УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Российский патент 2016 года по МПК G21C7/36 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного контроля и управления атомными станциями (АЭС) для построения управляющих систем безопасности (УСБ) АЭС.

Известна цифровая система защиты атомной станции (патент США №6049578 МПК G21C 7/36, опубл. 11.04.2000, аналог), состоящая из четырех идентичных каналов обработки и управления, обеспечивающих распознавание аварийной ситуации на объекте путем сравнения цифровых значений измеряемых параметров с заданными уставками и выполнения заданных пользователем защитных действий в случае выхода параметров за границы уставок. Каналы безопасности, физически отделенные друг от друга, перекрестно соединены по оптоволоконным линиям связи. Каждый канал состоит из аналоговых и дискретных датчиков, связанных с этим каналом; аналогово-цифровых преобразователей, обеспечивающих на выходе цифровое представление измеряемых аналоговых сигналов; бистабильного процессора; логического процессора соответствия и логического процессора инициирования исполнительных механизмов и средств автоматической защиты реактора. Бистабильный процессор принимает цифровые значения измеренных сигналов собственного канала, преобразует их в технологические параметры, проверяет измеренные параметры на отклонение за установленные границы, формирует по каждому параметру двоичный признак отклонения, передает эти признаки по оптоволоконным линиям в другие каналы обработки и управления. Логический процессор соответствия получает от бистабильного процессора своего канала двоичные признаки отклонения параметров сигналов данного канала и принимает по оптоволоконным линиям от других каналов двоичные признаки отклонения по соответствующим параметрам. По каждому параметру логический процессор соответствия проверяет поступление признаков выхода за допустимые границы 2-х из 4-х каналов. Если процессор соответствия обнаруживает отклонение от допустимых значений параметров по 2-м из 4-х каналов, то логический процессор инициирования формирует необходимые сигналы для остановки реактора и приведения в действие цифровых технических средств безопасности.

Система защиты имеет существенный недостаток, который состоит в том, что каналы безопасности построены на одних и тех же цифровых аппаратных средствах обработки и управления, базовом и системном программном обеспечении. Это может привести к отказам всех каналов системы защиты по общей причине, вызванным скрытыми неисправностями в программируемой аппаратуре и скрытыми ошибками в базовом и системном программном обеспечении.

Известна управляющая цифровая система безопасности атомной электростанции и способ обеспечения параметров безопасности (патент РФ №2356111, МПК G21C 7/36, опубл. 2009 г., прототип), состоящая из трех отдельных идентичных каналов безопасности, выполняющих оценку состояния объекта путем анализа значений параметров, принимаемых с датчиков процесса и формирование управляющих защитных действий при наступлении аварийной ситуации. Физически разделенные каналы безопасности перекрестно связаны друг с другом по оптоволоконным линиям связи. Каждый канал включает устройство ввода входных сигналов, устройство сравнения, устройство формирования управляющих воздействий, устройство выбора блокировок, устройство управления исполнительными механизмами. Устройство ввода осуществляет ввод аналоговых сигналов процесса и преобразование их в цифровую форму. В устройстве сравнения производится сравнение значений считанных параметров с предварительно заданными цифровыми значениями и запуск устройства формирования управляющих сигналов, по которым устройство выбора блокировок инициирует генерацию сигналов управления исполнительными механизмами.

Данная управляющая система безопасности имеет существенный недостаток, который состоит в том, что каналы безопасности имеют одинаковую структуру и выполнены на одних и тех же программно-аппаратных средствах, что может привести к отказу по общей причине из-за скрытых неисправностей в цифровой аппаратуре и из-за скрытых ошибок в базовом и системном программном обеспечении.

Данное изобретение устраняет указанные недостатки.

Техническим результатом изобретения является исключение отказов по общей причине всех каналов безопасности за счет включения в каждый канал безопасности двух независимых друг от друга комплектов программно-аппаратных средств, построенных на разных аппаратно-программных платформах и выполняющих все функции канала безопасности и повышение надежности многоканальной управляющей системы безопасности (УСБ) за счет двукратного резервирования аппаратуры каждого канала.

Технический результат достигается тем, что в управляющей системе безопасности атомной электростанции, содержащей множество идентичных каналов безопасности, каждый канал включает станции ввода-вывода сигналов технологического процесса СВВ_1-n, станции приоритетного управления исполнительными механизмами СПУ_1-m, которые соединены с блочным пунктом управления БПУ и резервным пунктом управления РПУ, контроллер автоматизации средств безопасности КА СБ, шину ввода-вывода средств безопасности ШВВ СБ обмена данными контроллера КА СБ со станциями СВВ и СПУ, и соединенной с другими каналами безопасности с помощью перекрестных дуплексных оптоволоконных связей, станции ввода-вывода СВВ, станции приоритетного управления СПУ и контроллер автоматизации средств безопасности КА СБ каждого канала безопасности содержат два независимых друг от друга комплекта программно-аппаратных средств, образующих подканал А и подканал Б, которые построены на разных аппаратно-программных платформах, каждый подканал выполняет все функции канала безопасности, каждый канал УСБ содержит контроллер КА СБ А подканала А и контроллер КА СБ Б подканала Б, каждый из которых соединен соответственно с контроллерами КА СБ А, КА СБ Б других каналов безопасности по межпроцессорным интерфейсам МПИ А, МПИ Б типа "точка-точка", построенным на основе интерфейса Ethernet и специального коммуникационного протокола уровня данных, с системой нормальной эксплуатации по системной резервированной коммутируемой шине EN нормальной эксплуатации, построенной на базе интерфейса Ethernet, кольцевой структуры соединения сетевых коммутаторов и специального коммуникационного протокола уровня данных, с блочным БПУ и резервным РПУ пунктами управления по линиям связи шин МПИ₁ А, МПИ₁ Б и МПИ₁ А, МПИ₁ Б соответственно, построенных на базе интерфейса Ethernet типа "точка-точка" и специального коммуникационного протокола уровня данных, со станциями СВВ_1-n и СПУ_1-m канала безопасности и со станциями СПУ_1-m других каналов безопасности по специализированной шине ввода вывода соответственно ШВВ СБ А подканала А, ШВВ СБ Б подканала Б, при этом каждая из шин ШВВ СБ А, ШВВ СБ Б имеет структуру типа "дерево", верхним корневым узлом которого является соответственно процессорный модуль автоматизации ПМА СБ А контроллера КА СБ А, ПМА СБ Б контроллера КА СБ Б, нижними узлами являются модули связи с процессом МСП станций СВВ_1-n и модули приоритетного управления МПУ станций СПУ_1-m, а промежуточными узлами являются коммуникационные модули, при этом связи между узлами ШВВ СБ А и между узлами ШВВ СБ Б выполнены в виде линий дуплексного последовательного интерфейса типа "точка-точка". Станция ввода- вывода СВВ содержит модули связи с процессом МСП_1-k, и два коммуникационных модуля - преобразователей интерфейсов: ПИК А шины ШВВ СБ А и ПИК Б шины ШВВ СБ Б, при этом модуль ПИК А, модуль ПИК Б, соединены по одной линии связи модуля с своим контроллером автоматизации КА СБ А, КА СБ Б и по отдельным линиям связи с каждым модулем МСП_1-k, модули связи с процессом МСП_1-k станции СВВ содержат процессор подканала А и процессор подканала Б, которые соединены соответственно по внутристанционным линиям шин ШВВ СБ А и ШВВ СБ Б с коммуникационными модулями ПИК А и ПИК Б и по шинам ШВВ СБ А и ШВВ СБ Б подключены соответственно к контроллеру КА СБ А подканала А и КА СБ Б подканала Б. Каждая станция приоритетного управления СПУ содержит модули приоритетного управления МПУ_1-e, коммуникационные модули шин ШВВ СБ А подканала А и ШВВ СБ Б подканала Б: модули коммутаторы голосования МКГ А, МКГ Б и модули голосования МГ А, МГ Б входных команд от N каналов по правилу "2 из N". В каждом подканале канала безопасности станции СПУ объединены в группы по N станций, количество станций СПУ определяется количеством каналов безопасности, в подканале А каждого канала безопасности первая станция группы СПУ₁ по линии связи ШВВ СБ А соединена с контроллером КА СБ А своего канала безопасности, другие станции СПУ_2-N группы соединены с контроллерами КА СБ А других каналов безопасности N-1, коммуникационный модуль МКГ А каждой станции СПУ соединен с коммуникационным модулем голосования МГ А своей станции СПУ и коммуникационными модулями МГ А других станций СПУ группы, коммуникационный модуль МГ А каждой станции СПУ соединен по линиям связи ШВВ СБ А с модулями приоритетного управления МПУ_1-е, а в подканале Б каждого канала безопасности связи модулей МПУ станций СПУ группы с контроллерами автоматизации КА СБ Б каждого канала безопасности осуществляются аналогично связям подканала А. Модули приоритетного управления МПУ_1-е станции СПУ содержат ПЛИС средств безопасности - ПЛИС СБ А подканала А и ПЛИС СБ Б подканала Б, которые соединены соответственно по внутристанционным линиям шин ШВВ СБ А и ШВВ СБ Б с коммуникационными модулями МГ А подканала А и МГ Б подканала Б и по шинам ШВВ СБ А и ШВВ СБ Б подключены соответственно к контроллерам КА СБ А подканала А и КА СБ Б подканала Б. Контроллер автоматизации КА СБ А подканала А каждого канала безопасности содержит процессорный модуль автоматизации ПМА А и р коммуникационных модулей, МР-4 А шины ШВВ СБ А, соединенных по линиям связи ШВВ СБ А с процессорными модулями ПМА СБ А, с коммуникационными модулями ПИК А, станций ввода-вывода СВВ_1-n и коммуникационными модулями МКГ А станций приоритетного управления собственного канала безопасности и с коммуникационными модулями МКГ А станций приоритетного управления СПУ_1-m других каналов безопасности, контроллер автоматизации КА СБ Б подканала Б каждого канала безопасности по составу и связям аналогичен подканалу А.

Комплекты аппаратно-программных средств подканала А и подканала Б, выполняющие все функции канала безопасности, построены на базе процессоров и ПЛИС, отличающихся архитектурой, базовым и системным программным обеспечением, инструментальными средствами разработки программ и аппаратной логики и удовлетворяющих требованиям разнообразия, исключающим отказы всех каналов УСБ по общей причине из-за скрытых ошибок в программном обеспечении и аппаратных средствах.

Два комплекта аппаратно-программных средств в каждом канале безопасности повышают также надежность системы за счет двукратного резервирования аппаратуры каждого канала.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-8

На фиг. 1 и фиг. 2 схематично представлена структура четырехканальной управляющей системы безопасности УСБ, в которой: 1 - станции ввода вывода СВВ_1-n, n - количество станций СВВ в одном канале УСБ; 2_а - контроллер автоматизации системы безопасности КА СБ А подканала А; 2_б - контроллер автоматизации системы безопасности КА СБ Б подканала Б; 3 - станции приоритетного управления СПУ_1-m, m - количество станций СПУ в одном канале УСБ; 4_а - межпроцессорный интерфейс МПИ А связи контроллеров КА СБ А каждого канала безопасности с КА СБ А других каналов безопасности; 4_б - межпроцессорный интерфейс МПИ Б связи контроллеров КА СБ Б каждого канала безопасности с КА СБ Б других каналов безопасности; 5 - резервированная шина EN нормальной эксплуатации, 6 - сетевые коммутаторы шины EN; 7_а - шина ввода вывода безопасности ШВВ СБ А подканала А; 7_б - шина ввода вывода безопасности ШВВ СБ Б подканала Б; 8 - сигналы управления исполнительными механизмами ИМ; 9 - сигналы управления СУЗ; 10₁ - проводные линии связи станций СПУ каждого канала УСБ с БПУ; 10₂ - проводные линии связи станций СПУ каждого канала УСБ с РПУ; 11_а1 - шины МПИ₁ А связи контроллеров КА СБ А каждого канала безопасности с БПУ; 11_а2 - шины МПИ₂ А связи контроллеров КА СБ Б каждого канала безопасности с РПУ; 11_б1 - шины МПИ₁ Б связи контроллеров КА СБ Б каждого канала безопасности с БПУ; 11_б2 - шины МПИ₂ Б связи контроллеров КА СБ Б каждого канала безопасности с РПУ.

На фиг. 3 представлена структурная схема станции ввода вывода СВВ (на примере станции СВВ₁ канала 1), в которой: 7_а - фрагмент шины ввода вывода ШВВ СБ А подканала А; 7_б - фрагмент шины ввода вывода ШВВ СБ Б подканала Б; 12₁-12_k - модули связи с процессом МСП, к - количество модулей МСП в станции СВВ; 13-коммуникационный модуль ПИК А подканала А; 14 - линии связи коммуникационного модуля ПИК А 13 подканала А с модулями МСП 12₁-12_k по шине ШВВ СБ А 7_а; 15₁ - линия связи модуля ПИК А 13 станции СВВ₁ с контроллером автоматизации КА СБ А по шине ШВВ СБ А 7_а; 16 - коммуникационный модуль ПИК Б подканала Б; 17 - линии связи коммуникационного модуля ПИК Б 16 подканала Б с модулями МСП 12₁-12_k по шине ШВВ СБ Б 7_б; 18₁ - линия связи модуля ПИК Б 16 станции CBB₁ с контроллером автоматизации КА СБ Б по шине ШВВ СБ Б 7_б.

На фиг. 4 показана структурная схема модуля МСП ввода аналоговых сигналов, в которой: 14 - линия связи по шине ШВВ СБ А процессора средств безопасности CPU СБ А 21 подканала А с модулем ПИК А; 17 - линия связи процессора средств безопасности CPU СБ Б 22 подканала Б с модулем ПИК Б по шине ШВВ СБ Б; 19 - входные цепи модуля МСП; 20 - аналого-цифровой преобразователь АЦП; 21 - процессор средств безопасности CPU СБ А подканала А; 22 - процессор средств безопасности CPU СБ Б подканала Б.

На фиг. 5 представлен вариант структурной схемы станции приоритетного управлениям СПУ (на примере станции СПУ, входящей в группу из 4-х станций, связанных с КА СБ каждого из 4-х каналов по одной линии ШВВ СБ), в которой: 7_а - фрагмент шины ввода вывода ШВВ СБ А подканала А; 7_б - фрагмент шины ввода вывода ШВВ СБ Б подканала Б; 23₁-23_е - модули приоритетного управления МПУ, е - количество модулей МПУ в станции СПУ; 24 - коммуникационный модуль голосования по правилу "2 из 4-х" МГ А подканала А; 25 - коммуникационный модуль МКГ А подканала А; 26 - линия связи МКГ А 25 с контроллером КА СБ А своего или другого канала безопасности по шине ШВВ СБ А 7_а; 27 - межстанционные линии связи модулей МКГ А (МГ А) станции СПУ группы с модулями МГ А (МКГ А) 3-х других станций группы по шине ШВВ СБ А; 28 - коммуникационный модуль голосования МГ Б подканала Б; 29 - коммуникационный модуль МКГ Б подканала Б; 30 - линия связи МКГ Б 29 с контроллером КА СБ Б собственного или другого канала безопасности по шине ШВВ СБ Б 7_б; 31 - межстанционные линии связи МКГ Б (МГ Б) станции СПУ группы с модулями МГ Б (МКГ Б) 3-х других станций группы по шине ШВВ СБ Б; 32 - линии связи модуля МГ А 24 по шине ШВВ СБ А 7_а с модулями МПУ 23₁-23_е; 33 - линии связи модуля МГ Б 28 по шине ШВВ СБ Б 7_б с модулями МПУ 23₁-23_е; 34 - линия связи модуля МКГ А 25 с модулем МГ А своей станции СПУ; 35 - линия связи модуля МКГ Б 28 с модулем МГ Б своей станции СПУ.

На фиг. 6 показана структура связей по шине ШВВ СБ А подканала А группы из 4-х станций СПУ_1-4 канала 1 безопасности со своим контроллером КА СБ А и с контроллерами КА СБ А 3-х других каналов безопасности, в которой: 24 - коммуникационный модуль голосования МГ А подканала А; 25 - коммуникационный модуль МКГ А подканала А; 26 (26₁₁, 26₂₂, 26₃₃, 26₄₄) - одна внутриканальная и 3 межканальные линии связи по шине ШВВ СБ А модулей МКГ А станций канала 1 с контроллерами КА СБ А своего (канала 1) и 3-х других каналов безопасности; 21 (27₁₂, 27₁₃, 27₁₄, 27₂₁, 27₂₃, 27₂₄, 27₃₁, 27₃₂, 27₃₄, 27₄₁, 27₄₂, 27₄₃) - межстанционные линии связи модуля МКГ А каждой станции СПУ_1-4 с модулями МГ А 3-х других станций по шине ШВВ СБ А; 32 - линии связи модуля МГ А 24 по шине ШВВ СБ А 7_а с модулями МПУ 23₁-23_е; 34 - линия связи модуля МКГ А 25 с модулем МГ А 24 своей станции СПУ.

На фиг. 7 представлена структурная схема модуля приоритетного управления МПУ в которой: 10₁ - проводные линии дистанционного управления ИМ из БПУ; 10₂ - проводные линии дистанционного управления ИМ из РПУ; 32 - линия связи шины ШВВ СБ А подканала А; 33 - линия связи шины ШВВ СБ Б подканала Б; 36 - программируемая логическая схема ПЛИС СБ А подканала А; 37 - программируемая логическая схема ПЛИС СБ Б подканала Б; 38 - ПЛИС логики приоритетного управления - ПЛИС ЛПУ; 39 - линия ввода сигналов состояния ИМ; 40 - обратная связь опроса состояния сигналов управления, выдаваемых на ИМ.

На фиг. 8 представлена структурная схема контроллера автоматизации КА СБ А подканала А на примере КА СБ А канала 1, в которой: 7_а - фрагмент шины ШВВ СБ А подканала A; 4₁₂, 4₁₃, 4₁₄, - межпроцессорные интерфейсы МПИ А подканала А связи КА СБ А канала 1 с КА СБ А каналов 2, 3, 4; 5₁, 5₂ - резервированная шина EN нормальной эксплуатации; 11₁₁, 11₂₁ - интерфейсы связи процессора автоматизации ПМА СБ А 42 канала 1 по шинам МПИ₁ А, МПИ₂ А подканала А, соответственно, с БПУ и РПУ; 15₁, 15₂, 15₃, 15₄ - линии связи модуля МР-4 A 41_p-1 соответственно со станциями СВВ₁, СВВ₂, СВВ₃, СВВ₄ канала 1 по шине ШВВ СБ А; 26₁₁, 26₁₂, 26₁₃, 26₁₄ - линии связи модуля МР-4 А 41₂ со станциями СПУ A_1-4 соответственно каналов 1, 2, 3, 4 по шине ШВВ СБ А; 41₁-41_р - коммуникационные модули МР-4 А подканала А; 42 - процессорный модуль автоматизации ПМА СБ А подканала А; 43_1-р - линии связи ПМА СБ модулями МР-4 А 41_1-р.

Комплекс программно-аппаратных средств УСБ на примере 4-канальной управляющей системы безопасности УСБ, схематично представленной на фиг. 1 и фиг. 2, работает следующим образом.

Станции ввода-вывода СВВ_1-n каждого канала безопасности принимают аналоговые и двоичные сигналы технологического процесса, преобразуют их в цифровую форму и передают по шинам ввода-вывода безопасности ШВВ СБ А 7_а подканала А, ШВВ СБ Б 7_б подканала Б в контроллеры автоматизации канала безопасности соответственно КА СБ А 2_а подканала А, КА СБ Б 2_б подканала Б. По командам КА СБ А 2_а, КА СБ Б 2_б станции СВВ формируют и выдают сигналы управления СУЗ.

Контроллеры КА СБ А 2_а, КА СБ Б 2_б преобразуют принятые цифровые значения аналоговых и двоичных сигналов в технологические параметры процесса, передают их по межпроцессорным интерфейсам, соответственно МПИ А 4_а, МПИ Б 4_б в контроллеры автоматизации КА СБ А 2_а, КА СБ Б 2_б других каналов безопасности, принимают параметры процесса от этих каналов безопасности и производят программный выбор параметров для дальнейшей обработки по мажоритарному правилу "2 из 4-х" на первом уровне межканального обмена и мажоритарного резервирования. Контроллеры автоматизации КА СБ А 2_а, КА СБ Б 2_б сравнивают выбранные по мажоритарному правилу параметры процесса с заданными границами безопасной работы атомной станции. Дальнейшая обработка полученных параметров процесса производится на нескольких этапах выполнения алгоритмов защиты с промежуточным преобразованием результатов обработки, межканальным обменом по интерфейсам МПИ А 4_а, МПИ Б 4_б и мажоритарной обработкой на каждом этапе.

Если контроллеры КА СБ А 2_а, КА СБ Б 2_б обнаруживают в результате анализа входных параметров процесса аварийную ситуацию, они формируют и выдают по шинам ШВВ СБ А 7_а, ШВВ СБ Б 7_б защитные команды управления ИМ в станции приоритетного управления СПУ_1-m 3 своего канала безопасности и в станции СПУ 3 других каналов безопасности на втором уровне межканального обмена.

Если аварийная ситуация требует останова реактора, то КА СБ А 2_а, КА СБ Б 2 формируют и выдают по шинам ввода-вывода соответственно ШВВ СБ А 7_а, ШВВ СБ Б 7_б в соответствующие станции СВВ команды управления СУЗ.

Контроллеры автоматизации КА СБ А 2_а, КА СБ Б 2_б в процессе работы формируют и передают на верхний уровень системы нормальной эксплуатации по резервированной коммутируемой шине EN 5 нормальной эксплуатации диагностическую информацию о выполнении функций защиты и о состоянии КА СБ А 2_а, КА СБ Б 2_б, станций СВВ и СПУ. Прием информации в КА СБ А 2_а, КА СБ Б 2_б по шине EN из системы нормальной эксплуатации заблокирован.

Станции приоритетного управления СПУ_1-m 3 принимают команды управления исполнительными устройствами от контроллеров КА СБ А 2_а, КА СБ Б 2_б своего канала и других каналов безопасности по шинам ввода вывод ШВВ СБ А 7_а, ШВВ СБ Б 7_б и аппаратно обрабатывают их по принципу резервирования "2 из 4-х" на втором уровне межканального обмена.

По командам управления, выбранным по мажоритарному правилу "2 из 4-х", станции СПУ_1-m 3 формируют сигналы управления исполнительными механизмами ИМ 13 в соответствии с приоритетами центров управления КА СБ А 2_а, КА СБ Б 2_б. Команды управления ИМ 13 поступают на исполнительные механизмы через ключевые схемы СПУ_1-m, открываемые по командам от контроллеров автоматизации КА СБ А 2_а, КА СБ Б 2_б. Контроллеры автоматизации производят чтение сформированных для выдачи на ИМ 8 команд и выходных сигналов управления ИМ 8 по обратным связям логики приоритетного управления станций СПУ_1-m и проверку соответствия подготовленных для выдачи на ИМ 8 и выдаваемых на ИМ 8 команд заданным для исключения возможности выдачи ложных сигналов управления на исполнительные устройства ИМ 8 из-за неисправностей СПУ.

Станции СПУ_1-m 3 канала безопасности получают также команды управления от других центров управления: блочного пункта управления БПУ и резервного пункта управления РПУ, и формируют сигналы управления ИМ 8 в соответствии с приоритетами центров управления.

БПУ и РПУ в соответствии с фиг. 2 подключаются непосредственно к станциям СПУ_1-m 3 каждого канала безопасности по проводным связям, а также к контроллерам КА СБ А 2_а и КА СБ Б 2_б по линиям связи шин МПИ₁ А 11_а1, МПИ₁ Б 11_b1 и МПИ₂ А 11_а2, МПИ₂ Б 11_b2, построенным на базе интерфейса Ethernet типа "точка-точка" и специального коммуникационного протокола уровня данных.

По проводным линиям связи 10₁, 10₂ из БПУ и РПУ передаются в СПУ_1-m 3 двоичные сигналы управления, а из СПУ_1-m 3 в БПУ и РПУ - аналоговые и двоичные сигналы, отображающие состояния станций приоритетного управления и ИМ 8 для вывода на индикаторы панелей безопасности.

По линиям связи МПИ₁ А 11_а1, МПИ₁ Б 11_b1 и МПИ₂ А 11_a2, МПИ₂ Б 11_b2 из контроллеров КА СБ А 2_а, КА СБ Б 2_б каналов безопасности передается в БПУ и РПУ диагностическая информация о выполнении алгоритмов защиты и расширенная диагностическая информация о состоянии исполнительных механизмов и модулей приоритетного управления.

Станции СВВ_1-n 1, СПУ_1-m 3 содержат два независимых комплекта программно-аппаратных средств подканала А и подканала Б, удовлетворяющих принципу разнообразия и выполняющих вместе с двумя контроллерами автоматизации КА СБ А 2_а подканала А и КА СБ Б 2_б подканала Б по отдельности все функции канала системы безопасности.

В станции СВВ, структура которой представлена на фиг. 3 на примере станции СВВ₁ канала 1, подканалы А и Б реализованы в виде двух коммуникационных модулей: ПИК А 13 шины ШВВ СБ А 7_а подканала А и ПИК Б 16 шины ШВВ СБ Б 7_б подканала Б, а также в виде встроенных в модули МСП 12₁-12_k программно-аппаратных средств подканалов А и Б. Модули ПИК А и ПИК Б соединены соответственно, по линиям связи ШВВ СБ А 13, ШВВ СБ Б 17 типа "точка-точка" последовательного дуплексного интерфейса с каждым модулем МСП 12₁-12_k и по линиям связи шины ШВВ СБ A 15₁ и ШВВ СБ Б 18₁ типа "точка-точка" - с контроллерами автоматизации соответственно КА СБ А подканала А и КА СБ Б подканала Б.

Коммуникационные модули ПИК А 13, ПИК Б 16 распределяют команды и данные, поступающие по линиям 15₁, 18₁ от контроллеров КА СБ А, КА СБ Б, соответственно на линии 14, 17 связи с модулями МСП и концентрируют данные, поступающие по линиям 14, 17 от модулей МСП на линиях 15₁, 18₁ связи станции СВВ с КА СБ А, КА СБ Б. Т.е. по линиям связи 15₁, 18₁ ШВВ СБ А, ШВВ СБ Б осуществляется доступ к каждому модулю МСП станции ввода- вывода для передачи и приема данных со стороны КА СБ.

Модули связи с процессом МСП 12₁-12_k выполняют функции приема и воспроизведения аналоговых и двоичных сигналов процесса, преобразования входных сигналов процесса в цифровую форму и цифровых значений выходных сигналов в аналоговую форму, предварительную обработку входных сигналов, связь с контроллерами КА СБ А и КА СБ Б по линиям связи, соответственно 14, 15₁ и 17, 18₁ шин ШВВ СБ А 7_а и ШВВ СБ Б 7_b.

Организация средств подканалов А, В в модулях МСП представлена на структурной схеме модуля МСП ввода аналоговых сигналов, фиг 4. Встроенные средства подканалов реализованы в модуле в виде двух процессоров CPU СБ А 21 подканала А и CPU СБ Б 22 подканала Б, соединенных, соответственно, по шинам ШВВ СБ А 14 и ШВВ СБ Б 17, с коммуникационными модулями ПИК А 13, ПИК Б 16 (фиг. 3), через которые осуществляется доступ к этим процессорам 21, 22 со стороны контроллеров КА СБ А и КА СБ Б по линиям связи 15, 18 (фиг. 3) для обмена данными.

Сигнал процесса поступает в модуле МСП ввода аналоговых сигналов через входные цепи 19 на вход аналого-цифрового преобразователя АЦП 20, осуществляющего преобразование сигнала в цифровую форму. Процессоры CPU СБ А 21 подканала А и CPU СБ Б 22 подканала Б получают цифровой сигнал с выхода АЦП 20, выполняют его предварительную обработку и передают соответственно по линиям связи шин ШВВ СБ А 14, ШВВ СБ Б 17 в коммуникационные модули ПИК А 13, ПИК Б 16 (фиг. 3, 4).

По аналогичной схеме (фиг. 4) построены и работают модули ввода двоичных сигналов и модули вывода аналоговых и двоичных сигналов.

Организация средств безопасности подканалов А и Б станции СПУ представлена на варианте структуры станции СПУ, фиг. 5, входящей в группу из 4-х станций СПУ_1-4, с которыми контроллер автоматизации КА СБ каждого канала осуществляет обмен данными по одной линии связи шины ШВВ СБ. Средства безопасности подканала А и Б станции СПУ реализованы в виде: двух коммуникационных модулей мажоритарного голосования по правилу "2 из 4-х" МГ А 24 подканала А и МГ Б 28 подканала Б, двух коммуникационных модулей МКГ А 25 подканала А и МКГ Б 29 подканала Б, а также в виде встроенных в модули МПУ 23₁-23_е программно-аппаратных средств подканалов А и Б. Модули МГ А и МГ Б соединены: по "е" линиям связи соответственно 32 ШВВ СБ А 7_а и 33 ШВВ СБ Б 7_б типа "точка-точка" последовательного дуплексного интерфейса с каждым модулем МПУ 23₁-23_е; по линиям связи 27 шины ШВВ СБ А 7_а подканала А и 31 шины ШВВ СБ Б 7_б подканала Б - с коммуникационными модулями МКГ А, МКГ Б 3-х других станций СПУ.

Коммуникационные модули МГ А 24, МГ Б 28 выполняют функции разветвления нисходящего потока команд и данных соответственно от КА СБ А, КА СБ Б в модули МПУ 23₁-23_е и концентрации восходящего потока данных от модулей МПУ 23₁-23_е в КА СБ А, КА СБ Б, а также функции аппаратного мажоритарного выбора команд и данных нисходящего потока от 4-х каналов безопасности, получаемых по линиям связи 34, 27 ШВВ СБ А 7_а и по линиям связи 35, 31 ШВВ СБ Б 7_б, по правилу мажоритарной обработки "2 из 4-х" для передачи в модули МПУ 23₁-23_е.

Коммуникационные модули МКГ А 25 подканала А и МКГ Б 29 подканала Б соединены соответственно: по линиям 34 ШВВ СБ А и 35 ШВВ СБ Б с коммуникационными модулями МГ А 24, МГ Б 28 своей станции СПУ; по линиям связи 27 ШВВ СБ А и 31 ШВВ СБ Б - с коммуникационными модулями МГ А, МГ Б 3-х других станций канала безопасности 1; по линиям связи 26, 30 соответственно шин ШВВ СБ А 7_а, ШВВ СБ Б 7_б в станции СПУ₁ - с КА СБ А, КА СБ Б собственного канала безопасности 1 и в 3-х других станциях СПУ с КА СБ А, КА СБ Б 3-х других каналов безопасности.

На фиг. 6 показана структура связей по шине ШВВ СБ А подканала А группы из 4-х станций СПУ_1-4 канала безопасности 1 с контроллером КА СБ А этого канала безопасности и с контроллерами КА СБ А 3-х других каналов безопасности. Модуль МК Г А станции СПУ₁ по линии связи 26₁₁ соединен с контроллером КА СБ А своего канала 1, модуль МКГ А станции СПУ₂ по линии связи 26₂₂ соединен с контроллером КА СБ А канала 2, модуль МКГ А станции СПУ₃ по линии связи 26₃₃ соединен с контроллером КА СБ канала 3, модуль МКГ А станции СПУ₄ по линии связи 26₄₄ соединен с контроллером КА СБ А канала 4. Модуль МКГ А в каждой станции СПУ_1-4 соединен с модулями МГ А 3-х других станций СПУ группы: по линиям связи 27₁₂, 27₁₃, 27₁₄ в станции СПУ₁, по линиям связи 27₂₁, 27₂₃, 27₂₄ в станции СПУ₂, по линиям связи 27₃₁, 27₃₂, 27₃₄ в станции СПУ₃, по линиям связи 27₄₁, 27₄₂, 27₄₃ в станции СПУ₄.

По указанным связям шины ШВВ СБ А команды и данные от контроллера КА СБ А каждого из 4-х каналов поступают в модули МГ А каждой станции группы, для выполнения мажоритарной обработки по правилу "2 из 4-х" и передачи выбранных команд и данных по "е" линиям связи модулей МГ А 24 в модули МПУ.

Организация встроенных средств подканалов А, Б и связи с центрами управления ИМ в модулях МПУ представлены на структурной схеме модуля МПУ, фиг. 7.

Модуль МПУ выполняет управление ИМ по командам инициирования от нескольких центров управления: от контроллера КА СБ А подканала А через модули МГ А по линии связи 32 шины ШВВ СБ А; от контроллера КА СБ Б подканала Б по линии связи 33 шины ШВВ СБ Б, фиг. 5, 7; от БПУ по проводным связям 10₁ и от РПУ по проводным связям 10₂. По указанным связям производится также передача состояния МПУ и ИМ соответственно в КА СБ А, КА СБ Б, КА, БПУ и РПУ.

Формирование команд управления ИМ производится: по командам инициирования от КА СБ А, БПУ и РПУ в программируемой логической схеме ПЛИС СБ А 36 подканала А, и по командам инициирования от КА СБ Б, БПУ и РПУ в программируемой логической схеме ПЛИС СБ Б 37 подканала Б. Команды управления ИМ от ПЛИС СБ А 36, ПЛИС СБ Б 37 поступают в ПЛИС логики приоритетного управления - ПЛИС ЛПУ 38, в которой производится выбор команды, в соответствии с приоритетами центров управления и выдача на ИМ по линии связи 40. По линии обратной связи 40 с выхода ПЛИС ЛПУ и шинам ШВВ СБ А, ШВВ СБ Б контроллеры КА СБ А, КА СБ Б, фиг. 5, 7, производят опрос состояния выдаваемой на ИМ команды и сравнение с заданной с целью контроля тракта передачи команды от контроллеров до ИМ. По линиям ввода 39 и шинам ШВВ СБ А, ШВВ СБ Б контроллеры КА СБ А, КА СБ Б производится чтение сигналов состояния ИМ.

Каждый канал безопасности содержит 2 независимых контроллера автоматизации: контроллера КА СБ А подканала А и контроллера КА СБ Б подканала Б. Структурная схема КА СБ А подканала А 1-го канала безопасности приведена на фиг. 8. По такой же схеме построен контроллер КА СБ Б.

Процессорный модуль автоматизации ПМА СБ А 42 контролера КА СБ А принимает по шине ШВВ СБ А 7_а цифровые значения параметров процесса от модулей МСП станций СВВ_1-n своего канала безопасности, производит их обработку и при обнаружении аварийной ситуации в соответствии с алгоритмами безопасности формирует и выдает по шине ШВВ СБ А 7_а в модули МПУ станций СПУ_1-m своего и других каналов безопасности команды управления защитными действиями. В процессе выполнения алгоритмов безопасности ПМА СБ А 42 проводит обмен данными с ПМА СБ А 2-го, 3-го и 4-го каналов безопасности соответственно, по межпроцессорным интерфейсам МПИ 4_{a12, a13}, 4_a14 и производит мажоритарную обработку данных от всех каналов безопасности по правилу "2 из 4-х". По интерфейсам связи ПМА СБ А 1-го канала безопасности с БПУ - МПИ_1а А 11_a1 и с РПУ - МПИ_2а А 11_a2, процессорный модуль принимает команды дистанционного управления от БПУ и РПУ и передает в БПУ и РПУ диагностическую информацию о выполнении алгоритмов защиты. По резервированной шине EN 5_а1, 5_a2 модуль ПМА СБ А 42 передает диагностическую информацию системы безопасности в систему нормальной эксплуатации.

Прием данных от станций СВВ и станций СПУ и передачу команд и данных в станции СПУ процессорный модуль ПМА СБ А 42 производит: по линиям связи шины ввода вывода ШВВ СБ А 43₁-43_р с коммуникационными модулями МР-4 A 41₁-41_p, и далее по линиям связи модулей МР-4 А с коммуникационными модулями ПИК А 13 станций СВВ (фиг. 3) и коммуникационными модулями МКГ А 25 станций СПУ (фиг. 5). Каждый коммуникационный модуль МР-4 А на фиг. 8 по 4-м линиям разветвления может быть связан с 4-мя станциями СВВ, например СВВ_1-4, своего канала безопасности или с 4-мя группами из 4-х станций СПУ, например станций СПУ_1-4 своего и 3-х других каналов безопасности. В качестве примера на фиг. 8 показаны подключения МР-4 41_p-1 модуля ПМА СБ А 42 1-го канала безопасности к 4-м станциям СВВ_1-4 этого канала и подключения МР-4 41₂ 1-го канала безопасности к группам станций СПУ_1-4 этого канала и 3-х других каналов безопасности.

Коммуникационный модуль МР-4 41_p-1 по линии связи 15₁ подключен к СВВ₁, по линии связи 15₂ - к СВВ₂, по линии связи 15₃ - к СВВ₃ и по линии связи 15₄ - к СВВ₄ своего (1-го) канала безопасности.

Коммуникационный модуль МР-4 А 41₂ по линии связи 26₁₁ подключен к 4-м станциям СПУ_1-4 своего, т.е. 1-го канала безопасности, по линии связи 26₁₂ - к 4-м станциям СПУ_1-4 2-го канала безопасности, по линии связи 26₁₃ - к 4-м станциям СПУ_1-4 3-го канала безопасности и по линии связи 26₁₄ - к 4-м станциям СПУ_1-4. 4-го канала безопасности.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления безопасностью атомных станций (АЭС). Технический результат заключается в повышении надежности системы безопасности. Система включает станции ввода-вывода, станции приоритетного управления и контроллер автоматизации безопасности КА СБ каждого канала безопасности. При этом два независимых друг от друга комплекта программно-аппаратных средств образуют подканал А и подканал Б для выполнения функции канала безопасности и содержат контроллер КА СБ своего подканала, а каждая из шин ввода-вывода каждого подканала имеет структуру типа "дерево", верхним корневым узлом которого является соответственно процессорный модуль автоматизации контроллера КА СБ, нижними узлами являются модули связи с процессом МСП станций СВВ_1-n и модули приоритетного управления МПУ станций СПУ_1-m, а промежуточными узлами являются коммуникационные модули. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Управляющая система безопасности атомной электростанции, содержащая множество идентичных каналов безопасности, каждый канал включает станции ввода-вывода сигналов технологического процесса CBB_1-n, станции приоритетного управления исполнительными механизмами СПУ_1-m, которые соединены с блочным пунктом управления БПУ и резервным пунктом управления РПУ, контроллер автоматизации средств безопасности КА СБ, шину ввода-вывода средств безопасности ШВВ СБ обмена данными контроллера КА СБ со станциями СВВ и СПУ, и соединенная с другими каналами безопасности с помощью перекрестных дуплексных оптоволоконных связей, отличающаяся тем, что станции ввода-вывода СВВ, станции приоритетного управления СПУ и контроллер автоматизации средств безопасности КА СБ каждого канала безопасности содержат два независимых друг от друга комплекта программно-аппаратных средств, образующих подканал А и подканал Б, которые построены на разных аппаратно-программных платформах, каждый подканал выполняет все функции канала безопасности, каждый канал управляющей системы безопасности содержит контроллер КА СБ А подканала А и контроллер КА СБ Б подканала Б, каждый из которых соединен соответственно с контроллерами КА СБ А, КА СБ Б других каналов безопасности по межпроцессорным интерфейсам МПИ А, МПИ Б типа "точка-точка", построенным на основе интерфейса Ethernet и коммуникационного протокола уровня данных, с системой нормальной эксплуатации по системной резервированной коммутируемой шине EN нормальной эксплуатации, построенной на базе интерфейса Ethernet, кольцевой структуры соединения сетевых коммутатором и коммуникационного протокола уровня данных, с блочным БПУ и резервным РПУ пунктами управления по линиям связи шин МПИ₁ А, МПИ₁ Б и МПИ₂ А, МПИ₂ Б соответственно, построенных на базе интерфейса Ethernet типа "точка-точка" и коммуникационного протокола уровня данных, со станциями СВВ_1-n и СПУ_1-m канала безопасности и со станциями СПУ_1-m других каналов безопасности по шине ввода-вывода, соответственно, ШВВ СБ А подканала А, ШВВ СБ Б подканала Б, при этом каждая из шин ШВВ СБ А, ШВВ СБ Б имеет структуру типа "дерево", верхним корневым узлом которого является соответственно процессорный модуль автоматизации ПМА СБ А контроллера КА СБ А, процессорный модуль ПМА СБ Б контроллера КА СБ Б, нижними узлами являются модули связи с процессом МСП станций CBB_1-n и модули приоритетного управления МПУ станций СПУ_1-m, а промежуточными узлами являются коммуникационные модули, при этом связи между узлами ШВВ СБ А и между узлами ШВВ СБ Б выполнены в виде линий дуплексного последовательного интерфейса типа "точка-точка".

2. Управляющая система по п. 1, отличающаяся тем, что станция ввода-вывода СВВ содержит модули связи с процессом МСП_1-k и два коммуникационных модуля - преобразователей интерфейсов: ПИК А шины ШВВ СБ А и ПИК Б шины ШВВ СБ Б, при этом модуль ПИК А, модуль ПИК Б соединены по одной линии связи модуля с своим контроллером автоматизации КА СБ А, КА СБ Б и по отдельным линиям связи с каждым модулем МСП_1-k, модули связи с процессом МСП_1-k станции СВВ содержат процессор подканала А и процессора подканала Б, которые соединены соответственно по внутристанционным линиям шин ШВВ СБ А и ШВВ СБ Б с коммуникационными модулями ПИК А и ПИК Б и по шинам ШВВ СБ А и ШВВ СБ Б подключены соответственно к контроллеру КА СБ А подканала А и КА СБ Б подканала Б.

3. Управляющая система по п. 1, отличающаяся тем, что каждая станция приоритетного управления СПУ содержит модули приоритетного управления МПУ_1-е, коммуникационные модули шин ШВВ СБ А подканала А и ШВВ СБ Б подканала Б: модули коммутаторы голосования МКГ А, МКГ Б и модули голосования МГ А, МГ Б входных команд от N каналов безопасности по правилу "2 из N", в каждом канале безопасности станции СПУ объединены в группы по N станций, количество станций СПУ определяется количеством каналов безопасности, в подканале А каждого канала безопасности первая станция группы СПУ₁ по линии связи ШВВ СБ А соединена с контроллером КА СБ А своего канала безопасности, другие станции СПУ_2-N группы соединены с контроллерами КА СБ А других каналов безопасности N-1, коммуникационный модуль МКГ А каждой станции СПУ соединен с коммуникационным модулем голосования МГ А своей станции СПУ и коммуникационными модулями МГ А других станций СПУ группы, коммуникационный модуль МГ А каждой станции СПУ соединен по линиям связи ШВВ СБ А с модулями приоритетного управления МПУ_1-e, а в подканале Б каждого канала безопасности связи модулей МПУ станций СПУ группы с контроллерами автоматизации КА СБ Б каждого канала безопасности осуществляются аналогично связям подканала А, модули приоритетного управления МПУ_1-e станции СПУ содержат ПЛИС средств безопасности - ПЛИС СБ А подканала А и ПЛИС СБ Б подканала Б, которые соединены соответственно по внутристанционным линиям шин ШВВ СБ А и ШВВ СБ Б с коммуникационными модулями МГ А подканала А и МГ Б подканала Б и далее по шинам ШВВ СБ А и ШВВ СБ Б подключены соответственно к контроллерам КА СБ А подканала А и КА СБ Б подканала Б.

4. Управляющая система безопасности атомной электростанции по п. 1, отличающаяся тем, что контроллер автоматизации КА СБ А подканала А каждого канала безопасности содержит процессорный модуль автоматизации ПМА А и р коммуникационных модулей, МР-4 А шины ШВВ СБ А, соединенных по линиям связи ШВВ СБ А с процессорными модулями ПМА СБ А, с коммуникационными модулями ПИК А станций ввода-вывода СВВ_1-n и коммуникационными модулями МКГ А станций приоритетного управления собственного канала безопасности и с коммуникационными модулями МКГ А станций приоритетного управления СПУ_1-m других каналов безопасности, контроллер автоматизации КА СБ Б подканала Б каждого канала безопасности по составу и связям аналогичен подканалу А.