Glava_1

Сбор данных, выдача управляющих воздействий, а также ряд стандартных функций, таких как фильтрация и нормализация, индивидуальное управление, регулирование, реализуется в СВВ. СВВ включают в себя набор СП-модулей (модули связи с процессом), обеспечивающих прием и выдачу сигналов, а также выполнение базовых функций автоматизации. Вся цифровая информация из СП-модулей собирается интерфейсными модулями (ИМ) и передается выше через локальную шину ENL. Информация, приходящая в СВВ по шине ENL, распределяется теми же ИМ по СП-модулям в соответствии с адресацией. Связь ИМ и СП-модулей в пределах СВВ осуществляется по последовательной шине ввода/вывода (ШВВ), имеющей радиальную структуру, что обеспечивает высокую скорость обмена информацией.

Связь СВВ через коммутаторы по локальным шинам ENL с ПА показана на рис.5.3.2. ПА выполняют прикладные функции управления и являются программируемыми. Именно ПА выполняют прикладные алгоритмы, функции защиты, блокировки, функционально-групповое управление. ПА связаны друг с другом локальной сетью EN, а связь с верхним уровнем АСУТП осуществляется через шлюзы, связывающие шину EN и локальную сеть СВБУ.

Такая структура обеспечивает удобство обработки данных процесса, т.к. каждый параметр процесса легко доступен каждому ПА. Это – следствие высокого быстродействия информационных каналов и высокой скорости опроса в СВВ. Соответственно существенно повышается наглядность при проектировании и сопровождении, а также последующей модификации системы. Номенклатура СП-модулей и выполняемые ими функции показаны в таблице 5.3.1.

Рисунок 5.3.2 Функциональная структура резервирования

Таблица 5.3.1. Характеристики СП-модулей

Коммуникационная система ТПТС-НТ осуществляет информационную связь между устройствами комплекса программно-технических средств нерезервированной (УСБ) и резервированной (СКУ НЭ) на уровне устройств системы автоматизации. В состав коммуникационной системы входят шины передачи данных: EN, ENS ENL и шина ввода/вывода.

Шина EN предназначена для выполнения следующих функций:

-передачи данных технологического процесса и результатов их обработки между процессорами автоматизации (ПА) при выполнении задач автоматического управления;

-передачи данных технологического процесса и результатов обработки из ПА в систему верхнего уровня для архивирования и отображения на экранах операторов;

-передачи диагностической информации о состоянии технологического процесса и системы автоматизации из ПА в систему верхнего уровня для регистрации и оповещения операторов.

Шина обеспечивает связь между всеми ПА низовой автоматики, входящими в систему нормальной эксплуатации и управляющую систему безопасности, и выполнена как магистральная шина, по которой осуществляется одновременная передача данных между различными абонентами. Все абоненты шины имеют право доступа к среде передачи данных в соответствие с предварительно установленными логическими связями. Шина реализована на базе интерфейса Industrial Ethernet 100 Мбит/с в виде стандартной кольцевой структуры (виртуального кольца) последовательно соединенных сетевых коммутаторов (К) и всегда резервируется как центральный компонент системы, влияющий на работоспособность системы автоматизации в целом. Резервирование шины осуществляется путем реконфигурации избыточной структуры связей и использования двух сред передачи данных (двух кольцевых структур сетевых коммутаторов).

Шины ENS предназначены для передачи данных технологического процесса и результатов обработки между ПА каналов безопасности, а также передачи параметров технологического процесса, данных диагностики и управления между ПА каналов безопасности и ПА блочного и резервного пультов управления управляющей системы безопасности. Шины ENS используют те же протоколы и принципы связи и передачи данных, что и шина EN и отличаются от шины EN только наборами телеграмм и возможностями резервирования. Шина реализована на базе интерфейса Industrial Ethernet 100 Мбит/с в виде стандартной кольцевой структуры последовательно соединенных сетевых коммутаторов. Каждый ПА имеет до 6 каналов для подключения максимально к 6 отдельным шинам ENS, к каждой шине ПА подключаются по одному каналу. Шина не резервирована, но имеет возможность восстановления работоспособности при отказах магистральных связей между коммутаторами путем реконфигурации кольцевой структуры.

Шина ENL предназначена для выполнения следующих функций:

-циклический сбор процессором автоматизации параметров технологического процесса, подготовленных интерфейсными модулями (ИМ) станций ввода/вывода (СВВ);

-передача процессором автоматизации команд управления в ИМ станций ввода/вывода для последующей передачи в СП-модули по шине ввода/вывода;

-циклический сбор процессором автоматизации диагностической информации, отражающей состояние СПмодулей и технологического процесса, подготовленной интерфейсными модулями путем опроса СПмодулей по шине ввода/вывода, и состояние собственно интерфейсных модулей;

-ациклический обмен данными с ИМ станций ввода/вывода для выполнения параметрирования СП-модулей и расширенной диагностики;

-событийная прямая передача данных между интерфейсными модулями на фоне централизованной передачи данных под управлением ПА.

Шина ENL обеспечивает подключение к ПА до 16 станций ввода/вывода. Шина реализована на базе интерфейса Industrial Ethernet 100 Мбит/с с радиальной топологией подключения абонентов к одному или нескольким связанным сетевым коммутаторам. Обмен данными по шине между ПА и ИМ осуществляется централизованно под управлением процессора автоматизации. ПА выполняет на шине функции master-устройства, имеющего прямой доступ к шине для передачи данных в ИМ или запросов на прием данных из ИМ. Интерфейсные модули, выполняющие на шине функции slave-устройств, передают данные на шину только при поступлении соответствующих запросов от ПА.

Шина ENL используется в ТПТС-НТ в не резервированном и резервированном варианте исполнения. В системе безопасности шина ENL, как и другие устройства комплекса, не резервируется и каждый абонент подключается к шине по одному каналу. В системе нормальной эксплуатации шина ENL резервируется. Резервирование выполняется путем введения двух отдельных шин, к каждой из которых подключаются оба резервируемых ПА и по одному из каждой пары резервируемых ИМ станций ввода/вывода

Шина ввода/вывода (ШВВ) предназначена для выполнения следующих функций:

-циклического сбора интерфейсным модулем параметров технологического процесса и диагностических данных от СП-модулей станции ввода/вывода;

-циклической передачи интерфейсным модулем в СП-модули данных управления;

-ациклического обмена данными между интерфейсным модулем (инициатором обмена) и СП-модулями для передачи в СП-модули их параметров и приема от СП – модулей данных расширенной диагностики;

-инициативной передачи СП-модулями в ИМ дискретных данных технологического процесса при изменении входных данных.

Шина ввода/вывода состоит из 16 отдельных стандартных последовательных интерфейсов

сдуплексным режимом передачи данных, по которым к интерфейсному модулю могут быть подключены до 16 СП-модулей станции ввода/вывода. Передача данных по шине осуществляется в основном централизованно под управлением интерфейсного модуля, который выполняет на

шине функции master-устройства, СП-модули выполняют функции slave-устройств и передают данные по шине по запросу ИМ. Предусмотрена также возможность передачи на шину данных по инициативе СП-модулей для их дальнейшей прямой передачи интерфейсным модулем другим интерфейсным модулям по шине ENL. В системе нормальной эксплуатации шина ввода/вывода резервируется. В этом случае у каждой шины ввода/вывода имеется собственный ИМ (masterустройство), который соединяется по последовательным интерфейсам со всеми СП-модулями станции ввода/вывода, при этом каждый СП-модуль подключается к двум шинам по двум последовательным портам (рис. 2.3.2). Физическая скорость передачи данных по одному последовательному интерфейсу шины ввода/вывода составляет 1 Мбит/c. Т.к. обмен данных между интерфейсным модулем и модулями ввода/вывода осуществляется максимально по 16 последовательным интерфейсам практически одновременно, можно считать, что максимальная физическая скорость передачи данных по шине ввода/вывода составляет около 16 Мбит/c.

В комплексе ТПТС-НТ шина EN предназначена для передачи данных между процессорами автоматизации (ПА), а также между ПА и компьютерами верхнего уровня управления. Основными аппаратными компонентами шины EN ТПТС-НТ являются:

-сетевой коммутатор, имеющий 2 магистральных порта и несколько абонентских портов, работающих в полнодуплексном режиме;

-конвертер, обеспечивающий преобразование сигналов витой пары в сигналы для волоконно-оптического кабеля и наоборот;

-электрические и оптоволоконные соединения типа «точка-точка», выполненные в виде витой пары или оптоволоконного кабеля;

-центральный коммуникационный модуль EN-C процессора автоматизации (ПА), обеспечивающий подключение ПА к абонентским портам коммутаторов шины EN;

-интерфейсные модули EN-PCI из состава ТПТС-ЕМ, предназначенные для подключения

кшине EN компьютеров программатора и инженерной станции;

-интерфейсный модуль EN-cPCI из состава ТПТС-ЕМ, предназначенный для подключения

кшине EN компьютеров шлюзов.

Коммутаторы последовательно соединяются друг с другом по магистральным портам, образуя так называемое виртуальное кольцо. Один из коммутаторов, назначаемый менеджером резервирования, управляет резервированием шины посредством реконфигурации кольца, поддерживая одну из связей в кольце разомкнутой и замыкая ее в случае нарушения связи в магистрали.

5.4.Структурирование СКУ НЭ

Внекоторых проектах структурирование и компоновка СКУ нормальной эксплуатации производится в соответствии с функциональным делением станции, когда все технологические системы энергоблока разбиваются на области процесса, подобласти процесса и функциональные группы. Перечень подобластей процесса (ПОП) нормальной эксплуатации, входящих в определенную область процесса приведен в таблице 5.4.1.

Таблица 5.4.1 - Функциональное деление СКУ нормальной эксплуатации на области процесса и подобласти процесса

Примечание: *) В1 – частично автоматизируется не на средствах СКУ НЭ

СКУ нормальной эксплуатации имеет следующие уровни:

-уровень управления процессом;

-уровень коммуникации;

-уровень обработки;

-уровень автоматизации;

-уровень индивидуального управления;

-уровень процесса.

На уровне управления процессом реализуются задачи управления технологическими системами, информационной поддержки операторов, задачи диагностики, ведения оперативной документации, расчета показателей работы блока. Уровень управления процессом организован на основе системы верхнего блочного уровня. Уровень коммуникации обеспечивает обмен данными между компонентами СКУ посредством локальных сетей. Уровень обработки содержит компьютеры, которые обеспечивают обработку данных, поступающих от систем автоматизации, и формируют данные необходимые для отображения на уровне управления процессом. Кроме этого на уровне обработки осуществляется архивирование данных технологического процесса, а также расположены средства для конфигурирования и диагностирования СКУ.

Уровень автоматизации СКУ организован на основе микропроцессорных средств - процессоров автоматизации. Основной задачей процессоров автоматизации является прием команд с уровня управления процессом (оперативные терминалы СВБУ), получение измеренных значений и сигналов состояния процесса с уровня индивидуального управления, обработка полученных данных в соответствии с заданными алгоритмами и выполнение функций сигнализации, защит, блокировок, автоматизированного и дистанционного управления, авторегулирования. Результирующие команды передаются «вниз» на уровень индивидуального управления, а информация о процессе передается «наверх» на уровни обработки и управления.

На уровне индивидуального управления формируется интерфейс между технологическим процессом и уровнем автоматизации. Этот уровень обеспечивает приоритетную обработку поступающих команд, управление приводами, сбор и обработку обратных сообщений, передачу информации о процессе на уровень автоматизации.

Уровень процесса включает все устройства, которые осуществляют сбор информации о технологическом процессе (датчики, нормирующие преобразователи и т.п.) и исполнительные механизмы. Располагаются они в основных зданиях энергоблока (реакторное отделение, турбинное отделение, вспомогательное отделение и т.д.).

Структура СКУ НЭ «нижнего» уровня (уровень автоматизации и индивидуального управления) разделяется на 6 групп (каналов):

-СКУ НЭ 5, 6 группы;

-СКУ НЭ 1-4 группы.

Разделение между СКУ НЭ 5,6 и 1-4 группой производится в зависимости от:

-требований по безопасности к работе технологических систем;

-требований по сейсмостойкости к работе технологических систем;

-канала питания технологических систем;

-специальных требований к работе технологического оборудования во время и после прохождения исходных событий.

Управление технологическими элементами класса 3Н по ОПБ-88/97 и категории 1 по НП- 031-01 реализуется в СКУ НЭ 1-4 группы. Кроме этого, СКУ НЭ 1-4 группы служит для предоставления возможности дистанционного или автоматического управления механизмами систем безопасности, например, во время наладки или для ведения технологических процессов, не связанных с безопасностью. Команды от СКУ НЭ в данном случае подаются на модули приоритетного управления. Разделение технологических систем НЭ между 5 и 6 группами производится исходя из структуры резервирования технологических элементов, прокладки кабельных трасс и питания системы.

Разделение управления различными технологическими элементами между СКУ НЭ 5,6 и 1-4 производится на стадии выдачи технологического задания на автоматизацию.

5.5. Функционально-групповое управление (ФГУ)

Функционально-групповое управление (ФГУ) предназначено для автоматического выполнения алгоритмизированных технологических операций по управлению процессом решения технологических задач как локальных, так и общеблочных с заданной последовательностью шагов управления, с проверкой начальных, промежуточных и конечных условий каждого шага и программы в целом. Для реализации ФГУ применяется модуль подгруппового управления, который допускает реализацию функций подгруппового управления c пошаговым (с использованием стандартных шаговых программных блоков) или комбинаторным (по алгоритму пользователя) методом управления. Комбинаторный метод, известный также как отключаемая блокировка, реализуется традиционными способами с использованием логических элементов и таймеров.

Пошаговое программное управление – вид подгруппового управления. Целью пошагового программного управления является перевод технологической установки из начального состояния в конечное в заданной последовательности шагов и, наоборот, из конечного состояния в начальное в заданной последовательности шагов.

Пошаговая программа управления (пошаговая программа) – реализация пошагового программного управления аппаратными и программными средствами. Обычно употребляется в качестве синонима термина "пошаговое программное управление". Направление пошаговой программы управления – часть пошаговой программы, осуществляющая перевод технологической установки в желаемое конечное состояние.

Различают направление "Пуск" и направление "Останов" пошаговой программы. Направление "Пуск" пошаговой программы управления – часть пошаговой программы, осуществляющая перевод технологической установки из начального состояния в конечное в заданной последовательности шагов. Направление "Останов" пошаговой программы управления – часть пошаговой программы, осуществляющая возврат технологической установки из достигнутого конечного состояния в результате действия пошаговой программы в направлении "Пуск" в начальное состояние в заданной последовательности шагов.

Шаг пошаговой программы управления – элементарная составляющая пошаговой программы управления. В шаге пошаговой программы формируются команды управления технологической установкой и принимаются обратные сообщения, которые используются в качестве условия перехода к следующему шагу. Для шага пошаговой программы могут быть установлены контрольное время и время ожидания. Каждый шаг пошаговой программы пронумерован.

Контрольное время – максимальное время ожидания обратных сообщений от технологической установки для формирования условия перехода к следующему шагу. При превышении контрольного времени генерируется сигнал ошибки "Превышение контрольного времени" и переход на следующий шаг пошаговой программы не осуществляется.

Время ожидания – минимальное гарантированное время выполнения шага, в течение которого независимо от обратных сообщений условие перехода к следующему шагу пошаговой программы не формируется.

Ветвь пошаговой программы управления – альтернативная часть пошаговой программы в заданном направлении. Состоит из последовательности шагов.

Шаг с ветвлением пошаговой программы управления – разновидность шага пошаговой программы управления, отличающаяся тем, что в зависимости от комбинации принятых обратных сообщений формируется условие перехода на предопределённую для такой комбинации ветвь пошаговой программы.

Программный командный блок – программная реализация части пошаговой программы управления, отвечающей за настройку, сигнализацию, контроль и управление пошаговой программой.

Программный шаговый блок – программная реализация функций шага пошаговой программы управления.

Программный шаговый блок с ветвлением - программная реализация функций шага с ветвлением пошаговой программы управления.

Пошаговая программа управления состоит из программного командного блока (далее по тексту - командный блок), программных шаговых блоков и программных шаговых блоков с ветвлением (далее по тексту - шаговый блок и шаговый блок с ветвлением).

Функции командного блока в пошаговой программе

Командный блок включает в себя следующие функции контроля и управления пошаговой программой:

выбор режима работы пошаговой программы. Функция логически связывает ручные и автоматические команды для определения допустимого режима работы пошаговой программы (автоматическое/ручное управление);

выбор направления пошаговой программы. Ручные и автоматические команды, а также обратные сообщения от технологической установки логически связываются с действующим режимом работы для определения допустимого направления пошаговой программы ("Пуск" или "Останов"). Запускает выполнение пошаговой программы в выбранном направлении;

обеспечение взаимодействия между командным блоком и блоками шагов пошаговой программы;

обеспечение контроля, сообщений и индикации. Контролируется состояние командного и шагового блоков, формируются сигналы сообщений об ошибках и сигналы индикации.

Приоритет команд

Ручные и автоматические команды, воздействующие на командный блок, имеют одинаковый приоритет. Если одновременно установлены две команды противоположного действия, то действительна та команда, которая пришла первой. Ручные команды могут поступать

вмодуль подгруппового управления с различных мест управления:

с мозаичной панели контроля и управления (МПКУ) через аппаратные входы модуля подгруппового управления;

с АРМ СВБУ.

Все ручные команды, поступающие с указанных выше мест управления, имеют одинаковый приоритет.

Режимы работы

ручной режим;

автоматический режим;

нарушенный автоматический режим;

параллельный режим.

Ручной режим

Пошаговая программа не выполняется. Команды пошаговой программой не выдаются. Сообщения, регистрация и индикация, которые вызывались при автоматическом режиме работы, при переключении в ручной режим отменяются.

Автоматический режим

В автоматическом режиме работы пошаговая программа после выбора направления ("Пуск"/"Останов") выполняется по шагам без вмешательства оператора. По окончании работы программы достигается желаемое состояние технологической установки.

Условия разрешения пошаговой программы в выбранном направлении одновременно являются условиями перехода в первый шаг соответствующего направления. Первый шаговый блок анализирует обратные сообщения от технологической установки. Затем формирует команду управления технологической установкой. Одновременно командным блоком подготавливается установка следующего шага. Если обратные сообщения формируют условие перехода на

следующий шаг, то команда к технологической установке снимается, текущий шаг сбрасывается и устанавливается следующий шаг. Этот процесс повторяется до последнего шага. В последнем шаге пошаговая программа остается до запуска программы противоположного направления или до переключения в ручной режим работы.

Если на момент начала выполнения очередного шага пошаговой программы обратные сообщения от технологической установки уже сформировали условие перехода на следующий шаг, то команда управления технологической установкой не выдаётся. Пошаговая программа сразу переходит на следующий шаг.

Нарушенный автоматический режим

Если в текущем шаге отсутствует одно или несколько обратных сообщений и условие перехода к следующему шагу не может быть сформировано, то по истечении контрольного времени шага командный блок:

выдаёт сообщение "Сбой автоматики";

генерирует сигнал ошибки "Превышение контрольного времени";

возбуждается соответствующая индикация на месте управления.

Переход к следующему шагу блокируется до тех пор, пока не появятся отсутствующие обратные сообщения. Если обслуживающий технологический процесс оператор убеждается, что, несмотря на отсутствие сигналов обратных сообщений, необходимые условия перехода на следующий шаг все-таки выполнены, то он может вручную подать команду "Переход на следующий шаг", таким образом, способствуя переходу пошаговой программы на следующий шаг.

Параллельный режим

При параллельном режиме работы пошаговая программа выполняется по шагам, в соответствии с выбранным направлением ("Пуск"/"Останов"). Процесс выполнения пошаговой программы в этом режиме аналогичен выполнению пошаговой программы в автоматическом режиме работы. Если обратные сообщения формируют условие перехода к следующему шагу, то происходит переход в следующий шаг, однако без выдачи команд управления технологической установкой. Все команды, которые в автоматическом режиме работы в каждом шаге выдавались автоматикой, в параллельном режиме работы должны выполняться оператором вручную. Установка контрольного времени шага допускается, но сообщение и регистрация превышения контрольного времени не возбуждаются. Переключение в параллельный режим работы может применяться для того, чтобы остановить выполнение пошаговой программы в определенном шаге.

Нарушенный параллельный режим

Если в каком-то шаге отсутствует одно или несколько обратных сообщений и условие перехода в следующий шаг не формируется, то пошаговая программа остается в текущем шаге. Если обслуживающий технологический процесс оператор убеждается, что, несмотря на отсутствие сигналов обратных сообщений, необходимые условия перехода на следующий шаг все-таки выполнены, то он может вручную подать команду "Переход на следующий шаг", таким образом, способствуя переходу пошаговой программы на следующий шаг. Этот режим может использоваться для того, чтобы установить пошаговую программу в желаемый шаг с тем, чтобы с этого шага запустить автоматический режим работы.

Выбор режима работы

При выборе одного из трёх режимов работы (ручной, автоматический, параллельный) учитывается наличие следующих команд:

команды автоматики (автоматические);

ручные команды.

При ручном управлении выбор режима работы производится:

с МПКУ через аппаратные входы модуля подгруппового управления;

с АРМ СВБУ.

Режимы работы исключают друг друга, если выбран один режим работы, то другой не действителен.

Выбор направления пошаговой программы

Выбор направления пошаговой программы ("Пуск" или "Останов") может быть выполнен с помощью:

автоматических команд;

ручных команд;

обратных сообщений от установки.

Выбор направления пошаговой программы при ручном управлении осуществляется:

с МПКУ через аппаратные входы модуля подгруппового управления;

с АРМ СВБУ.

Выбор направления пошаговой программы возможен только в автоматическом и параллельном режимах работы. Направления пошаговой программы исключают друг друга, если выбрано одно направление программы (например, "Пуск"), то второе ("Останов") не действительно.

Функции шагового блока в пошаговой программе

Шаговый блок выполняет следующие функции:

запуск таймеров контрольного времени и времени ожидания;

формирование выходной команды;

логическая обработка обратных сообщений для формирования условия перехода на следующий шаг.

Допустимое число обратных сообщений – 32.

Пошаговая программа в направлении "Пуск" может содержать от 1 до 99 шагов. Для пошаговой программы в направлении "Останов" действует правило:

если 1 N 50, где N - номер последнего шага в направлении "Пуск", то номер первого шага пошаговой программы в направлении "Останов" – 51;

если 1 N n, где N - номер последнего шага в направлении "Пуск" и где 51 n 99, то номер первого шага программы в направлении "Останов" равен n + 1 .

Для каждого шага пошаговой программы можно установить контрольное время и время ожидания. По умолчанию оба таймера не установлены. Максимальное время для каждого из таймеров – 6000 с. Оба таймера для каждого шага могут быть установлены на разное время и включаются (начинают свою работу) при установке шага. Перед тем, как шаг устанавливается, командный блок сбрасывает оба таймера. Состояние таймера времени ожидания анализируется как обратное сообщение и находится в логической связи с формированием условия переключения на следующий шаг. Как только условие перехода сформировалось, командный блок обеспечивает переход пошаговой программы на следующий шаг.

Функции шагового блока с ветвлением

Шаговый блок с ветвлением выполняет следующие функции:

запуск таймеров контрольного времени и времени ожидания;

формирование выходной команды;

логическая обработка обратных сообщений для формирования условия перехода на соответствующий шаг одной из ветвей управления.

Допустимое число ветвей пошаговой программы, для которых шаговый блок с ветвлением может сформировать условие перехода – 4. Допустимое число обратных сообщений для каждой из четырех ветвей шагового блока с ветвлением – 8. Пошаговая программа переходит на ту ветвь, для которой раньше сформировалось условие перехода. При одновременном формировании условий перехода для нескольких ветвей действует следующее правило:

ветвь 1 имеет приоритет над ветвями 2, 3, 4;

ветвь 2 имеет приоритет над ветвями 3, 4;

ветвь 3 имеет приоритет над ветвью 4.