Повышение качества управления производственным процессом на основе средств распределенного контроля состояний оборудования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Архангельский, Сергей Борисович

• Архангельский, Сергей Борисович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Архангельский, Сергей Борисович

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ СПЕЦИФИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Основные характеристики и особенности средств обеспечения безопасности современных специфических производств на примере атомных электростанций (АЭС).

1.2 Обобщенная архитектура систем контроля состояний АЭС.

1.3 Обоснование построения многоуровневой системы контроля состояний оборудования АЭС на основе дополнительного контура контроля безопасности электрооборудования АЭС.

1.4 Постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЙ АСУ ТП АЭС (ИНФРАСТРУКТУРЫ АЭС) КАК ФАКТОРА ПОВЫШЕНИЯ ОБЩЕГО

УРОВНЯ БЕЗОПАСНОСТИ.

2.1 Обобщенная модель принятия решений при реализации дополнительных контрольно-диагностических процедур для АСУ ТП АЭС верхнего уровня.

2.2 Функциональная модель процесса принятия решений при реализации контроля состояний АСУ ТП АЭС как фактор повышения качества общей системы безопасности АЭС.

2.3 Повышение уровня безопасности специализированного комплекса электрооборудования АЭС на основе реализации моделей с использованием теории надежности.

2.4 Выводы по главе.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РЕАЛИЗАЦИИ МНОГОУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЙ АЭС, НА ОСНОВЕ РЕАЛИЗАЦИИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО КОНТУРА КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЙ

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АЭС.

3.1 Определение методов и средств интеграции модулей многоуровневой системы контроля состояний электрооборудования АЭС.

3.2 Алгоритмы процесса принятия решений при реализации дополнительного контура безопасности электрооборудования АЭС.

3.3 Разработка средств визуализации контроля состояний оборудования

АЭС в рамках многоуровневой системы безопасности.

ГЛАВА 4. СПОСОБЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ АЭС НА ОСНОВЕ МНОГОУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЙ.

4.1 Структура реализации многоуровневой системы контроля состояний оборудования на конкретной АЭС.

4.2 Встраивание процедуры принятия решений на основе экспертной системы как подсистемы обеспечения безопасности АЭС.

4.3 Определение экономической эффективности при применении многоуровневой системы контроля состояний,оборудования АЭС как фактора повышения уровня безопасности.

4.4 Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение качества управления производственным процессом на основе средств распределенного контроля состояний оборудования»

Выработка электроэнергии, как основы энергетического ресурса в развитых странах, является одним из стратегических приоритетов в контексте обеспечения и управления общей системой безопасности.

Хотя в данной работе рассматриваются исследования и конкретные предложения по повышению уровня надежности и управления безопасностью таких энергетических систем, как атомные электростанции (АЭС), основные методические и программные решения могут быть применимы к любой другой энергетической системе.

В последние десятилетия основным компонентом энергосистем стали системы получения электроэнергии на основе работы АЭС является ядерный реактор (ЯР), в котором благодаря процессу управляемого термоядерного синтеза и происходит выработка электроэнергии.

Важнейшим компонентом работы АЭС является обеспечение безопасности всех процессов, построенной на системе контроля основных параметров процесса преобразования энергии. При этом основную роль играет система внутриреакторного контроля (СВРК). СВРК — это система контроля ядерного реактора, которая даёт сведения о параметрах и характеристиках активной зоны преобразования энергии, необходимых для обеспечения проектного технологического безопасного режима эксплуатации ядерного реактора. Основная задача при этом — обеспечение безопасной эксплуатации ядерного топлива на основе восстановление поля энерговыделения в объёме активной зоны[33],[34]

Развитие СВРК началось в 70-х годах прошлого века (СВРК 1-ого поколения) и в середине 80-х СВРК стала штатной системой, без которой запуск ядерного энергоблока, с точки зрения безопасности, стал невозможен.

Эволюция системы безопасности реактора привела к созданию новой, модернизированной системе внутриреакторного контроля - СВРК-М. Это современные СВРК нового поколения, которые вобрали в себя все положительные характеристики СВРК предыдущих поколений и построены на базе последних достижений в сфере программно-технических средств и информационных технологий. Данные системы ставятся на действующих энергоблоках как в реакторах типа ВВЭР-440, так и в реакторах типа ВВЭР-1000 при проведении мероприятий по модернизации оборудования в связи с продлением ресурсов и/или повышением установленной номинальной мощности реактора[5],[10],[20]. В настоящее время на разных энергоблоках реакторов типа ВВЭР в РФ и за рубежом эксплуатируются СВРК нового поколения разных модификаций, поставляемых разными изготовителями, как относительно программного обеспечения, так и относительно технических средств. Однако общими принципиальными характеристиками всех СВРК нового поколения, в основном, являются[3] [23]:

-существенное расширение количества обрабатываемой цифровой и аналоговой информации за счет подключения большого объема новых каналов контроля и обмена информации с другими блочными системами и подсистема контроля и управления для обеспечения комплексного анализа текущего состояния и прогнозирования развития процессов в активной зоне реактора в целом;

-повышение быстродействия за счет применения более совершенных функциональных блоков обработки сигналов и специального программного обеспечения для устранения эффектов запаздывания;

-повышение точности измерения показателей за счет использования, как первичных преобразователей, так и измерительной аппаратуры более высоко класса точности, а также усовершенствованных алгоритмов обработки;

-повышение надежности за счет выполнения аппаратуры в соответствии с требованиями, предъявляемыми к системам защиты, применения надежных операционных систем и введения развитых процедур самодиагностики;

-расширение функциональных возможностей, включая защитные и управляющие функции.

Но такая модернизация уже на этапе пусконаладочных работ и введения системы в опытную эксплуатацию определила следующие проблемы[6],[40], [46]:

1 Сложность диагностирования причины возникновения внештатной ситуации и/или отказа из-за отсутствия централизованной системы сбора и анализа информации;

2 Отсутствие единой системы диагностики и мониторинга важных узлов СВРК при недостаточных средствах визуализации состояний оборудования, в том числе отображения состоянии технических средств верхнего уровня на экране монитора БЩУ;

3 Недостаточный уровень подготовки оперативного персонала для работы с техническими средствами данного профиля и как следствие большая вероятность влияния человеческого фактора при экспертизе и принятия решений в случае возникновения внештатной ситуации;

4 Закрытые программные интерфейсы работы с оборудованием;

5 Отсутствие тесной интеграции прикладных программных подсистем с операционной системой (ОС) сервера, либо данная интеграция была реализована под узкий набор проприетарных операционных систем.

Актуальность

В представленной диссертации предлагается решение актуальной задачи по устранению ряда существующих недостатков по обеспечению управления системой контроля безопасности работы энергетических систем (на примере АЭС), как средства повышения качества и надежности системы безопасностью атомных реакторов в целом.

Цель работы

Целью работы является минимизация негативного воздействия человеческого фактора на процесс принятия решений в случае нештатных ситуаций и повышение качества управления системой безопасности работы энергоблоков энергетических систем (на примере АЭС), на основе создания автоматизированной централизованной системы мониторинга и диагностики технических средств.

Задачи исследования

Для достижения цели в работе были поставлены следующие задачи:

1. Анализ развития технических и программных средств СВРК с целью определения факторов, влияющих на безопасность эксплуатации энергоблоков АЭС.

2. На основе принципов классификации систем мониторинга разработка архитектуры системы диагностики в виде взаимодействия программных модулей, приложений и протоколов обмена данными.

3. Разработка моделей обеспечения единого мониторинга состояний энергоблока АЭС, с включением дополнительного уровня обеспечения безопасности АЭС на основе автоматизированной подсистемы принятия решений.

4. Разработка алгоритмов и программно-аппаратной компоненты по реализации системы единого мониторинга состояний энергоблоков АЭС.

5. Разработка методики интеграции системы единого мониторинга в структуру общей системы безопасности АЭС, как фактора повышения уровня управления и надежности системы безопасности.

6. Определение практической и экономической целесообразности применения разработанных в диссертации положений по повышению уровня безопасности работы АЭС.

Научная новизна работы заключается в: разработке метода повышения надежности и безопасности функционирования энергетической системы (на примере АЭС) на основе автоматизированной подсистемы принятия решений с учетом выделения зон приоритетов для сигналов состояния оборудования, как средство предотвращения аварийных ситуаций;

- разработке архитектуры единого мониторинга энергетической системы с включением дополнительного контура контроля состояний оборудования как фактора повышения качества управления всей системой безопасности оборудования.

Методы исследования

Теоретические исследования базировались на структурных моделях организации процесса мониторинга состояний, моделях прогнозирования состояний оборудования энергоблоков АЭС, в контексте процессов принятия решений, а также были использованы методы процедурного и объектно-ориентированного проектирования (декомпозиции, абстракции), концепции объектно-ориентированного программирования и методы разработки программного обеспечения.

Практическая значимость работы

Полученные в диссертации результаты, в виде методики интеграции системы единого мониторинга состояний энергоблоков в структуру общей системы безопасности АЭС, повышают надежность системы безопасности и позволили повысить качество принятия решений при возникновении нештатных ситуаций.

При этом достигается ряд преимуществ: сокращение итогового времени проектирования и разработки программного обеспечения по системе безопасности, упрощение интеграции компонентов контроля состояний энергоблоков АЭС. Разработанные в диссертации диагностическое программное обеспечение верхнего уровня (ДПОВУ) и методика мониторинга внедрена на Балаковской АЭС, а модели мониторинга используются в учебном процессе при подготовке специалистов ГОУ ВПО МГТУ «Станкин» по специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств».

Апробация работы

Теоретические и практические результаты, полученные автором, докладывались на заседаниях кафедры «Компьютерные Системы управления» МГТУ «Станкин», на XII научной конференции МГТУ «Станкин» «Математическое моделирование и информатика» (2009 г.), Международном форуме информатизации МФИ-2008 и XVII международной научно-технической конференции «Информационные средства и технологии»(2009 г.).

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Архангельский, Сергей Борисович

ГЛАВА 5. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1.Решена задача повышения уровня надежности и - безопасности функционирования энергетической системы на основе применения процедуры принятия решений, с учетом приоритетов сигналов состояния оборудования, разделенных по степеням возможного риска при возникновении нештатных ситуаций.

2.Установлены функциональные связи и степень их ответственности между уровнями безопасности энергетической системы, что позволяет настроить и сконфигурировать среду мониторинга состояний, на основе введения дополнительного контура контроля состояний оборудования АСУ ТП ВУ, достигнув требуемого повышения качества управления безопасностью всей системы.

3.Предложены модели определения повышения надежности и безопасности функционирования энергетической системы на основе применения теории надежности и методов компьютерной поддержки принятия решений.

4.Разработан метод интеграции дополнительного контура контроля состояний оборудования АСУ ТП ВУ в общий механизм мониторинга энергетической системы.

5.Разработан программно-аппаратный комплекс по реализации моделей и методов интеграции дополнительного контура контроля состояний оборудования АСУ ТП ВУ в среде мониторинга энергетической системы.

6.Доказана экономическая целесообразность и реализовано практическое внедрение результатов диссертационной работы на Балаковской АЭС 2-й блок (см. Приложение 2), что позволило снизить количество ложных отказов, и сняло повышенную нагрузку с операторов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Архангельский, Сергей Борисович, 2010 год

1. Атре Ш. Структурный подход к организации баз данных. М.: Финансы и статистика, 1983. - 320 с.

2. Архангельский С.Б. Повышение качества и уровня безопасности атомных электростанций на основе разработки и внедрения диагностического программного обеспечения. М.: Объединенный научный журнал. 2009, № 16, с.82-83.

3. Архангельский С.Б. Повышение уровня безопасности атомных электростанций на основе модификации верхнего уровня системы внутриреакторного контроля. М.: Ядерные измерительно-информационные технологии, 2010. №2 (34), с. 24-27.

4. Архангельский С.Б., Шемелин В.К. Применение многофункциональных технических средств контроля состояний энергоблоков атомных электростанций на основе разработки системымониторинга и диагностики, г. Тамбов, Вестник ТГТУ, 2010. № 1, том 10, с. 16-24.

5. Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных систем. М.: Финансы и статистика, 1989. — 351 с.

6. Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML: Руководство пользователя. СПб.: "Питер", 2004, 430 стр. ISBN 5-94074-260-2.

7. ГОСТ 15467-79. Раздел «Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения».

8. ГОСТ Р 50746-2000 «Совместимость технических средств электромагнитная. Технические средства для атомных станций. Требования и методы испытаний. М.: 2001 г.

9. Джексон Г. Проектирование реляционных баз данных для использования с микроЭВМ. -М.: Мир, 1991. 252 с.

10. Джонсон Р., Каст Ф., Розенцвейг Д. Системы и руководство. Изд. 2-у, дополненное. Нью-Йорк, 1967 г. Пер с англ. Под ред. Ю.В. Гаврилова и Ю.Т. Печатникова. М., «Советское радио», 1971, 648 стр.

11. Диагностическое программное обеспечение. Частное техническое задание 52837285.42510.428 тз1.

12. Динер И.Я. Районирование множества векторов состояния природы и задачи выбора решения // Материалы симпозиума « Исследование операций и анализ развития науки». М., 1976.

13. Долганов И.Ю. Программируемые контроллеры SIMATIC S7/C7 // Автоматизация в промышленности. 2005. №4.

14. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных систем. Издание 3-е. М.: «Энергия», 1977.- 267 с.

15. Ириков В.А., Тренев В.Н. Распределенные системы принятия решений. М. Наука. 1999.18. 18.Калиберда И.В. «Оценка параметров внешних воздействий природного и техногенного происхождения», НТЦ Госатомнадзора РФ, M.: «Логос». 2002 г.

16. Калядин A. Windows NT для встраиваемых приложений. Открытые системы. N 2(28) 1998. Стр. 15-18.

17. Калининская АЭС. Блок 1. Техническое задание на программно-технический комплекс верхнего уровня системы внутриреакторного контроля (ПТК ВУ СРВК) РУ-ВВЭР-1000. 52837285.42510.428 ТЗ.

18. Капустин Н.М., Кузнецов П.М., Схиртладзе А.Г. и др. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: Учеб. для втузов / Под ред. Н.М. Капустина. — М.: Высш. шк.,2004.—415 с: ил. ISBN 5-06-004583-8

19. Крачтен Ф. Введение в Rational Unified Process. 2-е издание. Изд. Вильяме 2002 г. 240 стр., с ил; ISBN 5-8459-0239-8, 0-201-70710-1

20. Макгрегор Д., Сайке Д. Тестирование объектно-ориентированного программного обеспечения. Практическое пособие. Пер. с англ. К.: ООО «ТИД «ДС», 2002. 432 с. ISBN 996-7992-12-8

21. МакКлеллан М. Применение MES систем // Издательство Saint Lucie Press. ISBN: 1574441353.

22. Мандел Т. Разработка пользовательского интерфейса ДМК, 2001, 416 стр. ISBN 5-94074-069-3

23. Мартин Дж. Планирование развития автоматизированных систем. — М.: Финансы и статистика, 1984.

24. Мейер М. Теория реляционных баз данных. — М.: Мир, 1987. — 608 с.

25. Мунипов В.М., Зинченко В.П. Эргономика: человекоориентированное проектирование техники, программных средств и среды. Изд. Логос, 2001 г. 356 с. ISBN 5-94010-043-0

26. Надежность технических систем. Учебное пособие Москва: МГУП, 2004.- 236 с.

27. Николайчук О.И. Современные средства автоматизации: Практические решения Изд. Солон-Пресс 2006, 247 стр. ISBN: 978-598003-287-6

28. РД-ЭО-0281-01 «Положение по управлению ресурсными характеристиками элементов энергоблоков АЭС», концерн «Росэнергоатом», М.: 2001 г.

29. РД-ЭО-0439-02 «Порядок устойчивости систем контроля и управления к электромагнитным воздействиям по модернизации и продлении эксплуатации на атомных станциях», концерн «Росэнергоатом», М.: 2002.

30. Руководство системного программиста и оператора Часть 1 (ПКЕМ.00702-30 32 01-1).

31. Руководство системного программиста и оператора Часть 2 (ПКЕМ.00702-30 32 01-2).

32. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. М.: Радио и связь, 1993.

33. Таненбаум Э. ван Стен М. Распределённые системы. Принципы и парадигмы. Спб. Изд. Питер, 2003 877 е.: ил. - (Серия «Классика computer science»). ISBN 5-272-00053-6

34. Тиори Т., Фрай Дж. Проектирование структур баз данных. В 2 кн.,-М.: Мир, 1985. Кн. 1.-287 е.: Кн. 2.-320 с.

35. Типовая программа опытно-промышленной эксплуатации устройств подавления помех (УПП СГД8) в комплекте спреобразователями давления типа «Сапфир -22м на энергоблоках АЭС с реаторами ВВЭР-1000. Коцерн «Росэнергоатом», М.: 2003 г.

36. Торрес Р. Дж. Практическое руководство по проектированию и разработке пользовательского интерфейса 2002 г.: Вильяме: Серия института качества программного обеспечения, 400 стр., ISBN 5-84590367-Х

37. Трахтенгерц Э.А. Возможности и реализация компьютерных систем поддержки принятия решений // Известия РАН. Теория и способы управления. 2001. №3. С. 86-113.

38. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка переговоров при согласовании управленческих решений. М. СИНТЕГ. 2003.

39. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений: Научно-практическое издание. Серия «Информатизация России на пороге XXI века». М.: СИНТЕГ, 1998. - 376 с.

40. Трахтенгерц Э.А. Субъективность в компьютерной поддержке управленческих решений. М. СИНТЕГ. 2002.

41. Устройство подавления помех для первичных преобразователей СКУ. Техническое задание. Концерн «Росэнергоатом», М.: 2003 г.

42. Фельдман Я.А. Создаем информационные системы: Разработка прикладных информационно-управляющих систем для предприятий, организаций и средней школы это просто! Изд. Солон-Пресс 2006, 119 стр. ISBN: 978-5-98003-256-2.

43. Функциональность и особенности СВУ. «Описание комплекса технических средств (КТС) 52837285.42510.431 П9».

44. Цикритизис Д., Лоховски Ф. Модели данных. М.: Финансы и статистика, 1985. — 344 с.

45. Черемисин А., Кобызев О. Linux реального времени. Открытые системы. №09-10 1999. Интернет версия http://www.osp.ru/os/1999/09-10/177813/

46. Шикин Е.В., Боресков A.B. Компьютерная графика. Полигональные модели. -М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2001.-464с.

47. Failure Trends in a Large Disk Drive Population (http://labs.google.com/papers/diskfailures.pdf)