БЛОК АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ (БАР) Российский патент 2012 года по МПК G05B15/00 

Область техники

Данное техническое решение относится к области вычислительной техники, а именно к автоматизированным системам управления энергоблоками атомных электростанций, функциональным элементам таких систем, контроля и безопасности во время работы.

Уровень техники

Аналогом данного предлагаемого изобретения является БЛОК УПРАВЛЕНИЯ ЗАЩИТЫ СИГНАЛИЗАЦИИ МОДУЛЯ КОМПРЕССОРНОГО ЗАПРАВОЧНОГО (патент на изобретение RU 2211471 С1, заявка 2000133146 от 28.12.2000, МПК 7 G05B 15/02, G07F 15/00, опубликован 27.08.2003, бюл.24).

1. Блок управления, защиты и сигнализации модуля компрессорного заправочного, содержащий программируемый контроллер, состоящий из модуля центрального процессора с флеш-памятью с системной шиной VME, а также датчики и исполнительные механизмы, отличающийся тем, что блок содержит также модуль ввода аналого-цифрового преобразователя (4), термостабилизатор, предназначенный для обеспечения требуемых климатических условий функционирования блока, контакты датчика температуры которого подключены к входам модуля ввода аналого-цифрового преобразователя (4), а контакты неисправностей термостата ко входу модуля дискретного ввода (5), модули дискретного вывода (6), (7), (8) и (9), счетчик времени наработки и панель индикации, содержащую светодиоды, четырехразрядный семисегментный светодиодный индикатор, выходы первого модуля дискретного вывода (6) предназначены для подключения к одним входам светодиодного индикатора, а выходы второго модуля дискретного вывода (7) предназначены для подключения к другим входам светодиодного индикатора, выходы одного из модулей дискретного вывода (8) предназначены для подключения к светодиодам, а один из выходов предназначен для подключения счетчика времени наработки, при этом датчики и исполнительные механизмы подключены к входам и выходам модуля дискретного ввода, модуля ввода аналого-цифрового преобразователя и модулей дискретного вывода, подключенным к системной шине VME.

2. Блок по п.1, отличающийся тем, что панель индикации содержит четырехразрядный семисегментный светодиодный индикатор, управляющие входы двух младших разрядов через резисторы подключены к выходам первого модуля дискретного вывода (6), управляющие входы двух старших разрядов через резисторы подключены к выходам второго модуля дискретного вывода (7), светодиоды, аноды светодиодов "ДАВЛЕНИЕ НАГНЕТАНИЯ >5 МПа", "ДАВЛЕНИЕ ВСАСЫВАНИЯ <2 МПа", "ПОВЫШЕННОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ НА ВХОДЕ", "НЕИСПРАВНОСТЬ КОМПРЕССОРА", "ПОЖАР", "УТЕЧКА ГАЗА" через резисторы подключены к выходам одного модуля дискретного вывода (8), а катоды объединены и подключены к источнику питания, катоды светодиодов "ТЕРМОСТАТ ВКЛ.", "АВТОМАТИКА ВКЛ.", "НЕИСПРАВНОСТЬ ТЕРМОСТАТА" подключены к выходам датчиков термостабилизатора, а аноды к источнику напряжения, счетчик времени наработки, контакты которого подключены соответственно к одному из выходов одного модуля дискретного вывода (8) и источнику питающего напряжения.

3. Блок по п.1, отличающийся тем, что к входам модуля ввода аналого-цифрового преобразователя (4) контроллера подключены датчик "Давление на входе в модуль", датчик "Давление на входе в компрессор", датчик "Давление нагнетания I ступени", датчик "Давление нагнетания II ступени", датчик "Давление на выходе из модуля", датчик "Температура на выходе из модуля", к входам модуля дискретного ввода (5) подключены контакты пожарного датчика, нормально разомкнутые контакты кнопок "Пуск" и "Стоп", нормально разомкнутые контакты "Уставка 1" и "Уставка 2" и выходы "О В" и "24 В" газоанализатора, нормально замкнутые контакты кнопки "Авария" и нормально разомкнутые контакты кнопок "Выбор" и "Изменение", к выходам одного модуля дискретного вывода (8) подключены электромагнитные приводы клапанов "Клапан (байпас)" и "Клапан (выходной)", к выходам другого модуля дискретного вывода (9) подключены индикаторы с лампами накаливания "Заправка", "Авария", клеммы электрической сирены "Звуковая сигнализация" и контакты катушки второго магнитного пускателя, первые выводы трех основных контактов второго магнитного пускателя запитаны от второго трехфазного автоматического выключателя, а вторые выводы подключены к входным клеммам электрического привода компрессора, вспомогательный нормально разомкнутый контакт второго магнитного пускателя подключен к входу модуля дискретного ввода (5), выходные клеммы второго автоматического выключателя подключены к трехфазной сети переменного тока, одна из фаз трехфазного питания после второго автоматического выключателя через нормально замкнутый контакт кнопки "Откл." подключена к первому контакту группы нормально разомкнутых контактов первого магнитного пускателя и через нормально разомкнутые контакты кнопки "Вкл." к обмотке первого магнитного пускателя, а второй контакт группы нормально разомкнутых контактов и выводы катушки первого магнитного пускателя подключены к контактам термостабилизатора.

Недостатком данного аналога являются ограниченные функциональные возможности, малая надежность, отсутствие сейсмостойкости конструкции.

Другим аналогом данного предлагаемого изобретения является КОМПЛЕКС СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ГАЗОПОРШНЕВОГО ЭЛЕКТРОАГРЕГАТА (патент на изобретение RU 2218587 С1, заявка 2001114803 от 18.06.2001, МПК 7 G05B 19/02, Н02Р 9/00, опубликован 10.12.2003, бюл.34), содержащий пульт дистанционного управления, панель управления и индикации, регулятор скорости микропроцессорный, первые два входа которого подключены соответственно к первому входу комплекса и первому выходу панели управления и индикации, а первый выход - к первому выходу комплекса, панель приборов, блок реле и трансформаторов измерительных, два первых выхода которого соединены соответственно с третьим входом регулятора скорости микропроцессорного и первым входом панели приборов, прибор звуковой сигнализации, блок промежуточных реле, два первых входа которого подключены соответственно к третьему выходу блока реле и трансформаторов измерительных и второму выходу регулятора скорости микропроцессорного, а четыре первых выхода которого соединены со вторым, третьим, четвертым и пятым выходами комплекса, блок переключения питания, три первых входа которого подключены соответственно ко второму и третьему входам комплекса, четвертому выходу блока промежуточных реле, автоматический выключатель генераторный, первые два выхода которого соединены соответственно через шину нагрузки с шестым выходом комплекса и первым входом блока реле и трансформаторов измерительных, а два входа - соответственно с выходом блока переключения питания и пятым выходом блока промежуточных реле, плату управления вторичным источником питания, которая подключена соответственно к четвертому и пятому входам комплекса, второму выходу автоматического выключателя генераторного, третьему входу блока промежуточных реле и седьмому выходу комплекса, блок управления агрегатами собственных нужд, два входа которого соединены соответственно с четвертым входом/выходом блока промежуточных реле и выходом блока переключения питания, а четыре выхода - соответственно с восьмым, девятым, десятым и одиннадцатым выходами комплекса, отличающийся тем, что комплекс средств автоматизации дополнительно содержит программируемый контроллер, состоящий из модуля центрального процессора с флеш-памятью и подключенных к системной шине VME четырех модулей дискретного ввода (4), (5), (6), (11), четырех модулей дискретного вывода: модуля дискретного вывода (7), модуля дискретного вывода (9) и двух модулей дискретного вывода (8), (10), причем модуль центра процессора соединен с двенадцатым выходом комплекса и первым входом панели управления и индикации, три входа первого модуля дискретного ввода (4) - соответственно со вторым выходом панели управления и индикации, с выходом пульта дистанционного управления и третьим выходом регулятора скорости микропроцессорного, вход второго модуля дискретного ввода (5) - с шестым входом комплекса, два входа третьего модуля дискретного ввода (6) - соответственно с седьмым и восьмым входами комплекса, три выхода первого модуля дискретного вывода (7) - соответственно с входом прибора звуковой сигнализации, четвертым входом регулятора скорости микропроцессорного и тринадцатым выходом комплекса, выход третьего модуля дискретного вывода (8) - с четвертым входом блока промежуточных реле, два выхода второго модуля дискретного вывода (9) - соответственно с четырнадцатым выходом комплекса и пятым входом блока промежуточных реле, два выхода четвертого модуля дискретного вывода (10) - соответственно с шестым входом блока промежуточных реле и вторым входом панели управления и индикации, пять входов четвертого модуля дискретного ввода (11) - соответственно с девятым входом комплекса, четвертым выходом блока промежуточных реле, вторым выходом блока управления агрегатами собственных нужд, выходом платы управления вторичным источником питания, вторым входом/выходом блока переключения питания.

Недостатком этого аналога является отсутствие требуемых функциональных возможностей по числу контролируемых и управляемых параметров, малая надежность при работе в жестких климатических условиях.

Следующим аналогом заявляемого технического решения является ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС TELEPERM XP-R (www.ia.ru/dat/fil/25-0216-txp-r.pdf) для управления технологическими процессами на электростанциях TELEPERM XP-R, разработан фирмой SIEMENS, Германия. С 1997 года начат промышленный выпуск основной части ПТК - системы автоматизации AS 220 ЕА по лицензии фирмы SIEMENS во ВНИИА им. Духова, г. Москва, Россия. Российское наименование этой системы ТПТС-51.

Модуль индивидуального управления ТПТС51.1717 реализует функции управления электродвигателями, сервоприводами задвижек и электромагнитными клапанами, входящими в состав технологического оборудования электростанций в системах автоматизации на базе ТПТС51, представляющих собой приборные стойки (ПС) с модулями функционального и системного назначения.

Модуль ТПТС51.1717 является взаимозаменяемым с модулем 6DS1717-8RR фирмы Siemens и может быть использован вместе с модулем 6DS1717-8RR в системах AS 220E, AS 220EHE, AS 220EA, АЕ 220 EAI, в том числе при модернизации и ремонте ранее выпущенных систем TELEPERM М/МЕ.

Модуль выполняет функции ввода двоичных сигналов (команд с разных мест управления и обратных сообщений от технологических установок), логической обработки и выдачи команд управления, а также сигналов индикации и сигнализации в виде двоичных сигналов.

Модуль реализует несколько независимых каналов управления. Управление в каждом канале осуществляется как автоматически, так и ручными командами (нажатием соответствующих кнопок), передаваемыми через шинные системы или, в случае использования стационарного малогабаритного пульта управления, непосредственно на модуль через интерфейс связи с процессом.

Обмен данными между модулем ТПТС51.1717 и другими элементами системы ТПТС51 осуществляется модулем EAS ТПТС51.1332 с помощью головного программного драйвера RB, а также, в зависимости от случая применения, канальными программными драйверами (ЕМ - для двигателя и вентиля и ES - для сервопривода). Головной и канальный драйверы находятся в ТПТС51.1332 и образуют стандартный интерфейс между ТПТС51.1717 и модулем EAS.

Сигналы с верхних уровней управления (например, с уровня подгруппового управления) могут поступать в модуль через различные интерфейсы.

Модуль используется вне систем ТПТС51 как самостоятельный модуль обработки двоичных сигналов.

Для увеличения числа каналов управления модуль ТПТС51.1717 применяется совместно с модулем расширения числа двоичных входов и выходов ТПТС51.1719.

Недостатком данного аналога является постоянный и ограниченный набор модулей с неизменяемыми функциональными возможностями.

Следующим аналогом данного технического решения является КОМПЛЕКС ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ «ПАССАТ» (патент на полезную модель РФ №35902, заявка 2003113990/20 от 27.10.2003 г., МПК G05B 13/00, опубликован 10.02.2004, бюл. №5, патентообладатель ООО НПП «КОМПЛЕКСЫ и СИСТЕМЫ», авторы Мякишев Д.В., Тархов Ю.А., Столяров К.А.).

1. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления технологическими процессами "ПАССАТ", содержащий систему верхнего блочного уровня (СВБУ), состоящую из персональных электронных вычислительных машин (ПЭВМ), и контроллеры, соединенные локальной вычислительной сетью (ЛВС) Ethernet, отличающийся тем, что каждый контроллер содержит модуль центрального процессора (МЦП) и модули функциональные (МФ) с программируемой структурой, объединенные через системную шину VME-bus.

2. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации по п.1, отличающийся тем, что модуль функциональный (МФ) с программируемой структурой содержит схему интерфейса VME-bus, схему обработки сигналов и управления, соединенную со схемой интерфейса VME-bus, мезонины ввода/вывода переменного количества и структуры, соединенные через первую группу разъемов со схемой обработки сигналов и управления, а через вторую группу разъемов - с внешними входами/выходами модуля функционального для подключения датчиков и исполнительных механизмов.

3. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации по п.1, отличающийся тем, что в конфигурации для работы в режиме централизованного управления (например, объекта атомной энергетики) комплекс содержит модуль центрального процессора и модули функциональные с программируемой структурой, соединенные через системную шину VME-bus, модули функциональные содержат схемы интерфейса VME-bus, схемы ВВОД и схемы ВЫВОД, соединенные со схемой интерфейса VME-bus через первую группу выходов и входов, а через разъемы и вторую группу входов и выходов - с группой входов и выходов модуля функционального для подключения соответственно датчиков исполнительных механизмов.

4. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации по п.1, отличающийся тем, что в конфигурации локального управления (например, объекта атомной энергетики) модуль функциональный (МФ) с программируемой структурой содержит схему интерфейса VME-bus, схему логического управления, соединенные между собой, и схемы ВВОД и ВЫВОД, соединенные через первую группу выходов и входов соответственно со схемой логического управления, а через вторые группы входов и выходов - с группой входов и выходов модуля функционального для подключения соответственно внешних датчиков и исполнительных механизмов.

5. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации по п.1 отличающийся тем, что в конфигурации распределенного управления (например, объекта атомной энергетики) комплекс содержит модуль центрального процессора и модули функциональные (МФ) с программируемой структурой, соединенные через системную шину VME-bus, причем каждый модуль функциональный содержит схему интерфейса VME-bus, соединенную со схемой логического управления, и схемы ВВОД и ВЫВОД, соединенные через первые группы выходов и входов соответственно с входами и выходами схемы логического управления, а через вторые группы входов и выходов - соответственно с группой входов модуля функционального для подключения датчиков и группой выходов для подключения исполнительных механизмов.

Недостатком данного аналога являются ограниченные функциональные возможности, не позволяющие гибко перестраивать структуру управления, устаревшая схемотехническая и элементная база.

Наиболее близким аналогом (прототипом) данного предлагаемого изобретения является КОМПЛЕКС ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ (патент на изобретение РФ 2279117 С2, заявка 2004123926 от 04.08.2004, МПК 7 G05B 19/418, G05B 15/02, опубликован 27.06.2006, бюл.18, патентообладатель ООО НПП «КОМПЛЕКСЫ и СИСТЕМЫ» (RU), авторы Мякишев Д.В., Тархов Ю.А., Столяров К.А.).

1. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления технологическими процессами, содержащий объединенные через локальную вычислительную сеть (ЛВС) Ethernet рабочие станции и серверы на базе персональных электронных вычислительных машин (ПЭВМ), а также контроллеры, соединенные через локальную вычислительную сеть Ethernet между собой и с ПЭВМ, отличающийся тем, что каждый контроллер содержит модуль центрального процессора (МЦП), предназначенный для управления функциональными модулями и исполнительными механизмами, и модули функциональные (МФ) с конфигурируемой структурой, предназначенные для обработки сигналов от датчиков и формирования сигналов управления исполнительными механизмами, соединенные через системную шину VME-bus, причем модуль функциональный МФ с конфигурируемой структурой содержит схему интерфейса VME-bus, мезонины ввода и мезонины вывода переменного количества и структуры, соединенные через первую группу разъемов со схемой обработки сигналов и управления, а через вторую группу разъемов - с внешними входами и выходами модуля функционального соответственно для подключения внешних датчиков и исполнительных механизмов.

2. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления по п.1, отличающийся тем, что в конфигурации для работы в режиме централизованного управления, например объекта атомной энергетики, комплекс содержит модуль центрального процессора МЦП, предназначенный для управления функциональными модулями и исполнительными механизмами, и модули функциональные МФ с конфигурируемой структурой, предназначенные для обработки сигналов от датчиков и формирования сигналов управления исполнительными механизмами, соединенные через системную шину VME-bus, модули функциональные содержат схемы интерфейса VME-bus, мезонины ввода и мезонины вывода, соединенные со схемой интерфейса VME-bus через первую группу выходов и входов, а через разъемы и вторую группу входов и выходов - с группой входов и выходов модуля функционального для подключения соответственно внешних датчиков и исполнительных механизмов.

3. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления по п.1, отличающийся тем, что в конфигурации локального управления, например объекта атомной энергетики, модуль функциональный с конфигурируемой структурой, предназначенный для обработки сигналов от датчиков и формирования сигналов управления исполнительными механизмами, содержит схему интерфейса VME-bus, схему логического управления, соединенные между собой, мезонины ввода и мезонины вывода, соединенные через первую группу выходов и входов соответственно со схемой логического управления, а через вторые группы входов и выходов - с группой входов и выходов модуля функционального для подключения соответственно внешних датчиков и исполнительных механизмов.

4. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления по п.1, отличающийся тем, что в конфигурации распределенного управления, например объекта атомной энергетики, комплекс содержит модуль центрального процессора (МЦП), предназначенный для управления функциональными модулями и исполнительными механизмами, и модули функциональные (МФ) с конфигурируемой структурой, предназначенные для обработки сигналов от датчиков и формирования сигналов управления исполнительными механизмами, соединенные через системную шину VME-bus, причем каждый модуль функциональный содержит схему интерфейса VME-bus, соединенную со схемой логического управления, мезонины ввода и мезонины вывода, соединенные через первые группы выходов и входов соответственно с входами и выходами схемы логического управления, а через вторые группы входов и выходов - соответственно с группой входов модуля функционального для подключения внешних датчиков и группой выходов для подключения исполнительных механизмов.

5. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления по п.1, отличающийся тем, что модуль центрального процессора содержит ОДНОПЛАТНЫЙ КОМПЬЮТЕР ФОРМАТА РС/104, имеющий входы-выходы СОМ (RS-232C), KEYB (клавиатуру), VGA (монитор) и ETHERNET (ЛВС), ПЛИС Xilink ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНТЕРФЕЙСА РС/104 В ИНТЕРФЕЙС VME, имеющий внешние дискретный вход, выход ОК (открытый коллектор) и вход-выход на шину интерфейса VME и соединенный по второму входу-выходу с шиной управления ОДНОПЛАТНОГО КОМПЬЮТЕРА ФОРМАТА РС/104, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭНЗУ), соединенное по третьему входу-выходу с ПЛИС Xilink ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ИНТЕРФЕЙСА РС/104 В ИНТЕРФЕЙС VME.

6. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления по п.1, отличающийся тем, что мезонин ввода аналоговый (МВА) содержит программируемые усилители, входы первых двух являются входом U (I) мезонина, преобразователь напряжение/частота, соединенный входами V1 и V4 с выходами третьего и четвертого операционных усилителей, элемент оптогальванической развязки, соединенный по входу с входом управления мезонина, а по выходу - с управляющим входом преобразователя напряжение/частота, выходной транзисторный каскад, соединенный с выходом преобразователя напряжение/частота, второй элемент оптогальванической развязки, соединенный по входу с выходным транзисторным каскадом, а по выходу - с цифровым выходом мезонина, источник опорного напряжения, соединенный с операционными усилителями и преобразователем напряжение/частота.

7. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления по п.1, отличающийся тем, что мезонин вывода аналоговый (МВВА) содержит цифроаналоговый преобразователь ЦАП, два входа которого соединены соответственно с входом данных и тактовой частоты Fтакт мезонина, операционный усилитель ОУ, вход которого соединен с выходом ЦАП, и выходной каскад, вход которого соединен с выходом операционного усилителя ОУ, а выход является выходом для подключения нагрузки к мезонину.

8. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления по п.1, отличающийся тем, что мезонин ввода цифровой (МВЦ) содержит входную мостовую схему выпрямителя преобразователя сигнала из цифровой в аналоговую форму, соединенную с входом Uвх мезонина, сглаживающий RC фильтр, элемент оптогальванической развязки, подключенные к выходу мостовой схемы выпрямителя преобразователя, и выходной инвертор, соединенный по входу с выходом элемента оптогальванической развязки, а выходом - с TTL-выходом мезонина.

9. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления по п.1, отличающийся тем, что мезонин вывода цифровой (МВВЦ, МВВЦ РЕЛЕ1, МВВЦ РЕЛЕ2) содержит входной инвертор, вход которого соединен с TTL-входом мезонина, согласующий транзистор, соединенный с выходом входного инвертора, релейную схему с демпфирующим диодом, соединенную с выходом согласующего транзистора, сглаживающий выходной каскад, подключенный к контактам релейной схемы и через предохранитель к выходу мезонина.

10. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления по п.1, отличающийся тем, что мезонин вывода цифровой (МВВЦ 24 В) содержит входной усилитель, вход которого соединен с TTL-входом мезонина, оптический ключ, вход которого соединен с выходом входного усилителя, преобразователь напряжения 5 В/24 В, вход которого соединен с выходом оптического ключа, а выход - с выходом 24 В мезонина, и защитные диоды, соединенные с выходом преобразователя напряжения 5 В/24 В и выходом мезонина.

11. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления по п.1, отличающийся тем, что мезонин ввода цифровой импульсный (МВЦИ) содержит входную ограничительную диодную схему, соединенную с входом Uc мезонина, элемент оптогальванической развязки, соединенный с выходом ограничительной диодной схемы, и выходной инвертор, вход которого соединен с выходом элемента оптогальванической развязки, а выход - с TTL-выходом мезонина.

12. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления по п.1, отличающийся тем, что мезонин позиционирования (Мпоз) содержит две входные схемы преобразования цифровых сигналов в аналоговые, соединенные соответственно с двумя входами Uвх мезонина, два элемента оптогальванической развязки, соединенные с соответствующими выходами входных схем преобразования, два выходных инвертора, соединенные входами соответственно с выходами элементов оптогальванической развязки, а выходами - с TTL-выходами мезонина, третий инвертор, соединенный с TTL-входом мезонина, транзисторный каскад преобразования, соединенный с выходом третьего инвертора, оптический ключ, вход которого соединен с выходом транзисторного каскада преобразования, ограничительную выходную схему, вход которой соединен с выходом оптического ключа, а выход - с третьим выходом мезонина.

13. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления по п.1, отличающийся тем, что мезонин последовательного интерфейса (ММПИ) MIL-STD 1553В содержит КОДЕР, соединенный с TTL-входом мезонина, ДЕКОДЕР, соединенный с TTL-выходом мезонина, ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК, соединенный с выходом КОДЕРА и входом ДЕКОДЕРА, согласующий трансформатор, соединенный с ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКОМ и выходом на шину МАНЧЕСТЕР мезонина.

14. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления по п.1, отличающийся тем, что мезонин вывода с открытым коллектором/эмиттером (МВОК) содержит инвертор, соединенный с TTL-входом, согласующий транзисторный каскад, вход которого соединен с выходом инвертора, элемент оптогальванической развязки, вход которого соединен с выходом согласующего транзисторного каскада, и выходные ключевые схемы, соединенные по входу с коллектором и эмиттером транзисторного элемента оптогальванической развязки, а по выходу через предохранительные и ограничительные элементы - с выходом мезонина.

Недостатком данного аналога (прототипа) является:

- постоянный и ограниченный набор функциональных модулей, не позволяющий гибко перестаивать и наращивать количество контролируемых и управляемых параметров;

- устаревшая элементная база и определяемые ею схемотехнические решения;

- усложненность конструктивной базы, определяющей соответствующую технологичность, недостаточную надежность и высокую стоимость.

Сущность технического решения

Известный блок автоматического регулирования (БАР) предназначен для регулирования давления, расхода, разряжения, уровня, температуры, мощности, концентрации веществ, скорости перемещения или вращения и других параметров, которые могут быть преобразованы в сигналы постоянного тока.

Целью данного технического решения является расширение функциональных возможностей, получение качественно улучшенных характеристик, реализация на современной элементной базе, с малыми массогабаритными параметрами, приспособление к эксплуатации в жестких климатических условиях, повышенной надежности и живучести.

Конкретный состав, типы и количество мезонинов являются гибкой перестраиваемой структурой, а БАР дополнительно содержит программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС) Spartan 3, первые входы-выходы которой соединены с выходами-входами мезонинов МВА, МВЦ, МВВЦ, МВВА, МИ, генератор, выход которого соединен со входом ПЛИС Spartan 3, энергонезависимое запоминающее устройство ЭНЗУ и датчик температуры, входы-выходы которых соединены со вторыми выходами-входами ПЛИС Spartan 3, ПЛИС CPLD, входы-выходы которой соединены с третьими выходами-входами ПЛИС Spartan 3, элементы индикации и элементы управления (кнопки), входы первых и выходы вторых соединены соответственно с выходами и входами ПЛИС CPLD, одноплатный компьютер, первый вход-выход которого соединен с четвертым входом-выходом ПЛИС Spartan 3, мезонины интерфейсные МИ, входы которых соединены с выходами второй ПЛИС, а первый и второй входы-выходы соединены соответственно со вторым входом-выходом одноплатного компьютера RS232 и первым выходом-входом БАР (RS232/485), третий, четвертый, пятый и шестой входы-выходы одноплатного компьютера соединены соответственно со вторым входом-выходом Ethernet 1, третьим входом-выходом VGA, четвертым входом-выходом Keyboard/Mouse (клавиатура/манипулятор типа «мышь»), пятым входом-выходом USB0, первый и второй флеш-модули (USB FLASH MODULE), входы-выходы которых соединены соответственно с шестым и седьмым входами-выходами USB2 и USB3 одноплатного компьютера, мезонин интерфейсный USB-Ethernet, входы-выходы которого соединены соответственно с восьмым входом-выходом одноплатного компьютера и шестым входом-выходом Ethernet 2 БАР.

Схема электропитания содержит разъем XS34, подключенный к входам электропитания 24 В и цепям базового адреса, которые соединены с ПЛИС CPLD, преобразователь напряжения 24 В в 5 В, вход которого соединен через разъем XS34 с питанием 24 В, преобразователь напряжения 5 В в 3,3 В, вход которого соединен с выходом преобразователя 24 В в 5 В, преобразователь напряжения 3,3 В в 2,5 В и преобразователь напряжения 3,3 В в 1,2 В, входы которых соединены с выходом преобразователя 5 В в 3,3 В, а выходы всех преобразователей соединены с цепями питания всех элементов блока.

Перечень чертежей

На фиг.1 приведена структурная схема блока автоматического регулирования (модуля базового регулирования).

На фиг.2 приведен внешний вид блока автоматического регулирования БАР-1.

На фиг.3 приведен внешний вид блока автоматического регулирования БАР-2.

На фиг.4 приведена схема нумерации установочных мест блоков в блоке монтажном БМ.

На фиг.5 приведена структурная схема функционального взаимодействия комплекса ПАССАТ-АРКТ с использованием БАР.

На фиг.6 приведена схема включения каналов блоков в составе системы автоматического регулирования.

На фиг.7 приведена схема алгоритма функционирования блока автоматического регулирования (БАР-1) для управления регулятором 4М1.

На фиг.8 приведена схема алгоритма функционирования блока автоматического регулирования (БАР-1) для управления регулятором 4М400.

На фиг.9 приведена схема алгоритма функционирования блока автоматического регулирования (БАР-1 и БАР-2) для управления регуляторами 4М403, 4М405, 4М406, 4М407, 4М408.

На фиг.10 приведена схема алгоритма функционирования блока автоматического регулирования (БАР-1) для управления регулятором 4М404.

На фиг.11 приведена схема алгоритма функционирования блока автоматического регулирования (БАР-1) для управления регуляторами 4М409, 4М410, 4М411.

На фиг.12 приведена схема подключения блока к тиристорному усилителю с формированием управляющих сигналов «+24 В» для БАР-1.

На фиг.13 приведена схема подключения блока к тиристорному усилителю для формирования управляющих сигналов «-24 В» для БАР-1.

На фиг.14 приведена схема подключения блока к тиристорному усилителю с формированием управляющих сигналов «+24 В» для БАР-2.

На фиг.15 приведена схема подключения блока к тиристорному усилителю для формирования управляющих сигналов «-24 В» для БАР-2.

Пример реализации технического решения

На фиг.1 обозначены:

1 - модуль базовый регулятора (МБР), 2 - элементы индикации, 3 - элементы управления (кнопки), 4 - первая программируемая логическая интегральная схема ПЛИС Spartan 3 XCS3S400, 5 - мезонин ввода аналоговый МВА, 6 - мезонин ввода цифровой МВЦ, 7 - мезонин ввода цифровой, 8, 9 - мезонин вывода цифровой МВВЦ, 10 - мезонин интерфейсный МИ, 11 - разъем ХР15 (ХР16), 12 - генератор, 13 - вторая программируемая интегральная схема ПЛИС CPLD, 14 - энергонезависимое запоминающее устройство ЭНЗУ, 15 - датчик температуры, 16 - мезонин интерфейсный МИ, 17 - одноплатный компьютер ETX-LX, 18 - первый флеш-модуль USB FLASH MODULE, 19 - второй флеш-модуль USB FLASH MODULE, 20 - мезонин интерфейсный USB-Ethernet, 21 - преобразователь напряжения 3,3 В в 1,2 В, 22 - преобразователь напряжения 3,3 В в 2,5 В, 23 - преобразователь напряжения 5 В в 3,3 В, 24 - преобразователь напряжения 24 В в 5 В, 25 - разъем XS34.

Цепи внешнего подключения обозначены:

26 - интерфейс RS232/485, 27 - Ethernet 1, 28 - VGA, 29 - клавиатура/манипулятор «мышь» (Keyboard/Mouse), 30 - USBO, 31 - Ethernet 2, 32 - входы/выходы мезонинов, 33 -вход «Базовый адрес», 34 - вход ПИТАНИЕ 24 В.

На фиг.5 обозначены:

первый БАР-О,

второй БАР-О,

БАР 4М411(1) - основной блок автоматического регулирования для управления регулятором 4М411(1),

БАР 4М411(2) - резервный блок автоматического регулирования для управления регулятором 4М411(2),

МКл 4М1 - модуль клеммников.

Аналогично обозначены БАР для управления остальными регуляторами и модули клеммные.

Описание и работа

Назначение блока

Блок, входящий в «Систему автоматического регулирования клапанов турбины ПАССАТ-АРКТ» КСПД.421457.045, разработанную на основе средств комплекса ПАССАТ КСПД.420141.001, предназначен для получения аналоговых и дискретных сигналов от датчиков технологического объекта, их обработки и формирования дискретных сигналов управления исполнительными механизмами технологического объекта по установленному алгоритму регулирования.

Как пример реализации блок имеет два варианта исполнений КСПД.421457.046 (БАР-1) и КСПД.421457.046-01 (БАР-2) и соответствует техническим условиям КСПД.420141.008ТУ.

В соответствии с документом «Приборы и средства автоматизации для атомных станций. Общие технические требования» (ОТТ) блок относится:

- по безотказности к группе 2;

- по назначению к группе 2;

- по размещению к группе 4.

По электромагнитной совместимости блок в составе заказной системы на базе средств комплекса ПАССАТ КСПД.420141.001 соответствует группе исполнения III, критерию А по ГОСТ Р50746.

По устойчивости к сейсмическим воздействиям блок в составе заказной системы на базе средств комплекса ПАССАТ КСПД.420141.001ТУ относится к категории I по НП-031-01.

В соответствии с РД 25 818 по месту установки блок относится к группе В, по функциональному назначению - к исполнению 1.

В соответствии с НП-026 блок относится ко второй категории качества (3УНК2).

По виду климатического исполнения блок относится к группе УХЛ, по месту размещения - к категории 4 ГОСТ 15150.

Блок предназначен для круглогодичной непрерывной эксплуатации.

Блок в составе заказной системы на базе средств комплекса ПАССАТ устойчив к воздействию синусоидальной вибрации до 25 Гц при амплитуде до 0,1 мм.

Блок в составе заказной системы на базе средств комплекса ПАССАТ устойчив к воздействию землетрясений интенсивностью 8 баллов на отметке 20 м по шкале MSK-64.

Нормальные климатические условия для работы блока:

- температура окружающего воздуха - плюс (20±5)°С;

- относительная влажность - от 30 до 80%;

- атмосферное давление - от 84 до 106 кПа (от 630 до 795 мм рт.ст.).

Технические характеристики

В состав блока варианта исполнения КСПД.421457.046 (БАР-1) входят:

- модуль базовый регулятора (МБР) КСПД.426439.020 - 1 шт.;

- мезонин ввода аналоговый (МВА) КСПД.426431.001-03 - 3 шт.;

- мезонин ввода цифровой (МВЦ) КСПД.426433.001-02 - 1 шт.;

- мезонин ввода цифровой (МВЦ) КСПД.426433.001-06 - 1 шт.;

- мезонин вывода цифровой ОК2 (МВВЦ ОК2) КСПД.426436.001-01 - 1 шт.;

- мезонин вывода цифровой (МВВЦ 24В) КСПД.42643 6.003 - 2 шт.;

- мезонин интерфейсный тип 1 (МИ 1) КСПД.426439.009-02 - 3 шт.;

- данные конфигурирования программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС);

- программное обеспечение блока автоматического регулирования (БАР-1) 643.05749271.00101-01.

В состав блока варианта исполнения КСПД.421457.046-01 (БАР-2) входят:

- модуль базовый регулятора (МБР) КСПД.426439.020 - 1 шт.;

- мезонин ввода аналоговый (МВА) КСПД.426431.001-03 - 4 шт.;

- мезонин ввода цифровой (МВЦ) КСПД.426433.001-02 - 1 шт.;

- мезонин ввода цифровой (МВЦ) КСПД.426433.001-06 - 2 шт.;

- мезонин вывода цифровой ОК2 (МВВЦ ОК2) КСПД.426436.001-01 - 1 шт.;

- мезонин вывода цифровой (МВВЦ 24В) КСПД.426436.003 - 2 шт.;

- мезонин интерфейсный тип 1 (МИ 1) КСПД.426439.009-02 - 3 шт.;

- данные конфигурирования ПЛИС;

- программное обеспечение блока автоматического регулирования (БАР-2) 643.05749271.00105-01.

Мезонин ввода аналоговый (МВА) КСПД.426431.001-03 обеспечивает ввод сигнала напряжения 0-1 В постоянного тока.

Характеристики входных аналоговых сигналов приведены в таблице 1.

Таблица 1 Наименование параметра Значение параметра Напряжение постоянного тока, В 0-1 Допустимая перегрузка по напряжению, В +35 Входное сопротивление, Ом, не менее 10⁶ для потенциальных сигналов Пределы основной приведенной погрешности преобразования, % ±0,1 Пределы дополнительной приведенной погрешности преобразования, %/10°С ±0,05 Ослабление помех на частоте 50 Гц:   - общего вида, дБ, не менее 90 - нормального вида, дБ, не менее 100

Мезонин ввода цифровой (МВЦ) КСПД.426433.001-02 обеспечивает ввод двух сигналов напряжения 0-24 В постоянного тока. Характеристики входных унифицированных дискретных сигналов приведены в таблице 2.

Мезонин ввода цифровой (МВЦ) КСПД.426433.001-06 обеспечивает ввод двух сигналов типа «сухой контакт» (СК). Характеристики входных унифицированных дискретных сигналов приведены в таблице 2.

Таблица 2 Наименование параметра Значение параметра Обозначение соответствующего мезонина КСПД.426433.001-02 КСПД.426433.001-06 Входные сигналы, В 0-24 «Сухой контакт» (СК) Допустимое максимальное напряжение, В, не более 30 -

Мезонин вывода цифровой (МВВЦ ОК2) КСПД.426436.001-01 обеспечивает выдачу двух цифровых сигналов типа «открытый коллектор» при напряжении коммутации 220 В и токе 0,25 А.

Мезонин вывода цифровой (МВВЦ 24В) КСПД.426436.003 обеспечивает вывод двух сигналов напряжения 24 В постоянного тока и током выхода до 40 мА.

Мезонин интерфейсный тип 1 (МИ 1) КСПД.426439.009-02 обеспечивает преобразование цифровых сигналов TTL в сигналы интерфейса RS-232 или RS-485 по выбору пользователя (для RS-485 возможно подключение цепей смещения и согласующего резистора к линии связи).

Данные конфигурирования определяют внутреннюю структуру ПЛИС Spartan 3. Через ПЛИС осуществляется взаимодействие одноплатного компьютера с мезонинами, энергонезависимым запоминающим устройством ЭНЗУ, датчиком температуры, элементами управления и индикации, контроля питания, а также внутренними узлами ПЛИС (таймеров и др.).

Потребляемый ток не более 2 А.

Габаритные размеры не более 352×307×30 мм (8U, 6НР в соответствии с ГОСТ 28601.3-90).

Масса не более 1,2 кг.

Устройство и работа

Конструктивно блок соответствует ГОСТ 28601.3-90 (МЭК-297-3). Ширина блока - 6НР, высота - 8U.

Внешний вид блока КСПД.421457.046 представлен на фиг.2.

Внешний вид блока КСПД.421457.046-01 представлен на фиг.3.

Структурная схема блока приведена на фиг.1.

В качестве встраиваемого компьютера в формате ЕТХ в блоке используются модули компании Kontron. Возможно также применение одноплатных компьютеров в формате ЕТХ других производителей.

Встраиваемый компьютер соединяется с модулем базового регулятора (МБР) КСПД.426439.020 при помощи четырех 100-контактных SMD-разъемов промышленного класса. Соединители располагаются на нижней стороне ЕТХ-модуля и не требуют использования кабелей для соединения различных плат между собой. 400 сигнальных линий выходят непосредственно на МБР, что обеспечивает механическую и электрическую интеграцию ЕТХ-модуля в блок. Модуль ЕТХ оснащен охлаждающей пластиной (cooling plate), скрывающей его поверхность. Эта пластина обеспечивает передачу тепла от ЕТХ-платы к системе.

Сигнальные линии интерфейса ISA поступают на ПЛИС фирмы Xilinx Spartan 3, расположенную на МБР. В ПЛИС реализованы аппаратные узлы для взаимодействия с мезонинами блока, элементами индикации, контроля питания, элементами управления (кнопками), датчиком температуры и ЭНЗУ емкостью 256 Кбит. Датчик температуры и ЭНЗУ расположены на МБР. Связь с ними осуществляется по интерфейсу I2C.

Генератор, расположенный на МБР, задает тактовую частоту работы ПЛИС.

На передней панели блока выведены разъемы интерфейсов RS-232/485, VGA, Mouse/Keyboard и USB 2.0. Данные интерфейсы являются технологическими и используются только при настройке и проверке блока.

Реализация интерфейсов RS-232/485 осуществляется посредством мезонинов интерфейсных типа 1 (МИ 1) КСПД.426439.009-02. В данном блоке мезонин МИ 1 сконфигурирован для работы по интерфейсу RS-232 через разъем «СОМ 1» со «Стендом настройки и диагностики средств комплекса ПАССАТ (мобильным)» КСПД.441461.030.

Питание блока осуществляется напряжением от 18 до 26 В через розетку XS34.

Для формирования необходимых напряжений питания используются преобразователи напряжений 5 В в 3,3 В; 3,3 В в 2,5 В и 3,3 В в 1,2 В.

На передней панели выключатель «Power» предназначен для включения (выключения) блока.

Базовый адрес блока определяет его местоположение в блоке монтажном КСПД.301446.018 (далее - БМ) из состава «Системы автоматического регулирования клапанов турбины ПАССАТ-АРКТ» КСПД.421457.045.

Базовый адрес блока задается в БМ и передается на блок через контакты розетки XS34 в соответствии с таблицей 3. Базовый адрес определяется по формуле:

BA=A3·2³+A2·2²+A1·2¹+A0

Для задания логической единицы соответствующий контакт розетки XS34 необходимо подключить к цифровой земле (контакт 26 на XS34).

Таблица 3 XS34:5 XS34:6 XS34:7 XS34:8 А0 A1 A2 A3

Базовый адрес блока определяет функцию авторегулирования конкретных типов клапанов турбины №4 энергоблока №3 Белоярской АЭС.

Соответствие базового адреса блока и типа клапана турбины №4 энергоблока №3 Белоярской АЭС приведено в таблице 4. Нумерация установочных мест блоков в БМ показана на фиг.4.

Таблица 4 Место установки блока в БМ Базовый адрес блока Тип клапана турбины №4 (регулятор) Примечание 3 3 4М411   4 4 4М410   5 5 4М409   6 6 4М408   7 7 4М407   8 8 4М405/4М406 Тип клапана выбирается с помощью переключателя на блочном щите управления (БЩУ) 9 9 4М404   10 10 4М403   11 11 4М400   12 12 4М1  

МБР обеспечивает установку до 21 мезонина для связи с датчиками и исполнительными устройствами через разъем ХР15. В блоке КСПД.421457.046 установлено 11 мезонинов, в блоке КСПД.421457.046-01 установлено 13 мезонинов. Соответствие выходных цепей мезонинов цепями разъема ХР15 и функциональное назначение каналов мезонинов для блока КСПД.421457.046 указаны в таблице 5, для блока КСПД.421457.046-01 - в таблице 6.

Таблица 6 № мезо-
нина Наименование мезонина N контакта разъема ХР15 Наименование цепи Функциональное назначение входов-выходов блока 1 МВВЦ 24В КСПД.426436.003 С2 Выход 1+ 1 канал: запитка сигнала «БОЛЬШЕ» С1 Выход 1- А2 Выход 2+ 2 канал: запитка сигнала «МЕНЬШЕ» А1 Выход 2- 2 МВЦ КСПД.426433.001-06 С4 Вход 3+ 1 канал: включенное состояние - выбор регулятора 4М405, выключенное состояние - выбор регулятора 4М406 А4 Вход 3- С3 Вход 4+ A3 Вход 4- 3 МВЦ КСПД.426433.001-06 С6 Вход 5+ 1 канал: включенное состояние - «АУ» регулятора 4М405, выключенное состояние - «ДУ» регулятора 4М405, А6 Вход 5- С5 Вход 6+ 2 канал: включенное состояние - «АУ» регулятора 4М406, выключенное состояние - «ДУ» регулятора 4М406 А5 Вход 6- 4 MBA КСПД.426431.001-03 С8 Вход 4+ «УП» - указатель положения клапана регулятора 4М406 А8 Вход 4- 5 MBA КСПД.426431.001-03 С10 Вход 5+ «УП» - указатель положения клапана регулятора 4М405 А10 Вход 5- 6 MBA КСПД.426431.001-03 С12 Вход 6+ «ЗУ» - задатчик А12 Вход 6- 7 MBA КСПД.426431.001-03 С14 Вход 7+ «НП» - датчик А14 Вход 7- 9 МИ 1 КСПД.426439.009-02 С18 Общий Связь с блоком КСПД.421457.047 С17 А А17 В 10 МИ 1 КСПД.426439.009-02 С20 Общий Связь с блоком КСПД.421457.046 С19 А А19 В 11 МВВЦ 24В КСПД.426436.003 С22 Выход 21+ 1 канал: запитка сигнала «НЕИСПРАВНОСТЬ» А22 Выход 21- С21 Выход 22+ А21 Выход 22- 12 МВВЦ ОК2 КСПД.426436.001-01 С30 Выход 23+ 1 канал: включение сигнала «БОЛЬШЕ» 2 канал: включение сигнала «МЕНЬШЕ» С29 Выход 23- С24 Выход 24+ С23 Выход 24-     А32 Вход 25+ 1 канал - контроль сигнала «БОЛЬШЕ» 13 МВЦ КСПД.426433.001-02 А31 Вход 25- (наличие сигнала - 1, отсутствие сигнала - 0) С31 Вход 26+ 2 канал - контроль сигнала «МЕНЬШЕ» С32 Вход 26- (наличие сигнала - 1, отсутствие сигнала - 0)

Назначение индикаторов, расположенных на передней панели блока, приведено в таблице 7.

Таблица 7 Индикатор Назначение Возможное состояние «L» Загрузка ПЛИС «зеленый» - ПЛИС загружена, «красный» - ПЛИС не загружена «М» Основной/резервный красное свечение с частотой 5 Гц - автоматический-резервный режим работы; зеленое свечение с частотой 5 Гц - автоматический-основной режим работы; изменение красного на зеленое с частотой 5 Гц - ручной режим работы «Р» Режимы управления красное свечение с частотой 20 Гц - формирование команды «больше»; зеленое свечение с частотой 20 Гц - формирование команды «меньше»; отсутствие свечения - отсутствие команды «R» Состояние работы красное свечение с частотой 5 Гц - срабатывание сторожевого таймера ПЛИС; красное свечение с частотой 20 Гц - ошибка в работе, приводящая к программному переводу блока в безопасное состояние; зеленое свечение с частотой 20 Гц - нормальная работа блока F1 Индикация наличия питания фидера 1 зеленое свечение - наличие питания по фидеру 1 F2 Индикация наличия питания фидера 2 зеленое свечение - наличие питания по фидеру 2 ♥ «Сердцебиение» желтое свечение с частотой 20 Гц - нормальная работа; постоянное свечение или его отсутствие - неисправность блока + Работоспособность блока зеленое свечение - нормальная работа блока; зеленое свечение с частотой 5 Гц - показывает на отсутствие данных о состоянии резервируемого блока по одному из двух каналов связи; зеленое свечение с частотой 20 Гц - показывает на отсутствие данных о состоянии резервируемого блока по двум каналам связи «Горячая замена» отсутствие свечения - автоматический-основной режим работы; синее свечение - автоматический-резервный режим работы Неисправность блока отсутствие свечения - нормальная работа; красное свечение - ошибка в работе (ошибка энергонезависимой памяти, ошибка выдачи команд управления, выход сигнала мезонина МВА в режиме «АУ» за допустимые пределы от -10 до 110%, ошибка, формируемая алгоритмом управления в режиме «АУ»); красное свечение с частотой 5 Гц - перевод блока в безопасное состояние (устанавливается после загрузки ПЛИС при установке блока в не соответствующее конструкторской документации место в блоке монтажном)

При установке режима тестирования производится предварительное отключение индикаторов: «М», «Р», «R», «», «», «+», «♥».

Сигналы поступают на вход блока через соединитель ХР15.

Через соединитель XS34 осуществляется подача питания блока, а также назначается базовый адрес блока.

Соединитель СОМ1 используется для подключения линий связи интерфейсов RS-232/RS-485. Схема подключения разъема приведена в таблице 8.

Таблица 8 «COM2» разъем RJ45 Номер контакта Наименование цепи (RS-232) Наименование цепи (RS-485) 4 RXD В 5 TXD   7   A 8 GND  

Соединитель КВ/М используется для подключения клавиатуры и манипулятора типа «мышь». Схема подключения разъема приведена в таблице 9.

Таблица 9 «KB/M» разъем MDIN Номер контакта Наименование цепи 1 KDATA 2 MSDAT 3 GND 4 VCC 5 KCLK 6 MSCLK

Соединитель VGA используется для подключения монитора. Схема подключения разъема приведена в таблице 10.

Таблица 10 «VGA» разъем D-Sub Номер контакта Наименование цепи 1 RED_OUT 2 GREEN_OUT 3 BLUE_OUT 6 SGND 7 SGND 8 SGND 10 SGND 13 HS 14 VS

Соединитель USB используются для подключения USB-устройств. Схема подключения разъемов приведена в таблице 11.

Таблица 11 «USB» разъем Номер контакта Наименование цепи 1 +5В 2 D- 3 D+ 4 GND

Назначение кнопок S1, S2, S3, расположенных на передней панели блока, приведено в таблице 12.

Таблица 12 Кнопка Режим работы Возможное состояние S1 ручное управление команда «меньше» S2 ручное управление команда «больше» S3 режим управление сброс ошибки; удержание в нажатом состоянии более 4 с - перевод блока в ручной режим работы; повторное удержание в нажатом состоянии более 4 с - перевод в автоматический режим работы

Использование блока

Блок имеет следующие режимы работы:

- автоматический-основной (производится управление в соответствии с алгоритмом и параметрами регулятора);

- автоматический-резервный (контролирует работу основного блока);

- ручной (управление производится с помощью кнопок на лицевой панели блока в соответствии с таблицей 12);

- безопасное состояние (управляющие каналы вывода находятся в выключенном состоянии, управление с помощью кнопок невозможно);

- тестовый (используется при проверке блока с помощью «Стенда настройки и диагностики средств комплекса ПАССАТ (мобильного)» КСПД.441461.030).

Блок переводится в ручной режим работы при:

- ошибке энергонезависимой памяти (при выключении блока и перезаписи данных);

- ошибке выдачи команд управления;

- выходе сигнала мезонина МВА в режиме «АУ» за допустимые пределы от -10 до 110%;

- ошибке, формируемой алгоритмом управления в режиме «АУ».

Блок переводится в безопасное состояние работы при:

- установке блока в не соответствующее конструкторской документации место в блоке монтажном;

- при срабатывании сторожевого таймера ПЛИС.

Блок переводится в автоматический-основной режим работы при:

- отсутствии данных о состоянии резервируемого блока по двум каналам связи;

- ручном режиме работы резервируемого блока;

- безопасном состоянии резервируемого блока;

- автоматическом-резервном режиме работы резервируемого блока.

При переходе из ручного режима работы в автоматический блок переводится в автоматический-резервный режим работы.

Включение питания блока осуществляется с помощью кнопки «Power» на передней панели блока. После включения питания блока индикаторы «F1» и «F2» должны иметь зеленый цвет свечения.

Индикатор «F1» показывает наличие входного напряжения 24 В на первом фидере. Индикатор «F2» показывает наличие входного напряжения 24 В на втором фидере.

До загрузки ПЛИС:

- индикатор «Р», «М», «R» - оранжевый цвет свечения;

- индикатор «L» - красный цвет свечения;

- индикатор «♥» - желтый цвет свечения;

- индикатор «+» - зеленый цвет свечения;

- индикатор «» - красный цвет свечения;

- индикатор «» - синий цвет свечения.

После загрузки ПЛИС:

- производится чтение и запоминание базового адреса, который используется для связи по интерфейсам RS-485 и связи по интерфейсу RS-232 «COM1», а также для контроля установки блока в соответствующее место в блоке монтажном. Последующее изменение базового адреса не влияет на дальнейшую работу;

- устанавливается автоматический-резервный режим работы блока;

- состояние индикаторов в работе определяется в соответствие с таблицей 7.

Блок готов к работе.

Управление блоком с помощью кнопок производится в соответствии с таблицей 12.

После переключения из режима «ДУ» в режим «АУ» производится сброс ошибок.

Формирование сигнала «НЕИСПРАВНОСТЬ» производится при:

- ошибке энергонезависимой памяти;

- ошибке выдачи команд управления;

- выходе сигнала мезонина МВА в режиме «АУ» за допустимые пределы от -10 до 110%;

- ошибке, формируемой алгоритмом управления в режиме «АУ»;

- переходе блока в безопасное состояние.

При срабатывании сторожевого таймера одноплатного компьютера блока производится его перезагрузка в течение одной минуты.

При работе блока обеспечивается выполнение последовательности функций в зависимости от типа клапана. Алгоритмы функционирования блоков автоматического регулирования (БАР-1 и БАР-2) для управления регуляторами приведены на фиг.7-1.

Описание функций, а также перечень используемых переменных и постоянных приведены в таблице 13.

Исходное значение используемых переменных приведено в таблице 14.

Таблица 13 Условное обозначение функции Назначение функции Результат вычисления Применяемые переменные и постоянные Масштабирование и демпфирование сигнала х - входной сигнал; С - масштабный коэффициент; t - постоянная времени; Р - выходное значение   Задание: у₀=Р₀+∂₀, ∂₀≤∂^- ₀ Р₀ - исходное задание; ∂₀ - оперативное задание; Рассогласование: ∂^- ₀ - предел оперативного задания; ПИД-регулирование Е - выходной аналоговый сигнал ПИД-регулятора; t₀ - постоянная фильра; Регулирование ПИД импульсное и формирование сигнала рассогласования Е t_d - постоянная дифференцирования; t₁ - постоянная интегрирования; C_d - коэффициент дифференцирования; С₁ - коэффициент пропорциональности; р - эквивалентный параметр; zb - команда управления «больше»; zm - команда управления «меньше» Выделение модуля у=|х|   Выделение положительных значений разности Пхх - коэффициент функции Выделение знака числа   Аналого-цифровое преобразование входного сигнала с учетом калибровочных коэффициентов   а - входной сигнал с датчика; b - входной сигнал с задатчика; с - входной сигнал с указателя положения Дифференцирование х - входной аргумент t - постоянная времени р - эквивалентный параметр Сложение у=x₁+x₂   Вычитание у=x₁-x₂   Инверсия   Запись результата предыдущего вычисления в ячейку памяти   Пхх - наименование ячейки памяти Ошибка, формируемая алгоритмом управления (при отрицательном входном значении) (Error)    

Таблица 14 Переменная/
значение 4М1 4М400 4М403 4М404 4М405/4М406 4М407 4М408 4М409 4М410 4М411 с1 0,5 0,1 1,0 0,01 1,0 1,301 0,801 2,5 2,5 2,5 с2 1,0 0,1 1,0 0,01 1,0 1,301 0,801 1,0 1,0 1,0 с3 1,0 1,0 0,102 1,0 0,102 0,102 1,0 0,102 0,102 0,102 с4 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1,0 1,0 1,0 с5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1,0 1,0 1,0 с6 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1,0 0,0 0,0 0,0 с7 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1,0 0,0 0,0 0,0 ∂₀ 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 ∂^- ₀ 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 t₀ 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 t_c 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 ∂ 1,0 0,15 4,0 0,015 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 C₁ 0,5 -1,5 0,301 -1,5 0,301 0,301 0,301 0,50 0,50 0,50 t₁ 13,12 13,12 100,1 13,0 100,1 100,1 100,1 100,1 100,1 100,1 t_d 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 C_d 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 ∂t 0,25 0,1 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 t1 2,24 2,24 3,2 2,24 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 t2 2,24 2,24 3,2 2,24 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 t3 2,0 2,0 3,2 2,0 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 t6 0,96 0,96 1,5 0,96 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 t7 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 П02 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 П10 30,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 100,0 100,0 100,0 П12 10,0 10,0 15,0 10,0 15,0 15,0 15,0 15,0 15,0 15,0 П13 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 П14 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 П15 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 №29 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,0 №30 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 №31 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 №32 0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 - c1, c2, c3 - масштабные коэффициенты; - ∂₀ - оперативное задание;
- ∂^- ₀ - предел оперативного задания;
- t₀ - постоянная фильтра;
- t_c - постоянная компенсации;
- ∂ - зона нечувствительности;
- C₁ - коэффициент пропорциональности;
- t₁ - постоянная интегрирования;
- t_d - постоянная дифференцирования;
- C_d - коэффициент дифференцирования;
- ∂t - минимальная длительность импульса команд управления;
- t1, t2, t3 - постоянные времени фильтра;
- t6, t7, t8 (№30) - постоянные времени дифференцирования;
- П13, П15, П8 (№32) - вспомогательные переменные;
- П10, П14, П12, П7 (№31) - входные параметры функции;
- №29 - постоянная времени реверса (при смене команд управления время выполнения команды увеличивается на данную величину);
- с4, с5, с6, с7, П02 - не используются.

Любые изменения алгоритмов функционирования БАР-1 и БАР-2 для управления регуляторами, а также любых его параметров должны быть внесены в журнал регистрации. Данный журнал должен содержать в себе информацию об изменяемом параметре, дате изменения, исполнителе и причине, по которой проведено данное изменение.

Подключение сигнальных цепей к блоку осуществляется через устройство коммутирующее (УК) КСПД.303659.007 из состава «Системы автоматического регулирования клапанов турбины ПАССАТ-АРКТ» КСПД.421457.045. Схема подключения блока к тиристорному усилителю с формированием управляющих сигналов «+24 В» для блока КСПД.421457.046 представлена на фиг.12, для формирования управляющих сигналов «-24 В» - на фиг.13. Схема подключения блока к тиристорному усилителю с формированием управляющих сигналов «+24 В» для блока КСПД.421457.046-01 представлена на фиг.14, для формирования управляющих сигналов «-24 В» - на фиг.15.

Промышленная применимость

Данное техническое решение промышленно реализуемо, обладает более улучшенными качественными характеристиками, расширенными функциональными возможностями, выполнено на современной элементной базе, обладает лучшими массогабаритными параметрами, приспособлено к эксплуатации в жестких условиях, обладает повышенной надежностью и живучестью.

Изобретение относится к области вычислительной техники, а именно к автоматизированным системам управления энергоблоками атомных электростанций, функциональным элементам таких систем, контроля и безопасности их работы. Технический результат - расширение функциональных возможностей, получение качественно улучшенных характеристик, реализация на современной элементной базе, с малыми массогабаритными параметрами, приспособление к эксплуатации в жестких климатических условиях, повышенной надежности и живучести. Блок, входящий в состав аппаратуры автоматического регулирования, предназначен для регулирования давления, расхода, разряжения, уровня, температуры, мощности, концентрации веществ, скорости перемещения или вращения и других параметров, которые могут быть преобразованы в сигналы постоянного тока. В состав блока входят: модуль базовый регулятора (МБР); мезонин ввода аналоговый (МВА); мезонин вывода аналоговый (МВВА); мезонин ввода цифровой (МВЦ); мезонин вывода цифровой (МВВЦ); мезонин интерфейсный (МИ); данные конфигурирования программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС); энергонезависимое запоминающее устройство (ЭНЗУ); датчик температуры; одноплатный компьютер; Keyboard/Mouse; два флеш-модуля. 1 з.п. ф-лы, 15 ил., 14 табл.

1. Блок автоматического регулирования (БАР) для регулирования давления, расхода, разрежения, уровня, температуры, мощности, концентрации веществ, скорости перемещения или вращения и других параметров, которые могут быть преобразованы в сигналы постоянного тока, содержащий мезонины ввода аналоговые (МВА), мезонины ввода цифровые (МВЦ), мезонины вывода цифровые (МВВЦ), мезонины вывода аналоговые (МВВА), мезонины интерфейсные (МИ), входы-выходы которых для связи с объектом подключены к внешнему вилочному разъему ХР15 (ХР16), отличающийся тем, что конкретный состав, типы и количество мезонинов являются гибкой перестраиваемой структурой, а БАР дополнительно содержит первую программируемую логическую интегральную схему ПЛИС (Spartan 3), первые входы-выходы которой соединены с выходами-входами мезонинов МВА, МВЦ, МВВЦ, МВВА, МИ, генератор, выход которого соединен со входом первой ПЛИС (Spartan 3), энергонезависимое запоминающее устройство ЭНЗУ и датчик температуры, входы-выходы которых соединены со вторыми выходами-входами ПЛИС Spartan 3, вторую ПЛИС (CPLD), входы-выходы которой соединены с третьими выходами-входами первой ПЛИС (Spartan 3), элементы индикации и элементы управления (кнопки), входы первых и выходы вторых соединены соответственно с выходами и входами второй ПЛИС (CPLD), одноплатный компьютер, первый вход-выход которого соединен с четвертым входом-выходом первой ПЛИС (Spartan 3), мезонины интерфейсные МИ1, входы которых соединены с выходами второй ПЛИС, а первый и второй входы-выходы соединены соответственно со вторым входом-выходом одноплатного компьютера (RS232) и первым выходом-входом БАР (RS232/485), третий, четвертый, пятый и шестой входы-выходы одноплатного компьютера соединены соответственно со вторым входом-выходом Ethernet 1, третьим входом-выходом VGA, четвертым входом-выходом Keyboard/Mouse (клавиатура/манипулятор типа «мышь»), пятым входом-выходом USBO, первый и второй флеш-модули (USB FLASH MODULE), входы-выходы которых соединены соответственно с шестым и седьмым входами-выходами USB2 и USB3 одноплатного компьютера, мезонин интерфейсный USB-Ethernet, входы-выходы которого соединены соответственно с восьмым входом-выходом одноплатного компьютера и шестым входом-выходом Ethernet 2 БАР.

2. Блок автоматического регулирования (БАР) по п.1, отличающийся тем, что схема электропитания содержит гнездовой разъем (XS34), подключенный к входам электропитания 24 В и цепям базового адреса, которые соединены с ПЛИС (XC9536XL), преобразователь напряжения 24 В в 5 В, вход которого соединен через гнездовой разъем XS34 с питанием 24 В, преобразователь напряжения 5 В в 3,3 В, вход которого соединен с выходом преобразователя 24 В в 5 В, преобразователь напряжения 3,3 В в 2,5 В и преобразователь напряжения 3,3 В в 1,2 В, входы которых соединены с выходом преобразователя 5 В в 3,3 В, а выходы всех преобразователей соединены с цепями питания всех элементов блока.