Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок АЭС - Технические средства управляющих вычислительных комплексов

Как отмечалось в § 12.1, современные УВК строятся на базе серийных мини-ЭВМ (М-7000, СМ-2 и др.). Технологические особенности автоматизируемых объектов требуют различного объема ОЗУ, разного набора устройств связи .с объектом, терминалов связи с оператором и т. д. Для возможности удовлетворения этих требований с помощью серийных ЭВМ они выполняются по агрегатированному принципу. Это означает, что ЭВМ фактически представляет собой набор устройств, предназначенных для выполнения различных функций. Эти устройства могут соединяться между собой в разных сочетаниях, образуя вычислительный комплекс, соответствующий требованиям ТОУ. Устройства, выполненные по агрегатированному принципу, должны удовлетворять условиям конструктивной унификации, а также электрической и алгоритмической унификации сопряжений. Конструктивная унификация означает, что различные устройства должны иметь одни и те же размеры, одинаковые разъемы и способы крепления (на практике имеется ограниченное число типоразмеров).

Это позволяет иметь в одинаковых шкафах различный набор блоков, а в блоках — различный набор функциональных плат (модулей).
Электрическая унификация сопряжений означает, что информация между различными устройствами передается с помощью электрических импульсов со стандартными напряжением, длительностью и последовательностью, линии связи между устройствами имеют одинаковое число проводов. Алгоритмическая унификация сопряжений означает, что одинаковы как способы кодирования информации, передаваемой к различным устройствам я принимаемой от них, так и команды, которыми процессор управляет различными устройствами. На практике полная унификация сопряжений нецелесообразна и используются 2—3 варианта сопряжений, причем существуют устройства, автоматически преобразующие сигналы одного сопряжения в сигналы другого. Стандартизация сопряжений позволяет в зависимости от требований ТОУ в разных комплексах вставлять в один и тот же разъем различные устройства (например, устройство ввода или вывода информации). Правильность управления этими устройствами обеспечивается с помощью программ, в которых указывается, как надо управлять устройством, подсоединенным к данному разъему.
Стандартизация конструкций и сопряжений ЭВМ закреплена в стандартах СССР и стран — членов СЭВ, многие из них совпадают с международными рекомендациями. Благодаря этому в УВК имеется возможность использовать кроме изделий СССР продукцию многих стран СЭВ.
В настоящем параграфе описывается основная выпускаемая в настоящее время в СССР совместно со странами СЭВ система мини- ЭВМ СМ-2. Учитывая, что на многих АЭС действуют системы с машинами М-7000, даются сведения о технических средствах и этой системы. Кроме того, описывается система М-60, используемая в качестве информационного УСО в УВК, построенных на базе М-7000.
Основным конструктивом СМ-2 являются автономные блоки, в каждом из которых помимо собственных устройств размещаются собственные источники питания и вентиляторы. Блоки устанавливаются в шкафах или монтируются на специальных подставках. Некоторые блоки, относящиеся к периферийному оборудованию, предназначаются для настенного монтажа. Функциональное назначение многих автономных блоков может изменяться путем установки модулей в имеющиеся в них разъемы Модули не являются автономными и питаются от источников блока.
При разработке СМ-2 уделялось особое внимание надежности, которая достигается как путем повышения надежности используемых устройств, так и введением резервирования. Структура средств СМ-2 позволяет использовать в одном комплексе два или больше процессоров, подключать периферийные устройства сразу к двум процессорам, вводить в УВК аналоговые сигналы от одного датчика по двум независимым каналам. Благодаря этим мерам при отказе отдельных устройств УВК в целом полностью или частично продолжает выполнять свои функции.

УСТРОЙСТВА СВЯЗИ С ОПЕРАТОРОМ-ТЕХНОЛОГОМ. СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Устройства связи вычислительных комплексов с операторами-технологами предназначены для выполнения двух основных функций представления оператору информации из УВК и передачи в УВК управляющих сигналов от оператора. Связь с операторами-технологами должна удовлетворять следующим основным требованиям
объем информации должен быть необходимым и достаточным для ведения данного технологического режима;
информация должна представляться в легко воспринимаемой наглядной форме;
Таблица 122. Основные характеристики устройств печати

Таблица 12. 3. Бланк адресной периодической печати

передаваемые команды должны быть простыми и легко запоминаться операторами,
устройства связи должны быть компактны и удобно размещены в оперативных помещениях, на пультах и щитах;
устройства связи должны быть надежными
Представление информации осуществляется следующими устройствами печатающими устройствами, электронно-лучевыми индикаторами (дисплеями), табло сигнализации, сигнальными лампами, клавишами с подсветкой и т. п.
Передача управляющих сигналов в УВК осуществляется со следующих устройств клавиатур печатающих устройств и электронно-лучевых индикаторов; специальных устройств типа имеющихся в комплексе М-60 наборных полей.
В настоящем параграфе рассматриваются устройства печати и электронно-лучевые индикаторы.
Устройства печати. Эти устройства позволяют воспроизводить на бумаге алфавитно-цифровую информацию (прописные русские и латинские буквы, цифры, знаки препинания, спецсимволы). По способу печати знака устройства делятся на знакопечатающие и знакосинтезирующие. В знакопечатающих устройствах для каждого знака имеется заранее выполненная копия этого знака (так же, как и в обычных пишущих машинках). В знакосинтезирующих устройствах таких копий нет, а каждый знак генерируется по командам устройства управления. Благодаря малой инерционности знакогенераторов эти устройства имеют высокую скорость печати (до 200 знаков/с).
Знакопечатающие устройства делятся на последовательные и параллельные. Последовательные устройства одновременно печатают один знак. Бумага перемещается по горизонтали при печати строки и по вертикали при переходе на новую строку (так же, как и в пишущих машинках). Параллельные устройства одновременно печатают всю строку, а бумага перемещается по вертикали.
Последовательные знакопечатающие устройства обладают малой скоростью печатания и обычно предназначаются для вывода небольших массивов информации. Для вывода больших массивов предназначаются быстродействующие параллельные и знакосинтезирующие устройства. Последовательные знакопечатающие устройства имеют управляющую клавиатуру. Оператор, печатая на клавиатуре определенные команды, может запускать различные программы в УВК, запрашивать необходимую информацию и т д. Основные характеристики применяемых в АСВТ-М и СМ ЭВМ печатающих устройств приведены в табл 12. 2.
Основные формы представления информации на печатающих устройствах адресная печать; печать с указанием натуральных обозначений параметров (технологические бланки); печать картограмм; печать текстовых сообщений.
Адресная печать (табл 12 3) является наиболее простой, -при ней печатается условный код (номер) параметра, а под ним—его значение, в начале строки указывается время (ч, мин). Программы, по которым производится такая печать, относительно просты и могут храниться в ОЗУ. Однако расшифровка таких записей требует запоминания оператором значений адресов или использования специальных справочников.

Таблица 124 Бланк технологической периодической печати

Таблица 125 Бланк печати картограмм (температура теплоносителя на выходе из

Более удобной для оператора является печать, при которой каждому параметру предпосылается его натуральное обозначение и размерность (табл. 12.4). В этом случае параметры удобно группировать по признаку принадлежности к определенному технологическому узлу (технологический бланк). Так как время печати одного параметра и расход бумаги при печати в виде технологических бланков больше, чем при адресной печати, последняя обычно используется при необходимости часто печатать какой-либо параметр или группу параметров.
 Для печати технологических бланков требуется хранить в программах помимо значений печатаемых параметров много дополнительной информации наименование параметра, размерность, заголовок бланка. Поэтому эти программы занимают большие объемы памяти и их обычно хранят в ВЗУ (на дисках).
Для вывода массовых параметров, относящихся к тепловыделяющим сборкам реактора (температуры и расхода теплоносителя, мощности сборки, максимальной температуры оболочек), удобны картограммы, в которых место печати каждого параметра приближенно соответствует положению данной сборки на поперечном разрезе реактора (табл. 12 5). Некоторые печатающие устройства могут производить двухцветную печать, при этом отклонившиеся от нормы параметры выделяются красным цветом.
Печать текстовых сообщений производится для оповещения оператора о различного рода технологических ситуациях в ТОУ, выявленных диагностическими программами неисправностей в работе агрегатов, советов по оптимизации режима и т. п.
По времени вывода информации печать можно подразделить на периодическую печать, печать по вызову, печать отклонений.
Периодическая печать осуществляется через заданные промежутки времени вне зависимости от ситуации в ТОУ и требований оператора. В первых ИВС обычно принимались малые интервалы печати (15—30 мин). Практика показала нецелесообразность такой частой печати, и в настоящее время принимаются более длительные интервалы (смена, сутки). Наиболее употребительная форма вывода— технологические бланки и картограммы. Если в специальных случаях необходимо иметь малые интервалы печати, применяется адресная печать.
Печать по вызову осуществляется по требованию оператора, когда он желает подробно ознакомиться с состоянием какого-либо узла. Эта печать может быть однократной или периодической, в последнем случае оператор должен указать интервал печати и число циклов (или общее время). Применяется вызов как отдельных параметров (в этом случае необходимо указать их код), так и групп параметров (бланков, картограмм).
При печати отклонений УВК автоматически определяет вышедшие за уставки параметры и выдает их на устройства печати. Обычно при этом печатается код (реже наименование) параметра, время выхода за уставку и значение параметра. От момента выхода за уставку до момента возврата в допустимую зону может автоматически осуществляться периодическая печать с заранее заданным циклом.
Как правило, анализируются отклонения не всех параметров, контролируемых УВК, а относительно небольшой их части (10—20%). Близкой по назначению к печати отклонений является регистрация результатов диагностических программ, на основании которых печатаются текстовые сообщения.
Вывод на печать параметров предаварийных и аварийных процессов (см §12. 3.) осуществляется автоматически по завершении аварийного процесса или по вызову оператора.
Электронно-лучевые индикаторы ЭЛИ (дисплеи). Эти устройства благодаря высокому быстродействию, компактности, бесшумности, способности представлять информацию в различных формах получили большое распространение в современных АСУ и с успехом вытесняют другие способы представления информации аналоговые и цифровые приборы, табло сигнализации, оперативную печать
По способу представления информации ЭЛИ, применяемые в АСУ ТП, подразделяются на алфавитно-цифровые и мнемоскопы. Алфавитно-цифровые ЭЛИ способны представлять на своих экранах прописные русские и латинские буквы, цифры и специальные символы (знаки препинания, математические знаки). Эта информация может передаваться на ЭЛИ из УВК. Кроме того, все алфавитно-цифровые ЭЛИ снабжаются клавиатурами, с помощью которых можно набирать на экране тексты, а также редактировать их частично стирать, добавлять, сдвигать и т д Все клавиши клавиатуры можно разделить на пять групп. 1) символьные клавиши; 2) клавиши редактирования, 3) клавиши перемещения светового указателя (маркера), 4) клавиши управления, 5) технологические клавиши.

При нажатии на символьную клавишу на экране появляется один из имеющихся в наборе ЭЛИ символов Клавиши редактирования служат для изменения имеющегося на экране текста, с их помощью можно стереть или сдвинуть часть текста вправо или влево На экране ЭЛИ имеется световой указатель (маркер), который указывает, на каком месте появится символ при нажатии символьной клавиши Кроме того, при редактировании этот же маркер показывает, какие символы следует стереть или какую часть текста сдвинуть При наборе текстов оператором после нажатия каждой символьной клавиши указатель автоматически сдвигается на одно место вправо С помощью клавиш перемещения маркера он может быть установлен в произвольном месте, что используется как при наборе, так и при редактировании текстов
Клавиши управления служат для передачи в УВК команд о готовности ЭЛИ к приему информации («прием») или о необходимости передать в ВК информацию с экрана («передача»).
Технологические клавиши не используются в схеме управления ЭЛИ. Сигнал об их нажатии непосредственно передается в УВК и служит для запуска тех или иных программ. Характер этих программ определяется задачами каждой конкретной АСУ, где используется данное ЭЛИ.
Основные характеристики алфавитно-цифровых дисплеев, применяемых в АСУ ТП, представлены в табл 12. 6.
Таблица 12.6. Характеристики алфавитно-цифровых дисплеев

Сообщения, выдаваемые на экраны алфавитно-цифровых ЭЛИ, близки по своей форме к технологическим бланкам и текстовым сообщениям, печатаемым на печатающих устройствах, однако гибкость представления информации на ЭЛИ открывает более широкие возможности их использования. В основном информация представляется на экраны по вызову оператора, для этого он должен набрать на экране код необходимой группы параметров и нажать управляющую клавишу «передача». Отмстим, что в отличие от печати при вызове на ЭЛИ определенных параметров они обновляются на нем с циклом, равным их поступлению в УВК (обычно 2 с).
При появлении нарушений в работе ТОУ УВК может выдавать по своей инициативе сообщения об отклонении параметров или об отказах технологических агрегатов В последнем случае ЭЛИ работает аналогично обычным табло сигнализации, но имеет то преимущество, что на один экран может быть последовательно выведено практически неограниченное количество сообщений.

Опыт использования алфавитно-цифровых ЭЛИ в АСУ ТП показал, что представление информации на них -не всегда удобно для целей оперативного управления Во многих случаях целесообразно представлять информацию в более наглядной форме. Поэтому в АСУ ТП также нашли применение ЭЛИ, которые наряду с алфавитно-цифровой информацией могут представлять мнемосхемы, графики, картограммы и т. д. Для представления информации применяются различные принципы. Например, в ЭЛИ А543-11 экран разбит на 86 400 точек (270 строк по 320 точек) В соответствии с командами, передаваемыми из УВК, эти точки могут засвечиваться одним из семи цветов (синим, красным, зеленым, комбинацией этих цветов по двое и белым цветом) или оставаться незасвеченными. Подбирая комбинации засвеченных точек, можно создавать на экране практически любые изображения (например, мнемосхемы), включая при необходимости и алфавитно-цифровые сообщения.
Наиболее удобным способом вызова необходимой оператору информации на мнемоскоп является предметный, осуществленный, например, в ЭЛИ «Орион», установленном на ряде АЭС. В этом ЭЛИ вызов необходимой информации осуществляется нажатием клавиш на блоке клавиатуры (БК), каждая из которых соответствует определенному технологическому агрегату (например, «реактор», «компенсатор объема»). Код требуемого изображения передается в УВК, откуда поступает запрошенная информация На энергоблоках, имеющих многопетлевую схему, для уменьшения требуемого количества клавиш вызов осуществляется нажатием двух клавиш Одна из них указывает название требуемого агрегата (например, ГЦН или ПАРОГЕНЕРАТОР), а другая—номер петли.

Рис. 12.13. Способы представления информации на экране ЭЛИ:
а — технологическая мнемосхема, б — символьная картограмма активной зоны, в — картограмма фрагмента активной зоны,1 — синий цвет, 2 — зеленый цвет; 3 — красный цвет, 4 — фиолетовый цвет

Рассмотрим основные способы представления информации на мнемоокопах, примеры которых изображены на рис. 12 13. Наиболее распространенным способом являются мнемосхемы (рис. 12.13,а).  Статическая часть изображения включает в себя условные обозначения и наименования технологических агрегатов, трубопроводов, запорных и регулирующих органов. На мнемосхему вблизи соответствующих мест измерения выводятся значения параметров (в виде десятичны чисел). Отклонение параметров за уставку выделяется цветом (красный—больше, фиолетовый—меньше, зеленый—норма), а также мерцанием. Положение запорных органов указывается цветом спецсимвола, располагаемого внутри мнемознака органа («открыто»—красный, «закрыто»—зеленый, «движение— мигание символа цвета конечного положения, «остановка в промежуточном   положении»—фиолетовый). Степень открытия регулирующих органов показывается двумя десятичными цифрами (в %). Состояние механизмов указывается цветом символа, расположенного внутри мнемознака механизма (красный—«включено», зеленый— «выключено»).
Для контроля массовых параметров тепловыделяющих сборок реактора используются картограммы. На рис. 12.13,6 показан образец символьной картограммы, которая представляет собой упрощенный поперечный разрез реактора, каждой топливной сборке которого соответствует символ, цвет которого меняется в зависимости от величины параметров. На экране также выводятся уставки, показывающие величины параметра, при которых меняется цвет спецсимвола. На такую картограмму без изменения статической части могут вызываться различные измеренные и расчетные параметры сборок (максимальная температура теплоносителя, горючего и оболочки; мощность сборки; расход теплоносителя; паросодержание и т. п.). Вызов картограммы производится нажатием двух клавиш: одной, вызывающей статическую часть, и другой—уточняющей параметр. С помощью описанной картограммы удобно следить за распределением параметра в реакторе, например во время выравнивания 234 энерговыделения органами управления реактором.
Для представления истинных значений контролируемых массовых параметров служат числовые кардиограммы (рис. 12.13,в), на которых параметры изображаются десятичным числом. На таких картограммах можно представить информацию о 50—60 сборках. Так как реакторы обычно имеют большое число сборок, на одной картограмме нельзя разместить всю информацию и активная зона разделяется на части, каждую из которых можно вызвать на экран. Части, на которые разделена зона, изображаются на символьной картограмме жирными линиями (рис 12.13,6). Вызов числовой картограммы осуществляется нажатием двух клавиш, одна из которых указывает требуемую зону, а другая — требуемый параметр. Для задания параметра используются те же клавиши, что и для вызова символьной картограммы. Отклонившиеся параметры, так же как и на символьной картограмме, выделяются цветом.
Мнемоскопы могут использоваться и для представления информации в других формах (графики, таблицы, тексты и т. п.).