Главная страница >> Решения и услуги >> Диспетчеризация и автоматизация >> Информационно-аналитическая система контроля комплекса переработки жидких радиоактивных отходов кольской АЭС

Информационно-аналитическая система контроля комплекса переработки жидких радиоактивных отходов кольской АЭС

Обобщенная схема ПТК ИАСК

Мнемосхема схема ИАСК

Сотрудниками компании «ДАТАСОЛЮШЕН» разработана и внедрена система информационно-аналитического контроля оборудования и технологических процессов комплекса переработки жидких радиоактивных отходов Кольской АЭС (ИАСК КП ЖРО Кольской АЭС). Система осуществляет мониторинг, оперативный анализ и архивацию всех технологических параметров комплекса. При этом ИАСК реализует их обобщенное представление на большом экране коллективного пользования в центральном пункте диспетчеризации КП ЖРО. Созданные при разработке ИАСК решения позволяют осуществить мгновенный доступ к архивным и текущим параметрам системы с автоматизированных мест оператора, администратора и начальника смены ИАСК, а также транслируют данные по протоколу TCP/IP в общестанционную сеть, где они доступны через обычный Web-интерфейс (Internet браузер - тонкий клиент). Внедрение проекта позволило объединить информационные потоки отдельных технологических процессов КП ЖРО в единую интерактивную аналитическую систему, позволяющую не только осуществлять глобальную диспетчеризацию всего процесса переработки, но и прогнозировать временное поведение его параметров с точки зрения безопасности и эффективности.

Постановка задачи проектирования ИАСК

Комплекс переработки жидких радиоактивных отходов Кольской АЭС не имеет аналогов в мире и является продуктом высокотехнологичных Российских разработок в данной области. Он предназначен для выделения радионуклидов из жидких радиоактивных отходов, их концентрирования и перевода в твердое состояние, пригодное для дальнейшего захоронения на длительное время. Объект уникален во всех отношениях – от внутреннего интерьера, оставляющего абсолютное впечатление пребывания на космической станции, до обилия примененных и функционирующих в нем новейших технологий робототехники и ионоселективной очистки ЖРО от радионуклидов.

Автоматизация подсистем

Комплекс состоит из нескольких технологически связанных между собой подсистем. Подсистемы изъятия жидких радиоактивных отходов А1 и А4, которые производят подготовку и забор отработанных радиоактивных солей, ионообменных смол и шламов, возникающих в результате работы атомного реактора, и хранящихся на Кольской АЭС в баках из нержавеющей стали, помещенных внутри бетонных камер двух хранилищ. Доступ к бакам ограничен в связи с высокой радиацией. Поэтому для размывания, локального подогрева и забора отходов используется специальный робот – кроулер, дистанционно управляемый оператором. Подсистема А2 производит концентрирование ЖРО. В подсистеме А5 реализована собственно сама технология очистки от радионуклидов кобальта, цезия и продуктов коррозии высокосолевых растворов, извлеченных из хранилищ. Подсистема А3 предназначена для цементирования выделенных и переведенных в твердую фазу отходов и находится в настоящее время в стадии развертывания. Кроме того в комплекс входят разнообразные вспомогательные системы (ВС), такие как спецканализация, вентиляция, подсистема технической воды и т.п.

Мониторинг состояния оборудования

Все эти подсистемы являются полностью автоматизированными. К началу разработки ИАСК в каждой из них был реализован независимый от других подсистем программно-технический комплекс (ПТК), выполняющий ряд специализированных автоматизированных функций. Данные от подсистем визуализировались на дисплеях АРМ их операторов, расположенных в зале центральной диспетчерской КП ЖРО. Для обработки хранения и отображения данных, разработчиками этих подсистем использовались SCADA система Citect и программное обеспечение SIMATIC ProTool.

Мониторинг процесса производства

На момент начала наших работ эти системы верхнего уровня, хотя и были связаны технологически (т.н. горизонтальные связи), но не были объединены в единое информационное пространство, что затрудняло процесс обобщенного восприятия информации, контроля и управления системой и оперативным персоналом. Поэтому было принято решение объединить данные, поступающие от подсистем, реализовав их обработку и визуализацию на большом (10 х 2 м) экране коллективного пользования (ЭКП) в помещении центральной диспетчерской. Кроме того, было решено создать на серверах ИАСК глобальную резервируемую базу данных архивов всех текущих технологических параметров комплекса. Учитывая особые требования к надежности будущей системы и, одновременно, необходимости ее гибкости и полного резервирования (вплоть до линий передачи данных) для реализации проекта была выбрана SCADA – система GENESIS32 компании Iconics в недавно вышедшей версии 9.1 и включающей компонент DataWorX Professional. Также было запланировано проводить непрерывный мониторинг всего оборудования ИАСК (серверов, коммутаторов, контроллера ЭКП, локальных АРМ) по протоколу SNMP, удобные и модернизированные средства работы с которым также содержится в Iconics Genesis32 v. 9.1.

Назначение информационно-аналитической системы контроля

Информационно-аналитическая система контроля оборудования и технологических процессов предназначена для интеграции и представления обобщенной технологической информации от подсистем в составе автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) КП ЖРО Кольской АЭС. Введение в работу ИАСК КП ЖРО обеспечило расширенный визуальный контроль технологических параметров комплекса в режиме реального времени, что позволило оперативному персоналу осуществлять управление системами, имея перед собой глобальную картину всех процессов и их взаимовлияние. Удобный анализ данных (в том числе архивных) сделал возможным прогнозирование временной эволюции процессов, что привело к высокой предсказуемости их развития и предоставило возможность оперативного принятия мер по предупреждению нештатных ситуаций, обеспечивая тем самым безаварийную и надежную эксплуатацию КП ЖРО.

Основными функциями ИАСК КП ЖРО являются:

организация обобщенного представления информации о технологических процессах КП ЖРО;
реализация алгоритмов контроля нарушений технологических параметров КП ЖРО;
обеспечение контроля состояния технологического оборудования КП ЖРО;
предоставление персоналу и руководству комплекса возможности оперативного анализа архивных данных для выявления тенденций (трендов), которые потенциально могут привести к возникновению нештатной ситуации.

Архитектура информационно-аналитической системы контроля

Для обеспечения безотказной работы системы при выходе из строя аппаратных компонентов было применено решение по их резервированию. Основные функции по сбору, регистрации и хранению информации защищены от одиночного отказа аппаратных средств за счет резервирования серверов ИАСК, коммутаторов и каналов связи ЛВС.

Определяющим правилом при организации обмена с подсистемами КП ЖРО было «невмешательство» в их автономность. Это обусловлено необходимостью не создавать помех непрерывному технологическому процессу очистки ЖРО. Пуско-наладочные работы также проводились во время работы непрерывного производственного цикла. Поэтому для связи с объединяемыми подсистемами вся необходимая информация снималась с контроллеров подсистем параллельно. Управление технологическими процессами в подсистемах А1, А2 и А4 организовано на базе контроллеров S7-300 компании SIEMENS. Для связи с ИАСК использовались коммуникационные процессоры SIEMENS CP 343-1 (343-1EX20-0XE0). В подсистеме А5 и вспомогательных системах используются контроллеры TSX Quantum (Schneider Electric). Для организации сбора данных на серверах ИАСК (основном и резервном) были инсталлированы два OPC сервера: KEPware Enhansed OPC/DDE Server V4.201.359 (для работы с контроллерами SIEMENS S7-300) и Schneider Electric OPC Factory Server V3.2 (для работы с TSX Quantum). Далее данные поступали в компонент DataWorX32 SCADA-системы GENESIS32, в которой они обрабатывались согласно реализованным в ней алгоритмам отображения динамических элементов на АРМ и экране коллективного пользования ИАСК.

Обмен данными в ИАСК был организован при помощи независимых сетевых коммутаторов CISCO. Для приема данных от подсистем КП ЖРО серверы ИАСК имеют также два независимых сетевых интерфейса подключаемых, соответственно, к двум сетевым коммутаторам.

Резервирование передачи данных на уровне рабочих станций было обеспечено дублированием каналов связи, сетевых интерфейсов АРМ и серверов ИАСК.

Таким образом, при одиночном отказе линии передачи или коммутатора в составе ИАСК КП ЖРО, система сохраняет функциональность по сбору, регистрации и отображению информации.

Резервирование собственно серверов ИАСК было обеспечено на аппаратно-программном уровне. Серверная часть ИАСК обеспечивают сохранение работоспособности при отказах одного из серверов за счет применения компонента Genesis32 DataWorx32 v 9.1 Professional, включающего поддержку резервирования данных OPC, тревог и архивов. При этом повышение надежности и достоверности OPC данных достигается тем, что все данные OPC серверов, группируются в резервные пары. Эти резервные пары OPC серверов идентифицируются как один OPC сервер для любых приложений - OPC клиентов без каких-либо задержек. При переключении с основного сервера на резервный и наоборот, все регистрируемые параметры процессов сохраняются и синхронизируются.

Таким образом, компонент Genesis32 DataWorx32 v 9.0 Professional обеспечивает сохранение функциональности сбора, регистрации и хранения информации, а также предоставляет возможность работы с АРМ ИАСК, при выходе из строя компонентов серверного программного обеспечения.

В целях сохранения работоспособности ИАСК при отключениях электропитания, в ее состав были включены источники бесперебойного питания, гарантирующие работу всей Системы (включая ЭКП) в течение получаса при отсутствии основного электропитания.

Диспетчеризация систем безопасности

Организация представления данных в информационно-аналитической системе контроля

Для организации предоставления динамической информации о текущих процессах в диспетчерской КП ЖРО был смонтирован и подключен к ИАСК экран коллективного пользования (ЭКП), на котором отображалась главная мнемосхема, содержащая все подсистемы комплекса. Цветовая гамма, размеры шрифтов и способы отображения процессов выбирались с учетом эргономических соображений после консультаций дизайнера проекта с психологами. Также учитывалась специфика стандартов, принятых в атомной промышленности. Так, например отображение вентиля красным цветом (цветом привлекающим внимание и обозначающим – «Внимание, опасность!») означает, что он открыт, а следовательно по данному трубопроводу может перемещаться радиоактивное содержимое. Зеленый цвет вентиля обозначает, что он закрыт и все спокойно. Для отображения состояния среды использовались такие динамические элементы, как анимированные бегущие строки, подсвеченные строки, всплывающие табло с сообщениями о тревогах и элементы подсветки работающего оборудования.

Экран коллективного пользования (видео-стена) представляет собой 10 видео-кубов марки EC 80 SXC + DL производства компании Eyevis c разрешением каждого куба 1024х768, объединенных в единый экран (два ряда по 5 кубов). Проекционные модули Eyevis EC построены с использованием проекторов, выполненных по технологии DLP.

Каждый проекционный модуль построен по принципу просветной технологии формирования изображения. При таком подходе в значительной степени снижаются требования к внешней световой обстановке и даже относительно высокий уровень внешней освещенности не оказывает негативного влияния на качество изображения.

В проекционных модулях установлена двухламповая система и реализован режим автоматической замены лампы. Предусматривается два режима работы двухламповой системы: режим «горячего резерва», режим «холодного резерва». Если активирован режим «горячего резерва», в случае выхода из строя (перегорания) одной лампы, вторая лампа включается в работу в течение 1 сек. В случае активации режима «холодного резерва», вторая лампа включается в работу в течение времени, требуемого на разогрев лампы – до 10-15 секунд. Средний срок службы ламп проекционных модулей составляет 10 000 часов.

В смонтированной из 10 отдельных проекционных модулей видеостене, физические зазоры между отдельными видеокубами составляют не более 0,3 мм.

Благодаря применению технологий «DynamicBlack», «SmoothPicture», «BrilliantColor» и «TrueVision» достигается высокий уровень контрастности, цветовой согласованности и «мягкости» изображения.

На локальные АРМ (АРМ оператора и АРМ администратора ИАСК) помимо главной мнемосхемы персонал имеет возможность просматривать сообщения о тревогах, архив их возникновения и подтверждения, а также общий архив всех контролируемых параметров организуются на основе технологии «толстых» клиентов посредством обмена данными с серверами ИАСК по протоколу ОРС. На них установлены операционные системы Windows XP SP2, и они используют лицензию GEN32V9-R-BROWSER и лицензию на Web-доступ прописанные в аппаратных USB ключах, установленных на серверах ИАСК. Компонент визуализации данных Genesis32 GraphWorx32, являясь ОРС клиентом, осуществляет прием и отображение информации по мере ее поступления на серверы.

Экран коллективного пользования подключен к серверам ИАСК через специализированный компьютер-контроллер, являющийся, по сути, локальным АРМ с точки зрения сервера. Контроллер ЭКП функционирует по аналогии с локальными АРМ Системы. Вся экранная область ЭКП отображает обобщенный видеокадр ИАСК, содержащий основные параметры состояния КП ЖРО. Однако, допускается реконфигурация ЭКП для отображения различных видеокадров на отдельных видео-кубах.

Для организации передачи оперативной информации на удаленные АРМ, находящиеся в общестанционной сети, было принято решение использовать технологию Web-доступа на основе программного продукта WebHMI компании ICONICS. На серверах ИАСК был установлен компонент WebHMI-R (c резервированием) являющийся Web-сервером и предоставляющим удаленный доступ к данным ИАСК. При этом для визуализации данных на удаленных АРМ по Web доступу требуется только наличие операционной системы не менее Windows XP и обозреватель Internet Explorer.

Все необходимые для отображения данных ActiveX-компоненты Genesis32 устанавливаются автоматически как надстройки обозревателя при первом обращении по IP адресу Web-сервера WebHMI на сервере ИАСК. Визуализация данных осуществляется непосредственно в браузере Internet Explorer и обладает всей полнотой функциональности АРМ оператора. Внешний вид мнемосхемы технологических процессов КП ЖРО, отображаемой в окне браузера Microsoft Internet Explorer представлен на рис.2.

Следует подчеркнуть, что подсистема безопасности ICONICS Genesis32 отслеживает права доступа подключившегося Web-клиента и при входе требует его логин и пароль. В тот же момент подсистема лицензирования ведет учет по количеству одновременно подключенных к ИАСК Web-клиентов. В настоящей конфигурации ИАСК их число не может превышать семи.

Программные решения

Ввод классификация и первичная обработка данных

В своей работе ИАСК оперирует с 15000 технологических параметров пяти подсистем КП ЖРО. Для ускорения их ввода в пространство регистров компонента DataWorX32 Professional и дальнейшего использования для обработки и визуализации в среде GENESIS32, а также контроля качества сигналов, специалистами компании «ДАТАСОЛЮШЕН» был разработан комплекс программ, осуществляющий анализ действующих OPC серверов КП ЖРО, сортировку и классификацию их тегов в соответствии с задачами ИАСК. Далее осуществлялся экспорт полученной структуры в GENESIS 32. При этом на порядок были снижены трудозатраты на ввод, анализ и классификацию тегов реальных значений технологических параметров.

Мониторинг работы оборудования ИАСК

При создании ИАСК особое внимание уделялось ее отказоустойчивости. Все основные элементы сбора, хранения, обработки и передачи информации конечным потребителям изначально проектировались резервируемыми. Для мониторинга их состояния были использованы интегрированные в пакет ICONICS GENESIS32 средства для работы с протоколом SMNP. На рис.3 представлена мнемосхема диагностики оборудования ИАСК. Система вычисляет и отображает проценты загрузки ядер процессоров всех АРМ, использование оперативной памяти и жесткого диска, а также состояние четырех коммутаторов. Были разработаны алгоритмы, осуществляющие контроль дублированных линий передачи на предмет их повреждения (обрыва). При этом в случае повреждения соответствующая линия передачи отображается на мнемосхеме красным цветом, в исправном состоянии – зеленым. Аналогичные типы индикации предусмотрены и для отображения состояния коммутаторов.

Заключение

В итоге работ над проектом на Кольской АЭС создана, внедрена и запущена в промышленную эксплуатацию высококачественная информационно-аналитическая система контроля применительно к не имеющему мировых аналогов комплексу переработки жидких радиоактивных отходов. Эффективное использование возможностей, предоставляемых SCADA-системой ICONICS GENESIS32 по резервированию сбора, хранения и обработки информации, SNMP – мониторингу сетевого оборудования и дублированных линий передачи данных, позволило создать отказоустойчивое и готовое для промышленного тиражирования решение в короткие сроки.

Фамилия Имя:
Компания:
E-mail:
Телефон:
Сообщение: