WO2019039972A1 - Пороговый блок управления режимом работы исполнительного механизма или технологического оборудования - Google Patents

Пороговый блок управления режимом работы исполнительного механизма или технологического оборудования Download PDF

Info

Publication number
WO2019039972A1
WO2019039972A1 PCT/RU2018/000560 RU2018000560W WO2019039972A1 WO 2019039972 A1 WO2019039972 A1 WO 2019039972A1 RU 2018000560 W RU2018000560 W RU 2018000560W WO 2019039972 A1 WO2019039972 A1 WO 2019039972A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
threshold
input
output
frequency
pulse counter
Prior art date
Application number
PCT/RU2018/000560
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Евгеньевич ШЕРМАКОВ
Виктор Яковлевич ПАРЫШЕВ
Константин Владимирович РОДИОНОВ
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "КБ "Проминжиниринг"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "КБ "Проминжиниринг" filed Critical Закрытое акционерное общество "КБ "Проминжиниринг"
Publication of WO2019039972A1 publication Critical patent/WO2019039972A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00—Systems controlled by a computer
    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units

Definitions

  • the invention relates to a device used as part of control systems, for example, as part of control safety systems or automated process control systems (APCS), which can be used as at radiation-hazardous facilities associated with the use of ionizing radiation sources (for example, objects of the nuclear industry and energy), and at industrial facilities.
  • APCS automated process control systems
  • Such devices are used to continuously monitor the values of a physical parameter (for example, dose rate, activity, surface activity, volume or specific activity, flux density or flow of ionizing radiation, fluid flow, mass of the medium or body, electric current, temperature of the medium or body, pressure medium, velocity of the medium or body, rotational speed, force, moment of force, luminous flux, magnetic or electric field strength) by measuring its value and generating a control signal p When it exceeds the threshold.
  • a physical parameter for example, dose rate, activity, surface activity, volume or specific activity, flux density or flow of ionizing radiation, fluid flow, mass of the medium or body, electric current, temperature of the medium or body, pressure medium, velocity of
  • the device can be used to control the non-exceedance of the set threshold by the physical parameter, monitor the leaktightness of the process equipment (steam generators, heat exchangers of the second or third circuit of a nuclear power plant (hereinafter - NPP)) or monitor the flow of the process at an industrial facility.
  • a device can be used in security systems at nuclear power plants to control any technological objects containing radioactive media, for example, to monitor the tightness of steam generators, heat exchangers of the second or third circuits; control of emissions and discharges of nuclear power plants, etc.
  • a device for processing and measuring the signal coming from the scintillation detection unit (hereinafter - BD), recording ionizing radiation from the process equipment, and generating a control signal when the measurement result is set threshold value.
  • the device contains a primary information processing unit, which receives a frequency signal from the DB output, containing a power supply, amplifier and discriminators of the first and second measurement channels, as well as a computer-based processing unit for information processing (hereinafter, the processing unit) and a communication unit of the preprocessing unit information with the processor unit (hereinafter - the communication unit).
  • the output of the DB is connected to the input of the amplifier, the outputs of which are connected to the inputs of the discriminators, and the outputs of the discriminators are connected to the inputs of the communication unit.
  • the device When operating in the absence of technological equipment leaks and the effects of an external source of ionizing radiation, the device synchronously measures the background signals (number of pulses) in the first and second measurement channels, and then using algorithms embedded in the software (hereinafter referred to as “software”) of the processor unit, the measurement results with the values of the threshold settings and the generation of a signal about the presence or absence of leakage (SU 1795803, publication date 09/27/1996).
  • the processor unit in which the information is processed, is built on the basis of microprocessor technology and operates under the control of embedded software.
  • the embedded software provides processing of the input signal from the database using specified algorithms, as well as the ability to set individual configurations and tuning constants (taking into account the database sensitivity, dead time, measurement time, specified measurement error, threshold settings, etc.) and health diagnostics.
  • the main disadvantage of the known device is the use of means of programmable microprocessor technology, since at the device development stage, it is impossible to identify and eliminate all defects and causes of software freezes. Detection of software defects occurs for a long time during operation of the device, and therefore the device does not have sufficient reliability when used as part of control safety systems. For this reason, in security control systems, it is preferable to use tools built on the elements of "hard" logic.
  • the device consists of an information processing unit connected to the database.
  • the DB records and converts the energy of ionizing radiation into voltage pulses along the main and compensation (background) channels, the frequency of which is proportional to the value of the radiation parameter and background, respectively.
  • the information processing block contains a conversion path, the main and compensation inputs of which are connected to the outputs of the main and compensation channels of the DB, respectively, built on two identical analog meters of the average pulse repetition rate, each of which includes identical pulse shapers, coefficients setting circuits, which allow to obtain normalized output signals in the form of voltage, proportional to the corresponding frequencies at the inputs of the main and compensation channels, and integrator with of the following type, made on the basis of the operational amplifier, in the feedback circuit of which an integrating circuit is included, which allows, with a given error, to receive the output signal in the form of a voltage difference along the main and compensation channels (to compensate for the background signal).
  • Two threshold circuits are connected to the output of the operational amplifier, each of which contains organs for adjusting the thresholds (“Radiation Safety Monitoring Equipment for NPPs with VVER and RBMK”, Issue 22, Zhernov BC et al., Moscow, Energoatomizdat 1987, Section 2.1 .1.-2.1.2, pp. 34-49).
  • the linear conversion range of such a device which characterizes the measuring range, is three decimal orders, which is determined by the accumulation of charge to the equilibrium value corresponding to the value of the input frequency signal on RC circuits.
  • the output voltage of the meter is determined by the following expression:
  • ki and kg are the normalization factors of the output signal, the values of which are adjusted in one decimal order using a voltage divider using variable resistors. If at the BD the conversion range of the ionizing radiation signal into the frequency signal is more than three decimal orders, while the measuring range of the known device does not exceed 3 decimal orders, then when the frequency signal leaves the DB output beyond the upper limit of the measuring range of the known device , in order to continue the measurement of the intensity of ionizing radiation, the possibility is provided in manual mode by adjusting the voltage divider and connecting additional dosages capacitors “chop up” the measurement range by two decimal orders. In this case, the measurement range in this case will not exceed three decimal orders. Thus, the disadvantage of such a device is a narrow measurement range, not exceeding 3 decimal orders of magnitude, which leads to low accuracy and measurement sensitivity for signal values lying in a wide range.
  • a disadvantage of the known device is a long time for establishing indications and a long time for averaging readings (i.e., measurement time values), which are defined by expressions (2) and (3):
  • the response time of the device to the issuance of a control signal when an emergency situation occurs, when the radiation parameter exceeds a threshold value, is high, which leads to a decrease in the safety of the monitored object.
  • one of the most important requirements for blocks that generate a control signal is the requirement to ensure a specified time of generation of a control signal when the current value of the radiation parameter exceeds the threshold value (response time to an emergency situation).
  • the reaction time of the unit generating the control signal in case of emergency conditions should not exceed a certain value specified in the project documentation with considering the flow of technological processes in a controlled object, so as not to provoke an accident, which is the most important parameter of such units and directly affects the safety of the controlled object.
  • the closest analogue of the claimed invention is the control threshold unit for detecting the presence or absence of an excess of the intensity of radioactive radiation of the threshold value.
  • the device contains a database that converts ionizing radiation acting on it into a frequency pulse signal proportional to the radiation intensity, the output of which is connected to the input of a digital reversing pulse counter connected to the input of a bistable node; a threshold frequency generator that generates two threshold frequencies, the two outputs of which, in accordance with a given algorithm, are connected via a bistable node to the output of a digital reversible pulse counter.
  • a control signal is generated at the output of the digital reversible pulse counter, which activates a relay through a bistable node, resulting in a control signal at the device output indicating the presence or absence of exceeding the measured frequency of the threshold value .
  • a frequency value is set corresponding to the threshold value of the radiation parameter, above which the device generates a control signal when the current value of the radiation parameter is exceeded.
  • T is the time of receiving the control signal at the device output
  • N is the capacity of the pulse counter
  • i is the frequency of the pulses at the exit of the database from the radiation source
  • the main disadvantage of the closest analogue due to the use of a digital reversing pulse counter, is a significant amount of response time of the device when the ionizing radiation intensity exceeds the threshold level (ie, the time of issuing a control signal to the relay since the frequency exceeded at the output of the threshold frequency database) in the case of close frequencies from the output of the database and the threshold frequency, which ensures low safety of the object of radiation monitoring.
  • the technical problem of the claimed invention is the need to overcome the technical shortcomings inherent in the analogs, which leads to the need to create an effective control signal generation unit when the measured physical parameter (eg, radiation) exceeds the threshold value set by the design documentation for the monitored object, which does not use programmable processors, which eliminates the possibility of freezing software and ensures that ulation function for optimum reaction time of the control unit to the accident set in accordance with the specifications of the design documentation for the controlled object.
  • the technical problem is the lack of known analogs of devices with simple threshold scheme, the creation of which is not time consuming and which provide the ability to set the threshold setpoint value in the whole range of possible changes in the radiation parameter, i.e., in the range significantly exceeding four decimal orders.
  • the technical result of the claimed invention is to increase the safety of the controlled object or technological equipment and increase the reliability of the threshold control unit.
  • the technical result of the claimed invention is achieved due to the threshold control unit (hereinafter - BUP) mode of operation of the actuator or process equipment containing the node threshold
  • clock generator (7) configured to generate a frequency signal
  • timer digital pulse counter (9) the input of which is connected to the output of the clock frequency generator (7), and the output is connected to the reset input of the input digital pulse counter (6);
  • the clock frequency generator (7) is configured to set the pulse frequency of the generated signal
  • the digital timer pulse counter (9) is configured to set its capacitance so that the full time of the timer pulse counter (9) is with the specified error equal to the full time of the input digital pulse counter (6) when a frequency signal arrives at its input from the device output (3) with a pulse frequency corresponding to the threshold value of a physical parameter and with a given error equal to the threshold frequency.
  • Threshold RS-trigger (10) is made with the ability to generate a control signal when the input frequency signal exceeds the threshold frequency, and the control signal is designed to transmit it to actuators or process equipment to reduce the physical parameter to a standard value or to signal an alert (for example, to alert personnel) or to change the operating mode actuators or process equipment in accordance with a given production process.
  • the executive mechanism or technological equipment in the claimed invention should be understood as any mechanism or any equipment to which a control action can be directed in order to organize the flow of the necessary technological process in accordance with the algorithms laid down in the design documentation.
  • the following mechanisms can be used as actuators that can be controlled by the PCB: automatic valves, valves and latches, blowers, relays, light and sound equipment, motors, ventilation equipment, various radio-electronic equipment, or any other actuator.
  • any technological equipment can be used, for example, a steam generator, heat exchangers, ventilation systems, a vent pipe, a waste pipe, technological circuits and tanks for various purposes, control tanks, engines, generators, etc.
  • the BUP can be used both at radiation-hazardous facilities, and be more widely used at any industrial facilities, where automated process control systems can be applied by sensor signals that convert the physical parameters affecting them into frequency pulse signals.
  • ionizing radiation DBs that control radiation parameters such as, for example, dose rate, activity, surface activity, volume or specific activity, flux density or ionizing radiation flux, in which for energy conversion can be used ionizing radiation into a frequency pulse signal using scintillation, gas discharge or semiconductor detectors, or Sensors that convert physical parameters such as: media flow, mass of the medium or body, electric current, temperature of the medium or body, pressure of the medium, velocity of the medium or body, rotation speed, force, moment of force, luminous flux, intensity to a frequency pulse signal magnetic or electric field.
  • the registration of a physical parameter (for example, radiation) and its conversion into a frequency pulse signal by means of the UPS (3), carried out using the invention, has a number of features that are related to the fact that the UPS (3) converts the physical parameter into a frequency pulse signal with some the error inherent in it, besides the physical parameter, even if there are no reasons for its change over time, fluctuates with some variation around the mean.
  • the current value of a physical parameter (for example, radiation) acting on the OPS (3) corresponds not to the current frequency of the pulse signal at the OPS output (3), but the frequency of pulses averaged over a certain time interval, which is determined by assigning the accumulated number of pulses to using digital or analog pulse counters to the accumulation time (averaging) interval.
  • BUP uses digital counters, because, as explained earlier, they provide a wider measuring range than analog meters of the average pulse repetition rate, in which the measuring range is only three decimal orders of magnitude, which is determined by the accumulation of electric on RC-chains charge to the equilibrium value corresponding to the average value of the frequency pulse signal supplied to the input of the PCB.
  • the digital pulse counter has another significant advantage over the analog one, since It has a very high speed, which allows it to register high-frequency pulse signals without significant errors, and a digital counter (made, for example, on the basis of a logical matrix) has almost no limited capacity, which allows the accumulation of pulses with a frequency of more than 6 decimal orders and set accumulation time in a wide range of units seconds to thousands of seconds, which is enough to solve any problems of control and management of technological processes. Also, as was explained earlier, the digital pulse counter as compared to the analog one provides at least 2 times less time for determining the average frequency of the pulses.
  • the generation time of the control signal that triggers the operation of the security systems of the monitored object when using the declared BUP is the minimum for all possible cases of an emergency.
  • This property of the declared BUP is especially important when it is used in security control systems, since In such systems, one of the most important requirements for BUP, generating a control signal, is the requirement to ensure a specified time to generate a control signal (response time to an emergency situation) when the current value of the monitored physical parameter (eg, radiation) exceeds the threshold value.
  • the reaction time of the PCB, which generates the control signal in case of emergency conditions should not exceed a certain value specified in the project documentation taking into account the flow of technological processes in the controlled object or process equipment, so as not to provoke the occurrence of an accident.
  • Such a time value is the most important parameter of BUP and directly affects the safety of the controlled object. From the above, it follows that the declared BUP provides a significant reduction in the generation time of the control signal that triggers the operation of the security systems of the monitored facility or process equipment in the event of emergency conditions, and thereby enhances their safety.
  • the ability to set such tuning parameters in the UE such as: passport sensitivity values and “dead” UPS time (for example, DB), as well as the threshold setpoint value (with the ability to set it in the entire range of physical parameter changes) and the time for measuring and generating a control signal , which is achieved by optimal selection of the type of clock generator with a certain value of the output frequency (usually a frequency crystal oscillator with an output frequency of several hundred thousand Hz is chosen.) in combination with setting a certain value of the division factor of the divider with the help of regulating elements and capacities of input and timer digital pulse counters, the capacity of which can be set over a wide range due to, for example, the use of binary elements of the logic matrix, which also extends the functionality of the PCB, improves its performance beyond operational opportunity account adapting the control function of the PCB, i.e.
  • the clock frequency generator In the particular case of the invention, the clock frequency generator
  • UE (2) BUP can be made with the possibility of generating a signal with a pulse frequency corresponding to the threshold value of the physical parameter and with a given error equal to the threshold frequency, and the capacity of the timer pulse counter (9) can be equal to the capacity of the digital pulse counter (6) .
  • the clock frequency generator (7) UE (2) can be configured to generate a frequency signal together with a frequency divider (8) connected between the frequency generator (7) and the digital timer pulse counter (9).
  • the UE (2) may contain a control relay, the input of which is connected to the output of the RS threshold trigger (10), configured to trigger when a signal is received that the input frequency signal of the threshold frequency, i.e. the signal from the output of the input digital counter (6) to the input R of the threshold RS-trigger (10).
  • BUP can additionally contain an electric power supply unit (hereinafter - BP (5)), which can be connected to the UE electronic elements (2) for their electric power supply and can be connected to the UPS (3) to ensure its power supply.
  • - BP (5) an electric power supply unit
  • in fig. 2 is a block diagram of a particular embodiment of the declared BUP, containing the UE with the function of generating a control signal when the physical parameter exceeds the threshold setpoint.
  • the BUP (1) contains the UP (2) connected to the UPS (3), which converts the physical parameter (for example; radiation) affecting it into a frequency signal.
  • the UPS (3) can be used, for example, the database of ionizing radiation.
  • BUP contains the control output (4).
  • UE (2) is connected to the PSU (5) (Fig. 1).
  • the output of the PCB (1) can be installed relay Pi (not shown).
  • UE (2) contains an input digital pulse counter (6), the input of which is connected to the output of the OOPS (3) for receiving a frequency signal, as well as a clock frequency generator G (7) and a frequency divider D- ⁇ (8) connected in series with each another digital timer pulse counter (9), whose input is connected to the output of the frequency divider D 1 (8), and the output is connected to the reset input of the digital input pulse counter (6), and a threshold RS-trigger ⁇ (10) signal formation exceeding the threshold, the input R of which is connected to the output of the input digital pulse counter (6) and the reset input of the digital timer pulse counter (9), and the input S of which is connected to the reset input of the digital input pulse counter (6) and to the output of the digital timer pulse counter ( 9).
  • the output of the threshold RS-flip-flop (10) and is the control output (4) of the BUP (1), providing the formation of a signal that the threshold is exceeded (figure 2).
  • the capacitance of the input digital pulse counter (6) was chosen from the condition that the time at which its full filling is achieved with pulses arriving at its input from the OCS output (3) with an average repetition rate corresponding to the threshold value of the physical parameter being monitored is equal to or less the value of the control signal generation time when the monitored physical parameter reaches the threshold level established in accordance with the requirements of the project documentation.
  • the capacity of the timer digital pulse counter (9) was chosen so that the time for its full filling with pulses arriving at its input was equal (with an error not exceeding the error of measuring the value of the monitored physical parameter) the time for full filling of the input digital counter (6) with pulses arriving at its input from the output of the UPS (3), with an average repetition rate corresponding to the threshold value of the controlled physical parameter.
  • the capacity of the timer digital pulse counter (9) and the frequency of the pulses generated by the generator G (7) and the divider D1 (8) and fed to its input can be set equal respectively to the capacity of the input digital pulse counter (6) and the frequency of the pulses arriving at the input of a digital pulse counter (6) from the output of the UPS (3), with an average repetition rate corresponding to the threshold value of the physical parameter being monitored.
  • the claimed device BUP works as follows.
  • UPS (3) was placed, in accordance with the project documentation, near the controlled object, which was an active or potential source of a changing physical parameter (i.e., characteristics a controlled object that quantifies a change in the corresponding physical property), either indoors or in external space, in which there was or was the possibility of a physical parameter affecting the UPS (3).
  • the control output of the PCB was connected to the equipment or the executive mechanism in which it is necessary to produce a control action in order to organize the flow of the technological process in accordance with the algorithms laid down in the project documentation.
  • UPS (3) converted the physical parameter acting on it into a frequency pulse signal.
  • the pulses from the output of the UPS (3) were continuously fed to the input of the digital pulse counter (6) UE (2) BUP.
  • the input digital pulse counter (6) is filled, a pulse from it arrived at the R input of the RS threshold trigger (10) and at the reset input of the digital timer pulse counter (9).
  • the pulses from the clock frequency generator (7) were continuously fed to the input of the digital timer pulse counter (9).
  • the digital timer pulse counter is filled (9)
  • a pulse from it is received at the S input of the RS threshold trigger (10) and at the reset input of the digital pulse counter (6).
  • the threshold RS-trigger (10) in the process of work was set in one or another state, depending on what input the first impulse of overflow came from. If the first overflow pulse came from a digital timer pulse counter
  • - F n is the frequency at the output of UPS (3), numerically equal to the threshold frequency generated by the UPS (3) when the physical parameter reaches the threshold value set in the project documentation, when reached, the control signal is generated, with "1 ;
  • N BX F n T n ;
  • F r is the frequency from the output of the clock frequency generator (7), s "1 .
  • the capacity of the timer counter ⁇ ⁇ with an accuracy up to an error not exceeding the measurement error of a physical parameter is chosen equal to the capacity of the input counter N BX :
  • ⁇ is the measurement error of the physical parameter using the UPS (3), relative units
  • the value of the threshold frequency F n can be calculated in two ways:
  • Sync is the sensitivity of the UPS (3) to the radiation parameter
  • Fcj is the background frequency at the output of the UPS (3), s "1 ;
  • F is the frequency at the output of the UPS (3) with simultaneous exposure of the background and the physical parameter to it, the value of which is equal to the threshold value
  • ARKT contains a BDMG-I100D gamma-radiation detection unit (used as a UPS), located in a lead shield with a collimator, and a BUP. Registration of gamma-radiation by the BDMG-IYuOD unit is carried out with the help of a gas-discharge counter entering into its composition Gamma-6.
  • the BDMG-I100D units in lead guards with collimators are placed next to the respective steam generator steam lines in such a way that the collimator is directed toward the steam line. If the steam generator is sealed, then the steam generated by it does not contain any radionuclides, and the BDMG-I100D block detects only the gamma radiation of the external background.
  • the primary coolant containing radionuclides enters the boiler water of the steam generator and then into steam. Next, the steam passes into the steam line.
  • the BDMG-I100D unit located near the steam-pipe of the unpressurized steam generator, will be simultaneously affected by gamma background and gamma radiation from the radionuclides contained in the pair.
  • the frequency pulse signal from the output of BDMG-I100D due to the influence of gamma radiation on it, is transmitted via a communication cable to the BUP input.
  • the physical parameter set by the design documentation is the absorbed dose rate of gamma radiation, expressed in units of "Gy / h.”
  • the design documentation also defined the following parameters: a threshold level of the absorbed dose rate, equal to
  • ARKT time of generation of the control signal
  • the claimed invention provides the ability to create an effective threshold control unit for processing the input frequency signal coming from the OTP; reliable and efficient generation of a control signal for the mode of operation of a controlled object or technological equipment due to the use in the control unit of simultaneous connection of input and timer digital pulse counters made on the elements of "hard” logic without using programmable processors to different inputs of the threshold RS trigger and reset inputs each other, which ultimately improves the safety of the controlled object or technological equipment and the operational characteristics of PCB.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройству, используемому в составе управляющих систем, например, в составе управляющих систем безопасности или автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), которое может применяться, например, как на промышленных объектах, так и на радиационно-опасных объектах, связанных с использованием источников ионизирующего излучения, в частности на объектах атомной промышленности и энергетики. Пороговый блок управления режимом работы исполнительного механизма или технологического оборудования содержит узел пороговый, состоящий из входного цифрового счетчика импульсов, выполненного с возможностью подсоединения к выходу устройства, преобразующего воздействующий на него физический параметр в частотный сигнал; генератора тактовой частоты, таймерного цифрового счетчика импульсов, вход которого подсоединен к выходу генератора тактовой частоты, а выход подсоединен ко входу сброса входного цифрового счетчика импульсов; порогового RS-триггера, вход R которого подсоединен к выходу входного цифрового счетчика импульсов и входу сброса таймерного цифрового счетчика импульсов, вход S подсоединен к входу сброса входного цифрового счетчика импульсов и к выходу таймерного цифрового счетчика импульсов, а выход является управляющим выходом порогового блока управления. Пороговый RS-триггер выполнен с возможностью выработки управляющего сигнала при превышении значения входного частотного сигнала пороговой частоты, причем управляющий сигнал предназначен для передачи его на исполнительные механизмы или технологическое оборудование.

Description

ПОРОГОВЫЙ БЛОК УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА ИЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к устройству, используемому в составе управляющих систем, например, в составе управляющих систем безопасности или автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), которые могут применяться, как на радиационно-опасных объектах, связанных с использованием источников ионизирующего излучения (например, на объектах атомной промышленности и энергетики), так и на промышленных объектах. Такие устройства используются для непрерывного контроля значений физического параметра (например, мощности дозы, активности, поверхностной активности, объемной или удельной активности, плотности потока или потока ионизирующего излучения, расхода среды, массы среды или тела, силы электрического тока, температуры среды или тела, давления среды, скорости среды или тела, скорости вращения, силы, момента силы, светового потока, напряженности магнитного или электрического полей) путем измерения его значения и выработки управляющего сигнала при превышении им установленного порогового значения.
В частности, устройство может использоваться для контроля непревышения физическим параметром установленного порогового значения, контроля герметичности технологического оборудования (парогенераторов, теплообменников второго или третьего контуров атомной электростанции (далее - АЭС)) или контроля протекания технологического процесса на промышленном объекте. Такое устройство может быть использовано в системах безопасности на АЭС для контроля любых технологических объектов, содержащих радиоактивные среды, например, для контроля герметичности парогенераторов, теплообменников второго или третьего контуров; контроля выбросов и сбросов АЭС и т.д.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известны следующие решения.
Известно устройство для обработки и измерения сигнала, поступающего от сцинтилляционного блока детектирования (далее - БД), регистрирующего ионизирующее излучение от технологического оборудования, и формирования управляющего сигнала при превышении результата измерения установленного порогового значения. Устройство содержит блок первичной обработки информации, на который поступает частотный сигнал с выхода БД, содержащий блок питания, усилитель и дискриминаторы первого и второго измерительных каналов, а также процессорный блок обработки информации на базе ЭВМ (далее - процессорный блок) и блок связи блока первичной обработки информации с процессорным блоком (далее - блок связи). Выход БД подключен ко входу усилителя, выходы которого связаны со входами дискриминаторов, а выходы дискриминаторов соединены со входами блока связи. При эксплуатации в условиях отсутствия протечки технологического оборудования и воздействия внешнего источника ионизирующего излучения устройство синхронно измеряет фоновые сигналы (число импульсов) в первом и втором измерительных каналах, а затем посредством алгоритмов, заложенных в программном обеспечении (далее - ПО) процессорного блока осуществляется сравнение результатов измерений со значениями пороговых уставок и выработка сигнала о наличии или отсутствии протечки (SU 1795803, дата публикации 27.09.1996). В таком устройстве процессорный блок, в котором производится обработка информации, построен на основе микропроцессорной техники и работает под управлением встроенного ПО. Встроенное ПО обеспечивает обработку входного сигнала от БД по заданным алгоритмам, а также возможность задания индивидуальных конфигурации и настроечных констант (учитывающих чувствительность БД, мертвое время, время измерения, заданную погрешность измерения пороговые уставки и т.д.) и диагностику работоспособности.
К основному недостатку известного устройства относится использование средств программируемой микропроцессорной техники, т.к. на этапе разработки устройства невозможно выявить и исключить все дефекты и причины зависания ПО. Выявление дефектов ПО происходит в течение длительного времени при эксплуатации устройства, в связи с чем устройство не обладает достаточной надежностью при использовании его в составе управляющих систем безопасности. По этой причине в управляющих системах безопасности предпочтительным является применение средств, построенных на элементах «жесткой» логики.
Известно устройство для измерения средней частоты импульсов, поступающих по основному (ОК) и компенсационному (фоновому) (КК) каналам от БД радиационного излучения, имеющего соответственно основной и компенсационный каналы. Устройство состоит из блока обработки информации, соединенного с БД. БД осуществляет регистрацию и преобразование энергии ионизирующего излучения в импульсы напряжения по основному и компенсационному (фоновому) каналам, частота следования которых пропорциональна величине радиационного параметра и фона соответственно. Блок обработки информации содержит тракт преобразования, основной и компенсационные входы которого соединены с выходами основного и компенсационного каналов БД соответственно, построенных на двух идентичных аналоговых измерителях средней частоты следования импульсов, каждый из которых включает идентичные формирователи импульсов, цепи задания коэффициентов, позволяющие получить нормированные выходные сигналы в виде напряжения, пропорциональные соответствующим частотам на входах основного и компенсационных каналов, и интегратор следящего типа, выполненный на основе операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включен интегрирующий контур, что позволяет с заданной погрешностью получить на выходе сигнал в виде разности напряжений по основному и компенсационному каналам (для компенсации фонового сигнала). К выходу операционного усилителя подключены две пороговые схемы, каждая из которых содержит органы для регулировки величин порогов («Аппаратура контроля радиационной безопасности АЭС с ВВЭР и РБМК», выпуск 22, Жернов B.C. и др., Москва, «Энергоатомиздат», 1987, Раздел 2.1.1.-2.1.2, стр. 34-49).
Диапазон линейного преобразования такого устройства, характеризующий диапазон измерения, составляет три десятичных порядка, что определяется накоплением заряда до равновесного значения, соответствующего значению входного частотного сигнала, на RC-цепочках. Выходное напряжение измерителя определяется следующим выражением:
Figure imgf000005_0001
где U - выходное напряжение устройства,
По и Пк - средняя частота импульсов по разным входам преобразовательного тракта,
ki и кг - коэффициенты нормирования выходного сигнала, значения которых регулируются в одном десятичном порядке при помощи делителя напряжения с помощью переменных резисторов. В случае если у БД диапазон преобразования сигнала ионизирующего излучения в частотный сигнал составляет более трех десятичных порядков, в то время как диапазон измерения известного устройства не превышает 3-х десятичных порядков, то при выходе частотного сигнала с выхода БД за верхнюю границу диапазона измерения известного устройства, в нем для того, чтобы продолжить измерение интенсивности ионизирующего излучения, предусмотрена возможность в ручном режиме при помощи регулировки делителя напряжения и подключения дополнительных дозирующих конденсаторов «загрубить» диапазон измерения на два десятичных порядка. При этом диапазон измерения в таком случае не будет превышать трех десятичных порядков. Таким образом, недостатком такого устройства является узкий диапазон измерения, не превышающий 3-х десятичных порядков, что приводит к низкой точности и чувствительности измерения при значениях сигнала, лежащих в широком диапазоне.
Также недостатком известного устройства является длительное время установления показаний и длительное время усреднения показаний (т.е. значения времени измерения), которые определяются выражениями (2) и (3):
Figure imgf000006_0001
Туст - время установления показаний
т - постоянная времени аналогового интенсиметра, равная T=RC (СМ. вышеприведенную ссылку на описание известного устройства),
Ти - время усреднения показаний.
Значение времени реакции устройства на выдачу управляющего сигнала при возникновении аварийной ситуации, когда радиационный параметр превышает пороговое значение, является высоким, что приводит к снижению безопасности контролируемого объекта.
В управляющих системах одним из важнейших требований к блокам, вырабатывающим управляющий сигнал, является требование обеспечения заданного времени выработки управляющего сигнала при превышении текущим значением радиационного параметра порогового значения (времени реакции на возникновение аварийной ситуации). Время реакции блока, вырабатывающего управляющий сигнал, при возникновении аварийных условий не должно превышать определенного значения, задаваемого в проектной документации с учетом протекания технологических процессов в контролируемом объекте, чтобы не спровоцировать возникновение аварии, что является важнейшим параметром таких блоков и напрямую влияет на безопасность контролируемого объекта.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является блок управляющий пороговый для обнаружения наличия или отсутствия превышения интенсивности радиоактивного излучения порогового значения. Устройство содержит БД, преобразующий воздействующее на него ионизирующее излучение в частотный импульсный сигнал, пропорциональный интенсивности излучения, выход которого соединен со входом цифрового реверсивного счетчика импульсов, соединенного со входом бистабильного узла; генератора пороговой частоты, генерирующей две пороговые частоты, два выхода которого в соответствии с заданным алгоритмом подключаются через бистабильный узел к выходу цифрового реверсивного счетчика импульсов. При превышении частоты, поступающей с выхода БД, значения установленной пороговой частоты на выходе цифрового реверсивного счетчика импульсов формируется управляющий сигнал, который через бистабильный узел активирует реле, в результате чего на выходе устройства получают управляющий сигнал, свидетельствующий о наличии или отсутствии превышения измеренной частоты порогового значения. Применение в устройстве порогового генератора, генерирующего две пороговые частоты, обеспечивает защиту цифрового реверсивного счетчика импульсов от переполнения (GB 1372789, дата публикации 06.11.1974).
На выходе генератора пороговой частоты устанавливают значение частоты, соответствующее пороговой величине радиационного параметра, при превышении которой текущим значением радиационного параметра устройство вырабатывает управляющий сигнал.
Зависимость значения времени получения управляющего сигнала от соотношения величин частот импульсов с выхода БД и с выхода генератора пороговой частоты при применении цифрового реверсивного счетчика импульсов определяется следующим выражением:
N
Figure imgf000007_0001
где T - время получения управляющего сигнала на выходе устройства, N - емкость счетчика импульсов,
i - частота импульсов на выходе БД от источника радиационного излучения,
f2- частота импульсов от генератора пороговой частоты.
Как видно из выражения (4), чем ближе значения частот импульсов fi и f2, тем значение времени выработки управляющего сигнала больше. Следовательно, при значениях частотных сигналов, соизмеримых друг с другом, временные затраты на получение выходного управляющего сигнала являются недопустимо высокими, что не соответствует одному из основных требований к управляющим блокам, в результате чего подобные устройства не могут применяться на радиационно-опасных объектах таких, как, например, АЭС.
Таким образом, основным недостатком наиболее близкого аналога, обусловленным применением цифрового реверсивного счетчика импульсов, является значительная величина времени реакции устройства на превышение интенсивностью ионизирующего излучения порогового уровня (т.е. время выдачи управляющего сигнала на реле с момента превышения частоты на выходе БД пороговой частоты) в случае близких значений частот с выхода БД и пороговой частоты, что обеспечивает низкую безопасность объекта радиационного контроля.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Технической проблемой заявленного изобретения является необходимость преодоления технических недостатков, присущих аналогам, что ведет к необходимости создания эффективного блока выработки управляющего сигнала при превышении измеренным физическим параметром (например, радиационным) установленного проектной документацией на контролируемый объект порогового значения, при эксплуатации которого не применяются программируемые процессоры, что исключает возможность зависания программного обеспечения и обеспечивает осуществление управляющей функции за оптимальное время реакции управляющего блока на аварию, установленное в соответствии с техническими требованиями проектной документации на контролируемый объект. Также технической проблемой является отсутствие в известных аналогах устройств с простой пороговой схемой, создание которых не является трудоемким и которые обеспечивают возможность задания значения пороговой уставки во всем диапазоне возможного изменения радиационного параметра, т. е. в диапазоне, существенно превышающем четыре десятичных порядка.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение безопасности контролируемого объекта или технологического оборудования и повышение надежности порогового блока управления.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счет порогового блока управления (далее - БУП) режимом работы исполнительного механизма или технологического оборудования, содержащего узел пороговый
(2) (далее - УП), который состоит из:
входного цифрового счетчика импульсов (6), выполненного с возможностью подсоединения к выходу устройства (3), преобразующего воздействующий на него физический параметр в частотный сигнал (далее - УПС);
генератора тактовой частоты (7), выполненного с возможностью вырабатывания частотного сигнала;
таймерного цифрового счетчика импульсов (9), вход которого подсоединен к выходу генератора тактовой частоты (7), а выход подсоединен ко входу сброса входного цифрового счетчика импульсов (6);
порогового RS-триггера (10), вход R которого подсоединён к выходу входного цифрового счетчика импульсов (6) и входу сброса таймерного цифрового счетчика импульсов (9), вход S подсоединён к входу сброса входного цифрового счетчика импульсов (6) и к выходу таймерного цифрового счетчика импульсов (9), а выход является управляющим выходом порогового блока управления. Генератор тактовой частоты (7) выполнен с возможностью установки частоты импульсов вырабатываемого сигнала, а таймерный цифровой счетчик импульсов (9) выполнен с возможностью установки его емкости так, чтобы время полного заполнения таймерного счетчика импульсов (9) было с заданной погрешностью равно времени полного заполнения входного цифрового счетчика импульсов (6) при поступлении на его вход с выхода устройства (3) частотного сигнала с частотой импульсов, соответствующей пороговому значению физического параметра и с заданной погрешностью равной пороговой частоте. Пороговый RS-триггер (10) выполнен с возможностью выработки управляющего сигнала при превышении значения входного частотного сигнала пороговой частоты, а управляющий сигнал предназначен для передачи его на исполнительные механизмы или технологическое оборудование для снижения физического параметра до нормативного значения или для сигнального оповещения (например, для оповещения персонала) или для изменения режима работы исполнительных механизмов или технологического оборудования в соответствии с заданным производственным процессом.
Под исполнительным механизмом или технологическим оборудованием в заявленном изобретении следует понимать любой механизм или любое оборудование, на которое может быть направлено управляющее воздействие, чтобы организовать протекание необходимого технологического процесса в соответствии с алгоритмами, заложенными в проектной документации. В частности, в качестве исполнительных механизмов, которыми может управлять БУП, могут использоваться следующие: автоматические клапаны, вентили и задвижки, воздуходувки, реле, светозвуковое оборудование, двигатели, вентиляционное оборудование, различное радиоэлектронное оборудование, либо любой другой исполнительный механизм. В качестве технологического оборудования может быть использовано любое технологическое оборудование, например, парогенератор, теплообменники, вентиляционные системы, вентиляционная труба, сбросная труба, технологические контура и емкости различного назначения, контрольные баки, двигатели, генераторы и т.д. БУП может применяться как на радиационно-опасных объектах, так и иметь более широкое применение на любых промышленных объектах, где могут применяться автоматизированные системы управления технологическими процессами по сигналам датчиков, преобразующих воздействующие на них физические параметры в частотные импульсные сигналы.
В качестве УПС (3) в заявленном изобретении могут быть использованы БД ионизирующего излучения, контролирующие такие радиационные параметры, как, например: мощность дозы, активность, поверхностная активность, объемная или удельная активность, плотность потока или поток ионизирующего излучения, в которых для преобразования энергии ионизирующего излучения в частотный импульсный сигнал используются сцинтилляционные, газоразрядные или полупроводниковые детекторы, или датчики, преобразующие в частотный импульсный сигнал такие физические параметры, как: расход среды, масса среды или тела, сила электрического тока, температура среды или тела, давление среды, скорость среды или тела, скорость вращения, сила, момент силы, световой поток, напряженность магнитного или электрического поля.
Регистрация физического параметра (например, радиационного) и преобразование его в частотный импульсный сигнал посредством УПС (3), осуществляемые при использовании изобретения, имеет ряд особенностей, которые связаны с тем, что УПС (3) производит преобразование физического параметра в частотный импульсный сигнал с некоторой погрешностью, присущей ему, кроме того физический параметр, даже если отсутствуют причины его изменения во времени, колеблется с некоторым разбросом около среднего значения. В результате текущему значению физического параметра (например, радиационного), воздействующего на УПС (3), соответствует не текущее значение частоты импульсного сигнала на выходе УПС (3), а усредненная за некоторый интервал времени частота импульсов, которая определяется путем отнесения накопленного количества импульсов с помощью цифрового или аналогового счетчиков импульсов к интервалу времени накопления (усреднения).
В качестве входного и таймерного счетчиков импульсов в конструкции
БУП используются цифровые счетчики, т.к., как было разъяснено ранее, они обеспечивают более широкий диапазон измерения, чем аналоговые измерители средней частоты следования импульсов, у которых диапазон измерения составляет всего не более трех десятичных порядков, что определяется накоплением на RC-цепочках электрического заряда до равновесного значения, соответствующего среднему значению частотного импульсного сигнала, поступающего на вход БУП. Кроме того цифровой счетчик импульсов имеет еще одно существенное преимущество перед аналоговым, т.к. обладает очень высоким быстродействием, что позволяет ему регистрировать без существенных просчетов высокочастотные импульсные сигналы, также цифровой счетчик (выполненный, например, на базе логической матрицы) обладает практически ни чем не ограниченной емкостью, что позволяет осуществлять накопление импульсов с частотой более 6 десятичных порядков и устанавливать время накопления в широком интервале от единиц секунд до тысяч секунд, что достаточно для решения любых задач контроля и управления технологическими процессами. Также, как было разъяснено ранее, цифровой счетчик импульсов по сравнению с аналоговым обеспечивает, по крайней мере, в 2 раза меньшее время определения средней частоты импульсов.
За счет одновременного подключения входного цифрового счетчика импульсов и таймерного цифрового счетчика импульсов к разным входам порогового RS-триггера и ко входам сброса друг друга обеспечивается возможность оперативного определения наличия или отсутствия превышения частоты импульсов входного сигнала значения заданной пороговой частоты и оперативной выдачи управляющего сигнала с БУП на исполнительные механизмы или технологическое оборудование, запускающие работу систем безопасности контролируемого объекта или технологического оборудования, в том числе при близких или равных значениях частот на выходе УПС и генератора тактовой частоты. Т.е. время выработки управляющего сигнала, запускающего работу систем безопасности контролируемого объекта, при использовании заявленного БУП, в отличие от наиболее близкого аналога, где блок управления содержит реверсивный цифровой счетчик импульсов, является минимальным для всех возможных случаев развития аварийной ситуации.
Это свойство заявленного БУП особенно важно при применении его в управляющих системах безопасности, т.к. в таких системах одним из важнейших требований к БУП, вырабатывающим управляющий сигнал, является требование обеспечения заданного времени выработки управляющего сигнала (времени реакции на возникновение аварийной ситуации) при превышении текущим значением контролируемого физического параметра (например, радиационного) порогового значения. Время реакции БУП, вырабатывающего управляющий сигнал, при возникновении аварийных условий не должно превышать определенного значения, задаваемого в проектной документации с учетом протекания технологических процессов в контролируемого объекта или технологическом оборудование, чтобы не спровоцировать возникновение аварии. Такое значение времени является важнейшим параметром БУП и напрямую влияет на безопасность контролируемого объекта. Из вышесказанного следует, что заявленный БУП обеспечивает значительное сокращение времени выработки управляющего сигнала, запускающего работу систем безопасности контролируемого объекта или технологического оборудования при возникновении аварийных условий, и тем самым обеспечивает повышение их безопасности.
Таким образом, в заявленном изобретении за счет формирования и выработки управляющего сигнала при превышении физическим параметром установленного порогового значения за минимальное время реакции (время реакции заявленного устройства на аварию), соответствующее техническим требованиям, задаваемым в проектной документации, в широком диапазоне изменения физического параметра (от порогового значения и выше) обеспечивается повышение безопасности контролируемого объекта или технологического оборудования.
Кроме того, за счет использования в БУП только элементов «жесткой» логики, т.е. без применения программируемых процессоров, обеспечивается:
- полное исключение возможности внештатной остановки работы БУП при «зависании» программного обеспечения, что приводит к повышению надежности функционирования БУП при формировании и выработке управляющего сигнала на выходе БУП и, соответственно, к повышению безопасности контролируемого объекта или технологического оборудования;
- возможность задания таких настроечных параметров в УП, как: паспортные значения чувствительности и «мертвое» время УПС (например, БД), а также значение пороговой уставки (с возможностью его задания во всем диапазоне изменения физического параметра) и время измерения и выработки управляющего сигнала, что достигается путем оптимального подбора типа генератора тактовой частоты с определенным значением частоты на выходе (обычно выбирается кварцевый генератор частоты с частотой на выходе на уровне нескольких сотен тысяч Гц.) в комбинации с установкой определенного значения коэффициента деления делителя с помощью регулирующих элементов и емкостей входного и таймерного цифровых счетчиков импульсов, емкость которых может быть установлена в широких пределах за счет, например, использования двоичных элементов логической матрицы, что также расширяет функциональные возможности БУП, повышает его эксплуатационные характеристики за счет возможности оперативного адаптирования управляющей функции БУП, т.е. возможности провести быстрое изменение значения частоты импульсов, подаваемых на вход таймерного счетчика импульсов, и емкостей входного и таймерного цифровых счетчиков импульсов при изменении проектных требований к значению пороговой уставки и/или времени измерения и выработки управляющего сигнала, а также при замене отказавшего УПС в ходе проведения ремонтных работ на исправное с отличными метрологическими параметрами.
Таким образом, за счет одновременного подключения входного и таймерного цифровых счетчиков импульсов, выполненных на элементах «жесткой» логики без применения программируемых процессоров, к разным входам порогового RS-триггера и ко входам сброса друг друга обеспечивается повышение безопасности контролируемого объекта или технологического оборудования, повышение надежности и .эксплуатационных характеристик БУП.
В частном случае реализации изобретения генератор тактовой частоты
(7) УП (2) БУП может быть выполнен с возможностью выработки сигнала с частотой импульсов, соответствующей пороговому значению физического параметра и с заданной погрешностью равного пороговой частоте, а емкость таймерного счетчика импульсов (9) может быть равна емкости цифрового счетчика импульсов (6). Генератор тактовой частоты (7) УП (2) может быть выполнен с возможностью выработки частотного сигнала совместно с делителем частоты (8), подключенным между генератором частоты (7) и таймерным цифровым счетчиком импульсов (9). УП (2) может содержать управляющее реле, вход которого подсоединен к выходу порогового RS- триггера (10), выполненное с возможностью срабатывания при поступлении сигнала о превышении входного частотного сигнала пороговой частоты, т.е. сигнала с выхода входного цифрового счетчика (6) на вход R порогового RS- триггера (10).
БУП дополнительно может содержать блок электрического питания (далее - БП (5)), который может быть соединен с электронными элементами УП (2) для их электрического питания и может быть соединен с УПС (3) для обеспечения его питания. ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Заявленное изобретение поясняется чертежами, где изображено следующее:
на фиг. 1 - Блок-схема управляющей аппаратуры, в состав которой входит БУП,
на фиг. 2 - Блок-схема частного варианта реализации заявленного БУП, содержащая УП с функцией формирования управляющего сигнала при превышении физическим параметром пороговой уставки.
Позициями на фигурах обозначены:
1 - пороговый блок управления режимом работы исполнительного механизма или технологического оборудования (БУП),
2 - узел пороговый (УП),
3 - устройство, преобразующее воздействующий на него физический параметр в частотный сигнал (УПС),
4 - управляющий выход БУП,
5 - блок питания (БП),
6 - входной цифровой счётчик импульсов,
7 - генератор тактовой частоты (Г),
8 - делитель частоты (Д^,
9 - таймерный цифровой счётчик импульсов,
10 - пороговый RS-триггер (ΤΊ),
БУП (1) содержит УП (2), подключенный к УПС (3), который преобразует воздействующий на него физический параметр (например; радиационный) в частотный сигнал. В качестве УПС (3) может быть использован, например, БД ионизирующего излучения. БУП содержит управляющий выход (4). В частном случае реализации изобретения УП (2) соединен с БП (5) (фиг. 1). На выходе БУП (1) может быть установлено реле Pi (на чертеже не показано).
УП (2) содержит входной цифровой счетчик импульсов (6), вход которого соединен с выходом УПС (3) для приема частотного сигнала, а также генератор тактовой частоты Г (7) и делитель частоты Д-ι (8), последовательно соединенные друг с другом, таймерный цифровой счетчик импульсов (9), вход которого подсоединен к выходу делителя частоты Д1 (8), а выход подсоединен ко входу сброса входного цифрового счетчика импульсов (6), и пороговый RS- триггер ΤΊ (10), выполненный с возможностью формирования сигнала о превышении порога, вход R которого подсоединён к выходу входного цифрового счётчика импульсов (6) и входу сброса таймерного цифрового счетчика импульсов (9), и вход S которого подсоединён к входу сброса входного цифрового счетчика импульсов (6) и к выходу таймерного цифрового счетчика импульсов (9). Выход порогового RS-триггера ΤΊ (10) и является управляющим выходом (4) БУП (1), обеспечивающим формирование сигнала о превышении порога (фиг.2).
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Емкость входного цифрового счетчика импульсов (6) была выбрана из условия, чтобы время, при котором достигается его полное заполнение импульсами, поступающими на его вход с выхода УПС (3) со средней частотой следования, соответствующей пороговому значению контролируемого физического параметра, было равно или меньше значения времени выработки управляющего сигнала при достижении контролируемым физическим параметром порогового уровня, установленных в соответствии с требованиями проектной документации.
Емкость таймерного цифрового счетчика импульсов (9) была выбрана так, чтобы время его полного заполнения поступающими на его вход импульсами было равно (с погрешностью, не превышающей погрешность проведения измерения величины контролируемого физического параметра) времени полного заполнения входного цифрового счетчика (6) импульсами, поступающими на его вход с выхода УПС (3), со средней частотой следования, соответствующей пороговому значению контролируемого физического параметра. В частном случае емкость таймерного цифрового счетчика импульсов (9) и частота импульсов, формируемая генератором Г (7) и делителем Д1 (8) и подаваемая на его вход, могут быть установлены равными соответственно емкости входного цифрового счетчика импульсов (6) и частоте импульсов, поступающих на вход цифрового счетчика импульсов (6) с выхода УПС (3), со средней частотой следования, соответствующей пороговому значению контролируемого физического параметра.
Заявленное устройство БУП работает следующим образом.
УПС (3) размещали, в соответствии с проектной документацией, вблизи контролируемого объекта, который являлся действующим или потенциальным источником изменяющегося физического параметра (т.е. характеристики контролируемого объекта, количественно оценивающей изменение соответствующего физического свойства), или в помещении или во внешнем пространстве, в которых имелось или была возможность воздействия физического параметра на УПС (3). Частотный сигнал с выхода УПС (3), вырабатываемый им при преобразовании воздействующего на него контролируемого физического параметра, передавался на вход БУП по соединительному кабелю, проложенному от УПС (3) до БУП в соответствии с проектной документацией. Управляющий выход БУП подключали к оборудованию или исполнительному механизму, в котором необходимо произвести управляющее воздействие, чтобы организовать протекание технологического процесса в соответствии с алгоритмами, заложенными в проектной документации.
УПС (3) преобразовывал воздействующий на него физический параметр в частотный импульсный сигнал. Импульсы с выхода УПС (3) непрерывно поступали на вход цифрового счетчика импульсов (6) УП (2) БУП. При заполнении входного цифрового счетчика импульсов (6) импульс с него поступал на R вход порогового RS-триггера (10) и на вход сброс таймерного цифрового счетчика импульсов (9). Одновременно с этим импульсы от генератора тактовой частоты (7), частота следования которых регулировалась с помощью делителя частоты Д1 (8) и устанавливалась равной пороговой частоте, непрерывно поступали на вход таймерного цифрового счетчика импульсов (9). При заполнении таймерного цифрового счетчика импульсов (9) импульс от него поступил на S вход порогового RS-триггера (10) и на вход сброс входного цифрового счетчика импульсов (6). Пороговый RS-триггер (10) в процессе работы устанавливался в то или иное состояние, в зависимости от того, по какому входу приходил первый импульс переполнения. Если первым приходил импульс переполнения от таймерного цифрового счетчика импульсов
(9) на S вход порогового RS-триггера (10) и на вход сброс входного цифрового счетчика импульсов (6), то это означало, что частота импульсов, поступающих с выхода УПС (3) на входной цифровой счетчик импульсов (6), была меньше пороговой частоты. В этом случае превышения порогового уровня не происходило, управляющий сигнал не вырабатывался, а пороговый RS-триггер
(10) устанавливался по входу S. При этом происходил сброс входного (6) и таймерного (9) цифровых счетчиков импульсов в исходное нулевое состояние, и начинался новый цикл измерения. Если же первым появлялся импульс переполнения от входного цифрового счетчика импульсов (6), то это означало, что частота импульсов, поступающих с выхода УПС (3) на вход цифрового счетчика импульсов (6), была больше установленной пороговой частоты импульсов. В этом случае пороговый RS-триггер импульсов (10) устанавливался по входу R, что свидетельствовало о превышении текущим значением контролируемого радиационного параметра порогового уровня. На выходе УП (2) появлялся управляющий сигнал. Одновременно с этим происходил сброс таймерного (9) и входного (6) цифровых счетчиков импульсов в исходное нулевое состояние, и начинался новый цикл измерения.
В качестве примера рассмотрим вариант выполнения БУП со следующими параметрами:
- Тп - время выработки управляющего сигнала при достижении контролируемым физическим параметром порогового уровня, установленное в соответствии с требованиями проектной документации (время реакции БУП), с;
- Fn - частота на выходе УПС (3), численно равная пороговой частоте, вырабатываемой УПС (3) при достижении физическим параметром порогового значения, установленного в проектной документации, при достижении которой формируется управляющий сигнал, с"1;
- NBX - емкость (в импульсах) входного счетчика импульсов, которую можно рассчитать из соотношения NBX = Fn Tn;
- Ντ - емкость таймерного счетчика импульсов (9) (в импульсах), на вход которого от генератора тактовой частоты П (7) через делитель (8) подается частотный импульсный сигнал, частота которого с точностью до погрешности, не превышающей погрешность измерения физического параметра, равна пороговой частоте Fn, с"1;
- Кп - коэффициент пересчета делителя Д1 (8), при котором частота, подаваемая на вход делителя Д1 (8) с выхода генератора тактовой частоты Г (7), наиболее близка к значению пороговой частоты Fn, которую можно рассчитать по следующей формуле:
Кп— —
?π , (5)
где Fr - частота с выхода генератора тактовой частоты (7), с"1. Емкость таймерного счетчика Ντ с точностью до погрешности, не превышающей погрешность измерения физического параметра, выбрана равной емкости входного счетчика NBX:
Ντ = ΝΒΧ·(1 ± Δ) = Fn Tn (1 ± Δ), (6)
где Δ - погрешность измерения физического параметра с помощью УПС (3), отн.ед;
Значение пороговой частоты Fn может быть рассчитано двумя способами:
- из соотношения:
(*п " "Sync + ^φ)
(1 + (Рп · 5уПС + Рф) · Г„) (7) где:
Рп - пороговое значение радиационного параметра, при воздействии которого на УПС (3) БУП, должен выработать управляющий сигнал;
Sync - чувствительность УПС (3) к радиационному параметру;
Fcj, - фоновая частота на выходе УПС (3), с"1;
Тм - значение мертвого времени для УПС (3), с,
- или из соотношения:
Fn = F - Fcf), (8)
где:
F - частота на выходе УПС (3) при одновременном воздействие на него фона и физического параметра величина которого равна пороговому значению
Рп- ПРИМЕРЫ КОНКРЕТНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ
В качестве примера рассмотрим применение БУП в составе аппаратуры радиационного контроля течи (далее - АРКТ) из первого контура в парогенератор АЭС.
АРКТ содержит блок детектирования гамма-излучения БДМГ-И100Д (используемый в качестве УПС), размещенный в свинцовой защите с коллиматором, и БУП. Регистрация гамма-излучения блоком БДМГ-ИЮОД осуществляется с помощью входящего в его состав газоразрядного счетчика «Гамма-6». В соответствии с проектной документацией, на строительство АЭС блоки БДМГ-И100Д в свинцовых защитах с коллиматорами размещают рядом с соответствующими паропроводами парогенераторов так, чтобы коллиматор был направлен в сторону паропровода. Если парогенератор герметичен, то генерируемый им пар не содержит радионуклидов, и блок БДМГ-И100Д регистрирует только гамма-излучение внешнего фона. При разгерметизации парогенератора теплоноситель первого контура, содержащий радионуклиды, поступает в котловую воду парогенератора, а затем в пар. Далее пар проходит в паропровод. Таким образом, на блок БДМГ-И100Д, размещенный рядом с паропроводом негерметичного парогенератора, будет воздействовать одновременно гамма-фон и гамма-излучение от радионуклидов, содержащихся в паре. Частотный импульсный сигнал с выхода БДМГ-И100Д, обусловленный воздействием на него гамма-излучения, передается по кабелю связи на вход БУП. В описываемом случае физическим параметром, установленным проектной документацией, является мощность поглощенной дозы гамма- излучения, выраженная в единицах «Гр/ч». Проектной документацией также определены следующие параметры: пороговый уровень мощности поглощенной дозы, равный
1 мкГр/ч, и время реакции АРКТ (БУП) (время выработки управляющего сигнала) на возникновение аварийной ситуации, когда текущее значение мощности поглощенной дозы превысит пороговое значение в 1 мкГр/ч, равное 7 с. При превышении текущим значением мощности поглощенной дозы порогового значения, АРКТ (БУП) должна выдать управляющий сигнал в управляющую систему безопасности АЭС на включение аварийной защиты реакторной установки.
Таким образом, при разработке АРКТ (БУП) учитывались следующие проектные данные и технические данные блока БДМГ-И1000Д:
- время выработки управляющего сигнала (время реакции) Тп = 7 с;
- пороговая уставка Рп = 1 мкГр/ч;
- чувствительность блока БДМГ-И100Д Sync = 4,5 (имп/с)/(мкГр/ч);
- средний фоновый сигнал блока БДМГ-И100Д составляет 0, 2 имп/с:
- мертвое время блока БДМГ-И100Д Тм = 1 ,8-10"5 с;
- соответственно пороговая частота Fn, рассчитанная по формуле (7) составит: Fn = 4,5 имп/с; - основная погрешность блока БДМГ-ИЮОД Δ = 25% (0,25, в отн. ед. );
- частота на выходе кварцевого генератора тактовой частоты Fr = 337290 имп/с.
Тогда, используя формулы (5) и (6) рассчитаем коэффициент пересчета Кп делителя Д1 (8) и емкости входного NBX и таймерного Ντ счетчиков, в импульсах, счетчиков импульсов (6) соответственно:
- Кп = 74953;
- ΝΒΧ= Ντ= 31 (1±0,25) имп.
Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает возможность создания эффективного блока управления порогового, предназначенного для обработки входного частотного сигнала, поступающего от УПС; надежной и оперативной выработки сигнала управления режимом работы контролируемого объекта или технологического оборудования за счет использования в БУП одновременного подключения входного и таймерного цифровых счетчиков импульсов, выполненных на элементах «жесткой» логики без применения программируемых процессоров, к разным входам порогового RS-триггера и ко входам сброса друг друга, что в итоге обеспечивает повышение безопасности контролируемого объекта или технологического оборудования и эксплуатационных характеристик БУП.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Пороговый блок управления режимом работы исполнительного механизма или технологического оборудования, характеризующийся тем, что содержит:
узел пороговый (2), состоящий из:
входного цифрового счетчика импульсов (6), выполненного с возможностью подсоединения к выходу устройства (3), преобразующего воздействующий на него физический параметр в частотный сигнал;
генератора тактовой частоты (7), выполненного с возможностью вырабатывания частотного сигнала;
таймерного цифрового счетчика импульсов (9), вход которого подсоединен к выходу генератора тактовой частоты (7), а выход подсоединен ко входу сброса входного цифрового счетчика импульсов (6);
порогового RS-триггера (10), вход R которого подсоединён к выходу входного цифрового счетчика импульсов (6) и входу сброса таймерного цифрового счетчика импульсов (9), вход S подсоединён к входу сброса входного цифрового счетчика импульсов (6) и к выходу таймерного цифрового счетчика импульсов (9), а выход является управляющим выходом порогового блока управления;
причем генератор тактовой частоты (7) выполнен с возможностью установки частоты импульсов вырабатываемого сигнала, а таймерный цифровой счетчик импульсов (9) выполнен с возможностью установки его емкости так, чтобы время его заполнения было с заданной погрешностью равно времени полного заполнения входного цифрового счетчика импульсов (6) при поступлении на его вход с выхода устройства (3) частотного сигнала с частотой импульсов, соответствующей пороговому значению физического параметра и с заданной погрешностью равной пороговой частоте;
пороговый RS-триггер (10) выполнен с возможностью выработки управляющего сигнала при превышении значения входного частотного сигнала пороговой частоты, а управляющий сигнал предназначен для передачи его на исполнительные механизмы или технологическое оборудование для снижения физического параметра до нормативного значения или для сигнального оповещения или для изменения режима работы исполнительных механизмов или технологического оборудования в соответствии с заданным производственным процессом.
2. Пороговый блок управления по п.1 , характеризующийся тем, что генератор тактовой частоты (7) выполнен с возможностью выработки сигнала с частотой импульсов, соответствующей пороговому значению физического параметра и с заданной погрешностью равного пороговой частоте, а емкость таймерного счетчика импульсов (9) равна емкости цифрового счетчика импульсов (6).
3. Пороговый блок управления по п.1 , характеризующийся тем, что генератор тактовой частоты (7) выполнен с возможностью выработки частотного сигнала совместно с делителем частоты (8), подключенным между генератором частоты (7) и таймерным цифровым счетчиком импульсов (9).
4. Пороговый блок управления по п.1 , характеризующийся тем, что узел пороговый (2) содержит управляющее реле, вход которого подсоединен к выходу порогового RS-триггера (10), выполненное с возможностью срабатывания при поступлении сигнала с выхода входного цифрового счетчика (6) на вход R порогового RS-триггера (10).
5. Пороговый блок управления по п. п. 1-4, характеризующийся тем, что дополнительно содержит блок питания (5), соединенный с узлом пороговым (2).
6. Пороговый блок управления по п. п. 1-4, характеризующийся тем, что преобразованным устройством (3) физическим параметром является, по меньшей мере, один из следующей группы: мощность дозы, активность, поверхностная активность, объемная или удельная активность, плотность потока или поток ионизирующего излучения, расход среды, масса среды или тела, сила электрического тока, температура среды или тела, давление среды, скорость среды или тела, скорость вращения, сила, момент силы, световой поток, напряженность магнитного или электрического поля.
PCT/RU2018/000560 2017-08-25 2018-08-24 Пороговый блок управления режимом работы исполнительного механизма или технологического оборудования WO2019039972A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017130217 2017-08-25
RU2017130217A RU2660646C1 (ru) 2017-08-25 2017-08-25 Пороговый блок управления режимом работы исполнительного механизма или технологического оборудования

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019039972A1 true WO2019039972A1 (ru) 2019-02-28

Family

ID=62815825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/000560 WO2019039972A1 (ru) 2017-08-25 2018-08-24 Пороговый блок управления режимом работы исполнительного механизма или технологического оборудования

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2660646C1 (ru)
WO (1) WO2019039972A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117254774A (zh) * 2023-11-16 2023-12-19 山东商业职业技术学院 一种电子振荡器的频率控制方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU444229A1 (ru) * 1973-03-01 1974-09-25 Харьковский Ордена Ленина Политехнический Институт Им. В.И.Ленина Кодовое устройство дл управлени исполнительным механизмом
US3848131A (en) * 1972-08-16 1974-11-12 E Tesnavs Radioactive radiation detection system
SU533921A1 (ru) * 1975-07-01 1976-10-30 Ордена Ленина Институт Проблем Управления Автоматики И Телемеханики Струйное пороговое устройство
WO2009102948A2 (en) * 2008-02-13 2009-08-20 Arizona Board Of Regents For And On Behalf Of Arizona State University Threshold logic element having low leakage power and high performance

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1372789A (en) * 1972-08-10 1974-11-06 Pozdnikov V N Radioactive isotope sensor device
EP2027642A1 (en) * 2006-06-13 2009-02-25 Linak A/S Actuator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3848131A (en) * 1972-08-16 1974-11-12 E Tesnavs Radioactive radiation detection system
SU444229A1 (ru) * 1973-03-01 1974-09-25 Харьковский Ордена Ленина Политехнический Институт Им. В.И.Ленина Кодовое устройство дл управлени исполнительным механизмом
SU533921A1 (ru) * 1975-07-01 1976-10-30 Ордена Ленина Институт Проблем Управления Автоматики И Телемеханики Струйное пороговое устройство
WO2009102948A2 (en) * 2008-02-13 2009-08-20 Arizona Board Of Regents For And On Behalf Of Arizona State University Threshold logic element having low leakage power and high performance

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117254774A (zh) * 2023-11-16 2023-12-19 山东商业职业技术学院 一种电子振荡器的频率控制方法及系统
CN117254774B (zh) * 2023-11-16 2024-01-30 山东商业职业技术学院 一种电子振荡器的频率控制方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
RU2660646C1 (ru) 2018-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
UA120355C2 (uk) Спосіб контролю розбавлення бору як результату зміни реактивності при простої реактора
KR101085312B1 (ko) 방사선량 검출기 및 방사선량계
KR101260936B1 (ko) 열출력 자동보정기능이 구비된 디지털 노외핵계측계통 시스템
CN109817360B (zh) 预测核热功率偏差及RPN系统Gk参数走势的预测方法
WO2019039972A1 (ru) Пороговый блок управления режимом работы исполнительного механизма или технологического оборудования
KR100893944B1 (ko) 칼만필터 또는 칼만스무더를 적용하여 원자력 발전소 원자로 냉각재 계통의 미확인 누설률을 계산한 원자로냉각재 계통 파단전누설 모니터링 방법
RU2661761C1 (ru) Пороговый блок управления режимом работы исполнительного механизма или технологического оборудования с функцией диагностики входного сигнала
Coble et al. Calibration monitoring for sensor calibration interval extension: Identifying technical gaps
JP6066835B2 (ja) 放射線測定装置
RU2661451C1 (ru) Аппаратура радиационного контроля технологического процесса (аркт)
Coble et al. Online sensor calibration assessment in nuclear power systems
US4627955A (en) Process for detecting the variations in the reactivity of the core of a pressurized water nuclear reactor and device for making use of this process
JP2018091806A (ja) 原子炉格納容器のベント流量計測システム
RU2727072C1 (ru) Способ выявления разгерметизации технологического оборудования на ранней стадии путем снижения значения минимально детектируемой активности жидкости радиометрической установки (варианты)
JP6892340B2 (ja) 放射線モニタリングシステムおよび放射線モニタリング方法
GB2120782A (en) Radioactivity monitoring
JPS62228962A (ja) 計数率計
RU2714604C1 (ru) Блок обработки, управления и отображения информации
JP6416039B2 (ja) 放射線検出装置
Srivastava Electronics in nuclear power programme of India—An overview
Ivanov et al. Monitoring the condition of safety barriers in nuclear power plants
SU719348A1 (ru) Устройство непрерывного контрол герметичности парогенератора
JPS592874B2 (ja) 原子炉系破損検出装置
JPH06130177A (ja) 原子炉監視装置
Kunz Regulations and Monitoring for the Discharge of Cooling Water and Radioactive Substances from a Nuclear Power Plant into the Weser Estuary

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18848001

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18848001

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1