3.4.2 保护系统内的安全联锁信号
3.4.3 核启动停堆
3.4.4 超功率停堆
3.4.5 反应堆堆芯释热停堆
3.5 本章小结
第4章 RPR系统建模与仿真
4.1 RPR系统建模
4.2 中间量程停堆模块
4.3 功率量程(低整定值)停堆模块
4.4 功率量程(高定值)停堆模块
4.5 功率量程高中子变化率停堆模块
4.6 稳压器压力低停堆模块
4.7 稳压器水位高停堆模块
4.8 冷却剂流量低停堆模块
4.9 反应堆冷却剂主泵转速低停堆模块
4.10 保护系统停堆逻辑集成模型时间延迟分析
4.11 本章小结
第5章 基于SCADE的反应堆分布式RPR停堆模型验证
5.1 同步性与确定性验证需求
5.2 基于SCADE的模型确定性验证
5.2.1 测试用例编写
5.2.2 主机上的功能测试
5.2.3 模型覆盖率分析
5.2.4 形式化验证
5.3 利用simulink进行模型同步性验证
5.4 基于VS软件集成平台的代码移植测试
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
附录1 MC/DC覆盖率分析测试用例和测试场景脚本(仅以两个模块为例)
攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]IAEA与我国核电厂设计安全规定分析及比对研究[J]. 姜丰华,王绩德,苗淼,吴超骥. 核标准计量与质量. 2018(03)
[2]核电厂中间量程探测器信号处理[J]. 刘强. 仪器仪表用户. 2018(04)
[3]基于SIMATICS7-300 PLC的核电厂保护系统设计[J]. 郎嘉琪,谢远来,宋士花,陶玲. 热能动力工程. 2018(03)
[4]电厂DCS以及PLC现场总线技术的应用发展[J]. 华伟. 自动化应用. 2018(02)
[5]电力发展十三五规划:聚焦五细分领域[J]. 电器与能效管理技术. 2016(24)
[6]岭澳核电站二期数字化核仪表系统设计[J]. 李高,刘艳阳,李文平,王远兵,王华金,王银丽. 核动力工程. 2015(06)
[7]AP1000功率量程中子注量率正变化率高紧急停堆定值和时间常数研究[J]. 王银丽,罗炜,张英,朱宏亮,杨戴博,袁彬. 科技视界. 2015(22)
[8]反应堆冷却剂泵转速系统故障分析[J]. 方一波. 电子技术与软件工程. 2015(13)
[9]福清核电反应堆保护系统仿真软件开发[J]. 姚伟,郭云生,王岩,许勇. 核电子学与探测技术. 2015(05)
[10]FPGA技术在核电站多样性系统中的应用技术研究[J]. 陈银杰,张春雷,齐敏,金成日,马洪杰. 自动化仪表. 2014(02)
硕士论文
[1]基于SCADE的ATP建模与验证[D]. 胡春凤.西南交通大学 2018
[2]ADS次临界反应堆核功率和中子通量监测技术研究[D]. 何一川.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2017
[3]核电站反应堆保护系统研究[D]. 魏海峰.华北电力大学 2013
[4]国内典型压水堆核电站数字化仪控系统方案优化[D]. 孟庆军.华北电力大学 2013
[5]一种压水堆保护系统数字化实现技术研究[D]. 刘钊.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：3426897
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