Ядерный реактор ВВЭР-1000 - водо-водяной энергетический реактор с водой под давлением, без кипения в активной зоне. Регулирование мощности, топология локальной вычислительной сети. Коррекция базы данных конфигурации. Обмен данными между ОБД и ЛВС.
Аннотация к работе
В ходе выполнения дипломной работы была разработана топология программно - технического комплекса автоматической и предупредительных защит автоматической системы управления и защиты реактора ВВЭР-1000 в соответствии с техническим заданием НПП «Хартрон - АРКОС» на реконструкцию энергоблока №1 ЗАЭС. Коррекция базы данных конфигурации и сетевой задачи ПТК АЗ-ПЗ произведена с учетом изменений топологии ПТК АЗ-ПЗ и полностью соответствуют стандартам надежности программно - математического обеспечения.
Введение
Ни отдельный человек, ни человеческое общество не могут существовать без потребления энергии. В течение истории цивилизации человек осваивал различные источники энергии. В настоящее время наиболее мощными являются источники атомной энергии - естественные источники исчерпываются, а использование солнечной энергии пока что имеет низкий КПД.
Важнейшим фактором научно - технического прогресса является состояние и развитие энергетики, лежащей в основе любого производства. В энергетических программах многих стран большое место отводится ядерным источникам энергии. Ядерная энергетика в настоящее время широко используется в производстве тепловой и электрической энергии. Ядерная энергия преобразуется в электрическую на атомных электростанциях (АЭС). «Сердце» АЭС - ядерный реактор.
Использование источников энергии неизбежно связано с вредным воздействием на окружающую среду (может быть единственное исключение - биохимический метод усвоения энергии). Это воздействие специфично для каждого типа источника энергии. Ядерная энергия характерна тем, что вредное действие связано с радиоактивным излучением.
Имевшие место серьезные аварии, в частности на АЭС «Три-Майл-Айленд» в США в 1979 г. и в особенности на Чернобыльской АЭС в СССР в 1986 г., вызвали большие дискуссии в научных кругах и широкой общественности о дальнейшей судьбе и направлении развития ядерных энергетических установок (ЯЭУ). При этом анализ топливно - энергетических ресурсов показывает, что альтернативы ядерной энергетике по наращиванию энергетических мощностей в ближайшее время практически нет. В этих условиях на первый план выдвигаются требования обеспечения надежности и безопасности ЯЭУ. Существенно возрастают требования к подготовке специалистов.
1. Аналитический обзор литературных источников
1.1 Реактор ВВЭР-1000
Ядерный реактор ВВЭР-1000 относится к типу водо-водяных энергетических реакторов с водой под давлением, без кипения воды в активной зоне.
Преимущественное использование водо-водяных реакторов в ядерной энергетике нашей страны объясняется рядом причин. К ним прежде всего следует отнести то, что вода оказалась наиболее подходящим материалом для ядерных реакторов в качестве замедлителя и теплоносителя. Надо учесть при этом, что она недефицитна и весьма доступна, издавна используется в различных отраслях техники и поэтому ее свойства хорошо изучены. Как замедлитель вода имеет наивысшую замедляющую способность, поэтому водо-водяные реакторы компактны, обладают сравнительно высоким удельным энерговыделением с единицы объема активной зоны, в связи с чем может быть получена большая мощность с единицы объема. Использование воды одновременно в качестве замедлителя и теплоносителя позволило создать реакторы сравнительно простые по устройству.
Несмотря на указанные преимущества воды использование ее в ядерных реакторах сопряжено с рядом трудностей. Сравнительно высокое поглощение нейтронов водой отрицательно сказывается на балансе нейтронов в активной зоне и предопределяет применение только обогащенного урана, вследствие чего коэффициент воспроизводства в водо-водяных реакторах сравнительно невысок. Сильное замедление нейтронов в воде может привести к большим локальным неравномерностям распределения энерговыделения. Сравнительно высокая коррозионная активность воды с конструкционными материалами требует специальной и дорогостоящей системы водоподготовки, что заметно сказывается на эксплуатационных затратах. Для получения приемлемой температуры необходимо высокое давление. В связи с ограничением температурного уровня для установок с водо-водяным реактором характерен цикл с насыщенным паром. Удельный тепловой поток при использовании водного теплоносителя ограничен критическими тепловыми нагрузками.
На текущий момент накоплен большой опыт эксплуатации водо-водяных реакторов как у нас в стране, так и за рубежом. Их совершенствование шло по пути повышения надежности и безопасности, улучшения теплофизических характеристик и повышения единичной мощности.
Вслед за реакторами первого поколения электрической мощностью в несколько сотен мегаватт появились реакторы единичной мощностью тысяча мегаватт и более. У нас в стране в 1980 г. вышли в серию блоки АЭС с ВВЭР-1000 (рисунок 1.1).
Активная зона размещена в цилиндрическом толстостенном корпусе диаметр которого, включая размеры подводящих и отводящих патрубков, не превышает 4,5 м. В отличие от ВВЭР-400 корпус реактора ВВЭР-1000 изготавливается на заводе с укороченными патрубками, что позволило несколько увеличить диаметр самого корпуса при сохранении общего железнодорожного габарита. Схема подвода и отвода теплоносителя остается прежней с восходящим движением через активную зону. Активная зона состоит из плотной упаковки шестигранных ТВС, набранных из стержневых твэлов. Шестигранная ТВС бесчехловая, что обеспечивает перемешивание теплоносителя в радиальном направлении и предотвращает различие перепадов давления в параллельных каналах. Диаметр подводящих и отводящих патрубков 850мм, число циркуляционных петель - 4.
В ВВЭР-1000 используются принципиально другие органы СУЗ. Вместо подвижных поглощающих сборок здесь применено кластерное регулирование. В ВВЭР-1000 используются электромагнитные приводы с шаговым двигателем. Охлаждение приводов СУЗ воздушное. В серийном блоке АЭС с ВВЭР-1000 из 163 ТВС только 61кластеры (механическую систему регулирования).
1, 3 - подвод и отвод охлажденного воздуха; 2 - верхний блок с приводами СУЗ; 4 - штуцер для подвода коммуникаций внутриреакторных измерений; 5 - съемная крышка; 6 - шпильки крепления крышки с корпусом; 7 - верхний блок защитных труб с перфорированной обечайкой; 8, 9 - патрубки теплоносителя; 10 - подвесная шахта; 11 - активная зона; 12 - корпус реактора; 13 - тепловой экран; 14 - нижняя опорная решетка; 15 - эллиптическое днище
Рисунок 1.1 - Общий вид реактора ВВЭР-1000
В ВВЭР-1000 наряду с механической системой регулирования используются борное жидкостное регулирование и выгорающие поглотители. Перегрузка топлива производится при полном выключении реактора, со съемом верхней крышки.
1.2 Регулирование мощности реактора ВВЭР-1000
В приложении А приведена схема контура регулирования мощности реактором ВВЭР-1000.
Водо - водяной энергетический реактор типа ВВЭР-1000 входит в состав главного циркуляционного контура реакторной установки, относится к основному оборудованию реакторной установки и предназначен для выработки тепловой энергии в ее составе.
Работа реактора, как объекта управления должна рассматриваться в совокупности с работой всего оборудования реакторной установки во всех режимах ее работы.
Водо-водяной реактор ВВЭР-1000 на тепловых нейтронах представляет собой цилиндрический сосуд, состоящий из корпуса и съемного верхнего блока с крышкой. В корпусе реактора размещены внутрикорпусные устройства и активная зона реактора, состоящая из ТВС. В качестве топлива используется слабообогащенная двуокись урана. Теплоносителем и замедлителем является обессоленная вода с борной кислотой, концентрация которой изменяется в процессе эксплуатации.
Теплоноситель принудительно (с помощью ГНЦ) поступает в корпус реактора через четыре входных патрубка, опускается по кольцевому зазору между корпусом и шахтой внутрикорпусной и через перфорированное днище и опорные трубы шахты входит в ТВС. При прохождении через ТВС теплоноситель нагревается за счет реакции деления ядерного топлива. Из ТВС через перфорированную нижнюю плиту блока защитных труб (БЗТ) теплоноситель входит в межтрубное пространство, далее через перфорированную обечайку попадает в кольцевой зазор между шахтой и корпусом и через четыре выходных патрубка корпуса выходит из реактора.
Далее тепловая энергия теплоносителя первого контура с помощью парогенератора передается теплоносителю второго контура. При этом теплоноситель второго контура доводится до состояния насыщения и подается на паровую турбину, непосредственно вырабатывающую электроэнергию. Охлажденный до водного состояния теплоноситель второго контура через ТНП возвращается в ПГ.
Реактор оснащен устройствами, обеспечивающими контроль за температурой на выходе из тепловыделяющих сборок активной зоны и распределением энерговыделения по объему активной зоны. Также предусмотрен контроль в процессе эксплуатации следующих параметров: - давления на выходе из активной зоны;
- перепада давления на реакторе;
- уровня теплоносителя в реакторе;
- концентрации растворенного поглотителя в теплоносителе;
- температуры наружной поверхности стенки корпуса реактора.
Кроме того, для контроля за нейтронно-физическими характеристиками активной зоны в «сухой» защите реактора предусмотрены каналы, в которых размещены блоки детектирования для измерения плотности нейтронного потока и периода его изменения.
В процессе эксплуатации реактора информация о нейтронном потоке, давлении теплоносителя на втором контуре реакторной установки и другая характеристическая информация функционирования реактора передается в АРМ, который обрабатывает полученную и информацию и формирует через СГИУ управляющие воздействия системе приводов реактора (либо для СВРК).
При достижении контролируемыми параметрами заданных пороговых значений предусмотрено срабатывание нескольких уровней защит.
ПЗ-1 - подсистема предупредительных защит первого рода предусматривает полный ввод в активную подвижных поглощающих сборок и повышением до максимума содержание растворов бора и других растворенных поглотителей борных в теплоносителе первого контура.
ПЗ-2 - подсистема предупредительных защит второго рода не допускает возможности дальнейшего выведения подвижных поглощающих сборок из активной зоны.
1.3 Топология ЛВС ПТК АРМ, РОМ, СИАЗ
Локальная вычислительная сеть (ЛВС) - это цифровой канал связи между ВС, входящими в состав ПТК АСУ ТП АЭС. Среда передачи - оптоволоконная линия связи. Для передачи данных по ЛВС используются специальные контроллеры связи, подключаемые к каждому ВС.
Топология, т. е. конфигурация соединения элементов в локальной вычислительной сети привлекают к себе внимание в большей степени, чем другие характеристики.
Топологии (конфигурации) ЛВС делятся на два основных класса: широковещательные и последовательные. В широковещательных конфигурациях каждое вычислительное средство (ВС) передает сигналы, которые могут быть восприняты всеми остальными ВС. К таким топологиям относятся «шина», «дерево» и «звезда с пассивным центром». В широковещательных конфигурациях должны применяться сравнительно мощные приемники и передатчики, которые могут работать с сигналами в большом диапазоне уровней. Кроме того, метод подключения к физической среде не должен вызывать значительного ослабления сигнала.
Широковещательные топологии чувствительны по отношению к «передаче потока» (т. е. к такому состоянию, когда из станций непрерывно передает), поэтому желательно, чтобы блоки средств подключения к физической среде могли обнаруживать это состояние и подавлять это состояние.
В последовательных топологиях каждый физический подуровень передает информацию только одному из ВС. В число последовательных конфигураций входят «кольцо», «цепочка», «звезда с интеллектуальным центром», «снежинка» и «сетка».
К передатчикам и приемникам ВС здесь предъявляются более низкие требования, чем в широковещательных конфигурациях, и на различных участках сети могут использоваться разные виды физической передающей среды.
В приложении Б приведена структурная схема ранее разработанного специалистами НПП «Хартрон - АРКОС» ПТК АРМ, РОМ, СИАЗ. Согласно указанной схеме топология в ЛВС программно - технического комплекса АРМ, РОМ, СИАЗ представляет собой «звезду с интеллектуальным (или активным) активным центром», принадлежащей к классу последовательных топологий.
В центре звезды расположена ЦПС ТАУ (периферийно - процессовая станция технологического адаптера управления), которая по логике данной топологии (не учитывая терминологию разработчиков) является ЦПС (центральной процессовой станцией). На ЦПС ТАУ установлен ведущий контроллер сети (КСВ), который производит управление подключенными к нему через волоконнооптические линии связи подчиненные контроллеры сети (КСП), установленные на шести подчиненных ЦПС ТАУ вычислительных узлах. Среди них: - два комплекта ЦПС СИАЗ (ЦПС системы индустриальной антисейсмической защиты), каждый из которых получает и передает данные от трех подключенных к нему сейсмодатчиков (СД-1) и от аппаратуры ПТК;
- два комплекта ЦПС РОМ (ЦПС устройства разгрузки и ограничения мощности), каждый из которых получает и передает данные аппаратуре ПТК;
- ЦПС АРМ (периферийная процессовая станция автоматического регулятора мощности), который выдает и получает информацию на ПКС АРМ (пульт контроля и сигнализации автоматического регулятора мощности), являющегося составной частью блочного щита управления (БЩУ), а также обменивается информацией с аппаратурой ПТК;
- МПС ТАУ (малая процессовая станция технологического адаптера управления), выполняющая кроме всего прочего связь ЦПС ТАУ с рабочей станцией (ПС 5101).
Все подчиненные вычислительные узлы, кроме МПС ТАУ, выдают информацию на табло БЩУ через отдельное соединение.
При данной топологии ЛВС используется следующий принцип обмена данными между абонентами сети.
Блок - представляет собой минимальную единицу информации, передаваемую между вычислительными средствами по сети. Блок представляет собой заранее описанную совокупность элементов оперативной базы данных (т.е. сигналов или групп атрибутов сигналов), передаваемую по сети единым информационным массивом. Порядок следования элементов в блоке указывается при описании блока. Блоки подразделяются на динамические и статические.
Сигнал - это набор данных различных типов (в общем случае), описывающий некоторый технологический или абстрактный параметр, используемый технологическими алгоритмами АСУ ТП АЭС.
Передача блоков внутри ПТК из периферийной процессовой станции (ЦПС) в рабочую станцию (РС), а также передача блоков между ЦПС осуществляется через центральную процессовую станцию (ЦПС). Если содержимое передаваемых таким образом блоков не используется алгоритмами ЦПС, целесообразно описать такие блоки как транзитно передаваемые через ЦПС. Сигналы, входящие в состав таких блоков, не будут помещены в ОБД ЦПС.
Для блоков, которые должны транзитно передаваться через ЦПС, прием их на ЦПС и выдача с ЦПС в явном виде не описываются. Для каждого из таких блоков достаточно описать его выдачу в сеть с ВС-источника и прием (из другой сети) конечным ВС-приемником.
Если для блока, передаваемого через ЦПС с одного ВС на другое, явно описан прием этого блока на ЦПС и выдача с ЦПС, то все сигналы, входящие в состав этого блока, будут помещены в ОБД ЦПС. Такой блок будет обязательно выравниваться между каналами при приеме на ЦПС.
В любой момент времени активный центр ЛВС - ЦПС ТАУ должна осуществлять контроль над выдачей данных в сеть и приемом данных из сети. Контроль реализуется в течение всего периода распространения сигнала по сети, обработки его в удаленной станции и получения ответа. Этот интервал времени называется «тактом» (название заимствовано из терминологии сетей с доступом в режиме соперничества).
Такт не может быть меньше, чем 10*L мкс, где L - протяженность сети в километрах, поскольку электрические сигналы передаются со скоростью, равной 2/3 скорости света в вакууме. Реальная продолжительность такта превышает это значение на время, необходимое для выполнения следующих действий: - передачи управляющего сообщения;
- реакции на него удаленной станции;
- прохождения сигнала через повторители (если есть).
ЛВС протяженностью 2 км со скоростью передачи 10 М бит/с, управляющим сообщением длиной 5 байт, будет иметь такт длительностью около 30 мкс, что соответствует времени передачи 300 бит.
В рассматриваемой топологии ЛВС ПТК под «тактом» подразумевается время, за которое активный центр (после выдачи кадра синхрометки всем шести ВУ, обозначающей начало «такта») в цикле опрашивает подчиненные ВУ, предоставляя им (поочередно) право выдачи/получения данных в сеть/из сети. При этом каждый ВУ может передать несколько блоков данных, сформированных для выдачи в данном такте.
Блоки в свою очередь формируются из семи так называемых адресных кадра, каждый кадр содержит строго 64 машинных слова, т. е. суммарно каждый блок содержит 348 машинных слова. Таким образом, длина «такта» передачи данных была выбрана - 50 мс (при максимальной протяженности одного сегмента ЛВС не более 500 м).
2. Постановка задачи
В данной дипломной работе ставится задача разработки топологии и, в связи с этим, коррекции базы данных конфигурации и сетевой задачи программно - технического комплекса автоматической и предупредительных защит автоматической системы управления и защиты реактора ВВЭР-1000 в соответствии с техническим заданием НПП «Хартрон - АРКОС» на реконструкцию энергоблока №1 ЗАЭС.
В соответствии с требованиями вышеуказанного ТЗ необходимо разработать радиальную топологию ПТК АЗ-ПЗ с обязательным наличием в его структуре: - средств передачи информации;
- стойку размножения входных сигналов и питания датчиков (РСПД);
- стойку формирования аварийных и предупредительных сигналов (ФАПС);
- стойку аварийных и предварительных команд (АПК) с блоком шунтирования команд (БШК);
- стойку рабочей станции (РС);
- цифровые каналы передачи данных;
- сейсмодатчики;
- ключи БЩУ, РЩУ;
- комплект измерительных приборов.
3. Разработка топологии ЛВС И коррекция БДК И СЗ ПТК АЗ-ПЗ АСУЗ
3.1 Разработка топологии ЛВС ПТК АЗ-ПЗ АСУЗ
Выполняя требования технического задания НПП «Хартрон - АРКОС» на реконструкцию энергоблока №1 ЗАЭС (второй комплект ПТК АЗ-ПЗ), необходимо разработать ПТК АЗ-ПЗ АСУЗ с радиальной топологией и обязательным наличием в его структуре элементов перечисленных в постановке задачи данной дипломной работы.
В приложении В приведена структурная схема упрощенного варианта ПТК АЗ-ПЗ, соответствующего предъявленным требованиям.
Центральным звеном этой топологии являются три стойки формирования аварийных и предупредительных сигналов, выполняющие роль ЦПС локальной вычислительной сети. Каждая стойка ФАПС содержит крейт контроллера датчиков и исполнительных механизмов, присоединенный к нему крейт АЗ-ПЗ (УМО), выполняющий роль обмена информацией внутри сойки ФАПС (между встроенными крейтами), применяя при необходимости аналого - цифровое либо цифроаналоговое преобразование. Также в каждую стойку ФАПС встроен крейт размножения входных сигналов и питания датчиков и крейт нестандартного оборудования.
Стойка ФАПС обменивается некоторой информацмей непосредственно со смежными системами, производит реакцию на управляющие сигналы поступающие от ключей блочного щита управления, либо резервного щита управления, непосредственно получает данные от сейсмодатчиков и комплекта измерительных устройств реакторной установки.
Крейт автоматической и предварительных защит вырабатывает управляющие сигналы, которые через три комплекта стоек кроссировки (размножения и/или усиления сигнала) выдаются в смежные системы, непосредственно реализующие управление реакторной установкой, и на пульт сигнализации БЩУ.
Стойки ФАПС соединяется посредством цифровых каналов передачи данных (волоконнооптических линий связи) трехканальной резервированной ЛВС со стойкой диагностики и архивирования, выполняющей функцию рабочей станции ЛВС.
Стойка ДАП укомплектована блоком бесперебойного питания, промышленным компьютером, монитором, на котором отображается текстовая либо графическая информация о процессе функционирования реакторной установки, панелью индикации неисправностей.
В отличии от ЛВС ПТК АРС, приведенного в приложении Б, ЛВС рассматриваемого ПТК АЗ-ПЗ имеет радиальную структуру (топологию), что объясняется наличием в ней только двух вычислительных узлов - стойка ФАПС (выполняет роль ЦПС) и стойка ДАП (выполняет роль РС).
Исходя из этого (наличие двух ВУ в ЛВС) такую топологию ЛВС невозможно строго классифицировать как топологию относящуюся либо к классу широковещательных, либо к последовательных топологий. Разработанная нами топология является одновременно широковещательной и последовательной, т. к. нет смысла говорить о возможности проведения широковещательных сеансов связи в сети с двумя абонентами.
Как результат отличий характеристик разработанной нами топологии ЛВС ПТК АЗ-ПЗ от топологии ЛВС ПТК АРС, явилось заметное упрощение логики передачи и приема информационных блоков между узлами по ЛВС. Следовательно, появилась необходимость коррекции оперативной базы данных каждого ВУ (а следовательно и базы данных конфигурации, являющейся основным источником данных для программы построителя ОБД). Также, как следствие коррекции БДК, необходимо соответствующим образом модифицировать элемент программного обеспечения обеспечивающий передачу и прием информационных блоков между ВУ по ЛВС - сетевую задачу (сетевую операционную систему), основной задачей которой является обеспечение автоматического обмена между ОБД различных ВС информационными блоками.
3.2 Коррекция БДК ПТК АЗ-ПЗ АСУЗ
База данных конфигурации (БДК) может быть условно разделена на две части: консервативную и оперативную.
Консервативная часть включает в себя сведения, определяемые на ранних этапах проектирования, в дальнейшем эта информация практически никогда не меняется. Консервативная часть включает в себя: описание ПТК, описание режимов работы ПТК, описание типов ВС, описание отдельных ВС, входящих в состав ПТК, описание сетей, описание подключения ВС к сетям, описание способов выдачи блоков и описание простых типов сигналов.
Оперативная часть включает в себя сведения, определяемые на более поздних этапах проектирования. Информация в оперативной части может изменяться при конкретной реализации алгоритмов и схем управления и контроля. Информация оперативной части БДК базируется на сведениях, заложенных в консервативной части. Оперативная часть включает в себя: описание структурных типов, описание отдельных сигналов, описание уставок сигналов и алгоритмов, описание передаваемых по ЛВС блоков.
При вводе описания базы данных конфигурации необходимо вначале ввести информацию консервативной части описания, а затем информацию оперативной части описания БДК.
В связи с изменением топологии ЛВС ПТК АЗ-ПЗ - изменением логики обмена данными через ЛВС, изменением устройства сетевых контроллеров, возникла необходимость изменения принципов формирования минимальной единицы информации, передаваемой между вычислительными средствами по сети.
Как было указано выше, в прежних разработках ПТК АЗ-ПЗ использовался следующий принцип формирования информации для передачи/получения через ЛВС. Минимальной единицей информации, передаваемой между ВС по сети, является блок. Блок при этом формируется из семи, так называемых, адресных кадров размером 64 машинных слова каждый (при этом, если для формирования адресного кадра используется массив данных по размерам меньше необходимых 64 машинных слова, производится дополнение передаваемого массива данных до требуемого размера нулями). Адресный кадр, в свою очередь содержит в себе один или несколько сигналов, представляющих собой набор данных различных типов, описывающий некоторый технологический или абстрактный параметр, используемый технологическими алгоритмами АСУ ТП АЭС. Таким образом, минимальная единица информации, передаваемая между ВС по сети, содержит в себе строго 348 машинных слова.
В описываемой нами разработке ПТК АЗ-ПЗ избран другой подход к формированию минимальной единицы информации, передаваемой между ВС по сети.
Вследствие того, что топология ЛВС ПТК АЗ-ПЗ теперь имеет радиальную структуру, и в ней на логическом уровне кроме непосредственно ЦПС (стойка ФАПС), абонентом ЛВС является РС (стойка ДАП), подключаемые к ЛВС через трехканальную систему резервирования (три волоконнооптических линии связи), было принято решение производить обмен данными по ЛВС следующим образом. Минимальная единица информации, передаваемая по сети как и прежде называется блоком. Но теперь блок формируется не из адресных кадров, как ранее, а непосредственно из набора сигналов АСУ ТП АЭС. Дополнительно к вышесказанному можно добавить то, что минимальный размер информационного блока теперь ограничен двумя килобайтами, а не 348 машинными словами, при этом размер блока не фиксирован.
Итак, вследствие внесения изменений в топологию ЛВС ПТК АЗ-ПЗ и в механизмы обмена данными по ЛВС, необходимо внести корректирующие изменения в ОБД вычислительных средств ПТК АЗ-ПЗ, являющейся интерфейсом между сетевым, системным, прикладным и технологическим программным обеспечением. Для этого необходимо, прежде всего, изменить базу данных конфигурации (БДК) автоматизированной системы управления технологическим процессом атомной электростанции, которая используется при построении ОБД специально созданной программой - построителем. В приложении Г приведена схема построения оперативной базы данных. Из нее видно, что наряду с информацией о технических характеристиках отдельного вычислительного средства, программа - построитель использует информацию БДК.
Физически БДК представляет собой набор взаимосвязанных файлов, в которых содержится вся информация из консервативной и оперативной части описания БДК.
В качестве системы управления базами данных (СУБД) для создания базы данных конфигурации АСУ ТП АЭС выбрана СУБД FOXPRO for Windows версии 2.6. Таблицы базы данных конфигурации АСУ ТП АЭС создаются в стандартном для FOXPRO .DBF-формате.
В БДК входят следующие взаимосвязанные таблицы: таблица ПТК АСУ ТП АЭС;
таблица типов вычислительных средств АСУ ТП АЭС;
таблица вычислительных средств ПТК АСУ ТП АЭС;
таблица сетей АСУ ТП АЭС;
таблица подключений вычислительных средств ПТК к сетям АСУ ТП АЭС;
таблица простых типов;
таблица деклараций структур;
таблица полей структур;
таблица типов уставок;
таблица собственных сигналов;
таблица начальных значений собственных сигналов;
таблица способов выдачи блоков в сети АСУ ТП АЭС;
таблица собственных блоков;
таблица включения собственных сигналов в собственные блоки;
таблица выдаваемых блоков;
таблица принимаемых блоков;
таблица режимов работы ПТК;
таблица соответствия блоков и режимов работы ПТК;
таблица имен системных сигналов задачи сканирования;
таблица описания системных сигналов задачи сканирования;
таблица описания оперативных архивов.
Взаимосвязь таблиц БДК АСУ ТП АЭС приведена на рисунке 3.1.
Вследствие отсутствия в составе ПТК АЗ-ПЗ периферийной процессовой станции, соответствующим образом корректируются таблицы: - вычислительных средств ПТК АСУ ТП АЭС;
- подключений вычислительных средств ПТК к сетям АСУ ТП АЭС;
- способов выдачи блоков в сети АСУ ТП АЭС;
- режимов работы ПТК;
- блоков и режимов работы ПТК;
- типов уставок.
Рисунок 3.1 Взаимосвязь таблиц БДК АСУ ТП АЭС
3.3 Сетевая задача ПТК АЗ-ПЗ АСУ ТП АЭС
В приложении Д приведена структурная схема программного обеспечения ПТК АЗ-ПЗ.
Описание логики работы сетевой задачи опирается на основные концепции организации внутримашинной информационной базы, описанные в [3] и [4].
В связи с тем, что вычислительные средства различных типов выполняют существенно различающиеся задачи и имеют различную аппаратную реализацию, сетевая задача для каждого типа вычислительных средств имеет свои особенности.
В данной дипломной работе будут описаны 2 программных изделия: сетевая задача центральной процессовой станции (ЦПС);
сетевая задача рабочей станции ПТК.
Все перечисленные выше программные изделия написаны на языке программирования Borland C 3.1. Исходные C - файлы всех вариантов сетевой задачи хранятся совместно, в единой структуре каталогов. Это обусловлено тем, что большинство исходных C - файлов являются общими для всех вариантов сетевой задачи. В общих C - файлах предусмотрены операторы условной компиляции, обеспечивающие настройку исходного текста на конкретный вариант сетевой задачи.
Для функционирования СЗ ЦПС необходимо наличие операционной системы (ОС) ЦПС (разработки АО “Хартрон”).
Для функционирования СЗ РС необходимо наличие на РС операционной системы MS-DOS или Windows-95, запущенной в режиме эмуляции MS-DOS.
Логическая структура СЗ ЦПС несколько отличается от СЗ РС по той причине, что ЦПС является вычислительным средством, организующим обмен по локальным вычислительным сетям (ЛВС), в то время как РС подчиняются командам ЦПС на выполнение обменов по ЛВС.
Функциональное назначение сетевой задачи
В соответствии с [3], информационный обмен в комплексе АСУ ТП АЭС основан на использовании оперативной распределенной базы данных (ОРБД). ОРБД является глобальным интерфейсом АСУ ТП АЭС и обеспечивает информационный обмен между вычислительными средствами АСУ ТП АЭС в реальном масштабе времени. Каждое вычислительное средство (ВС) содержит в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) собственную оперативную базу данных (ОБД), являющуюся фрагментом ОРБД. Вычислительные средства комплекса АСУ ТП АЭС связаны между собой локальными вычислительными сетями. В соответствии с [3], концепция информационного обмена вычислительных средств АСУ ТП АЭС основан на обмене по ЛВС блоками данных.
Функциональное назначение сетевой задачи: 1) обеспечение передачи статических блоков по команде от прикладного или системного программного обеспечения (ПО);
2) обеспечение автоматического обмена между ОБД различных вычислительных средств динамическими блоками;
3) поддержка всех специализированных сетевых функций, описанных в [4];
4) поддержка всех интерфейсных вызовов со стороны системного ПО, описанных в [4];
5) обеспечение синхронизации вычислительных средств каждого программно-технического комплекса путем передачи по ЛВС в начале каждого 50-миллисекундного такта специального кадра синхрометки.
3.3.1 Описание логической структуры сетевой задачи
Принципы взаимодействия сетевой задачи с ОБД
Сетевая задача осуществляет прием данных из сетей в специальные входные сетевые буферы. Прием данных может производиться в течение всего такта работы.
Данные, подлежащие выдаче в ЛВС, сетевая задача выдает из специальных выходных сетевых буферов. Выдача данных может производиться в течение всего 50-миллисекундного такта работы.
Обмен данными между внутренними буферами сетевой задачи и ОБД производится один раз в каждом 50-миллисекундном такте работы.
На вычислительных средствах типа ЦПС и ЦПС обменом данными между ОБД и внутренними буферами сетевой задачи управляют внешние по отношению к сетевой задаче программные средства (задача сканирования входов/выходов) с помощью специальных интерфейсных вызовов сетевой задачи.
На вычислительных средствах типа РС обмен данными между ОБД и внутренними буферами сетевой задачи производится при приеме кадра синхрометки из ЛВС, т.е. в начале каждого 50-миллисекундного такта.
Составные части сетевой задачи
Сетевая задача для любого типа вычислительного средства имеет следующие составные части: 1) секция инициализации ОБД;
2) обработчик пользовательского прерывания сетевой задачи (используемого для обращения к сетевой задаче со стороны прикладного и системного ПО);
3) секция обработки обращений по доступу к данным в ОБД со стороны прикладного и системного ПО;
4) секция обработки интерфейсных вызовов со стороны системного ПО;
5) внутренние функции взаимодействия сетевой задачи с ОБД;
6) секция обработки вызовов дополнительных сетевых функций (модификация отдельного элемента в ОБД другого ВС, запрос отдельного элемента из ОБД другого ВС, передача по ЛВС копии файла и др.);
7) внутренние функции поддержки дополнительных сетевых функций;
8) драйвер контроллера связи (КС);
9) секция инициализации ЛВС;
10) секция обработки входной и выходной информации абонентов ЛВС;
11) диспетчер сетевого обмена по ЛВС;
12) секция поддержки протокола обмена по сетям;
13) модуль сканирования входов/выходов КПА. Присутствует только в сетевой задаче сервера моделирования.
Перечень исходных текстов и загрузочных модулей
Исходные тексты и готовые загрузочные модули сетевой задачи хранятся в одном каталоге, имеющем подкаталоги OBD, NT, UK.
Исходные тексты сетевой задачи имеют операторы условной компиляции (#ifdef, #ifndef и др.), которые используются для компиляции различных вариантов сетевой задачи из одних исходных текстов. Макроопределения, управляющие компиляцией сетевой задачи, собраны и снабжены комментариями в файле COMPILE.H, расположенном в подкаталоге OBD.
В главном каталоге сетевой задачи хранятся: 1) готовые загрузочные модули различных вариантов сетевой задачи и вспомогательных программ: NT_CPS.EXE - загрузочный модуль сетевой задачи ЦПС;
NT_PPS.EXE - загрузочный модуль сетевой задачи ЦПС;
OBD.EXE - программа поддержки резидентной ОБД на рабочих станциях;
LVS.EXE - загрузочный модуль сетевой задачи сервера моделирования;
PS2OBD.EXE - программа копирования в ОБД коэффициентов калибровки аналоговых выходов КПА (эта программа используется при загрузке ОБД на сервере моделирования);
2) файлы проектов Borland C , служащие для сборки .EXE - модулей различных вариантов сетевой задачи: nt_cps.prj - файл проекта сетевой задачи ЦПС;
NT_PPS.PRJ - файл проекта сетевой задачи ЦПС;
OBD.PRJ - файл проекта программы поддержки резидентной ОБД;
LVS.PRJ - файл проекта сетевой задачи для сервера моделирования;
PS2OBD.PRJ - файл проекта программы копирования в ОБД коэффициентов калибровки аналоговых выходов КПА;
3) специализированный для ОС ЦПС начальный загрузчик .EXE-модуля: C0L.ASM - исходный ассемблеровский текст начального загрузчика;
4) каталог OBD - содержит исходные тексты всех функций поддержки ОБД и взаимодействия различных программных модулей с ОБД: заголовочные файлы: COMPILE.H - макроопределения, управляющие компиляцией исходных модулей сетевой задачи;
DESCRIPT.H - структуры таблиц, используемых сетевой задачей и задачей поддержки ОБД.
EL_DISK.H - структуры, константы, и прототипы функций, используемые при работе с электронным диском ЦПС (ЦПС);
INFO.H - описание смещений составных частей ОБД от начала ОБД;
LOCATION.H - структуры и константы, описывающие элементы ОБД;
MAP_SEEK.H - прототипы функций и глобальных переменных файла MAP_SEEK.CPP;
MAPCONST.H - константы карты ОБД;
MYMEM.H - прототипы функций работы с динамической памятью под MS DOS и под ОС ЦПС;
NETCALLS.H - прототипы сервисных Си-функций, реализующих вызовы функций работы с ОБД и сетевых функций;
OBD_FUNC.H - прототипы функций, тела которых расположены в файлах OBD_INIT.CPP, OBD_USER.CPP, BLOCKS.CPP, SA_LVS.CPP;
RESIDENT.H - константы и сигнатуры для функций взаимодействия резидентных модулей ОБД и сетевой задачи;
SIM_STR.H - декларации структур, используемых при работе с массивом имитации значений сигналов;
SM_SCAN.H - константы и прототипы функций модуля сканирования сервера моделирования;
SETTINGS.H - заголовочный файл класса TSETTINGS, используемого сетевой задачей для поддержки операций над уставками;
файлы исходных текстов: BITS.CPP - функции работы с битовыми элементами ОБД;
BLOCKS.CPP - внутренние функции работы пересылаемыми по ЛВС блоками;
DRVUMO.CPP - драйвер вывода/вывода сигналов, используемый на сервере моделирования;
EL_DISK.CPP - функции работы с электронным диском ЦПС (ЦПС) через драйвер электронного диска;
MAP_SEEK.CPP - функции поиска элементов ОБД по символьным идентификаторам;
MYMEM.CPP - функции работы с динамической памятью под MS DOS и под ОС ЦПС;
NET_TSR.CPP - главный файл резидентного модуля сетевой задачи;
NETCALLS.CPP - сервисные Си-функции, реализующие вызовы функций работы с ОБД и сетевых функций;
OBD_INIT.CPP - функции инициализации ОБД;
OBD_TSR.CPP - главный файл резидентного модуля поддержки ОБД;
OBD_USER.CPP - функции обслуживания основных обращений к ОБД из прикладного ПО;
RESIDENT.CPP - функции взаимодействия резидентных модулей ОБД и сетевой задачи;
SA_LVS.CPP - основные функции поддержки обращений к сетевой задаче из задачи сканирования входов/выходов;
SIM_FUNC.CPP - функции работы с загруже
Вывод
В ходе выполнения дипломной работы была разработана топология программно - технического комплекса автоматической и предупредительных защит автоматической системы управления и защиты реактора ВВЭР-1000 в соответствии с техническим заданием НПП «Хартрон - АРКОС» на реконструкцию энергоблока №1 ЗАЭС. В связи с этим была произведена коррекция базы данных конфигурации и сетевой задачи ПТК АЗ-ПЗ АСУЗ АЭС.
Разработанная топология ПТК АЗ-ПЗ полностью соответствует выдвинутым в техническом задании требованиям.
Коррекция базы данных конфигурации и сетевой задачи ПТК АЗ-ПЗ произведена с учетом изменений топологии ПТК АЗ-ПЗ и полностью соответствуют стандартам надежности программно - математического обеспечения.
По результатом теоретических разработок возникла необходимость модификации некоторых исходных файлов программные изделия - сетевой задачи ПТК АЗ-ПЗ, написаных на языке программирования Borland C 3.1.
Модифицированные исходные С -файлы приведены в приложениях Е и Ж.
Список литературы
1. Матвеев Л. В., Рудик А. П. Почти все о ядерном реакторе. - М.:Энергоатомиздат, 2010. - 240 с.
Дементьев Б. А. Ядерные энергетические реакторы: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.:Энергоатомиздат, 2010. - 352 с.
3. База данных конфигурации. Описание организации информационной базы. ВЯИЦ.467379.002 96 61.
4. Оперативная распределенная база данных. Описание организации информационной базы. ВЯИЦ.467379.002 96 62.
5. Сетевая задача вычислительных средств. Описание программы. ВЯИЦ.467379.025 90 07
6. Флинт Д. Локальные сети ЭВМ: архитектура, принципы построения, реализация: Пер. с англ./ Предисл. В. Л. Макарова. - М.: Финансы и статистика, 1986. - 359 с.
7. Основы экономической теории: Конспект лекций для студентов всех специальностей / Под ред. П. Г. Федченко, З. П. Коноховой. - Харьков: ХГПУ, 1998 - 176 с.
20. ПУЭ - 87. Правила установки электрооборудования. - М.: Энерогоатомиздат, 2007. -648 с.
21. ГОСТ 14255-69. Аппараты электрические напряжением до 1000В. Оболочки. Степени защиты.
22. ОНТП 24-86. Общесоюзные нормы технологического проектирования. Определение категорий зданий и сооружений по взрыво - и пожароопасности. - М.: Стройиздат., 1987. - 128 с.
23. СНИП 2.01.02-85. Строительные нормы и правила. Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений. - М.: Стройиздат , 1986. - 15 с.
24. СНИП 2.09.02-85. Строительные нормы и правила. Производственные здания промышленных предприятий. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат , 1986.
26. РД 34.21.122-87 Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений / Минэнерго СССР. - М.: Энергоатомиздат. - 2009. - 58 с.
27. Закон Украины ” Об охране окружающей природной среды” от 25.06.91г
28. Государственный стандарт Украины «Система управления окружающей средой» ISO 14001-97 - К.: ГОСТАНТДАРТ УКРАИНЫ. 2007 - 31 с.
29. Атаманюк В. Г. и др. Гражданская оборона: Учеб. Для вузов/В. Г. Атаманюк, Л. Г. Ширшев, Н. И. Акимов. Под ред. Д. И. Михайлика. 2-е изд. - М.:Высш. Шк., 2007. - 288 с.
30. Депутат О. П. Коваленко И. В., Мужик И. С. Гражданская оборона. Учебное пособие / под ред. полковника В. С. Франчука. - Львов, Афиша, 2007 - 336 с.