4.3. Программно-технические средства нижнего уровня асу тп

Функции программно-технических комплексов. ПТС нижнего уровня обес­печивают построение ПТК, выполняющих следующие функции:

ввод и обработка информации, необходимой для реализации автоматиче­ского контроля и управления, и передачи данных на верхний уровень АСУ ТП;

контроль и сигнализация;

автоматизированное управление;

автоматическое управление;

автоматическое регулирование;

контроль работоспособности, диагностики и реконфигурации ПТС;

обмен данными между подсистемами АСУ ТП.

Функции ввода и первичной обработки информации:

1. Ввод информации от датчиков.

2. Формирование стандартного сообщения о величине измеряемого сигна­ла, сопровождаемое признаками достоверности, времени измерения.

3. Автоматический контроль и диагностика измерительных каналов, вклю­чая датчики и линии связи с ними.

4. Контроль достоверности принимаемой информации.

5. Присвоение измеряемому значению параметра метки времени.

6. Вычисление косвенно измеряемых параметров.

7. Размножение измерительной информации.

8. Формирование локальной базы данных. Функции контроля и сигнализации:

1. Сравнение текущих значений параметров с заданными значениями пре­дупредительных и аварийных уставок.

2. Формирование и выдача сообщений о выходе текущего значения или скорости изменения параметра за пределы соответствующих уставок.

3. Программное изменение величин уставок. Функции автоматического управления:

1. Реализация алгоритмов технологических защит и блокировок, направ­ленных на сохранение технологического оборудования от повреждений при вы­ходе технологического процесса за пределы режима нормальной эксплуатации.

2. Реализация алгоритмов программно-логического управления.

3. Фиксация времени начала действий защит и блокировок.

4. Формирование диагностических сообщений о нарушениях в действиях защит и блокировок.

5. Реализация алгоритмов запрета на несанкционированное отключение за­щит и блокировок.

6. Регистрация аварийных событий.

Функции автоматизированного управления:

1. Ввод сигналов от средств управления блочного и резервного пунктов уп­равления.

2. Контроль достоверности сигналов управления.

3. Формирование и выдача дискретных сигналов управления исполните, ными механизмами.

Функции автоматического регулирования:

1. Контроль состояния контура регулирования.

2. Контроль положения регулирующих органов.

3. Программное задание уставки регулируемой величины.

4. Дистанционное задание уставки регулируемой величины.

5. Программное изменение структуры и закона регулирования контура \ гулирования в соответствии с требуемым режимом работы.

6. Формирование управляющих воздействий.

7. Блокировка управляющих воздействий при отказах регулирующих испс нительных механизмов.

8. Вывод сообщений об отказах регулирующих исполнительных мехаш мов с соответствующими метками времени.

Функции контроля работоспособности, диагностики реконфигурации:

1. Контроль работоспособности технических средств ПТК, включая датч ки, исполнительные механизмы и линии связи с ними.

2. Контроль электропитания и температурного режима технических средств ПТ

3. Диагностика отказов ПТС с точностью до сменного модуля.

4. Ввод (вывод) резерва и реконфигурация ПТС.

5. Выдача сообщений о техническом состоянии (отказах, деградации Ш и т.д.) на блочный (станционный) уровень управления АСУТП АЭС.

Функции обмена данными с абонентами локальной сет

1. Формирование запроса на обмен данными.

2. Прием запроса на обмен данными.

3. Формирование буфера данных.

4. Прием запрашиваемых данных.

5. Контроль процедуры обмена и формирование признаков достоверное обмена.

6. Формирование признаков завершения обмена.

Состав ПТС нижнего уровня. Нижний уровень АСУ ТП энергоблока состоит из микропроцессорных средств низовой автоматики и средств индивидуального измерения и управления.

Средствами индивидуального измерения и управления выполняются функции преобразования контролируемых технологических параметров в типовые электрические сигналы, сопряжения средств нижнего уровня АСУ ТП с технологическим оборудованием.

В состав средств индивидуального измерения и управления входят средства измерения (датчики, нормирующие преобразователи и т.п.), средства сопряжения АСУ ТП с силовыми устройствами управления, средства коммуникации (соединительные коробки, кроссовые шкафы, кабели и т.п.).

На нижнем уровне АСУ ТП выполняются контроль достоверности и установочный контроль измерительной информации, передача данных на верхний уровень АСУ ТП, автоматическое управление, прием и отработка команд автоматизированного управления.

Средствами нижнего уровня АСУТП обеспечивается программно-логическое управление технологическим оборудованием энергоблока.

К ПТС российского производства, аттестованным для применения на АЭС, относятся типовые программно-технические средства ТПТС, средства СПА-ПС, комплекс "ПАССАТ".

Типовые программно-технические средства ТПТС [13]. В качестве средств низовой автоматики для УСНЭ и УСНЭ ВБ в АСУ ТП АЭС с ВВЭР-640 и АЭС с ВВЭР-1000 (АСУ ТП 3-го энергоблока Калининской АЭС, АСУ ТП АЭС "Бушер") используются типовые программно-технические сред­ства ТПТС, созданные на основе TELEPERM ME разработки АО Siemens.

Основным элементом ТПТС являются контроллеры — программируемые устройства, обладающие средствами ввода и вывода аналоговых и дискретных сигналов и содержащие микропроцессоры Intel 80188. Структура контроллера приведена на рис. 4.7.

Основные функции обработки данных и управления вынесены в микро­процессоры, установленные в функциональные модули (ФМ). Каждый функ­циональный модуль представляет собой самостоятельный контроллер, облада­ющий способностью принимать и обрабатывать любые сигналы, выдавать как аналоговые, так и дискретные воздействия и осуществлять автоматическое уп­равление технологическим процессом. Сохраняется возможность связи между функциональными модулями через контроллерную шину.

На центральный процессор — "Диспетчер" — возлагаются следующие функ­ции:

управление контроллерной шиной;

обеспечение связи контроллера с "внешним миром" через системные шины;

системная диагностика;

управление резервированием.

В ТПТС51 каждый модуль способен работать самостоятельно и реализовать алгоритмы обработки и управления при выходе из строя контроллерной шины и центрального "Диспетчера".

Конкретный алгоритм модуля задается и модифицируется независимо от других модулей. Это упрощает процедуры отладки системы и подтверждения правильности функционирования модулей. Кроме того, упрощается процедура модификации алгоритмов.

Наличие микропроцессора в каждом функциональном модуле обеспечивает возможность введения процедур глубокой диагностики модуля и внешних цепей.

Состав и характеристики основных функциональных и системных модулей ТПТС приведены в табл. 4.3.

Количество модулей минимизировано, конструкция модулей унифици­рована.

ТПТС обеспечивают возможность двукратного резервирования аппаратных средств. Резервирование реализуется по принципу "горячего резерва". Согласно этому принципу, в любой момент времени есть основной и резервный элемен­ты, которые полностью выполняют свои функции.

Все элементы ТПТС имеют средства встроенной диагностики. При выявле­нии отказа средствами самодиагностики или взаимной диагностики происхо­дит переключение на резервный вариант с выдачей всего набора диагностиче­ских и аварийных сообщений. Помимо парного взаимодействия, в системе предусмотрены диагностика и контроль со стороны третьего, обычно вышесто­ящего элемента, что обеспечивает адекватную реакцию в случае невозможнос­ти выявления отказа на уровне самих модулей.

Архитектура функционального модуля ТПТС. Обобщенная структурная схема функциональных модулей приведена на рис. 4.8. В зависимости от типа модулей отдельные узлы (цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП), аналого-цифро­вые преобразователи (АЦП) или схемы согласования уровней (ССУ) двоичных сигна­лов) могут отсутствовать).

Рис. 4.8. Структурная схема функционального модуля

Ядром модуля является процессорная часть, в состав которой входит микропроцес­сор Intel 80188, и память процессора, состоящая из оперативной памяти (RAM) и по стоянной памяти EPROM и EEPROM. В EPROM хранятся программные блоки, реали­зующие арифметические и логические функции, присущие всем модулям (сложение, умножение, дифференцирование, сравнение чисел и т. д.), программные блоки, реализующие функции, специфические для конкретного типа модулей (например, управля­ющие блоки для модулей управления или алгоритмы регулирования для модулей регу­ляторов) и программные блоки, реализующие функции контроля, логику прерывания и т.п. Программные блоки записываются в EPROM на этапе изготовления.

В EEPROM хранятся программы пользователя и перечень описаний стандартных функциональных блоков, в соответствии с которым они вызываются из EPROM, на­страиваются и выполняются. Данные в EEPROM записываются на этапе проектирова­ния конкретного ПТК.

Для обмена информацией по шине в/в предназначена передающая память URAM — двухпортовое оперативное запоминающее устройство ("почтовый ящик"), доступное через один порт внутримодульному процессору, а через второй порт — процессору мо­дуля EAS.

Узел АЦП предназначен для приема аналоговых сигналов, мультиплексирования каналов и преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму.

Узел ЦАП преобразует выходные сигналы из цифровой формы в аналоговую и коммутирует их на выходной разъем модуля.

Микропроцессор циклически опрашивает входные сигналы и URAM (информацию, принятую от модуля EAS), обрабатывает принятую информацию по заданной пользова­телем программе и выдает результаты обработки на выходной разъем модуля и в URAM.-

Сбор, обработка и выдача информации может осуществляться в двух циклах: в быстром цикле длительностью от 23,3 мс до 86,6 мс в зависимости от типа модуля, и медленном с длительностью, зависящей от выполняемой в данном цикле программы. Медленный цикл по отношению к быстрому циклу является фоновым, т. е. выполняется в свободное время быстрого цикла.

Функциональные модули имеют широкий набор функций самоконтроля, обеспечиваемого аппаратными и программными средствами.

Стандартные функции контроля в функциональных модулях:

циклические тесты EPROM, EEPROM, RAM;

контроль передачи данных по шине в/в;

контроль функционирования микропроцессора схемой электронного сто­рожа WatchDog;

контроль микропроцессором схемы WatchDog;

аппаратный контроль внутренних номиналов напряжений на соответствие заданным пределам.

В зависимости от типа модуля осуществляется также программно-аппарат­ный контроль:

датчиков и линий их подключения на обрывы и замыкания;

выходных сигналов обратным чтением;

контроль схем согласования и преобразования уровней сигналов;

контроль схем АЦП и ЦАП.

Сетевые средства ТГТТС. В состав сетевых средств нижнего уровня АСУ ТП входят две шинные системы:

шинная система CS275;

шина межсистемной связи Sinec L2.

Дублированная шинная система CS275 предназначена для обеспечения обмена ин­формацией между нижним и блочным уровнями АСУ ТП. Доступ к шине CS275 основан , на принципе распределенного управления (передачи маркера), т. е. поочередного права каждо-FO абонента на сеанс обмена данными по шине. Скорость передачи по шине со­ставляет 250 кбит/с.

Шинная система состоит из двух уровней:

ближняя шина CS275N;

дальняя шина CS275F, в том числе средства радиального волоконно-оптического соединения различных сегментов дистанционной шины CS275FO.

Ближняя шина объединяет модули EAS рядом стоящих систем автоматизации. Под­ключение к дальней шине осуществляется через конвертер UI, устанавливаемый в шка­фы ПТК.

Посредством дальней шины объединяются все ближние шины, расположенные в одном помещении средств низовой автоматики. В АСУ ТП энергоблока организован ряд сегментов дальней шины в соответствии с классом управляющих систем по отношению к безопасности и назначением технологических установок.

В проекте АСУ ТП АЭС с ВВЭР-640 все сегменты дистанционной шины соединя­ются между собой устройствами радиального соединения SK CS275 FO, что обеспечи­вает обмен сигналами между средствами низовой автоматики, относящимся к разным функциональным областям и размещенным в разных помещениях.

Рис. 4.9. Структурная схема типового канала управления УСНЭ ВБ на базе ТПТС '

Сигналы положения арматуры и состояния исполнительных механизмов после логической обработки в модуле ТПТС51-1717 поступают в модуль EAS и через конвертер UI передаются в СВБУ.

Передача сигналов в функциональные модули от индивидуальных средств управления БПУ и РПУ осуществляется УДУ (УСС).

Для обеспечения заданных показателей надежности модули индивидуаль­ного управления ТПТС51-1717 резервируются.

Структурная схема УСНЭ ВБ на средствах ТПТС приведена на рис. 4.10.

Организация УСНЭ на средствах ТПТС подобна организации УСНЭ ВБ, исключая УДУ. Резервированию подлежат только те модули ТПТС51-1717, ко­торые предназначены для управления ответственными механизмами.

Рис. 4.10. Структура УСНЭ ВБ на базе ТПТС

Управление исполнительными механизмами систем нормальной эксплуа­тации осуществляется только с дисплейных пультов БПУ.

ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ БПУ