Эволюция программно- технических средств низовой автоматики АСУ ТП АЭС ГОСУДАРСТВЕННАЯ КОРПОРАЦИЯ ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ «РОСАТОМ» ФГУП "ВНИИА" В.Л.Кишкин

Эволюция аппаратуры

Источники эволюционного развития аппаратуры ТПТС Опыт применения ТПТС на объектах атомной и тепловой энергетики; Отзывы, замечания и предложения потребителей; Передовые тенденции в области построения АСУ ТП; Передовые решения мировых лидеров в области создания и производства КСА; Тенденции развития технологий производства электронной аппаратуры и элементной базы.

Цели эволюционного развития аппаратуры ТПТС Повышение производительности системы, сокращение времени реакции Расширение функциональных возможностей (ЭЧСР, ТКГ, УСБ…) Возможность сочетания в одной стойке функциональных модулей, кроссов, источников питания 220в, дисплеев и т.д. Разнообразие компоновочных решений (стойки одно- и двухстороннего обслуживания, выносные удаленные контроллеры и т.д.) Расширение номенклатуры подсоединяемых кабелей (от 0,5 до 2,5 мм 2 ) без кросс-стоек Создание интегрированной УСБ

Принципы эволюционного развития аппаратуры ТПТС Полное сохранение функциональных возможностей аппаратуры предыдущего поколения Совместимость информационной среды (физический уровень, форматы телеграмм) Постепенное введение апробированных и испытанных новых элементов системы Сохранение и дальнейшее развитие САПР

Некоторые достижения в процессе развития аппаратуры ТПТС Пропускная способность системной информационной шины увеличена в раз Разработаны специальные программно-технические средства для реализации функций ЭЧСР и температурного контроля генератора. САПР GET-R переведен на платформу LINUX, что позволило существенно удешевить его Разработаны средства сопряжения (кросс-стойки и стойки промежуточных реле) Разработаны программно- технические средства для связи с интеллектуальными датчиками и приводами по цифровому каналу. Аппаратура ТПТС аттестована для применения в системах безопасности по классу 2У GET-R аттестован немецким Институтом проблем безопасности (ISTek) как средство для проектирования систем безопасности Разработана, затем модернизирована система электропитания, адаптированная к требованиям для АЭС.

Источник питания стойки ТПТС

Источник питания для модернизированной стойки питания

Нижний уровень АСУ ТП на средствах ТПТС51 ДАТЧИКИ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ... СП TPTS51... TPTS51... TPTS51 ПС СП ПС СП ПС TPTS51 СШС ШС Сопряжения сегментов шины Шлюзы сопряжения с шиной верхнего уровня Шина CS275 (250 Кбод) Шина SINEC L2 (1 Мбод) Контроллеры и стойки электропитания TPTS51 Полевые кабели и стойки кроссовые и релейные Шина верхнего уровня

Нижний уровень АСУ ТП на средствах ТПТС-Е ДАТЧИКИ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ... СП TPTS51... TPTS51... TPTS51 ПС RS-485 СП ПС СП ПС Шина EN (100 Мбод) Контроллеры и стойки электропитания TPTS51 Полевые кабели и стойки кроссовые и релейные Шина верхнего уровня RS-485

СТРУКТУРА ЦИФРОВОЙ УСБТ НА ОСНОВЕ ТПТС-Е... БПУ... Канал 1... Канал 2... Канал 3... РПУ к ПТК НЭ Шина EN нормальной эксплуатации Шина ENS

Комплекс средств автоматизации (КСА) ТПТС-НТ

Функциональная структура ТПТС-НТ Ср1 прикладные программы (защиты, блокировки, сигнализация, ФГУ), приема и передачи данных по шинам EN и ENL. Сбор данных от ПМ и передача в СМ, Прием данных от СМ и рассылка по ПМ. диагностика Базовые функции – прием, обработка и выдача сигналов, индивидуальное управление, временное разрешение событий, диагностика Шинная система EN Шинная система ENl Модули связи с процессом Интерфейсные модули Серверы Ш Шлюзы связи с ВУ Ш Связь серверов между собой и верхним уровнем АСУТП ЕМ СА К шинной системе ВУ СВВ1 ПМ1ПМ16... СВВ8 ПМ1ПМ16... ИМ S... Срn ЕМ СА СВВ1 ПМ1ПМ16... СВВ8 ПМ1ПМ16... ИМ S... Станции ввода-вывода

СВВ1Резервирование ПМ1ПМ16... прикладные программы (защиты, блокировки, сигнализация, ФГУ), приема и передачи данных по шине Ethernet 100. Сбор данных от ПМ и передача в СМ, Прием данных от СМ и рассылка по ПМ. диагностика Базовые функции – прием, обработка и выдача сигналов, индивидуальное управление, временное разрешение событий, диагностика Шинная система EN Шинная система ENl Модули связи с процессом Интерфейсные модули Серверы СА Ш Шлюзы связи с ВУ Ш Связь серверных модулей между собой и верхним уровнем АСУТП ЕМ СА К шинной системе ВУ Ш Ш SS ИМ1ИМ2 СВВ8 ПМ1ПМ16... ИМ1ИМ2 Станции ввода-вывода

Тип модуляФункцииТехнические характеристики Модуль ввода-вывода дискретных сигналов ТПТС прием дискретных сигналов; питание дискретных датчиков; индивидуальное управление; обслуживание табло и ламповой сигнализации; разрешение последовательности входных дискретных сигналов Количество: дискретных входов – до 32; дискретных выходов – до 20; Цикл работы модуля - 1 мсек. Модуль измерения унифицированных сигналов тока ТПТС фильтрация; диагностика измерительных каналов; питание датчиков; модификация модуля ТПТС осуществляет прием сигналов интеллектуальных датчиков (протокол HART) Количество каналов измерения – 14; Погрешность измерения - 0,2%; Время цикла программы модуля – 10 мсек; измерение сигналов тока 0/4 … 20 мА Модуль измерения температуры, тока и напряжения ТПТС измерение температуры; фильтрация (помеха промышленной частоты нормального и общего видов); диагностика измерительных каналов; питание датчиков (термометр сопротивления); измерение сигналов тока и напряжения Количество каналов измерения- 8; Гальваническая изоляция канала измерения -1,5 кВ; Погрешность измерения - 0,2%; Время цикла измерения – от 4 мс до 500 мс Модуль аналогового вывода. ТПТС вывод сигналов напряжения, тока; диагностика каналов воспроизведения Количество выходов – 14; Погрешность - 0,2%; Сигналы тока - 0/4 … 20 мА; Сигналы напряжения - 0/2 … 10В; Модуль управления регулирующим клапаном ТПТС реализация закона регулирования (PI,PID,P), управление регулирующим клапаном Два канала регулирования Модуль приема- передачи цифровой информации ТПТС Связь с интеллектуальными датчиками и исполнительными механизмами по цифровому каналу 2 независимых шины RS-485 (до 32 абонентов на каждой шине); Модуль измерения частоты ТПТС измерение частоты входного сигнала; счёт входных импульсов 4 канала измерения; 0.1 … Гц Погрешность измерения- 0,002%; Минимальный цикл измерений частоты - 80мкс. Номенклатура модулей связи с процессом

Конструкция модуля связи с процессом Шина ввода- вывода (Х1) Полевой соединитель (Х2) Модуль формата 3U с фронтальным расположением полевого соединителя "Фронт-штеккер" с пружинными клеммниками (прямое подсоединение полевых кабелей) Разъем плоского шлейфа (разъемное подсоединение к клеммникам шкафа) Светодиодные индикаторы (мастер- резерв, отказ) Плавкий предохранитель Передняя панель

Модуль ввода токовых сигналов

Модуль приема сигналов датчиков температуры

Модуль ввода дискретных сигналов

Станция ввода-вывода

Функциональная структура ТПТС-NT прикладные программы (защиты, блокировки, сигнализация, ФГУ), приема и передачи данных по шинам EN и ENL. Сбор данных от ПМ и передача в СМ, Прием данных от СМ и рассылка по ПМ. диагностика Базовые функции – прием, обработка и выдача сигналов, индивидуальное управление, временное разрешение событий, диагностика Шинная система EN Шинная система ENL Модули связи с процессом Интерфейсные модули Серверы Ш Шлюзы связи с ВУ Ш Связь серверов между собой и верхним уровнем АСУТП СА К шинной системе ВУ СВВ1 ПМ1ПМ16... СВВ8 ПМ1ПМ16... ИМ... СА СВВ1 ПМ1ПМ16... СВВ8 ПМ1ПМ16... ИМ... Станции ввода-вывода

Станция ввода-вывода Крейт 3U одностороннего обслуживания Связь интерфейсного модуля с модулями процесса – последовательно-радиальная, т.е. к каждому модулю идет отдельная последовательная шина. При этом, возможна одновременная передача информации по всем шинам. ПМ1ПМ2... ПМ16 УЗП +24V ENL к серверу V ENL к серверу Нерезервированный вариант Резервированный вариант ПМ – модуль связи с процессом. Прием и выдача дискретных и аналоговых сигналов, выполнение базовых функций автоматизации (фильтрация, индивидуальное управление, регулирование и т.д.), временное разрешение событий, диагностика аппаратной части и линий связи. УЗП – Устройство защиты по питанию. Обеспечивает отключение шины питания модулей при коротком замыкании или превышении входного напряжения. ИМ – интерфейсный модуль. Сбор информации с ПМ, связь с сервером Станция ввода-вывода – автономное самодостаточное устройство, способное функционировать как в составе шкафов ТПТС-НT, так и в других системах, поддерживающих конструктивные требования 19"-стандартов. ИМ ИМ2 УЗП1УЗП2 ПМ1 ИМ1 ПМ2ПМ16

Внешний вид станции ввода-вывода

Сервер

Функциональная структура ТПТС-NT Ср1 прикладные программы (защиты, блокировки, сигнализация, ФГУ), приема и передачи данных по шинам EN и ENL. Сбор данных от ПМ и передача в СМ, Прием данных от СМ и рассылка по ПМ. диагностика Базовые функции – прием, обработка и выдача сигналов, индивидуальное управление, временное разрешение событий, диагностика Шинная система EN Шинная система ENL Модули связи с процессом Интерфейсные модули Серверы Ш Шлюзы связи с ВУ Ш Связь серверов между собой и верхним уровнем АСУТП ЕМ СА К шинной системе ВУ СВВ1 ПМ1ПМ16... СВВ8 ПМ1ПМ16... ИМ S... Срn ЕМ СА СВВ1 ПМ1ПМ16... СВВ8 ПМ1ПМ16... ИМ S... Станции ввода-вывода

Сервер Связь с резервным сервером FM-CEN-C Шина EN (резервированная) к другим серверам и шлюзам V24 USB Связь с инженерным пультом AB AB Шина ENL (резервированная) к станциям ввода- вывода PM =24В

Сервер управляющих систем безопасности Связь с резервным сервером FM-CEN-C Шина EN (резервированная) к другим серверам и шлюзам V24 USB Связь с инженерным пультом AB AB Шина ENL (резервированная) к станциям ввода- вывода PM =24В EN-S Шина ENS (6 независимых каналов) EN-S

СТРУКТУРА ИНТЕГРИРОВАННОЙ ЦИФРОВОЙ УСБ НА ОСНОВЕ ТПТС-НТ БПУКанал 1РПУ Шина ENS Канал 2Канал 3Канал 4 к ПТК НЭ Шина EN нормальной эксплуатации...

Сервер систем нормальной эксплуатации Модули процесса (8) Нерезервированный EN-C связь с шиной EN FM-C Общее управление и прикладные алгоритмы Резервированный или два нерезервированных PM Модуль питания Модули ввода- вывода Модули УЗП Совмещенный Локализованный Модули процесса (8) Модули ввода- вывода Модули УЗП Нерезервированный Резервированный

Сервер управляющих систем безопасности EN-C FM-CPM EN-S

Компоновочные решения

Шкафы ТПТС-НТ Шкаф Н двухстороннего доступа Шкаф Н одностороннего доступа Шкаф Н двухстороннего доступа

Шкафы ТПТС-НТ уменьшенной высоты Шкаф ШН одностороннего доступа Шкаф ШН двухстороннего доступа

Варианты односторонней компоновки в шкафах Н 600 Станция ввода- вывода до 1000 внешних подключений Дублированная система электропитания =~220В Клеммники полевых кабелей Коммутаторы ENL, оптические адаптеры Станция ввода- вывода Клеммники полевых кабелей Сервер до 500 внешних подключений а) максимум внешних подключений б) Питание от ~220 В и возможность размещения сетевого оборудования в) Комбинация серверов и СВВ с сетевым оборудованием

Варианты односторонней компоновки в шкафах Н600 Дублированная система электропитания =~220В Коммутаторы ENL (EN), оптические адаптеры Станция ввода- вывода Клеммники полевых кабелей Сервер (шлюз) до 64 станций ввода-вывода Дублированная система электропитания =~220В Комбиниро ванный сервер Коммутаторы ENL Панельный компьютер до 48 станций ввода-вывода до 250 внешних подключений Клеммники полевых кабелей а) Размещение серверов и/или шлюзов и сетевого оборудования б) То же с питанием от 220 В в) Местный щит управления с питанием от 220 В

Примеры компоновки в шкафах Н 1000 Станция ввода- вывода до 2000 внешних подключений Дублированная система электропитания =~220В Клеммники полевых кабелей Коммутаторы ENL, оптические адаптеры Панельный компьютер Клеммники полевых кабелей Сервер до 1500 внешних подключений до 500 внешних подключений а) Станции ввода-вывода с сервером или шлюзом и сетевым оборудованием б) То же с питанием от 220 В в) Местный щит управления Крейт реплика- ции Коммутаторы, оптические адаптеры Сервер или шлюз

Варианты компоновки с непосредственным подключением полевых кабелей (до 0,8 мм 2 ) в шкафах Н1000 Станция ввода- вывода до 2000 внешних подключений Дублированная система электропитания =~220В Коммутаторы, оптические адаптеры Станция ввода- вывода Сервер до 2000 внешних подключений до 1000 внешних подключений а) Станции ввода-вывода с сервером или шлюзом и сетевым оборудованием б) То же с питанием от 220 В в) Местный щит управления с питанием от 220 В Полевые кабели Сервер или шлюз Коммутаторы, оптические адаптеры Резервное место Панельный компьютер

Варианты компоновки в шкафах Н 600 уменьшенной высоты. Станция ввода- вывода до 500 внешних подключений Дублированная система электропитания =~220В Клеммники полевых кабелей Коммутаторы, оптические адаптеры Станция ввода-вывода Сервер до 250 внешних подключений до 500 внешних подключений а) максимум внешних подключений б) Питание от ~220 В и возможность размещения сетевого оборудования в) Сервер, с сетевым оборудованием, СВВ с непосредственным подключением Полевые кабели

время реакции системы в пределах 100…200 мс возможность решения локальных задач с ограниченным количеством входных сигналов (10….30) и повышенными требованиями ко времени реакции (5…10 мс) территориальное распределение аппаратуры по объекту автоматизации организация местных постов управления удаленные контроллеры, встраиваемые в оборудование других изготовителей подсоединение любых полевых кабелей сечением от 0,1 до 2,5 мм 2 реализация функциональных шкафов с одно- и двухсторонним обслуживанием Гибкие схемы компоновки, обеспечивающие рациональность применения аппаратуры для автоматизации объектов различных масштабов – от отдельных технологических установок до атомных энергоблоков малый цикл измерения унифицированных аналоговых сигналов - от 5 мс временное разрешение последовательности входных дискретных сигналов - 1 мс связь с интеллектуальными устройствами по локальным сетям RS485 по стандартным сетевым протоколам Основные особенности ТПТС-НT

Заключение Эволюционное развитие аппаратуры нижнего уровня теплотехнического контроля обуславливает: Преемственность в проектировании и эксплуатации; Упрощение продления сроков эксплуатации энергоблока; Повышение уровня унификации оборудования энергоблоков России в течение длительного периода эксплуатации. Снижение затрат при проектировании, сооружении и эксплуатации АЭС Удешевление сервисного обслуживания. Упрощение модернизации в процессе эксплуатации