Реферат: 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)


АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ


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 перспективному направлению и поздравил весь коллектив ВНИИА с достигнутыми успехами.

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, научно-исследовательских 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 Ю.Н. Бармаков

УДК 681.5.011


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 программно-технические 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 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;

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:

Получение немецкой документации и разработка на ее базе отечественного варианта документации аппаратуры, получившей наименование ТПТС51.

Обучение специалистов.

Создание и оснащение производственного отделения.

Организация замкнутого производственного процесса, охватывающего все этапы изготовления СКУ.

Проведение полного объема испытаний, подтверждающих качество и надежность аппаратуры.

Выпуск промышленных партий аппаратуры.

В настоящее время все эти этапы завершены, и мы начинаем плановые поставки.

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 информационно- управляющими 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.

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).






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.



Таким образом, в России теперь выпускается аппаратура, которая обеспечивает:

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

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.

Advanced control systems to improve nuclear power plant reliability and efficiency, IAEA TECDOC-952 1997.

Кужиль А.С. Частное сообщение 1997.



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, 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:

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.

Отпадает необходимость в применении мощных микропроцессоров, рассеивающих значительную электрическую мощность. Это позволяет отказаться от принудительной вентиляции даже при полностью заполненной контроллерной стойке.

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.

Увеличивается “живучесть” контроллера. Каждый модуль способен работать самостоятельно и реализовать заложенные алгоритмы обработки и управления при выходе из строя контроллерной шины и центрального процессора-диспетчера.

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.

Наличие микропроцессора в каждом функциональном модуле обеспечивает возможность введения процедур глубокой диагностики не только для собственно модулей, но и для внешних цепей.
^ 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

ТПТС51.1411

S-регулятор

2 независимых канала ступенчатого автоматического управления электродвигателем. 7 аналоговых входов, 5 аналоговых выходов, 28 дискретных входов, 10 дискретных выходов. Закон регулирования (пропорциональный, пропорционально-интегральный) 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-интегро-дифференциальный) 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)

ТПТС51.1725

Подгрупповое управление

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.



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).

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.



Стойки ТПТС51 работают с естественным охлаждением, не требуя принудительной вентиляции в диапазоне температур +5...+40С.
^ 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 доста