logo
шульга-пз-12

Информационно-управляющие системы энергоблоков аэс

Системы и оборудование АЭС можно разделить на две категории:

Основное внимание в данном дипломном проекте уделяется вопросам повышения безопасности информационных и управляющих систем энергоблоков АЭС.

В соответствии с [1] автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП) – это система, состоящая из персонала и комплекса средств автоматизации его деятельности, реализующая информационную технологию выполнения установленных функций управления технологическим процессом. В свою очередь, на атомных электростанциях под АСУТП АЭС понимают совокупность всех информационных и управляющих систем энергоблока (но без персонала).

Информационно-управляющие системы на атомных энергоблоках Украины (и не только Украины) создавались на разной элементной и конструктивной базе, с использованием разных системотехнических принципов, архитектурных решений, интерфейсов и разного программного обеспечения. Фактически они представляют собой совокупность отдельных, взаимодействующих между собой информационных и управляющих систем. Общая схема АСУТП энергоблока АЭС представлена на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 – Общая схема АСУТП энергоблока АЭС (А1, А2, …, Аi, …, Аn – интерфейсы ИУС с технологическими системами энергоблока АЭС)

Согласно типовому проекту энергоблока АЭС типа ВВЭР-1000, обобщенная схема АСУТП выглядит, как показано на рис. 1.2.

Рисунок 1.2 – Обобщенная схема АСУТП энергоблока АЕС по типовому проекту

На практике проблемы, связанные с обеспечением безопасности АСУТП АЭС, решаются на основе их декомпозиции в сечениях, которые определяются внешними границами каждой ИУС, а не в сечении «технологические системы энергоблока – АСУТП».

Основным объектом исследования в данном дипломном проекте будут ИУС, а не АСУТП, поскольку:

В общем виде схема участия ИУС в управлении технологическим оборудованием энергоблока АЭС может быть представлена, как показано на рис. 1.3.

Рисунок 1.3 – Общая схема управления технологическим оборудованием АЭС с помощью ИУС

Следует иметь в виду, что ИУС по определению не являются автоматизированными (т.е. человеко-машинными) системами: они выполняют свои функции автоматически, без непосредственного вмешательства человека. Поэтому оперативный персонал не может (и не должен) рассматриваться как составная часть таких систем: его деятельность является внешней по отношению к функционированию ИУС.

Современные ИУС АЭС [2, 3] строятся на базе микропроцессорной техники и программируемых логических интегральных схем. ИУС являются сложными многокомпонентными системами, в состав которых входят сотни тысяч элементов, что увеличивает вероятность ошибки разработчиков.

Сложным является и процесс тестирования таких систем. Полное тестирование ИУС АЭС провести невозможно, что увеличивает вероятность существования скрытых отказов и последующего их проявления на этапе эксплуатации.

С целью снижения опасных последствий различных ошибок и отказов ИУС АЭС строятся с применением резервирования на многоканальной основе, В ИУС, критических с точки зрения безопасности, дополнительно применяется разнообразие элементной базы, программного обеспечения и способов разработки различных каналов системы. Это делает архитектуру системы еще более сложной.

В связи с этим крайне важным является процесс анализа и оценки безопасности самой ИУС, как сочетания технических средств автоматизации (ТСА) и программного обеспечения (ПО), а также оценки безопасности на всех этапах создания системы (спецификация требований, проектирование, кодирование ПО, изготовление ТСА, интеграция, испытания, внедрение и эксплуатация системы).

ИУС АЭС могут быть классифицированы по различным критериям:

1) по влиянию на безопасность:

2) по функциональному признаку можно выделить:

3) по количеству выполняемых функций:

4) по способу реализации:

В состав ИУС входят программно-технические комплексы (ПТК), технические средства автоматизации (ТСА) и программное обеспечение (ПО).

Программно-технический комплекс – сравнительно новое понятие, которое все более широко используется в практике создания и модернизации ИУС в разных отраслях промышленности, в том числе в атомной энергетике.

В структуре современных ИУС можно выделить две части, по-разному влияющие на безопасность:

Следует заметить, что реконструкция и модернизация ИУС на действующих энергоблоках АЭС Украины, как правило, предусматривает полную замену центрального оборудования и сохранение, насколько это возможно, периферийных изделий (датчиков, исполнительных механизмов и т.п.) и кабельных линий.

ИУС собирается из готовых компонентов непосредственно на месте эксплуатации. В настоящее время проявляется тенденция к повышению степени заводской готовности центрального оборудования, которое все чаще разрабатывается, изготавливается, испытывается и поставляется как промышленная продукция (изделия заводского изготовления). Такие полностью собранные, отлаженные и проверенные в заводских условиях изделия, которые поставляются в качестве компонентов современных ИУС, носят название программно-технических комплексов.

Под программно-техническим комплексом (ПТК) понимается совокупность технических средств автоматизации, поставляемых в комплекте с программным обеспечением, необходимым сервисным оборудованием и эксплуатационной документацией, которые соединяются на месте эксплуатации с периферийным оборудованием и/или другими программно-техническими комплексами для выполнения всех функций (или их части) в составе конкретной информационной или управляющей системы. Такое определение допускает наличие в составе ИУС одного или нескольких ПТК.

Границами, через которые осуществляется информационное взаимодействие ИУС с ее окружением, являются интерфейсы: с технологической системой (объектом управления); с оперативным персоналом; со смежными информационными и/или управляющими системами АЭС (рис. 1.4).

Рисунок 1.4 – Общая структура и связи ИУС (ПУ – периферийное устройство в составе ИУС; А – интерфейс с технологической системой; В – интерфейс с оперативным персоналом; С – интерфейс с другими ИУС)

Пример структурной схемы конкретной ИУС (а именно, системы управления машиной перегрузочной (СУМП) приведен на рис. 1.5.

В состав ИУС включаются все технические средства, участвующие в реализации управляющих и информационных функций, в том числе датчики и другие входные устройства, исполнительные механизмы и иные выходные устройства, а также кабели связи.

Основным направлением эволюции ИУС АЭС является широкое применение цифровой вычислительной техники. Последние годы характеризуются бурным развитием электроники, компьютерной техники, информационных технологий, чьи достижения начали широко применяться в ИУС АЭС. Это повлекло за собой проведение широкомасштабной модернизации существующих и внедрения новых ИУС на АЭС во всем мире (в том числе, и в Украине).

Рисунок 1.5 – Структурная схема системы управления машиной перегрузочной

Это повлекло за собой проведение широкомасштабной модернизации существующих и внедрения новых ИУС на АЭС во всем мире (в том числе, и в Украине).

В настоящее время достаточно остро стоит вопрос обеспечения безопасности АЭС при модернизации ИУС.

Согласно [4], безопасность АЭС включает в себя понятия радиационной и ядерной безопасности. Радиационная безопасность – соблюдение допустимых пределов радиационного влияния на персонал, население и окружающую природную среду, установленных нормами, правилами и стандартами по безопасности. Ядерная безопасность – соблюдение норм, правил, стандартов и условий использования ядерных материалов, обеспечивающих радиационную безопасность.

В [5] введено понятие «функциональная безопасность ИУС АЭС», под которой понимается часть ядерной и радиационной безопасности, которая относится к совместно функционирующим ИУС и технологическому оборудованию энергоблоков АЭС и зависит от правильного функционирования ИУС.

Фактически под безопасностью ИУС понимается «функциональная безопасность ИУС», однако этот термин еще не нашел достаточно широкого применения, поэтому далее будет использоваться термин «безопасность ИУС».