Введение к работе
Актуальность. В середине 90-х годов прошлого века атомная промышленность России начала стремительный выход на мировой рынок. Ряд стран (Иран, Индия, Китай и другие) проявили заинтересованность в приобретении отечественных энергоблоков с реакторами на легкой воде типа ВВЭР-1000. Потенциальных заказчиков устраивали экономические характеристики российских АЭС, их надежность и безопасность. Вместе с тем, ряд подсистем АЭС их не устраивал. К ним, в первую очередь, относятся автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), которые строились на основе традиционных средств автоматики с жесткой логикой, а программируемые контроллеры не применялись. Кроме этого, средства контроля и управления блочного пульта АЭС создавались на основе архаичных средств - стрелочные приборы, самописцы, световые индикаторы, ключи индивидуального управления оборудованием и т.п. В результате отечественные АСУ ТП АЭС занимали огромные помещения, требовали большого количества эксплуатационного и ремонтного персонала.
Не были также реализованы интеллектуальные алгоритмы контроля, управления и диагностики, наличие которых является обязательным в соответствии с требованиями МАГАТЭ. К ним, в частности, относятся система представления параметров безопасности АЭС, система регистрации важных параметров эксплуатации и другие.
В целом, отечественные АСУ ТП АЭС практически по всем параметрам уступали своим зарубежным аналогам. В то время это были АСУ ТП АЭС производства IDF (Франция) и Siemens (Германия).
Это поставило руководство атомной отраслью России перед выбором: либо создавать собственную разработку, либо закупать АСУ ТП АЭС «под ключ» у своих главных конкурентов на мировом рынке. Дело в том, что французская и германские фирмы, способные поставлять современные АСУ ТП АЭС, входят в международные консорциумы, которые предлагают на мировом рынке собственные атомные энергоблоки.
Был выбран компромиссный вариант с минимальным риском. Для части энергоблоков, строящихся в Китае, решили использовать АСУ ТП АЭС производства Siemens, а для АЭС, строящихся в Иране, Индии и России, было решено создать собственную АСУ ТП на основе зарубежных и отечественных технологий и комплектующих. Она должна соответствовать требованиям по безопасности в области атомной энергетики, широко применять
программируемые контроллеры, цифровые средства передачи информации, включать расчетные и диагностические задачи. Причем, в центре АСУ ТП должна находиться интегрирующая часть - вычислительная система верхнего блочного уровня (СВБУ), которая должна централизовать информационные потоки и предоставить оперативному персоналу АЭС удобные, надежные и быстрые средства управления АЭС.
Создание принципиально новой вычислительной системы СВБУ было поручено Институту проблем управления РАН им. В.А. Трапезникова РАН. Общее руководство работами вел директор ИПУ РАН И.В. Прангишвили, непосредственное руководство - М.А. Зуенков. Автор диссертации участвовал в этих работах с самого начала в качестве главного специалиста. Он является автором и соавтором основных принципов, архитектурных и технических решений, методов, алгоритмов и программ, часть которых вошла в состав диссертационной работы.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование единого комплекса взаимосвязанных принципов, методов и программных средств для построения СВБУ АСУ ТП для зарубежных и российских АЭС.
Задачи диссертационной работы. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:
-
Сформулировать и исследовать основные требования к организации компьютеризированного человеко-машинного интерфейса (ЧМИ) операторов-технологов АЭС с реакторами ВВЭР-1000, разработать состав функций, перечень задач СВБУ и требования к их реализации (показатели надежности, временные характеристики и другие).
-
Выбрать или разработать базовую информационную технологию (совокупность методов и алгоритмов обработки данных), на основе которой можно строить программно-технические комплексы контроля и управления АЭС.
-
Предложить и разработать методы и алгоритмы решения сформулированных задач для всех категорий эксплуатационного персонала АЭС, включая операторов-технологов, начальника смены, персонала кризисного центра, эксплуатационного и ремонтного персонала АСУ ТП АЭС.
-
Разработать и научно обосновать архитектуру, структуру и конструкцию технических средств СВБУ, производство которых возможно организовать в России.
-
Разработать методы ведения диалога в АСУ ТП АЭС, которые ориентированы на потребности операторов-технологов АЭС с
реакторами ВВЭР-1000 и обеспечивают решение основных задач по управлению АЭС, включая управление технологическим оборудованием, реакторной установкой, контроль состояния пределов нормальной эксплуатации, параметров и барьеров безопасности в соответствии с требованиями МАГАТЭ.
-
На основе анализа нормативной документации, российских и международных стандартов сформулировать общие требования к технологии разработки программного обеспечения (ПО), применяемого в системах, важных для обеспечения безопасности АЭС. К ним относятся требования к верификации и валидации новых программ, выбору и верификации заимствованных программ и комплексов для использования на российских и зарубежных АЭС.
-
Разработать лицензионно чистое ПО, пригодное для поставки в любые страны без ограничений.
Методами исследования являются: теория управления, системный анализ, компьютерное моделирование.
Научная новизна работы состоит в создании новой
информационной технологии, которая включает в себя новые
принципы, методы и алгоритмы организации
компьютеризированного ЧМИ для всех категорий
эксплуатационного персонала АЭС, новые лицензионно-чистые решения по техническим и программным средствам для управления АЭС, соответствующие мировым стандартам.
Достоверность. Научные положения диссертационной работы
подтверждены полигонными испытаниями, актами
межведомственных комиссий, практическим применением на АЭС.
Практическая ценность и реализация результатов. Предложенная и разработанная новая информационная технология была применена при разработке СВБУ АСУ ТП АЭС "Бушер" (Иран), "Куданкулам" (Индия).
Диссертационная работа выполнена в рамках плановой тематики ИПУ РАН.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и представлялись на следующих конференциях и семинарах:
13 European simulation symposium, Marseillle, France, 2001;
Международный симпозиум «Измерения, важные для безопасности в реакторах», Москва, 2002;
Международная конференция «Идентификация систем и задачи управления» SICPRO'2003;
Вторая Международная конференция по проблемам управления, Институт проблем управления РАН, 2003;
Четвертая научно-техническая конференция «Функциональная безопасность-2003», Москва, НИЦ «СНИИП», 2003;
Отраслевой семинар «Современные программно-технические средства и технологии в АСУТП», Обнинск, ФГОУ«ГЦИПК»,2005.
Международная конференция "Измерения важные для безопасности в реакторах" .М.:ИПУ РАН,2007
Труды III Международной конференции "Параллельные вычисления и задачи управления" памяти И.В. Прангишвили, М.:ИПУ РАН,2007 2006.
1-я Научная конференция "Автоматизация в промышленности". М.:ИПУ РАН,2007.
2-я Научная конференция "Автоматизация в промышленности". М.:ИПУ РАН,2008.
Публикации. Основные результаты научных исследований по теме диссертации содержатся в 29 публикациях, в том числе 12 публикаций в ведущих научных журналах и изданиях перечня Высшей аттестационной комиссии.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, содержит 220 страниц текста, 20 рисунков, 15 таблиц, список литературы из 108 названий.
