Тенденции в организации блочных пунктов управления

В общем случае в организации БПУ АЭС нового поколения сложились два подхода: компромиссный и революционный [1].

Компромиссный подход (проекты CANDU, NUPLEX80™⁺) обеспечивает консервативность проекта, в котором оптимальным образом применяются не­обходимые имеющиеся в настоящее время современные средства, апробиро­ванная дисплейная технология, разнообразие применяемых технических средств, а также учитывается человеческий фактор. За счет использования эк­рана коллективного пользования, цветных графических и сенсорных дисплеев значительно сокращаются размеры пульта, а также объем предупредительной и аварийной сигнализации, реализуемой с помощью индивидуальных средств контроля и управления.

Революционный подход (проект АЭС с реактором N4, Франция, проект АЭС с реактором ABWR, Япония) отличается радикальностью проекта БПУ с минимумом индивидуальных средств для поддержания энергоблока в режиме нормальной эксплуатации и останова энергоблока в случае отказа блочного _% уровня АСУ ТП.

Оба подхода к созданию БПУ основываются на поддержке действий опера­торов на основе сжатой информации о технологическом процессе с представ­лением ее на экранах мониторов и особом внимании к человеческому фактору при проектировании интерфейса "человек—машина".

Ниже рассматриваются особенности БПУ наиболее известных зарубежных проектов АЭС N4 и АЭС Kashiwadzaki Kariwa, а также БПУ российских АЭС с ВВЭР-640 и ВВЭР-1000.

Блочный пункт управления АЭС N4. За основу разработки БПУ принята концепция полной компьютеризации пульта управления, что позволило реа­лизовать ряд следующих преимуществ [2]:

использовать в каждой из задач по контролю и управлению технологичес­ким процессом одни и те же средства на рабочем месте оператора;

исключить при управлении энергоблоком совместное использование инди­видуальных и компьютеризированных средств;

отображать информацию, адаптированную к конкретной задаче и к ситуа­ции на АЭС, обеспечить связь между информацией, инструкциями и задачами управления;

обеспечить прямую связь аварийных сигналов с соответствующим руковод­ством оператору и управление с использованием этого руководства (инструк­ции).

В пультовой организованы четыре идентичных автоматизированных рабо­чих места операторов, каждое из которых обеспечивает контроль и управление энергоблоком. Основными являются два рабочих места операторов-технологов по управлению реакторной и турбинной установками (рис. 7.1). Два других ра­бочих места занимают начальник смены энергоблока и, при аварийной ситуа­ции на АЭС, инженер по безопасности.

Под мнемосхемой установлен резервный (запасной) пульт в традицион­ном исполнении. Мнемосхема и резервный пульт позволяют в случае общего сбоя в компьютерной системе осуществлять дистанционное управление и, при невосстановлении компьютерной системы в заданное время, вывести реактор в подкритическое состояние.

На рабочем месте оператора-технолога установлены:

три цветных графических дисплея для вывода форматов, представляющих оператору необходимую для управления энергоблоком информацию (общее состояние энергоблока, система, с которой работает оператор, процедуры и протоколы);

три сенсорных дисплея для выбора и реализации операций по управлению исполнительными механизмами, оценки правильности выполнения и контро­ля за исполнением команд оператора по управлению ИМ, управления форма­тами (видеокадрами);

клавиатура для подтверждения действий оператора по управлению;

алфавитно-цифровая клавиатура для ввода данных в АСУ ТП;

четыре алфавитно-цифровых дисплея УСБ;

клавиатура для квитирования аварийных сигналов.

Между графическими дисплеями операторов-технологов установлена па­нель с двенадцатью кнопками для дистанционного запуска систем безопаснос­ти в случае отказа автоматического управления этими системами. Индикация срабатывания или отказа систем безопасности выведена на вставку с табло в центральной части мнемосхемы.

С каждого АРМ оператора возможен доступ ко всем форматам и ко всем аварийным сигналам блока.

Оператор пользуется меню на сенсорном экране, выбирает схему управле­ния, механизм для управления, отдает с помощью клавиатуры команду на уп­равление. В случае, если команда не выполняется, оператор вызывает на сен­сорный экран информацию о причине отказа и рекомендуемую процедуру в соответствии с инструкцией.

Блочный пункт управления АЭС с реактором ABWR. Рассматриваются БПУ, предназначенные для 6-го и 7-го энергоблоков АЭС Kashiwadzaki Kariwa с реак­торами ABWR [3]. Основные преимущества БПУ— улучшенное представление информации за счет использования крупноформатного экрана, расширенная сфера автоматизации на основе анализа рабочей нагрузки на персонал, воз­можность контроля и управления с учетом приоритета выполняемых операций. _t

Внедрение автоматизации с использованием сенсорного управления спо­собствовало созданию компактного пульта управления (рис. 7.2). На пульте уста­новлены цветные графические дисплеи и цветные плоские дисплеи с функция­ми сенсорного управления и общего контроля, переключатели для аварийного управления и исполнительными механизмами систем нормальной эксплуатации.

Плоские дисплеи независимы друг от друга и подразделяются на два вида. Первые размещены в левой части пульта и относятся к системам безопасности. Вторая группа предназначена для систем нормальной эксплуатации и располо­жена в правой части пульта.

Перед операторами установлено крупноформатное табло для выдачи важ­нейшей информации о состоянии станции. В нижней части дисплеев, образующих панель крупноформатного отображения информации, размещены плоские дисплеи с сенсорным управлением. Подобно проекту АЭС N4, эти дисплеи являются резервным пультом управления.

 

 

Рис. 7.2. Общая компоновка центрального пульта управления АЭС с усовершенствованными реакторами ABWR

Блочный пункт управления АЭС с ВВЭР-640. За основу организации БПУ принят компромиссный подход: внедрение дисплейных пультов с сохранением индивидуальных средств контроля и управления системами безопасности, СКУ, пожарной зашиты, СКУ электрической части энергоблока. Предусмотрены ре­зервные средства для контроля и управления энергоблоком в случае отказа блочного уровня и, при невосстановлении СВБУ, останова энергоблока [4,5].

В качестве технических средств на БПУ устанавливаются (рис. 7.3):

экран коллективного пользования;

широкоформатные дисплеи на рабочих местах операторов и начальника смены энергоблока;

пульт и информационная панель СУЗ;

пульты-панели УСБТ;

пульты-панели с индивидуальными средствами контроля и управления при отказе СВБУ;

пульты-панели СКУ ЭЧ;

панели СКУ противопожарной защиты;

мониторы для контроля состояния систем безопасности.

 

 

Рис. 7.3. Компоновка помещения БПУ энергоблока с ВВЭР-640

Блочный пункт управления АЭС с ВВЭР-1000. Концепция организации БПУ подобна концепции организации БПУ АЭС с ВВЭР-640: компьютеризация ра бочих мест оперативного персонала для ведения режимов нормальной эксплу­атации и использование индивидуальных средств контроля и управления на панелях и пультах УСБ, а также на резервных панелях СКУ турбинного отделе­ния и СКУ электрической части энергоблока [6].

Основными отличиями этого БПУ являются (рис. 7.4):

использование в качестве средства представления оперативному персоналу обобщенной информации о технологическом процессе и состоянии безопасно­сти энергоблока обобщенной мнемосхемы (ОМС);

размещение резервных средств контроля и управления, выполненных на элементах "мозаики", на пультовых консолях дисплейных пультов операторов и в нижней части ОМС.

В неоперативной части БПУ предусмотрены три рабочих места:

оператор системы спецводоочистки, вспомогательных систем реакторного и турбинного отделений;

оператор противопожарных систем и вентиляции;

старший дежурный дозиметрист или оператор системы радиационного контроля.

В состав ОМС входят:

информационная панель СУЗ;

индикаторы общеблочных параметров и собственно мнемосхема, отражаю­щая основной технологической процесс в 1-м и 2-м контурах энергоблока, а также зона расположения резервных средств представления информации; панели электрической части энергоблока.

В заключение обзора можно отметить общую тенденцию в создании БПУ: внедрение компактных дисплейных пультов при сведении к минимуму индиви­дуальных средств контроля и управления на рабочем месте оператора, внедре­ние экранов коллективного пользования или обобщенных мнемосхем для пред­ставления обобщенной информации о технологическом процессе и состоянии безопасности энергоблока.

 

 

Рис. 7.4. План размещения технических средств на БПУ:

1 — зона систем безопасности; 2 — панель СУЗ и обобщенная мнемосхема;

3,4 — рабочее место оператора; 5,6— зона электрической части энергоблока;

7— рабочее место начальника смены блока; 8— печатающее устройство;

9 — рабочее место оператора спецводоочистки, вспомогательных систем РО и ТО;

10 — пост радиационного контроля; 11 — рабочее место оператора

систем вентиляции и противопожарных систем; СБ-1,2— дисплеи систем

безопасности; СУЗ-1,2— дисплеи СУЗ; А-Н — дисплеи зон управления СНЭ;

ЭЧ-1,2— дисплеи электрической части.

Организация БПУ

Приводятся варианты организации БПУ с учетом опыта проектирования АСУ ТП АЭС с ВВЭР-640 [5].

С БПУ осуществляется контроль и управление системами, которые:

непосредственно связаны с производством электроэнергии;

связаны с обеспечением ядерной безопасности и безопасной эксплуатаци­ей станции.

В основе концепции создания БПУ лежит широкое использование дисплей­ных пультов управления. На них устанавливаются цветные графические дисплеи для представления оперативному персоналу информации о технологическом про­цессе, состоянии безопасности энергоблока, для управления оборудованием си­стем нормальной эксплуатации и систем нормальной эксплуатации, важных для безопасности, представления оператору протокола событий, диагностической и справочной информации.

На БПУ сохраняются пульты и панели с индивидуальными средствами контроля и управления, такие, как пульты и панели УСБТ, СУЗ, панели элек­трической части энергоблока и панели системы противопожарной безопаснос­ти. В случае отказа системы верхнего блочного уровня останов энергоблока осу­ществляется с резервных пультов-панелей БПУ.

Для представления оперативному персоналу обобщенной информации о технологическом процессе и состоянии безопасности блока вместо традицион­ной мнемосхемы перед дисплейными пультами операторов устанавливается экран коллективного пользования.

Для каждого оператора предусматривается рабочая зона с необходимыми средствами контроля и управления с учетом того, что операторы работают сидя. Возможность пересечения пути передвижения операторов при выполнении ими своих заданий минимальна.

Оперативный персонал БПУ традиционно представлен оператором реак­торного отделения, оператором турбинного отделения и начальником смены энергоблока. Для оперативного персонала организуются соответствующие ра­бочие места (рис. 7.6).

В зону обслуживания оператора реакторного отделения входят:

зона управления системами безопасности, включая:

пульты-панели УСБТ;

дисплеи систем безопасности;

пульт СУЗ;

информационную панель СУЗ;

дисплейный пульт контроля и управления системами нормальной эксплуатации и системами нормальной эксплуатации, важными для безопасности реакторной установки;

резервный пульт, предусмотренный для удержания блока на мощности и останова энергоблока при отказе СВБУ.

Пульты-панели УСБТ предназначены для контроля и управления оборудованием систем безопасности. Количество пультов-панелей соответствует числу каналов систем безопасности энергоблока. На вертикальной части пультов-па­лей располагаются:

табло сигнализации состояния критических функций безопасности;

табло сигнализации первопричины срабатывания УСБТ;

табло сигнализации состояния УСБТ (работоспособное, отказ);

индивидуальные приборы индикации параметров безопасности.

На горизонтальных панелях пультов располагаются индивидуальные средства индикации параметров режима и управления оборудованием систем безопасности.

При управлении оборудованием систем безопасности оператор работает стоя.

 

 

Рис. 7.6. Организация БПУ

 

Дисплеи систем безопасности используются для контроля работоспособно­сти каналов систем безопасности. Для каждого канала безопасности предусмат­ривается собственный дисплей. С целью экономии места дисплеи расположены в два этажа — по два дисплея на каждом этаже.

Дисплеи систем безопасности на БПУ АЭС с ВВЭР-1000 [6] используются также с целью разгрузки пультов-панелей УСБТ от контроля ряда параметров.

На резервных пультах-панелях, предназначенных для останова энергобло­ка при отказе и невосстановлении СВБУ, расположены средства контроля и управления оборудованием следующих систем нормальной эксплуатации, важ­ных для безопасности:

компенсатора давления (трубопроводы связи с петлей 1-го контура и газоудаления из компенсатора давления);

подпитки и борного регулирования;

охлаждения топлива;

главных циркуляционных насосов, горячих и холодных трубопроводов 1-го контура;

расхолаживания через 2-й контур;

вспомогательной питательной воды;

сброса пара из ПГ в баки аварийного отвода тепла;

откачки воды из подреакторного пространства и др.,

а также системы турбоустановки, обеспечивающие безопасный останов тур­бины.

На пульте СУЗ расположены:

мониторы для представления численных значений нейтронно-физических параметров реактора, теплофизических параметров реактора и 1-го контура, представления информации из комплекса электрооборудования СУЗ — "точ­ное" положение органов регулирования СУЗ, сообщения о первопричине сра­батывания A3 и предупредительных защит;

индивидуальные приборы для индикации значений нейтронно-физиче­ских параметров реактора;

ключи (кнопки) запуска предупредительных защит и аварийной защиты реактора;

индивидуальные средства управления органами регулирования СУЗ, АРМР, задания уставки мощности реактора и др.;

табло сигнализации.

Информационная панель СУЗ предназначена для размещения:

табло сигнализации срабатывания аварийной и предупредительных защит реактора;

табло сигнализации исходных событий;

табло сигнализации состояния СУЗ (работоспособное, отказ);

индикаторов "грубого" положения ОР СУЗ;

самописцев.

Справа от информационной панели СУЗ установлена панель с индивидуаль­ными приборами и самописцами для индикации и регистрации аналоговых па­раметров, отнесенных к категории 1 в соответствии с Regulatory Guide 1.97

(система послеаварийного мониторинга). К категории 1 отнесены такие парамет­ры, как плотность нейтронного потока; температура в горячей нитке системы теплоносителя; температура в холодной нитке системы теплоносителя; давление в 1-м контуре; уровень воды в приямке теплоносителя; давление в контайнменте; концентрация водорода в контейнменте; уровень радиоактивности в теплоноси­теле 1-го контура; уровень теплоносителя в компенсаторе давления и др.

В соответствии с принципом разнообразия на дисплейном пульте операто­ра реакторного отделения должен быть установлен отдельно выделенный дисп­лей, относящийся к системе послеаварийного мониторинга.

Дисплеи пульта управления системами нормальной эксплуатации и систе­мами нормальной эксплуатации, важными для безопасности, реакторного от­деления (четыре дисплея) предназначены:

для контроля состояния безопасности энергоблока;

для контроля технологического процесса;

для управления оборудованием технологических систем реакторного отделения;

для представления протоколов о событиях на энергоблоке;

для представления информации из системы контроля, управления и диаг­ностики реакторной установки;

для представления информации из системы поддержки оператора.

Оперативные терминалы используются для управления оборудованием тех-40логических систем при ведении режимов нормальной эксплуатации и при нарушении режима нормальной эксплуатации.

В зону обслуживания оператора турбинного отделения входит дисплейный пульт (четыре дисплея), предназначенный для контроля и управления турбо-установкой и оборудованием технологических систем машинного зала.

Справа от рабочего места оператора турбинного отделения расположено рабочее место оператора электрической части энергоблока.

В состав зоны контроля и управления электрической частью энергоблока!ходят:

1) пульт с двумя дисплеями, предназначенными:

для контроля параметров режима электрической части энергоблока;

для контроля и управления оборудованием системы охлаждения генератора;

для представления информации из системы технологического контроля генератора;

для управления выключателями схемы собственных нужд энергоблока;

для контроля и управления режимом синхронизации генератора с энергосистемой (автоматическая, полуавтоматическая синхронизация);

2) панель, установленная перед пультом рабочего места оператора-электрика, содержащая:

табло аварийной сигнализации;

мнемосхему электрической части энергоблока с индикаторами параметров •ежима (мощность, частота, напряжение блочного генератора, дизель -генераторов, напряжение на шинах 6 кВ и 0,4 кВ), индикаторами состояния автоматических выключателей;

средства ручной синхронизации генератора с энергосистемой.

Постоянное присутствие на БПУ оператора-электрика не предусматрива­ется. Общий надзор за электрической частью осуществляют оператор турбоустановки и начальник смены энергоблока. Оператор-электрик вызывается на БПУ для выполнения переключений в электрической части, синхронизации генера­тора с энергосистемой и в аварийных ситуациях.

Оператор турбинного отделения и начальник смены энергоблока осуще­ствляют также контроль противопожарного состояния энергоблока с помощью табло сигнализации панелей СКУ ПЗ.

Рабочее место начальника смены блока оборудуется дисплеями, работаю­щими только в информационном режиме.

Рабочие места оперативного персонала БПУ, а также рабочее место на­чальника смены блока обеспечиваются соответствующими средствами опера­тивной связи.

В помещении БПУ размещаются принтеры для выпуска оперативной доку­ментации.

 

Управление исполнительными механизмами и регуляторами. Управление исполнительными механизмами и регуляторами осуществляется с АРМ операторов с использованием средств оконной графики или с помощью сенсорных экранов.

Предусматриваются следующие типы рабочих окон управления исполни тельными механизмами:

управление электродвигателем;

управление электроприводом арматуры;

управление автоматическим включением резерва;

управление автоматическим регулятором;

задание уставок регулирования.

Окна управления исполнительными механизмами содержат изображение пиктограммы механизма, элементы управления механизмом, а также дополнительные элементы, например, гистограммы, цифровые индикаторы и текст (рис. 8.7

Окно управления вызывается щелчком при установке курсора на пиктограмму механизма на видеокадре.

Предусматриваются также следующие типы окон индикации:

окно индикации детальной информации о значении аналогового параметра, формируемого измерительным контуром, уставках, предусмотренных для данного параметра и состоянии измерительного контура;

окно индикации детальной информации о дискретных данных и состоянии каналов ввода дискретных данных.

Доступ к видеокадрам. Отдельные видеокадры могут быть выбраны оператором следующими способами [14]:

вызов ниспадающего меню, позволяющий путем движения от верхнего уровня иерархии видеокадров к нижнему выбрать необходимый видеокадр;

прямой переход с помощью пиктограмм из обобщенного видеокадра к ви­деокадру следующего уровня иерархии;

выбор в особом видеокадре с помощью пиктограмм группы видеокадров, которые вместе образовывают полный набор информации для необходимой "информационной" цели;

запрос последнего видеокадра на экране;

выбор "связанного видеокадра" для только что отображенного видеокадра функционально-технологической группы при реализации заданной функции технологического процесса.

 

 

Рис. 8.7. Окно управления механизмом

Перечень контрольных вопросов к экзамену по курсу

«Автоматизированные системы управления атомных электростанций».

 

1. Структура системы управления.
2. Объект управления. Виды используемых объектом ресурсов.
3. Этапы цикла управления.
4. Определение АСУ. Системы автоматического и автоматизированного управления.
5. Структура и режим работы информационно – поисковой АСУ.
6. Структура и режим работы информационно-советующей АСУ.
7. Классификация АСУ по различным признакам и их характеристики.
8. Характерные признаки АСУ ТП.
9. Техническая структура АСУ ТП с управляющей ЭВМ (УВМ).

10.Общая характеристика и классификация основных узлов УВМ.

11.Принципы организации связи УВМ с технологическим объектом

управления.

12.Основные режимы работы УВМ в составе АСУ ТП.

13. Особенности АЭС как объекта управления.

14. Технологические системы АЭС, обеспечивающие основной

технологический процесс.

15. Режимы работы АЭС и их характеристики.

16.Назначение и цель создания АСУ ТП АЭС.

17. Стадии и этапы создания АСУТП АЭС.

18. Функции АСУ ТП АЭС.

19. Информационные функции АСУ ТП АЭС.

20. Управляющие функции АСУ ТП АЭС.

21. Задачи автоматического управления на АЭС.

22. Системные функции АСУ ТП АЭС.

23. Функции управляющих систем АСУТП общестанционной части.

24. Оперативные пункты управления общестанционного уровня и их

функции.

25. Функции управляющих систем АСУТП энергоблока.

26. Пункты управления энергоблоком и их функции.

27. Классификация подсистем АСУ ТП энергоблока в соответствии с

требованиями безопасности и надежности.

28. Управляющие и информационные системы АСУ ТП энергоблока.

29. Управляющие системы безопасности. Функции СУЗ.

30. Управляющие системы безопасности. Функции УСБТ.

31. Назначение, состав и функции СКУД РУ.

32. Назначение и функции СВРК.

33. Функции и задачи СКУ РО.

34. Функции и задачи СКУ ТО.

35. Функции СКУ ЭЧ.

36. Назначение, состав, функции АСРК.

37. Назначение и функции системы регистрации важных параметров

эксплуатации (СРВПЭ).

38. Назначение, состав, функции, порядок работы системы регистрации

аварийных ситуаций типа "Черный ящик".

39. Назначение, состав, функции системы дистанционного визуального

конт­роля.

40. Информационные потоки общестанционного уровня и уровня

энергоблока в АСУ ТП АЭС.

41. Тенденции создания АСУ ТП АЭС.

42. Факторы повышения надежности и эффективности систем управления

со­временных АЭС.

43. Иерархия структуры АСУ ТП АЭС.

44.Схема функциональной структуры АСУ ТП АЭС.

45. Структурная схема АСУ ТП АЭС с ВВЭР – 1000.

46. Функции СВБУ.

47. Состав программно-технических средств (ПТС) СВБУ.

48. Назначение и состав рабочей станции (РС).

49. Архитектура АСУ ТП общестанционного уровня.

50. Архитектура АСУ ТП энергоблока.

51. Архитектура УСБ.

52. Архитектура СКУ РО, ТО.

53. Назначение, состав, функции программно-технических средств

нижнего уровня АСУ ТП.

54. Типовые программно-технические средства ТПТС, общая

характеристика, типы модулей.

55. Архитектура функционального модуля ТПТС.

56. Структурная схема типового канала управления УСНЭ ВБ на базе

ТПТС.

57. Структура УСНЭ ВБ на базе ТПТС.

58. Тенденции в организации блочных пунктов управления.

59. Блочный пункт управления АЭС с ВВЭР-1000. План размещения

технических средств на БПУ.

60. Организация БПУ.

61. Управление исполнительными механизмами и регуляторами с АРМ.

Типы рабочих окон управления исполни тельными механизмами.