Программно-технические средства системы верхнего блочного уровня

Функции СВБУ. СВБУ реализует следующие цели АСУ ТП [14]:

централизация контроля и представления информации по энергоблоку;

обеспечение дистанционного управления оборудованием технологических систем энергоблока;

представление информации на информационных экранах БПУ;

обеспечение возможности перенастройки и изменений в АСУ ТП в преду­смотренном проектом объеме;

решение общеблочных задач.

Состав информационных, управляющих и системных функций СВБУ.

Информационные функции СВБУ:

сбор информации от ПТК нижнего уровня, систем диагностики, ее регис­трация и архивирование;

оперативное отображение информации о технологическом процессе и со­стоянии безопасности энергоблока;

предупредительная и аварийная сигнализация, сигнализация о состоянии исполнительных механизмов;

вычисление и отображение интегральных характеристик состояния техно­логического процесса и состояния безопасности АЭС;

расчет вычисляемых параметров режима;

формирование протоколов;

расчет технико-экономических показателей, ресурса технологического обо­рудования и т.д. для долгосрочных оценок и планирования производства элект­роэнергии;

ведение баз данных.

Информационные функции обеспечивают оперативный персонал энерго­блока и персонал, выполняющий свои функции с использованием АСУТП, данными в достаточном объеме для качественного контроля за состоянием тех­нологического процесса и безопасности энергоблока и принятия решения по управлению во всех проектных состояниях энергоблока.

Управляющие функции СВБУ: •,:-

обеспечение автоматизированного управления технологическим оборудованием энергоблока с использованием АРМ оперативного персонала;

обеспечение автоматизированной настройки параметров алгоритмов управления и регуляторов с использованием АРМ оперативного персонала.

Функции управления соответствуют уровню автоматизации АСУ ТП и оп­ределяются концепцией управления АЭС.

Временные характеристики информационных функций и функций управ­ления регламентируются исходя из требований по контролю и управлению со­ответствующими технологическими процессами.

Системные функции СВБУ:

поддержка коммуникаций;

обеспечение непрерывной отказоустойчивой работы подсистем и комплек­са в целом;

ведение единого времени.

Состав ПТС системы верхнего блочного уровня. Комплекс программно-тех­нических средств системы верхнего блочного уровня (КПТС СВБУ) представ­ляет собой набор средств вычислительной техники, коммуникационных средств и программного обеспечения, предназначенный для построения верхнего уров­ня АСУТП энергоблока. КПТС СВБУ обеспечивает реализацию человеко-ма­шинного интерфейса в соответствии с концепцией управления энергоблоком.

КПТС СВБУ включает в себя (см. рис. 3.3, 3.4):

АРМ оперативного и обслуживающего персонала блочного уровня АСУТП со средствами обработки информации, визуализации и управления;

средства накопления и хранения информации;

сетевые ПТС блочного уровня, обеспечивающие подключение АРМ опера­тивного персонала, экрана коллективного пользования, серверов, принтеров, а также обмен информацией с ПТС станционного уровня;

средства связи с нижним уровнем АСУТП, обеспечивающие прием и на­копление информации о состоянии ТОУ, выдачу команд управления исполни­тельными механизмами на нижний уровень АСУ ТП.

К ПТС рабочих мест относятся вычислительные средства, средства отобра­жения информации, средства получения твердых копий, средства ввода ко­манд управления технологическим процессом.

Отображение информации выполняется на мониторах АРМ и экранах кол­лективного пользования.

В состав средств получения твердых копий входят устройства печати тексто­вых данных и графической информации.

Структура комплекса программно-технических средств СВБУ обеспечивает независимое функционирование подсистем АСУТП и обмен информацией между ними на основе стандартных протоколов.

Вычислительные средства АРМ оперативного персонала обеспечивают фун­кциональное резервирование (выполнение функций одного АРМ на вычисли­тельных средствах других АРМ).

Информация о состоянии ТОУ передается адресными сообщениями с под­тверждением приема. Для передачи системной информации (например, сигна-_: лов единого времени) может использоваться широковещательный режим.

К сетевым средствам СВБУ относятся сетевые шины, реализующие среду передачи информации, средства подключения абонентов к сети (адаптеры), средства объединения однородных сетей (мосты) и разнородных сетей (шлю­зы), средства сегментирования сетей (концентраторы).

Пропускная способность сети выбирается исходя из условия обеспечения не более 10 % загрузки сети при нормальной эксплуатации энергоблока и не более 30 % загрузки при аварийных процессах.

Сетевые средства СВБУ обеспечивают построение независимых сетевых сегментов (подсистем СВБУ) и взаимодействие между вычислительными эле­ментами различных сегментов.

Сетевые средства должны обеспечивать отказоустойчивые архитектурные решения и автоматическую реконфигурацию сетевых соединений при отказах сетевых элементов.

В качестве активных сетевых устройств, на основе которых строятся сетевые решения, используются сетевые коммутаторы.

Активные сетевые средства имеют встроенную диагностику для обеспече­ния анализа загрузки сети и определения отказов сетевого оборудования.

Сетевые ПТС управляющих систем безопасности физически отделены от сетевых ПТС других систем управления и имеют самостоятельное сопряжение с ПТС СВБУ.

Разрабатываемые для АЭС нового поколения СВБУ отличаются составом и характеристиками средств дисплейных пультов и локальной вычислительной сети. Организацию и программно-технические средства СВБУ рассмотрим на примере АЭС с ВВЭР-1000.

Программно-технические средства СВБУ АЭС с ВВЭР-100((А С - 9 2) [15]. СВБУ имеет звездообразную полностью дублированную структуру, луч! которой называются доменами и объединяются в общеблочном коммутаторе (см. рис. 3.4) Каждый домен объединяет необходимое оборудование для функционирования одного ши больше рабочих мест оперативного персонала. В состав этого оборудования входят дисплеи системы волоконно-оптической связи, коммутаторы, концентраторы и серверы.

Рабочие места оперативного персонала БПУ организованы в отдельных доменах рабочие места контура неоперативного управления организованы в составе одного до­мена; отдельные домены выделены для РПУ и подсистем безопасности. Рабочие мест; начальника смены блока и начальника смены цеха ТАИ также организованы в отдель­ных доменах. Подобная звездообразная структура СВБУ обеспечивает взаимозаменяе­мость рабочих станций не только в составе каждого домена, но и в составе разньи доменов посредством общеблочного коммутатора.

Для создания ЛВС СВБУ используются ПТС разработки НИИИС, г. Нижний Нов­город. В состав ПТС входят [16]:

рабочая станция двухдисплейная РС-2;

устройство серверное унифицированное УСУ;

устройство телекоммуникационное УТК;

архиватор с тайм-сервером АТС-1;

устройство документирования событий УДС;

системное и тестовое программное обеспечение;

комплект волоконно-оптических линий связи.

В состав ПТС СВБУ входят шлюзы, предназначенные для сопряжения ЛВС нижнегс уровня АСУТП с СВБУ.

Рабочая станция предназначена для организации АРМ оперативного персонала, Основой рабочих станций являются системные блоки в промышленном стандарте Compact PCI; тип процессора Intel Pentium III, тип монитора LCD с размером по диа­гонали не менее 20 дюймов. Рабочие станции имеют системное и тестовое программное обеспечение в операционных средах Linux или Windows 2000 Pro rus.

Устройство серверное унифицированное предназначено для объединения взаимо­связанных элементов (узлов), обеспечивающих выполнение функций сервера, в функ­ционально законченном конструктиве, удовлетворяющем требованиям к внешним воз­действующим факторам.

Системный блок УСУ предназначен для обработки и обмена данными. Системный блок представляет собой объединенные в двухмашинный кластер два независимых од­ноплатных компьютера.

Устройство телекоммуникационное УТК предназначено для размещения аппарату­ры коммутационных информационных узлов ЛВС СВБУ. К числу таких узлов относятся информационные соединения, подходящие к основным и резервным серверам подсис­тем СВБУ, к общеблочным коммутаторам основной и резервной сетей, к коммутаторам подсистем.

Архиватор с тайм-сервером АТС-1 предназначен для:

записи, долговременного хранения и считывания архивированных данных абонен­тов сети СВБУ;

приема сигналов точного времени со спутниковой системы позиционирования (GPS) и синхронизации абонентов ЛВС СВБУ по протоколу NTP.

Модуль синхронизации АТС-1 является источником единого времени в сети Ethernet СВБУ в соответствии с протоколом NTP и имеет точность синхронизации не хуже 10 мс.

Устройство документирования событий предназначено для документирования дан­ных (протоколов, отчетов) абонентов ЛВС СВБУ.

В заключение данной главы необходимо отметить, что вопросы унифика­ции ПТС до настоящего времени остаются проблемными. Если СВБУ, УСБ, СКУРО, СКУТО разрабатываются на базе унифицированных ПТС, то СКУ ряда других подсистем АСУ ТП разработаны с применением различных средств. К таким подсистемам относятся АСРК, система технологического контроля генератора, СКУ ПЗ и др.

Применение унифицированных ПТС позволит:

использовать единую технологию создания СКУ;

использовать единую методологию верификации и аттестации программ­ного обеспечения СКУ;

значительно сократить затраты на разработку, изготовление и испытания СКУ;

повысить надежность АСУ ТП;

сократить затраты на эксплуатацию АСУ ТП.

Архитектура АСУ ТП АЭС

Архитектура АСУ ТП общестанционного уровня. Объектами управления АСУ ТП являются технологические системы, расположенные в общестанционных сооружениях основного и вспомогательного производственного назначения.

В состав программно-технических средств АСУ ТП входят АРМ оператив­ного, ремонтного и административного персонала, серверы, локальная вычис­лительная сеть общестанционного уровня со средствами связи с управляющи­ми системами общестанционных технологических установок, АСУ ТП блоков и АСРК. На этом уровне средства АСУ ТП осуществляют поддержку следующих задач:

индивидуальное дистанционное и автоматизированное управление комму­тационными аппаратами общестанционной электрической части АЭС;

индивидуальное управление общестанционными технологическими уста­новками и системами.

Резервированная локальная вычислительная сеть общестанционного уров­ня информационно связана с СВБУ блоков. В качестве сетевых средств принята терминальная шинная система, использующая протокол по стандарту IEEE 802.3 (Ethernet). Скорость передачи данных по терминальной шине составляет 10 Мбит/с.

ЛВС общестанционного уровня включает в себя:

АРМ оперативного персонала и служб АЭС;

сервер;

шлюз для подключения АСРК;

мосты для подключения к ЛВС энергоблоков.

Топология ЛВС общестанционного уровня приведена на рис. 3.5.

Рис. 3.5. ЛВС общестанционного уровня

Архитектура АСУ ТП энергоблока. АСУ ТП энергоблока объединяет в своем составе систему верхнего блочного уровня, управляющие системы, важные для безопасности, управляющие системы нормальной эксплуатации, пункты уп­равления энергоблоком и местные посты управления.

Архитектура АСУТП энергоблока представлена следующими уровнями иерархии:

уровень информации и управления (система верхнего блочного уровня);

уровень автоматизации (защиты, блокировки, программно-логическое уп­равление, регуляторы);

уровень связи с технологическим объектом управления (датчики и испол­нительные механизмы).

Исходя из требований к АСУТП энергоблока и с учетом опыта создания АСУТП АЭС с ВВЭР-640 [11, 12J и АСУТП с ВВЭР-1000 [14], топологию ЛВС представим в составе ЛВС блочного и ЛВС нижнего уровня АСУТП.

В состав ЛВС нижнего уровня будут входить:

ЛВС управляющих систем безопасности;

ЛВС реакторного отделения;

ЛВС турбинного отделения;

ЛВС электрической части энергоблока;

ЛВС вентсистем;

ЛВС водоподготовки;

Л ВС служб энергоблока.

ЛВС энергоблока приведена на рис. 3.6 и представляет собой конфигурацию типа "снежинка", ядром которой является "звезда". Все сетевые средства ЛВС резервированы. ЛВС УСБ содержит устройство сопряжения и согласования (УСС) для передачи информации в СВБУ и сопряжения с индивидуальными средствами контроля и управления пультов-панелей УСБ на БПУ. " Достоинства архитектуры АСУ ТП:

сокращение кабельных связей с ЛВС блочного уровня;

разгрузка коммутатора блочного уровня от информационных потоков бла­годаря введению автономных коммутаторов на нижнем уровне АСУ ТП;

сокращение затрат времени на наладку и обслуживание АСУТП.

Недостатком данной архитектуры АСУ ТП является необходимость обмена информацией между ЛВС нижнего уровня через ЛВС блочного уровня, что по­требует дополнительных затрат времени на обмен данными между СКУ. Устра­нение указанного недостатка возможно посредством:

объединения СКУ энергоблока, кроме УСБ, единой ЛВС;

ввода дополнительного коммутатора (см. рис. 3.3), объединяющего ЛВС ниж­него уровня;

организации обмена наиболее важными сигналами посредством проводной связи между функциональными модулями ПТК СКУ.

Выбор конкретного варианта архитектуры АСУ ТП связан с анализом тех­нико-экономических показателей и исследованием временных характеристик

систем методом имитационного моделирования и непосредственно в условиях полигона АСУ ТП.

Рис. 3.6. ЛВС энергоблока.

Архитектура управляющей системы безопасности. В состав ЛВС системы входят:

УСБ каждого канала безопасности;

система индустриальной антисейсмической защиты;

система послеаварийного мониторинга;

коммутаторы;

сетевой кабель.

Для обеспечения требуемой степени надежности СИАЗ проектируется из двух подсистем, каждая из которых состоит из трех резервированных каналов.

Система послеаварийного мониторинга СПАМ по отношению к безопас­ности классифицируется по классу 2У и проектируется из двух подсистем. В со­ответствии с принципом разнообразия информация на БПУ и РПУ представ­лена на индивидуальных индикаторах и дисплеях.

Предусматриваются следующие способы связи ПТК с БПУ и РПУ:

для ПТК УСБ:

устройства сопряжения и согласования, содержащие микропроцессоры, сетевые модули, модули вывода аналоговых и дискретных данных, модули ввода дискретных данных для представления информации на индивидуальных сред­ствах контроля, размещаемых на пультах-панелях УСБ и для ввода команд опе­ратора по управлению исполнительными механизмами систем безопасности;

сетевые связи УСС с сегментом ЛВС "УСБ" для передачи информации из УСБ в ЛВС блочного уровня.

для СИАЗ — информация на индивидуальные средства контроля БПУ и РПУ, а также в ЛВС блочного уровня передается так же, как это принято для УСБ.

для СПАМ — информация на индивидуальные средства контроля системы передается по независимым каналам связи с БПУ и РПУ.

Структурная схема УСБ, соответствующая данной ЛВС, приведена на рис. 3.7.

Архитектура управляющей системы реакторного отделения. В состав техноло­гических систем и оборудования реакторного отделения входят, в основном, системы и оборудование нормальной эксплуатации, важные для безопасности, и ряд оборудования нормальной эксплуатации.

Задачей СКУ РО является обеспечение ведения основного технологическо­го процесса энергоблока совместно с другими подсистемами АСУ ТП, поддер­жание параметров, характеризующих состояние технологических барьеров бе­зопасности в проектных пределах при эксплуатации энергоблока в режимах, предусмотренных проектом АЭС.

ПТК СКУ РО разрабатываются на базе средств микропроцессорной техни­ки, аттестованных по классу ЗН.

Функциональные и системные модули СКУ РО должны быть резервирова­ны. Конкретные требования по резервированию функциональных модулей уточ­няются на стадии технического проекта.

Предусматриваются следующие связи ПТК СКУ РО с БПУ и РПУ:

1) для ПТК технологических систем:

связь индивидуальных средств контроля и управления исполнительными механизмами резервного пульта управления БПУ с ПТК СКУ РО реализуется с помощью УСС;

связь АРМ БПУ и РПУ с ПТК СКУ РО реализуется средствами ЛВС АСУ ТП энергоблока;

2) для ПТК СКУД обмен информацией между СКУД и УСБ осуществляет­ся по прямым каналам.

Структурная схема СКУ РО приведена на рис. 3.8.

Архитектура СКУ ТО. В состав технологических систем и оборудования турбинного отделения входят, в основном, системы и оборудование нормальной эксплуатации и ряд систем нормальной эксплуатации, важных для безо­пасности.

Основной задачей СКУ ТО является обеспечение ведения основного тех­нологического процесса энергоблока совместно с другими подсистемами АСУ ТП, поддержание параметров, характеризующих состояние технологических барьеров безопасности, в проектных пределах при эксплуатации энергоблока в режимах, предусмотренных проектом АЭС.

 

 

Рис. 3.7. Структурная схема управляющих систем безопасности

 

 

Рис. 3.8. Структурная схема СКУ реакторного отделения

 

Контроль и управление технологическим оборудованием систем нормальной эксплуатации осуществляются с помощью АРМ оперативного персонала БПУ.

Структурная схема СКУ ТО подобна структурной схеме СКУ РО. Уточне­нию подлежит состав ИМ, управляемых с резервного пульта УСНЭ ВБ.