Министерство Российской Федерации по атомной энергии

Вид материала

Содержание

Средства взаимодействия с оператором
Принципы построения комплекса ТПТС51-01 для программируемых управляющих систем безопасности
Состав и технические характеристики тптс51
Характеристики стойкости ТПТС51 к воздействию помех
Инструментальные средства автоматизированного
Рабочая станция
Oc hp-ux 9.0 oc ms dos-6.22

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6

Средства взаимодействия с оператором

Для обеспечения связи с оператором в современных АСУТП применяется обычно информационно-управляющая система верхнего уровня (ИУС), построенная на стандартной вычислительной технике (персональных компьютерах, рабочих станциях, сетевых средствах). Программное обеспечение ИУС создается с помощью специальных программных комплексов, носящих обобщающее название SCADA систем.^{^*)} .

Штатной, органично сопрягаемой с ТПТС51, является система ОМ650, разработанная АО “Сименс” и переданная ВНИИА в рамках Лицензионного договора.

ОМ650 является современной SCADA-системой, имеющей мощные инструментальные средства, с помощью которых возможно проектирование практически любых видов видеограмм (мнемосхем, графиков, таблиц и т.д.) и управляющих функций. В качестве рабочих станций оператора используются компьютеры Pentium с большим графическим экраном под управлением операционной среды UNIX с сетевым протоколом TCP/IP.

ОМ650 позволяет организовывать сложные базы данных, поддерживающих, в том числе, функцию долгосрочного архива, обеспечивающего сохранность истории функционирования объекта с ретроспективой в десятки лет.

Проектирование систем на базе ОМ650 осуществляется с использованием рабочей станции ЕS680.

Принципы построения комплекса ТПТС51-01 для программируемых управляющих систем безопасности

Построение управляющих систем безопасности (УСБ) АЭС требует выполнения специальных указаний, в число которых входит реализация УСБ в виде трех- или четырехканальных резервированных систем с голосованием. Для построения программируемых УСБ в настоящее время проводится разработка модификации ТПТС51-01. Отличие ТПТС51-01 от базового комплекта ТПТС51 (см.рис.5) заключается в следующем:

В состав комплекта вводятся дополнительные модули FM486 (вычислитель на микропроцессоре I486, 40 Мгц) и модуль адаптера связи с системной шиной SINEC L2 (RS485).
Из функциональных модулей удаляются все стандартные функции обработки и управления, что позволяет превратить функциональные модули в обычные быстродействующие УСО, единственной функцией которых остается передача значений входных и выходных сигналов.

С введением этих изменений ТПТС51-01 превращается в быстродействующий контроллер “классической” структуры с централизованным управлением. Наличие в ТПТС51-01 адаптеров связи с быстродействующей системной шиной дает возможность построения резервирванных структур любой сложности.

На Рис. 6 представлен пример трехканального мажоритированного контроллера, который может являться также каналом двух- или четырехканальной системы.

УДК 681.326.3

СОСТАВ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТПТС51

Ю.В. Мартьянов, к. т. н., Г.Н. Гришин, Д.И. Крылов,

А.П. Ткаченко, Т.Н. Белова

Рассмотрены технические средства, входящие в состав ТПТС51. Даны характеристики функциональных и служебных модулей, а также приборной стойки. Приведены условия работоспособности технических средств ТПТС51.

ТПТС51 представляет набор технических средств из модулей различного назначения (функциональных, системных, коммуникационных, служебных), конструкций (крейтов, рамы, шкафа-оболочки) и соединительных проводов, а также кабелей (см. рисунок).

ТПТС51

Конструкции Провода Модули

и кабели

Крейты, рама, Приборная стойка Функциональные

шкаф-оболочка ТПТС51.2 Системные

Коммуникационные

Служебные

Технические средства ТПТС51

Каждый функциональный модуль ТПТС51 - это реализованная на основе микропроцессора система обработки информации, осуществляющая прием, логическую обработку сигналов от процесса и выдачу ответных сигналов. Каждый такой модуль способен автономно осуществлять обмен данными с другими модулями.

Для обеспечения такого обмена все функциональные модули подключены к шине обмена данными, управление которой осуществляется специальным системным модулем EAS (1332). Обмен реализуется путем сбора информации с модулей, подключенных к шине, и последующим ее распределением по заданным адресам. На этот же модуль возложены также функции приема и выдачи данных из сети установки CS 275, подключение к которой осуществляется через специальные коммуникационные модули.

Служебные модули ТПТС51 выполняют вспомогательные функции, например, обеспечения электропитания основных модулей системы.

Модули ТПТС51 устанавливаются в крейты, которые в свою очередь монтируются на силовой раме. Отдельные крейты соединяются между собой проводами и кабелями, с помощью которых обеспечиваются подача электропитания и объединение шин обмена данными отдельных крейтов. Рама с крейтами и кабелями устанавливается в шкаф-оболочку, чем достигается конструктивная законченность изделия.

Шкаф-оболочка имеет габаритные размеры 2200900400 мм и соответствует исполнению по степени защиты IP 20 (ГОСТ 14254-80). Шкаф оборудован спереди и сзади двустворчатыми дверями с углом отклонения не менее 150.

На одной раме может быть смонтировано до четырех крейтов с модулями (около 50 функциональных модулей, обслуживаемых системным модулем 1332), крейт питания, а также возможна установка дополнительного служебного “узкого” крейта. На раме также монтируются элементы подключения внешних цепей (максимально около 2000 входов).

Собранное в шкафу изделие с модулями получило наименование приборной стойки (ПС) ТПТС51.2.

Исполнение ПС с модулем 1332 получило название основного. Для увеличения числа задействованных функциональных модулей предназначены так называемые ПС расширения, конструктивно выполненные аналогично основным, но включающие функциональные модули, подключенные к шине обмена данными основной ПС специальными кабелями. В ПС расширения возможна установка до 50 функциональных модулей, и в этом случае обмена число функциональных модулей может быть увеличено вдвое.

Питание ПС осуществляется напряжением 24 В постоянного тока (допустимый диапазон 21 - 30 В), ток потребления приборной стойки составляет от 16 до 18 А.

Отдельные ПС объединяются в сосредоточенные или распределенные комплексы с помощью кабелей сети установки CS 275. Сеть может быть реализована в двух взаимно дополняющих вариантах: “ближней” и “дальней” шины.

“Ближняя” шина используется для объединения до 9 абонентов, максимальная удаленность которых друг от друга не более 20 м. Скорость подачи данных по “ближней” шине до 340 Кбит/с при отсутствии “дальней” шины и до 250 Кбит/с при наличии “дальней“ шины. “Дальняя” шина позволяет объединить до 99 абонентов, разнесенных на расстояние до 4 км. Скорость передачи данных до 250 Кбит/с.

С целью исключения непроизводительной загрузки информацией сети CS 275 необходимо для решения локальных задач управления, реализуемых несколькими приборными стойками, в ТПТС51 предусмотреть еще один путь передачи данных между стойками - шину оперативной связи, реализующую протокол RS 485. Эта шина позволяет объединить до 32 абонентов, разнесенных на расстояние до 100 м. Скорость передачи данных до 1,5 Мбит/c.

Организация ТПТС51 позволяет в рамках ПС ТПТС51.2 реализовать полностью или частично резервированные, а также нерезервированные структуры оборудования. При полном резервировании дублируются все модули и шинные структуры системы, при частичном - системные модули стойки и шинные структуры. Резервирование выполняется в технике “1 из 2” по принципу “мастер- помощник”. Компонент “мастер” является функционирующим, компонент “помощник” находится в горячем резерве. В случае отказа “мастера” автоматически инициализируется “помощник”, а “мастер” отключается от управления оборудованием. Функциональные модули ТПТС51 включают в себя 11 типов, которые могут быть разделены на следующие группы:

измерительные модули типов 1703,1722,1724,1731;
модуль приема двоичных сигналов типа 1723;
модули управления типов 1717,1719,1723-01,1725;
модули-регуляторы типов 1411,1412.

Измерительные модули обеспечивают выполнение следующих работ:

прием, измерение и логическую обработку стандартных аналоговых сигналов в диапазонах 0-20 мА, 4-20 мА, 0-10 В, 2-10 В (модуль 1722);
прием, измерение и обработку сигналов от термопреобразователей различных типов (термопар, термосопротивлений) - модуль 1731;
счет импульсов и измерения частоты в диапазоне от 0 до 20 кГц (модуль 1724).

Модуль 1722 имеет 14 измерительных входов. Приведенная суммарная относительная погрешность измерения не более  0,3%. Помимо измерительных входов модуль имеет 14 выходов для питания датчиков или приема дискретных сигналов, а также 14 аналоговых выходов 0-10 В. Время опроса измерительных входов - около 40 мс.

Модуль 1731 имеет четыре измерительных входа. Для увеличения числа входов предусмотрен модуль 1703, подключаемый к 1731 (до двух модулей 1703 к одному модулю 1731). При этом общее число измерительных входов составляет 32. Основная погрешность измерения модуля 1731 не более 0,5С. Время опроса максимального числа входов 3 с. В модуле также имеются дополнительные входы для измерения стандартных аналоговых сигналов, входы/выходы приема/выдачи двоичных сигналов, выходы для выдачи аналоговых сигналов.

Модуль 1724 имеет восемь каналов для приема счетных импульсов. По четырем каналам обеспечивается измерение частоты. Суммарная приведенная погрешность не более 0,01%.

Модуль 1723 используется для приема бинарных сигналов с уровнями логического “0” не менее 4,5 В, логической “1” более 13,5 В от одиночных (нормально- замкнутых или разомкнутых) или перекидных контактов. Модуль имеет 28 приемных входов и 28 входов/выходов. Возможен режим работы с напряжением на разомкнутом контакте 24 В или 48 В. Обеспечивается автоматический контроль целостности входных цепей.

С помощью модулей управления реализуются следующие задачи:

индивидуального управления двигателями, задвижками и т. п. (модуль 1717 с модулем расширения 1713);
подгруппового управления (модуль 1723-01);
группового управления (модуль 1725).

Эти модули имеют несколько десятков входов приема двоичных сигналов и такое же число выходов для выдачи двоичных сигналов.

Модуль 1717 может обеспечить управление одновременно четырьмя двигателями или тремя задвижками, или пятью электромагнитными клапанами. Организация подгрупп управляемого оборудования осуществляется путем подключения нескольких модулей 1717 к одному модулю 1723-01, а групп - подключением нескольких модулей 1723-01 к одному модулю 1725. Подключение выполняется прямыми межмодульными связями двоичных выходов/входов модулей.

К модулям-регуляторам относятся:

модуль 1411 - двухканальный регулятор пошагового регулирования по пропорционально-интегральному (PI) закону;
модуль 1412 - двухканальный комбинированный регулятор, реализующий пропорциональный (P), пропорционально-интегральный (PI), пропорционально-дифференциальный (PD) или пропорционально-интегрально-дифференциальный (PID) законы регулирования.

Технические средства ТПТС 51 работоспособны в следующих условиях:

в диапазоне температур +10 - +40С;
в условиях относительной влажности до 80% при температуре 25С и при более низких температурах без конденсации влаги;
при атмосферном давлении 64 - 106,7 кПа (630 - 800 мм.рт.ст.);
в условиях воздействия синусоидальной вибрации в диапазоне 1 - 10 Гц при амплитуде перемещения 1 мм и в диапазоне 10 - 60 Гц с ускорением 0,5g;
в условиях сейсмического воздействия 8 баллов по MSK-64 на высотной отметке до 24 м.

ТПТС51 являются стойкими к воздействиям помех от внешних источников (см. таблицу).

Характеристики стойкости ТПТС51 к воздействию помех

Вид помехи	Значение параметра испытательного воздействия	Номер ГОСТа
Микросекундные импульсные помехи большой энергии, кВ	1	Р 5007
Наносекундные импульсные помехи, кВ	0,5	29156
Электростатические разряды, кВ :		29191
контактный	6
воздушный	8
Магнитное поле промышленной частоты, А/м:		Р 50648
непрерывное	30
кратковременное	400
Импульсное магнитное поле, А/м	100	Р 50649
Токи кратковременных синусоидальных помех в цепях защитного и сигнального заземления, А	100	Р 50746
Токи микросекундных импульсных помех в цепях защитного и сигнального заземления, А	100	Р 50746

Средняя наработка на отказ модулей ТПТС51 составит 100 - 120  10³ ч при температуре окружающей среды 40С. Срок службы модулей не менее 15 лет.

УДК 681.5.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ТПТС51

В.Н.Зуйков, А.Д.Нариц, к.т.н., С.И.Купцов, Е.Ю.Померанцева, Л.И.Митюгова

Приведены сведения о средствах автоматизированного проектирования системы ТПТС51, описана структура программно-аппаратных средств, необходимая для их работы, возможности систем проектирования, функции администратора проекта и проектировщиков.

В состав ТПТС51 входят инструментальные средства автоматизированного проектирования GET-TM, HET, STRUK, позволяющие разрабатывать проекты низовой автоматики на базе программно-технических средств ТПТС51.

Инструментальные средства (системы) GET-TM, HET, STRUK позволяют разработать и выпустить документацию, необходимую для изготовления программно-технического комплекса (ПТК), в соответствии с требованиями заказчика (комплекты схем соединений аппаратных средств и функциональных диаграмм - графического представления алгоритмов работы модулей ТПТС51).

Структура комплекса программно-технических средств, служащего в качестве инструментального средства автоматизированного проектирования низовой автоматики, представлена (см. рисунок).

Монитор 19’ 386..., 586, 4 МB RAM,

64 МB RAM, 2 GB HDD сетевая карта 3 Com Низовая автоматика

РАБОЧАЯ СТАНЦИЯ

HP 9000/715

ПЕРСОНАЛЬНЫЙ

КОМПЬЮТЕР

ТПТС51

Ethernet CS275

OC HP-UX 9.0 OC MS DOS-6.22

СУБД INGRES 6.4 Транслятор STRUK 8.0

САПР GET, HET PC-NFS 5.1, DESQ VIEW 2.1

Структура программно-технического комплекса для автоматизированного проектирования низовой автоматики

Для работы систем GET-TM, HET требуется рабочая станция (WS) фирмы Hewlett-Packard (HP) со следующими параметрами:

тип станции HP 9000 серии 700;
монитор 19`` (1280 x 1024) с графической платой 2 МB RAM;
жесткий диск (HDD) не менее 2 GB;
объем оперативной памяти не менее 64 MB;
стриммер DAT (4 мм).

На рабочей станции должно быть установлено следующее системное и прикладное программное обеспечение:

операционная система HP-UX версии 9, включая TCP/IP, X-Windows;
командный процессор Bourne-Shell;
система управления базами данных (СУБД) INGRES версии 6.4.

Система GET-TM выполнена в виде расширяемого программного пакета и позволяет:

cоздавать функциональные диаграммы с помощью встроенного графического редактора, проводить в них изменения, проверять правильность графики алгоритмов;
управлять проектными данными с помощью меню;
формировать программы работы модулей из функциональных диаграмм в виде кодов STRUK;
передавать коды программ транслятору STRUK для загрузки их в модули ТПТС51;
формировать частичный код, изменять отдельные параметры в программах работы модулей ТПТС51, распечатывать несоответствия загруженных и спроектированных кодов при работах по вводу ПТК в эксплуатацию;
моделировать алгоритм работы модулей ТПТС51 (имитация реального функционирования);
копировать и сохранять проектные данные;
осуществлять обмен проектными данными с системой НЕТ.

Система HET вызывается из GET-TM и позволяет:

заполнять базу данных проекта сведениями об аппаратных компонентах АСУ ТП, имеющих проводные связи с низовой автоматикой ТПТС51 (датчики, исполнительные механизмы, пульты и панели управления), сведениями о компонентах приборных стоек из состава ТПТС51 (компоновка модулей в приборных стойках, схемы вторичных источников питания и других устройств, входящих в состав приборной стойки);
проектировать схемы соединений между приборными стойками ТПТС51 и периферийными устройствами;
проектировать схемы соединений между приборными стойками ТПТС51 и пультами управления;
проектировать схемы соединений между приборными стойками ТПТС51 и распределительными устройствами, кроссовыми шкафами, соединительными коробками;
проектировать схемы соединений внутри приборной стойки, включая разводку контактов разъёмов модулей на коммутационные панели шкафов, разводку питания в шкафу, схемы сигнализации и т.д.;
обмениваться проектной информацией с системой GET-TM;
выпускать схемы соединений, схемы шинных связей, схемы питания, компоновочные схемы, схемы расстановки кодирующих перемычек в функциональных модулях в качестве документации, предназначенной для изготовления технических средств;
формировать исходные данные для программ накрутки и проверки монтажа приборных стоек.

Для работы системы передачи кодов программ работы модулей ТПТС51 (через систему STRUK) требуется персональный компьютер со следующими параметрами:

тип процессора не ниже i486;
объем оперативной памяти не менее 4 МБ;
сетевая карта фирмы 3Com.

На персональном компьютере должно быть установлено следующее системное программное обеспечение:

операционная система MS-DOS версии не ниже 6.2;
пакеты программ PC-NFS 5.1 и DESQIEW 2.1 для связи персонального компьютера с рабочей станцией по сети Ethernet.

Система STRUK является транслятором со специального языка STEP во внутренние коды модулей ТПТС51.

Внутреннее программное обеспечение модулей состоит из:

интерпретатора команд языка STEP;
базовых функций, зашитых в каждом конкретном модуле ТПТС51;
программ работы модулей, разработанных с помощью системы GET-TM и представляющих из себя вызовы базовых функций модуля с соответствующими параметрами.

Таким образом, алгоритм работы системы (см. рисунок) выглядит следующим образом:

1. В системе GET-TM создаются программы работы модулей ТПТС51, реализующие выполнение требуемых алгоритмов, в виде функциональных диаграмм, которые пользователь создает из базовых функций, связывая их по определенным правилам.

2. После обработки функциональных диаграмм, преобразования и их автоматической проверки получаются программы работы модулей ТПТС51 на языке STEP, которые передаются на РС для обработки транслятором STRUK.

3. Транслятор STRUK преобразовывает программы управления модулей во внутренние коды и по сети CS275 пересылает в модули ТПТС51 для записи в перепрограммируемое ПЗУ.

Отметим, что важной особенностью системы является возможность обратного считывания загруженных кодов и сравнение со спроектированными кодами.

Приступить к проектированию средств низовой автоматики можно после выполнения следующих предварительных действий:

инсталляции программно-технических средств автоматизированного проектирования;
инициализации проекта и его пользователей через специальные процедуры GET-TM и HET.