ЭМИКОН - разработка программируемых логических контроллеров и систем автоматизации
 Наш адрес: 107207, г. Москва,
Щелковское шоссе, д. 77
(м. Щелковская)

Тел./факс: +7 (499) 707-16-45
E-mail: emicon@emicon.ru 

Техподдержка: +7 (495) 369-01-53

Главная
О компании
Пресс-центр
Новости и объявления
Вакансии
Продукты
Программирование контроллеров ЭМИКОН
Референc-листы
Вопросы и ответы
Обратная связь
Техническая поддержка
Карта сайта
 
ЭМИКОН: программируемые контроллеры и системы автоматизации / Пресс-центр / Публикации и статьи / 2006 г. - Комплекс ПТС контроля и управления ТП объектов ядерно-топливного цикла АЭХК

Комплекс ПТС контроля и управления ТП объектов ядерно-топливного цикла АЭХК

Авторы: А.П. Чепелянский, О.И. Левченко (АЭХК),
А.А. Алексеев (ЗАО «ЭМИКОН»)

ФГУП "Ангарский электролизный химический комбинат" (АЭХК) – одно из крупнейших предприятий атомной отрасли. Основными производствами комбината являются объекты ядерно-топливного цикла (ОЯТЦ) (разделительный и сублиматный заводы), а продукцией – природный и обогащенный гексафторид урана, фтор, безводный фтористый водород. Основные специфические требования и условия, которые необходимо учитывать при разработке, проектировании и модернизации систем контроля и управления ТП ОЯТЦ:

  1. обеспечение требований действующих РД и НТД на проектирование систем контроля, управления и аварийной защиты ОЯТЦ;

  2. большое число аварийных защит (АЗ) и блокировок по значениям технологических параметров и состоянию и оборудования, повышенные требования к функциональной надежности, точности и быстродействию аппаратных и программных средств, при формировании и отработке АЗ;

  3. обеспечение функциональной надежности и живучести программно-технических средств (ПТС) во всех режимах эксплуатации в целях исключения потери функций контроля и управления технологическим объектом;

  4. полное или частичное дублирование и резервирование наиболее ответственных элементов оборудования;

  5. большое число распределенных локальных единиц технологического оборудования (секции, узлы, установки), насыщенных исполнительными механизмами (ИМ), датчиками технологического контроля (ТК) и аварийной защиты (АЗ);

  6. обеспечение автоматического, дистанционного и местного контроля и управления технологическим оборудованием;

  7. удаленность технологических объектов от центрального диспетчерского пункта (ЦДП) до 2 км;

  8. отказ любой единицы оборудования системы не должен приводить к изменению состояния оборудования и нарушать функционирование всей системы в целом;

  9. обеспечение непрерывной диагностики (дистанционной и местной) состояния технологического оборудования и системы, обеспечение выявления неисправности с точностью до типового элемента замены;

  10. гарантированный доступ к каналам ЛВС в течение фиксированного интервала времени и возможность подключения новых абонентов без нарушения работы сети в целом;

  11. оборудование должно быть рассчитано на непрерывную, длительную работу не менее 20 лет.

Комплекс ПТС «Фобос», разработанный для АЭХК, соответствует всем требованиям действующих НТД на оборудование систем контроля и управления ТП ОЯТЦ. На основе комплекса ПТС могут также создаваться системы автоматизации различных производств (энергетических, химических, машиностроительных и др. отраслей). Типовые структуры систем автоматизации (СА) приведены на рис. 1 и 2.

Рисунок 1 Рисунок 2
Рис. 1 Рис. 2

Комплекс имеет распределенную, трехуровневую, иерархическую структуру технических средств. В масштабе РВ ПТС комплекса обеспечивают следующие режимы контроля и управления ТП:

  • «дистанционный», при котором контроль и управление объектом осуществляется с рабочих станций центрального диспетчерского пункта (ЦДП) производства;
  • «местный», при котором контроль и управление ТП осуществляется посредством местных операторских пультов;
  • «автоматический», при котором управление ТП, формирование и отработка АЗ и блокировок, осуществляется ПО низового оборудования.

Полевой уровень оборудования, согласно особенностям технологии, образует ряд отдельных подсистем контроля и управления объектами ЯТЦ. Каждая подсистема включает: аналоговые и дискретные датчики ТК и АЗ, первичные нормирующие преобразователи сигналов датчиков, аппаратуру управления ИМ (индукторами, моторными задвижками, нагревателями, насосами и т.п.), сконцентрированную в шкафах управления ИМ (ШУИМ), 1…4 дублированных ЛВС, объединяющих низовые логические стойки с ПЛК типа ШУП (шкафы управления процессом), СКУ (стойки контроля и управления). В качестве физического интерфейса полевой ЛВС используется RS-485, тип кабеля - «витая пара», метод доступа к среде – детерминированный «Master-Slave», протокол обмена информацией - ModBus, SDLC, максимальная скорость передачи данных 576 кбит/с при длине линии связи до 500 м. В качестве датчиков и первичных нормирующих преобразователей используются специализированные устройства, а также общепромышленные изделия, удовлетворяющие вышеуказанным требованиями для объектов ЯТЦ. Аналоговые датчики, как правило, имеют унифицированный выходной сигнал 4…20 мА или цифровой, последовательный интерфейс.

Второй иерархический уровень оборудования комплекса предназначен для: управления полевыми стойками (выполнения функций сервера ввода/вывода и мастера ЛВС), формирования и отработки общих подсистемных блокировок и АЗ, обмена информацией с оборудованием ЦДП по протоколу EtherNet/Fast EtherNet. Включает стойки связи типа ШУЛС (шкафы управления локальными сетями) и сетевые концентраторы типа ШКС (шкафы сетевых концентраторов). В зависимости от географии объекта оборудование данного уровня может быть расположено на ЦДП или в производственных цехах непосредственно у технологического оборудования.

Верхний уровень комплекса имеет в своем составе два независимых полукомплекта оборудования, включающие серверы БД системы и рабочие станции оператора-технолога, щит технологического контроля (ЩТК), оборудование управления щитом и аппаратуру гарантированного электропитания ЦДП. Обмен информацией между компьютерами ЦДП осуществляется посредством сетей EtherNet/Fast EtherNet.

Для обеспечения необходимого уровня функциональной надежности применяется дублирование оборудования второго и третьего иерархических уровней, а также каналов ЛВС.

Основными структурными единицами комплекса являются проектно-компонуемые логические стойки, включающие: промышленные ПЛК или РС-совместимый компьютер, имеющие в своем составе центральный процессор; коммуникационные модули; устройства связи с объектом (УСО); источники гарантированного питания; органы управления и индикации; элементы коммутации.

Рассмотрим технические характеристики основных компонентов комплекса.

Полевые логические стойки комплекса (ШУП ЭЛ.2.009, СКУ ЭЛ.2.038 - рис. 3) предназначены для использования в СА ТП в качестве свободно программируемых управляющих вычислительных комплексов. Могут использоваться как для самостоятельного локального контроля и управления технологическими объектами, так и для работы в составе иерархических систем.

Рисунок 3
Рис. 3

ШУП построены на базе промышленного контроллера ЭК-2000 (ЗАО «ЭМИКОН») и предназначены для контроля и управления технологическими объектами средней и большой информационной мощности.

СКУ предназначена для контроля и управления небольшими локальными технологическими объектами, требующими повышенной надежности и безотказности, и состоит из конструктивно разделенных логической и силовой частей. Логическая часть стойки выполнена на базе контроллеров DCS-2000 (ЗАО «ЭМИКОН»). Основные узлы стойки (процессор, источники питания, внутренние каналы последовательной связи) дублированы.

Все представленные стойки имеют пылебрызговлагозащищенное исполнение со степенью защиты IP55 по ГОСТ 14254 и предназначены для круглосуточной непрерывной работы.

По устойчивости к электромагнитным помехам имеют группу исполнения III по ГОСТ Р 50746 для функционирования в производственных помещениях с жесткой электромагнитной обстановкой.

Полевые стойки являются проектно-компонуемыми изделиями, комплектность которых определяется требованиями заказчика.

Стойки обеспечивают в масштабе РВ выполнение следующих функций:

  • сбор и преобразование сигналов аналоговых и дискретных датчиков;
  • арифметическую и логическую обработку информации;
  • формирование и выдачу сигналов управления исполнительными механизмами;
  • автоматическое управление ТП и оборудованием, отработку аварийных защит по заданной программе;
  • управление ТП и оборудованием с местного пульта;
  • обмен информацией с верхним иерархическим уровнем комплекса по двум независимым каналам ЛВС;
  • самодиагностику и тестирование основных узлов;
  • отображение символьной и графической информации на экране встроенного местного пульта;
  • ввод данных в цифровом виде, хранение списка аварийных тревог и событий;
  • ведение календаря РВ.
Рабочие условия эксплуатации полевых стоек
Температура окружающего воздуха, °C 0...50
Относительная влажность воздуха, % <95 (при температуре 35°С, без конденсации влаги)
Синусоидальная вибрация частотой, Гц 10…55 (с амплитудой ≤ 0,15 мм)
Интенсивность землетрясения, баллы 9 по MSK-64 (при установке изделия на уровне 0…10 м относительно земли)

Основные параметры оборудования приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Основные параметры Значение
ШУП
(ШУП-М)
СКУ
Тип промышленного контроллера (поставщик ЗАО «ЭМИКОН») ЭК-2000 DCS-2000
Тип центрального процессора CPU-03A/03B
(CPU-20A РС/104)
CPU-15/17
Операционная система OS-188
(ОС QNX4)
OS-188
Среда программирования CONT
(IsaGraf Pro)
CONT
Количество модулей УСО, не более 11 10
Количество каналов ввода дискретных сигналов типа "сухой контакт", не более 352 80
Количество каналов вывода дискретных сигналов управления исполнительными механизмами, не более 320 36
Количество каналов ввода аналоговых сигналов постоянного тока, не более 240 36
Количество каналов вывода аналоговых сигналов постоянного тока, не более 120 36
Количество независимых каналов ЛВС для связи с верхним уровнем (скорость передачи до 576 Кб/с) 2 2
Количество независимых каналов связи с цифровыми датчиками (полевая шина RS-485), не более 4 4
Дополнительные интерфейсные каналы типа USB, EtherNet +
для ШУП-М
-
Параметры электропитания:
- напряжение, В
- частота, Гц

220 +10/-15 %
50±1

220 +10/-15 %
50±1
Потребляемая мощность, ВА, не более 500 300
блок контроллера
Габаритные размеры стойки, мм, не более 1600х800х600 1900х500х600
Масса, кг, не более 160 150

Стойки управления ЛВС - ШУЛС (ЭЛ.2.010) и концентраторы - ШКС (ЭЛ.2.052) предназначены для работы в качестве управляющих вычислительных комплексов. Размещаться могут непосредственно возле технологического оборудования или в ЦДП.

Стойки в масштабе РВ обеспечивают программно-аппаратное выполнение следующих функций:

  • арифметическую и логическую обработку информации в соответствии с системой команд PC-совместимых компьютеров;
  • управление ЛВС нижнего уровня RS-485 по протоколам ModBus, SDLC;
  • работу в ЛВС верхнего уровня по протоколам EtherNet, Fast EtherNet;
  • обмен информацией между иерархическими уровнями системы;
  • ввод с клавиатуры алфавитно-цифровой информации;
  • отображение на экране монитора символьной и графической информации.

ШУЛС, ШКС имеют пылебрызговлагозащищенное исполнение со степенью защиты IP55 по ГОСТ 14254 и предназначены для круглосуточной непрерывной работы в закрытых производственных помещениях.

Условия эксплуатации ШУЛС, ШКС
Температура окружающего воздуха, °C 0...35 (до 50°C для ШКС)
Относительная влажность воздуха, % <95 (при температуре 30°С, без конденсации влаги)
Атмосферное давление, КПа 84…107 (630…800 мм рт.ст.)

По устойчивости к электромагнитным помехам ШУЛС имеет группу исполнения II, а ШКС группу исполнения III по ГОСТ Р 50746 для производственных помещений с жесткой электромагнитной обстановкой. Электропитание ШУЛС и ШКС осуществляется от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В +10/-15 % и частотой 50±1 Гц.

Стойки серверов БД комплекса и рабочие станции оператора-технолога выполнены на базе IBM РС-совместимых промышленных компьютеров, укомплектованных: дисплеем, клавиатурой, модулями связи Ethernet, FastEthernet и источниками бесперебойного питания (ИБП).

Программное обеспечение комплекса

Полевые стойки ШУП и СКУ работают под управлением ОС OS-188. Программирование контроллеров осуществляется на специализированном языке программирования высокого уровня CONT. Разработка и отладка прикладного ПО осуществляется в интегрированной среде CONT-Designer, работающей в ОС MS Windows. Системное ПО разработано фирмой ЗАО «ЭМИКОН» для семейств контроллеров ЭК-2000 и DCS-2000 и поставляется вместе с контроллерами.

В контроллере ЭК-2000 ОС OS-188 скомпонована с системным ПО и размещена в ПЗУ модуля процессора CPU-03А/03В. Прикладная программа загружается во flash-память процессора.

В контроллере DCS-2000 ОС OS-188, а также тестовое ПО, скомпонованное с прикладной программой, размещены во flash-памяти модуля процессора CPU-15/17.

IBM РС промышленные компьютеры ШУЛС, серверы и рабочие станции АРМ оператора-технолога функционируют под управлением ОС «жесткого РВ» ОС QNX4. ПО АРМ оператора-технолога реализовано с помощью прикладного пакета программ RealFlex 4 и включает: БД, подсистему отображения (мнемосхемы), процедуры управления, настройки, отчеты и архивную информацию.

Для расширения функциональных возможностей RealFlex были разработаны дополнительные программные модули: контроля состояния связи с контроллерами; отображения диаграмм управления на АРМ; расширения функций отображения трендов и меню управления; расширения функций управления аналогами и статусами; просмотра файлов событий, уставок и коэффициентов; метрологической аттестации, а также сканеры для обмена данными между низовыми стойками и БД.

Примеры реализованных проектов

На базе разработанного комплекса ПТС специалистами АЭХК был реализован ряд проектов по созданию СА различной сложности для ОЯТЦ:

  • автоматизированная система контроля и управления КИУ разделительного завода АЭХК;
  • СА неперестраиваемым разделительным каскадом и диффузионным оборудованием АЭХК;
  • системы контроля и управления очистительными установками и установкой питания К01 для ФГУП "Производственное объединение "Электрохимический завод" (ПО «ЭХЗ» г. Зеленогорск).

В настоящее время в стадии разработки находятся проекты:

  • система контроля и управления производством гексафторида урана сублиматного завода АЭХК;
  • система контроля и управления ТП КИУ участка «Челнок» для Сибирского химического комбината (СХК, г. Северск);
  • система управления основным технологическим оборудованием разделительного производства ПО «ЭХЗ» (работа выполняется специалистами ПО «ЭХЗ»).

Кратко рассмотрим технические характеристики системы контроля и управления КИУ разделительного завода АЭХК (рис. 1). Система предназначена для сбора, обработки и трансляции на ЦДП информации о параметрах и состоянии технологического оборудования и исполнительных механизмов КИУ, контроля протекания ТП, ручного управления оборудованием по командам с ЦДП и с местных пультов управления, автоматического управления ТП по сигналам датчиков ТК и АЗ, формирования светозвуковых аварийных, предупредительных и известительных сигналов, регистрации, архивирования и вывода технологической информации на экраны мониторов АРМ и щит технологического контроля (ЩТК). Основные технические характеристики системы представлены в табл. 2.

Основные технические данные системы представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Основные параметры Значение
Количество подсистем нижнего уровня 5
Количество комплектов оборудования ЦДП 2
Количество рабочих станций АРМ оператора-технолога 8
(по 4 в каждом ПК)
Количество низовых стоек ШУП, СКУ в системе 65
Параметры ЛВС нижнего уровня:
- тип интерфейса
- максимальная скорость передачи информации, кБод
- тип протокола

RS-485
576
ModBus, SDLC
Параметры ЛВС верхнего уровня:
- тип протокола
- физическая среда
- максимальная скорость передачи, мБод

Fast EtherNet
"витая пара" 5 кат.
100
Количество каналов УСО 7300
Количество информационных сигналов и переменных в БД 30000
Время опроса дискретных и аналоговых датчиков низовыми стойками, с, не более 0,5
Время реакции низовых стоек на внешнее воздействие (время отработки АЗ и блокировок), с, не более 0,5
Цикл опроса, отображения и регистрации сигналов и параметров на АРМ, с, не более 2
Время прохождения команд управления с ЦДП на низовые стойки, с, не более 1

ЩТК системы состоит из мозаичных панелей, объединенных в единый конструктив. Управление отображением и сигнализацией каждой панели осуществляется промышленным контроллером ЭК-2000, расположенным внутри щита. На мозаичных наборных полях панелей ЩТК размещены графические изображения мнемосхем технологических установок, светодиодные индикаторы обобщенной сигнализации отклонений и состояний технологического оборудования, модули отображения цифровой индикации значений датчиков, состоящих из двух четырехразрядных блоков полупроводниковых семисегментных индикаторов и платы управления, соединенной с контроллером по интерфейсу RS-485.

Остановимся подробнее на технических характеристиках СА неперестраиваемым разделительным каскадом (рис. 2), которая обеспечивает контроль и управление ТП одного из основных производств разделительного завода – неперестраиваемым разделительным каскадом. Максимальное расстояние от ЦДП до объекта контроля и управления – до 1 км. В качестве стоек управления подсистемами применены ШКС, на полевом уровне – СКУ. Связь между полевым оборудованием и ЦДП осуществляется по волоконно-оптическим линиям связи. Основные характеристики СА приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Основные параметры Значение
Количество подсистем нижнего уровня 2
Количество комплектов оборудования ЦДП 2
Количество рабочих станций АРМ оператора-технолога 4
(по 2 в каждом ПК)
Количество низовых стоек ШУП, СКУ в системе 54
Параметры ЛВС нижнего уровня:
- тип интерфейса
- максимальная скорость передачи информации, кБод
- тип протокола

RS-485
576
ModBus, SDLC
Параметры ЛВС верхнего уровня:
- тип протокола
- физическая среда
- максимальная скорость передачи, мБод

Fast EtherNet
"витая пара" 5 кат.
100
Количество каналов УСО:
- дискретных входных/выходных
- аналоговых входных
- цифровых
2059
1335/501
199
24 (32 датчика)
Количество информационных сигналов и переменных в БД 12286
Время опроса дискретных и аналоговых датчиков низовыми стойками, с, не более 0,5
Время реакции низовых стоек на внешнее воздействие (время отработки АЗ и блокировок), с, не более 0,5
Цикл опроса, отображения и регистрации сигналов и параметров на АРМ, с, не более 2
Время прохождения команд управления с ЦДП на низовые стойки, с, не более 1

В процессе реализации новых проектов проводится модернизация отдельных компонентов комплекса, создаются новые образцы оборудования, отражающие современные тенденции развития СА. Специалистами АЭХК совместно с ЗАО «ЭМИКОН» разработан ШУП-М на базе РС-совместимого центрального процессорного устройства в формате РС/104 (рис. 4). С точки зрения технических характеристик и модулей УСО ШУП-М аналогичен стойке ШУП. Программное обеспечение ШУП-М – ОС QNX 4/QNX Neutrino. Прикладное ПО контроллеров исполняется в среде ISaGRAF, предоставляющей разработчику возможность использования любого из пяти языков стандарта IEC1131-3. Стойки ШУП-М будут применены в разрабатываемой в настоящее время системе контроля и управления производством ГФУ сублиматного завода АЭХК. В рамках данного проекта, совместно с ООО «Науцилус» (Москва), проводятся также работы по модернизации программных средств диспетчерского контроля и управления.

Рисунок 4
Рис. 4

Успешная работа по созданию комплекса ПТС и внедрению СА на их базе обусловлена многолетним сотрудничеством приборной службы АЭХК с московскими фирмами ЗАО «ЭМИКОН» и ООО «Науцилус». После длительных совместных тестовых испытаний были окончательно утверждены главные компоненты комплекса, определяющие его функциональную надежность, - это семейства промышленных контроллеров ЭК-2000, DCS-2000 и ОС РВ QNX. Многочисленные успешные внедрения СА, осуществленные за последние годы, высокая надежность в процессе эксплуатации оборудования и системного ПО (что для наших производств является важным показателем) подтвердили правильность сделанного выбора.

И в заключение необходимо отметить, что все работы по созданию комплекса проводятся в соответствии с требованиями условий действия лицензии, выданной отделу главного прибориста АЭХК, на право конструирования и изготовления оборудования, элементов и систем для ядерных установок, радиационных источников, пунктов хранения ЯМ и РВ, хранилищ радиоактивных отходов. На все оборудование комплекса разработана техническая и программная документация. Заявленные технические характеристики оборудования подтверждены испытаниями в специализированных испытательных лабораториях. Имеются протоколы испытаний и разрешения ФС ЭТАН России на использование комплекса для ОЯТЦ. ПТС комплекса приняты отраслевой межведомственной комиссией в соответствии с действующим отраслевым стандартом ОСТ 95 18 «Порядок проведения НИОКР».


написать письмо карта сайта как нас найти