автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Программно-технический комплекс с развивающейся структурой мониторинга состояния безопасности АЭС

Поваров Прохор Владимирович

ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС С РАЗВИВАЮЩЕЙСЯ СТРУКТУРОЙ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ АЭС

05.11.16- Информационно-измерительные и управляющие системы

(в машиностроении)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград -2011

Работа выполнена на кафедре «Вычислительная техника» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Волгоградский государственный технический университет»

Научный руководитель Муха Юрий Петрович,

доктор технических наук, профессор, Заслуженный работник Высшей школы РФ.

Официальные оппоненты: Шевчук Валерий Петрович,

доктор технических наук, профессор, филиал МЭИ в г. Волжском, зав. кафедрой «Автоматизация технологических процессов и производств»;

Крнвин Валерий Вольфович,

доктор технических наук, профессор, ВИТИ НИЯУ МИФИ,

зав. кафедрой «Информационные и управляющие системы».

Ведущая организация Всероссийский научно-исследовательский

институт атомных электростанций (ВНИИАЭС).

Зашита диссертации состоится <¿0 О? 2012г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д212.028.05 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005, Волгоград, пр. им. Ленина, 28, ауд. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан

.оз 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

Авдеюк О.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Опыт эксплуатации атомных электростанций (АЭС) выявил необходимость, а также широкие возможности совершенствования информационной поддержки оперативного и управляющего персонала. В связи с этим практический и научный интерес представляет совершенствование представления информации о технологическом процессе от штатных для ВВЭР-1000 (водо-водяной энергетический реактор) систем.

В отчете INSAG-3 МАГАТЭ (International Nuclear Safety Advisory Group (Международная консультативная группа по ядерной безопасности международного агентства по атомной энергии), концепция безопасности АЭС базируется на применении эшелонированной защиты. Согласно этой концепции основной смысл безопасной работы АЭС заключается в предупреждении неконтролируемого выхода радиоактивных продуктов за пределы барьеров безопасности. Эти барьеры обеспечивают защиту населения и окружающей среды от ущерба и каждый следующий барьер работает, даже если предыдущие барьеры полностью или частично повреждены. Перечислим эти защитные барьеры.

1. Топливная матрица.

2. Оболочки ТВЭЛов (тепловыделяющих элементов).

3. Граница первого контура.

4. Защитная оболочка или контейнмент.

Состояние защитных барьеров контролируется работой различных систем АЭС. Каждый из барьеров выполняет свои функции независимо от остальных. На самом последнем уровне, уже за пределами защитной оболочки АЭС, информация о радиационной обстановке собирается в пределах зоны наблюдения АСКРО (автоматизированной системы контроля радиационной обстановки), радиус которой составляет 30 км.

Например, Ростовская АЭС оснащена рядом штатных систем, контролирующих технологический процесс. Среди них основные:

- Информационно-вычислительная система "Комплекс - Титан 2" (ИВС);

- система внутриреакторного контроля (СВРК);

- автоматизированная система контроля нейтронного потока (АКНП);

- автоматизированная система радиационного контроля (АКРБ);

- автоматизированная система контроля радиационной обстановки (АСКРО).

Поскольку каждая из указанных систем обеспечивает контроль технологического процесса в разных областях (основное оборудование, состояние активной зоны, радиационная безопасность, радиационная обстановка и т.д.), для получения обобщенной информации с целью мониторинга безопасности АЭС особый интерес представляет:

- Возможность объединения информации, характеризующей состояние энергоблока от различных штатных для ВВЭР-1000 систем (ИВС, СВРК, АКНП, АСКРО) и её представление с помощью современных средств визуализации.

- Создание архива технологической информации от основных штатных систем и инструмента анализа событий на энергоблоке.

- Использование вычислительной сети АЭС в качестве основы для передачи технологической информации.

- Возможность создания мобильных рабочих мест для обеспечения контроля над состоянием энергоблока со стороны руководства АЭС.

Изложенное определяет разработку, создание и внедрение программно-технического комплекса мониторинга безопасности (ПТКМБ). обобщающего информацию о состоянии безопасности от разных систем АЭС и представляющего её в соответствии с принципами эшелонированной защиты, как актуальную задачу, направленную на обеспечение надежной и безопасной работы АЭС. Данная работа посвящена решению этой задачи.

Объектом исследования являются процессы развития программно-технического комплекса мониторинга безопасности Ростовской АЭС.

Целью работы является синтез оптимальной структуры развивающегося ПТКМБ. Для этой цели в работе должны быть решены следующие задачи:

1. Проведение анализа информационного пространства, описывающего технологические процессы АЭС;

2. Рассмотрение и критика существующих решений в области передачи и представления технологической информации АЭС;

3. Определение условий развития и критериев оптимальности развития сложной системы (ПТКМБ);

4. Получение графового представления структуры ПТКМБ на каждом из этапов развития;

5. Формирование уравнений развития ПТКМБ;

6. Детализация процессов передачи и представления данных в условиях обеспечения динамического стазиса ПТКМБ в виде системы уравнений преобразования информации;

7. Получение компонентов структурных уравнений преобразования информации, являющихся источниками погрешностей в работе ПТКМБ.

Методы исследования. Алгебраическая теория синтеза сложных систем, алгоритмические основы измерений, теория графов.

Научная новизна работы:

1. Дано определение процесса развития программно-технического комплекса мониторинга безопасности АЭС как процесса присоединения к его исходной структуре новых структурных компонентов, отражающих аппаратные и алгоритмические изменения, отличающиеся возможностью неограниченного наращивания числа функциональных выходов.

2. Впервые синтезирована модель развития программно-технического комплекса на базе исходной структуры информационно-измерительной системы с помощью формализмов экстремальных множеств, неделимых графов и оценок информационного согласования, отличающаяся системным использованием критериев сложности функциональной представимости для выбора модулей модифицируемой структуры, устранения гамаков, то есть перемычек между графовыми путями, содержащими выбранные модули и информационной мерой согласования в последовательных ветвях графовых соединений выбранных модулей.

3. Впервые предложена методика оценки устойчивости развития структуры программно-технического комплекса при реализации новых функций и при изменении состава технических средств, основанная на теоремах оптимальности структурной и алгоритмической устойчивости.

4. Определены компоненты алгоритмической (методической) подсистемы программно-технического комплекса для оценки вклада каждого из них в полную ме-

тодическую погрешность информационно-измерительной системы, отличающиеся иерархической взаимосвязью, что позволяет понижать сложность компонентов и упрощать метрологический анализ в рамках нахождения значений погрешностей.

Достоверность результатов исследования подтверждена строгим аналитическим обоснованием полученных теоретических положений и хорошим соответствием экспериментально полученной информации расчетным данным.

Практическая ценность работы заключается в том, что предложенный метод проектирования сложной развивающейся информационной системы и критерии оценки оптимума процессов развития позволяют наращивать функциональные возможности реализованного на Ростовской АЭС ПТКМБ, а также обеспечивают возможность его применения на других АЭС. в том числе - с принципиально разными энергоблоками (например, Калининская, Нововоронежская АЭС).

1. По результатам включения информации от штатных для АЭС систем реализован вывод обобщенной информации в соответствии с концепцией эшелонированной защиты.

2. Создан программно-технический комплекс мониторинга безопасности как средство формализации и обобщения информации о состоянии барьеров безопасности на основе данных от разнородных систем Ростовской АЭС.

3. Разработаны оптимальные экранные формы представления обобщенных параметров безопасности с возможностью детализации и представления на удаленных АРМ и мобильных устройствах руководства Ростовской АЭС.

4. Благодаря ПТКМБ в процесс сопровождения эксплуатации Ростовской АЭС вовлечено большое число технических наблюдателей, экспертов и технологов.

5. Оптимальная структура и состав технических средств ПТКМБ позволяет рассматривать его как типовое решение для применения на других АЭС.

Результаты проведенных исследований внедрены на первом и втором энергоблоках Ростовской АЭС, используются во внутреннем и внешнем аварийных центрах Ростовской АЭС, в Кризисном Центре ОАО «Концерн Росэнергоатом» (КЦ РЭА), включены в эксплуатационную документацию. Разработанный ПТКМБ и результаты диссертационного исследования использовались во время комплексных противоава-рийных учений с группой оперативной помощи атомным станциям (КПУ-2008 с группой ОПАС) на Ростовской АЭС, в КЦ РЭА и в ЦТП - центрах технической поддержки.

Положения, выносимые на защиту:

1. Метод синтеза сложной информационно-измерительной системы в форме программно-технического комплекса, основанный на модификации алгоритмической подсистемы комплекса, позволяет развивать структуру путем неограниченного наращивания числа функциональных выходов измерительной системы с помощью композиции исходной программной подсистемы с модифицирующими модулями.

2. Модель процесса модификационного развития сложной информационно-измерительной системы, синтезированная с помощью экстремальных множеств, позволяет формализовать структуры исходной подсистемы и модифицирующих компонент и содержит операции присоединения, что дает возможность совершать преобразования модели на основе критериев развития.

3. Критерии процесса развития структуры сложной информационно-измерительной системы, учитывающие функциональные, структурные и информационные особенности изменений, которые возникают при композиционной модификации, позволяют оптимизировать процесс развития за счет выбора разбиения модифи-

цирующей подсистемы на модули, однородные по сложности функциональной представимости; распределения образованных модулей на неделимой структуре и согласования распределенных модулей по информационным критериям.

4. Условие структурной устойчивости (S-устойчивости), алгоритмической устойчивости (А-устойчивости) и информационной устойчивости (I-устойчивости), основанные на теоремах о структурной и алгоритмической устойчивости развития и определении меры информационной согласованности позволяют использовать критерии оптимального развития в рамках модификации сложной информационно-измерительной системы с целью синтеза оптимальной структуры развивающейся системы.

Соответствие паспорту научной специальности Диссертационная работа по объекту исследования, по методам решения поставленных задач и по полученным результатам соответствует паспорту специальности 05.11.16 - «Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении), а именно пункту 1-«Научное обоснование перспективных информационно-измерительных и управляющих систем, систем их контроля, испытаний и метрологического обеспечения, повышение эффективности существующих систем», пункту 2-«Новые методы и технические средства контроля и испытаний образцов информационно-измерительных и управляющих систем», пункту 6-«Исследование возможностей и путей совершенствования существующих и создания новых элементов, частей, образцов информационно-измерительных систем, улучшение их технических, эксплуатационных, экономических и эргономических характеристик, разработка новых принципов построения и технических решений».

Апробация диссертационной работы. Основные положения и результаты работы докладывались на Межрегиональной научно-практической конференции «Молодые ученые России - теплоэнергетике» (Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 22-23 мая 2003 г), на Международном Молодежном Ядерном Конгрессе в Торонто (IYNC-2004, Oral Presentation, Toronto, Canada (12 мая 2004г.), на Четвертой Международной Научно-технической конференции «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики». (Москва, ВНИИАЭС, 16,17 июня 2004г.), на VII Международной научно-практической конференции «Безопасность ядерной энергетики», посвященной десятилетию пуска первого энергоблока Ростовской АЭС (Волгодонск, ВИТИ НИЯУ МИФИ, 22-23 сентября 2011г.), а также на научных семинарах кафедры ВТ ВолгГТУ.

Личный вклад автора. Аналитическое исследование процессов создания и развития сложной информационно-измерительной системы проводилось автором на основе обширного практического опыта, полученного с 2001 по 2011 год при создании и эксплуатации ПТКМБ на Ростовской АЭС. С 2008 года - в соответствии с задачами, поставленными научным руководителем Ю.П. Мухой. Кроме того, непосредственный личный вклад автора в работу состоит в следующем:

1. Подготовлено решение ОАО «Концерн Росэнергоатом» о внедрении ПТКМБ в КЦ РЭА.

2. Подготовлены данные о переходных процессах по время нарушения в работе э/б №1 Ростовской АЭС 07.11.2003.

3. Координация работ по модернизации ИВС энергоблока №1 в части передачи информации в ПТКМБ.

4. Разработаны алгоритмы определения в ПТКМБ обобщенных показателей безопасности АЭС.

5. Подготовлено отраслевое решение по реализации системы передани и представления данных 2 энергоблока Ростовской АЭС.

6. Обеспечено представление в ПТКМБ данных об аварии, моделируемой на полномасштабном тренажере (ПМТ), для проведения комплексных противоаварий-ных учений КПУ-2008 с группой ОПАС.

Публикации. По результатам данной работы имеется восемь публикаций (четыре из списка ВАК), список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка используемых источников из 109 наименований, 184 страниц текста, 22 иллюстраций , 17 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертации обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, определена цель работы, приведены положения, составляющие научную новизну работы и являющуюся предметом защиты.

Первая глава посвящена обзору современных средств и методов сопровождения эксплуатации АЭС, а также постановке задачи исследования. Рассмотрены общие подходы и технические средства диагностики состояния безопасности отдельных энергоблоков и АЭС в целом, реализованные на иностранных и отечественных атомных электростанциях. Анализ информационного пространства Ростовской атомной станции показал широкое разнообразие технологических процессов, а также большое количество разнородных параметров, подлежащих контролю. Для синтеза оптимальной системы мониторинга безопасности, проведен анализ существующих систем, обобщающих информацию о состоянии технологического процесса на АЭС. В результате были выявлены сильные стороны существующих подобных систем, а также их недостатки по сравнению с ПТКМБ, созданным и продолжающим свое развитие на Ростовской АЭС.

Сделан вывод о необходимости разработки, создания и внедрения типового средства мониторинга безопасности российских АЭС с ВВЭР-1000 с возможностью наращивания функциональных возможностей и состава технических средств.

Сформулированы основные задачи диссертационной работы.

Во второй главе рассмотрено развитие структуры ПТКМБ с использованием алгебраической теории синтеза сложных систем. Введены основные определения для формализации процессов изменения сложной системы, каковой является ПТКМБ.

Поскольку ПТКМБ - безусловно, сложная система, к тому же подвергающаяся постоянному развитию, основная задача оптимизации процессов развития - сохранение исходной системной функции.

Представим сложную систему ПТКМБ в виде:

8МВс<{1Рг|}х{РО^}х{КВ1е}х{5Рк}к=^х{51с}к=1^> (1)

Тогда с математической точки зрения обобщенное уравнение развития системы мониторинга 8Мон может быть записано следующим образом:

5модс8исхА8исхДПД8исхКДДУАК(8„сх)АУАЯ(5исх)дпДУАК(8ИсХ)кд} (2)

где 8Исх- структура системы, адекватная исходной системной функции;

8исхДП - структура, присоединенная к исходной, адекватная диссипативному процессу;

8ИсхКД - структура, присоединенная к исходной, адекватная процессу, компенсирующему процесс диссипации;

УА^Бисх) - вариация структуры, адекватная вариации исходной системной функции ЙНисх в процессе её развития (модификации);

УАЩБисх)дп - структура, присоединенная к модифицированной, адекватная диссипативному процессу в модифицирующей подсистеме;

УАЩБисх) кд - структура, присоединенная к модифицированной, адекватная процессу компенсации диссипации;

Д - символ структурной операции присоединения.

Анализ полученных уравнений и рассмотрение примеров развития и деградации через диссипацию наблюдаемого объекта позволили автору сформулировать следующие тезисы:

Тезис 1. Любая система существует лишь в рамках динамического процесса.

Тезис2. Динамический стазис есть форма существования сложной системы при условии диссипации внутренней энергии и компенсации этих потерь с помощью дополнительных источников энергии и информации за счет присоединения дополнительных системных компонентов.

ТезисЗ. Мерой диссипации внутрисистемной энергии является рост энтропии на системных информационных потоках из-за невозможности реализации гипотетической канализации информации.

Тезис4. Динамический стазис можно реализовать при условии постоянного развития сложной системы.

Полученные тезисы и необходимость сохранения системной функции ПТКМБ и динамического стазиса на этапах развития позволяют определить следующие критерии развития системы.

Определение 1. Алгоритмическая устойчивость (А-устойчивость) это неизменность реализуемой системной функции БР.

Определение 2. Структурная устойчивость (С-устойчивость) - это неизменность определения элементов (блоков, модулей), несущих некоторые функции, и связей между ними.

Определение 3. Информационная устойчивость (1-устойчивость) - это неизменность пакетов упаковки, то есть кодов интерфейсов связи между компонентами системы и внешних входов-выходов.

Предложенная в работе процедура оптимизации схемы развития, содержит шаг оптимизации, который основывается на двух теоремах:

Теорема 1 (оптимизация по условию С-устойчивости).

Если системная функция БИ распределена на множестве наименьшей внешней устойчивости, образованном на исходном множестве элементов системы, то её развитие путем расширения с помощью неразделимых структур оптимально и структурно устойчиво.

Теорема 2

Если системная функция 8Р' сформирована по принципу

БР' = 8РоА8Рм или по принципу 8Р' = 8Р0А8РД,

а 8РМ или 8РД допускают преобразование путем блочно-функционального распределения с оптимизацией по критерию однородности сложности функциональной представимости, то 8Р' оптимальна и А-устойчива.

В третьей главе разработана структура ПТКМБ путем синтеза ранее определенных компонентов. Кроме информативных параметров, их предельных значений и

функций (критериев) безопасности, в состав модели ситуации мониторинга входит системная функция 8РСм всего ПТКМБ.

На основании анализа информационного пространства, с учетом особенностей измерительных каналов и состава технических средств, целесообразно разделить семейство {1Р} на четыре зоны:

а) контроль технологических параметров энергоблока№1;

б) коммерческий учет электроэнергии;

в) данные ПМТ;

г) автоматизированная система управления технологическим процессом АСУТП энергоблока №2.

Кроме информативных параметров, их предельных значений и функций (критериев) безопасности в состав модели ситуации мониторинга входит системная функция БРсм системы мониторинга. Эта функция до настоящего момента претерпела несколько этапов модификационного развития.

Для того, чтобы оценить эффективность произведенных модификаций, рассмотрим начальную форму системной функции БРсм'- Графовое изображение структуры ПТКМБ на начальном этапе развития имеет вид:

Системная функция SFcm' при этом представлена следующим образом:

{А.*ВАри} = RbaphRap~|

>- RKRCPRIIICRkbcR[P{ Yip(t)}, (4)

{^-*вти} = Квти^оп J

где R-ивс с Rkpb х Rkhh * Rkpo х Rbpk>

Yn>(t) с {1Р}крб X {1Р}кнп х {1Р}кро X {1Р}врк, Rip с Ripkpb х Ripkhti х Ripkpo х Ripbpk

где Х*вари - функция формирования архивной информации;

Х*вти - функция представления оперативной информации через ее визуализацию.

Rip - вектор операций преобразования первичной информации для осуществления косвенных измерений параметров, соответствующих пространствам информативных параметров Yn>(t);

Rhbc - вектор измерительных преобразований информативных параметров и приведения их к виду, удобному для информационного преобразования в рамках субвекторов Rkpe, Rkhn. Rkpo и RbpkJ

Riuc - преобразования с целью конвертирования измерительной информации в единый формат с помощью файла копирования (на уровне шлюзов передачи данных);

Rcp - вектор-операция преобразования информации с целью предварительной подготовки данных в соответствии с уставками и таблицами допустимых значений на сервере ПТК МБ;

Rk - операция многомерного многоканального коммутирования;

Rap - вектор-операция формирования архива;

Ron - вектор-операция подготовки данных (оперативных значений параметров) для доступа;

Rbaph - вектор-операция представления архивной информации для доступа со стороны пользователей (высшее руководство АЭС, дежурные инженеры кризисных центров, члены экспертных групп);

Rbth - вектор-операция представления оперативной информации, рассчитанных обобщенных показателей, построенных графиков.

Укрупненно алгоритм оценки A- S- и I- устойчивости выглядит следующим

Рисунок 1 - Оценка A- S- и I- устойчивости ПТКМБ

Здесь {SF} - совокупность системных функций модифицированной системы;

Ssf- структура, на которой распределена совокупность {SF}, полученная в результате модификации СМБ;

{BFRsf} - совокупность системных функций, подвергнутая процедуре блочно-функционапьного распределения [3];

{SFom-} - операция критериальной проверки при поиске оптимального варианта БФР по сложности функциональной представимости с целью оценки А-устойчивости;

SsForn- - структура СМБ, адекватная оптимальному блочно-функционапьному распределению;

NDSsFonT - проверка неделимости структуры SSFonT с целью оценки структурной устойчивости (S-устойчивости);

lUNDssFonT - проверка информационной устойчивости варианта структуры, обладающей А- и S- устойчивостями;

REZust- комплексная оценка модифицированного варианта системы, обладающего всеми формами устойчивости.

Для каждой из областей контроля технологического процесса определим множество наименьшей внешней устойчивости с помощью алгоритма Бержа таким образом, чтобы внешняя функция не изменялась. В соответствии с [3] полученная структура оптимальна по критерию однородности сложности функциональной представимости компонентов, что сопровождается уменьшением числа элементов структуры. Воспользуемся операциональным приемом и составим спецификацию функций-сверток (SFj), реализуемых всеми элементами всех подсистем следующим образом. При соблюдении полученного распределения функций по модулям структуры системы мониторинга можно компоновать неделимую структуру с учетом подфункций стыковки модулей, то есть отвечающую требованиям S-устойчивости. В соответствии с алгебраической теорией синтеза сложных систем [4] структура, собранная из S-устойчивых фрагментов, тоже является S-устойчивой.

образом:

Информационные оценки сообщений, формируемых в элементарных каналах, для проверки I - устойчивости, можно определить:

ЩЛ^Л^ЬЕ^ШМ; " 5 Р(МА)

= Р, (Mjlog.PCW,);

м-)= т(Мвех).

> (5)

Здесь:

МА - модуль, принадлежащий А - устойчивой структуре, являющийся источником сообщения;

Мв - модуль, принадлежащий А - устойчивой структуре, являющийся приемником сообщения;

[{МЛ),{МН)] - канал передачи сообщения, принадлежащий S - устойчивой структуре.

Таким образом, последовательное представление результатов работы всех подсистем системы мониторинга безопасности с точки зрения А-устойчивости, S-устойчивости позволило организовать процесс переработки измерительной информации в рамках сформированных «равносложных» функциональных модулей (А-устойчивость). На структуре, которая состоит из неделимых каналов, то есть не может дробиться на подканалы при недопущении «гамаковых» связей (связей с паразитными потоками), достигнута S-устойчивость. При этом сформулированы условия взаимодействия неделимых каналов, на которых реализована «равносложная» обработка информации. Эти условия вытекают из правил преемственности формирования сообщений от одной неделимой структуры к другой с помощью определения информации, соответствующей сообщению (событию) на входе в неделимый канал, и передаваемой по неделимому каналу.

В этом случае информационная устойчивость (I-устойчивость) достигается при тождестве информационных мер сообщения, следующего через элемент выхода некоторого канала на вход элемента, принадлежащего смежному (сопрягаемому) каналу.

Таким образом, среднее количество информации

т >6 т

Io = -nX/>*logM = -14£ РкlogРк, отсюда log L = -п£РкlogРк,

*=1 *=i *=i

или = -nYPk log Рк и далее I]og(^i) = |;niogW-

ДKB п AKB ¿=|

Одновременно: „ = _

£ Рк log Рк

1 log(N шах/ АКБ) Если Pk=-=P, TO П =--—-:-j-,

" ffj* — log

n n

т log Z, . . _ N max ,

Теперь n =--s-, гдеюеЬ =-= В, (6)

'"(-log,,) MB

n

_ Bn . В

Отсюда n =-, или log, n = —.

m log,« " m

Тогда число разрезов в изображении параметра для выполнения условия I-устойчивости равно:

н

п> 2"'.

При подстановке значений В, соответствующих конкретным АЦП из состава ИВС Ростовской АЭС (для АЦП МТС-01Ф Nmax = 20мВ, Дкв= 0,ЗЗмВ), получается п > 13. Реально принято п = 14.

В четвертой главе приведены теоретические выкладки, направленные на дальнейшую декомпозицию и детальное представление компонентов ПТКМБ в аналитическом виде. Полученные структурные уравнения позволяют формализовать элементарные каналы передачи информации для установления причин появления и размеров методических погрешностей, определяемых несовершенством используемых алгоритмов.

Для всех областей контроля технологического процесса структурные уравнения передачи измерительной информации записываются на основе операционного метода [4] по структурам, полученным после достижения алгоритмической, структурной и информационной устойчивости. Для подсистемы передачи и представления технологической информации система структурных уравнений передачи имеет вид:

^*(ВТИ)(0 = RB™(K3,RB™(CP>RBT1WHBC-M(t),

^■*(APM)(t) = RAPM(K3)RAPM(CP)RAPM(K 1 )7ивс-м(0,

л* /*\ — D ВАРИ рВАРИ „ВАРИ /t4

Л (ВАРИД!) _ К- (КЭ)К (СР)К (K1)YHBC-MW>

^*(ВТИДБ)(0 = ЯВТИДБ(ВТИДБ)ЯВТИДБ(К5) JRв™ЛБ(А.^ 1 yf/ec_(, (г)

V^^'Wi'),

У (7)

Подобного представления потоков измерительной информации недостаточно для получения конкретных значений погрешностей результата измерения по какому-либо потоку сигналов. Поэтому целесообразно осуществить расширение операций Я( )(; по методике, изложенной в [4]. Для этой цели использованы таблицы замещения, полученные в предыдущей главе.

Полученные расширенные системы уравнений учитывают все компоненты системных подфункций:

- ^*(вти> - визуализация текущей технологической информации;

- ^*(вари> - визуализация архивной технологической информации;

- ^*(арм> - визуализация технологической информации на удаленных АРМ;

- дублирующая схема передачи технологической информации.

Функция полной погрешности при визуализации технологической информации ДА.*(вти)(1) может быть записана следующим образом:

рВТИ рВТИ рвти т

ср К шл к К1 фИВС-мШ -

Аналогичным образом получены функции для всех информационных зон, определенных в предыдущей главе.

Полная погрешность ПТКМБ включает в себя очень большое количество источников, способных вызвать погрешность результатов измерений. Наибольший интерес для анализа полной погрешности ПТК представляет подход, в соответствии с которым полная погрешность есть сумма

Где Дптк^О)- полная погрешность комплекса в рамках рассматриваемой подсистемы. Например - подсистемы измерений технологических параметров;

Аин^О) - полная инструментальная погрешность результата измерений технологических параметров (в данном примере);

Дмет^О) " полная методическая погрешность результата измерений технологических параметров (в данном примере).

В соответствии с постановкой задачи исследования, значения инструментальной погрешности приняты равными значениям погрешности, инициируемой источниками инструментальной базы информационно-измерительных систем ИВС-М, АСКРО, АКНП, СВРК, АКРБ. В этом случае будем считать, что полная методическая погрешность вызывается неадекватностью, конечностью выборки и нелинейностью методического обеспечения (алгоритмами) всех этапов преобразования измерительной информации при шлюзовании, пакетировании, архивировании, визуализации и так далее.

Уравнение полной методической погрешности в зависимости от полных методических погрешностей компонентов измерительной функции Х*(ВТИ)(1) можно представить следующим образом:

При формировании файла текущих значений параметров (Яср, Яшл), уравнение формирования погрешности можно раскрыть следующим образом:

При анализе процессов преобразования информации в ПТКМБ с помощью полученных соотношений можно определить конкретные значения формируемых ПТКМБ погрешностей.

Алгоритм формирования извлечения параметров из передаваемого от ИВС-М файла формализуется следующим выражением:

Например, погрешности Дшля*(вш) (0 и ДСр¿*(ли) О на этапе формирования текущих значений параметров вызываются округлением параметров при преобразовании из формата ivs-l.dat в формат НпапЬ*, при этом аналоговые параметры при преобразовании из формата ivs-l.dat в формат ШалЬ* могут терять значащие цифры, т.к. формат исходный формат ШапЬ* хранит вещественные числа в упакованном виде (16 бит), поэтому, например, значение 234.567 может округляться до 235.

ДппА*^) = Дин^ (1)+ Дмет^

Д^*(вти)(1)=Двти^*вти(0+Дкз^*вти(1)+Дфрп^*(вти)(1)+Дк2^*(вти)(1)+ +ДсрА.*вти(0+ +Дшл^*(вти)(0+ ЛкЛ*(вти)(0

(9)

(10)

Таким образом, вносимая данной операцией относительная методическая погрешность составит около 0,18 %.

Остальные компоненты выражения (10) влияют на погрешность лишь в пределах округления в машинном коде. Для операций преобразования самая значительная величина погрешности, соответствующая операциям чтения/записи в машинные переменные типа Single, составляет 1,19Е-05%, а значит погрешности, порождаемые неточностью использованных машинных кодов пренебрежимо малы.

В пятой главе приведена информация по внедрению ПТК МБ на объектах Ростовской АЭС и в КЦ РЭА. Описаны состояния системы при поэтапном наращивании состава технических средств для включения информации от дополнительных систем-поставщиков данных, внедрения отказоустойчивых резервированных компонентов и реализации дополнительного функционала. Описаны эксперименты и практика использования разработанного средства в КШУ, а также результаты анализа реальных переходных процессов на энергоблоке Ростовской АЭС, в том числе с нарушением условий безопасной эксплуатации.

Согласно вышеприведенным положениям

Получение вариации модификации на IV этапе развития можно определить в соответствии с соотношением:

SF|V\SF| = ASFMC№ которое представляет собой теоретико-множественное дополнение. Таким образом:

{SF'bарикуэ/§Р11армкуэ/8Р111оп^куэ/8Ргуаропкуэ с <Rm ...R,...R1>;

SF втипмт/SF опдпмт/SF с <Rk... R,.. R,>; (11)

SFAPXJIMT С <R|... Rj... Ri >;

SF AC-2APm/SF AC-2BTh/SF AC-20IW/SF АС-2АРОП С <Rn... Rj...R] >.

В сентябре 2008 г. на Ростовской АЭС прошли комплексные противоаварий-ные учения (КПУ) с привлечением группы оказания экстренной помощи атомным станциям (ОПАС). Возможности ПТКМБ при этом позволили сформировать чрезвычайную ситуацию в модели и в целом оценить качество модификационного развития. Роль экспериментального стенда при таком режиме работы ПТКМБ выполнял ПМТ.

В 2009 году состоялся физический пуск энергоблока №2 Ростовской АЭС. К этому моменту информация обо всех технологических процессах имелась на рабочих местах кураторов основных цехов, что позволило эффективно сопровождать этапы горячей обкатки и испытаний на мощности, выхода на проектную мощность. К настоящему моменту информация о работе оборудования энергоблока №2 включена в действующую систему представления технологических параметров Ростовской АЭС, архив технологических данных также ведется с начала эксплуатации.

В настоящее время проводятся работы по дальнейшему наращиванию объема обрабатываемой информации, реализации дополнительного функционала, продолжается развитие структуры ПТКМБ.

- Интеграция с задачей «Рапорт НСС» для формализации процедуры приема-сдачи смены АЭС;

- Реализация «упреждающей режимной диагностики» на основе тренда увеличения амплитуды и частоты отклонений технологических параметров (рост дисперсии);

- Учет времени работы, циклов срабатывания оборудования за выбранный период для управления ресурсом оборудования;

- Функция «расчет ТЭП» предназначена для расчета и анализа технико-экономических показателей (ТЭП) основного и вспомогательного оборудования Ростовской АЭС;

- Система обобщенного представления информации о работе Калининской АЭС через ^МеЬ-интерфейс (1-2 блок ВВЭР-1000/338, 3-4 блок ВВЭР-1000/320).

Содержательное представление модификационной вариации представлено на рисунке 2.

Рисунок 2 - Развитие структуры ПТКМБ от исходного к текущему состоянию

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработан метод синтеза сложной информационно-измерительной системы с развивающейся структурой в форме программно-технического комплекса, основанный на модификации программной (цифровой) подсистемы комплекса, позволяющий неограниченно наращивать число функциональных выходов измерительной системы с помощью композиции исходной программной подсистемы с модифицирующими модулями.

2. Получена модель процесса модификационного развития сложной информационно-измерительной системы, разработанная на основе теории экстремальных множеств, которая позволяет представлять структуры исходной подсистемы и модифицирующих компонент, а также содержит операции присоединения, что дает возможность формальных преобразований модели в соответствии с используемыми критериями развития.

3. Сформулированы критерии процесса развития структуры сложной информационно-измерительной системы, учитывающие функциональные, структурные и информационные особенности изменений, возникающие при композиционной модификации и позволяющие оптимизировать процесс развития за счет выбора разбиения модифицирующей подсистемы на модули, однородные по сложности функциональной представимости; распределения образованных модулей на неделимой структуре и согласования распределенных моделей по информационным критериям.

4. Сформулированы условия структурной устойчивости (Б-устойчивости), алгоритмической устойчивости (А-устойчивости) и информационной устойчивости (I-устойчивости) процесса развития, основанные на теоремах о структурной и алгоритмической устойчивости и определении меры информационной согласованности, позволяющие использовать критерии оптимального развития в условиях модификации сложной информационно-измерительной системы и синтезировать оптимальную структуру развивающейся системы.

5. Создана структура программно-технического комплекса для мониторинга состояния безопасности Ростовской АЭС, полученная объединением подсистем: измерения радиационной безопасности, внутриреакторного контроля, контроля нейтронных потоков, радиационной обстановки 1 и 2 блоков Ростовской АЭС, а также подсистемы полномасштабного тренажера, отличающаяся увеличением числа выходных каналов, числа вариантов представления выходной информации и разнообразием единиц измерения, что достигнуто дополнительным синтезом пятнадцати модулей обработки измерительной информации совместно с шестью исходными.

6. Реализован метрологический анализ сложного измерительного комплекса, основанный на исследовании источников, вызывающих погрешности результатов измерений в методической подсистеме программно-технического комплекса, методом операционного подхода формализации уровней погрешности, отличающимся иерархическим понижением сложности соотношений, позволяющих рассчитывать величину погрешности конкретных элементов комплекса.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1.Поваров П.В. Комплекс программно-технических средств для управления противоаварийными действиями на Волгодонской АЭС[Текст]/П.В.Поваров// Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Машиностроение и энергетика. -Новочеркасск -2004.Прил.№5.-С.11-15.

2. Поваров П.В. Развитие системы представления технологических данных в локальной вычислительной сети Волгодонской АЭС[Текст]/П.В.Поваров/ Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки, -Новочеркасск 2008г. Спецвыпуск- С.74-78.

3. Поваров П.В. Критерии оптимизации развивающейся систе-мы[Текст]/Ю.П.Муха, П.В.Поваров/ Известия ВолгГТУ. Серия: Электроника, измерительная техника, радиотехника и связь. -2011 №6(79). -вып. С. 56-61.

4. Поваров П.В. Метод проектирования развивающейся структуры сложной системы мониторирования[Текст]/Ю.П.Муха, П.В.Поваров/ Известия ВолгГТУ. Серия: Электроника, измерительная техника, радиотехника и связь. -2011 №6(79). -вып. С. 69-75.

Публикации в других изданиях

5. Поваров П.В. Программно-аппаратный комплекс формирования и анализа архива технологических параметров 1-го энергоблока Волгодонской АЭС [Текст]/П.В.Поваров/Материалы Четвертой Международной Научно-технической конференции. «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики» ВНИИ АЭС, 16-17 июня, -Москва, 2004 Программа и тезисы докладов. - с. 65-69.

6. Povarov P., Emergency Control Tools used at Volgodonsk NPP. International youth nuclear congress[TeKCT]/P.Povarov/ IYNC Toronto, Canada. Oral Presentation. Report transactions, jun 10-14, 2004, pl59.

7. Поваров П.В. Концепция создания на базе штатных систем ВВЭР-1000 программно-технического комплекса мониторинга безопасности с функциями Системы Представления Параметров Безопасности.[Текст]/П.В.Поваров/Материалы тематической конференции МОЯОР «Информационные технологии в атомной энергетике», 2005г. Сборник докладов- С.24-28.

8. Поваров П.В. Оптимизация развивающейся системы представления параметров АЭС.[Текст]/П.В.Поваров/ Тезисы докладов VII Международной научно-практической конференции «Безопасность ядерной энергетики», посвященной десятилетию пуска первого энергоблока Ростовской АЭС., 22-23 сентября -Волгодонск, 2011.-С.5-8.

Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах: Г3.41 -разработка методики проектирования сложной системы мониторирования, синтез и анализ уравнений развития, критериев устойчивого развития и алгоритма оценки алгоритмической, структурной и информационной устойчивости сложной системы.

Основные научные результаты и рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе и публикациях, получены автором самостоятельно и под руководством научного руководителя.

Подписано в печать 20.01.2012 Отпечатано в ЗАО «Волгодонское полиграфобъединение» 347360, Волгодонск, ул. Волгодонская, 20. Заказ № 666. Тираж 100

! \ 18.

^ -8861

2012099451

2012099451