RU149125U1 - Блок управления двигателем с диагностикой и резервированием буд-ад базового шкафа унифицированного комплекса технических средств - Google Patents

Abstract

1. Блок управления двигателем с диагностикой и резервированием шкафа базового унифицированного комплекса технических средств для автоматизации управления технологическим оборудованием электростанции, характеризующийся тем, что содержит два резервирующих друг друга микроконтроллера чтения и предварительной обработки входных сигналов, формирования информационных сообщений и выработки выходных сигналов, объединенных по входу и выходу с функцией диагностирования узлов блока и контроля входных и выходных цепей.2. Блок по п. 1, характеризующийся тем, что он содержит контакты для подключения к цепям питания и клеммникам.

Description

Область техники.

Полезная модель относится к области энергетики, электротехники и автоматики и может быть использована для построения автоматизированных систем контроля и управления технологическими процессами электростанций.

Уровень техники

В настоящее время известные шкафы в целом служат для размещения блоков дистанционного управления, формирования команд технологических защит; сигнализации, аналого-дискретного преобразования сигналов, логического преобразования сигналов, временных задержек, преобразования напряжения, обеспечивая внутришкафные соединения между блоками и кроссовыми клеммниками.

При этом блоки типа БУД устанавливаются в эти шкафы.

УКТС выполняет функции контроля технологических параметров и управления оборудованием технологических систем в соответствии с заданными в УКТС алгоритмами.

В аварийных условиях при формировании инициирующего события УКТС обеспечивает выдачу необходимых сигналов воздействия на механизмы и электроприводную арматуру технологических систем безопасности. Механизмы запускаются в определенной последовательности, закрытие/открытие арматуры происходит в соответствии с логикой работы технологических систем.

УКТС осуществляет управление оборудованием технологических систем электростанций атомных (АЭС) и тепловых (ТЭС).

В комплексах УКТС происходит ввод (измерение значений) аналоговых сигналов, ввод дискретных сигналов, определяющих состояние оборудования и технологических процессов энергоблока, логическая обработка, вывод команд управления и сигнализации шкафами УКТС-М, в которых размещены блоки управления двигателем БУД-М.

Блоки управления двигателем (БУД-М) предназначены для обработки дискретных сигналов, выдачи команд «Включить» и «Отключить», выдачи информации в управляющее логическое устройство (УЛУ2), управляющую вычислительную систему (УВС), осуществления технологических защит, формирования импульса.

К недостаткам блока БУД-М следует отнести:

- отсутствие резервирования логической схемы;

- отсутствие внутренней диагностики;

- низкую надежность комплектующих частей;

- высокое тепловыделение и, как следствие, необходимость установки вентиляторов в шкафу, где установлен блок;

- назначенный срок службы 10 лет;

- наработку на отказ 50000 ч.;

Известен шкаф управления, содержащий вертикально ориентированный прямоугольный каркас, образованный скрепленными между собой вертикальными стойками и фронтальными балками, при этом шкаф выполнен с разделенными вертикальной перегородкой отсеками: присоединения кабелей и функциональной аппаратуры, последний из которых снабжен выдвижными модульными блоками, устанавливаемыми ярусами по всему объему отсека, при этом на каждом ярусе для каждого модульного блока закреплены направляющие, а каждый модульный блок снабжен направляющими для взаимодействия с направляющими соответствующего яруса и фиксатором требуемого положения в шкафу, обеспечивающим независимое выдвижение любого блока. При этом фиксатор положения блока содержит закрепленный на основании блока подпружиненный стержень, связанный с ручкой, установленной с возможностью перемещения в Г-образном отверстии, выполненном на лицевой панели блока, при этом на каждом ярусе установлены горизонтальные пластины с выполненными в них рядами отверстий для захода в них соответствующего подпружиненного фиксатора (см. патент на полезную модель RU 61471, 27.02.2007, H02B 1/30).

Известен многосекционный вставной модуль, содержащий функциональные блоки, соединенные посредством объединительной платы и защищенные корпусом, который разделен хотя бы на две секции, в каждую из которых установлены монтажные платы с присоединенными на контактных торцах электрическими соединителями, соединяемые с электрическими соединителями на объединительной плате и устанавливаемые параллельно боковой стенки корпуса, с противоположной стороны объединительной платы расположен стыковочный разъем, соединяемый с ответной частью стыковочного разъема объединительной платы соседней секции, при этом объединительные платы прикреплены к боковым стенкам корпуса, соседние секции соединены друг с другом посредством реек, расположенных на боковых стенках корпуса. При этом между объединительными платами соседних секций устанавливают экран, защищающий от электромагнитного излучения (см. патент на полезную модель RU 120310, 10.09.2012, H05K 7/02, 7/18).

Известен шкаф КСО КТПС-ПН для сбора данных о состоянии технологического оборудования АЭС, характеризующийся тем, что он состоит из трех крейтов, один из которых служит для установки служебных блоков: источники питания, блок контроля напряжения, сетевые устройства, второй и третий служат для установки функциональных блоков, обеспечивающих сбор аналоговых сигналов - унифицированных сигналов постоянного тока и напряжения, сигналов от термопар и термопреобразователей сопротивления, а также сбор и выдачу дискретных сигналов, причем функциональные блоки имеют резервированную внутреннюю структуру преобразования входного сигнала и объединены локальной магистралью по стандарту RS-485, обеспечивающей возможность осуществления последовательного опроса функциональных блоков с циклом менее 20 мс, при этом в функциональные блоки встроены фильтры, обеспечивающие подавление синусоидальной помехи на частотах 50 и 60 Гц, при этом в аналоговых блоках применены гальваническая развязка в цифровых цепях и высокоточные измерительные АЦП, а линии связи шкафа от входов функциональных блоков до концентраторов дублированы полностью (см. патент на полезную модель RU 136608, 10.01.2014, F01K 7/00).

Раскрытие полезной модели

Технический результат заключается в повышении надежности работы блока управления двигателем (БУД-АД) унифицированного комплекса технических средств УКТС.

Заявленный технический результат достигается следующим образом.

Блок управления двигателем с диагностикой и резервированием шкафа базового унифицированного комплекса технических средств для автоматизации управления технологическим оборудованием электростанции, согласно полезной модели, содержит два резервирующих друг друга микроконтроллера чтения и предварительной обработки входных сигналов, формирования информационных сообщений и выработки выходных сигналов, объединенных по входу и выходу с функцией диагностирования узлов блока и контроля входных и выходных цепей.

Кроме того, блок содержит контакты для подключения к цепям питания и клеммникам.

Осуществление полезной модели

Блок построен с использованием микроконтроллеров. Микроконтроллер выполняет функции:

- чтение входных сигналов;

- предварительная обработка сигналов;

- формирование информационных сообщений;

- выработка выходных сигналов;

- контроль входных и выходных цепей;

- диагностирование узлов блока.

Блок управления двигателем с диагностикой и резервированием (БУД-АД), размещаемый в шкафу базовом ШБ УКТС унифицированного комплекса технических средств УКТС предназначен для выполнения функции включения и отключения электродвигателя, выдачи информации на блочный щит управления, в схему технологических защит, блокировок, а также сигнализации на лицевой панели блока о положении электродвигателя, наличии на входах команд, запретов управления и неисправности блока.

Блок обеспечивает:

- возможность дистанционного управления электродвигателем с помощью установленного на БЩУ ключа управления, или с помощью кнопок на лицевой панели блока;

- автоматическое включение под действием команд от устройства АВР и блокировок;

- автоматическое отключение под действием технологических защит и блокировок;

- запрет включения (отключения) электродвигателя;

- запрет дистанционного включения (отключения);

- световую сигнализацию нормальных положений и автоматического включения коммутационного аппарата;

- запрет световой сигнализации на блочном щите управления;

- выдачу информации в технологические защиты;

- сигнализацию наличия на входах команд, их запретов и положения электродвигателя с помощью светодиодов на лицевой панели блока;

- сигнализацию неисправности блока;

- светозвуковую сигнализацию аварийного отключения;

- возможность подключения датчика тока к измерительному прибору.

Блок выполнен в унифицированном конструктивном исполнении, в своей конструкции содержит контакты для подключения к цепям питания и клеммникам. Блок может быть установлен в любую позицию второго и третьего крейтов шкафа.

Блок БУД-АД входит в группу функциональных блоков шкафа базового ШБ УКТС и является составной частью унифицированного комплекса технических средств, предназначенного для создания проектным путем систем автоматизированного управления и контроля технологическими процессами и передачи информации о состоянии технических средств шкафа и технологического оборудования в систему информационно-вычислительного комплекса.

Назначенный срок службы блока не менее 30 лет.

Наработка на отказ не ниже 200000 ч.

Высокий показатель наработки на отказ блока БУД-АД достигается за счет использования высоконадежных электронных компонентов, частичного дублирования цепей внутри блока. Применяемые в блоке радиоэлектронные компоненты с низким энергопотреблением не требуют организации принудительной вентиляции шкафа, в котором блок установлен.

Таким образом, заявленный блок имеет следующие возможности, отсутствующие у аналога, что крайне важно, поскольку к работоспособности оборудования, обеспечивающего технологический процесс, например, АЭС, предъявляются национальные и международные требования обеспечения безопасности.

Блок сохраняет выполнение всех функций при возникновении в нем одной любой неисправности за счет внутреннего дублирования в блоке.

Блок допускает выемку и установку его обратно в шкаф без отключения питания шкафа.

В блоке установлены два микроконтроллера резервирующие логическую схему блока.

В блоке предусмотрена активная и пассивная диагностика, обеспечивающая раннее выявление неисправности до отказа выполнения функции управления.

Выявление неисправности в блоке происходит в процессе активного и пассивного контроля элементов.

В пассивном контроле блок проверяет соответствие сигналов на выходе с сигналами, выработанными блоком в зависимости от совокупности входных сигналов. В пассивном контроле блок выявляет неисправности входных цепей с гальванической развязкой при наличии на входах активных сигналов.

Пассивная диагностика выходов проводится каждый раз после записи данных в регистры ключей.

Пассивная диагностика построена на сравнении данных, записанных в регистры ключей и информации, считанной с выходов блока. Задачи пассивной диагностики выходов (в приоритетном порядке):

- предотвратить выдачу ложного сигнала;

- определить есть ли ошибка записи данных в регистры ключей;

- определить есть ли неисправности в цепях управления регистрами ключей;

- определить есть ли короткие замыкания в нагрузках блока.

В активном контроле блок проверяет работоспособность цепей и узлов путем подачи кратковременных сигналов "0" или "1" на вход узла и считывания результата воздействия на выходе. Длительность тестовых сигналов (15…100) мкс выбрана так, чтобы не вызвать ложного срабатывания исполнительных механизмов и ложной сигнализации.

Перед каждым считыванием входных сигналов проводится активная диагностика входов, состоящая из двух этапов:

1. микроконтроллер проверяет состояние выходов компараторов путем последовательной подачи «0» и «1».

2. микроконтроллер проверяет мультиплексоры входных сигналов и оптроны чередованием подачи логических «0» и «1 », напряжения 0 В и 5 В.

Таким образом, активная диагностика входов проверяет мультиплексоры входных сигналов, транзисторы оптронов и компараторы.

В процессе активной диагностики выходов микроконтроллер поочередно открывает ключи. По цепям обратной связи проверяется как открытие, так и закрытие ключей. Активная диагностика выходов выявляет пробой ключа, короткое замыкание нагрузки блока, обрыв цепей обратной связи или короткое замыкание внутри канала, неисправность цепей управления ключом вне зависимости от состояния выходных сигналов.

Активная диагностика выходов во втором канале начинается после ее завершения в 1-м канале: ведущий микроконтроллер подает ведомому команду. Это позволяет разнести во времени активную диагностику выходов в каналах. При неисправности одного из каналов активная диагностика выходов не проводится.

Межканальный обмен информацией служит для:

- пассивной диагностики входов;

- пассивной и активной диагностики выходов;

- пересылки состояния триггеров и больших временных выдержек (используется при рестарте одного из контроллеров).

Если микроконтроллер более 200 мс не получает информацию от соседнего канала, то зажигается светодиод «Неисправность» на лицевой панели блока.

Каждый блок состоит из двух каналов. Между каналами производится информационный обмен по синхронному последовательному интерфейсу, который предполагает наличие одного ведущего и как минимум одного ведомого. Главное различие между ведущим и ведомым состоит в том, что ведущий генерирует синхроимпульсы, а ведомый - нет. Входы и выходы двух каналов блока объединены монтажными «ИЛИ». После подачи питания происходит инициализация микроконтроллеров обоих каналов блока, которые в момент запуска блокируют выходы ключей, каждый своего канала. Затем микроконтроллеры очищают регистры ключей и разрешают работу их выходов. Дальнейшая работа происходит в циклическом режиме в следующей последовательности:

- проверка входов

- считывание входов в ОЗУ

- вычисление реакций блока на входные сигналы

- периодические проверки - активная диагностика выходов

- вывод выходных сигналов в регистры ключей

- проверка выходных ключей

- обмен с соседним каналом и по локальной сети

Система диагностики также проверяет "сторожевые таймеры" и индикаторы на лицевой панели блока.

Пассивный контроль входов и выходов проводится раз в 1,5 мс. Активный контроль входов проводится один раз в 1,5 мс. Активный контроль выходов проводится раз в 12 часов. Индикаторы лицевой панели блока проверяются один раз в 5 с.

При появлении неисправности блок формирует:

- общий выходной сигнал "Неисправность";

- сигнал на один из светодиодов "Неисправность" лицевой панели блока;

- мигающий сигнал на оба светодиода "Неисправность" в случае короткого замыкания в нагрузке.

После удаления короткого замыкания в цепи нагрузки сигналы неисправности снимаются. Длительность сигнала "Неисправность" - не менее 2 с.

Блок сохраняет работоспособность при отсутствии питающего напряжения +24 В.

Таким образом, технический результат достигается совокупностью существенных признаков полезной модели.

Claims (2)

1. Блок управления двигателем с диагностикой и резервированием шкафа базового унифицированного комплекса технических средств для автоматизации управления технологическим оборудованием электростанции, характеризующийся тем, что содержит два резервирующих друг друга микроконтроллера чтения и предварительной обработки входных сигналов, формирования информационных сообщений и выработки выходных сигналов, объединенных по входу и выходу с функцией диагностирования узлов блока и контроля входных и выходных цепей.

2. Блок по п. 1, характеризующийся тем, что он содержит контакты для подключения к цепям питания и клеммникам.