Автоматизированная система радиационного контроля территории АЭС

При создании ИИС большое внимание уделяется проблеме повышения достоверности выходной информации и снижения вероятностей возникновения (или даже исключения) нежелательных ситуаций. А это достигается, если на ИИС возложить функции самоконтроля, способной осуществлять тестовые проверки работоспособности средств системы и тем самым сохранять метрологические характеристики тракта прохождения входных сигналов, проверять достоверность результатов обработки информации, получаемой посредством измерительных преобразований, и ее представления.

Широкое развитие получают системы, предусматривающие автоматическую коррекцию своих характеристик — самонастраивающиеся
(самокорректирующиеся) системы.

Введение в такие системы свойств автоматического использования результатов самоконтроля — активного изучения состояния ИИС — и приспособляемости к изменению характеристик измеряемых сигналов или к изменению условий эксплуатации делает возможным обеспечение заданных параметров системы.

Классификация ИИС по функциональному назначению

В зависимости от функционального назначения структуры ИИС подразделяют по принципу построения. Рассмотрим основные особенности и отличия.

Измерительные системы используются для различного рода комплексных исследований научного характера. Они предназначены для работы с объектами, характеризующимися до начала эксперимента минимумом априорной информации. Цель создания таких систем заключается в получении максимального количества достоверной измерительной информации об объекте для составления алгоритмического описания его поведения.

Обратная связь системы с объектом отсутствует или носит вспомогательный характер. Информация, полученная на выходе ИИС, может использоваться для принятия каких-либо решений, создания возмущающих воздействий, но не для управления объектом. ИИС - предназначена для создания дополнительных условий проведения эксперимента, для изучения реакции объекта на эти воздействия. Следовательно, использование информации не входит в функции ИИС. Эта информация предоставляется человеку-оператору или поступает в средства автоматической обработки информации.

Для измерительных систем характерны:

- более высокие по отношению к системам другого вида требования к метрологическим характеристикам;

- более широкий спектр измеряемых физических величин и в особенности их количество (число измерительных каналов);

- необходимость в средствах представления информации - это связано с тем, что основной массив информации с выхода систем передается человеку для принятия им решения об изменении условий проведения эксперимента, его продолжении или прекращении. Поэтому определяющим требованием является неискаженное, наглядное и оперативное представление текущей информации с учетом динамики ее обновления и быстродействия системы, обеспечивающее удобство восприятия и анализа человеком;

- большой объем внешней памяти для систем, в которых обработка и анализ результатов осуществляется после завершения эксперимента с помощью набора различных средств обработки и предоставления информации.

Разновидности ИС

- ИС для прямых измерений, т. е. независимых измерений дискретных значений непрерывных величин;

- статистические ИС, предназначенные для измерения статистических характеристик измеряемых величин;

- системы, предназначенные для раздельного измерения зависимых величин.

Входными в ИС для прямых измерений являются величины, воспринимаемые датчиками или другими входными устройствами системы. Задача таких ИС заключается в выполнении аналого-цифровых преобразований множества величин и выдаче полученных результатов измерения.

В рассматриваемых ИС основные типы измеряемых входных величин могут быть сведены либо к множеству изменяющихся во времени величин, либо к изменяющейся во времени t и распределенной по пространству Л непрерывной функции х (t,Л). При измерении непрерывная функция х (t, Л) представляется множеством дискрет.

Измерительные системы, производящие измерения дискрет функции x(t, Л), основаны на использовании многоканальных, многоточечных, мультиплицированных и сканирующих структур.

Многоканальные системы объединяются в один из самых распространенных классов измерительных систем параллельного действия, применяемых во всех отраслях народного хозяйства. Основные причины столь широкого распространения многоканальных ИС заключаются в возможности использования стандартных, относительно простых, измерительных приборов, в наиболее высокой схемной надежности таких систем, в возможности получения наибольшего быстродействия при одновременном получении результатов измерения, в возможности индивидуального подбора СИ к измеряемым величинам.

Недостатки таких систем — сложность и большая стоимость по сравнению с другими системами.

В измерительных системах последовательного действия - сканирующих измерительных системах — операции получения информации выполняются последовательно во времени с помощью одного канала измерения. Если измеряемая величина распределена в пространстве или собственно координаты точки являются объектом измерения, то восприятие информации в таких системах выполняется с помощью одного сканирующего датчика.

Для измерения координат графических изображений применяются различные акустические системы. В геологии и картографии, океанологии и других областях при автоматизации проектирования осуществляются измерения и выдача в цифровом виде координат сложных графических изображений на фото носителях, чертежах и документах. При этом генератор (полуавтоматические измерения) лишь указывает точки изображения, координаты которых необходимо измерить. Используемые здесь датчики, как правило, осуществляют преобразование координат точек в интервалы времени прохождения световых или акустических импульсов между точками, координаты которых были измерены.

При использовании в устройствах ЭВМ одновременно со считыванием координат осуществляют обработку графических изображений по заданной программе.

Основу датчиков голографических ИС (ГИС) составляют лазеры, представляющие собой когерентные источники света, когерентная оптика и оптоэлектронные преобразователи. Голографические измерительные системы отличаются высокой чувствительностью и повышенной точностью, что послужило основой широкого их применения в голографической интерферометрии. Голографическая интерферометрия обеспечивает бесконтактное измерение и одновременное получение информации от множества точек наблюдаемой поверхности с использованием меры измерения — длины световой волны, известной с высокой метрологической точностью.

Выполнение условий минимальной сложности ИС приводит к необходимости последовательного многократного использования отдельных устройств измерительного тракта, а, следовательно, к применению ИС параллельно- последовательного действия, которые носят название многоточечных ИС. Работа таких ИС основана на принципе квантования измеряемых непрерывных величин по времени.

Измерительные системы с общей образцовой величиной — мультиплицированные развертывающие измерительные системы — содержат множество параллельных каналов. Структура системы включает датчики и устройство сравнения (одно для каждого канала измерения), источник образцовой величины и одно или несколько устройств представления измерительной информации. Мультиплицированные развертывающие измерительные системы позволяют в течение цикла изменения образцовой величины (развертки) выполнять измерение значений, однородных по физической природе измеряемых величин, без применения коммутационных элементов в канале измерения. Такие ИС имеют меньшее количество элементов по сравнению с ИС параллельного действия и могут обеспечить практически такое же быстродействие.

Системы автоматического контроля (САК). Системы автоматического контроля предназначены для контроля технологических процессов, при этом характер поведения и параметры их известны. В этом случае объект контроля рассматривается как детерминированный.

Эти системы осуществляют контроль соотношения между текущим
(измеренным) состоянием объекта и установленной "нормой поведения" по известной математической модели объекта. По результатам обработки полученной информации выдается суждение о состоянии объектов контроля.
Таким образом, задачей САК является отнесение объекта к одному из возможных качественных состояний, а не получение количественной информации об объекте, что характерно для ИС.

В САК благодаря переходу от измерения абсолютных величин к относительным (в процентах "нормального" значения) эффективность работы значительно повышается. Оператор САК при таком способе количественной оценки получает информацию в единицах, непосредственно характеризующих уровень опасности в поведении контролируемого объекта (процесса).

Как правило, САК имеют обратную связь, используемую для воздействия на объект контроля. В них внешняя память имеет значительно меньший объем, чем объем памяти ИС, так как обработка и представление информации ведутся в реальном ритме контроля объекта.

По сравнению с ИС эксплуатационные параметры САК более высокие: длительность непрерывной работы, устойчивость и воздействие промышленных помех, климатические и механические воздействия.

В настоящее время в основу классификации САК положена общая классификация ИИС с учетом специфики функций, выполняемых САК.

Системы технической диагностики (СТД). Они относятся к классу ИИС, так как здесь обязательно предполагается выполнение измерительных преобразований, совокупность которых составляет базу для логической процедуры диагноза. Цель диагностики - определение класса состояний, к которому принадлежит состояние обследуемого объекта.

Диагностику следует рассматривать как совокупность множества возможных состояний объекта, множества сигналов, несущих информацию о состоянии объекта, и алгоритмы их сопоставления.

Объектами технической диагностики являются технические системы.
Элементы любого технического объекта обычно могут находиться в двух состояниях: работоспособном и неработоспособном. Поэтому задачей систем технической диагностики СТД является определение работоспособности элемента и локализация неисправностей.

Основные этапы реализации СТД:

- выделение состояний элементов объекта диагностики контролируемых величин, сбор необходимых статистических данных, оценка затрат труда на проверку;

- построение математической модели объекта и разработка программы проверки объекта;

- построение структуры диагностической системы.

Элементы объекта диагноза, как правило, недоступны для непосредственного наблюдения, что вызывает необходимость проведения процедуры диагноза без разрушения объекта. В силу этого в СТД преимущественно применяются косвенные методы измерения и контроля.

В отличие от ИС и САК система технической диагностики имеет иную организацию элементов структуры и другой набор используемых во входных цепях устройств и преобразователей информации. Входящий в состав структуры
СТД набор средств обработки, анализа и представления информации может оказаться значительно более развитым, чем в ИС и САК. В СТД определение состояния объекта осуществляется программными средствами диагностики. При поиске применяется комбинационный или последовательный метод.

По виду используемых сигналов СТД подразделяют на аналоговые и кодовые.
По характеру диагностики или прогнозирования различают статистические и детерминированные СТД. При статистической оценке объекта решение выносится на основании ряда измерений или проверок сигналов, характеризующих объект.
В детерминированной СТД параметры измерения реального объекта сравниваются с параметрами образцовой системы (в СТД должны храниться образцовые параметры проверяемых узлов). Системы технической диагностики подразделяют также на автоматические и полуавтоматические, а по воздействию на проверяемые объекты они могут быть пассивными и активными. В пассивной СТД результат диагностики представляется на световом табло либо в виде регистрационного документа, т. е. результатом проверки является только сообщение о неисправности. При активной проверке СТД автоматически подключает резерв или осуществляет регулирование параметров отдельных элементов. Конструктивно СТД подразделяют на автономные и встроенные (или внешние и внутренние).

Телеизмерительные информационные системы (ТИИС). Они отличаются от ранее рассмотренных в основном длиной канала связи. Канал связи является наиболее дорогой и наименее надежной частью этих систем, поэтому для ТИИС резко возрастает значение таких вопросов, как надежность передачи информации.

Телеизмерительные ИИС могут быть одно- или многоканальными. Они предназначаются для измерения параметров сосредоточенных и рассредоточенных объектов. В зависимости от того, какой параметр несущего сигнала используется для передачи информации, можно выделить ТИИС:

- интенсивности, в которых несущим параметром является значение тока или напряжения;

- частотные (частотно-импульсные), в которых измеряемый параметр меняет частоту синусоидальных колебаний или частоту следования импульсов;

- времяимпульсные, в которых несущим параметром является длительность импульсов; к ним же относятся фазовые системы, в которых измеряемый параметр меняет фазу синусоидального сигнала или сдвиг во времени между двумя импульсами;

- кодовые (кодоимпульсные), в которых измеряемая величина передается какими-либо кодовыми комбинациями.

Системы интенсивности подразделяются на системы тока и системы напряжения в зависимости от того, какой вид сигнала используется для информации. Этим системам присущи сравнительно большие погрешности, и они используются при передаче информации на незначительное расстояние.

Частотные ТИИС имеют большие возможности, поскольку в них практически отсутствуют погрешности, обусловленные влиянием линий связи, и возрастает дальность передачи информации по сравнению с системами интенсивности.

Время-импульсные системы по длительности применяемых для передачи импульсов подразделяют на две группы: системы с большим периодом (от 5 до
50 с) и системы с малым периодом (менее десятых долей секунды).

Длиннопериодные системы применяются в основном для измерения медленно меняющихся неэлектрических величин (уровень жидкости, давление газов и др.).

Короткопериодные системы имеют большое быстродействие. Для передачи коротких импульсов требуется большая полоса частот, пропускаемых каналом связи. В силу этого такие системы с проводными линиями связи (ЛС) используются редко.

В последнее время получили широкое развитие адаптивные ТИИС, в которых алгоритмы работы учитывают изменение измеряемой величины или окружающих условий (воздействий).

Основная цель применения адаптивных ТИИС состоит в исключении избыточности выдаваемой системой измерительной информации и в сохранении или оптимизации метрологических характеристик (помехоустойчивости, быстродействия, погрешностей) при изменении условий измерительного эксперимента.

В адаптивных ТИИС используются алгоритмы адаптивной дискретизации и могут быть использованы алгоритмы адаптивной аппроксимации.

Обобщенная структура ИИС

Рассмотренные выше измерительные информационные системы показывают, что почти для каждого типа ИИС используется цепочка из аппаратных модулей
(измерительных, управляющих, интерфейсных, обрабатывающих). Таким образом, обобщенная структурная схема ИИС содержит:

- множество различных первичных измерительных преобразователей, размещенных в определенных точках пространства стационарно или перемещающихся в пространстве по определенному закону;

- множество измерительных преобразователей, которые могут состоять из преобразователей аналоговых сигналов, коммутаторов аналоговых сигналов, аналоговых вычислительных устройств, аналоговых устройств памяти, устройств сравнения аналоговых сигналов, аналоговых каналов связи, аналоговых показывающих и регистрирующих измерительных приборов;

- группу аналого-цифровых преобразователей, а также аналоговых устройств допускового контроля;

- множество цифровых устройств, содержащее формирователи импульсов, преобразователи кодов, коммутаторы, специализированные цифровые вычислительные устройства, устройство памяти, устройство сравнения кодов, каналы цифровой связи, универсальные программируемые вычислительные устройства - микропроцессоры, микроЭВМ и др.;

- группу цифровых устройств вывода, отображения и регистрации, которая содержит формирователи кодоимпульсных сигналов, печатающие устройства записи на перфоленту и считывания с перфоленты, накопители информации на магнитной ленте, на магнитных дисках и на гибких магнитных дисках, дисплеи, сигнализаторы, цифровые индикаторы;

- множество цифроаналоговых преобразователей;

- указанные функциональные блоки соединяются между собой через стандартные интерфейсы или устанавливаются жесткие связи;

- интерфейсные устройства (ИФУ), содержащие системы шин, интерфейсные узлы и интерфейсные устройства аналоговых блоков, служащие главным образом для приема командных сигналов и передачи информации о состоянии блоков. Например, через интерфейсные устройства могут передаваться команды на изменение режима работы, на подключение заданной цепи с помощью коммутатора;

- устройство управления, формирующее командную информацию, принимающее информацию от функциональных блоков и подающее команды на исполнительные устройства для формирования воздействия на объект исследования (ОИ).

Однако не для всякой ИИС требуется присутствие всех блоков. Для каждой конкретной системы количество блоков, состав функций и связи между блоками устанавливаются условиями проектирования.

Создана для Бушерской АЭС в Иране. Выполнена на базе двух СМ 1820МВУ, выполняющих функции дублированного автоматизированного рабочего места, и трех контроллеров СМ1820М КП, выполняющих функции коммуникационных процессоров. Коммуникационные процессоры осуществляют сбор информации от интеллектуальных датчиков радиационной обстановки, распределенными по территории АЭС, ее предварительную обработку, промежуточное хранение и передачу в СМ1820МВУ. Связь с датчиками и автоматизированными рабочими местами осуществляется по каналам интерфейса RS485. Созданы новые конфигурации управляющих вычислительных комплексов верхнего уровня и контроллеров, функционирующие в условиях повышенной температуры и в атмосфере, насыщенной сульфатами и хлоридами, характерной для побережья Персидского залива.

Основываясь на опыте использования SCADA систем, полученном при выполнении ряда проектов, которые были осуществлены в период с 1999 по 2005 гг, были выявлены некоторые недостатки в использовании SCADA системы WinCC, производства фирмы SIEMENS. Основными проблемами является недостаточная открытость и возможность применения только в среде операционной системы Windows 2000. Анализируя возможности решения данной проблемы было принято решение о разработке собственной многоплатформенной SCADA системы, которая не должна уступать по своим характеристикам уже существующим системам других разработчиков и решит проблемы, выявленные при использовании покупных систем. Таким образом, с января 2005 года была начата разработка собственной SCADA системы.
Система SCADA включает в себя следующие базовые компоненты:
· Модуль управления переменными (как внутренними - логическими, так и внешними, подключенными к оборудованию нижнего уровня).

· Развитая и надежная система архивирования значений процесса с функциями резервирования.
· Система контроля за аварийными ситуациями с подробными журналами событий и удобным пользовательским интерфейсом для доступа к этим журналам и быстрого поиска источника аварии.

· Графическая система, позволяющая быстро и легко создавать мнемосхемы на основе библиотеки графических объектов, связывать их с переменными, а в режиме исполнения отображать эти мнемосхемы в структурированном виде.
· Система разработки алгоритмов взаимодействия переменных в режиме исполнения, основанная на построении логических схем на базе библиотечного набора элементов.
· Скриптовый язык высокого уровня для описания более сложных алгоритмов взаимодействия переменных, а также для взаимодействия с внешними приложениями.
· Система генерации отчетов, позволяющая выводить протоколы и графики на печать, как в ручном, так и в автоматическом режиме.

· Служба резервирования для повышения надежности системы в режиме исполнения при сборе и архивировании информации с возможностью синхронизации архивов при простое одного из серверов.

· Совместимость с системами нижнего уровня других производителей по стандартным протоколам, таким как MODBUS.

· Служба сохранения архивов процесса и сообщений на долгосрочных носителях с возможностью последующего восстановления и графического представления данных для изучения.
· Внешний программный интерфейс для предоставления пользователям дополнительных возможностей по связи системы с их источниками данных.

Каждый модуль выполняется в виде отдельной программы и все они могут быть запущены на различных узлах сети, что позволяет сделать систему распределенной для объектов с большой нагрузкой. И наоборот, при использовании данной системы на небольших объектах существует возможность компоновки всех модулей на одной машине.
Учитывая различные требования заказчиков к надежности и быстродействию при автоматизации различных объектов, система адаптирована к использованию в комплекте с разными СУБД. Базовая версия основана на СУБД FireBird. Более масштабное исполнение может работать с такими СУБД как Microsoft SQL Server, Sybase, Oracle. Кроме того, при построении высоко надежных и производительных систем управления важна возможность использования системы в различных операционных системах семейства Windows и Linux.
Наборы используемых компонентов могут быть выбраны пользователем при конфигурации проекта, что позволяет создавать не только большие системы управления, но и встраивать SCADA систему непосредственно в промышленные контроллеры. Пробная версия такой сборки была выполнена и оттестирована в декабре 2005 года. Такое исполнение значительно расширяет спектр возможных применений системы в комплексах автоматизации. Как пример применения подобной архитектуры можно привести систему теплоснабжения города. Где в каждой бойлерной микрорайона установлен контроллер, осуществляющий местное управление и регулирование. Контроллер оснащен локально SCADA системой, которая осуществляет сбор информации, отображает локальные данные на мониторе, подключенном непосредственно к контроллеру, и собирает локальный архив. Далее, создаются у усредненные архивы, параметры текущего состояния, которые направляются в центральную диспетчерскую систему.

Разрабатываемая SCADA система оснащена мощными средствами для взаимодействия с внешними приложениями и средствами внутреннего программирования, что делает ее предельно открытой для разработчика системы управления. Комплект библиотек для работы с модулями системы позволяют использовать «снаружи» те же методы модулей, что и «изнутри». Таким образом разработчик имеет возможность не только подключать к системе дополнительные источники данных, не известные в системе по умолчанию, но и создавать сценарии управления и обработки данных, выполняемые удаленно.
В разрабатываемой системе изначально включен необходимый набор драйверов для наиболее эффективной работы с оборудованием семейства СМ1820М по различным интерфейсам (RS-232/485, Ethernet, USB).

Повышение производительности труда человека – это заслуга механизации.
Уже долгое время она облегчает задачи человека, но не может полностью освободить его от ручного труда или присутствия на рабочем месте. Такие вещи, как оценка результатов контроля и решения вопроса о дальнейшей судьбе проверенной детали - забраковать ее или отправить на доработку, были только в компетенции человека, что требовало затрат умственного труда и относятся к сфере управления производством. Очевидно, эти функции тоже можно упразднить, заменив человека механизмами способными самостоятельно решать данные проблемы. Переложение функций управления процессом с человека на автоматические устройства стало началом нового времени – эры автоматизации.

Стремительное развитие электроники и вычислительной техники оказалось предпосылкой для широкой автоматизации самых разнообразных процессов в промышленности, в научных исследованиях, в быту. Вершиной автоматизации стало появление автоматизированных измерительных и диагностических комплексов, которые позволили полностью заменить человека, как важного элемента любого производственного или научно-исследовательского процесса.
Опираясь на возможности таких систем и комплексов, человечество поднялось на еще одну ступень в бесконечном стремлении взойти на вершину технического совершенства.

Список литературы.

1. Цапенко М. П. Измерительные информационные системы: Структуры и алгоритмы, системотехническое проектирование. - М.: Энергоатомиздат, 1985

2. Кузьмичев Д. А., Радкевич И. А., Смирнов А. Д. Автоматизация экспериментальных исследований. - М.: Наука, 1983.

3. Государственная система приборов и средств автоматизации / Под ред. Г.

И. Кавалерова. - М.: ЦНИИТЭИ приборостроения, средства автоматизации и систем управления,1981.

4. Хазанов Б. И. Интерфейсы измерительных систем. - М.: Энергия, 1979.

5. Алиев Т. М., Тер-Хачатуров А.А. Измерительная техника: Учебное пособие для техн. вузов. - М.: Высш. шк.,1991.

Дата добавления: 2014-01-06