АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ЯДЕРНОЙ УСТАНОВКИ
AUTOMATED SYSTEM FOR CONTROL OF PHYSICAL PARAMETERS OF A NUCLEAR RESEARCH INSTALLATION

Изобретение относится к системам контроля состояния активной зоны исследовательской ядерной установки (ИЯУ) и может быть использовано для автоматизации процессов измерения и контроля физических параметров ИЯУ. Изобретение -может применяться в составе систем управления и защиты (СУЗ) ИЯУ для обеспечения безопасности работы ИЯУ в импульсном, квазиимпульсном и статическом режимах.
К автоматизированным системам контроля физических параметров ИЯУ предъявляются высокие требования по надежности и быстродействию их работы, так как эти характеристики определяют безопасность и безотказную работу ИЯУ. Надежность и быстродействие автоматизированной системы контроля зависят не только от ее технической реализации, но и от структурного построения системы и алгоритмов работы ее составных частей. Высокая вероятность безотказной работы СУЗ достигается контролем одноименных параметров несколькими независимыми устройствами, включая блоки детектирования и датчики, устройства сбора данных, в том числе, каналы связи и средства обработки полученных от датчиков сигналов.
Из патента США N 4668465 (26.05.1987), описывающего способ и устройство для дистанционного мониторинга процессов в объеме активной зоны ядерного реактора, известна система контроля физических параметров ядерного реактора, включающая датчики, сигналы с которых поступают во входные устройства измерительного канала, содержащего передающую часть и два параллельных шинных пути, соединяющих датчики с приемной частью канала, соединенной с двумя промежуточными процессорами. Каждый путь содержит средства генерации цифровых сигналов, средства запоминания цифровых сигналов и системные магистрали, имеющие средства для передачи данных, команд и адресов. От одного из промежуточных процессоров обработанные данные поступают на компьютер установки, являющийся вычислительным устройством более высокого уровня, а от второго обработанные данные подаются для отображения на многостраничный дисплей. Оба пути работают одновременно и независимо, расхождение результатов является сигналом для проверки шинных путей. Главным преимуществом данного решения является полная идентичность путей после разветвления сигнала, их независимость друг от друга, что обеспечивает высокую достоверность полученных в результате отображений процесса.
Однако промежуточные процессоры работают по разным программам, отсутствует механизм изменения алгоритма управления режимом работы входного устройства с целью, например, проверки датчиков и путей, или изменения каких-либо параметров входного устройства, например, коэффициента усиления.
Известна автоматизированная система контроля физических параметров ИЯУ (Заикин А.А., Каленский М.С., Пушкин В.В., Соколов И.В. Комплекс АСУЗ-ОЗР системы управления и защиты исследовательского ядерного реактора ПИК. Современные технологии и автоматизации, №3, 2002, с. 34-44). Система осуществляет контроль и обеспечивает безопасность эксплуатации реакторной установки во всех режимах: во время пуска реактора, работы на заданном уровне мощности, перегрузки (загрузки) топлива, а также при возникновении аварийной ситуации и при остановленном реакторе. Система представляет собой логически завершенную структуру с наличием постоянного программного и аппаратного контроля подсистем управления аварийной защитой, оперативного контроля текущего состояния, долговременной архивации и документирования информации, автоматической предпусковой проверки. Система выполнена на основе модулей с применением стандартных логических элементов, логических матриц с высокой степенью интеграции, промышленных компьютеров, модулей ввода-вывода, специализированных микроконтроллеров и т.д. Входной информацией для системы являются унифицированные токовые сигналы, сигналы с выходов термопреобразователей, сигналы, поступающие от измерительных устройств и датчиков, сигналы с выходов переменных сопротивлений, контролирующих положение рабочих органов, и дискретные сигналы состояния обеспечивающих систем. Система имеет традиционную канальную («ниточную») структуру и каждый канал включает в себя аппаратуру, начиная от устройств детектирования и заканчивая устройством формирования обобщенного управляющего сигнала аварийной защиты и управляющих сигналов для технологической автоматики.
Недостатком данной автоматизированной системы контроля физических параметров ИЯУ является то, что она может быть применена только для контроля параметров ИЯУ, работающей в статическом режиме, что не допускает ее применение для ИЯУ, работающих в импульсном и квазиимпульсном режимах.
Наиболее близким аналогом к заявляемой системе по технической сущности и количеству сходных признаков является система контроля физических параметров ИЯУ по патенту RU 2593389 (опубликовано: 10.08.2016 Бюл. №22).
Данная автоматизированная система представляет собой систему измерения физических характеристик, построенную по многоканальному параллельному принципу, и содержит следующие подсистемы:
- подсистему контроля мощности с токовыми блоками детектирования;
- подсистему контроля температуры:
- подсистему накопления и обработки информации, включающую процессоры, работающие по заданным программам, обрабатывающие и преобразующие сигналы датчиков с сохранением данных и передачей их в вычислительное устройство более высокого уровня для формирования сигналов органам регулирования и аварийной защиты;
- подсистему контроля параметров импульса ИЯУ по току с передачей информации в вычислительное устройство более высокого уровня для последующей обработки;
- подсистему контроля временных интервалов от момента запускающего сигнала до моментов прихода остальных сигналов, которая содержит блок оптоэлектроиных развязок и контроллер времен срабатывания.
Подсистемы контроля температуры и контроля мощности оснащены аппаратными средствами, автономно вырабатывающими сигналы аварийной защиты при превышении значений контролируемых параметров допустимого уровня и передающими их в СУЗ ИЯУ, независимо от вычислительного устройства более высокого уровня.
Недостатком ближайшего аналога является то, что во всех подсистемах кроме подсистем контроля температур и мощности отсутствуют аппаратные средства для генерации сигналов аварийной защиты. Для этой цели в них используется вычислительное устройство более высокого уровня, что уменьшает быстродействие системы и, как следствие, снижает ее надежность. Отсутствие в составе автоматизированной системы подсистемы контроля технологического давления также сужает ее функциональные возможности и снижает надежность контроля безопасности ИЯУ.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей системы и повышение надежности и безопасности функционирования ИЯУ путем расширения номенклатуры контролируемых выходных характеристик ИЯУ, повышения надежности контроля характеристик во всех режимах работы ИЯУ, увеличения быстродействия срабатывания аварийной защиты.
Технический результат достигается тем, что в автоматизированной системе контроля физических параметров исследовательской ядерной установки, включающей систему измерения физических характеристик, построенную по многоканальному параллельному принципу и содержащую подсистему контроля мощности, оснащенную аппаратными средствами, автономно вырабатывающими при выходе значений контролируемых параметров из допустимого диапазона сигналы аварийной защиты и передающими их в систему управления и защиты исследовательской ядерной установки, подсистему контроля температуры, оснащенную аппаратными средствами, автономно вырабатывающими при превышении значений контролируемых параметров допустимого уровня сигналы аварийной защиты и передающими их в систему управления и защиты исследовательской ядерной установки, подсистему накопления и обработки информации, включающую процессоры, работающие по заданным программам, обрабатывающие и преобразующие сигналы датчиков с сохранением и визуализацией данных, подсистему контроля параметров импульса исследовательской ядерной установки по току с передачей информации в подсистему накопления и обработки информации для последующей обработки, подсистему контроля временных интервалов от момента запускающего сигнала до моментов прихода остальных сигналов, в состав которой входят блок оптоэлектронных развязок и контроллер времен срабатывания, новым является то, что в состав автоматизированной системы дополнительно включены подсистема контроля предельных уровней мощности и энерговыделения, оснащенная аппаратными средствами, которые автономно вырабатывают сигналы аварийной защиты при превышении мощностью или энерговыделением предельных значений и передают эти сигналы в систему управления и защиты исследовательской ядерной установки, и
подсистема контроля технологического давления, оснащенная аппаратными средствами, которые автономно вырабатывают сигналы аварийной защиты при выходе значений контролируемых параметров из допустимого диапазона и передают их в систему управления и защиты исследовательской ядерной установки,
а также каждый канал подсистемы контроля мощности содержит несколько блоков детектирования, имеющих разные чувствительности и работающих в счетном или токовом режимах.
подсистема контроля параметров импульса исследовательской ядерной установки по току дополнена функцией измерения установившегося периода разгона ИЯУ аппаратным способом
и, что подсистема контроля мощности, подсистема контроля параметров импульса по току, подсистема контроля предельных уровней оснащены аппаратно-программными средствами обеспечения и контроля напряжения питания блоков детектирования, которые при выходе значений контролируемых напряжений из допустимых диапазонов вырабатывают сигналы аварийной защиты и передают их в систему управления и защиты исследовательской ядерной установки.
Включенная в состав автоматизированной системы подсистема контроля предельных уровней обеспечивает контроль на аппаратном уровне достижения текущими значениями физической мощность и суммарного энерговыделения предельно допустимых уровней, автономную генерацию сигналов аварийной защиты при достижении предельных уровней и передачу их в СУЗ ИЯУ во всех режимах работы ИЯУ. Данная подсистема расширяет функциональные возможности системы и повышает надежность и безопасность функционирования ИЯУ, Постоянное измерение суммарного энерговыделения ИЯУ на аппаратном уровне расширяет номенклатуру контролируемых выходных характеристик ИЯУ. Аппаратный способ генерации сигналов аварийной и предупредительной защиты при превышении предельно допустимых значений мощности и энерговыделения увеличивает точность и быстродействие их срабатывания. Предварительная защита позволяет ликвидировать причины, приводящие к аварийной ситуации, что повышает безопасность функционирования ИЯУ.
Включенная в состав автоматизированной системы подсистема контроля технологического давления предоставляет аппаратно-программные средства контроля предельно допустимых значений давления в защитных чехлах блоков активной зоны ИЯУ и в других технологических системах ИЯУ и выработку сигналов аварийной защиты и передачу их в СУЗ ИЯУ во всех режимах работы ИЯУ, расширяя функциональные возможности системы и повышая надежность и безопасность функционирования ИЯУ. Контроль, визуализация и архивирование данных по технологическому давлению увеличивает функциональные возможности системы за счет расширения номенклатуры контролируемых физических параметров ИЯУ. Выработка дополнительных аварийных сигналов и передача их в СУЗ ИЯУ при выходе контролируемых значений давления за установленные пределы приводят к повышению надежности и безопасности работы ИЯУ.
Оснащение каждого канала подсистемы контроля мощности несколькими блоками детектирования, имеющими разные чувствительности и работающими в счетном или токовом режимах, приводит к расширению диапазона и увеличению точности измеряемых значений мощности, что расширяет функциональные возможности системы и повышает надежность и безопасность функционирования ИЯУ.
Расширение функциональности подсистемы контроля параметров импульса исследовательской ядерной установки по току за счет введения функции измерения установившегося периода разгона ИЯУ аппаратным способом приводит к расширению функциональных возможностей системы в целом за счет увеличения ее информативности. Аппаратура, используемая для измерения установившегося периода разгона ИЯУ, может автономно вырабатывать сигналы аварийной защиты при выходе значений установившегося периода за допустимые пределы и передавать их в СУЗ ИЯУ, что расширяет функциональные возможности системы и повышает надежность и безопасность функционирования ИЯУ.
Оснащение подсистемы контроля мощности, подсистемы контроля параметров импульса по току и подсистемы контроля предельных уровней аппаратно-программными средствами обеспечения и контроля напряжения питания блоков детектирования расширяет функциональные возможности системы. Контроль значений подаваемых напряжений питания блоков детектирования, автономная выработка аварийных сигналов и передача их в СУЗ ИЯУ при выходе контролируемых напряжений за установленные пределы приводят к повышению надежности и безопасности работы ИЯУ, так как обеспечивают более точное и надежное измерение основных физических характеристик ИЯУ.
Предлагаемая автоматизированная система поясняется чертежами, представленными на фиг. 1 - фиг. 7. Структурная схема заявляемой автоматизированной системы с подключаемыми и обслуживаемыми устройствами, показанная на фиг. 1, содержит следующие элементы:
1 - автоматизированная система контроля физических параметров исследовательской ядерной установки;
2 - система управления и защиты ИЯУ;
3 - подсистема контроля мощности;
4 - подсистема контроля предельных уровней мощности и энерговыделения;
5 - подсистема контроля параметров импульса ИЯУ по току;
6 - линия связи для передачи сигналов в СУЗ;
7 - линия связи в формате RS-485;
8 - линия связи в формате Ethernet;
9 - подсистема накопления и обработки информации;
10 - подсистема контроля температуры;
11 - подсистема контроля технологического давления;
12 - подсистема контроля временных интервалов.
Подсистема контроля мощности 3 включает не менее двух идентичных каналов измерения и контроля. Структурная схема одного канала подсистемы контроля мощности 3 показана на фиг. 2. Каждый канал содержит следующие элементы:
6 - линия связи для передачи сигналов в СУЗ:
7 - линия связи в формате RS-485;
8 - линия связи в формате Ethernet;
13 - блок детектирования, работающий в счетном режиме;
14, 15, 16 - блоки детектирования, работающие в токовом режиме и имеющие разные чувствительности;
17 - канал измерительный импульсный (КИИ);
18 - источник питания из состава КИИ;
19 - усилитель-дискриминатор из состава КИИ;
20 - счетный измерительный модуль из состава КИИ;
21 - модуль высоковольтного преобразователя напряжения ВПН;
22 - токовый измерительный модуль;
23 - модуль высоковольтного преобразователя напряжения ВПН500;
24 - токовый измерительный модуль логарифмический;
25 - линия связи между модулями и блоком обработки данных;
26 - блок обработки данных;
27 - контрольно-управляющий блок токово-счетный (КУБ-ТС).
Подсистема контроля предельных уровней мощности и энерговыделения 4 включает не менее двух идентичных каналов измерения и контроля. Структурная схема одного канала подсистемы контроля предельных уровней мощности и энерговыделения 4 показана на фиг. 3. Каждый канал содержит следующие элементы:
6 - линия связи для передачи сигналов в СУЗ;
7 - линия связи в формате RS-485;
8 - линия связи в формате Ethernet;
16 - блок детектирования, работающий в токовом режиме;
23 - модуль высоковольтного преобразователя напряжения ВПН500;
25 - линия связи между модулями и блоком обработки данных;
26 - блок обработки данных;
28 - модуль измерения энерговыделения;
29 - модуль измерения физической мощности;
30 - контрольно-управляющий блок измерения мощности, энерговыделения и аварийных сигналов.
Подсистема контроля параметров импульса ИЯУ по току 5 включает не менее двух идентичных каналов измерения и контроля. Структурная схема одного канала подсистемы контроля параметров импульса ИЯУ по току 5 показана на фиг. 4. Каждый канал содержит следующие элементы:
6 - линия связи для передачи сигналов в СУЗ:
7 - линия связи в формате RS-485;
8 - линия связи в формате Ethernet;
16 - блок детектирования, работающий в токовом режиме;
23 - модуль высоковольтного преобразователя напряжения ВПН500;
25 - линия связи между модулями и блоком обработки данных;
26 - блок обработки данных;
31 - модуль аналогового регистратора сигналов;
32 - модуль измерения установившегося периода разгона ИЯУ;
33 - контрольно-управляющий блок измерения формы импульса и установившегося периода разгона ИЯУ.
Структурная схема подсистемы контроля температуры 10 показана на фиг. 5. Подсистема контроля температуры 10 содержит следующие элементы:
6 - линия связи для передачи сигналов в СУЗ;
8 - линия связи в формате Ethernet;
34 - термопары;
35 - модули аналогового ввода сигналов с термопар и дискретного ввода-вывода;
36 - модули дискретного ввода-вывода;
37 - блок питания;
38 - блок автоматики;
39 - линия связи между модулями и микроконтроллером в формате RS-485;
40 - блок реле;
41 - микроконтроллер.
Структурная схема подсистемы контроля технологического давления 11 показана на фиг. 6. Подсистема контроля технологического давления 11 содержит следующие элементы:
6 - линия связи для передачи сигналов в СУЗ;
8 - линия связи в формате Ethernet;
39 - линия связи между модулями и микроконтроллером в формате RS-485;
40 - блок реле;
41 - микроконтроллер;
42 - датчики давления;
43 - блок питания;
44 - потенциометрические преобразователи;
45 - блок питания;
46 - многоканальные модули аналогового ввода.
Структурная схема подсистемы контроля временных интервалов 12 показана на фиг. 7. Подсистема контроля временных интервалов 12 содержит следующие элементы:
7 - линия связи в формате RS-485;
8 - линия связи в формате Ethernet;
25 - линия связи между модулями и блоком обработки данных;
26 - блок обработки данных;
47 - концевые выключатели и контактные датчики;
48 - блоки оптической развязки;
49 - модуль измерения времен срабатывания;
50 - контрольно-управляющий блок времен срабатывания.
Примером конкретного выполнения заявляемого изобретения может служить система контроля мощности и отображения физических характеристик исследовательской ядерной установки БР-К1.
Система 1 содержит:
- подсистему контроля мощности 3, в состав которой входят два идентичных независимых друг от друга (дублирующих) канала контроля мощности (ККМ), выполняющие следующие функции: измерение текущих значений мощности и периода увеличения мощности во всех режимах работы ИЯУ, измерение текущих значений энерговыделения и реактивности активной зоны (АЗ), формирование информационных сигналов о состоянии ИЯУ, формирование электрического сигнала для организации работы звукового сигнализатора изменения уровня мощности типа «Щелкун», формирование электрических сигналов предупредительной и аварийной защиты ИЯУ, и передача их по линии связи 6 в СУЗ 2, передача измеренных значений и информационных сигналов по линиям связи 7 и 8 в подсистему накопления и обработки информации 9;
- подсистему контроля предельных уровней 4, в состав которой входят два идентичных независимых друг от друга (дублирующих) канала контроля предельных уровней мощности и энерговыделения (ККПУ), выполняющих следующие функции: измерение текущих значений мощности и энерговыделения, контроль превышения предельных значений мощностью и энерговыделением ИЯУ, формирование информационных сигналов о состоянии ИЯУ, формирование электрических сигналов аварийной защиты ИЯУ по превышению предельных значений мощности и энерговыделения, и передача их по линии связи 6 в СУЗ 2, передача измеренных значений и информационных сигналов по линиям связи 7 и 8 в подсистему накопления и обработки информации 9;
- подсистему контроля параметров импульса ИЯУ по току 5 - подсистему регистрации формы импульса, в состав которой входят два идентичных независимых друг от друга (дублирующих) канала регистрации формы импульса (КРФИ), выполняющих следующие функции: регистрацию формы импульса делений, измерение установившегося периода увеличения мощности в секундном, миллисекундном или микросекундном диапазонах, формирование информационного сигнала по завершению измерения периода увеличения мощности и аварийного сигнала при выходе значения измеренного периода из допустимого диапазона, передача аварийного сигнала по линии связи 6 в СУЗ 2, передача измеренных значений и информационного сигнала по линиям связи 7 и 8 в подсистему накопления и обработки информации 9:
- подсистему контроля температуры 10, которая выполняет следующие функции: контроль значений температуры в контрольных точках на внешней поверхности чехлов блоков АЗ, формирование информационного и электрического аварийных сигналов при превышении текущим значением температуры на поверхности чехла блока АЗ предельно-допустимого уровня, передача электрического аварийного сигнала по линии связи 6 в СУЗ 2, передача текущих значений температуры и информационного сигнала по линиям связи 7 и 8 в подсистему накопления и обработки информации 9;
- подсистему контроля давления 11. которая выполняет следующие функции: контроль и измерение значений технологического давления в магистрали импульсного блока и в газовакуумной системе ИЯУ, формирование информационных сигналов о состоянии подсистемы 11 и электрических сигналов при выходе значений давления за допустимые пределы, передача электрических сигналов по линии связи 6 в СУЗ 2, передача текущих значений давления и информационных сигналов по линиям связи 7 и 8 в подсистему накопления и обработки информации 9;
- подсистему контроля временных интервалов 12, которая регистрирует времена срабатывания отдельных элементов СУЗ по методу «старт-стоп» и передает измеренные значения по линиям связи 7 и 8 в подсистему накопления и обработки информации 9;
- подсистему накопления и обработки информации 9, которая по линиям связи 7 и 8 программирует, контролирует работу и производит опрос всех подсистем 3, 4, 5, 10, 11, 12, входящих в состав системы 1, обеспечивает отображение считанной информации в текстовом и графическом видах и архивирование значений физических и технологических параметров ИЯУ.
Структурно каждый канал контроля мощности (ККМ) (согласно фиг. 2) подсистемы контроля мощности 3 состоит из четырех независимых регистрационных трактов, формируемых блоками детектирования 13, 14, 15 и 16. Блок детектирования 13 работает в счетном режиме, блоки детектирования 14, 15, 16 - в токовом и обладают разной чувствительностью.
Блок детектирования 13 выполнен на основе подвески счетчиков нейтронов СНМ-11 и подключен ко входу усилителя-дискриминатора 19 из состава канала измерительного импульсного (КИИ) 17. Напряжение питания усилителя-дискриминатора 19 подается от источника питания 24/12В 18 из состава КИИ 17. Выход усилителя-дискриминатора 19 по волоконно-оптической связи подключен ко входу счетного измерительного модуля ИМСН 20 из состава КИИ 17. Подача напряжения на блок детектирования 13 производится с высоковольтного разъема «+2000В» модуля высоковольтного преобразователя напряжения ВПН 21.
Блок детектирования 14 выполнен на основе подвески камеры ионизационной КНК4 и подключен ко входу токового измерительного модуля ИМТК 22. Подача напряжения на блок детектирования 14 производится с разъемов «+500В» и «-500В» модуля высоковольтного преобразователя напряжения ВПН 21.
Блок детектирования 15 выполнен на основе подвески камеры ионизационной КНКЗ и подключен ко входу токового измерительного модуля логарифмического ИМТК-Л 24. Подача напряжения на блок детектирования 15 производится с разъемов «+500В» и «-500В» модуля высоковольтного преобразователя напряжения ВПН500 23.
Блок детектирования 16 выполнен на основе подвески камеры деления КНК15 и подключен ко входу токового измерительного модуля логарифмического ИМТК-Л 24. Подача напряжения на блок детектирования 16 производится с разъемов «+500В» и «-500В» модуля высоковольтного преобразователя напряжения ВПН500 23.
Все измерительные модули 20. 22, 24 и высоковольтные преобразователи напряжения 21, 23 по линии связи в формате RS-485 25 подсоединены к блоку обработки данных БОД-2 26, который по линии связи 6 подключен к СУЗ ИЯУ 2, а по линиям связи в формате RS-485 7 и в формате Ethernet 8 - к подсистеме накопления и обработки информации 9.
Конструктивно все измерительные модули 20, 22, 24 и высоковольтные преобразователи напряжения 21, 23, линия связи 25 и БОД-2 26 входят в состав контрольно-управляющего блока токово-счетного (КУБ-ТС) 27 из состава ККМ подсистемы контроля мощности 3.
Структурно каждый канал контроля предельных уровней мощности и энерговыделения (ККПУ) (согласно фиг. 3) подсистемы контроля предельных уровней 4 состоит из двух независимых регистрационных трактов, формируемых двумя блоками детектирования 16: один тракт предназначен для контроля предельного уровня энерговыделения, другой - для контроля предельного уровня мощности.
Первый блок детектирования 16, выполненный на основе подвески камеры деления КНК15. подключен ко входу модуля измерения энерговыделения МИЭ 28. Подача напряжения на блок детектирования 16 производится с разъемов «+500В» и «-500В» модуля высоковольтного преобразователя напряжения ВПН500 23.
Второй блок детектирования 16. выполненный на основе подвески камеры деления КНК15, подключен ко входу модуля измерения физической мощности МИФМ 29. Подача напряжения на блок детектирования 16 производится с разъемов «+500В» и «-500В» модуля высоковольтного преобразователя напряжения ВПН500 23.
Измерительные модули 28, 29 и высоковольтные преобразователи напряжения 23 по линии связи в формате RS-485 25 подсоединены к блоку обработки данных БОД-2 26, который по линии связи 6 подключен к СУЗ ИЯУ 2, а по линиям связи в формате RS-485 7 и в формате Ethernet 8 - к подсистеме накопления и обработки информации 9.
Конструктивно измерительные модули 28. 29 и высоковольтные преобразователи напряжения 23, линия связи 25 и БОД-2 26 входят в состав контрольно-управляющего блока измерения мощности, энерговыделения и аварийных сигналов (КУБ-ЭС-АС) 30 из состава ККПУ подсистемы контроля предельных уровней 4.
Структурно каждый канал регистрации формы импульса (КРФИ) (согласно фиг. 4) подсистемы контроля параметров импульса ИЯУ по току 5 состоит из двух независимых регистрационных трактов, формируемых двумя блоками детектирования 16: один тракт предназначен для регистрации формы импульса, другой - для измерений периода увеличения мощности.
Первый блок детектирования 16, выполненный на основе подвески камеры деления КНК15, подключен ко входу модуля аналогового регистратора сигнала МАРС 31, второй блок детектирования (КНК15) подключен к входу модуля измерения установившегося периода разгона МИП 32. Подача напряжения на два блока детектирования 16 производится с разъемов «-500В» и «-500В» двух модулей высоковольтного преобразователя напряжения ВПН500 23.
Модули МАРС 31, МИП 32 и два модуля ВПН500 23 по линии связи в формате RS-485 25 подсоединены к блоку обработки данных БОД-2 26, который по линии связи 6 подключен к СУЗ ИЯУ 2, а по линиям связи в формате RS-485 7 и в формате Ethernet 8 - к подсистеме накопления и обработки информации 9.
Модули МАРС 31, МИП 32 и два модуля ВПН500 23 линия связи 25, БОД-2 26 конструктивно входят в состав контрольно-управляющего блока измерения формы импульса и периода разгона КУБ-ИФП 33 из состава КРФИ подсистемы контроля параметров импульса ИЯУ по току 5.
Структурно подсистема контроля температуры 10 (согласно фиг. 5) состоит из семи регистрационных трактов, формируемых семью хромель-копелевыми термопарами 34, установленными в семи контрольных точках. Горячий и холодный спай каждой термопары 34 подсоединен в контрольной точке на внешней поверхности чехла блока АЗ. Каждая термопара 34 подключена к аналоговому входу модуля аналогового ввода сигналов с термопар и дискретного ввода-вывода 35 типа I-7011, напряжение питания на которые подается от блока питания 37 - источника питания типа 24 В/2.5 A MDR-60-24. Блок питания 37 обеспечивает напряжением питания четыре модуля дискретного ввода-вывода 36 типа I-7060, микроконтроллер 41 типа μPAC-7186EXD-FD, блок автоматики 38 и блок реле 40. Дискретные выходы модулей 35 подключены ко входам блока автоматики - платы автоматики 38. Дискретные выходы модулей дискретного ввода-вывода 36 также подсоединены ко входам блока автоматики 38. Выходы блока автоматики подсоединены к аналоговым входам модулей 35 и блоку реле 40, который состоит из трех реле типа реле электромагнитного G2R-2-SNDI (S). Выходы блока реле 40 по линии связи 6 подключены к СУЗ ИЯУ 2.
Интерфейсы связи модулей 35 и модулей 36 по линии связи в формате RS-485 39 подсоединены к микроконтроллеру 41, который управляет работой блока реле 40. Микроконтроллер 41 по линии связи в формате Ethernet 8 подсоединен к подсистеме накопления и обработки информации 9.
Структурно подсистема контроля технологического давления 11 (согласно фиг. 6) состоит из одиннадцати регистрационных трактов, формируемых датчиками давления резисторного типа 42. Семь регистрационных трактов предназначены для контроля давления в газовакуумной системе ИЯУ, четыре - для контроля давления в магистрали импульсного блока. Выходы датчиков давления 42 подсоединены ко входам потенциометрических преобразователей 44 типа измерительного преобразователя потенциометра MCR, сигналы с выходов которых поступают на аналоговые входы трех многоканальных модулей аналогового ввода 46 типа (8-каиальный) 1-7017. Интерфейсы связи многоканальных модулей аналогового ввода 46 по линии связи в формате RS-485 39 подсоединены к микроконтроллеру 41 типа μPAC-7186EXD-FD, который управляет работой блока реле 40, состоящего из трех реле типа реле электромагнитное G2R-2-SNDI (S). Микроконтроллер 41 по линии связи в формате Ethernet 8 подсоединен к подсистеме накопления и обработки информации 9. Выходы блока реле 40 по линии связи 6 подключены к СУЗ ИЯУ 2.
Напряжение питания потенциометрических преобразователей 44 обеспечивается блоком питания 43 типа MINI-PS-100-240AC/24DC/1,3, напряжение питания многоканальных модулей аналогового ввода 46, блока реле 40, микроконтроллера 41 -блоком питания 45 типа 24 В/1,7 A MDR-60-24.
Концевые выключатели и контактные датчики 47 подсистемы контроля временных интервалов 12 (согласно фиг. 7). установленные на отдельных элементах СУЗ 2, подключены к входным разъемам двух блоков оптической развязки БОР 48, выходы которых подключены ко входам двух модулей измерения времен срабатывания МИВС 49. Модули МИВС 49 соединены между собой для обеспечения синхронного пуска измерений при поступлении запускающего сигнала на один из них.
Модули МИВС 49 по линии связи в формате RS-485 25 подсоединены к блоку обработки данных БОД-2 26, который по линиям связи в формате RS-485 7 и в формате Ethernet 8 подключен к подсистеме накопления и обработки информации 9.
Конструктивно модули БОР 48, модули МИВС 49, линия связи 25 и блок обработки данных 26 входят в состав контрольно-управляющего блока измерения времен срабатывания (КУБ-ВС) 50 подсистемы контроля временных интервалов 12.
Система контроля мощности и отображения физических характеристик 1, например, система 1, предназначенная для ИЯУ БР-К1, работает следующим образом.
В каждом канале подсистемы контроля мощности 3 (согласно фиг. 2) используются один счетный и три токовых независимых регистрационных тракта. В счетном измерительном тракте сигнал от блока детектирования 13 (на основе счетчика нейтронов СНМ-11) преобразуется в усилителе-дискриминаторе 19 в оптический сигнал, который по волоконно-оптической линии поступает на вход ИМСН 20 (из состава КИИ 17), где преобразуется в цифровой код скорости счета импульсов в секунду. Токовые сигналы от блока детектирования 14 (на основе подвески камеры ионизационной КНК4), блока детектирования 15 (на основе подвески камеры ионизационной КНК3) и блока детектирования 16 (на основе подвески камеры деления КНК15) поступают на входы модулей ИМТК 22 и двух ИМТК-Л 24, соответственно, которые преобразуют полученный электрический сигнал в цифровой код силы тока.
Блок детектирования 13, 14, 15, 16 имеют разную чувствительность, которая определяется их паспортными данными. Для каждого измерительного канала определен диапазон достоверности. Диапазоны достоверности измерительных каналов должны перекрываться между собой не менее чем на один порядок изменения мощности. Блок обработки данных БОД-2 26 постоянно считывает измеренные значения скорости счета импульсов силы тока по линии связи 25 (RS-485) и преобразует эти значения в значения физической мощности. БОД-2 26 по заданному алгоритму определяет текущее достоверное значение физической мощности и по запросу передает его по линиям связи 7 (RS-485) и 8 (Ethernet) в подсистему накопления и обработки информации 9. На основании вычисленного значения физической мощности БОД-2 26 производит расчет значений периода изменения мощности ИЯУ, текущего энерговыделения и реактивности АЗ ИЯУ и передает по запросу измеренные и расчетные значения по линиям связи 7 (RS-485) и 8 (Ethernet) в подсистему накопления и обработки информации 9. БОД-2 26 проводит проверку работоспособности измерительных модулей 20, 22, 24 и высоковольтных преобразователей напряжения 21, 23. В случае обнаружения неисправностей БОД-2 26 дает команду на выработку сигнала «Нерабочее состояние», который по линии связи 6 поступает в СУЗ ИЯУ 2.
БОД-2 26 отслеживает выход значений физической мощности, периода изменения мощности ИЯУ, текущего энерговыделения за пределы разрешенных диапазонов изменения и подает команды на генерацию сигналов предупредительной или аварийной защиты ИЯУ и на передачу их по линии связи 6 в СУЗ 2. БОД-2 26 контролирует выход значений напряжения питания блоков детектирования, которые обеспечивают высоковольтные преобразователи напряжения 21, 23, из допустимых диапазонов изменения и вырабатывает сигнал аварийной защиты или сигнал «Нерабочее состояние», который по линии связи 6 поступает в СУЗ ИЯУ 2.
По заложенным алгоритмам БОД-2 26 устанавливает состояния информационных сигналов, которые являются индикаторами состояния подсистемы контроля мощности 3, и передает их по запросу по линиям связи 7 (RS-485) и 8 (Ethernet) в подсистему накопления и обработки информации 9.
В каждом канале подсистемы контроля предельных уровней 4 (согласно фиг. 3) используются два независимых регистрационных тракта: первый - для контроля предельного энерговыделения, второй - для контроля предельной мощности.
В регистрационном тракте контроля предельного энерговыделения токовый сигнал блока детектирования 16 (на основе подвески камеры деления КНК15) поступает на вход модуля измерения энерговыделения МИЭ 28, который преобразует токовый сигнал в частоту следования импульсов (интенсивность отсчетов), определяет суммарное количество отсчетов и производит сравнение полученной суммы с заданным пороговым значением, соответствующим значению предельного энерговыделения ИЯУ. Если текущее значение суммарного количества отсчетов достигло порогового уровня, МИЭ 28 формирует аварийный сигнал предельного уровня энерговыделения на аппаратном уровне, который по линии 6 передается в СУЗ ИЯУ 2.
В регистрационном тракте контроля предельной мощности токовый сигнал блока детектирования 16 (на основе подвески камеры деления КНК15) поступает на вход модуля измерения физической мощности МИФМ 29. который производит преобразование текущего значения токового сигнала в пропорциональное значение напряжения. Значение напряжения передается на компаратор максимальной мощности, где производится сравнение текущего значения напряжения с заданным пороговым значением, соответствующим предельному уровню мощности. Если текущее измеренное значение тока (напряжения) достигло порогового уровня, то МИФМ 29 формирует аварийный сигнал предельного уровня мощности на аппаратном уровне, который по линии 6 передается в СУЗ ИЯУ 2.
БОД-2 26 постоянно считывает измеренные значения интенсивности отсчетов суммарного количества отсчетов из МИЭ 28 и значения силы тока из МИФМ 29 по линии связи 25 (RS-485). БОД-2 26 преобразует значения силы тока в значения физической мощности, значения суммарного количества отсчетов в значения суммарного энерговыделение и передает расчетные значения по запросу по линиям связи 7 (RS-485) и 8 (Ethernet) в подсистему накопления и обработки информации 9. БОД-2 26 проводит проверку работоспособности измерительных модулей 28, 29 и двух высоковольтных преобразователей напряжения 23. В случае обнаружения неисправностей БОД-2 26 дает команду на выработку сигнала «Нерабочее состояние», который по линии связи 6 поступает в СУЗ ИЯУ 2. БОД-2 26 контролирует выход значений напряжения питания блоков детектирования 16, которые обеспечивают высоковольтные преобразователи напряжения 23, из допустимых диапазонов изменения и вырабатывает сигнал аварийной защиты или сигнал «Нерабочее состояние», который по линии связи 6 поступает в СУЗ ИЯУ 2.
В каждом канале подсистемы контроля параметров импульса ИЯУ по току 5 (согласно фиг. 4) используются два независимых регистрационных тракта: первый - для регистрации формы импульса, второй - для измерений периода увеличения мощности. Подсистема контроля параметров импульса ИЯУ по току 5 используется в режиме генерации импульса на мгновенных нейтронах.
В регистрационном тракте, предназначенном для регистрации формы импульса, токовый сигнал блока детектирования 16 (на основе подвески камеры деления КНК15) поступает на вход модуля аналогового регистратора сигналов МАРС 31. При достижении значением силы тока предустановленного уровня МАРС 31 преобразует токовый сигнал в цифровой сигнал и записывает полученные значения во внутреннюю память. Время регистрации задается заранее и соответствует времени генерации импульса на мгновенных нейтронах. По завершению регистрации МАРС 31 формирует информационный сигнал готовности.
В регистрационном тракте, предназначенном для измерений периода увеличения мощности, токовый сигнал блока детектирования 16 (на основе подвески камеры деления КНК15) поступает на вход модуля измерения установившегося периода разгона МИП 32. МИП 32 преобразует токовый сигнал в значения напряжения. При достижении значением напряжения заданного порогового значения запускается счетчик времени, который останавливается при достижении напряжением значения в е раз больше порогового. Дм измерений двух значений периода увеличения мощности МИП 32 имеет две пары пороговых устройств, что позволяет проводить измерения периода увеличения мощности в е раз на двух разных уровнях мощности за время разгона ИЯУ. Измеренные значения периода записываются во внутреннюю память МИП 32. По завершению процедуры измерений двух значений периода МИП 32 формирует информационный сигнал готовности. МИП 32 проводит сравнение значений измеренного периода с заданной пороговой величиной и формирует аварийный сигнал на аппаратном уровне при выходе периода за установленный порог, который по линии 6 передается в СУЗ ИЯУ 2.
БОД-2 26 постоянно считывает состояние сигнала готовности из МАРС 31 по линии связи 25 в формате RS-485. После установки сигнала готовности МАРС 31 БОД-2 26 производит считывание массива зарегистрированных значений силы тока и преобразует эти значения в значения мощности ИЯУ. По запросу БОД-2 26 передает эти значения по линиям связи 7 (RS-485) и 8 (Ethernet) в подсистему накопления и обработки информации 9.
БОД-2 26 постоянно считывает состояние сигнала готовности из МИП 32 по линии связи 25 в формате RS-485. После установки сигнала готовности МИП 32 БОД-2 26 производит считывание зарегистрированных значений периода увеличения мощности. По запросу БОД-2 26 передает эти значения по линиям связи 7 (RS-485) и 8 (Ethernet) в подсистему накопления и обработки информации 9.
БОД-2 26 проводит проверку работоспособности МАРС 31, МИП 32 и двух высоковольтных преобразователей напряжения 23. В случае обнаружения неисправностей БОД-2 26 дает команду на выработку сигнала «Нерабочее состояние», который по линии связи 6 поступает в СУЗ ИЯУ 2. БОД-2 26 контролирует выход значений напряжения питания блоков детектирования от высоковольтных преобразователей напряжения 23 из допустимых диапазонов изменения и вырабатывает сигнал аварийной защиты или сигнал «Нерабочее состояние», который по линии связи 6 поступает в СУЗ ИЯУ 2.
В подсистеме контроля температуры 10 (согласно фиг. 5) сигнал термоЭДС от каждой из семи термопар 34 поступает на вход своего модуля I-7011 35, который преобразует значение термоЭДС в цифровой сигнал и пересчитывает в значение температуры. При превышении значения температуры заданного порога модуль вырабатывает сигнал аварийной защиты на аппаратном уровне при помощи платы автоматики 38, с которой подается команда на блок реле 40. Сигнал аварийной защиты от блока реле 40 по линии связи 6 передается в СУЗ ИЯУ 2.
Микроконтроллер μPAC-7186EXD-FD 41 постоянно опрашивает семь модулей I-7011 35 по линии связи 39 (RS-485), сравнивает считанные значения температуры с пороговыми значениями и при их превышении посылает команду для блока реле 40 на выработку сигнала аварийной защиты, который по линии связи 6 передается в СУЗ ИЯУ 2. Модули дискретного ввода-вывода I-7060 36 используются для проверки правильности выработки сигнала аварийной защиты в тестовом режиме работы подсистемы контроля температуры 10.
По запросу микроконтроллер 41 передает текущие значения по линии связи 8 (Ethernet) в подсистему накопления и обработки информации 9. Микроконтроллер 41 проводит проверку работоспособности всех модулей из состава подсистемы контроля температуры 10. В случае обнаружения неисправностей микроконтроллер 41 подает команду для блока реле 40 на выработку сигнала «Нерабочее состояние», который по линии связи 6 поступает в СУЗ ИЯУ 2.
В подсистеме контроля технологического давления 11 (согласно фиг. 6) аналоговые сигналы напряжения от каждого из одиннадцати датчиков 42 давления поступают на входы потенциометрических преобразователей MCR 44, которые преобразуют сигнал напряжения в пропорциональный токовый сигнал. Токовый сигнал от каждого преобразователя 44 подается на отдельный аналоговый вход трех многоканальных модулей аналогового ввода I-7017 46, которые преобразуют токовые сигналы в цифровые значения.
Микроконтроллер μPAC-7186EXD-FD 41 постоянно опрашивает модули I-7017 46 по линии связи 39 (RS-485) и считывает значения токовых сигналов. По заложенному алгоритму микроконтроллер 41 вычисляет значения давления, пропорциональные значениям токов, сравнивает расчетные значения давления с пороговыми и при выходе за их пределы посылает команды для блока реле 40 на выработку сигнала аварийной защиты, который по линии связи 6 передается в СУЗ ИЯУ 2. Также по заложенным алгоритмам микроконтроллер 41 устанавливает состояния информационных сигналов, которые являются индикаторами состояния подсистемы контроля технологического давления 11.
По запросу микроконтроллер 41 передает текущие значения давления и информационные сигналы по линии связи 8 (Ethernet) в подсистему накопления и обработки информации 9. Микроконтроллер 41 проводит проверку работоспособности всех модулей из состава подсистемы контроля технологического давления 11. В случае обнаружения неисправностей микроконтроллер 41 подает команду для блока реле 40 на выработку сигнала «Нерабочее состояние», который по линии связи 6 поступает в СУЗ ИЯУ 2.
Работа подсистемы контроля временных интервалов 12 (см. фиг. 7) начинается с программирования режимов работы двух модулей измерения времен срабатывания МИВС 49 при помощи подсистемы накопления и обработки информации 9. Команды от подсистемы 9 поступают в МИВС 49 по линиям связи 7 (RS-485) и 8 (Ethernet) через БОД-2 26 и линию связи 25 (RS-485), по этим командам выполняется очистка внутренней памяти модулей МИВС 49, которые затем переводятся в состояние ожидания запуска.
Каждый входной сигнал от сорока концевых выключателей и контактных датчиков 47 проходит через блоки оптической развязки БОР 48 и поступает на определенный вход одного из двух МИВС 49. Запуск временного отсчета в МИВС 49 может произойти по одному из 18 заранее определенных входов. При пуске одного модуля МИВС 49 на синхро-вход второго МИВС 49 поступает сигнал, по которому запускаются измерения второго модуля. По приходу всех сорока сигналов или по прошествии 10 секунд оба МИВС 49 останавливают процесс измерения времени и выставляют информационные сигналы об окончании измерений. Все измеренные временные интервалы хранятся во внутренней памяти модулей МИВС 49. МИВС 49 обеспечивает дискретность относительной временной шкалы в 20 мкс.
БОД-2 26 постоянно считывает состояние сигнала об окончании измерений из модулей МИВС 49 по линии связи 25 (RS-485). После его установки БОД-2 26 производит считывание зарегистрированных значений времен срабатывания. По запросу БОД-2 26 передает эти значения по линиям связи 7 (RS-485) и 8 (Ethernet) в подсистему накопления и обработки информации 9.
Таким образом, предлагаемая система контроля мощности и отображения физических характеристик 1, реализованная для ИЯУ БР-К1, расширяет функциональные возможности СУЗ ИЯУ. Кроме измерения и контроля значений основных физических параметров, управления техническими защитами система 1 выполняет информационно-вычислительные функции за счет использования подсистемы накопления и обработки информации 9, предоставляя обслуживающему персоналу ИЯУ дополнительную помощь при управлении реактором. Подсистема накопления и обработки информации 9 объединяет компьютеры, аппаратные средства сбора и обработки сигналов, программное обеспечение в единую измерительно-вычислительную систему, позволяющую решать задачи в масштабе времени, приближенном к реальному, создает инструментальные и интеллектуальные средства изучения зарегистрированных процессов в графической среде с помощью специальных методов представления и обработки информации.
Система контроля мощности и отображения физических характеристик 1 ИЯУ БР-К1 использует аппаратный способ генерации сигналов аварийной и предупредительной защиты при превышении предельно допустимых значений измеряемых физических параметров, тем самым увеличивает точность и быстродействие их выработки, повышая надежность и безопасность функционирования ИЯУ.
Испытания системы контроля мощности и отображения физических характеристик на действующей установке БР-К1 показали, что система стабильно и надежно регистрирует основные физические параметры реактора во всех режимах его работы. Метрологические характеристики как отдельных подсистем, так и системы в целом полностью соответствуют предъявленным требованиям к погрешностям определения измеряемых величин. Практическая ценность разработки состоит в том, что система 1 позволяет автоматизировать процесс испытаний и исследований в тех областях, где участие человека ограничено, а ответственность в успешной реализации научных экспериментов велика.