министерство российской федерации по атомной энергии

Министерство Российской Федерации по атомной энергии
Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики
им. Н.Л. Духова
ВОПРОСЫ
АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ
СЕРИЯ:
ЯДЕРНОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
Научно-технический сборник
Системы, устройства, схемотехника, технология,
конструирование и производство
Издается с 1969 г.
Выпуск 1 (16)
А В Т О М АТ И З И Р О ВА Н Н Ы Е С И С Т Е М Ы
У П РА ВЛ Е Н И Я Т Е Х Н ОЛ О Г И Ч Е С К И М И
П Р О Ц Е С СА М И
1997
ОТ РЕДАКЦИИ
Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова
возобновляет выпуск научно-технического сборника "Системы, устройства, схемотехника,
технология, конструирование и производство" в рамках издания "Вопросы атомной науки
и техники. Серия: Ядерное приборостроение". Предполагается, что сборник будет
выходить 2-3 раза в год и освещать вопросы, связанные с разработкой, производством и
эксплуатацией изделий по следующим тематическим направлениям:








Ядерное приборостроение.
Автоматизированные системы управления технологическими процессами.
Элементная база приборостроения.
Приборы и устройства для систем контроля и учета делящихся материалов.
Технология приборостроения и информационно-измерительные технологии.
Стандартизация, унификация, качество.
Вопросы экономики.
Рекламные материалы.
Первый выпуск сборника за 1997 г. является тематическим и посвящен
автоматизированным системам управления технологическими процессами на атомных и
тепловых электростанциях.
Одним из важнейших направлений обеспечения безопасной эксплуатации
отечественных АЭС является совершенствование автоматизированных систем управления
технологическими процессами (АСУТП) на атомных станциях и доведение их до
современного мирового
уровня по надежности, удобству программирования,
массогабаритным и другим показателям. С этой целью, а также для обеспечения
унификации технических средств и организации их производства в России приказом
Министра Российской Федерации по атомной энергии от 27 июля 1993 г. "О создании
АСУТП
и
комплекса
унифицированных
программно-технических
средств
автоматизированных систем управления технологическими процессами
атомных
электростанций" головной организацией по производству программно-технических средств
(ПТС) АСУТП АЭС назначен Всероссийский научно-исследовательский институт
автоматики им. Н.Л. Духова (ВНИИА).
В разработанной ВНИИА совместно с другими заинтересованными организациями и
предприятиями Минатома России и утвержденной министром В.Н. Михайловым 23 марта
1994 г. "Комплексной отраслевой программе создания комплекса унифицированных
программно - технических средств (КУПТС) для автоматизированных систем управления
технологическим процессом атомных электростанций" сформулирована цель организации
серийного производства ПТС, соответствующих современному мировому уровню на базе
зарубежного прототипа.
В 1996 г. во ВНИИА было создано специальное производственное отделение,
ориентированное на разработку и производство по лицензии АО "Сименс" (Германия)
современных программно-технических средств для АСУТП атомных и тепловых
электростанций (российский комплект конструкторской документации имеет индекс
ТПТС51).
На открытии этого отделения в сентябре 1996 г. Министр отрасли В.Н. Михайлов
отметил высокий уровень производства отделения и наличие в институте достаточного
числа высококвалифицированных специалистов, способных реализовать Программу по
созданию АСУТП. Министр подчеркнул, что положено начало большому
2
перспективному направлению и поздравил
успехами.
весь коллектив ВНИИА с достигнутыми
Директор Отделения производства электроэнергии на ядерном топливе (KWU N)
Департамента производства энергии (KWU) АО "Сименс" г-н В. Бюркле, подводя итоги
сотрудничества фирмы с ВНИИА, поблагодарил всех участников проекта с успешным
завершением начатого дела. Он сказал, что «три года назад было принято решение о начале
работ по данному проекту, но многие не верили в его осуществление. Однако, благодаря
успешному сотрудничеству наших стран, были достигнуты высокие результаты,
доказательством которых явилась возможность производства модулей и стоек,
соответствующих мировым стандартам. Все участники проделанной работы могут
гордиться полученными результатами».
Г-н В. Бюркле в своем выступлении отметил также что «в России создана база по
производству высокоразвитых систем для тепловых и атомных электростанций и сделаны
первые успешные шаги по их применению в системах безопасности. Потенциальный
рынок передовой продукции для АЭС уже сложился как в России, так и за рубежом.
Принципом дальнейшего сотрудничества наших фирм должно стать непрерывное
развитие, совершенствование и разработка нового оборудования».
Одним из важнейших условий внедрения новых программно-технических средств
ТПТС51 на тепловых и атомных станциях для построения АСУТП является создание
системы обучения и повышения квалификации специалистов проектных, научноисследовательских организаций и эксплуатационного персонала станций.
Первым шагом в этом направлении явилось проведение отраслевой школы семинара "Вопросы построения программно-технических комплексов на базе ТПТС51 в
АСУТП АЭС", которая прошла в Государственном центральном институте повышения
квалификации Минатома РФ (ГЦИПК). Организовали школу-семинар концерн
Росэнергоатом, ВНИИА и ГЦИПК. В работе семинара приняли участие руководители и
ведущие специалисты цехов тепловой автоматики и отделов АСУТП атомных
электростанций, проектных и научно-исследовательских организаций Минатома России, а
также специалисты концерна Росэнергоатом, АО "Сименс", фирм "Нуклеарконтроль",
"Интеравтоматика", АО "Энергоцентрналадка" и др. - всего 48 специалистов из 23
организаций.
В процессе проведения школы-семинара были заслушаны доклады ведущих
специалистов ВНИИА и других организаций по актуальным вопросам применения
ТПТС51 в АСУТП АЭС. Участники школы-семинара ознакомились с технологией
изготовления и контроля ТПТС51 непосредственно на производственном участке
ВНИИА.
В настоящем сборнике публикуются основные материалы, дающие представления о
принципах построения, технических характеристиках, особенностях применения
аппаратуры ТПТС51.
Редколлегия сборника выражает надежду на то, что приведенная информация
поможет специалистам атомной и других отраслей в решении вопросов создания
надежных и эффективных систем управления и контроля АЭС и других сложных
промышленных объектов.
Главный редактор
УДК 681.5.011
Ю.Н. Бармаков
3
ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА КОМПЛЕКСА УНИФИЦИРОВАННЫХ
ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ТПТС51 ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ АСУТП
АТОМНЫХ И ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Ю.Н.Бармаков, д.т.н., профессор, В.Л.Кишкин, к.т.н.
В статье рассмотрено положение, сложившееся в России в области производства
программно-технических средств для АСУТП атомных и тепловых электростанций,
сформулированы требования к перспективным АСУТП и отражены основные
особенности и общие итоги организации во ВНИИА производства современных средств
АСУТП по лицензии АО “Сименс“.
Многолетний опыт эксплуатации АЭС и в России, и во всем мире подтверждает, что
как энергетические и экономические показатели, так и безопасность АЭС во многом
зависят от возможностей и технических характеристик систем контроля и управления
(СКУ). Именно поэтому вопросам совершенствования аппаратуры СКУ АЭС во всех
странах уделяется самое серьезное внимание. Не менее важное влияние характеристики
аппаратуры СКУ оказывают на соответствующие показатели тепловых электростанций.
При этом, как показывает опыт ведущих фирм мира, требования к аппаратуре СКУ
атомных и крупных тепловых электростанций весьма близки. К сожалению, в России до
настоящего времени не выпускаются современные производительные программнотехнические средства, пригодные для построения высоконадежных СКУ сложных
энергетических объектов.
Данный сборник содержит материалы, освещающие результаты организации
производства программно-технических средств ТПТС51, предназначенных для
построения АСУТП атомных и тепловых электростанций.
В России принято все системы контроля и управления (СКУ) действующих атомных
станций относить к трем поколениям [1].
К первому поколению относятся СКУ энергоблоков АЭС, введенных в
эксплуатацию до 1975 года. Их особенностью является широкое использование
дистанционного управления с операторских пультов, большое число средств
дистанционного контроля параметров оборудования, применение относительно простых и
слабо связанных автоматических устройств, использование централизованных
информационно-измерительных систем на базе малых ЭВМ. Элементной базой систем
контроля,
управления,
технологических
защит
и
блокировок
являются
электромеханические реле, приборы теплотехнического контроля, полупроводниковые
элементы общего назначения. Информация оператору представляется в виде показаний
аналоговых и цифровых приборов, сигнальных табло и мнемосхем.
Ко второму поколению можно отнести СКУ, разработанные и введенные в
эксплуатацию в период с1975 года до начала 80-х годов.
Системы этого типа характеризуются широким применением измерительных и
регулирующих приборов с унифицированными сигналами, устройств логического
управления, агрегатированных систем контроля параметров генераторов, турбин и т.д. В
системах автоматического регулирования, управления и защиты реактора применены
элементы микроэлектронной техники. Построение схем технологических защит,
дистанционного управления и отображения информации осталось без изменений.
СКУ энергоблоков третьего поколения широко используются в микропроцессорной
технике для контроля и управления технологическими процессами. Для представления
информации оператору, наряду с мнемосхемами, предоставляются алфавитно-цифровые и
4
цветные графические мониторы. В достаточном объеме в них внедрены
специализированные подсистемы, важные для безопасности, реализованные на основе
жесткой логики.
Однако, как и подобные системы в других странах [2], эксплуатируемые в настоящее
время СКУ всех трех поколений не в полной мере соответствуют современным
техническим и нормативным требованиям.
В частности, для таких систем характерны:

низкий уровень автоматизации;

отсутствие развитой самодиагностики;

недостаточная комфортность работы оператора;

отсутствие средств автоматического архивирования параметров безопасности;

недостаточное использование современных принципов резервирования,
независимости, разнообразия защит от отказов по общей причине;

высокая стоимость работ по обслуживанию и ремонту технических средств;

большие габариты и высокое энергопотребление;

устаревшая элементная база, отсутствие запасных частей.
В определенной мере эти недостатки не позволяли реализовать все преимущества
российских проектов атомных энергоблоков. Именно поэтому несколько лет тому назад в
Минатоме России была сформирована Программа модернизации действующих АЭС и
создания новых технических средств, с помощью которых могут быть устранены
указанные недостатки.
С целью обеспечения унификации технических средств и организации производства
этих средств в России в 1993 г. приказом Министра головной организацией по
производству средств СКУ атомных электростанций был назначен Всероссийский НИИ
автоматики Минатома РФ (ВНИИА).
Перед ВНИИА была поставлена цель организации их серийного производства
аппаратуры СКУ, соответствующей современному мировому уровню. К сожалению,
отечественные разработки подобной аппаратуры были ориентированы на российскую
элементную базу, которая отстает от мирового уровня по степени интеграции,
функциональному разнообразию и надежности. Поэтому поставленную цель было решено
реализовать посредством закупки соответствующей лицензии у авторитетной фирмы,
имеющей опыт применения СКУ в атомной энергетике.
При этом было необходимо обеспечить главные требования, которые выдвигаются в
настоящее время перед подобными системами. В наиболее полном виде такие требования
сформулированы в уже упомянутом докладе Международной рабочей группы по СКУ
АЭС (IAEA-TECDOC-952) [2]:

надежность;

удобство технического обслуживания;

широкие функциональные возможности и гибкость;

адаптивность системы к различным функциональным областям применения,
категориям безопасности, возможностям дальнейшей модернизации;

контролепригодность;

безопасность;
5

квалификация, как для нормальных условий эксплуатации, так и для аварийных
ситуаций;

сертификация на соответствие техническим требованиям;

верификация и валидация в зависимости от требований по безопасности;

стоимость;

контроль конфигурации, установленной на АЭС;

эффективность взаимодействия человека-машины;

эффективное использование вычислительной техники для хранения, обработки
и представления информации.
В результате исследований, проведенных с участием ведущих предприятий отрасли, в
качестве прототипа была выбрана система TELEPERM ME разработки АО “Сименс“. При
этом дополнительно были учтены следующие главные аргументы:

высокий уровень технологии производства, не достигнутый к тому времени ни
одной из других фирм;

планируемое применение TELEPERM ME в отечественных и зарубежных
объектах тепловой энергетики;

большой объем участия АО “Сименс“ в российских работах в области атомной
энергетики, в частности, успешное сотрудничество на АЭС “ЛОВИЗА“
(Финляндия);

принятие АО “Сименс“ условий передачи лицензии, важных для российской
стороны
В июне 1994 г. между ВНИИА и АО “Сименс“ был подписан Лицензионный договор
о передаче технологии производства TELEPERM ME во ВНИИА. В рамках
Лицензионного договора ВНИИА переданы следующие права:

производить аппаратуру TELEPERM ME;

самостоятельно проводить работы по развитию и модификации производимой
аппаратуры СКУ;

разрабатывать системы на базе производимой аппаратуры;

продавать аппаратуру и системы на ее основе.
Процесс организации производства аппаратуры СКУ во ВНИИА включал
следующие основные этапы:
1. Получение немецкой документации и разработка на ее базе отечественного
варианта документации аппаратуры, получившей наименование ТПТС51.
2. Обучение специалистов.
3. Создание и оснащение производственного отделения.
4. Организация замкнутого производственного процесса, охватывающего все
этапы изготовления СКУ.
5. Проведение полного объема
надежность аппаратуры.
испытаний,
подтверждающих
качество
и
6. Выпуск промышленных партий аппаратуры.
В настоящее время все эти этапы завершены, и мы начинаем плановые поставки.
6
Производственный процесс изготовления ТПТС51 (Рис. 1) предусматривает участие
еще
двух
российских
предприятий:
завода
СПУ,
г.
Санкт-Петербург
(металлоконструкции) и завода САМ, г. Москва (автоматизированная сборка модулей). С
указанными контрагентами заключены долгосрочные соглашения. Проектная мощность
созданного производства составляет до 100 шкафов в год.
Большое внимание при организации производства во ВНИИА уделяется проблеме
качества. С начала 80-х годов действует система качества, соответствующая российским
ГОСТам и аттестованная Госстандартом СССР. Данная система оправдала себя в процессе
разработки и изготовления оборонной техники и основные ее положения в принципе
соответствуют международным стандартам. Тем не менее, в настоящее время проведена
полная модернизация данной системы с целью аттестации ее по нормам международных
стандартов серии ISO 9000. Предварительная сертификация этой системы (Рис. 2) по
нормам ISO 9000 проведена в 1997 г. в рамках аудита специалистами АО “Сименс”.
Основные особенности аппаратуры ТПТС51 рассмотрены в следующих статьях
настоящего сборника. Здесь мы отметим только главные возможности, которые создает
аппаратура ТПТС51.
За счет новой производственной технологии «монтаж на поверхность» в ТПТС51
реализована самая перспективная структура контроллерных систем - структура
«интеллектуальных» модулей. Ее смысл состоит в том, чтобы основные функции
обработки и управления передать микропроцессорам, установленным в каждом модуле.
Фактически, отдельные функциональные модули, обладают способностью принимать и
обрабатывать разнообразные сигналы, выдавать как аналоговые, так и дискретные
воздействия, и осуществлять автоматическое управление технологическим процессом.
Кроме того, обеспечена возможность связи между функциональными модулями через
информационные шины в пределах одного шкафа, между шкафами и с внешними
устройствами через несколько различных системных шин.
Таким образом, ТПТС51 представляет собой многопроцессорную систему с
децентрализованным (или распределенным) управлением. Такое построение обеспечивает
существенные преимущества перед традиционными централизованными информационноуправляющими системами.
ТПТС51 обеспечивает возможность резервирования аппаратных средств. При этом в
зависимости от предъявленных требований, возможны различные варианты построения
резервированных структур.
Конструктивно аппаратура ТПТС51 реализуется в виде шкафов, содержащих крейты с
функциональными и системными модулями. Учитывая “мощность” функциональных модулей
ТПТС51, теоретически можно с помощью одного шкафа построить систему управления
довольно высокой сложности без использования системных шин. На традиционной структуре
системы такой мощности не реализуются.
Стойки ТПТС51 работают с естественным охлаждением, не требуя принудительной
вентиляции в диапазоне температур +5...+40С.
Процесс проектирования систем на базе средств ТПТС51 производится с помощью
инструментальной системы GET. Графический язык системы позволяет задать
необходимый алгоритм функционирования в виде набора стандартных функций. Такой
способ представления является весьма наглядным и позволяет быстро и с малой
вероятностью ошибки задать нужный алгоритм функционирования каждого модуля
системы.
7
Для обеспечения связи с оператором в современных СКУ применяются обычно
информационно-управляющие системы верхнего уровня (ИУС), построенные с
использованием стандартной вычислительной техники (персональных компьютерах,
рабочих станциях, сетевых средствах).
8
9
Программное обеспечение ИУС создается с помощью специальных программных
комплексов, носящих обобщающее название SCADA-систем.*)
Штатной, органично сопрягаемой с ТПТС51, является система ОМ650,
разработанная АО “Сименс“, и также переданной ВНИИА в рамках Лицензионного
договора.
ОМ650 - современная SCADA-система, имеющая мощные инструментальные
средства, с помощью которых возможно проектирование практически любых видов
видеограмм (мнемосхем, графиков, таблиц и т.д.) и управляющих функций. В качестве
рабочих станций оператора используются компьютеры Pentium с большим графическим
экраном под управлением операционной среды UNIX с сетевым протоколом TCP/IP.
ОМ650 позволяет организовывать сложные базы данных, поддерживающих, в том
числе, функцию долгосрочного архива, позволяющего сохранять историю
функционирования объекта с ретроспективой в десятки лет. В составе ОМ650 имеются
хорошо отработанные пакеты программ, обеспечивающие как информационные, так и
управляющие функции применительно к типовым измерительным и исполнительным
устройствам, используемым в различных агрегатах АЭС.
Функции проектирования и настройки системы, в том числе непосредственно на
АЭС, осуществляются с помощью специальной рабочей станции и соответствующих
инструментальных средств ES680, которые могут входить в состав поставляемой
аппаратуры.
Построение управляющих систем безопасности (УСБ) АЭС требует выполнения
специальных требований, в число которых входит реализация УСБ в виде 3-х или 4-х
канальных резервированных систем с голосованием. Для построения программируемых
УСБ в настоящее время нами совместно со специалистами АО “Сименс“ проводится
разработка модификации ТПТС51-01. Эта модификация базируется на уже
сертифицированной для систем безопасности аппаратуре TELEPERM XS АО “Сименс“,
но использует технические и конструктивные средства ТПТС51.
С введением этих изменений ТПТС51-01 позволит строить быстродействующие
системы “классической” структуры с централизованным управлением. Наличие в ТПТС51-01
адаптеров связи с быстродействующей системной шиной дает возможность построения
резервированных структур любой сложности.
Проектирование систем на базе средств ТПТС51-01 поддерживается мощной
объектно-ориентированной инструментальной системой SPACE.
Следует отметить, что комплекс измерительных (нейтронных, температурных и др.)
и исполнительных устройств систем безопасности в России хорошо отработан и
традиционно разрабатывается и изготавливается на предприятиях Минатома.
Общая типичная структурная схема СКУ АЭС на базе аппаратуры ТПТС51,
ТПТС51-01, ОМ650 приведена на рис.3.
В настоящее время в России имеется комплекс предприятий, которые, работая в очень
тесном взаимодействии, в состоянии обеспечить полный цикл работ от проектирования до
монтажа на объекте любой сложности аппаратуры СКУ. Эти предприятия ведут сейчас
проектирование СКУ как для новых проектов АЭС в России - ВВЭР640, ВВЭР1000,- так и
для зарубежных проектов (Китай, Индия и т.д.). Одновременно ведутся работы по
модернизации СКУ действующих АЭС. Во всех этих работах будет использоваться
рассмотренная здесь аппаратура.
*)
SCADA -Supervisor Control And Data Ascquisition
10
Таким образом, в России теперь выпускается аппаратура, которая обеспечивает:
11

построение высоконадежных, полностью соответствующих современным
требованиям безопасности СКУ АЭС;

диагностику как состояния основного оборудования АЭС, так и состояния всех
устройств и элементов СКУ;

максимальную комфортность работы оператора и простоту обслуживания
технических средств;

применение новых эффективных алгоритмов управления агрегатами АЭС с
целью, как повышения безопасности АЭС, так и обеспечения наиболее
экономичных режимов работы, в том числе, маневренных режимов;

использование при проектировании мощных средств инструментальной
поддержки проектанта, что существенно сокращает количество проектных
ошибок и резко уменьшает сроки проектирования;

накопление и архивацию параметров, важных для безопасности;

контроль
и
диагностику состояния
основных
барьеров глубоко
эшелонированной защиты от распространения радиоактивных веществ в
окружающую среду;

прогнозирование состояния энергоблока.
В целом, проделанная работа, мы надеемся, приведет к повышению
привлекательности атомной энергетики и создаст новые стимулы для ускоренного ее
развития в нашей стране. Все отмеченные достоинства аппаратуры ТПТС51 в полной мере
могут быть использованы и в АСУТП тепловых электростанций.
Литература
1. Коноплев Н.П., Чудин А.Г. Системы контроля и управления АЭС в России.
Доклад на постоянном семинаре Международной рабочей группы по СКУ АЭС
IAEA-IWG-NPPCI-97/2.
2. Advanced control systems to improve nuclear power plant reliability and efficiency,
IAEA TECDOC-952 1997.
3. Кужиль А.С. Частное сообщение 1997.
12
УДК 681.326.3.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЛЕКСА
УНИФИЦИРОВАННЫХ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ТПТС51
Ю.Н.Бармаков, д.т.н., профессор, В.Л.Кишкин, к.т.н.,
Ю.В.Мартьянов, к.т.н., А.Д. Нариц., к.т.н.
Анализируются принципы построения комплекса средств ТПТС51, даются состав и
характеристики функциональных модулей. Рассматриваются вопросы конфигурирования
модулей и вопросы построения ТПТС51-01 для программируемых управляющих систем
безопасности.
Комплекс унифицированных программно-технических средств ТПТС51 создан на
основе системы TELEPERM ME разработки АО “Сименс” (Германия), технология
производства которой была передана ВНИИА в рамках Лицензионного договора. ТПТС51
является полным аналогом TELEPERM ME, изготавливаемым во ВНИИА по
русифицированной КД, отвечающей всем требованиям ЕСКД. При этом изготовление
осуществляется по технологии АО “Сименс” с соблюдением всех требований,
существующих на этой фирме.
Структура контроллеров ТПТС51
Важнейшим элементом систем автоматического управления в АСУТП являются
контроллеры - программируемые устройства, обладающие средствами ввода и вывода
аналоговых и дискретных сигналов, посредством которых они могут быть подключены к
объекту управления.
Контроллер с “классической” структурой (рис. 1,а) содержит микропроцессорное
устройство, связанное по контроллерной шине с устройствами связи с объектом,
преобразующими реальные сигналы в цифровую форму. Вся логика обработки сигналов и
управления объектов реализуется микропроцессором-диспетчером. Очевидно, что с
возрастанием сложности объекта увеличиваются требования к быстродействию
микропроцессора и контроллерной шины, что, в свою очередь ведет к удорожанию
технических средств и повышению потребляемой мощности. Кроме того, увеличивается
объем
программного
обеспечения
микропроцессора,
что
ухудшает
его
структурированность, затрудняет сопровождение и усложняет методики подтверждения
правильности.
Для повышения скорости обработки иногда увеличивают число микропроцессоров
(Рис. 1,б), разделяя между ними функции обработки и управления. При этом, нагрузка на
контроллерную шину повышается еще больше и, кроме того, возникает проблема
обеспечения синхронизации процессоров.
Новая производственная технология “монтаж на поверхность”, используемая в
ТПТС51, позволила реализовать принципиально новую структуру контроллеров,
свободную от указанных недостатков (Рис. 1,в).
Основные функции обработки и управления вынесены здесь в микропроцессоры,
установленные в модули УСО. В то же время, эти модули обладают свойством, как
принимать, так и выдавать аналоговые и дискретные сигналы. Фактически, каждый
функциональный модуль, размещенный на платах Евростандарта двойной величины,
представляет самостоятельный контроллер, обладающий способностью принимать и
обрабатывать любые сигналы, выдавать как аналоговые, так и дискретные воздействия, и
осуществлять автоматическое управление технологическим процессом. Кроме того,
13
сохраняется возможность связи между функциональными модулями через контроллерную
шину, но объем информации, передаваемой через эту шину резко сокращается.
Как и в контроллерах “классической” структуры в ТПТС51 обеспечивается
поддержка системных шин для связи с другими контроллерами, оператором и
системными шлюзами. В ТПТС51 существует три вида системных шин:

“ближняя” шина - для организации связи до 9 абонентов на расстоянии до 20 м
со скоростью 325 Кбит/с;

“дальняя” шина для организации связи до 99 абонентов на расстоянии до 4000 м
со скоростью 250 Кбит/с;

SINEC L2 - шина, поддерживающая стандарт RS485 для обмена информацией со
скоростью 1,5 Мбит/с.

На центральный процессор-диспетчер возлагаются функции:

управления контроллерной шиной;

обеспечения связи контроллера с “внешним миром” через системные шины;

системной диагностики;

управления резервированием.
Таким образом, ТПТС51 представляет собой многопроцессорную систему с
децентрализованным управлением. Такое построение обеспечивает существенные
преимущества перед традиционными контроллерами:
1. Увеличение числа контролируемых параметров не приводит к снижению
производительности контроллера, так как одновременно с увеличением
количества сигналов возрастает количество микропроцессоров и, следовательно,
полная вычислительная мощность системы.
2. Отпадает необходимость в применении мощных микропроцессоров,
рассеивающих значительную электрическую мощность. Это позволяет
отказаться от принудительной вентиляции даже при полностью заполненной
контроллерной стойке.
3. Снижаются требования по пропускной способности контроллерной шины, так как
в основном вся обработка информации и реализация алгоритмов управления
локализованы в функциональных модулях, что дает возможность упростить шину,
сделать ее резервируемой, а также снизить рассеиваемую мощность.
4. Увеличивается “живучесть” контроллера. Каждый модуль способен работать
самостоятельно и реализовать заложенные алгоритмы обработки и управления
при выходе из строя контроллерной шины и центрального процессорадиспетчера.
5. Конкретный алгоритм функционирования модуля задается и модифицируется
независимо от других модулей. Это упрощает процедуры отладки системы и
подтверждения правильности функционирования модулей. Кроме того,
упрощается процедура модификации.
6. Наличие микропроцессора в каждом функциональном модуле обеспечивает
возможность введения процедур глубокой диагностики не только для собственно
модулей, но и для внешних цепей.
14
Состав функциональных модулей ТПТС51 и их особенности
Состав основных функциональных модулей ТПТС51 приведен в таблице. Большие
функциональные возможности, заложенные в модулях и их высокая степень интеграции
позволили:
 минимизировать количество типов модулей (всего 12);
 унифицировать конструкцию модулей и обеспечить реализацию модулей разных
типов одной электронной платой (1722, 1723, 1724, 1725; 1411, 1412). При этом
функциональное
содержание
отдельных
модулей
обеспечивается
соответствующим кодированием ПЗУ.
ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МОДУЛИ
ОБОЗНАЧЕНИЕ
НАЗНАЧЕНИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
ТПТС51.1731
Прием и обработка
сигналов с термопар и
термосопротивлений
4 аналоговых входа (термопары,
термосопротивления), 4 аналоговых выхода
0(4) -20 мА, 0(2) - 10В, 8 дискретных
выходов (24В, 100мА)
ТПТС51.1703
Расширение для
модуля 1731
Увеличивает число принимаемых модулем
ТПТС51.1731 сигналов на 14 при одном и на
28 при двух подключенных модулях
ТПТС51.1722
Прием и обработка
аналоговых сигналов
14 аналоговых входов, 14 аналоговых
выходов, 14 дискретных выходов 24В, 120 мА
S-регулятор
2 независимых канала ступенчатого
автоматического управления
электродвигателем. 7 аналоговых входов, 5
аналоговых выходов, 28 дискретных входов,
10 дискретных выходов. Закон регулирования
(пропорциональный, пропорциональноинтегральный) задается потребителем
ТПТС51.1412
К-регулятор
2 независимых канала управления
регулирующими клапанами. 8 аналоговых
входов, 7 аналоговых выходов, 20
дискретных входов, 12 дискретных выходов.
Закон регулирования (пропорциональный,
пропорционально-интегральный,
пропорционально-интегродифференциальный) задается.
ТПТС51.1717
Индивидуальное
управление
Управление электродвигателями (до 4 шт.),
задвижками (до 3 шт.), клапанами (до 5 шт.). 35
дискретных входов, 19 дискретных выходов
ТПТС51.1723
Обработка двоичных
сигналов
28 дискретных входов, 28 дискретных
выходов (могут быть преобразованы в
дискретные входы)
ТПТС51.1724
Подгрупповое
управление
Управление подгруппой функциональных
модулей. 28 дискретных входов, 28
дискретных выходов (могут быть
преобразованы в дискретные входы)
ТПТС51.1411
15
ОБОЗНАЧЕНИЕ
ТПТС51.1725
НАЗНАЧЕНИЕ
Подгрупповое
управление
ХАРАКТЕРИСТИКИ
Управление группой функциональных
модулей. 28 дискретных входов, 28
дискретных выходов (могут быть
преобразованы в дискретные входы)
Вышеприведенные характеристики особенно важны при эксплуатации так как,
позволяют сократить номенклатуру и объем ЗИП и упростить обслуживание.
Функциональная “мощность” модулей ТПТС51 иллюстрируется примером
применения модуля ТПТС51.1717 (рис.2), обеспечивающего следующие функции
управления:
 автоматическое управление одновременно тремя задвижками;
 ручное дистанционное управление указанной арматуры посредством ключей;
 самодиагностику, диагностику линий связи и контролируемого технологического
оборудования;
 индикацию состояния оборудования на транспарантах щита управления;
 автоматизированное управление арматурой с рабочей станции оператора с
отображением информации о состоянии оборудования на экране.
ДИСПЕТЧЕР
шина В/В
ТПТС51.1717
другие модули
Рис.2. Иллюстрация возможностей функционального модуля.
Этот модуль разработан специально для управления исполнительными устройствами
(задвижками, электроклапанами и т.п.) и наиболее распространен в АСУТП на ТПТС51.
Возможности резервирования
ТПТС51 обеспечивает возможность двукратного резервирования аппаратных
средств. При этом, в зависимости от предъявленных требований, возможны следующие
варианты построения резервированных структур (Рис.3):
 минимальный вариант, обеспечивающий подсоединение контроллера к
резервированной системной шине (см.рис.3,б);
 иллюстрирующий вариант резервирования диспетчера с целью повышения
надежности выхода на резервированную шину (см.рис.3,в).
16
Наиболее полный вариант резервирования (см.рис 3,г) представляет полностью
резервированную структуру контроллера с дублированием всех видов оборудования,
включая контроллерную шину. Резервирование реализуется по принципу “горячего
резерва”, согласно которому, в любой момент времени есть основной и резервный
элементы, полностью выполняющие свои функции. Все элементы обладают средствами
встроенной диагностики и постоянно “выравнивают” свое состояние. При выявлении
отказа средствами самодиагностики или взаимной диагностики происходит необходимое
“безударное” переключение на резервный элемент с выдачей всего набора
диагностических и аварийных сообщений. В системе помимо парного взаимодействия,
предусмотрены диагностика и контроль со стороны третьего, обычно вышестоящего
элемента, что обеспечивает адекватную реакцию в случае невозможности выявления
отказа на уровне самих модулей.
Конструктивная реализация
Контроллер ТПТС51 реализуется по традиционной конструктивной схеме в виде
шкафов со степенью защиты IP20, содержащих крейты с функциональными и системными
модулями (Рис.4,а,б). Всего в шкафу может размещаться четыре крейта, в каждом из
которых имеется 14 мест для модулей.
Таким образом, нерезервированный контроллер в одной стойке с полным
заполнением может включать до 50 функциональных модулей. При этом возможности
диспетчера и контроллерной шины в полной мере еще могут оставаться не
реализованными. В связи с этим ТПТС51 допускает подключение к основной стойке
стойки расширения, включающие еще 54 функциональных модуля. Следовательно, один
нерезервируемый контроллер в пределе может включать до 110 функциональных
модулей. Учитывая “мощность” функциональных модулей ТПТС51 (см. таблицу),
теоретически возможно с помощью одного контроллера построить систему управления
довольно высокой сложности без использования системных шин. На традиционной
структуре контроллеры такой мощности не реализуются.
Полностью резервированный контроллер (см.рис. 4,б) может включать до 26 (в
одной стойке) или до 54 (со стойкой расширения) дублированных функциональных
модулей с дублированием контроллерной шины.
крейт
обеспечения
до 54
функциональных
модулей
14 мест
Д
крейт
обеспечения
крейт
обеспечения
до 110 функциональных модулей
а) Нерезервированный.
ТПТС51
14 мест
ТПТС51
14 мест
поле подключения кабелей
Д
ОСНОВНОЙ С РАСШИРЕНИМ
ТПТС51
поле подключения кабелей
14 мест
поле подключения кабелей
поле подключения кабелей
14 мест
ОСНОВНОЙ
ТПТС51
Д
крейт
обеспечения
14 мест
Д
Д
поле подключения кабелей
ОСНОВНОЙ С РАСШИРЕНИЕМ
ТПТС51
поле подключения кабелей
ОСНОВНОЙ
ТПТС51
крейт
обеспечения
крейт
обеспечения
до 2*26 функциональных
модулей
а) Резервированный.
Рис.4. Конструктивная реализация контроллеров ТПТС 51.
Стойки ТПТС51 работают с естественным охлаждением, не требуя принудительной
вентиляции в диапазоне температур +5...+40С.
17
Конфигурирование модулей
Как уже указывалось, структурно функциональный модуль представляет
совокупность цифроаналоговых и аналогоцифровых преобразователей, коммутаторов и
микропроцессора. Такой набор электронного оборудования в принципе позволяет
выполнить любые функции по обработке сигналов и автоматическому управлению для
локального объекта управления.
При этом алгоритмы управления реальными объектами обычно состоят из
совокупности параметризируемых стандартных функций. Концепция “интеллектуальных”
модулей, впервые реализованная в ТПТС51, позволила разместить стандартные функции,
характерные для каждого типа модулей, в самом модуле. Стандартные функции достаточно
просты и обладают свойством 100%-ной тестируемости. Эти функции реализованы в виде
контроллерных программ, “зашитых” в ПЗУ модуля на заводе-изготовителе. Стандартные
функции модуля являются его неотъемлемым свойством, не “теряются” при отключении
питания, не требуют загрузки при включении питания и сохраняются при всех условиях
хранения и эксплуатации модуля, определенных ТУ завода-изготовителя.
Все это позволяет рассматривать функциональный модуль ТПТС51 как устройство с
конечным набором аппаратно реализуемых функций.
Для того чтобы настроить модуль на конкретный алгоритм функционирования, нет
необходимости писать прикладную программу нужно лишь “соединить” эти стандартные
функции надлежащим образом и задать значения необходимых констант.
Данный процесс в ТПТС51 называется конфигурированием. В результате
конфигурирования проектировщиком создается таблица, определяющая “соединение”
стандартных функций в конфигурацию, обеспечивающую выполнение модулем заданной
функции управления.
Таблица конфигурирования заносится в перепрограммируемое ПЗУ модуля и также
сохраняется сколь угодно долго при отключенном питании и всех условиях хранения и
эксплуатации, определенных в ТУ. Отличие от стандартных функций заключается в том,
что конфигурация модуля может быть изменена пользователем, а стандартные функции для
изменения пользователем недоступны.
Процесс конфигурирования модулей производится с помощью инструментальной
системы GET, графический язык которой позволяет задать конфигурацию модуля в виде
набора используемых стандартных функций, соединенных в схему, реализующую
необходимый алгоритм функционирования. Такой способ представления является весьма
наглядным и позволяет быстро и с малой вероятностью ошибки задать нужный алгоритм
функционирования модуля.
Модуль может конфигурироваться как изолированно, так и в составе уже работающей
системы. Для этого через системную шину может быть подключена специальная
инженерная станция, содержащая инструментальную программу GET.
Конфигурирование, как процесс настройки модуля на выполнение заданного
алгоритма функционирования уже имеет мало общего с программированием в
общепринятом смысле этого слова. Скорее это ближе к аппаратному способу составления
схем, что дает возможность говорить о создании систем управления на ТПТС51 чисто
проектным путем, специалистами-проектантами, не обладающими навыками
программирования. Кроме того, подтверждение правильности функционирования
системы может также проводиться по привычным методикам тестирования чисто
аппаратных систем с жесткой логикой.
18
Средства взаимодействия с оператором
Для обеспечения связи с оператором в современных АСУТП применяется обычно
информационно-управляющая система верхнего уровня (ИУС), построенная на
стандартной вычислительной технике (персональных компьютерах, рабочих станциях,
сетевых средствах). Программное обеспечение ИУС создается с помощью специальных
программных комплексов, носящих обобщающее название SCADA-систем.*) .
Штатной, органично сопрягаемой с ТПТС51, является система ОМ650,
разработанная АО “Сименс” и переданная ВНИИА в рамках Лицензионного договора.
ОМ650
является
современной
SCADA-системой,
имеющей
мощные
инструментальные средства, с помощью которых возможно проектирование практически
любых видов видеограмм (мнемосхем, графиков, таблиц и т.д.) и управляющих функций.
В качестве рабочих станций оператора используются компьютеры Pentium с большим
графическим экраном под управлением операционной среды UNIX с сетевым протоколом
TCP/IP.
ОМ650 позволяет организовывать сложные базы данных, поддерживающих, в том
числе, функцию долгосрочного архива, обеспечивающего сохранность истории
функционирования объекта с ретроспективой в десятки лет.
Проектирование систем на базе ОМ650 осуществляется с использованием рабочей
станции ЕS680.
Принципы построения комплекса ТПТС51-01 для программируемых управляющих
систем безопасности
Построение управляющих систем безопасности (УСБ) АЭС требует выполнения
специальных указаний, в число которых входит реализация УСБ в виде трех- или
четырехканальных резервированных систем с голосованием. Для построения
программируемых УСБ в настоящее время проводится разработка модификации ТПТС5101. Отличие ТПТС51-01 от базового комплекта ТПТС51 (см.рис.5) заключается в
следующем:
1. В состав комплекта вводятся дополнительные модули FM486 (вычислитель на
микропроцессоре I486, 40 Мгц) и модуль адаптера связи с системной шиной
SINEC L2 (RS485).
2. Из функциональных модулей удаляются все стандартные функции обработки и
управления, что позволяет превратить функциональные модули в обычные
быстродействующие УСО, единственной функцией которых остается передача
значений входных и выходных сигналов.
*)
SCADA -Supervisor Control And Data Ascquisition
19
RS485
дальняя
шина
ЦП
FM486
УСО
УСО
УСО
диспетчер
адаптер
связи с
системной
шиной
адаптер связи
с системной
шиной
ЦП
FM486
УСО
ближняя
шина
Рис.5. Блок - схема контроллера ТПТС 51-01
С введением этих изменений ТПТС51-01 превращается в быстродействующий
контроллер “классической” структуры с централизованным управлением. Наличие в
ТПТС51-01 адаптеров связи с быстродействующей системной шиной дает возможность
построения резервирванных структур любой сложности.
дальняя
канал 2
УСО
адаптер
связи с
сиcтемной
шиной
УСО
ЦП FM486
диспетчер
УСО
УСО
адаптер связи
с сиcтемной
шиной
УСО
ЦП FM486
диспетчер
УСО
УСО
УСО
канал 1
адаптер связи
с сиcтемной
шиной
УСО
ЦП FM486
диспетчер
канал 3
Рис.6. Трёхканальный мажоритированный контроллер ТПТС 51-01
На Рис. 6 представлен пример трехканального мажоритированного контроллера,
который может являться также каналом двух- или четырехканальной системы.
20
УДК 681.326.3
СОСТАВ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТПТС51
Ю.В. Мартьянов, к. т. н., Г.Н. Гришин, Д.И. Крылов,
А.П. Ткаченко, Т.Н. Белова
Рассмотрены технические средства, входящие в состав ТПТС51. Даны
характеристики функциональных и служебных модулей, а также приборной стойки.
Приведены условия работоспособности технических средств ТПТС51.
ТПТС51 представляет набор технических средств из модулей различного назначения
(функциональных, системных, коммуникационных, служебных), конструкций (крейтов,
рамы, шкафа-оболочки) и соединительных проводов, а также кабелей (см. рисунок).
ТПТС51
Конструкции
Крейты, рама,
шкаф-оболочка
Провода
и кабели
Приборная стойка
ТПТС51.2
Модули
Функциональные
Системные
Коммуникационные
Служебные
Технические средства ТПТС51
Каждый функциональный модуль ТПТС51 - это реализованная на основе
микропроцессора система обработки информации, осуществляющая прием, логическую
обработку сигналов от процесса и выдачу ответных сигналов. Каждый такой модуль
способен автономно осуществлять обмен данными с другими модулями.
Для обеспечения такого обмена все функциональные модули подключены к шине
обмена данными, управление которой осуществляется специальным системным модулем
EAS (1332). Обмен реализуется путем сбора информации с модулей, подключенных к
шине, и последующим ее распределением по заданным адресам. На этот же модуль
возложены также функции приема и выдачи данных из сети установки CS 275,
подключение к которой осуществляется через специальные коммуникационные модули.
Служебные модули ТПТС51 выполняют вспомогательные функции, например,
обеспечения электропитания основных модулей системы.
Модули ТПТС51 устанавливаются в крейты, которые в свою очередь монтируются
на силовой раме. Отдельные крейты соединяются между собой проводами и кабелями, с
помощью которых обеспечиваются подача электропитания и объединение шин обмена
21
данными отдельных крейтов. Рама с крейтами и кабелями устанавливается в шкафоболочку, чем достигается конструктивная законченность изделия.
Шкаф-оболочка имеет габаритные размеры 2200900400 мм и соответствует
исполнению по степени защиты IP 20 (ГОСТ 14254-80). Шкаф оборудован спереди и
сзади двустворчатыми дверями с углом отклонения не менее 150.
На одной раме может быть смонтировано до четырех крейтов с модулями (около 50
функциональных модулей, обслуживаемых системным модулем 1332), крейт питания, а
также возможна установка дополнительного служебного “узкого” крейта. На раме также
монтируются элементы подключения внешних цепей (максимально около 2000 входов).
Собранное в шкафу изделие с модулями получило наименование приборной стойки
(ПС) ТПТС51.2.
Исполнение ПС с модулем 1332 получило название основного. Для увеличения
числа задействованных функциональных модулей предназначены так называемые ПС
расширения, конструктивно выполненные аналогично основным, но включающие
функциональные модули, подключенные к шине обмена данными основной ПС
специальными кабелями. В ПС расширения возможна установка до 50 функциональных
модулей, и в этом случае обмена число функциональных модулей может быть увеличено
вдвое.
Питание ПС осуществляется напряжением 24 В постоянного тока (допустимый
диапазон 21 - 30 В), ток потребления приборной стойки составляет от 16 до 18 А.
Отдельные ПС объединяются в сосредоточенные или распределенные комплексы с
помощью кабелей сети установки CS 275. Сеть может быть реализована в двух взаимно
дополняющих вариантах: “ближней” и “дальней” шины.
“Ближняя” шина используется для объединения до 9 абонентов, максимальная
удаленность которых друг от друга не более 20 м. Скорость подачи данных по “ближней”
шине до 340 Кбит/с при отсутствии “дальней” шины и до 250 Кбит/с при наличии “дальней“
шины. “Дальняя” шина позволяет объединить до 99 абонентов, разнесенных на расстояние
до 4 км. Скорость передачи данных до 250 Кбит/с.
С целью исключения непроизводительной загрузки информацией сети
CS 275
необходимо для решения локальных задач управления, реализуемых несколькими
приборными стойками, в ТПТС51 предусмотреть еще один путь передачи данных между
стойками - шину оперативной связи, реализующую протокол RS 485. Эта шина позволяет
объединить до 32 абонентов, разнесенных на расстояние до 100 м. Скорость передачи
данных до 1,5 Мбит/c.
Организация ТПТС51 позволяет в рамках ПС ТПТС51.2 реализовать полностью или
частично резервированные, а также нерезервированные структуры оборудования. При
полном резервировании дублируются все модули и шинные структуры системы, при
частичном - системные модули стойки и шинные структуры. Резервирование выполняется
в технике “1 из 2” по принципу “мастер- помощник”. Компонент “мастер” является
функционирующим, компонент “помощник” находится в горячем резерве. В случае отказа
“мастера” автоматически инициализируется “помощник”, а “мастер” отключается от
управления оборудованием. Функциональные модули ТПТС51 включают в себя 11 типов,
которые могут быть разделены на следующие группы:

измерительные модули типов 1703,1722,1724,1731;

модуль приема двоичных сигналов типа 1723;

модули управления типов 1717,1719,1723-01,1725;
22

модули-регуляторы типов 1411,1412.
Измерительные модули обеспечивают выполнение следующих работ:

прием, измерение и логическую обработку стандартных аналоговых сигналов в
диапазонах 0-20 мА, 4-20 мА, 0-10 В, 2-10 В (модуль 1722);

прием, измерение и обработку сигналов от термопреобразователей различных
типов (термопар, термосопротивлений) - модуль 1731;

счет импульсов и измерения частоты в диапазоне от 0 до 20 кГц (модуль 1724).
Модуль 1722 имеет 14 измерительных входов. Приведенная суммарная
относительная погрешность измерения не более  0,3%. Помимо измерительных входов
модуль имеет 14 выходов для питания датчиков или приема дискретных сигналов, а также
14 аналоговых выходов 0-10 В. Время опроса измерительных входов - около 40 мс.
Модуль 1731 имеет четыре измерительных входа. Для увеличения числа входов
предусмотрен модуль 1703, подключаемый к 1731 (до двух модулей 1703 к одному
модулю 1731). При этом общее число измерительных входов составляет 32. Основная
погрешность измерения модуля 1731 не более 0,5С. Время опроса максимального числа
входов 3 с. В модуле также имеются дополнительные входы для измерения стандартных
аналоговых сигналов, входы/выходы приема/выдачи двоичных сигналов, выходы для
выдачи аналоговых сигналов.
Модуль 1724 имеет восемь каналов для приема счетных импульсов. По четырем
каналам обеспечивается измерение частоты. Суммарная приведенная погрешность не
более 0,01%.
Модуль 1723 используется для приема бинарных сигналов с уровнями логического
“0” не менее 4,5 В, логической “1” более 13,5 В от одиночных (нормально- замкнутых или
разомкнутых) или перекидных контактов. Модуль имеет 28 приемных входов и 28
входов/выходов. Возможен режим работы с напряжением на разомкнутом контакте 24 В
или 48 В. Обеспечивается автоматический контроль целостности входных цепей.
С помощью модулей управления реализуются следующие задачи:

индивидуального управления двигателями, задвижками и т. п. (модуль 1717 с
модулем расширения 1713);

подгруппового управления (модуль 1723-01);

группового управления (модуль 1725).
Эти модули имеют несколько десятков входов приема двоичных сигналов и такое же
число выходов для выдачи двоичных сигналов.
Модуль 1717 может обеспечить управление одновременно четырьмя двигателями или
тремя задвижками, или пятью электромагнитными клапанами. Организация подгрупп
управляемого оборудования осуществляется путем подключения нескольких модулей 1717 к
одному модулю 1723-01, а групп - подключением нескольких модулей 1723-01 к одному
модулю 1725. Подключение выполняется прямыми межмодульными связями двоичных
выходов/входов модулей.
К модулям-регуляторам относятся:

модуль 1411 - двухканальный регулятор пошагового регулирования по
пропорционально-интегральному (PI) закону;

модуль 1412 - двухканальный комбинированный регулятор, реализующий
пропорциональный (P), пропорционально-интегральный (PI), пропорционально23
дифференциальный (PD) или пропорционально-интегрально-дифференциальный
(PID) законы регулирования.
Технические средства ТПТС 51 работоспособны в следующих условиях:

в диапазоне температур +10 - +40С;

в условиях относительной влажности до 80% при температуре 25С и при более
низких температурах без конденсации влаги;

при атмосферном давлении 64 - 106,7 кПа (630 - 800 мм.рт.ст.);

в условиях воздействия синусоидальной вибрации в диапазоне 1 - 10 Гц при
амплитуде перемещения 1 мм и в диапазоне 10 - 60 Гц с ускорением 0,5g;

в условиях сейсмического воздействия 8 баллов по MSK-64 на высотной отметке
до 24 м.
ТПТС51 являются стойкими к воздействиям помех от внешних источников (см.
таблицу).
Характеристики стойкости ТПТС51 к воздействию помех
Вид помехи
Микросекундные импульсные помехи
большой энергии, кВ
Наносекундные импульсные помехи, кВ
Электростатические разряды, кВ :
контактный
воздушный
Магнитное поле промышленной частоты,
А/м:
непрерывное
кратковременное
Импульсное магнитное поле, А/м
Токи кратковременных синусоидальных
помех в цепях защитного и сигнального
заземления, А
Токи микросекундных импульсных помех
в цепях защитного и сигнального
заземления, А
Значение параметра
испытательного воздействия
Номер
ГОСТа
1
Р 5007
0,5
29156
29191
6
8
Р 50648
30
400
100
Р 50649
100
Р 50746
100
Р 50746
Средняя наработка на отказ модулей ТПТС51 составит 100 - 120  103 ч при
температуре окружающей среды 40С. Срок службы модулей не менее 15 лет.
24
УДК 681.5.
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ТПТС51
В.Н.Зуйков, А.Д.Нариц, к.т.н., С.И.Купцов, Е.Ю.Померанцева, Л.И.Митюгова
Приведены сведения о средствах автоматизированного проектирования системы
ТПТС51, описана структура программно-аппаратных средств, необходимая для их работы,
возможности систем проектирования, функции администратора проекта и проектировщиков.
В состав ТПТС51 входят инструментальные
средства автоматизированного
проектирования GET-TM, HET, STRUK, позволяющие разрабатывать проекты низовой
автоматики на базе программно-технических средств ТПТС51.
Инструментальные
средства (системы) GET-TM, HET, STRUK позволяют
разработать и выпустить документацию, необходимую для изготовления программнотехнического комплекса (ПТК), в соответствии с требованиями заказчика (комплекты
схем соединений аппаратных средств и функциональных диаграмм - графического
представления алгоритмов работы модулей ТПТС51).
Структура комплекса программно-технических средств, служащего в качестве
инструментального средства автоматизированного проектирования низовой автоматики,
представлена (см. рисунок).
Монитор 19’
64 МB RAM, 2 GB HDD
РАБОЧАЯ СТАНЦИЯ
HP 9000/715
386..., 586, 4 МB RAM,
сетевая карта 3 Com
Низовая автоматика
Ethernet
OC HP-UX 9.0
СУБД INGRES 6.4
САПР GET, HET
ПЕРСОНАЛЬНЫЙ
КОМПЬЮТЕР
CS275
ТПТС51
OC MS DOS-6.22
Транслятор STRUK 8.0
PC-NFS 5.1, DESQ VIEW 2.1
Структура программно-технического комплекса для автоматизированного
проектирования низовой автоматики
Для работы систем GET-TM, HET требуется рабочая станция (WS) фирмы HewlettPackard (HP) со следующими параметрами:

тип станции HP 9000 серии 700;

монитор 19`` (1280 x 1024) с графической платой 2 МB RAM;

жесткий диск (HDD) не менее 2 GB;

объем оперативной памяти не менее 64 MB;

стриммер DAT (4 мм).
На рабочей станции должно быть установлено следующее системное и прикладное
программное обеспечение:
 операционная система HP-UX версии 9, включая TCP/IP, X-Windows;
 командный процессор Bourne-Shell;
25
 система управления базами данных (СУБД) INGRES версии 6.4.
Система GET-TM выполнена в виде расширяемого программного пакета и
позволяет:

cоздавать функциональные диаграммы с помощью встроенного графического
редактора, проводить в них изменения, проверять правильность графики
алгоритмов;

управлять проектными данными с помощью меню;

формировать программы работы модулей из функциональных диаграмм в виде
кодов STRUK;

передавать коды программ транслятору STRUK для загрузки их в модули
ТПТС51;

формировать частичный код, изменять отдельные параметры в программах работы
модулей ТПТС51, распечатывать несоответствия загруженных и спроектированных
кодов при работах по вводу ПТК в эксплуатацию;

моделировать алгоритм работы
функционирования);

копировать и сохранять проектные данные;

осуществлять обмен проектными данными с системой НЕТ.
модулей ТПТС51 (имитация реального
Система HET вызывается из GET-TM и позволяет:

заполнять базу данных проекта сведениями об аппаратных компонентах АСУ
ТП, имеющих проводные связи с низовой автоматикой ТПТС51 (датчики,
исполнительные механизмы, пульты и панели управления), сведениями о
компонентах приборных стоек из состава ТПТС51 (компоновка модулей в
приборных стойках, схемы вторичных источников питания и других устройств,
входящих в состав приборной стойки);

проектировать схемы соединений между приборными стойками ТПТС51 и
периферийными устройствами;

проектировать схемы соединений между приборными стойками ТПТС51 и
пультами управления;

проектировать схемы соединений между приборными стойками ТПТС51 и
распределительными устройствами, кроссовыми шкафами, соединительными
коробками;

проектировать схемы соединений внутри приборной стойки, включая разводку
контактов разъёмов модулей на коммутационные панели шкафов, разводку
питания в шкафу, схемы сигнализации и т.д.;

обмениваться проектной информацией с системой GET-TM;

выпускать схемы соединений, схемы шинных связей, схемы питания,
компоновочные схемы, схемы расстановки кодирующих перемычек в
функциональных модулях в качестве документации, предназначенной для
изготовления технических средств;

формировать исходные данные для программ накрутки и проверки монтажа
приборных стоек.
Для работы системы передачи кодов программ работы модулей ТПТС51 (через систему
STRUK) требуется персональный компьютер со следующими параметрами:
26

тип процессора не ниже i486;

объем оперативной памяти не менее 4 МБ;

сетевая карта фирмы 3Com.
На персональном компьютере должно быть установлено следующее системное
программное обеспечение:

операционная система MS-DOS версии не ниже 6.2;

пакеты программ PC-NFS 5.1 и DESQIEW 2.1 для связи персонального
компьютера с рабочей станцией по сети Ethernet.
Система STRUK является транслятором со специального языка STEP во внутренние
коды модулей ТПТС51.
Внутреннее программное обеспечение модулей состоит из:

интерпретатора команд языка STEP;

базовых функций, зашитых в каждом конкретном модуле ТПТС51;

программ работы модулей, разработанных с помощью системы GET-TM и
представляющих из себя вызовы базовых функций модуля с соответствующими
параметрами.
Таким образом, алгоритм работы системы (см. рисунок) выглядит следующим
образом:
1. В системе GET-TM создаются программы работы модулей ТПТС51, реализующие
выполнение требуемых алгоритмов, в виде функциональных диаграмм, которые
пользователь создает из базовых функций, связывая их по определенным правилам.
2. После обработки функциональных диаграмм, преобразования и их
автоматической проверки получаются программы работы модулей ТПТС51 на языке
STEP, которые передаются на РС для обработки транслятором STRUK.
3. Транслятор STRUK преобразовывает программы управления модулей во
внутренние коды и по сети CS275 пересылает в модули ТПТС51 для записи в
перепрограммируемое ПЗУ.
Отметим, что важной особенностью системы является возможность обратного
считывания загруженных кодов и сравнение со спроектированными кодами.
Приступить к проектированию средств низовой автоматики можно после
выполнения следующих предварительных действий:

инсталляции
программно-технических
проектирования;

инициализации проекта и его пользователей через специальные процедуры GETTM и HET.
средств
автоматизированного
Инсталляцию программно-технических средств проектирования (систем GET-TM,
HET, STRUK и подключение их к модулям ТПТС51) проводит системный администратор.
Для этого он должен выполнить действия, последовательность которых приведена в табл.
1.
Таблица 1
Необходимые действия системного администратора
Необходимое действие
Среда выполнения
27
Необходимое действие
Среда выполнения
Определение переменных среды системы UNIX для
инсталляции INGRES, GET-TM, HET
Средства системного
администратора UNIX
Инсталляция системы INGRES
Командная оболочка
UNIX
Инсталляция систем GET-TM, HET и стандартных проектов
GET-TM, HET
Командная оболочка
UNIX
Настройка файла конфигурации систем GET-TM, HEТ
Командная оболочка
UNIX
Ввод лицензии на использование GET-TM, HET
Командная оболочка
UNIX
Настройка принтера для печати проектной документации
Командная оболочка
UNIX
Инсталляция PC, подключение к системе GET-TM и модулям
ТПТС51
Командная оболочка
UNIX
Инициализацию нового проекта и его пользователей через специальные
процедуры GET-TM и HET проводят системный администратор и администратор
проекта. Перечень действий, необходимых для создания нового проекта,
приведен в табл. 2.
Таблица 2
Необходимые действия при создании нового проекта
Кем выполняется
Необходимое действие
Среда выполнения
Cистемный
администратор UNIX
Задание имени и пароля
администратора проекта для входа в
систему UNIX
Средства системного
администратора UNIX
(SAM)
Cистемный
администратор UNIX
Задание имен и паролей
проектировщиков для входа в систему
UNIX
SAM
Администратор
проекта
Создание атрибутов проекта
(установка AWE, EA, настройка форм
функциональных планов, указание
системы идентификации и т.д.)
Процедуры GET-TM,
HET
Кем выполняется
Необходимое действие
Среда выполнения
Администратор
проекта
Установление прав и паролей
проектировщиков
Процедуры GET-TM,
HET
Системный
администратор UNIX
Регистрация проекта в СУБД INGRES
Утилиты СУБД
INGRES
Администратор
проекта
Проверка правильности
функционирования СУБД INGRES в
среде GET-TM, HET
Процедуры GET-TM,
HET
28
Администратор
проекта
Задание HET - проекта, связанного с
данным GET проектом
Процедуры GET-TM,
HET
До начала проектирования необходимо разделить проект АСУ ТП в
соответствии с технологическими или функциональными критериями на
относительно самостоятельные функциональные зоны (AWE). Каждую такую зону
должна обслуживать, как правило, одна приборная стойка (ПС) (допускается
добавлять стойку расширения). Для шинной системы CS 275 - это один абонент сети.
После этого следует задать для каждой функциональной зоны проектный номер
приборной стойки ТПТС51 (EA), как абонента шины CS275.
Номер абонента - трехзначное число, где первая цифра (0-7) является номером
сегмента шины CS275 (допускается до 8 сегментов), вторая и третья цифры шины (01-99)
образуют номер абонента на данном сегменте (допускается до 99 абонентов).
После выполнения системным администратором и администратором проекта
указанных выше действий начинается процесс проектирования, который следует
выполнять в следующей последовательности:
1. В системе HET для каждой ПС заполняется база данных по аппаратным
средствам.
В ходе этой операции пользователь заполняет требуемыми данными поля таблиц,
специальной формы ( функциональных масок), отображаемых на экране монитора. В них
вводится вся необходимая для проектирования информация.
Например, для схем измерения и контроля параметров технологического процесса
вводятся:

тип датчика, фирма-изготовитель, заводской
изображения измерительной цепи, тип контактов;

характеристики выдаваемого датчиком электрического сигнала (аналоговый или
дискретный, ток или напряжение, диапазон выходного сигнала);

единица измерения контролируемого параметра и допустимый диапазон его
изменения;

уставки (все пороговые значения, с которыми необходимо сравнивать
контролируемый параметр);

тип модуля, который принимает сигнал от датчика, его местоположение в ПС,
сведения о структуре (резервированная или нет), номер канала модуля, по
которому принимается сигнал от датчика.
номер,
стандартный
вид
2. Данные из HET транслируются в GET-TM. После этого в GET-TM автоматически
создаются заготовки функциональных диаграмм измерения и управления, т. е.
стандартные бланки диаграмм со штампами, в которых помимо обязательных проектных
атрибутов уже введены индексы модулей, указания об их местоположении в приборной
стойке, и с фрагментами графики в рабочих областях, которые относятся к функциям
измерения и предварительной обработки измеряемых параметров, а также к функциям
управления и регулирования.
3. В результате выполнения п.п.1 и 2 создается общая база данных для
проектирования схем соединений аппаратных средств (с помощью системы HET) и
программ работы модулей (с помощью системы GET-TM). Далее эти работы могут
выполняться независимо друг от друга.
29
4. Работая с системой HET, пользователь создает схемы соединений, выбирая из
базы данных стандартные схемные компоненты такие, как схемы присоединения
различных датчиков, исполнительных механизмов, пультов и панелей управления, и
подключает их по очереди к тому или иному модулю.
Само подключение выполняется автоматически при задании номера ряда
коммутационной панели приборной стойки, к которому будет подключено то или иное
устройство.
Можно создавать схемы как с непосредственным подключением периферийных
устройств к коммутационной панели приборной стойки, так и транзитные схемы
соединений через кроссовые шкафы и соединительные коробки.
Система HET обеспечивает подготовку и выдачу документации, по которой можно
изготовить приборную стойку для заданной функциональной зоны проекта, и в которой
будут зафиксированы все аппаратные связи приборной стойки ТПТС51 с другими
устройствами АСУ ТП объекта.
В состав этой документации входят:

спецификация оборудования;

схема компоновки приборной стойки;

схема установки перемычек в приборной стойке;

схемы расстановки перемычек в модулях, определяющие для каждого модуля
специфику его работы в данном проекте (прием сигналов того или иного вида,
резервированность);

помодульные схемы соединения приборной стойки с периферийными
устройствами, кроссовыми шкафами и соединительными коробками;

схемы соединения по каждому элементу, охватываемому данным проектом;

набор стандартных схем питания и других внутришкафных устройств;

схемы шинных связей;

перечни аппаратных средств, упорядоченные по разным критериям.
5. Работая с системой GET-TM, пользователь выполняет следующие действия:

задает типы модулей, которые будут применяться для реализации заданных
алгоритмов для данной функциональной зоны, используя при этом информацию
о типах модулей, имеющих аппаратный интерфейс с устройствами АСУ ТП, и
введенных в базу данных через систему HET.

реализует в графическом редакторе заданные алгоритмы работы модулей
ТПТС51 в виде набора функциональных диаграмм измерения, управления,
регулирования, группового и подгруппового управления, и формирует из
созданных структур программы работы модулей:

заполняет текстовые атрибуты диаграмм, т. е. (тип модуля, местоположение в
системе автоматизации), если они еще не заполнены через HET;

размещает в рабочей зоне диаграммы необходимые стандартные графические
элементы (функциональные блоки), выбираемые из меню, которое предоставляет
их в зависимости от типа функциональной диаграммы;

осуществляет соединение между функциональными блоками, подключение к
внешним входам и выходам в соответствии с установленными правилами;
30

задает, в каких циклах (быстрый, медленный) какие функциональные блоки
будут выполняться в программе работы модуля;

описывает входные и выходные сигналы модуля ТПТС51, при этом для сигналов,
передаваемых в систему верхнего уровня и принимаемых от нее, вводятся
определенные признаки, по которым они идентифицируются средствами
проектирования верхнего уровня (ES 680, GET- OM);

проверяет правильность графики диаграммы (наличие всех соединительных линий,
описание всех сигналов и т.д.) средствами GET-TM;

запускает процедуру генерации кодов, которая выполняется только в том случае,
если функциональные диаграммы спроектированы без ошибок. При наличии
ошибок система выдает их полный перечень, что позволяет пользователю легко и
быстро устранить их.
После генерации кодов их можно загрузить в модули ТПТС51 и промоделировать
выполнение заданных алгоритмов без подключения внешних устройств с выпуском
протоколов моделирования. При этом загруженные проектные программы работы
модулей остаются неизменными.
При вводе в эксплуатацию можно воспользоваться функцией частичной генерации
кода, которая позволяет изменять отдельные параметры алгоритма работы модуля после
загрузки в него спроектированной программы. Эта процедура не приводит к полному
циклу трансляции и загрузки всей программы, но автоматически выполняет изменение в
функциональных диаграммах алгоритма работы модуля.
Библиотеки системы GET-TM содержат более 100 функциональных блоков, как
простых, типа И, ИЛИ, НЕ, так и сложных, например, блоков управления
исполнительными механизмами, блоков сложной логической обработки аналоговых и
дискретных сигналов, блоков фильтрации, блоков измерения параметров с выполнением
расчетов и коррекции и т. п. Поэтому при работе в графическом редакторе, как правило,
используются готовые функциональные блоки, которые хранятся в библиотеках
стандартного проекта, доступных всем пользователям.
Однако в GET-TM имеется возможность создания новых функциональных блоков с
введением их в библиотеку и возможность создания каждым пользователем своих
типовых решений из имеющихся функциональных блоков с сохранением их в своей
пользовательской библиотеке. В последнем случае типовые решения из одного проекта
можно переносить в другой проект.
Персонал, участвующий в разработке проекта, можно по функциям разделить
следующим образом:

системный администратор;

администратор проекта;

разработчики проекта.
В задачи системного администратора входит инсталляция, ввод в эксплуатацию и
сопровождение
комплекса
инструментальных
средств
автоматизированного
проектирования, обеспечение бесперебойной работы всех программно-аппаратных
средств, необходимых для работы над проектом.
Администратор проекта возглавляет работу над отдельным проектом, обеспечивая в
итоге выпуск с помощью средств автоматизированного проектирования комплекта
документации на проект.
31
Разработчики проекта выполняют круг задач, определенный администратором
проекта каждому разработчику. При этом разработчики GET-части проекта имеют
возможность:

создавать, просматривать, редактировать и распечатывать функциональные
диаграммы;

генерировать, просматривать и распечатывать коды программ работы модулей на
языке STEP транслятора STRUK;

загружать программы в модули ТПТС51;

сравнивать спроектированные и загруженные в модули коды.
Разработчики HET-части проекта проектируют всю аппаратную часть проекта.
В зависимости от статуса каждая категория персонала имеет разную степень доступа
к проектным данным. До начала работы над проектом сведения о персонале и о его
доступе администраторы проектов передают системному администратору, который
обеспечивает техническую реализацию различных прав персонала через систему паролей
и имен пользователей средствами системы UNIX.
Системы GET-ТМ, HET позволяют работать как в одномашинном варианте, так и в
сетевом варианте, когда несколько разработчиков работают над одним проектом на
разных рабочих станциях. Сетевая конфигурация обеспечивается и поддерживается
системным администратором на этапе инсталляции программно-технических средств,
задания нового проекта и определения персонала, работающего над его выполнением.
32
УДК 681. 326
СИСТЕМНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
НА БАЗЕ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ТПТС51
А.В.Белов, В.Л.Кишкин, к.т.н., Н.В.Кочетков, С.И.Купцов, А.Д.Нариц, к.т.н.,
В.А.Петухов.
В статье рассмотрены вопросы, касающиеся процесса создания программнотехнических комплексов из компонентов программно-технических средств ТПТС51.
Даны предложения по связи комплекса с измерительной аппаратурой, исполнительными
механизмами и информационно-управляющей системой.
Комплекс программно-технических средств ТПТС51 предназначен для решения
задач, возлагаемых на низовую автоматику. Смежными компонентами для ТПТС51
являются сети питания 220 В, датчики, кабели, ключи, коммутационная аппаратура для
включения исполнительных механизмов, табло, а также объединенные локальными
сетями рабочие станции, предназначенные для решения информационных, расчетных или
иных задач. Превращение комплекса ТПТС51 в составную часть системы автоматизации
атомной станции связано с решением вопросов стыковки программно-технических
средств с этими компонентами.
Рассмотрим
состояния.
обозначенные вопросы и дадим
характеристику их сегодняшнего
Питание
Питание аппаратуры ТПТС51 осуществляется от источника постоянного тока с
напряжением 21-30 В. Потребляемая мощность составляет от 200 до 300 Вт в расчете на
одну приборную стойку (ПС). Для питания от сети переменного или постоянного тока с
напряжением 220 В разрабатывается специальная стойка питания, обеспечивающая
требуемое для ТПТС51 качество электропитания. Количество источников, устанавливаемых
в стойку питания, определяется проектом, но не должно превышать 12, максимальная
выходная мощность одного источника составляет 500 Вт. Источники питания, допускающие
параллельную работу без ограничения количества параллельно подключенных источников,
имеют ряд защит: от превышения выходного напряжения, от превышения максимального
выходного тока, перегрева. Источники питания автоматически восстанавливают свою
работоспособность после исчезновения фактора, вызвавшего срабатывание защиты. Они
имеют аппаратные средства, позволяющие осуществлять автоматическую диагностику при
работе под нагрузкой. Стойка питания работоспособна при подключении ее к сетям 220 В с
качеством электропитания, удовлетворяющим требованиям российских стандартов.
Входные дискретные сигналы
Аппаратура ТПТС51 обеспечивает прием гальванически развязанного с землей
дискретного сигнала типа сухой контакт, при этом значение протекающего в цепи тока
составляет 0,7 - 3,5мА при напряжении 24 - 48В.
В соответствии с документом «Арматура для оборудования и трубопроводов АЭС.
Общие технические требования» (ОТТ87) в исполнительных механизмах должны
применяться контакты, допускающие коммутацию токов от 5мА до 2А. Для согласования
указанных параметров в составе ТПТС51 предусматривается модуль, обеспечивающий
дополнительную нагрузку контакта. Модуль устанавливается в ПС ТПТС51 и питается от
штатного источника 24В.
В настоящее время применяются коммутирующие устройства (ключи, кнопки),
гарантирующие надежное контактирование при протекании в цепи тока, превышающего
33
50мА. В новых разработках целесообразно заменить эти коммутирующие устройства,
поскольку их применение вызывает большое дополнительное тепловыделение в
аппаратуре и приводит к существенному увеличению энергопотребления ПС (возможно, к
необходимости установки вентиляторов).
В исполнительных механизмах, установленных на действующих энергоблоках,
применяются датчики дискретных сигналов, выдающие сигнал 220В переменного тока.
Для обеспечения совместимости с аппаратурой ТПТС51 в этих случаях будут применяться
промежуточные реле фирмы PHOENIX CONTAKT с катушкой на 220В, установленные
в специальных стойках.
Входные аналоговые сигналы
Аппаратура ТПТС51 обеспечивает прием аналоговых сигналов тока в диапазоне 0 20мА, 4 - 20мА и напряжения в диапазоне 0 -10В, 2 - 10В. Кроме этого, в состав комплекта
входит специальный модуль, предназначенный для приема сигналов низкого уровня от
термопар и термометров сопротивления (ТПТС51.1731). На действующих энергоблоках
также применяются датчики с выходным аналоговым сигналом 0 - 5мА, который может
быть принят модулем ТПТС51.1722, однако точность преобразования сигнала составит
около 1%. В том случае, если такой точности окажется не достаточно, будет
использоваться дополнительный модуль, обеспечивающий повышение точности приема
сигнала.
Выходные команды
Модули ТПТС51 формируют выходные команды напряжением 24В при токе до
120мА. Совместимость с существующими устройствами защиты и распределения питания
РТЗО обеспечивается применением промежуточных реле, имеющих ток срабатывания 50 60мА (24В), контакты которых рассчитаны на коммутацию индуктивной нагрузки с током
до 1А (220В переменного тока). Такие реле производятся фирмами PHOENIX
CONTAKT, АО Сименс» и устанавливаются на стандартные рейки в стойке
промежуточных реле.
Для управления регулирующей арматурой через тиристорные коммутаторы
(например, типа ПБР) необходимо формировать команды отрицательной полярности
напряжением 24В с током до 50мА. Модули ТПТС51.1411, ТПТС51.1412 выдают
управляющий сигнал положительной полярности. Для инвертирования управляющего
сигнала используются оптореле фирмы PHOENIX CONTAKT, которые монтируются
аналогичным образом. В настоящее время завершается разработка модификации модуля
ТПТС51.1411, позволяющего формировать сигнал требуемой полярности.
Кабели
Приборная стойка ТПТС51 имеет контактную систему для подключения кабелей
процесса, рассчитанную на применение кабелей с сечением жилы до 0,7мм2. Для
подключения кабелей с большим сечением жилы используются промежуточные
клеммники.
Связь с информационно-управляющей системой
Сетевая карта локальной сети устанавливается в персональные компьютеры,
работающие под управлением операционных систем MS DOS, Windows NT, UNIX. В
частности, в интересах создания контрольной аппаратуры проведены работы по
сопряжению ТПТС51 со SCADA-системами, работающими в указанных операционных
системах (например, BRIDGE-VIEW). Особо необходимо отметить интенсивные работы
по обеспечению сопряжения ТПТС51 с российской системой «Оператор», разработанной
институтом проблем управления РАН.
34
С применением в качестве информационно-управляющей системы ОМ 650
обеспечивается возможность обмена данными с другими системами по сети SINEC H1.
Создание программно-технических комплексов (ПТК)
Процесс создания ПТК начинается с анализа состава управляемого оборудования и
режимов его работы, подготовки исходных данных по объему контроля и управления.
Далее осуществляется декомпозиция системы, разбиение алгоритмов управления на шаги,
определение условий начала шага и условий перехода на следующий шаг. Требуемые
алгоритмы управления реализуются с помощью стандартных отработанных функций в
инструментальной системе GET.
Четкая ориентация функциональных модулей ТПТС51 на решение определенных
задач контроля и управления позволяет уже на начальном этапе проекта достаточно точно
определить состав ПТК. Так, модуль ТПТС51.1717 может использоваться для
индивидуального управления тремя запорными задвижками или пятью магнитными
клапанами, либо другим определенным сочетанием исполнительных механизмов.
Модуль ТПТС51.1722 может принять и обработать до 14 аналоговых сигналов.
Модуль ТПТС 51.1731 может принять сигналы от четырех термопреобразователей, а с
применением двух модулей расширения ТПТС51.1703 - до 28 сигналов термопар и
термометров сопротивлений. В модулях могут использоваться достаточно сложные
заготовки алгоритмов, такие как заготовка программы шагового управления, либо
простые, такие как извлечение квадратного корня. Обилие таких заготовок позволяет
свести алгоритмы практически любой сложности к последовательному использованию
базовых функций. Например, для обработки аналогового параметра могут использоваться
базовые функции: проверка на достоверность по величине или скорости изменения, выбор
максимального, минимального или среднего из нескольких измерений, замещение
недостоверного значения и т.д.
Работы по созданию ПТК выполняются с помощью инструментального комплекса
GET/HET. Инструмент осуществляет автоматическую проверку функциональных планов на
согласованность и позволяет конфигурировать модули только при отсутствии ошибок.
Документация, выпускаемая с помощью инструментального комплекса, содержит описание
алгоритмов работы каждого модуля.
Кроме того, выпускается комплект документов для изготовления ПТК и программы
для станков, используемых в процессе изготовления и контроля ПС. Документация на
изготовление включает спецификацию на ПС, схемы внутренней разводки, схемы
подключения питания и т.д.
Инструментальная система GET передается в эксплуатацию для выполнения задач
сопровождения и развития системы.
Тестирование ПТК
ПТК и все его компоненты проходят строгую систему контроля в процессе
изготовления и выпуска. Эта система охватывает входной контроль элементов, контроль
модулей в процессе изготовления, проверку при повышенной температуре, контроль
монтажа ПС и т.д. Тестирование ПТК является заключительным этапом заводских
испытаний. Оно выполняется на полностью собранном и сконфигурированном комплексе.
Процесс тестирования заключается в последовательной проверке алгоритмов работы
системы. Программу и методику испытаний составляет разработчик ПТК. Как правило,
тестирование системы проводится в присутствии заказчика.
Проверка системы включает визуальный контроль ПС на соответствие
спецификации, проверку правильности установки перемычек и т.д. Далее выполняется
35
статическое тестирование, т.е. проверяется правильность реакции системы на поданные
входные сигналы и команды. Для этой цели могут использоваться имитаторы и
регистраторы аналоговых и дискретных сигналов, имитаторы исполнительных
механизмов. В тех случаях, когда это важно, определяются динамические характеристики,
т.е. интервалы времени от момента начала воздействия до появления реакции системы на
это воздействие. Для этой цели используется специальная осциллографическая аппаратура
или система виртуальных инструментов (например, LAB VIEW). Достоинством последней
является возможность совместной обработки большого количества параметров и
автоматизированный выпуск протоколов испытаний.
Наконец, в особых случаях может выполняться проверка системы на моделях,
имитирующих объект управления. Это сложная и дорогостоящая проверка, она требует
создания математической модели, работающей в реальном времени, и сборки
соответствующего инструментального комплекса. Такая проверка выполняется для
ответственных регуляторов, в отношении которых необходимо доказать, что как
выбранный закон регулирования, так и динамические характеристики системы позволяют
удержать регулируемый параметр в требуемом диапазоне во всех режимах работы
установки. Инструментальный комплекс представляет собой одну или несколько мощных
ЭВМ, связанных с модулями ввода-вывода. В таком комплексе целесообразно
использовать пакет BRIDGE-VIEW для построения моделей реального времени, системы
отображения и протоколирования результатов испытаний.
Любой рассмотренный вариант тестирования позволяет практически полностью
выявить погрешность в аппаратном и алгоритмическом обеспечениях системы. Выбор
варианта тестирования определяется особенностями конкретной системы, такими как,
например, повышенные требования к динамическим характеристикам или недостаточная
обоснованность выбранного закона регулирования.
Заключение
1. Комплекс программно-технических средств ТПТС51 является основой для
создания автоматизированных систем управления различной степени сложности.
Характеристики технических средств, объем отработанных базовых алгоритмов и
развитые инструментальные средства позволяют достичь практически любой степени
автоматизации управления технологическим объектом.
2. Обеспечивается совместимость комплекса программно-технических средств с
компонентами системы автоматизации действующих и вновь сооружаемых энергоблоков
3. Многоступенчатая система контроля, завершаемая комплексным тестированием,
позволяет практически полностью выявить погрешности в аппаратном и алгоритмическом
обеспечениях системы на этапе заводских испытаний.
Все вышеизложенное определяет перспективность применения комплекса
программно-технических средств ТПТС51 как для модернизации действующих, так и для
автоматизации вновь сооружаемых энергоблоков АЭС.
36
УДК 658.562
ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ТПТС51
Ю.В. Мартьянов к.т.н., А.А. Новиков, А.Т. Курякин, А.П. Ткаченко, Т.Н. Белова,
Л.Ф. Арестова.
Рассмотрены вопросы организации технологического контроля изготовления
ТПТС51 и входящих узлов и элементов.
В основу организации технологического контроля изготовления технических
средств ТПТС51 заложены принципы, отработанные ВНИИА в ходе многолетней
практики
организации
выпуска
оборонной
продукции
и
продукции
народнохозяйственного назначения в собственном производстве и на смежных серийных
предприятиях.
К числу этих принципов относятся:

сплошной входной контроль изделий внешней поставки (ИВП) и материалов,
используемых в изготавливаемой продукции;

сплошной контроль выпускаемой продукции;

многоэтапность и иерархичность контроля, т.е. пооперационный контроль в ходе
изготовления каждой сборочной единицы, контроль собранного изделия в
целом;

формулирование четких методик контроля и максимально возможная их
автоматизация для исключения влияния субъективных факторов;

тщательное документирование процедур проведения всех видов контроля и
безусловное их исполнение;

обязательное документирование результатов контроля и их архивирование;

тщательное изучение причин каждого забракования продукции и выработка мер
по их устранению, документирование результатов анализа;

применение статистических методов обработки архивированных результатов
контроля продукции.
Выходным изделием ТПТС51 является приборная стойка (ПС) ТПТС51.2,
основными составляющими которой являются:

металлоконструкция: шкаф (защитная оболочка), несущая рама с крейтами для
установки модулей, объединенными электромонтажом, выполненным методом
накрутки;

модули, размещаемые в крейтах и подключаемые к электромонтажу с помощью
разъемных соединителей;

провода и кабели с наконечниками или соединителями, используемые для
подачи электропитания или в качестве физической среды передачи данных.
Для всех ИВП, применяемых для изготовления составляющих ПС ТПТС51.2,
предусмотрены процедуры входного контроля.
При сборке металлоконструкций осуществляется контроль их геометрии с помощью
различного рода шаблонов и калибров и качества резьбовых соединений с помощью
динометрического инструмента.
37
После выполнения межкрейтового электромонтажа он контролируется по
параметрам омического сопротивления для соединенных монтажом точек и
сопротивления изоляции для разобщенных точек. Контроль выполняется автоматической
установкой 560 R 7.5.
Для проводов и кабелей предусмотрены:

контроль усилия обжатия наконечников;

контроль омического сопротивления и сопротивления изоляции.
Последний вид контроля также выполняется автоматической установкой 560 R 7.5.
При изготовлении модулей ТПТС51 осуществляются:

визуальный контроль правильности установки электрорадиоэлементов (ЭРЭ) на
печатную плату модуля и качества пайки;

работоспособность ЭРЭ, установленных на печатной плате модуля, в режиме
”малого” сигнала на автоматической установке НР-3075 (Hewlett- Packard);

первичная настройка, функциональный контроль и калибровка для модулейсредств измерений;

функциональный контроль в условиях теплового технологического прогона;

приемные испытания по техническим условиям (ТУ).
Функциональный контроль и приемные испытания модулей осуществляются на
автоматизированных рабочих местах с помощью персональных компьютеров.
Принятые по ТУ модули поступают для комплектования ПС ТПТС51.2.
Собранные ПС, скомплектованные из ранее проверенных сборочных единиц,
подвергаются:

предварительной проверке на функционирование;

приемным испытаниям по ТУ.
Последовательность проведения отдельных видов контроля для каждого вида
продукции определяется маршрутной картой изделия. Критерии и методы контроля
документированы в конструкторской документации (КД) на изделия.
Для поддержания уровня технологии изготовления ТПТС51 предусмотрены
периодические испытания продукции.
Обеспечение качества технологического контроля изготовления
осуществляется путем проведения ряда работ, к числу которых относятся:

аттестация производственного персонала;

поверка используемых средств измерений;

аттестация применяемых средств вычислительной техники;

аттестация используемых технологических приспособлений;

аттестация рабочих мест контроля;

анализ результатов контроля.
ТПТС51
Вышеприведенные работы выполняются в соответствии с ”Программой обеспечения
качества изготовления ТПТС51”.
УДК 681.326
38
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИХ
КОМПЛЕКСОВ НА БАЗЕ
ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ТПТС 51
В.Л.Кишкин, к.т.н,
А.Д.Нариц, к.т.н,
И.Е.Гмызин
В статье излагаются принципы предлагаемого ВНИИА подхода к
эксплуатации программно-технических комплексов, приведена его
экономическая оценка, сформулированы задачи по организации
эксплуатации.
Предлагаемый ВНИИА подход к вопросу эксплуатации программно-технических
комплексов (ПТК) на базе технических средств ТПТС51 основан на положительном
опыте эксплуатации контрольно-стендовой аппаратуры специального назначения. В
соответствии с ним работы, требующие использования сложного оборудования, строгого
соблюдения технологии и непосредственно влияющие на надежность технических
средств, выполняются на заводе-изготовителе. Функцией эксплуатирующей организации
является поиск неисправностей в соответствии с рекомендациями, изложенными в
руководстве по эксплуатации и замена отказавших модулей на модули, имеющиеся в
комплекте запасных частей. В особо сложных случаях, не предусмотренных
эксплуатационной документацией (ЭД), поиск и устранение неисправностей проводится с
участием разработчика (изготовителя) ПТК.
Целесообразность такого распределения функций между эксплуатирующей
организацией и заводом-изготовителем обусловлена, с одной стороны, технической
сложностью модулей ТПТС51, с другой - их высокой надежностью, которая достигается
применением элементов только от проверенных поставщиков, строгим соблюдением
технологии изготовления, жесткой системой контроля. Высокая надежность может
поддерживаться на требуемом уровне только в том случае, если не только изготовление,
но и ремонт технических средств будут выполняться на заводе-изготовителе. Кроме того,
в задачи завода-изготовителя входят:
 своевременная поставка запасных частей;
 анализ причин отказов и выработка компенсирующих мероприятий;
 анализ технического состояния аппаратуры ТПТС51, находящейся в
 эксплуатации.
 Работы по выявлению причин отказов являются важнейшей составной частью
системы обеспечения качества изделий, результатом которого могут быть:
 рекомендации по выбору поставщиков элементов;
 предложения по совершенствованию технологического процесса;
 изготовления программно-технических средств ТПТС51;
 рекомендации эксплуатирующей организации (если появление отказов связано с
отклонениями от требований эксплуатационной документации на ТПТС51);
 выводы о фактических сроках службы аппаратуры.
Согласно техническому заданию на ТПТС51, срок эксплуатации технических
средств должен быть не менее 15 лет. Анализ состояния технических средств,
возвращаемых из эксплуатации, позволяет заранее (не менее чем за два года)
прогнозировать необходимые сроки замены аппаратуры.
Эта возможность обусловлена имеющимися в институте методиками ускоренного
старения, апробированными на практике.
39
Отметим, что предлагаемый порядок - единственный, позволяющий обеспечить
заводские гарантии надежности и качества продукции, находящейся в эксплуатации.
Самотестирование модулей существенно облегчает обнаружение неисправностей в
работающей аппаратуре. Информация о неисправностях автоматически передается по
локальной сети непосредственно после обнаружения дефекта, при этом указывается
номер приборной стойки (ПС), местоположение и тип отказавшего модуля, а также
характер отказа. Последнее целесообразно, поскольку далеко не все отказы существенно
влияют на возможность управления технологическим процессом.
Основным
местом
представления
информации
об
отказах
является
автоматизированное рабочее место инженера АСУ. Кроме того, предусмотрена световая
индикация отказавшего модуля, ПС и, при необходимости, ряда, где находится приборная
стойка с отказавшим модулем.
Самотестирование позволяет выявить подавляющее большинство отказов: его
глубина превышает 90%. Отказы, не выявляемые при самотестировании, обнаруживаются
при регламентных работах.
Процедура восстановления ПС сводится к извлечению отказавшего модуля и замене
его на аналогичный из состава ЗИП. Перед установкой в приборную стойку модуль
должен быть настроен на выполнение соответствующих прикладных функций, а
перемычки для выбора типов входных/выходных сигналов должны быть установлены в
требуемое по документации положение. Настройка осуществляется с помощью
программатора, построенного на базе персонального компьютера.
После установки модуля в ПС автоматически выполняется его самопроверка и
проверка правильности проведенной настройки. Это позволяет исключить возможность
ошибок, связанных с неправильной настройкой, установкой дефектного модуля или
перепутыванием места установки. При успешном завершении перечисленных
контрольных операций модуль готов к работе.
Имеется возможность непосредственно проверить настройку модуля на конкретные
прикладные функции. Для этого с помощью специального ручного пульта необходимо
переключить модуль в режим имитации, задать интересующие входные сигналы и
убедиться в правильном формировании выходных сигналов. Кроме того, с помощью
ручного пульта могут быть сформированы команды на включение исполнительных
механизмов. Таким образом может быть полностью проверено функционирование модуля
в составе приборной стойки. Соответственно, может быть исключена автономная
проверка модулей, находящихся в ЗИП.
В заключение оценим экономическую сторону предлагаемого подхода к
эксплуатации ПТК на базе технических средств ТПТС51.
В качестве примера рассмотрим комплекс из 25 ПС (около 1000 функциональных
модулей). Такой комплекс может обеспечить, например, автоматизацию машинного зала
энергоблока современной АЭС. При ожидаемой интенсивности отказов необходимый
объем ЗИП составит 100-150 модулей, что практически гарантирует бесперебойную
работу системы даже при периодичности восстановления ЗИП двенадцать месяцев.
Ежегодные затраты на восстановление ЗИП составят от 80 до 270 млн. руб. (в среднем, по
большой статистике, около 160 млн. руб.).
Заключение
1. Представляется целесообразной такая организация эксплуатации, при которой
сложные операции по ремонту технических средств ТПТС51 будут выполнятся
на заводе-изготовителе. Функцией эксплуатирующей организации будет являться
40
выявление неисправностей и замена дефектных модулей на имеющиеся в составе
ЗИП.
2. Предлагаемая организация минимизирует требуемое для эксплуатации ТПТС51
дополнительное проверочное и ремонтное оборудование и представляется
экономически выгодной.
3. Наиболее важными задачами ВНИИА в обеспечении эксплуатации аппаратуры
ТПТС51 являются:
 обеспечение заводских гарантий надежности и качества находящейся в
эксплуатации аппаратуры ТПТС51;
 проведение мониторинга технического состояния находящейся в
эксплуатации аппаратуры ТПТС51 и заблаговременное информирование
потребителя о необходимости и требуемом объеме замен в связи с
физическим износом технических средств;
 обеспечение
своевременного
восстановления
ЗИП
по
заявкам
эксплуатирующих организаций.
41