دانلود ترجمه مقاله توسعه محیط تست مبتنی بر شبیه سازی برای نرم افزارهای مهم از نظر ایمنی (الزویر 2018) (ترجمه ویژه – طلایی ⭐️⭐️⭐️)

توسعه محیط تست مبتنی بر شبیه سازی برای نرم افزارهای مهم از نظر ایمنی

Development of simulation-based testing environment for safety-critical software

چکیده

1. مقدمه

2. سیستم هدف

2-1 پیکربندی سیستم IDiPS-RPS

2-2 معماری POSAFE-Q

3. توسعه بستر تست

3-1 توسعه بستر تست نرم افزار

3-2 تایید بستر تست نرم افزار

4. مطالعه موردی

4-1 نرم افزار مورد نظر

4-2 تولید مورد تست نرم افزار هدف

4-3 روند تست و نتایج حاصل از نرم افزار هدف

5. نتیجه گیری

منابع

چکیده

اخیراً برنامه ای نرم افزاری در نیروگاه های برق هسته ای  (NPP) به منظور دیجیتالی کردن بسیاری از سیستم های کنترل و ابزار دقیق مورد استفاده قرار گرفته است. برای اطمینان از ایمنی نیروگاه های برق هسته ای، قابلیت اطمینان نرم افزار مورد استفاده در سیستم های ابزار دقیق و کنترل می بایست توسط موارد تست و محیط تست مناسب بررسی و تایید شود. در این مطالعه یک روش تست نرم افزاری با استفاده از بستر تست نرم افزاری  مبتنی بر شبیه سازی پیشنهاد می شود. این بستر تست با شبیه سازی معماری ریز پردازنده مربوط بخ یک کنترل کننده منطقی قابلی برنامه ریزی  (PLC) مورد استفاده در کاربری های نیروگاه برق هسته ای و رصد رفتار آن در هر دستورالعمل ماشین توسعه داده می شود. اثربخشی این روش پیشنهادی از طریق یک مطالعه مورد نشان داده می شود. برای نمایش شرایط ممکن ورودی نرم افزار و متغیرهای داخلی که به تولید سیگنال ایمنی اختصاصی کمک می کنند، موارد تست نرم افزار با در نظر گرفتن مشخصات دیجیتالی سیستم هدف و شرایط دینامیکی نیروگاه توسعه داده می شوند. این روش یک راه عملیاتی برای اجرای تست نرم افزار ارائه می کند که می تواند بدون خطا بدون نرم افزار را اثبات کند و عدم اطمینان را در اندازه گیری قابلیت اطمینان نرم افزار به حداقل برساند. در مقایسه با روش های فعلی تست، روش پیشنهادی می تواند به طور موثر تست نرم فازار را با شبیه سازی رفتار کنترل کننده منطقی قابل برنامه نویسی در سطح ماشین کاهش دهد.

1. مقدمه

با تغییر فناوری به سیستم های دیجیتالی و از آنجایی که سیستم های آنالوگ در حال منسوخ شدن می باشند و با توجه به مزیت های عملکردی سیستم های دیجیتال، نیروگاه های برق هسته ای (NPP) موجود برای جایگزینی سیستم های آنالوگ فعلی ابزار دقیق و کنترل  (I&C) آغاز شده است، در حالی که طراحی جدید نیروگاه سیستم های دیجیتال را به طور کامل به کار می گیرند [1]. سیستم های دیجیتالی در مقایسه با سیستم های آنالوگ کنترل و ابزار دقیق عملکرد پیشرفته ای را از نظر دقت و قابلیت های محاسبه ای ارائه می کنند و توان بالقوه ای برای بهبود قابلیت های همانند تحمل خطا و تشخیص دارند [2]. با این حال، استفاده از سیستم های دیجیتالی مبتنی بر ریز پردازنده در سیستم های ایمنی کنترل و ابزار دقیق نیروگاه برق هسته ای چالش بزرگی را در به کارگیری مشخصات آن ها در مدل ارزیابی خطر احتمالی  (PRA) نیروگاه های برق هسته ای برای ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم دیجیتالی و اثر خطر آن بر ایمنی NPP ایجاد کرده است.

5. نتیجه گیری

در این مطالعه یک روش تست نرم افزار با استفاده از یک بستر تست نرم افزار مبتنی بر شبیه سازی پیشنهاد داده شده است. این بستر تست نرم افزار با در نظر گرفتن مشخصات PLC و معماری CPU و نقشه حافظه ریز پردازنده PLC توسعه داده شده است. با توجه به این که ورودی های تست نرم افزار برای یک کاربرد حساس به ایمنی همانند RPS یک نیروگاه برق هسته ای ورودی هایی هستند که سبب فعال سازی اقدامات حفاظتی همانند تریپ راکتور می شوند، مورد تست نرم افزار با در نظر گرفتن ویژگی های پردازش سیگنال دیجیتال PLC و داده های ترمو- هیدرولیکی نیروگاه برای گذراهای نیروگاه یا رخدادها در یک نیروگاه برق هسته ای توسعه داده شده است. به عنوان کاربردی از روش پیشنهادی تست نرم افزار، موارد تست نرم افزار برای تریپ PZR_LO_PR منطق نرم افزار KNICS IDiPS-RPS BP توسعه داده شده است و با رصد حالت متغیرهای خروجی ذخیره شده در نقشه حافظه پس از انتهای برنامه منطق تریپ تست شده است.

Abstract

Recently, a software program has been used in nuclear power plants (NPPs) to digitalize many instrumentation and control systems. To guarantee NPP safety, the reliability of the software used in safety-critical instrumentation and control systems must be quantified and verified with proper test cases and test environment. In this study, a software testing method using a simulation-based software test bed is proposed. The test bed is developed by emulating the microprocessor architecture of the programmable logic controller used in NPP safety-critical applications and capturing its behavior at each machine instruction. The effectiveness of the proposed method is demonstrated via a case study. To represent the possible states of software input and the internal variables that contribute to generating a dedicated safety signal, the software test cases are developed in consideration of the digital characteristics of the target system and the plant dynamics. The method provides a practical way to conduct exhaustive software testing, which can prove the software to be error free and minimize the uncertainty in software reliability quantification. Compared with existing testing methods, it can effectively reduce the software testing effort by emulating the programmable logic controller behavior at the machine level.

1. Introduction

With a shift in technology to digital systems as analog systems are approaching obsolescence and because of functional advantages of digital systems, existing nuclear power plants (NPPs) have begun to replace analog instrumentation and control (I&C) systems, while new plant designs fully incorporate digital systems [1]. Compared with the analog I&C systems, the digital systems provide advanced performance in terms of accuracy and computational capabilities and have potential for improved capabilities such as fault tolerance and diagnostics [2]. However, the use of microprocessor-based digital systems in NPP safety I&C systems has triggered a big challenge in incorporating their characteristics into the probabilistic risk assessment (PRA) model of NPPs used to evaluate the digital system reliability and its risk effect on the NPP safety.

5. Conclusion

In this study, a software test method using a simulation-based software test bed was proposed. The software test bed was developed considering the characteristics of the safety-critical PLC and the CPU architecture and memory map of the PLC microprocessor. Because the software test inputs for a safety-critical application, such as the RPS of an NPP, are inputs that cause activation of protective action, such as reactor trip, the software test case was developed in consideration of the digital signal processing features of the PLC and plant thermo-hydraulics data for plant transients or accidents in an NPP. As an application of the proposed software test method, software test cases were developed for a PZR_LO_PR trip of KNICS IDiPS-RPS BP software logic and were tested by capturing the state of output variables stored in the memory map after the end of the trip logic program.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

توسعه محیط تست مبتنی بر شبیه سازی برای نرم افزارهای مهم از نظر ایمنی

Development of simulation-based testing environment for safety-critical software