Методические указания
по лабораторному практикуму «ПТК АСУТП АЭС»
Программно-технические средства лабораторного практикума «ПТК АСУТП АЭС»
Цели обучения:
- Ознакомление с оборудованием и программным обеспечением АСУ ТП, применяемым на современных АЭС России.
- Получение практических навыков работы с системой «верхнего» уровня АСУТП на базе программного комплекса «Портал» в части разработки технологических форматов и работы с системой визуализации.
- Получение практических навыков программирования контроллеров ТПТС в среде GET-R.
- Разработка каналов приема аналоговых и дискретных сигналов и каналов управления механизмами от уровня связи с ТОУ до «верхнего» уровня АСУ ТП и проверка работоспособности всей цепочки.
Оглавление
Раздел 1 - Введение. Общая структура АСУ ТП АЭС 3
Раздел 2 Описание системы Портал 30
Раздел 3 Описание графического редактора RtSvgDraw 37
Раздел 4 Представление данных в системе Портал 44
Раздел 5 - Описание типовых динамических элементов (подмоделей), представленных на формате (видеокадре) 63
Раздел 6 Имитаторы исполнительных механизмов и каналов ввода/вывода дискретных сигналов 73
Раздел 7 - Основные особенности и технические характеристики системы автоматизации ТПТС 80
Раздел 8 - Руководство по работе с САПР GET-R 107
Глоссарий 135
Раздел 1 - Введение. Общая структура АСУ ТП АЭС
Назначение, структура и состав АСУ ТП АЭС
АСУ ТП осуществляет контроль и управление непрерывными и дискретными технологическими процессами на энергоблоке (в зависимости от режима работы энергоблока - непрерывные и прерывистые технологические процессы). Режим функционирования АСУ ТП - автоматический и автоматизированный. Автоматически выполняются информационные функции и функции управления по защите. Решения по управлению процессом в целом принимает и реализует оператор.
АСУ ТП разрабатывается как развивающаяся система, допускающая последовательный ввод в действие и наращивание задач при развитии, как самой системы, так и технологических систем энергоблока.
АСУ ТП создается в виде многоуровневой системы управления технологическими процессами, состоящей из распределенных по технологическому или функциональному признакам систем управления (подсистемы АСУ ТП), функционирующих во взаимодействии друг с другом и объединенных единой информационно-управляющей системой (СВБУ).
АСУ ТП должна строиться по иерархическому принципу и содержать следующие уровни:
уровень связи с ТОУ;
уровень низовой автоматики;
верхний блочный уровень контроля и управления.
На уровне связи с ТОУ должно обеспечиваться формирование сигналов по параметрам, положению объектов управления, наличию электропитания и т.п, а также выдача команд управления в устройства коммутации силового электропитания приводов арматуры, механизмов и др.
На уровне низовой автоматики должны реализовываться задачи сбора и обработки информации, защит и блокировок, авторегулирования, программно-логического управления, сигнализации (с необходимой логической обработкой сигналов), включая представление информации на индивидуальных приборах и табло, а также дистанционное управление от индивидуальных органов управления.
На верхнем блочном уровне контроля и управления должны реализовываться задачи централизации контроля и управления технологическим процессом энергоблока, системами и оборудованием энергоблока, решение общеблочных задач сбора, обработки и представления обобщенной информации, ведения протоколов и архива, поддержки оперативного персонала и т.п.
АСУ ТП, подразделяется на следующие подсистемы:
система верхнего блочного уровня (СВБУ);
система управления и защиты реактора (СУЗ);
управляющая система безопасности (УСБТ);
автоматизированная система радиационного контроля (АСРК);
система контроля, управления и диагностики РУ (СКУД);
система контроля и управления оборудованием РО НЭ (СКУ РО);
система контроля и управления оборудованием МЗ (СКУ МЗ), включая ЭЧСР, и температурный контроль;
средства регистрации важных параметров эксплуатации (СРВПЭ);
система контроля и управления электрическим оборудованием нормальной эксплуатации (СКУ ЭЧ).
С
труктурная схема АСУ ТП СВО (спецводоочистки) Калининской АЭС
Средства и структура «верхнего» уровня АСУ ТП АЭС
Контроль и управление энергоблока осуществляется с БПУ (блочный пункт управления), при его поражении с РПУ (резервный пункт управления).
Блочный пункт управления предназначен для централизованного оперативного контроля и управления основного технологического процесса выработки электроэнергии, пока данный щит является функциональным и доступным для персонала.
С БПУ обеспечивается:
контроль и управление эксплуатацией энергоблока во всех предусмотренных проектом режимах;
обнаружение неисправностей во всех технологических системах, важных для безопасности, а также принятие мер по поддержанию безопасного состояния энергоблока;
обнаружение аварий и принятие корректирующих мер, направленных на поддержание или восстановление безопасного состояния до или после вмешательства СБ; принятие мер по защите персонала;
оперативное управление и контроль за процессом в случае проектных и за проектными авариями.
Блочный пункт имеет несколько зон контроля и управления:
АРМ (автоматизированное рабочее место) НСБ (начальник смены блока) обеспечивает представление информации о состоянии систем энергоблока, о состоянии АСУ ТП и другой информации, обеспечивающей оперативное управление дежурной смены;
оперативная зона ВИУРа (ведущий инженер управления реактором) обеспечивает контроль и управление реакторной установкой, спецсистемами РУ, а также контроль и управление технологическим процессом основных технологических систем Р.О.;
неоперативная зона ВИУРа – зона безопасности состоит из 6 пультов панелей и 2 АРМов, куда выведена информация по СБ (система безопасности) и пожаротушения. Отсюда осуществляет управление процессом безопасности при "аварийном" запуске систем безопасности, а также плановые проверки работоспособности систем;
оперативная зона ВИУТа (ведущий инженер управления турбиной) обеспечивает контроль и управление турбоустановкой, генератором и технологическими системами машзала, часть механизмов, включая основные регуляторы, имеют аппаратуру индивидуального управления, основной вид управления с АРМ.
Общий вид БПУ 3-го блока Калининской АЭС
Панели системы безопасности 3-го блока Калининской АЭС
Пример технологического формата (видеокадра) оператора АЭС
Пример технологического формата (видеокадра) оператора АЭС с расширенным окном управления двигателя
Индикация состояния оборудования на технологическом формате должна быть согласована с ее представлением на панелях. Ниже приведены в качестве примера пиктограммы насоса и задвижки с электроприводом:
Красная рамка является признаком неисправности оборудования или управляющих средств АСУ ТП нижнего уровня.
Средства и структура низовой автоматики АЭС на базе ТПТС
Система автоматизации ТПТС предназначена для реализации функций контроля и управления технологическими процессами на тепловых и атомных электростанциях и других объектах энергетики.
В структуре общей системы контроля и управления энергоблоком система автоматизации ТПТС занимает уровень низовой автоматики. Имеет связи с технологическим процессом через датчики и исполнительные механизмы, позволяет производить прием и выдачу аналоговых и двоичных сигналов, преобразование и обработку полученной информации по заданным алгоритмам, формировать необходимые воздействия на управляемый объект и обмениваться информацией с информационно-управляющей системой.
С истема ТПТС строится по модульному принципу и позволяет создавать в зависимости от требований различные по степени избыточности структуры путем резервирования модулей и устройств передачи данных. В системе ТПТС выполняется непрерывный самоконтроль работающих компонентов, позволяющий оперативно выявлять дефекты и заменять отказавшие узлы, не выводя систему из работы.
Приборные стойки (контроллерные шкафы)
Контроллерные шкафы (в документации называются «приборными стойками») являются «интеллектуальной» основой системы автоматизации ТПТС. В них устанавливаются функциональные модули, реализующие требуемые алгоритмы работы, модули и устройства, обеспечивающие связи с другими устройствами системы автоматизации и информационно-управляющей системой верхнего уровня управления, элементы системы питания и средства подключения кабелей процесса.
Приборные стойки осуществляют:
сбор и первичную обработку входных дискретных и аналоговых сигналов от датчиков технологических параметров;
измерение технологических параметров, выполнение необходимых вычислений;
автоматическое и дистанционное управление исполнительными механизмами следующих видов: задвижка (запорная арматура), электродвигатель (насос), регулирующая арматура и т.д.;
реализацию защит и блокировок;
автоматическое регулирование;
групповое и подгрупповое управление;
выдачу аналоговых и дискретных сигналов на средства оперативно-диспетчерского управления (ТС ОДУ) или в другие системы управления энергоблока;
обмен информацией с системой верхнего блочного уровня (СВБУ).
Приборная стойка ТПТС с контроллерами
Функциональные модули
В системе автоматизации ТПТС реализация заданных алгоритмов работы системы выполняется программируемыми функциональными модулями, имеющими собственный микропроцессор и развитый аппаратный интерфейс для ввода/вывода сигналов. Основной отличительной особенностью функциональных модулей системы ТПТС является наличие в их постоянной памяти набора готовых подпрограмм, выполняющих так называемые базовые функции (как общего назначения – арифметические и логические, так и специально разработанные для решения специфических задач, встречающихся на электростанциях, - функция измерения, функция управления двигателем, задвижкой, клапаном, функция регулирования, функция коррекции и т.п.).
Эти базовые подпрограммы записываются в модули на этапе их изготовления. Они сохраняются в течение всего срока службы модуля и не доступны для изменения потребителем.
В состав системы автоматизации ТПТС входят несколько модулей, которые можно разделить на группы по функциональной ориентированности:
Измерительные модули;
Модули сбора и обработки аналоговых и дискретных сигналов;
Модули индивидуального управления исполнительными механизмами;
Модули группового и подгруппового управления;
Модули регуляторы.
Функционирование модуля определяется содержимым трех видов процессорной памяти.
Набор базовых функций (встроенных подпрограмм) определяет назначение и тип модуля. Они хранятся в постоянной "флэш-памяти" (FEPROM) на заводе-изготовителе и недоступны для изменения разработчику прикладных алгоритмов и эксплуатирующему персоналу. Базовые функции разработаны и верифицированы разработчиком функционального модуля и являются неотъемлемым свойством модуля данного типа. Базовые функции сохраняются в модуле в течение всего срока службы во всех оговоренных в документации условиях хранения и эксплуатации.
Прикладные алгоритмы располагаются в постоянной электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Прикладные алгоритмы представлены в модуле в виде таблицы, определяющей связи между базовыми функциями. Данная таблица формируется средствами конфигурирования и помещается в EEPROM модуля на завершающем этапе проектирования прикладных алгоритмов. Возможна корректировка прикладных алгоритмов в период наладки и эксплуатации ПТК на объекте.
Память с произвольным доступом (RAM) служит для хранения текущих значений переменных, а также для приема/ передачи информации по шине ввода/вывода.
Всё адресное пространство модуля жестко распределено. Динамическое выделение памяти не используется. Все настраиваемые параметры объединены в массивы и для них выделена отдельная область памяти. То есть, адрес каждого параметра определяется явно на этапе формирования программной компоненты модуля. Часть ячеек памяти жестко привязана к конкретной базовой функции (это функции ввода-вывода и др.), часть может быть использована произвольно с функциями, не имеющими фиксированных ячеек памяти (арифметические, логические функции и др.).
Структурная схема модуля ТПТС
Функциональные модули имеют следующие интерфейсы:
интерфейс шины ввода/вывода (базовый соединитель X1);
аппаратный интерфейс для связи с периферийными устройствами (базовый соединитель Х2);
последовательный интерфейс «токовая петля» (соединитель на передней панели модулей).
Интерфейс шины ввода/вывода представляет собой параллельную шину, состоящую из 8-разрядной шины данных, 12-разрядной адресной шины и шины управления. Интерфейс служит для обмена данными между функциональными модулями приборной стойки через центральный модуль. Обмен данными по шине ввода/вывода осуществляется с помощью соответствующего драйвера в центральном модуле через передающую оперативную память функционального модуля, доступ для чтения и записи к которой имеют как процессор самого модуля, так и процессор центрального модуля.
Через аппаратный интерфейс к функциональным модулям подключаются кабели, идущие от датчиков и исполнительных механизмов, а также от щитов и панелей управления (напрямую или через кроссовые шкафы или шкафы промежуточных реле).
Электропитание функциональных модулей осуществляется от источника питания напряжением +24 В.. Каждый модуль имеет собственный встроенный блок питания.
Схема приема и передачи аналогового сигнала
Схема управления механизмом
 
Схема контура регулирования
Конфигурирование функциональных модулей
Настройка модуля на конкретный алгоритм функционирования производится путем ввода в EEPROM модуля двоичной таблицы, задающей схему соединения базовых функций в конкретный прикладной алгоритм и задания необходимых значений параметров для параметризируемых функций.
Такая настройка в системе автоматизации ТПТС называется конфигурированием. Процесс конфигурирования модулей производится с помощью системы конфигурирования GET-R. Графический язык системы позволяет задать требуемую конфигурацию модуля в виде простой схемы из базовых функций, образы и логика которых хранятся в библиотеках и вызываются на экран из соответствующих меню, имеющихся для каждого функционального модуля. Такой способ создания конфигурации является весьма наглядным и позволяет быстро и с малой вероятностью ошибки задать нужный алгоритм функционирования модуля.
В результате конфигурирования формируется три вида информации:
графическое представление прикладного алгоритма в виде схемы соединения базовых функций;
таблица соединения и параметрирования базовых функций (таблица конфигурации) в бинарном представлении;
текстовое представление таблицы конфигурации базовых функций.
Таблица конфигурации заносится в EEPROM модуля и сохраняется сколь угодно долго при отключенном питании и всех условиях хранения и эксплуатации. Отличие от базовых функций заключается в том, что конфигурация модуля может быть изменена потребителем при помощи той же системы конфигурирования GET-R, которая поставляются вместе с системой автоматизации, а базовые функции для изменения потребителем недоступны.
Система конфигурирования GET-R имеет встроенные средства проверки правильности разработанной конфигурации модуля, которые не позволяют сформировать загружаемый в модуль код, в котором имеются ошибки.
Модуль можно конфигурировать как изолированно, так и в составе уже работающей системы автоматизации. Для этого к системе автоматизации через шину процесса подключается инженерная станция с установленной системой конфигурирования GET-R и проектом системы автоматизации. Для систем высокой ответственности, например для систем безопасности АЭС, таблица конфигурации может быть "заблокирована" для эксплуатационного персонала, и ее модификация может быть осуществлена только лицом, имеющим необходимые полномочия и специальное оборудование.
Конфигурирование как процесс настройки модуля на выполнение заданного алгоритма функционирования уже имеет весьма мало общего с программированием в общепринятом смысле этого слова. Это, скорее ближе к аппаратному способу составления схем, что позволяет говорить о создании систем управления чисто проектным путем, При этом конфигурирование могут выполнять специалисты-проектировщики, не обладающими навыками программирования. Кроме того, подтверждение правильности функционирования системы, может также проводиться по привычным методикам тестирования чисто аппаратных систем с жесткой логикой.
Пример программы управления задвижкой, разработанной в САПР GET-R
Пример программы обработки аналогового сигнала, разработанной в САПР GET-R
Уровень связи с ТОУ
Датчики
Принцип работы датчика давления Метран - при деформации чувствительного элемента под воздействием входной измеряемой величины (например, давления или разности давлений) изменяется электрическое сопротивление кремниевых тензорезисторов мостовой схемы на поверхности этого чувствительного элемента.
Электронное устройство датчика преобразует электрический сигнал от тензопреобразователя в стандартный аналоговый сигнал постоянного тока 0-5 мА, 0-20 мА и 4-20 мА.
Датчики для измерения давления и перепада давления Метран
Термопара представляет собой замкнутый контур, состоящий из двух разнородных проводников (термоэлектродов), спаянных между собой. При наличии разности температур между спаями в цепи возникает электродвижущая сила (ЭДС), пропорциональная разности температур.
Принцип действия термометров сопротивления заключается в изменении электрического сопротивления проводников при изменении их температуры:
R=f(t),
причем вид функции зависит от природы материала. Зная зависимость сопротивления от температуры, можно по изменению сопротивления термометра судить об изменении температуры среды, в которой он находится.
Исполнительные механизмы
Задвижка - вентиль, предназначенный для герметичного отсечения одной части трубопровода от другой. Как правило имеют электропривод. В этом случае они называются - электроприводная арматура (ЭПА). Задвижки как правило не предназначены для регулирования расхода среды в трубопроводе, их назначение - надёжно отсечь часть трубопровода, находящуюся под давлением, вакуумом, с химически агрессивной жидкостью
Электрический привод (сокращённо - электропривод) - это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин (задвижек) и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.
 
Шкафы управления электроприводов арматуры «КРУЗА»- Предназначены для управления силовыми цепями схем управления арматуры, электрических насосов, соленоидных клапанов, регулирующих клапанов, и др.
Шкафы КРУЗА ориентированы на совместную работу со средствами ТПТС в составе АСУ ТП АЭС. Включают в себя аппаратуру коммутации силовых цепей, защиты, управление, автоматики, сигнализации.
|
