Эволюция программно-технических средств низовой автоматики АСУ ТП АЭС

Эволюция программно-Эволюция программно-

технических средств технических средств

низовой автоматики АСУ ТП низовой автоматики АСУ ТП

АЭС АЭС

Эволюция программно-Эволюция программно-

технических средств технических средств

низовой автоматики АСУ ТП низовой автоматики АСУ ТП

АЭС АЭС

ГОСУДАРСТВЕННАЯ КОРПОРАЦИЯ ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ «РОСАТОМ»

ФГУП "ВНИИА"

В.Л.Кишкин

Эволюция аппаратурыЭволюция аппаратуры2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

Стр

оите

льст

во А

ЭС

Калининская АЭС, ЭБ №3

АЭС "Бушер", ЭБ №1

АЭС "Куданкулам", ЭБ №1

АЭС "Куданкулам", ЭБ №2

Ростовская АЭС, ЭБ №2

Калининская АЭС, ЭБ №4



Нововоронежская АЭС-2, ЭБ №1

Нововоронежская АЭС-2, ЭБ №2

Ленинградская АЭС-2, ЭБ №1

Ленинградская АЭС-2, ЭБ №2

Белоярская АЭС, ЭБ №4

ТПТС-ЕТПТС51 ТПТС-NT

Источники эволюционного развития аппаратуры ТПТСИсточники 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 ТПТСЦели 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 мм2) без кросс-стоек

Создание интегрированной УСБ

Принципы эволюционного развития аппаратуры Принципы эволюционного развития аппаратуры ТПТСТПТС

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 Некоторые достижения в процессе развития аппаратуры ТПТСаппаратуры ТПТС

Пропускная способность системной информационной шины увеличена в 40 000 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 ТПТС52.2400

Источник питания для модернизированной стойки питания

Нижний уровень АСУ ТП на средствах ТПТС51Нижний уровень АСУ ТП на средствах ТПТС51

ДАТЧИКИ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

. . .

СП

TPTS51

TPTS51 TPTS51TPTS51

. . .

TPTS51 TPTS51TPTS51

. . .

TPTS51 TPTS51TPTS51

TPTS51

TPTS51 TPTS51 TPTS51

ПС ПС СП ПС ПС СП ПС ПС

TPTS51

СШС СШС

ШС ШС ШС

Сопряжения сегментов шины

Шлюзы сопряжения с шиной верхнего уровня

Шина CS275 (250 Кбод)

Шина SINEC L2 (1 Мбод)

Контроллеры и стойки электропитания

TPTS51TPTS51TPTS51TPTS51 TPTS51

Полевые кабели и стойки кроссовые и релейные

Шина верхнего уровня

Нижний уровень АСУ ТП на средствах ТПТС-ЕНижний уровень АСУ ТП на средствах ТПТС-Е

ДАТЧИКИ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

. . .

СП

TPTS51

TPTS51 TPTS51TPTS51

. . .

TPTS51 TPTS51TPTS51

. . .

TPTS51 TPTS51TPTS51

ПС

RS

-485

СП ПС ПС СП ПС ПС

Шина EN (100 Мбод)

Контроллеры и стойки электропитания

TPTS51TPTS51TPTS51TPTS51 TPTS51

Полевые кабели и стойки кроссовые и релейные

Шина верхнего уровня

RS

-485

RS

-485

RS

-485

RS

-485

RS

-485

СТРУКТУРА ЦИФРОВОЙ УСБТ НА ОСНОВЕ ТПТС-ЕСТРУКТУРА ЦИФРОВОЙ УСБТ НА ОСНОВЕ ТПТС-Е

...

БПУ

...

Канал 1

...

Канал 2

...

Канал 3

...

РПУ

к ПТК НЭ

Шина EN нормальной эксплуатации

Шин

а E

NS

Комплекс средств Комплекс средств автоматизации (КСА) автоматизации (КСА)

ТПТС-НТТПТС-НТ

Функциональная структура ТПТС-НТФункциональная 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

ШШлюзы связи с ВУ Ш

Связь серверов между собой и верхним уровнем АСУТП

ЕМ

СА

К шинной системе ВУ

СВВ1

ПМ

1

ПМ

16

...

СВВ8

ПМ

1

ПМ

16

...

ИМ

S

ИМ

...

Срn

ЕМ

СА

СВВ1

ПМ

1

ПМ

16

...

СВВ8

ПМ

1

ПМ

16

...

ИМ

S

ИМ

...

...

Ст

анц

ии

вв

од

а-в

ыв

од

а

СВВ1

РезервированиеРезервирование

ПМ

1

ПМ

16

...

прикладные программы (защиты, блокировки, сигнализация, ФГУ), приема и передачи данных по шине Ethernet 100.




Шинная система ENl



Серверы СА

Ш

Шлюзы связи с ВУ

Ш

Связь серверных модулей между собой и верхним уровнем АСУТП

ЕМ ЕМ

СА


Ш Ш

S S

ИМ1 ИМ2

СВВ8

ПМ

1

ПМ

16

...

ИМ1 ИМ2

Ст

анц

ии

вв

од

а-в

ыв

од

а

Тип модуля Функции Технические характеристики

Модуль ввода-вывода дискретных сигналовТПТС55.1621

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 токаТПТС55.1611

фильтрация; диагностика измерительных каналов;питание датчиков;модификация модуля ТПТС55.1611 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 напряженияТПТС55.1612

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.ТПТС55.1613

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 ТПТС55.1651

реализация закона регулирования (PI,PID,P), управление регулирующим клапаном

Два канала регулирования

Модуль приема-передачи цифровой информации ТПТС55.1204

Связь с интеллектуальными датчиками и исполнительными механизмами по цифровому каналу

2 независимых шины RS-485 (до 32 абонентов на каждой шине);

Модуль измерения частотыТПТС55.1622

измерение частоты входного сигнала;счёт входных импульсов

4 канала измерения; 0.1…..150000 ГцПогрешность измерения- ≤ 0,002%;Минимальный цикл измерений частоты - 80мкс.

Номенклатура модулей связи с процессомНоменклатура модулей связи с процессом

Конструкция модуля связи с процессомКонструкция 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 сигналовМодуль ввода токовых сигналов

Модуль приема сигналов датчиков температурыМодуль приема сигналов датчиков температуры

Модуль ввода дискретных сигналовМодуль ввода дискретных сигналов

Станция ввода-выводаСтанция ввода-вывода

Функциональная структура ТПТС-Функциональная структура ТПТС-NTNT





Шинная система ENL



Серверы



СА


СВВ1

ПМ

1

ПМ

16

...

СВВ8

ПМ

1

ПМ

16

...

ИМ ИМ

...

СА

СВВ1

ПМ

1

ПМ

16

...

СВВ8

ПМ

1

ПМ

16

...

ИМ ИМ

...

...

Ст

анц

ии

вв

од

а-в

ыв

од

а

Станция ввода-выводаСтанция 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.

ПМ

1

ПМ

2. . .

ПМ

16

УЗ

П

+24V

ENL

к се

рвер

у

. . .

+24V +24V

ENL

ENL

к се

рвер

у

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

ИМ

2

УЗ

П1

УЗ

П2

ПМ

1

ИМ

1

ПМ

2

ПМ

16

Внешний вид станции ввода-выводаВнешний вид станции ввода-вывода

СерверСервер

Функциональная структура ТПТС-Функциональная структура ТПТС-NTNT

Ср1





Шинная система ENL



Серверы



ЕМ

СА


СВВ1

ПМ

1

ПМ

16

...

СВВ8

ПМ

1

ПМ

16

...

ИМ

S

ИМ

...

Срn

ЕМ

СА

СВВ1

ПМ

1

ПМ

16

...

СВВ8

ПМ

1

ПМ

16

...

ИМ

S

ИМ

...

...

Ст

анц

ии

вв

од

а-в

ыв

од

а


Связь с резервным серверомFM-C EN-C

Шина EN (резервированная) к другим серверам и

шлюзам

V24

USBСвязь с инженерным

пультом

A BA B

Шина ENL (резервированная)к станциям ввода-

вывода

PM

=24В

Сервер управляющих систем безопасностиСервер управляющих систем безопасности

Связь с резервным сервером

FM-C EN-C

Шина EN (резервированная) к другим серверам и

шлюзам

V24

USBСвязь с инженерным

пультом

A BA B

Шина ENL (резервированная)к станциям ввода-

вывода

PM=24В

EN-S

Шина ENS (6 независимых каналов)

EN-SEN-S

СТРУКТУРА ИНТЕГРИРОВАННОЙ ЦИФРОВОЙ УСБ НА ОСНОВЕ ТПТС-НТСТРУКТУРА ИНТЕГРИРОВАННОЙ ЦИФРОВОЙ УСБ НА ОСНОВЕ ТПТС-НТ

БПУКанал 1 РПУ

Шин

а E

NS

Канал 2 Канал 3 Канал 4

к ПТК НЭ

Шина EN нормальной эксплуатации

...... ...... ... ...

Сервер систем нормальной эксплуатацииСервер систем нормальной эксплуатации

Модули процесса (8)

Нерезервированный

EN-Cсвязь с

шиной EN

FM-CОбщее управление и прикладные

алгоритмы

Резервированный или два нерезервированных

PMМодуль питания

Модули ввода-вывода

Модули УЗП

Совмещенный

Локализованный

Модули процесса (8)Модули ввода-

выводаМодули УЗП

Нерезервированный Резервированный

Сервер управляющих систем безопасностиСервер управляющих систем безопасности

EN-C FM-C PM

EN-S

Компоновочные решенияКомпоновочные решения

Шкафы ТПТС-НТШкафы ТПТС-НТ

Шкаф Н600-21 Шкаф Н600-21 двухстороннего двухстороннего

доступа доступа

Шкаф Н600-11 Шкаф Н600-11 одностороннего одностороннего


2200

600300

2200

600

600

Шкаф Н1000-21 Шкаф Н1000-21 двухстороннего доступадвухстороннего доступа

2200

1000

400

Шкафы ТПТС-НТ уменьшенной высотыШкафы ТПТС-НТ уменьшенной высоты

1800

600300

Шкаф ШН600-12 Шкаф ШН600-12 одностороннего одностороннего


Шкаф ШН600-22 Шкаф ШН600-22 двухстороннего двухстороннего


1800

600

600

Варианты односторонней компоновки в шкафах НВарианты односторонней компоновки в шкафах Н600600

Станция ввода-Станция ввода-выводавывода

до 1000 внешних подключений

Дублированная система Дублированная система электропитания =электропитания =~~220В220В

Клеммники Клеммники полевых кабелейполевых кабелей

Коммутаторы Коммутаторы ENL, ENL, оптические оптические адаптерыадаптеры




до 500 внешних подключений 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 Варианты односторонней компоновки в шкафах Н600Н600


Коммутаторы Коммутаторы ENLENL (EN), (EN), оптические оптические

адаптерыадаптеры



СерверСервер (шлюз)(шлюз)

до 64 станций ввода-вывода


КомбинироКомбинированный ванный серверсервер

Коммутаторы Коммутаторы ENLENL

Панельный Панельный компьютеркомпьютер

до 48 станций ввода-вывода до 250 внешних подключений

Клеммники Клеммники полевых полевых кабелейкабелей

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 НПримеры компоновки в шкафах Н10001000

Станция Станция ввода-ввода-выводавывода




Коммутаторы Коммутаторы ENL, ENL, оптические оптические адаптерыадаптеры





а) Станции ввода-вывода с сервером или шлюзом и сетевым оборудованием

б) То же с питанием от 220 В в) Местный щит управления

Крейт Крейт реплика-реплика-

цииции

КоммутаторыКоммутаторы, , оптические оптические адаптерыадаптеры

Сервер или Сервер или шлюзшлюз

Варианты компоновки с непосредственным подключением полевых кабелей (до 0,8 ммВарианты компоновки с непосредственным подключением полевых кабелей (до 0,8 мм22) в шкафах ) в шкафах Н1000Н1000








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 Полевые кабеликабели

Сервер или Сервер или шлюзшлюз


Резервное Резервное местоместо


Варианты компоновки в шкафах НВарианты компоновки в шкафах Н600 600 уменьшенной высоты.уменьшенной высоты.




Клеммники Клеммники полевых кабелейполевых кабелей КоммутаторыКоммутаторы, ,

оптические оптические адаптерыадаптеры

Станция Станция ввода-выводаввода-вывода



а) максимум внешних подключений

б) Питание от ~220 В и возможность размещения сетевого оборудования

в) Сервер, с сетевым оборудованием, СВВ с непосредственным подключением

Полевые Полевые кабеликабели

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 мм2

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 особенностиОсновные особенности ТПТСТПТС--ННTT

ЗаключениеЭволюционное 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

Documents

Эволюция программно-технических средств низовой автоматики АСУ ТП АЭС