авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Средства моделирования и проектирования алгоритмов асу тп энергоблока аэс и система визуализации и управления для моделирующих программных комплексов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Айзатулин Амир Исмаилович

СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ АЛГОРИТМОВ

АСУ ТП ЭНЕРГОБЛОКА АЭС

И СИСТЕМА ВИЗУАЛИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ МОДЕЛИРУЮЩИХ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Специальность 05.14.03. – ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва

2006

Работа выполнена в ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций» (ВНИИАЭС)

Научный руководитель доктор технических наук, с.н.с.

Селезнёв Евгений Федорович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Зизин Михаил Николаевич

кандидат физико-математических наук

Кочанов Виктор Алексеевич

Ведущая организация: Обнинский государственный

технический университет атомной энергетики (ИАТЭ)

Защита диссертации состоится «20» декабря 2006 г. в 13 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета К201.001.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте по эксплуатации атомных электростанций по адресу: 109507, Москва, ул. Ферганская, д. 25, ауд. 614.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИАЭС.

Автореферат разослан «17» ноября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук, с.н.с. Б.Я.Березин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Введение. Актуальность темы. В настоящий момент в нашей стране и во всем мире возрождается интерес к ядерной энергетике. Развитие атомного энергопромышленного комплекса постепенно становится для страны приоритетной задачей. Запланировано строительство большого числа новых энергоблоков.

Такой масштаб работ предполагает, в том числе, наличие и использование современных средств проектирования и моделирования. Учитывая, что АСУ ТП, системы контроля и управления (СКУ) энергоблоком будут разрабатываться на основе цифровых программно-технических комплексов нового поколения, к средствам их проектирования сегодня предъявляются новые требования. Необходимость в организации подготовки специалистов на тренажере энергоблока до момента ввода его в эксплуатацию заставляет пересмотреть классические подходы в тренажеростроении и разработать новые инструменты моделирования, в частности алгоритмов цифровых АСУ ТП.

Кроме того, рост производительности доступной персональной вычислительной техники стимулировал разработку отечественных систем интегрирования сложных моделирующих комплексов с современным аппаратом визуализации для создания аналитических симуляторов и расчетных комплексов широкого применения (обучение, ВУЗы, инженерные задачи и др.).

Цели работы состоят в разработке методики создания программных средств моделирования и проектирования алгоритмов АСУ ТП по проектным данным технологических систем энергоблока на основе опыта строительства тренажеров первых АЭС с цифровой системой контроля и управления, разработке на основе этой методики программного комплекса, а также в создании системы разработки и эксплуатации моделирующих программных комплексов с операторским интерфейсом, использующим мультимедийные ресурсы ОС Windows.

Для достижения этих целей решены следующие задачи:

  • Разработана структура базы данных алгоритмов АСУ ТП, содержащая топологию алгоритмов логики, параметризацию функциональных блоков1 (ФБ) алгоритмов и связь параметров ФБ с проектными данными технологических систем, внутренние микропрограммы ФБ и др.
  • Разработан механизм синхронизации изменений в проектных данных технологических систем и в алгоритмах путем автоматического внесения необходимых изменений в базу данных алгоритмов АСУ ТП.
  • Создан прототип автоматизированной системы проектирования и моделирования АСУ ТП – программный комплекс SKUGEN, предназначенный для создания (проектирования) алгоритмов АСУ ТП с механизмом параметризации по проектным данным, создания модели алгоритмов для тестирования алгоритмов АСУ ТП и работы тренажеров, получения информации использования проектных данных в алгоритмах.
  • Создана новая система разработки и эксплуатации больших моделирующих программных комплексов WinMod в операционной системе Windows, позволяющая разрабатывать аналитические тренажеры с использованием мультимедийных возможностей операционной системы.

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:

  • Разработана методика создания программных средств моделирования и проектирования алгоритмов АСУ ТП по проектным данным технологических систем, создана структура универсальной (для задач моделирования и проектирования) и единой (топология и параметризация алгоритмов) базы данных алгоритмов АСУ ТП с синхронизацией с проектными данными и с механизмом автоматического отслеживания объема их изменений.
  • на основе ряда оригинальных технических решений создана новая система разработки и эксплуатации моделирующих комплексов, функционирующая в операционной среде Windows.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

  • созданный автором программный комплекс SKUGEN использован для создания, отладки и тестирования модели алгоритмов АСУ ТП полномасштабного тренажера АЭС Куданкулам (Индия) (ОАО «ДЖЭТ»).
  • Разработанный автором метод создания программных средств для моделирования и проектирования алгоритмов АСУ ТП на основе проектных данных технологических систем энергоблока рассматривается в настоящий момент для дальнейшего развития программного комплекса SKUGEN для применения в проектных организациях (ФГУП Атомэнергопроект, Москва).
  • система разработки и эксплуатации моделирующих комплексов WinMod позволяет создавать наглядный и удобный интерактивный графический интерфейс. Это делает возможным ее применение для разработки аналитических тренажеров любого назначения как для уже существующих АЭС, так и для строящихся, а также при создании моделирующих и расчетных комплексов для решения научно-исследовательских задач и задач обучения в системе высшего образования. Система WinMod использовалась при разработке двух аналитических тренажеров: «ТОМАС-1» для АЭС с реактором ВВЭР-1000 и «ТОМАС-2» для АЭС с реактором РБМК-1000. «ТОМАС-1» поставлен в УГТУ (Уральский Государственный Технический Университет) и в настоящее время внедрен в учебный процесс. Ведется разработка моделирующего комплекса JOKER для блока Белоярской АЭС с реактором БН-600, первая версия комплекса в декабре 2005 г. принята в опытною эксплуатацию. Ведется разработка аналитического тренажера Ростовской АЭС по полномасштабной модели.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы докладывались на:

  • семинаре секции динамики «Математические модели для исследования и обоснования характеристик оборудования и ЯЭУ в целом при их создании и эксплуатации» (г. Гатчина, 2000 г.),
  • семинарах по алгоритмам и программам для нейтронно-физических расчетов ядерных реакторов («НЕЙТРОНИКА», г. Обнинск, 2005 г., 2006 г.),
  • Четвертой и Пятой Международных научно-технических конференций «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики». (г. Москва, 2004 г., 2006 г.)
  • семинаре «Методики и программы полномасштабного моделирования динамики АЭС и ТЭС» (г. Москва, 2004 г.).
  • семинаре «Информационные технологии в проектировании и управлении производством» (г. Москва, 2006 г.)

Основное содержание диссертации изложено в 8 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Содержит 119 страниц, 20 рисунков, 18 таблиц. Список литературы включает 54 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цели исследования, его научная новизна и практическая значимость. Дан общий обзор работы, обозначен личный вклад автора.

В главе 1 обобщается опыт строительства тренажеров для существующих станций и анализируются проблемы, возникшие при создании тренажеров строящихся АЭС нового поколения. Проводится обзор существующих средств проектирования и моделирования АСУ ТП.

Эксплуатирующиеся сегодня более 30 полномасштабных и аналитических тренажеров разных типов реакторов для АЭС создавались для уже построенных энергоблоков на основе испытанной временем технологии «US3», которая предназначена для создания больших моделирующих комплексов. Данная технология (ее можно уже назвать «классической») предполагает наличие полной информации об объекте (энергоблоке) и его процессах на момент начала моделирования. Система контроля и управления (СКУ) существующих энергоблоков проектировалась и строилась на элементной базе «с жесткой логикой» и представляет собой в большинстве случаев достаточно простые алгоритмы, что позволяло создавать их математическую модель без использования средств автоматизации.

Начиная с 2000 года, в тренажеростроении появились проекты, создание которых происходит при наличии двух новых факторов. Первый из них – применение цифровых Автоматизированных Систем Управления Технологическими Процессами (АСУ ТП). Реализация цифровых АСУ ТП нового поколения сегодня представлена двумя аппаратно-программными комплексами – «TELEPERM XP/XS» (Сименс, Германия) на Тяньваньской АЭС (Китай) и ТПТС-51 на АЭС Куданкулам (Индия) и Калинин-3. Основным отличием этих АСУ ТП является возрастающая роль автоматики и уменьшение количества операций персоналом по управлению конкретным оборудованием. Управление оборудованием заменяется управлением процессами. Все это выливается в существенное увеличение количества алгоритмов (десятки тысяч) и их сложности. Алгоритмы представляют собой совокупность отдельных логических схем (функциональные планы), «собранных» из специальных логических (функциональных) блоков (ФБ), функционирование которых определяется заданными параметрами (параметризация блока, алгоритма).

Другой новый фактор – изготовление тренажера до пуска энергоблока. Например, для АЭС Куданкулам разница в сроках составляет 1 год, для Тяньваньской АЭС – 2 года. Это означает, что создание тренажера осуществляется по проектным и рабочим данным. Такие данные имеют три принципиальных недостатка - они содержат большое количество различных ошибок (проектные, случайные и др.), они не полные (что-то не до конца спроектировано) и они не являются окончательными (вносятся изменения проектантом). Это принципиально противоречит «классической концепции» создания тренажера, когда к моделированию приступают после практически полного сбора данных об объекте.

В работах над созданием модели алгоритмов АСУ ТП полномасштабных тренажеров Тяньваньской АЭС и АЭС Куданкулам разработчики (ОАО ДЖЭТ) столкнулись с целым рядом проблем, наиболее существенные из которых следующие.

1. Расхождения между базой данных2 технологических систем (проектная база) по оборудованию и их свойств и базой разработчиков АСУ ТП, что приводит к расхождению между моделью технологических систем и моделью АСУ ТП.

2. Неправильные значения параметров функциональных блоков (параметризация) в алгоритмах АСУ ТП (размерности и значения уставок, время хода задвижек, коэффициенты регуляторов и др.).

3. Ошибки, связанные непосредственно с алгоритмами, с логикой их реализации.

Также встречены методические проблемы моделирования и проектирования:

  1. Отсутствие сквозной системы проектирования АСУ ТП энергоблока. В настоящий момент проектирование осуществляется в три этапа с использованием несовместимых по формату программных средств.
    • технологи-проектанты создают техническое задание на алгоритмы в виде блок-схем (средствами редактора MS WORD) без учета специфики команд управления оборудованием в цифровых АСУ ТП.
    • проектанты автоматики пересматривают эти данные, приводят их к специфике цифровых АСУ ТП и перерисовывают в АВТОКАДЕ в форматы-прообразы.
    • разработчики проекта автоматики по прообразам создают непосредственно алгоритмы средствами АСУ ТП.
  1. Отсутствие готового проекта АСУ ТП на момент создания модели не позволяет использовать средства автоматической генерации модели (технология ГЕНТА, ОАО «ДЖЭТ») по исполняемому коду аппаратных средств АСУ ТП.
  2. Моделирование возможно только по проектным данным (имеющие описанные выше недостатки).
  3. Невозможность применять разработанные ранее средства и методы моделирования по причинам:
    • Отсутствия в них поддержки специфики команд управления оборудованием цифровых АСУ ТП
    • Отсутствие механизма обеспечения целостности межалгоритмических переходов, что не позволяет автоматически находить (и не создавать) ошибки в названиях входных сигналов, определять выходные сигналы, которые нигде не используются, или входные сигналы, которые нигде не определены.
    • Отсутствует связь параметризации алгоритмов с технологическими данными, меняющимися во времени в процессе проектирования (это приводит к необходимости осуществлять изменения модели вручную).
    • Отсутствия информационной поддержки для анализа логики.

Опыт создания двух тренажеров в условиях неполных, неточных, периодически меняющихся данных, с новой системой контроля, управления и отображения позволяет сделать вывод о необходимости разработки новой технологии создания тренажеров, с новыми программными средствами моделирования. Также необходима автоматизированная система проектирования АСУ ТП, охватывающая все стадии, начиная от разработки технологического задания, предварительного моделирования и тестирования и заканчивая выдачей задания на программирование технических средств.

Решением этих проблем может быть совмещение и зацикливание процессов проектирования (поставка данных для создания тренажера) и создания модели энергоблока по проектным данным (для тестирования и исправления решений проектантом). Необходимым условием такого симбиоза является использование единых средств проектирования в проектных организациях и разработки моделей у создателей тренажеров, или, как минимум, полная совместимость этих средств по формату хранения данных.

Проведенный в работе обзор программных средств в области САПР, интегрированных SCADA/SoftLogic-систем и систем автоматизированного моделирования, используемых сегодня при проектировании и моделировании логики АСУ ТП, позволяет сделать вывод о необходимости создания новых инструментов или существенной переделки имеющихся для обеспечения описанных выше целей.

Во второй главе формулируется методика создания программных средств моделирования и проектирования алгоритмов АСУ ТП по проектным данным. Она состоит из методических требований к функциям создаваемого комплекса в целом, правил организации данных и отношений различных данных между собой, определения необходимых компонент комплекса и их основных функций. Обосновывается эффективность использования СУБД для хранения информации проекта логики АСУ ТП.

На основе опыта разработки первых тренажеров нового поколения можно сформулировать методические требования для создания новых средств моделирования и проектирования алгоритмов АСУ ТП.

1. При проектировании алгоритмов и задании их параметризации, имен и свойств оборудования необходимые данные должны браться (как ссылки) из проектной базы данных технологических систем. (В настоящий момент данные параметризации алгоритмов и данные технологических систем не связаны между собой, дублируют друг друга и хранятся в разных программных средствах.)

2. Совокупность данных (включая ссылки на данные из проектной базы данных технологических систем), определяющая весь набор алгоритмов, включая их топологию и параметризацию, т.е. проект алгоритмов АСУ ТП, являющаяся результатом текущего этапа проектирования, должна непосредственно использоваться для создания модели алгоритмов АСУ ТП.

3. Должен быть инструмент импорта (или постоянная связь) данных из проектной базы технологических систем в проект/модель алгоритмов АСУ ТП с механизмом автоматического изменения проекта/модели в случае изменения какого-то объема проектных данных технологических систем.

4. Должен быть механизм проверки целостности межалгоритмических связей. Ведущим (определяющим) должен быть выходной сигнал, его изменение должно автоматически отразиться на всех потребителях, его удаление должно быть возможно только при отсутствии связей.

5. Интерфейс ручной параметризации должен быть реализован как «выборный». Это означает, что в распоряжении пользователя в случае проектирования/редактирования алгоритма, его параметризации или изменения межалгоритмических связей, должна быть только возможность выбора из имеющейся в проектной базе технологических систем или в других алгоритмах информации без возможности «клавиатурного ввода» (работа в «пространстве проектных данных»).

6. Для анализа проекта логики должна быть максимально наполнена возможность визуализации информации о связи проектных данных с алгоритмами и, наоборот, о связях алгоритмов между собой и др.

Реализация этих требований возможна при создании механизма связанности большой по объему и разной по содержанию информации. Максимально простым способом это можно достигнуть, используя для хранения информации СУБД. База данных предназначена для структурирования различной информации, а механизмы запросов позволяют легко получить конкретные данные.

Одним из ключевых моментом при разработке такой базы – базы данных проекта/модели алгоритмов АСУ ТП (далее: база алгоритмов АСУ ТП) – является необходимость хранения в ней топологии алгоритмов и параметров блоков. Наличие такой базы кардинально меняет механизм обработки информации и анализа ее целостности по сравнению с файловым подходом, когда один алгоритм и его параметризация хранятся в одном файле с тем или иным форматом.

Разработка структуры базы и механизмов работы с ней должна быть основана на следующих принципах:

  • Уникальность данных – информация не дублируется, используются только ссылки
  • Связанность данных – информация иерархически распределена с механизмом защиты целостности данных
  • Функциональное разделение данных – разделение графической информации, информации о функциональных блоках и их свойствах, об алгоритмах и их параметрах и т.д.
  • Количество таблиц должно быть постоянно (не являться функцией от количества алгоритмов и их параметров)
  • Необходимы механизмы, позволяющие осуществить связь с проектной базой данных любой структуры.

Основные компоненты программного комплекса показаны на рис. 1.

Для импорта в базу алгоритмов АСУ ТП уже имеющего проекта или его части, существующего в каком либо формате, служит преобразователь, способный работать с соответствующим форматом представления алгоритмов.

 Рис 1. Схема структуры программного-0

Рис 1. Схема структуры программного комплекса

Для работы с данными, находящимися в базе алгоритмов АСУ ТП, должен быть разработан менеджер базы. В его задачи входит:



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.