Блок автоматического регулирования (бар)

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

Блок, входящий в состав аппаратуры автоматического регулирования, разработанный на основе комплекса ПАССАТ КСПД.420141.001, 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.

Блок применяется в автоматизированных системах контроля и управления (СКУ) технологическими процессами энергоблоков атомных электростанций. Возможно применение блока в других объектах промышленной автоматизации.

Технические характеристики 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);

- программное обеспечение блока автоматического регулирования (БАР). Мезонин ввода аналоговый (МВА) обеспечивает ввод сигналов постоянного тока.

Мезонин вывода аналоговый (МВВА) обеспечивает вывод сигналов постоянного тока.

Мезонин ввода цифровой (МВЦ) обеспечивает ввод дискретных сигналов. Мезонин вывода цифровой (МВВЦ) обеспечивает вывод дискретных сигналов. Мезонин МИ 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 500 г.

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 перестраивать 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) 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 создания данного технического решения является расширение функциональных возможностей, получение качественно улучшенных характеристик, реализацию на современной элементной базе, с малыми массо-габаритными параметрами, приспособленного к эксплуатации в жестких климатических условиях, повышенной надежности и живучести.

Техническим результатом создания и отличительной особенностью заявляемого блока автоматического регулирования от аналогичных изделий является возможность его проектной компоновки, «тонкой настройки» под конкретный объект автоматизации.

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

Промышленная применимость

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

БАР обеспечивает выполнение следующих функций:

а) информационных:

1) сбор (измерение) аналоговых и дискретных сигналов от датчиков о состоянии технологического объекта (далее - ТО);

2) обмен информацией с внешними системами по цифровым каналам связи;

3) выявление и индикация отклонений аналоговых параметров от установленных значений;

4) регистрация (архивирование) измеряемых и рассчитываемых параметров, информации о событиях, очередности срабатывания защит, блокировок, состоянии механизмов, действиях операторов;

5) технологическая сигнализация;

6) вычисление комплексных параметров и показателей;

б) управляющих:

1) защита технологического оборудования;

2) управление системами безопасности (защитной, локализирующей, обеспечивающей);

3) автоматическое управление (блокировки);

4) дистанционное управление;

5) автоматическое регулирование;

в) вспомогательных:

1) диагностика состояния оборудования с применением специальных средств;

2) диагностика состояния аппаратных и программных средств автоматизации;

3) централизованное опробование защит и блокировок. Современная элементная база:

- встраиваемый одноплатный компьютер формате ЕТХ компании Kontron;

- программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) фирмы Xilinx Spartan3;

- стандарт ТСА.

Устойчивость к внешним воздействующим факторам

Вид климатического исполнения БАР - УХЛ4 по ГОСТ 15150, БАР сохраняет внешний вид и работоспособность при воздействии следующих климатических факторов:

- температура окружающего воздуха от плюс 1 до плюс 40°С;

- относительная влажность воздуха 80% при 25°С;

- атмосферное давление от 84,0 до 106,7 кПа (от 630 до 800 мм рт.ст.). БАР устойчив к воздействию вибраций до 25 Гц при амплитуде до 0,1 мм. БАР является сейсмостойким в трех пространственных компонентах при землетрясениях в диапазоне частот от 1 до 30 Гц с параметрами, приведенными в таблице 1, что соответствует 8 баллам на отметке 20 м по шкале MSK-64.

Наружные поверхности БАР устойчивы к дезактивирующим растворам следующего состава:

1-й состав:

- едкий натр - 50-60 г/л;

- перманганат калия - 5-10 г/л.

2-й состав - щавелевая кислота - 20-40 г/л.

Надежность БАР

Средняя наработка на отказ БАР не менее 500000 ч (в режиме дублирования).

Среднее время восстановления работоспособности - не более 1 ч (восстановление проводится путем обнаружения и замены неисправного БАР).

Средний срок службы БАР, при условии восстановления отказавших средств, не менее 30 лет, при соблюдении правил эксплуатации, оговоренных в соответствующей документации (критерием предельного состояния является невозможность восполнения ЗИП).

Средний срок сохраняемости без переконсервации - не менее 5 лет.

1. Блок автоматического регулирования (БАР) 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,

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 разъему ХР15 (ХР16),

отличающийся тем, что 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-модуль (USB FLASH MODULE), вход-выход которых соединены соответственно с шестым и седьмым входами-выходами USB2 и USB3 одноплатного компьютера, мезонин интерфейсный USB-Ethemet, 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 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 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.