Элементы и устройства информационно-управляющих систем физических установок

1.

ЭУИУСФУ
1
20_ЛК 1 /
Элементы и устройства информационноуправляющих систем физических установок
5 семестр
ЛК - 32
ЛР - 16
Зачет
6 семестр
ЛК - 32
ЛР - 16
ПЗ - 16
Курсовой проект
Экзамен

2.

ЭУИУСФУ
Тема:
2
20_ЛК 1 /
Современное состояние и развитие АСУ ТП
Вопросы:
1. История развития мировой ядерной энергетики
2. Назначение АСУ ТП и выполняемые функции.
Функциональная структура
3. Энергоблок ВВЭР-1200 как объект автоматизации.
Режимы работы энергоблока
4. Структура уровней АСУ ТП
5. Состав и основные решения по АСУ ТП энергоблока.
Назначение систем АСУ ТП
6. Состав технических средств АСУ ТП. Требования к
надежности
7. Программно-технические средства (ТПТС)
8. Основные измерительные каналы АЭС

3.

ЭУИУСФУ
3
20_ЛК 1 /
1. История развития АЭС мира
Первый ядерный реактор (СР-1) был построен и запущен в
декабре 1942 года в США под руководством Ферми.
Цель создания реактора – плутоний-239 (в природе не встречается) для
создания атомной бомбы.
В 1944 году в США запущен реактор на тяжелой воде (300 кВт).
5.09.1945 г. в Канаде был запущен реактор на тяжелой воде (D2O
Тяжеловодную конструкцию с необогащенным топливом
унаследовали современные канадские ректоры CANDU

4.

ЭУИУСФУ
4
20_ЛК 1 /
В Германии работы по созданию ядерного оружия проводились в
период с 1939 по 1945 гг.
В 1938 немецкие физики впервые осуществили искусственное
расщепление ядра атома урана.
В конце 1940 г. проводился эксперимент по созданию уранграфитовой сборки. Однако цепную реакцию получить не удалось
В августе 1941 г. добились размножения нейтронов, но
самоподдерживающей реакции не получилось.
В 1942 г. построен ректор на тяжелой воде, который проработал
малое время и взорвался
Далее для того, чтобы ученые завершили работы в течение 2 лет
ученым выделили необходимые ресурсы и финансы.
В 1943 десант уничтожил в Норвегии завод по производству
тяжелой воды для немецкого реактора. Работы затянулись.
23 апреля 1945 г. в дер. Хайгерлох вошли американские войска.
Реактор был вывезен в США.

5.

ЭУИУСФУ
5
20_ЛК 1 /
В Европе первым ядерным реактором стал Ф-1 заработавший в
Москве 25.12.1946 под руководством И.В.Курчатова. Начало этого
проекта – 28.09.1942г.
Для создания первой атомной бомбы дешевле было использовать
плутоний-239, чем обогащать природный уран.
На основе Ф-1 в июне 1948 г. на Урале запущен первый
промышленный реактор для наработки плутония (ныне ПО «Маяк»)
На основе Ф-1 пошли разные ветви ядерных реакторов:
для АЭС
для атомных подводных лодок
для ледоколов

6.

ЭУИУСФУ
6
20_ЛК 1 /
Далее начались испытание и использование атомных бомб,
сначала американцами (на полигоне в июле 1945), а затем
06.08.1945 (Хиросима) и 09.08.1945 (Нагасаки), а в 29.08.1949 году
в СССР.
Ядерная энергетика - побочный продукт развития военных
технологий. Этим и объясняется тот факт, что первый ядерный
реактор был создан в 1942 году (США), а коммерческое
использование энергии ядра началось только в 1950-х годах.
Основная причина появления и развития ядерной энергетики –
огромный энергетический эквивалент цепной реакции деления, по
сравнению с органическим топливом.
Энергетически 4 гр изотопа 235U эквивалентны 1 тонне нефти.
Вторая причина – запасов урана (урана-235 и урана 238) хватит
на примерно 10 тыс. лет, а запасов органического топлива на около
200 лет.

7.

ЭУИУСФУ
7
20_ЛК 1 /
Строительство АЭС
В СССР. 27 июня 1954 года в Обнинске была запущена первая
АЭС в мире, мощностью 5 МВт.
На ее основе в 1958 году введена в эксплуатацию Сибирская
АЭС мощностью первоначально 100 МВт, а позднее и 600 МВт, а в
1964 году Белоярская АЭС, Нововоронежская АЭС, в 1973 году
Ленинградская АЭС и т.д.
За пределами СССР.
1956 год - первая АЭС в Великобритании в городе КолдерХолле, мощностью 46 МВт, а в 1957 первая АЭС США в
Шиппингпорте (США), мощностью 60 МВт.
Начиная с 60-х годов развитые страны интенсивно приступили к
проектированию и строительству АЭС. К 1964 г. суммарная
мощность АЭС в мире выросла до 5 млн. кВт.
Начался бум заказов на строительство АЭС в США, СССР,
Западной Европе, Японии. Темпы роста АЭС достигли 30% в год.

8.

ЭУИУСФУ
8
20_ЛК 1 /
К 1986 г. в мире работали 365 энергоблоков суммарной
мощностью 253 млн. кВт. АЭС строились в 30 странах.
В мире основными типами реакторов были:
США – ВВЭР под давлением и кипящие водяные реакторы
Канада – тяжеловодные реакторы на природном уране
СССР – ВВЭР под давлением и уран-графитовые кипящие
реакторы РБМК.
На этом начальном этапе эксплуатации АЭС в СССР и мире
серьезных аварий не было.
Серьезные аварии
В 1979 г. произошла первая серьезная авария на АЭС Три-МайлАйленд (США). С этого момента прекратились новые заказы на
строительство АЭС в США и мире.
В 1986 году авария на ЧАЭС. После этого во многих странах
были приостановлены программы развития атомной энергетики, а в
ряде стран вообще отказались от намеченных ранее планов по ее
развитию.

9.

ЭУИУСФУ
9
20_ЛК 1 /
Это послужило началом протестных действий против
использование ядерной энергетики и существенному замедлению
прироста производства электроэнергии АЭС.
1970-е годы среднегодовой рост электроэнергии АЭС – 30 %
1980-е годы – 10,5%
1990-е годы – 2,3%.
Проблема повышения безопасности эксплуатации АЭС.
Решение проблемы по нескольким направлениям:
создание более совершенного технологического оборудования
совершенствование техпроцесса производства электроэнергии
и регламента эксплуатации энергоблоков
развитие систем автоматизации управления оборудованием
энергоблоков.

10.

ЭУИУСФУ
10
20_ЛК 1 /
Самым слабым звеном в российских АЭС были системы
контроля, защиты и управления реакторным энергоблоком.
После аварии на ЧАЭС иностранные государства на территории,
которых были построены Советским союзом АЭС, срочно заменили
на них системы контроля, защиты и управления энергоблоком на
системы, выпускаемые фирмами Siemens и Westingous
("Вестингауз").
Это дополнительные существенные расходы.
Системы контроля, защиты и управления реакторным
энергоблоком.
Последняя крупная авария на АЭС произошла в марте 2011 года
в Японии, в префектуре Фукусима.

11.

ЭУИУСФУ
11
20_ЛК 1 /
2. Назначение АСУ ТП и выполняемые функции.
Функциональная структура
В 1980-х годах (авария на ЧАЭС) системы контроля строились на
основе жесткой логики, с использованием архаичных средств –
стрелочные приборы, самописцы, световые индикаторы и т.д.
Они занимали огромные помещения и требовали большое
количество обслуживающего персонала.
Не были реализованы также интеллектуальные алгоритмы
контроля, управления и диагностики, повышающие безопасность
АЭС, например, система представления параметров безопасности
АЭС, система регистрации важных параметров эксплуатации и др.
Развитие – создание автоматизированной системы управления
технологическими процессами (АСУ ТП).

12.

ЭУИУСФУ
12
20_ЛК 1 /
Основные понятия.
Что такое АЭС?
Это комплекс основного (реактор, парогенератор, турбина,
генератор) и вспомогательного оборудования (арматура, ГЦН,
охладительные установки и т.д.) которые соединены между собой
системой трубопроводов и других технологических линий, а также
необходимые системы, устройства, здания и персонал.
Совокупность этого оборудования, устройств, систем работает
по соответствующим инструкциям, определяющим техпроцесс
выработки электроэнергии. Управление АЭС в соответствии с
этими инструкциями и выполняет АСУ ТП (сложное электронное и
не только оборудование).

13.

ЭУИУСФУ
13
20_ЛК 1 /
Цели АСУ ТП
Контроль и управление технологическим процессом для
достижения:
- обеспечения безопасной нормальной эксплуатации (НЭ)
энергоблока и выработки им электроэнергии;
- предотвращения нарушений пределов и условий безопасной
эксплуатации;
- экономической эффективности производства электроэнергии;
- предотвращения аварий или ослабления последствий
возникновения аварий;
- возращение АЭС в контролируемое состояние при авариях.

14.

ЭУИУСФУ
14
20_ЛК 1 /
Функции АСУ ТП
Для достижения вышеуказанных целей (контроль и управление)
функции АСУ ТП подразделяют:
- информационные функции;
- управляющие функции;
- системные функции.
Информационные функции обеспечивают:
контроль эксплуатационных режимов;
диагностику и контроль состояния оборудования;
контроль параметров, характеризующих безопасность
энергоблока;
поддержку оперативного персонала в аварийных ситуациях;
контроль технических средств, обеспечивающих останов
энергоблока, безопасность, жизнедеятельность персонала и
проведение послеаварийных мероприятий.

15.

ЭУИУСФУ
15
20_ЛК 1 /
Функции управления предназначены для:
дистанционного управления исполнительными механизмами;
автоматического управления оборудованием.
Системные функции
Они вытекают из необходимости обеспечения нормальной
работоспособности самой АСУ ТП, быстрого обнаружения
неисправностей (в случае возникновения) и их ликвидации.
В состав системных функций входит:
поддержание единого времени системы;
поддержка коммуникаций;
обеспечение непрерывной безотказной работы подсистем и
всей системы управления;
контроль и диагностика текущего состояния системы
управления;
сбор, представление и регистрация данных о работе системы и
ее элементов

16.

ЭУИУСФУ
16
20_ЛК 1 /
Функциональная структура АСУ ТП АЭС имеет два уровня:
общестанционный уровень;
уровень энергоблока.

17.

ЭУИУСФУ
17
20_ЛК 1 /

18.

ЭУИУСФУ
18
20_ЛК 1 /
3. Энергоблок ВВЭР-1200 как объект автоматизации. Режимы
работы энергоблока
Характеристика АЭС как технологического объекта управления
Технологический объект управления - энергоблок мощностью
1200 МВт (электр) реактора ВВЭР.

19.

ЭУИУСФУ
19
20_ЛК 1 /
Технологический объект управления (Энергоблок) включает:
Систему теплоносителя первого контура, состоящую из
главного циркуляционного контура и системы компенсации
давления, расположенные в реакторном отделении.
В состав вспомогательных систем, связанных с 1-м контуром
входят: Системы нормальной эксплуатации и системы
безопасности.
Систему теплоносителя 2-го контура, состоящую из
паротурбинной установки и генератора, расположенные в
турбинном отделении. В состав вспомогательных систем,
связанных со 2-м контуром входят: Системы НЭ и СБ
Комплекс основных зданий и сооружений помимо
реакторного и турбинного отделений, в которых размещаются
системы нормальной эксплуатации и системы безопасности.
Комплекс вспомогательных зданий и сооружений, в которых
размещаются системы нормальной эксплуатации.

20.

ЭУИУСФУ
20
20_ЛК 1 /
АЭС может работать в режимах:
базовый (номинальная мощность 100%)
переменный режим (набор мощности, снижение мощности, аварийные
режимы).
Для базового и переменного режимов важной составной частью
оборудования энергоблоков является система безопасности (СБ).
СБ разделяют по характеру выполняемых функций:
защитные системы
системы локализующие, предотвращающие и
ограничивающие распространение выделяющихся при аварии
радиоактивных сред и излучений
обеспечивающие системы. Они предназначены для
обеспечения СБ энергией, рабочей средой и т.п
управляющие системы. Предназначены для автоматического
включения СБ, их контроля и управления ими.

21.

ЭУИУСФУ
21
20_ЛК 1 /
Кроме этого СБ делятся:
активные (работа зависит от энергоисточников, управляющих
элементов и др.)
пассивные (их работа не зависит от энергоисточников или
работы других активных систем)
Особенности АЭС как объекта автоматизации
Энергоблок – это множество агрегатов, связанных между собой
сетью проводников разных потоков.

22.

ЭУИУСФУ
Потоки это:
22
20_ЛК 1 /
Теплоноситель
Электрическая энергия
Газы
Воздух
Смазочные материалы
Химические реактивы
Каждый поток имеет свои параметры и структуру.
Параметры это:
Температура
Давление
Расход
Уровень
Концентрация
Сила и мощность генерируемого и питающего тока.
Структура потока – это: ламинарный, турбулентный потоки,
молекулярный состав и др. СП определяется состоянием
исполнительных механизмов: разной арматурой; насосами, генераторами ...

23.

ЭУИУСФУ
23
20_ЛК 1 /
Основные особенности энергоблока, определяющие требования к
средствам автоматизации
1-я особенность: непрерывный характер основных
энергетических потоков (носителей тепловой и электрической
энергии) и дискретный характер некоторых вспомогательных
потоков (химических реагентов, воздуха, масел).
2-я особенность: значительная единичная мощность всего
энергоблока и отдельных агрегатов, составляющих
теплотехническую схему.
3-я особенность: высокая опасность энергоблока. Необходимо
обеспечение высокой радиационной, ядерной, пожарной,
электрической и взрывобезопасности.
4-я особенность: разнообразие степени влияния различного
оборудования на радиационную и ядерную безопасность, широкий
диапазон требований по надежности для различного оборудования.

24.

ЭУИУСФУ
24
20_ЛК 1 /
5-я особенность: сложность технологического процесса. Она
отражается в огромном количестве различной арматуры (до 4,5 тыс.
единиц), большом разнообразии и количестве измеряемых
параметров (около 30 тыс. различных сигналов).
6-я особенность: широкий диапазон частоты использования
оборудования – от постоянного использования до 1-2 раз в год и
реже (резервные дизель-генераторы). Сложность – контроль состояния
оборудования, находящегося в «ждущем режиме».
7-я особенность: комбинированный способ задания управления:
управление по состоянию (автоматическое логическое управление и
регулирование) и событийное управление в экстремальных
ситуациях (защита, блокировка и др.).
8-я особенность: необходимость участия человека - оператора в
оценке хода технологического процесса и выборе вариантов
продолжения этого техпроцесса.

25.

ЭУИУСФУ
25
20_ЛК 1 /
Необходимость повышения уровня автоматизации управления
энергоблоком определяются:
повышением требований к маневренности АЭС;
увеличением мощности энергоблоков, усложнением
алгоритмов управления оборудованием и увеличением
вероятности ошибочных действий оперативного персонала;
ужесточением требований безопасности и усложнением
систем безопасности;
ростом энергонапряженности основных элементов
оборудования и повышением требований к точности
поддержания параметров во всех режимах работы
энергоблока, в том числе при пуске и остановке.

26.

ЭУИУСФУ
26
20_ЛК 1 /
4. Структура уровней АСУ ТП
Функциональная структура объединяет уровни: (см. сл. 16, 17)
1. Общестанционный уровень, который включает:
уровень управления процессом
уровень коммуникации
уровень автоматизации
уровень процесса
2. Уровень энергоблока, включающий:
уровень управления процессом
уровень коммуникации I
уровень обработки
уровень коммуникации II
уровень автоматизации
уровень индивидуального управления и обработки измерений
уровень процесса.

27.

ЭУИУСФУ
27
20_ЛК 1 /
Общестанционный уровень.
Уровень управления процессом. Выполняемые функции.
- регулирование общей мощности АЭС, в т.ч. при авариях
- контроль радиологической обстановки на АЭС и в зоне наблюдения
- обмен данными с системой управления энергосети
- регистрация оперативных данных
Уровень коммуникации.
Обеспечивает обмен данными между компонентами СКУ
общестанционного уровня, а также обеспечивает передачу данных с
блочных уровней коммутации 1 энергоблоков АЭС на рабочие места
общестанционного уровня.
Уровень автоматизации. Он включает в себя:
- СКУ электрической частью
- технические средства МПУ и автоматизации:
• системы вентиляции
• насосные станции.

28.

ЭУИУСФУ
28
20_ЛК 1 /
- технические средства общестанционной СКУ ПЗ
- технические средства АСРК (АСКРО)
Уровень процесса.
Он включает устройства осуществляющие сбор информации
(датчики, нормирующие преобразователи и т.д.) и выполняющие
команды в системах общестанционного уровня.
Уровень энергоблока.
Уровень управления процессом.
На этом уровне реализуются задачи управления
технологическими системами, информационной поддержки
персонала, задачи диагностики, регистрации технологической
информации и действий персонала, расчета показателей работы
блока.
В состав этого уровня входят:

29.

ЭУИУСФУ
-
29
20_ЛК 1 /
БПУ
РПУ
центр технической поддержки
центр сервисного обслуживания
химические лаборатории
БП радиационного контроля
пункт управления системой водоподготовки
МПУ.
Уровень коммуникации I.
Он обеспечивает обмен данными через ЛВС между
компонентами СКУ блочного уровня управления (терминалы
СВБУ) и ТС уровня обработки (сервера СВБУ и архива), а также
между СВБУ блока и системами общестанционного уровня).
Уровень коммуникации II.
Он обеспечивает обмен данными через ЛВС между шкафами
автоматики СКУ НЭ и ТС уровня обработки (сервер СВБУ), а также

30.

ЭУИУСФУ
30
20_ЛК 1 /
одностороннюю передачу информации из СКУ СБ к шкафам
автоматики СКУ НЭ и СВБУ.
Уровень обработки.
Содержит компьютеры, которые обеспечивают обработку
данных, поступающих с уровня коммутации 2, и формируют
данные необходимые для отображения на уровне управления
процессом.
Уровень автоматизации и уровень индивидуального
управления и обработки измерений.
Этот уровень включает ряд систем:
- СКУ систем безопасности: (СКУД РУ, СУЗ, УСБТ, АКНП)
- СКУ систем нормальной эксплуатации
- СКУ автономных систем: (АСРК, СКУ ПЗ, СКУ ВП и др.)
Уровень процесса.
Это устройства, которые осуществляют сбор информации на
блоке (датчики, измерительные преобразователи и т.п.) и
выполняют команды (электроприводы). Эти устройства
размещаются непосредственно у техоборудования (насосы, баки и др.)

31.

ЭУИУСФУ
31
20_ЛК 1 /
5. Состав и основные решения по АСУ ТП энергоблока.
Назначение систем АСУ ТП
Общие принципы создания АСУ ТП
АСУ ТП АЭС разрабатывается как распределенная с
централизованным управлением система, обладающая высокой
надежностью, обеспечивающая контроль технического состояния и
диагностику систем и технологического оборудования АЭС.
АСУ ТП АЭС создается как интегрированная вычислительная
система, состоящая из отдельных связанных между собой или
автономных подсистем, охватывающих информационноизмерительными, управляющими и контролирующими функциями
все технологические системы, здания и сооружения АЭС.
Построение АСУ ТП основывается на наличии в качестве объекта
управления, следующих категорий технологических систем:
систем нормальной эксплуатации (СНЭ), не влияющих на
безопасность;
СНЭ, важных для безопасности (СНЭ ВБ);
систем безопасности (СБ).

32.

ЭУИУСФУ
32
20_ЛК 1 /
Системы АСУ ТП АЭС
АСУ ТП должна состоять из нескольких частей, именуемых в
дальнейшем системами, которые в свою очередь подразделяются на
подсистемы.
АСУ ТП, подразделяется на следующие системы:
• система верхнего блочного уровня (СВБУ);
• технические средства оперативно-диспетчерского управления
(ТС ОДУ);
• экран коллективного пользования (ЭКП);

33.

ЭУИУСФУ
33
20_ЛК 1 /
• комплекс электрооборудования системы управления и защиты
реактора ВВЭР-1200 (КЭ СУЗ);
• исполнительная часть УСБТ;
• инициирующая часть АЗ-УСБТ;
• автоматизированная система радиационного контроля (АСРК);
• система контроля, управления и диагностики РУ (СКУД);
• система контроля и управления противопожарной защитой
(СКУ ПЗ);
• система контроля и управления оборудованием нормальной
эксплуатации (СКУ НЭ);
• система контроля и управления системой водоподготовки и
водоочистки (СКУ ВП);
• система регистрации важных параметров эксплуатации
(СРВПЭ);

34.

ЭУИУСФУ
34
20_ЛК 1 /
• аппаратура контроля нейтронного потока (АКНП);
• система индустриальной антисейсмической защиты (СИАЗ);
• программно-технический комплекс сбора информации (ПТК
СИ);
• система вибромониторинга и диагностики вращающегося
оборудования (СВД);
• система контроля и управления водно-химическими режимами
первого и второго контуров (СКУ ВХР);
• система обнаружения течи теплоносителя второго контура
(СОТТ-2).

35.

ЭУИУСФУ
35
20_ЛК 1 /
СВБУ – общеблочная система, объединяющая все компоненты
АСУ ТП в единую систему управления техпроцессами блока.
СВБУ – информационно-управляющая система, предназначенная
для централизации контроля и управления энергоблоком, обработки
и визуализации параметров технологического процесса,
дистанционного управления системами нормальной эксплуатации и
системами безопасности в режимах нормальной эксплуатации,
документирования и информационной поддержки операторов,
представления параметров безопасности.
ТС ОДУ – технические средства, предназначенные для создания
резервной зоны контроля и управления энергоблоком в объеме
необходимом для управления энергоблоком без СВБУ.
ЭКП – информационная система, предназначенная для
обработки и представления информации о ходе технологического
процесса персоналу БПУ.

36.

ЭУИУСФУ
36
20_ЛК 1 /
КЭ СУЗ – комплекс электрооборудования, предназначенный для
управления мощностью реактора и распределением
энерговыделения в активной зоне.
Исполнительная часть УСБТ – ИУС, предназначенная для
обеспечения выполнения системами безопасности и системами,
совмещающими функции безопасности с функциями нормальной
эксплуатации важными для безопасности, своих функций.
Инициирующая часть АЗ-УСБТ – ИУС, предназначенная для
формирования команд инициирования АЗ и приведения в действие
исполнительных частей АЗ-ПЗ и УСБТ.
АСРК – предназначена для контроля радиационных параметров,
их обработки и выдачи обработанной информации.

37.

ЭУИУСФУ
37
20_ЛК 1 /
СКУД – предназначена для контроля состояния активной зоны и
реакторной установки в целом, формирования сигналов
предупредительной и аварийной защиты, обеспечения возможности
управления полем энерговыделения, а также диагностики состояния
основного оборудования РУ.
СКУ ПЗ – система, предназначенная для автоматического
обнаружения возникновения пожара, сигнализации и запуска систем
пожаротушения, а также контроля и управления ими, вентсистемами
и системами дымоудаления в процессе ликвидации пожара.
СКУ НЭ – система, предназначенная для выполнения функций
защит и блокировок, автоматизированного и дистанционного
управления, технологической сигнализации и авторегулирования
применительно к технологическим системам нормальной
эксплуатации.
СКУ ВП – система, предназначенная для выполнения
непрерывного контроля и управления технологическими
процессами водоочистки и водоподготовки.

38.

ЭУИУСФУ
38
20_ЛК 1 /
СРВПЭ – автономные средства, предназначенные для
регистрации и хранения информации, необходимой для
расследования аварий - «Черный ящик».
АКНП – аппаратура ИУС, предназначенная для контроля
относительной физической мощности, скорости ее изменения и
реактивности реактора по значению плотности нейтронного потока,
в т.ч. контроля и формирования сигналов превышения уставок (АЗ,
ПЗ1, ПЗ2) в инициирующую часть АЗ-УСБТ, инициирующую часть
ПЗ.
СИАЗ – ИУС, предназначенная для формирования сигналов
превышения допустимых уровней сейсмического воздействия на
строительные конструкции энергоблока с целью своевременного
аварийного останова реактора.
ПТК СИ – информационная система, предназначенная для
контроля состояния электротехнического оборудования
энергоблока, питающих элементов собственных нужд (СН) 10 и 0,4
кВ переменного тока и 220 В постоянного тока, АБП системы
нормальной эксплуатации (СНЭ), системы надежного

39.

ЭУИУСФУ
39
20_ЛК 1 /
электроснабжения нормальной эксплуатации (СНЭ
НЭ), а также для контроля системы аварийного электроснабжения
(САЭ).
СВД – система, предназначенная для вибромониторинга и
диагностики вращающегося оборудования.
СКУ ВХР – система, предназначенная для контроля и
управления водно-химическими режимами первого и второго
контуров.
СОТТ-2 – информационная система, предназначенная для
обеспечения непрерывного автоматизированного обнаружения
течей главных паропроводов и трубопроводов основной
питательной воды, идентификации течей, включая оценку
местоположения течи и величины расхода теплоносителя.

40.

ЭУИУСФУ
40
15_ЛК 1 /
6. Состав технических средств АСУ ТП. Требования к
надежности
АСУ ТП включает технические средства:
• отборные устройства, импульсные трубные проводки с
арматурой и проходками;
• датчики;
• стенды и элементы для установки датчиков;
• средства дистанционного управления;
• программно-технические средства обработки, хранения и
передачи информации;
• средства отображения и регистрации информации (вторичные
приборы, дисплеи, табло, индикаторы и т.п.);
• местные щиты и панели БПУ и РПУ;
• средства приёма и выдачи информационных и управляющих
дискретных сигналов на исполнительные коммутационные
устройства;

41.

ЭУИУСФУ
41
15_ЛК 1 /
• программно-технические средства обмена информацией со
смежными системами;
• кабели и кабельные коммуникации и проходки;
• средства электропитания КТС АСУ ТП;
• средства радиационного контроля;
• арматура, стенды, оборудование и инструменты,
обеспечивающие обслуживание, ремонт и метрологическое
обеспечение средств АСУ ТП.
Требования к надежности
Выделяют:
• качественный анализ надежности
• количественный анализ надежности
Качественный анализ – это анализ выбора оптимальной
структуры системы, обеспечивающей ее устойчивость к единичным
отказам и отказам по общей причине.

42.

ЭУИУСФУ
42
20_ЛК 1 /
Отказы по общей причине – это, например, отказы
обусловленные:
• Внешними факторами: землетрясения, ураганы, аварии на
воздушном транспорте, пожары и т.п.
• Внутренними факторами: изменение параметров среды,
пожары, конструктивные и технологические причины и др.
• Дефекты проекта, изготовления, монтажа, характерные для
однотипного оборудования
• Ошибок персонала
• Ошибок ПО и др.
Резервирование оборудования с использованием принципа
аппаратного разнообразия.

43.

43
ЭУИУСФУ
20_ЛК 1 /
Количественный анализ.
Показатели надежности для разных функций систем АСУ ТП:
Наименование
функции
Средняя наработка на отказ х 103 ч
I
II
III
группа объектов управления
Аварийные защиты
остановки реактора
1500
Технологические
защиты
600
200
100
Автоматическое
управление
80
50
25
Измерения, индикация
20
20
20
I - УСБ; II – важные для безопасности; III – у-ва НЭ

44.

ЭУИУСФУ
44
20_ЛК 1 /
Показатели надежности разных систем:
1. СВБУ. Наработка на отказ:
• по управляющим функциям не менее 100 000 часов
• по информационным функциям не менее 50 000 часов.
2. СРВПЭ. Наработка на отказ не менее 50 000 часов.
3. СКУД. Наработка на отказ не менее 20 000 часов.
Временные характеристики реализации функций АСУ ТП:
• обработка и регистрация сигналов АСУ ТП с погрешностью
поддержания единого времени не более ± 5 мс;
• обеспечение регистрации последовательности событий,
отличающихся на время более 20 мс;
• длительность фиксируемых АСУ ТП дискретных сигналов
должна быть не менее 0,02 с.
• регистрация в АПСУ ТП аналоговых сигналов должна быть с
привязкой к единому времени с точностью не хуже 50 мс.

45.

ЭУИУСФУ
45
20_ЛК 1 /
Требования по задержкам команд управления для АСУ ТП.
Задержка от поступления сигнала до подачи/снятия напряжения с
исполнительного механизма:
• на сигнал запуска СБ, технологической защиты или блокировки
– не более 0,5 с;
• на сигнал аварийных защит – не более 0,3 с;
• для управления регулирующими органами при
авторегулировании – не более 0,2 с;
• на команду оператора с его рабочего места – не более 2,5 с;
Нормы точности измерения технологических параметров

46.

ЭУИУСФУ
46
20_ЛК 1 /

47.

ЭУИУСФУ
47
20_ЛК 1 /
7. Программно-технические средства (ТПТС)
Для построения СКУ в составе АСУ ТП применяют программнотехнические средства (ПТС) из состава комплекса средств
автоматизации ТПТС-НТ.
ТПТС- НТ предназначены для построения систем нормальной
эксплуатации и систем нормальной эксплуатации важных для
безопасности в составе АСУ ТП АЭС.
В УСБ АЭС применяют ТПТС- СБ.
ПТС, используемые для построения СКУ НЭ, включают:
• стойки приборные ПС ТПТС-НТ. Выполняют функции
контроля и управления технологическим оборудованием;
• стойки приборные автономные ПСА ТПТС-НТ.
Предназначены для организации выносных пунктов
управления удаленным технологическим оборудованием;
• стойки питания.

48.

ЭУИУСФУ
48
20_ЛК 1 /
Стойки приборные ПС ТПТС-НТ
ПС предназначена для реализации при помощи входящих в ее
состав программируемых модулей функций контроля и управления
в составе программно-технического комплекса (ПТК).
ПС характеризуются:
Номинальное напряжение питания – 24 В.
Средний срок службы – 30 лет.
Среднее время восстановления работоспособности - не более 2 ч.
В состав ПС могут входить:
• станции ввода-вывода (СВВ). Обеспечивают прием и
выдачу сигналов и выполнение стандартных функций
автоматизации. В пределах СВВ реализовано 100%-ое
резервирование.

49.

ЭУИУСФУ
49
20_ЛК 1 /
• процессоры автоматизации (ПА). ПА являются
программируемыми и выполняют прикладные функции
контроля и управления. В них реализуются прикладные
алгоритмы, функции защиты, блокировки, функциональногрупповое управление и т.п.
• блок шлюза сопряжения, коммутаторы и др. Он выполняет
связь между ПС и локальной сетью СВБУ.

50.

ЭУИУСФУ
Рис.
Расположение
основных
составных частей ПС
50
20_ЛК 1 /

51.

ЭУИУСФУ
51
20_ЛК 1 /
СВВ содержит ряд модулей, например:
1. Модуль ввода унифицированных сигналов – ТПТС55.1661.
Модуль принимает унифицированные сигналы тока, преобразует
их в цифровой код и передает в интерфейсный модуль, а также
подает питание на датчики процесса. Ток входа: 0-20 мА или 4-20
мА.
2. Модуль ввода сигналов термоэлектрических преобразователей
и термометров сопротивления ТПТС55.1662. Модуль предназначен
для приёма сигналов термопар и термометров сопротивления, а
также унифицированных сигналов тока и напряжения.
Ток входа: 0-20 мА или 4-20 мА. Напряжение входа: 0-20 В или
2-10 В.
3. Модуль ввода-вывода дискретных сигналов ТПТС55.1671.
Модуль предназначен для приёма сигналов от дискретных
датчиков с диагностикой цепей подключения на обрыв и короткое
замыкание, выдачи выходных напряжений с диагностикой цепей
подключения нагрузок на короткое замыкание, и обмена данными с
интерфейсным модулем.

52.

ЭУИУСФУ
52
20_ЛК 1 /
Стойки приборные автономные ПСА ТПТС-НТ.
Параметры и характеристики аналогичны ПС ТПТС-НТ.
Стойки питания (СП).
СП предназначены для преобразования сетевого питающего
напряжения 220 В постоянного или переменного тока в напряжение
24,7 В (24 В) и снабжения этим электропитанием приборных стоек
и других потребителей.
Типовая структура каналов контроля и управления.

53.

ЭУИУСФУ
53
20_ЛК 1 /
Рис. Общая типовая схема обработки данных в ПТК

54.

ЭУИУСФУ
54
15_ЛК 1 /

55.

ЭУИУСФУ
55
15_ЛК 1 /
8. Основные измерительные каналы АЭС
Упрощенная схема АЭС с реактором ВВЭР-1200
В – верхний детектор
С – средний детектор
Н – нижний детектор
Q – датчик расхода
У – датчик уровня
Р – датчик давления
Рш – широкодиапазонный датчик давления
Tу – узкодиапазонный температурный датчик сопротивления
(ТДС)
Tш – широкодиапазонный ТДС
ПГ – парогенератор
ГЦН – главный циркуляционный насос

56.

ЭУИУСФУ
56
15_ЛК 1 /

57.

ЭУИУСФУ
57
20_ЛК 1 /
Контроль параметров осуществляется в первом и втором
контурах.
По первому контуру.
В самом реакторе расположены датчики, относящиеся к системе
ВРК (СВРК), с помощью которой осуществляется сбор, обработка и
представление информации оператору о состоянии активной зоны
(АЗ) и первого контура.
Это датчики нейтронного потока и температуры, объединенные в
СВРД – сборки внутриреакторных детекторов.
Нейтронный поток, т.е. энерговыделение, измеряется с помощью
датчиков ДПЗ, которые распределены по сечению и высоте в
активной зоне.
В качестве первичных преобразователей температуры на входе и
выходе ТВС, а также под крышкой реактора используются
термоэлектрические преобразователи.

58.

ЭУИУСФУ
58
20_ЛК 1 /
В активной зоне устанавливается:
• 54 СВРД, обеспечивающих контроль энерговыделения в 378
точках АЗ.
• В 50 СВРД установлены термоэлектрические преобразователи
(ТП), обеспечивающие контроль температуры теплоносителя на
входе в ТВС (50 ТП) и на выходе из ТВС (100 ТП) и температуры
под крышкой реактора (4 ТП).
Вид:
ТВС с ОР СУЗ (Сл. 60),
ТВС с СВРД (Сл.59).
В 1-ом контуре также проводятся измерения:
Уровня
Влажности (течь теплоносителя)
Состава газов (водородная защита) – газоанализаторы
Расхода
Давления и др.

59.

ЭУИУСФУ
59
20_ЛК 1 /

60.

ЭУИУСФУ
Рис. ТВС с ОР СУЗ
60
20_ЛК 1 /

61.

ЭУИУСФУ
61
20_ЛК 1 /
По второму контуру.
• Температура в петлях ГЦН
• Уровня (в парогенераторе)
• Расход (теплоносителя, воды для парогенератора, пара)
• Давления (теплоносителя, пара, питательной воды в
парогенераторе) и др.
Итог по АЭС.
Проблема надежности и точности измерений большого
количества технологических параметров,
Проблема калибровки измерительных приборов без остановки
реактора является весьма важной и экономически оправданной.
Использование дублирования (резервирования) датчиков.

62.

ЭУИУСФУ
62
15_ЛК 1 /