Программно-технический комплекс автоматизированной системы управления
SOFTWARE AND HARDWARE COMPLEX OF AUTOMATED CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к электронному машиностроению и касается программно-технических комплексов автоматизированной системы управления (ПТК АСУ ТП), преимущественно для АЭС, которые эксплуатируются в условиях наличия внешней вибрации, приводящей к механическому старению элементов устройств, входящих в ПТК АСУ ТП.
Известны ПТК АСУ ТП, состоящие из объединенных в сеть «Программно-технических средств (ПТС)», представляющих собой шкафы, панели, пульты, дисплейные рабочие станции, внутри которых размещена идентифицированная аппаратура (блоки устройств и единичные электронные, электротехнические, оптические, электромеханические, электроустановочные и электромонтажные устройства) - см. «Стандарт СТО 1.1.1.07.001.0675-2008 АО «Концерн Росэнергоатом» Атомные станции, АППАРАТУРА, ПРИБОРЫ, СРЕДСТВА СИСТЕМ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ, Общие технические требования, Дата введения 15.02.2009 г.».
В указанном стандарте указано, что необходима классификация по сейсмостойкости и виброустойчивости:
а) аппаратура, приборы и средства автоматизации в зависимости от степени их ответственности за обеспечение безопасности при сейсмических воздействиях и работоспособности после прохождения землетрясения должны быть отнесены к одной из трех категорий сейсмостойкости в соответствии с НП-031-01, с учетом их класса безопасности по ОПБ 88/97;
б) в зависимости от группы условий эксплуатации и места установки аппаратура приборы и средства автоматизации должны быть отнесены к одной из четырех групп устойчивости к синусоидальным вибрационным воздействиям.
В связи с тем, что на каждом объекте, где установлена ПТК АСУ ТП, существуют различные условия эксплуатации, то для каждого объекта приходилось проектировать и квалифицировать на стойкость к внешним воздействиям индивидуальный ПТК АСУТП с индивидуально подобранными Программно-техническими средствами и элементной базой, что значительно удорожало ПТК АСУ ТП и увеличивало сроки поставки.
Наиболее близким аналогом заявляемого ПТК АСУ ТП определен «Комплект ПТК АСУ ТП», состав которого представлен в ТУ 3433-001-88356101-2012 «Панели микропроцессорные для систем контроля, управления и защит электротехнического оборудования (комплекты)» (указанные технические условия переданы и зарегистрированы в реестре ФГУП «Стандартинформ» с регистрационным №118078 и находятся в свободном доступе на сайте www.bte-service.ru).
В аналоге предусмотрено использование шкафов, панелей, пультов, дисплейных рабочих станций, внутри которых размещена идентифицированная аппаратура (блоки устройств и единичные электронные, электротехнические, оптические, электромеханические, электроустановочные и электромонтажные устройства), установленных на цоколи, и/или сейсмозащитные платформы, и/или демпфирующие основания, в которые встроены основания для электрической аппаратуры, состоящие из 3D-компенсаторов, датчиков вибрации, автоматических регуляторов, программируемых контроллеров, которые передают в сеть информацию об амплитудно-частотных характеристиках вибрации пола и основания ПТС.
Это позволило использование ПТС, квалифицированных при нормальных ВВФ, в экстремальных условиях эксплуатации по сейсмике и вибрации, т.е. один и тот же ПТК АСУ ТП может быть использован в различных условиях вибрации.
Однако выяснилось, что в одном и том же помещении с установленной проектной категорией по вибрации реальная вибрация, воздействующая на шкаф, существенно различается в зависимости от места установки, т.к. зависит от расстояния и связи с источником вибрации. Одновременно с этим выяснилось, что различные элементы ПТС имеют неодинаковую скорость механического старения при повышении вибрации. Прототип учитывает параметры вибрации для управления режимом работы сейсмозащитных платформ с помощью автоматических регуляторов, но не имеет возможности расчета дозы вибрации и сравнения ее с пороговыми паспортными данными элементов ПТС, т.к. для этого требуется идентифицировать все элементы ПТС и дополнить функционал программируемых контролеров либо применить дополнительные устройства.
В результате появилась необходимость идентифицировать ПТС и их элементы, входящие в ПТК АСУ ТП, и своевременно заменять элементы, у которых механическое старение приблизилось к пороговому значению, т.к. вероятность безотказной работы некоторых элементов и аппаратуры ПТС недопустимо увеличилась из-за ускоренного механического старения, что приводило к снижению надежности ПТК АСУ ТП в целом. Эта проблема особенно актуальна на ответственных объектах, где преждевременный выход из строя элементов ПТК АСУ ТП может привести к тяжелым последствиям.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в повышении надежности ПТК АСУ ТП за счет упреждающей замены элементов ПТС, механическое старение которых приблизилось к паспортному пороговому значению.
Техническим результатом решения поставленной задачи является автоматическая идентификация элементов ПТК АСУ ТП, механическое старение которых приблизилось к пороговому значению.
Указанная задача решается тем, что в комплекс дополнительно встроен программируемый контроллер-компаратор спектральной плотности энергии (СПЭ), который соединен с информационной системой и содержит базу данных о допустимых значениях СПЭ и пороговые значения дозы вибрации элементов технических средств, предназначенный для обработки данных о вибрации, поступающих от контроллеров из оснований для электрической аппаратуры, интегрирования текущих значений СПЭ для программно-технических средств, сравнения текущих значений СПЭ с допустимыми и на основании данных о пороговых значениях вибрации для элементов технических средств и передачи в информационную сеть сигнала о необходимости выполнения регламентных работ на программно-технических средствах, которые требуется выполнить по показателям вибрации.
В соответствии с МЭК 60980 форма моделирования вибрационных и сейсмических колебаний может быть описана в виде функции спектральной плотности энергии (СПЭ), которая выражается как среднеквадратичное значение амплитуды ускорения на единицу частоты колебания. И частота, и амплитуда ускорения вибрации могут быть измерены с помощью датчиков и переданы в сеть программируемыми контроллерами, установленными в основании для электрической аппаратуры, которое встроено в сейсмозащитную платформу. Эти данные должны автоматически обрабатываться, преобразовываться в величину СПЭ для каждого идентифицированного ПТС, интегрироваться по времени для определения интегральной дозы энергии вибрации, полученной аппаратурой ПТС, и сравниваться с паспортным значением допустимой дозы вибрации каждого из элементов, входящих в состав ПТС. Если накопленная доза вибрации превышает допустимое паспортное значение вибрации некоторых элементов ПТС, то информация об этом должна быть направлена оператору ПТК АСУ ТП. При этом важно отследить дозу вибрации в период монтажа и наладки, т.к. этот процесс длительный (на АЭС длится около года или более) и в этот период проводятся испытания инженерных систем (кондиционирование, вентиляция и т.д.), при которых часто имеют место экстремальные уровни продолжительной вибрации.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена структура ПТК АСУ ТП, на фиг. 2 - структура элементов ПТК АСУ ТП, встроенных в основание для электрической аппаратуры.
ПТК АСУ ТП представляет собой единую информационную сеть 1, в которую объединены ПТС (шкафы 2, панели 3, пульты 4, дисплейные рабочие станции 5), внутри которых размещены идентифицированные элементы (блоки 6 устройств и единичные устройства 7: электронные, электротехнические, оптические, электромеханические, электроустановочные и электромонтажные), расположенные на цоколях 8 и/или сейсмозащитных платформах 9, в которые встроены основания для электрической аппаратуры 10, состоящие из 3D-компенсаторов 11, датчиков вибрации 12, автоматических регуляторов 13, программируемых контроллеров 14, которые передают в сеть информацию об амплитудно-частотных характеристиках вибрации пола и основания ПТС. В процессе монтажа оборудования в составе первой смонтированной сейсмозащитной платформы дополнительно установлен контроллер-компаратор СПЭ 15, который имеет канал связи 16 с информационной сетью 1 и который способен еще до запуска ПТК АСУ ТП в работу осуществлять текущий расчет дозы вибрации, идентифицировать сигналы от программируемых контроллеров 14 с привязкой к конкретному помещению и конкретному ПТС, иметь связь с локальной сетью СПЭ 17 для последовательной загрузки базы паспортных допустимых доз вибрации элементов ПТК АСУ ТП по мере монтажа ПТС с привязкой к конкретному помещению. В связи с тем, что ПТС могут быть размещены как на цоколях без датчиков 12, так и на сейсмозащитных платформах с встроенными в них основаниями для электрической аппаратуры с программируемыми контроллерами и датчиками, то должно выполняться условие, что в каждом помещении должно быть по крайней мере два программируемых контроллера 14 с датчиками 12, соединенными с информационной сетью 1. Это условие позволит получить достаточную информацию о дозе вибрации на полу каждого идентифицированного помещения для работы контроллера-компаратора СПЭ 15, чтобы он обрабатывал все идентифицированные элементы ПТС на основании их паспортных данных и текущего значения дозы вибрации, которая генерируется в каждом помещении.
Описываемый ПТК АСУ ТП работает следующим образом.
Информационная сеть 1 объединяет все ПТС, при этом кроме функциональных каналов в информационную сеть подключен также канал связи 16 с контроллером-компаратором СПЭ 15. Указанный контроллер-компаратор СПЭ 15 подключен и к локальной сети СПЭ 17, которая объединяет все программируемые контроллеры 14 и резервный контроллер-компаратор СПЭ 15, который применяется в случае повышенных требований по надежности локальной сети СПЭ. В процессе эксплуатации ПТК АСУ ТП все элементы ПТС накапливают дозу вибрации и подвергаются механическому старению, при этом программируемые контроллеры 14 передают в сеть СПЭ параметры вибрации с привязкой к помещению и конкретному ПТС, в основании которого установлены датчики. Контроллер-компаратор СПЭ 15 обрабатывает данные по вибрации, которые поступают из локальной сети СПЭ 16 и регистрируют с привязкой ко времени следующие параметры: экстремальные значения амплитудно-частотных характеристик пола в каждом помещении, накопленную дозу вибрации для каждого ПТС, сравнение накопленной дозы вибрации с паспортными данными элементов ПТС, индикацию элементов ПТС у которых накопленная доза вибрации превышает пороговое значение. В связи с тем, что требуется время на замену таких элементов ПТС, то информация о них передается в общую информационную сеть для учета в алгоритмах использования данных при генерации важных команд или при обработке важной функциональной информации по прямому назначению ПТК АСУ ТП.
Таким образом, изобретение позволяет значительно повысить надежность ПТК АСУ ТП за счет упреждающей замены элементов ПТС, механическое старение которых приблизилось к паспортному пороговому значению.