Классификация, состав, структура и функции современных САУ

Наиболее важным аспектом при проектировании САУ для атомных станций является их классификация с учетом влияния САУ на безопасность АЭС в соответствии с требованиями ОПБ-88/97. По влиянию САУ как элемента АЭС, на безопасность устанавливаются четыре класса безопасности

САУ АЭС по влиянию на безопасность обычно классифицируют по классам: 2, 3 и 4. Классы безопасности 2 и 3 накладывают определенные требования к документации и проектированию САУ, а также к оценке соответствия оборудования, комплектующих, материалов и полуфабрикатов, поставляемых на АЭС [3]. Более подробно вопросы безопасности САУ АЭС рассмотрены в [4].

Все САУ и оборудование, используемые на АЭС, по своему назначению можно условно разделить на два вида:

системы и оборудование, реализующие определенные транспортно-технологические операции, например машины, манипуляторы, краны, кантователи для хранения, транспортировки, преобразования и переработки ядерного топлива;
системы, осуществляющие контроль, управление и информационную поддержку (получение, передача, обработка, хранение информации) в установках, реализующих ТП, например управления реакторной установки, химводоочистки, переработки жидких и твердых радиоактивных отходов.

При этом ТП могут содержать в себе признаки как первого, так и второго вида. Например, установка переработки жидких радиоактивных отходов содержит в себе ТП переработки отходов и транспортно-технологическую линию.

Также САУ классифицируют по характеру выполняемых ею функций, соответствующих ее основному назначению. При этом каждая из функций системы должна быть четко названа и описана и иметь ценность (например, функция диагностики позволяет пользователю своевременно выявлять отказавшие элементы САУ, что обеспечивает ведение ТП без ущерба для технологического оборудования, движущихся частей оборудования и т. п.). Таким образом, системы разделяют по их функциональному назначению, например на управляющие, информационные, системы безопасности и пр.

Многие САУ на АЭС являются системами, в которых реализация одной или двух функций является приоритетной задачей. Например, оборудование должно обеспечивать управление ТП, при этом такое управление должно быть безопасным. Таким образом, основными функциями САУ являются функции управления и безопасности (защит и блокировок). Однако это не значит, что в САУ не могут быть реализованы дополнительные функции — диагностическая, информационная, технического обслуживания, архивирования, обучения и др. В таких случаях дополнительные функции не должны влиять на основные функции САУ.

В отдельных САУ, используемых на АЭС, функция защит и блокировок может быть реализована только при помощи «жесткой» релейной логики или сочетать наличие нескольких каналов защит, реализованных на разных физических принципах (например, ПЛК в одном канале защит и релейная логика в другом).

Еще одной особенностью САУ для АЭС является зависимость режима работы системы и технологического оборудования от режима работы энергоблока станции, например:

САУ переработки радиоактивных отходов имеет периодический режим работы, зависящий от количества накопленных отходов вне зависимости от режима работы энергоблока.

Система управления перегрузочной машиной работает во время планово-предупредительного ремонта (ППР) и остановленного энергоблока; при этом необходимо обеспечить кратчайшие, экономически более выгодные сроки перегрузочной операции.

Система автоматического регулирования защит турбины работает при работе энергоблока АЭС на мощности и остановлена во время ППР.

Так как сроки ППР (1–3 месяца в год) и работы энергоблока на мощности (9–11 месяцев в год) различны, то и требования к САУ, работающим в этих режимах, существенно отличаются.

Современные САУ, применяемые на АЭС, как правило, имеют распределенную структуру. Обычно выделяют три уровня:

нижний — датчики, исполнительные механизмы и устройства связи с объектом;
средний — оборудование автоматики, содержащее ПЛК и выполняющее непосредственно контроль и управление технологическим процессом;
верхний — пульты управления, рабочие места операторов.

Рассмотрим подробнее основные элементы САУ.

ПЛК является ключевым элементом такой системы и, как правило, состоит из дублированных источников питания, дублированных (резервированных) процессорных модулей, интерфейсных модулей, коммуникационных процессоров и модулей входов/выходов. В ПЛК загружается программа управления ТП, защиты и блокировки, математические модели как самих объектов управления, так и пространственные модели зон обслуживания для транспортно-технологических объектов. На рис. 1 показан пример ПЛК на базе контроллера Siemens серии S7-300, широко использующегося в системах автоматического контроля АЭС (основные характеристики приведены в таблице 1).

Рабочие места операторов (РМО) таких систем обычно представляют собой персональный компьютер в промышленном исполнении (или панель управления) с установленной на нем операционной системой и специализированным программным обеспечением, с помощью которого может осуществляться конфигурирование САУ. РМО обычно разделяют на несколько типов в зависимости от назначения и разграничения прав доступа. Например, различают места операторов, технологов, начальников смены, инженеров-физиков, инженеров-химиков и других, контролирующих ведение ТП. Одни РМО позволяют выполнять только мониторинг, диагностику и отображение информации, другие — осуществлять управление ТП. Права доступа у операторов могут быть разные, но обычно они не имеют доступа к настройкам и управлению оборудованием, работа которого может повлиять на безопасность. У оператора имеется возможность только остановить работу системы или перевести ее в безопасное состояние при возникновении аварийных ситуаций.

Кроме РМО, в состав САУ включают сервисный ноутбук или инженерную станцию, позволяющие инженеру-программисту перепрограммировать ПЛК.

В качестве примера РМО оператора на рис. 2 приведен пульт управления разгрузочно-загрузочной машины для АЭС с реакторами типа РБМК производства ЗАО «Диаконт». Данное рабочее место позволяет осуществлять управление разгрузочно-загрузочной машиной реактора РБМК в автоматизированном режиме, благодаря чему можно избежать нештатных ситуаций, связанных с отступлением от указаний инструкции по эксплуатации, и тем самым повысить безопасность эксплуатации разгрузочно-загрузочной машины, а также сократить время, затрачиваемое на перегрузку.