Уникальный комплекс переработки жидких радиоактивных отходов на Кольской АЭС

Опубликовано в номере:
Вторая часть статьи, посвещенной разработке системы управления технологическим процессом комплекса переработки жидких радиоактивных отходов (КП ЖРО) на площадке Кольской АЭС.

Продолжение (Первая часть была опубликована в 10 номере за 2007 год)

Программное обеспечение

Общая архитектура программного обеспечения ПТК приведена на рис. 6.

Конфигурация программного обеспечения

Рис. 6. Конфигурация программного обеспечения

Базовое программное обеспечение ПТК подразделяется на программное обеспечение верхнего (АРМ) и нижнего (ПЛК) уровня. На компьютеры АРМ оператора и сервера базы данных установлена операционная система Windows XP, функции обработки данных и уровня представления реализуются программным пакетом SCADA Citect 6.1 Tag 5000. Основу базового программного обеспечения контроллеров составляет лицензированная и сертифицированная программная платформа Unity 2.1 (соответствует МЭК 61131-3), обеспечивающая реализацию всех функций ПЛК.

Разработанное прикладное программное обеспечение (ПО) открыто для пользователя, что дает возможность расширения функциональности комплекса в дальнейшем.

ПО ПТК позволяет управлять технологическим оборудованием в автоматическом, автоматизированном и местном режимах. Кроме того, для проведения регламентных работ и локализации нештатных ситуаций предусмотрен диспетчерский и аварийный режим.

Иерархическая структура программного обеспечения нижнего уровня

Рис. 7. Иерархическая структура программного обеспечения нижнего уровня

Прикладное ПО нижнего уровня построено по модульному принципу, обеспечи- вающему автономное создание отдельных программных модулей на базе стандартной библиотеки функциональных блоков инструментального пакета Unity 2.1. Наборы сигналов ввода/вывода, совместно с алгоритмами управления, образуют типовые агрегаты: кондиционер, компрессор, электромагнитный клапан, отсечной клапан, электроприводная задвижка, регулирующая задвижка, электропривод насоса, вентагрегат, воздуходувка. При этом каждый из названных технологических агрегатов часто имеет множество различных модификаций. В рамках разработки ПТК было создано 15 новых функциональных блоков типовых агрегатов, соответствующих оригинальным схемотехническими решениями шкафов силовой автоматики и принципиальным схемам каналов управления агрегатами. Набор типовых агрегатов, датчиков, преобразователей, блоков питания создает такой объект автоматизации как технологический блок. В зависимости от схем технологических процессов используются разные комбинации технологических блоков. Показания датчиков, не вошедших в блоки, дают законченную картину протекания технологического процесса. Описанная иерархическая структура программного обеспечения нижнего уровня схематично представлена на рис. 7. Прикладное ПО нижнего уровня обеспечивает реализацию функциональности системы, для всех режимов работы ПТК. Приложение контроллера содержит:

  • конфигурацию аппаратных и программных средств;
  • набор функциональных модулей (написан на языке ST);
  • набор функциональных блоков агрегатов и технологических блоков;
  • базу данных и анимационные таблицы.

При этом в памяти контроллера хранятся значения уставок, аварийные и предаварийные границы контроля технологических параметров, алгоритмы защит и блокировок. Такая структура позволяет средствам нижнего уровня функционировать независимо, при частичной потери функций ПТК или временных отказах технических средств верхнего уровня.

Перечень функций и алгоритмов, реализуемых в прикладных задачах контроллеров, был определен на этапе разработки технического проекта.

Комплекс программных средств, размещенный в различных компонентах системы, выполняет следующие информационные и управляющие функции:

  • автоматический сбор аналоговых и дискретных сигналов от шкафов ввода/вывода;
  • проверка достоверности поступающей информации;
  • предварительная обработка параметров измерений, сглаживание измерений;
  • преобразование измерений в единицы физической размерности;
  • контроль состояния агрегатов;
  • контроль отклонений параметров;
  • технологическая сигнализация;
  • обеспечение реализации технологических алгоритмов, защит и блокировок;
  • автоматизированное логическое управление;
  • автоматическое регулирование;
  • тестирование и диагностика оборудования ПТК.

Помимо основных целей ПТК выпо няет также ряд вспомогательных функций, направленных на анализ хода технологического процесса:

  • отображение хода технологического процесса;
  • построение графиков и трендов;
  • сигнализация несоответствия положения исполнительных механизмов;
  • системная сигнализация исправного состояния ПТК;
  • вычисление косвенных (не измеряемых непосредственно) параметров;
  • протоколирование информации (составление отчетов);
  • архивация (наполнение данных в архиве);
  • отображение архивной информации;
  • выработку команд пошагового управления в отладочном режиме;
  • отображение показателей оценки состояния оборудования;
  • формирование протокола действий оператора;
  • защита от разрушения ПО;
  • отображение справочной информации;
  • защита от несанкционированного доступа к сервисным функциям системы.

Отлаженное и переданное в эксплуатацию ПО сопровождается эксплуатационной документацией, соответствующей стандартам Единой Системы Программной Документации (ЕСПД). Эксплуатационная документация содержит все сведения, необходимые персоналу для обслуживания ПО:

  • первоначальная загрузка;
  • восстановление после сбоев;
  • запуск программ;
  • проверка функционирования с помощью соответствующих тестов.

Программное обеспечение верхнего уровня ПТК предназначено для реализации человеко-машинного интерфейса между оператором и АРМ, программных интерфейсов между промышленными шинами и оборудованием ПТК, создания базы данных. Фактически, ПТК посредством интерфейсов АРМ “ведет диалог” с оператором для обеспечения выполнения поставленных целей и текущих задач.

В начале работы ПТК, а также при передаче смены операторами, предусмотрена их регистрация в специальном журнале с указанием фамилии, имени и отчества, а также прав доступа, точного времени и даты. В ПО АРМ предусмотрены различные права доступа к управлению и данным ПТК (“оператор”, “инженер”, “администратор”), которые защищены паролями. Все соответствующие оперативные воздействия разрешены только при наличии прав доступа. Для подробного анализа технологического состояния предусмотрена возможность выделения действий каждого оператора.

Интерфейсы прикладного ПО создавались в соответствии с требованиями реализации интуитивно понятного интерфейса пользователя. Исходя из этого, на мнемосхемах изображается технологическое оборудование максимально приближенное к реальному виду. Состояние объекта определяется цветом, анимацией, текстом, стандартизованными пиктограммами и дополнительной информацией. На экранах АРМ оператора персонал видит объект управления, представленный набором мнемосхем различных технологических блоков, разбитый согласно принципам управления технологическими процессами. В любой момент оператор имеет возможность вызова окна управления агрегатами, окна трендов, журнала аварийных сообщений, мнемосхемы диагностики системы. Переключение между мнемосхемами осуществляется с помощью меню, расположенного в верхней части экрана. Изменение состояния любого элемента мнемосхемы сопровождается изменением цвета, а в случае возникновения нежелательного процесса – голосовой или тональной сигнализацией возникающих отклонений. При этом если требуемое окно мнемосхемы не открыто, оператор получает соответствующее сообщение с подсказкой, просмотр которого подтверждается квитированием.

Главный экран ПТК

Рис. 8. Главный экран ПТК

Прикладная программа верхнего уровня состоит из 29 мнемосхем и более чем 30 окон настройки, диагностики и управления. Один из главных экранов ПТК показан на рис. 8. Пример одного из окон контроля и управления технологическим процессом представлен на рис. 9.

Пример одного из окон контроля и управления технологическим процессом

Рис. 9 Пример одного из окон контроля и управления технологическим процессом

На каждом АРМ ведутся свои базы данных, синхронизируемые с резервными на уровне базового ПО. В архиве фиксируется каждое изменение контролируемых параметров с точностью в одну секунду. Кроме архива данных система предусматривает ведение:

  • Архива квитирования и исчезновения сигналов предупредительной и аварийной сигнализации;
  • Архива появления и исчезновения недостоверной информации;
  • Архива диагностики аппаратно-программного комплекса
  • Архива изменения технологического состояния агрегатов;
  • Архива управляющих команд оператора.

Кроме статического режима считывания архива разработанное прикладное ПО предоставляет пользователю АРМ настраиваемые шаблоны фильтрации архивных данных, позволяющие отображать заданные наборы параметров за определенные интервалы времени. Глубина архива составляет один год. Регламентом обслуживания предусмотрено ежемесячное копирование данных архива на DVD-диски.

 

Опыт разработки и внедрения ПТК

Накопленный опыт позволяет представить обобщенный подход к разработке и внедрению ПТК с повышенными характеристиками надежности.

В ходе разработки технологической установки были сформулированы цели создания АСУ ТП КП ЖРО, нашедшие в последствии отражение в техническом задании на ПТК.

В рамках разработки технического проекта были предложены решения на основе новой техники и современной электроники.

Кроме того, была произведена оценка спроектированного ПТК по критериям:

  • надежности;
  • мощности потребления;
  • тепловыделения;
  • информационной емкости;
  • производительности;
  • объема памяти.

Основной задачей, стоящей перед разработчиками, была задача обеспечения заданной надежности при минимизации стоимости. Поэтому, на этапе разработки и изготовления, именно качество начинает играть главенствующую роль. При разработке и внедрении ПТК были пройдены все необходимые этапы разработки и внедрения научно-технической продукции:

  1. Разработка технического задания;
  2. Разработка технического проекта и спецификации на закупку оборудования;
  3. Получение разрешений от контролирующих органов на использование технических средств согласно ведомости покупных элементов;
  4. Закупка базовых программно-аппаратных средств;
  5. Разработка конструкторской, эксплуатационной и сопроводительной документации;
  6. Разработка программ приемо-сдаточных испытаний;
  7. Изготовление шкафного оборудования;
  8. Разработка прикладного программного обеспечения нижнего и верхнего уровня;
  9. Организация испытательного стенда и автономные заводские испытания;
  10. Обучение представителей заказчика, монтажной и пусконаладочной организации;
  11. Монтаж оборудования;
  12. Пусконаладочные работы и комплексная отладка прикладного ПО;
  13. Опытная эксплуатация и универсализация прикладного ПО;
  14. Деятельность по верификации и валидации прикладного ПО;
  15. Корректировка рабочей документации;
  16. Промышленная эксплуатация.

При проведении заводских испытаний на полигоне предприятия-изготовителя ПТК проверялся на соответствие конструкторской, эксплуатационной и сопроводительной документации. Для обеспечения проведения испытаний использовался стенд и имитационное ПО, кроме того, в целях выполнения заданного объема испытаний, было разработано специальное тестовое и метрологическое ПО. Специалисты заказчика и других заинтересованных организаций прошли курсы обучения, начавшиеся на этапе изготовления и разработки рабочей документации и продолжившиеся до этапа ввода в опытную эксплуатацию ПТК.

Обучение представителей заказчика современным программно-аппаратным средствам автоматизации проводилось по специализированным программам в учебных центрах ЗАО “РТСофт” и ЗАО “Шнейдер Электрик”.

Опыт пуско-наладки АСУ ТП КП ЖРО, так же позволил выделить восемь последовательных этапов:

  1. Проверка состояния монтажа согласно проекту;
  2. Ввод аппаратно-программных средств ПТК в работу;
  3. Проверка канала управления “оператор АРМ — имитатор агрегата”;
  4. Проверка канала управления “оператор АРМ — технологический агрегат”;
  5. Проверка срабатывания аварийных защит и блокировок;
  6. Проверка взаимодействия всех систем;
  7. Проверка реализации технологических алгоритмов на“чистых”средах;
  8. Проверка реализации технологических алгоритмов на“реальных”средах (ЖРО).

 

Заключение

Разработанный и внедренный ПТК является открытым для дальнейшего усовершенствования и развития. Опыт промышленной и опытной эксплуатации с середины 2006 года показал, что аппаратная и программная части, внедренных систем управления, обеспечивают требуемые показатели надежности, обеспечивая безопасность технологических процессов по обращению с жидкими радиоактивными отходами. Отличительными особенностями ПТК являются:

  • высокая надежность;
  • большая информационная емкость;
  • открытая архитектура программно-аппаратной части;
  • большие вычислительные возможности ПЛК, позволяющие реализовать сложную систему защит и блокировок, регулирования и логического управления;
  • ведение многоцелевых архивов;
  • гибкая и настраиваемая система вывода отчетов;
  • применение схем резервирования АРМ, контроллеров, информационных магистралей и электропитания;
  • развитая многоуровневая система самодиагностики ПТК;
  • разграничение прав доступа с возможностью выделения действий отдельного оператора или инженера;
  • наличие оперативных аппаратных возможностей, перевода технологического оборудования установки КП ЖРО в условно безопасное состояние;
  • возможность последующего усовершенствования, наращивания и модернизации;
  • доступность механизма настройки для информационного взаимодействия с внешними системами, включая объекты построения MES-системы.

Разработанные алгоритмы могут быть легко адаптированы к вновь возникающим задачам, при введении дополнительных функциональных блоков каналов управления и модификации технологических алгоритмов защит и блокировок.

ЗАО «РТСофт»
тел. (495) 967-1505, 742-6828
www.rtsoft.ru , pr@rtsoft.ru
.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *