СПОСОБ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ РИСКА ОТКАЗА ПАРЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОРОВ ОСНОВНОЙ РСУ
METHOD FOR DIVIDING RISK OF FAILURE OF PAIR OF AUTOMATIC PROCESSORS OF MAIN DCS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к технической области распределенных систем управления (РСУ, англ. DCS -distributed control system), в частности к способу для разделения риска отказа пары автоматических процессором (АП, англ. AP - automatic processor) основной РСУ.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Система РСУ называется также система собирательно-распределительного управления. Она представляет собой многоступенчатую компьютерную систему, составленную из класса процессного контроля и процессного мониторинга на ядре коммуникационной сети. В системе комплексно использованы компьютерные, коммуникационные, дисплейные и контрольные технологии. Основная идеология – распределительный контроль, централизованная операция, ступенчатое управление, гибкая компоновка и удобная конфигурация.
Класс процессного управления системы РСУ составляется из аппаратных средств (хардвер) и софтверных (программных) алгоритмов. Аппаратные средства комплектуются по принципу резервирования, т.е., предусмотрены двойные взаимо-резервирующие АП, что позволяет автоматическое переключение на АП-В в случае отказа АП-А и, тем самым, обеспечивает беспрерывное управление системой. Но тем не менее, в связи со случайностью возникновения отказа аппаратных средств, в случае одновременного отказа АП-А и АП-В, аппаратные средства могут целиком выйти из работы, что может привести к потере или резкому изменению важных контрольных параметров, и, соответственно, к потере управления оборудованием, и, в результате чего, может инициировать «событие в переходном режиме», которое будет впрямую сказываться на безопасной и надежной эксплуатации энергоблоков, в особенности для АЭС. В настоящее время, отсутствие надежных и действенных мер для заблаговременного мониторинга и диагностирования состояния аппаратных средств системы РСУ становится потенциальным риском для функционирования аппаратных средств.
На сегодня, в функции защиты системы РСУ реализовано физическое резервирование АП разных шкафов, это означает, что отказа АП отдельного шкафа не повлияет на функцию защиты энергоблока. Для оборудования открытого контура управления, в случае выхода из работы шкафа из-за отказа обоих аппаратных АП, работа поддерживается в состоянии перед отказом, оборудование не может ложно срабатывать. А для оборудования замкнутого контура управления, искаженный сигнал, формированный в вышесказанном случае, может впрямую воздействовать на регулятор замкнутого контура и привести к ложному срабатыванию оборудования, тем самым, к пульсации системы, и вследствие чего, может повлечь за собой такие события как разгрузка, останов машины и останов реактора.
Отталкиваясь от программных алгоритмов класса процессного контроля системы DCS, путем создания разделения риска контрольных алгоритмов, данное изобретение позволяет поддерживать контрольную функцию системы и избежать от выхода энергоблока из-под контроля в случае выхода из работы системы из-за отказа обоих аппаратных АР.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью данного изобретения является предоставление метода разделения риска от отказа обоих АП в РСУ, нацеленного на устранение недостатков имеющихся технологий и на повышение надежности эксплуатации энергоблока, уменьшение количества разгрузки или непланированного останова реактора, и создание экономических и социальных эффектов.
Техническое решение данного изобретения:
Метод для разделения риска отказа пары АП РСУ включает в себя следующие шаги:
Шаг 1: сбор сигналов;
Шаг 2: регулирование сигналов.
В регуляторе включаются логические операции соответственных собираемых сигналов. Для собранных сигналов, которые учувствуют в операции прямой связи управляемых сигналов с РСУ, принимается мероприятие, чтобы значащий разряд аналогового сигнала управлял плавным временем и, таким образом, ослаблялось влияние на управляемый объект.
Шаг 3: Исполнение сигнала.
При описанном процессе сбора сигнала в РСУ собранные сигналы включаются в себя аналоговые и дискретные сигналы. Благодаря тому, что оборудование, управляемое дискретными сигналами, спроектировано с функцией самоудерживания и его управление срабатывается высоким электрическим уровнем, оно не влияют на функцию управления. Для сигналов, превращенных из аналоговых в дискретные, и когда аналоговый сигнал с дискретным сигналом не в одном АП, если возникает отказ АП, его выход аналогового сигнала - 0, и сигнал, превращенный в дискретный перевернётся, в таком случае система принимает решение следующим способом:
Высылать аналоговый сигнал значащего разряда на модуль, выполняющий функцию превращения сигнала с аналогового в дискретный когда возникает отказ АП, в котором аналоговые сигналы,  управляющий модуль с помощью значащего разряда держит текущую выходную величину.
В системе управления, для сбора аналоговых сигналов, принимая «два из трёх», «один из двух» или другие аналоговые логики, образуются результирующие сигналы, когда результирующие сигналы не в одном АП, если возникает отказ АП, то его аналоговые сигналы, выходящие на другой АП, становятся «0». Это создает возмущение для контура управления, в котором проводит операцию управляемого объекта с участием аналогового сигнала.
Если возникает отказ АП, то система выполняет следующие шаги, когда его аналоговые сигналы, выходящие на другой АП становятся «0»:
Шаг 11. Для результирующего сигнала с поправкой управляемого объекта с участием аналогового сигнала перенести функцию операции результирующего сигнала, образованного путём «два из трёх», «один из двух» или других аналогических логик, на АП, где замкнутая логика регулятора или приводная логика органа исполнительного.
Шаг 12. Для результирующего аналогового сигнала, высылаемого на две и более регулирующих систем (система, которая влияет на возникновение неустойчивого события) выполняется следующее. Отдельно настраивается результирующий сигнал в АП разных важных регулирующих систем для одного аналогового сигнала, реализуется отделение функции результирующего сигнала, и, таким образом, сигналы избегают взаимной помехи.
Шаг 13. Добавить функцию переключения логики для сбора аналоговых сигналов, избегать влияния на регулятор от сигнала неисправности.
В процессе исполнения этапа 13, когда значащий разряд результирующего сигнала аналоговой величины не был доведён до наружного места повреждения функционального модуля, управляющего регулирующим клапаном, и выход аналоговых результирующих сигналов не в одном АП, то при отказе АП аналоговый сигнал становится «0», замкнутый контур потеряет управляемый объект (главную меру регулирования) и выходит из-под контроля. В таком случае система принимает решение следующим способом:
Шаг 21. Результирующий сигнал, в котором аналоговый сигнал участвует в управлении главной мерой регулирования предмета, перенесёт функцию результирующей операции аналоговых сигналов «два из трех» или «один из двух» в АП, где находится логика замкнутой цепи или приводная логика исполнительного органа.
Шаг 22. Когда значащий разряд аналогового результирующего сигнала не дошел до места наружного отказа контрольного модуля регулирующего клапана, и аналоговый сигнал не действует, исполнительный орган выведен из автоматического режима, поддерживается нынешнее стабильное состояние.
Технические эффекты данного изобретения:
При отсутствии у современных технологий возможности заблаговременно контролировать над работой аппаратных устройств системы РСУ, под другим углом зрения, т.е. методом программных алгоритмов, реализовано разделение риска, связанного с выходом из работы аппаратных средств обоих АП. В целях повышения возможности стабильной эксплуатации настоящий способ обеспечивает высокий уровень управляемости и надежности. Заявленный способ разделения риска может быть применен в различных промышленных сферах, например, электроэнергетики, металлургии, нефтехимии, нефтеперегонной промышленности и др.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сущность заявленного решения поясняется представленными чертежами:
Рис. 1 – Схема управления регулятора замкнутого контура
Рис. 2 – Метод выхода дискретных сигналов, преобразованных из аналоговых
Рис. 3 – Метод участия корректированного (аналогового) значения в управлении замкнутого контура
Рис. 4 – Метод подачи результативного аналогового сигнала в две (или более двух) важных системы регулирования
Рис. 5 – Метод добавления функции переключения логики для одного и того же сигнала физического значения
Рис. 6 – Метод дифференциального feedforward
Рис. 7 – Метод участия результативного сигнала аналогового значения в управлении замкнутого контура
Рис. 8 – Метод участия сигнала аналогового значения в управлении исполнительным механизмом
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее, с помощью приложенных рисунков и примеров осуществления будет раскрыто дальнейшее описание настоящего изобретения.
Метод для разделения риска отказа пары АП системы РСУ включает в себя следующие основные шаги:
Шаг 1: сбор сигналов. Под сигналами понимается аналоговый сигнал от устройств регулирующих систем, например, регулирующие системы уровня для парогенератора, деаэратора, компенсатора давления/стабилизатора давления и т.д.
Шаг 2: регулирование сигналов.
В регуляторе включаются логические операции соответственных собираемых сигналов. Для собираемых сигналов, которые учувствуют в операции прямой связи управляемых сигналов, принимается мероприятие, чтобы значащий разряд аналогового сигнала управлял плавным временем и, таким образом, ослаблялся влияние на управляемый объект. Плавное время представляет собой время медленного перехода управляемых сигналов в «0» для того, чтобы ослаблять ступенчатые помехи сигналов прямой связи на замкнутый контур.
Шаг 3: Исполнение сигнала.
При описанном процессе сбора сигнала в РСУ собранные сигналы включаются в себя аналоговые и дискретные сигналы. Благодаря тому, что оборудование, управляемое дискретными сигналами, спроектировано с функцией самоудерживания и его управление срабатывается высоким электрическим уровнем, оно не влияет на функцию управления. Для сигналов, преобразованных из аналоговых в дискретные, и когда аналоговый сигнал с дискретным сигналом не в одном АП, если возникает отказ АП, его выход аналогового сигнала - 0, и сигнал, преобразованный в дискретный перевернётся (изменит состояние с «1» на «0» или обратно), в таком случае система принимает решение следующим способом.
При отказе аналогового сигнала, значащий разряд сигнала принимает значение «0» и блокирует выход модуля предельного значения, т.е. модуль предельного значения сохраняет текущее состояние.
В системе управления, для сбора важных аналоговых сигналов, принимая «два из трёх», «один из двух» или другие аналогические логики, образуются результирующие сигналы, когда результирующие сигналы не в одном АП, при этом если возникает отказ АП, то его аналоговые сигналы, выходящие на другой АП, становятся «0». Это создает возмущение для контура управления, в котором проводит операцию управляемого объекта с участием аналогового сигнала.
Логика «Два из трёх» применяется когда на одной точке измерения находится три аналоговых сигнала. В случае, когда отклонения между двумя сигналами из данных трех аналоговых сигналов находятся в пределе, то выходными сигналами являются средние значения упомянутых трех аналоговых сигналов. В случае, если из трех аналоговых сигналов по крайней мере два сигнала оказываются значащими, то выходные сигналы будут эффектными. Логика «Один из двух» применяется когда из двух аналоговых сигнала на одной точке измерения учитывается больший или меньший сигнал.
Если возникает отказ АП, то система выполняет следующие шаги, когда его аналоговые сигналы, выходящие на другой АП становятся «0»:
Шаг 11. Для результирующего сигнала с поправкой управляемого объекта с участием аналогового сигнала, перенести функцию операции результирующего сигнала, образованного путём «два из трёх», «один из двух» или других аналогических логик, на АП, где замкнутая логика регулятора или приводная (управляющая) логика исполнительного органа, в частности, регулирующего клапана.
Шаг 12. Для результирующего аналогового сигнала, высылаемого на две и более регулирующих систем (система, которая влияет на возникновение неустойчивого события) выполняется следующее. Отдельно настраивается результирующий сигнал в АП разных важных регулирующих систем для одного аналогового сигнала, реализуется отделение функции результирующего сигнала, и, таким образом, сигналы избегают взаимной помехи. При отказе АП все выходные аналоговые сигналы (сигналы прямой связи и регулируемые сигналы) в другие системы становятся "0", что приводит к потери регулирующей функции. Таким образом, необходимо передать эти аналоговые сигналы через эфирную сеть в тот АП, где находится соответствующая регулирующая система, в которой выполняется обработка вышеуказанных сигналов (проводится логическиая операция «два из трёх» и «один из двух»). Далее такие сигналы используются в функции регулирования регулирующей системы.
Шаг 13. Добавление функции переключения логики для сбора аналоговых сигналов, во избежание влияния на регулятор от сигнала неисправности. На одной точке измерения собирается множество аналоговых сигналов, например, сигнал А и сигнал В. При отказе сигнала А по определению эффективности сигнала А логика автоматически переключается в сигнал В и т.д.
В процессе исполнения вышеуказанного Шага 13, когда значащий разряд результирующего сигнала аналоговой величины не был доведён до наружного места повреждения функционального модуля, управляющего регулирующим клапаном, и выход аналоговых результирующих сигналов не в одном АП, то при отказе АП аналоговый сигнал становится «0», что приводит к тому, что замкнутый контур потеряет управляемый объект (главную меру регулирования) и выйдет из-под контроля.
В регулирующей системе замкнутого контура при отказе аналоговых сигналов (сигналы прямой связи и регулируемые сигналы) во избежание ошибочного срабатывания регулирующей системы необходимо, чтобы регулирующий клапан вышел из управляющего режима замкнутого контура. По сигналу определения отказа (сигнал эффективности) аналоговых сигналов, управляющая логика регулирующего клапана выходит из режима замкнутого контура.
В таком случае система принимает решение следующим способом:
Шаг 21. Результирующий сигнал, в котором аналоговый сигнал участвует в управлении главной мерой регулирующего клапана в регулирующей системе замкнутого контура, перенесёт функцию результирующей операции (сигнала) аналоговых сигналов «два из трех» или «один из двух» в АП, в котором находится логика замкнутой цепи или приводная логика исполнительного органа.
Шаг 22. Когда значащий разряд аналогового результирующего сигнала не дошел до места наружного отказа контрольного модуля регулирующего клапана, и аналоговый сигнал не действует, исполнительный орган выведен из автоматического режима, поддерживается нынешнее стабильное состояние.
При отказе сигнала определения эффективности результирующего сигнала в АП1 соответствующий регулирующий клапан находится в АП2, сигнал определения эффективности результирующего сигнала из АП1 через эфирную сеть передается в АП2.
При отказе АП 1 (одновременно возникает отказ двойных взаимно-резервирующих АП-А, АП-В, т.е. отказ пары АП), в АП1 сигнал эффективности в АП2 становится "0", регулирующий клапан выходит из режима замкнутого контура и текущая открытость клапана содержится.
При отказе пары АП, в АП1 сигнал эффективности в АП2 становится "0", регулирующий клапан выходит из режима замкнутого контура и открытость клапана сохраняется.
Пример реализации
Метод для разделения риска отказа пары АП РСУ достигает цели разделения риска путем совершенствования формы управления регулятором замкнутого контура. Схема управления регулятора замкнутого контура см. рис. 1, включает в себя следующие шаги:
Шаг 1 – Сбор сигналов
Как показано на рис. 2, когда реализована функция преобразования аналогового сигнала через модуль предельного значения в дискретный сигнал, вводится значащий разряд аналогового сигнала. А при отказа аналогового сигнала, значащий разряд сигнала превращается в «0» и блокирует выход модуля предельного значения, т.е. модуль предельного значения сохраняет текущее состояние, тем самым предотвращается ложное срабатывания оборудования.
Как показано на рис. 3, для результирующего сигнала с поправкой управляемого объекта с участием аналогового сигнала, переносится функция операции результирующего сигнала, образованного путём «два из трёх», «один из двух» или других аналогических логик, на АП, где содержится замкнутая логика регулятора или приводная логика исполнительного органа.
Как показано на рис. 4, для результирующего аналогового сигнала, высылаемого в две и более регулирующей системы, отдельно настраивается результирующий сигнал в АП разных регулирующих систем для одного аналогового сигнала, реализовывается отделение функции результирующего сигнала, и, таким образом, сигналы избегаются взаимной помехи.
Как показано на рис. 5, добавляется функция переключения логики для сбора аналоговых сигналов, принимается аналоговый сигнал А и В как один и тот же физическое значение, при нормальной эксплуатации выбирается сигнал А для в качестве выходного сигнала, а при отказе сигнала А, автоматически переключается на сигнал В как выходной сигнал. Таким образом, исключено влияние на регулятор от сигнала неисправности.
Шаг 2. Регулятор
Как показано на рис. 6, когда аналоговый сигнал, участвующий в операции прямой связи управляемых сигналов, ослабляет влияние на управляемые объекты путем управления плавным временем через значащий разряд аналогового сигнала, при нормальной эксплуатации, дифференциальное время входного сигнала составляет 1, а при отказе входного сигнала, для того чтобы избавиться от влияния значения дифференциальной прямой связи на систему, добавляется плавного времени дифференциала чтобы ослабить и даже устранить влияние на управляемые объекты.
Шаг 3. Исполнительный орган
Как показано на рис. 7, результирующий сигнал, в котором аналоговый сигнал участвует в управлении главной мерой регулирования предмета, перенесёт функцию результирующей операции аналоговых сигналов «два из трех» или «один из двух» в АП, где находится логика замкнутой цепи или приводная логика исполнительного органа.
Как показано на рис. 8, когда значащий разряд результирующего сигнала аналоговой величины не был доведён до наружного места повреждения функционального модуля, при отказе аналогового значения исполнительный орган выходит из автоматического режима, поддерживается стационарный режим настоящего времени.
Описание специфики
Данное изобретение успешно реализовано на энергоблоках АЭС. При отсутствии у современных технологий возможности заблаговременно контролировать работу аппаратных устройств РСУ с помощью программных алгоритмов, реализовано разделение риска, связанного с выходом из работы аппаратных средств обоих АП. В целях повышения обеспечения стабильной эксплуатации, данный метод имеет высокий уровень управляемости и надежности. Такой метод разделения риска может быть применен в других промышленных сферах, например, электроэнергетики, металлургии, нефтехимии, нефтеперегонной промышленности и др.