Шлюз подготовки данных аппаратуры контроля радиационной безопасности (АКРБ)
Анализ аппаратно программных средств связи аппаратуры контроля радиационной безопасности с ЛВС АЭС
Алексей Булавин
В статье рассматриваются принципы построения и основные технические характеристики шлюза подготовки данных аппаратуры контроля радиационной безопасности (АКРБ). Шлюз разработан в ЗАО «РОСсвязьсистема» и применяется в локальных вычислительных сетях действующих атомных электростанций.ВВЕДЕНИЕ
Современные компьютерные технологии позволяют создавать комплексные, многоформатные, многоуровневые системы представления параметров контролируемых технологических процессов, вести архивы данных, производить математический анализ в режиме online и транслировать эти данные на большие расстояния. Эти технологии расширяют возможности радиационного контроля и представления комплексной информации на атомных станциях и в центральном аппарате ОАО «Концерн Росэнергоатом». В данной статье приводится описание шлюза подготовки данных (интерфейса) аппаратуры контроля радиационной безопасности (АКРБ) АЭС для энергетических установок типа ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и РБМК-1000. Шлюз подготовки данных радиационной безопасности является пассивным источником данных в локальной вычислительной сети (ЛВС) АЭС, предоставляющим оперативную online-информацию по объёмной активности сред, мощности дозы облучения, потокам частиц и т.п., измеряемым аппаратурой контроля радиационной безопасности на АЭС. Шлюзовые системы разрабатываются для определённой информационной системы сбора данных, учитывая её особенности и характеристики. Задача шлюзовой системы — преобразовать информацию к стандартному цифровому виду данных, предоставить интерфейс доступа к этим данным в соответствии с заданными требованиями по частоте обновления информации, достоверности, объёму информации, синхронизации и т.д. Для обеспечения надёжности передачи данных учитываются особенности поступающей информации. В шлюзовых системах применяются программно-аппаратные средства защиты от помех и сбоев, контроля достоверности поступающих данных, а также средства по вышения надёжности передачи информации на выходе шлюзовой системы при трансляции данных в сеть.ОПИСАНИЕ И АНАЛИЗ ПРЕДШЕСТВОВАВШИХ РЕШЕНИЙ
В первой разработанной версии шлюза для варианта исполнения аппаратуры контроля АКРБ-03 был использован стандартный ПК с процессором Intel Pentium III (частота 1 ГГц) и оперативной памятью 128 Мбайт. Импульсы от АКРБ-03 в шлюз проходили через гальваническую развязку и входы пассивной платы дискретного ввода. Затем данные поступали на шину ISA компьютера. Для обеспечения работы системы передачи данных в сеть, обработки информации и мониторинга процессов была выбрана операционная система Windows NT с использованием надстройки подсистемы реального времени RTX. Подобное программное решение позволяло работать со шлюзом как со стандартным ПК со всеми установленными сервисами Windows NT, а для быстрой обработки параметров, поступающих на порты платы ввода/вывода, использовать функции библиотек RTX. Существенным было и то, что разработка программы считывания и обработки сигналов шлюза, несмотря на использование RTX, выполнялась в обычных редакторах типа Delphi, Borland C++ Builder, Visual C++ и т.п., поскольку все они работают в среде Windows, и это значительно упрощало решение задачи. В процессе анализа эксплуатации шлюза первой версии был обнаружен ряд недостатков:- стандартный ПК не приспособлен для долгой автономной работы в промышленных условиях;
- гальваническая изоляция искажала выходной сигнал во время изменения амплитуды входного сигнала при достаточно больших частотах передачи данных;
- использование пассивных плат ввода/вывода приводило при поступлении в шлюз дискретных сигналов с высокой интенсивностью к большой загрузке ЦПУ и шины данных задачей сканирования физических адресов;
- операционная система Windows NT, несмотря на использование RTX, обладала и собственными недостатками, в частности, наблюдаемыми при работе с сетью, в результате чего случались зависания операционной системы;
- масштабирование системы также требовало увеличения мощности обработчика и увеличения пропускной способности шины данных;
- программное обеспечение шлюза было разработано строго под АКРБ-03;
- данные после считывания шлюзом без обработки передавались в сеть, в получаемых значениях с определённой малой вероятностью наблюдались искажённые значения исходного сигнала или шумы и аппаратные ошибки АКРБ
Рис. 1. Структурная схема аппаратной части шлюза и структура операционной системы
АППАРАТНОЕ РЕШЕНИЕ
Характеристики комплектующих изделий фирм Advantech и FASTWEL позволили удовлетворить все технические требования со стороны источников информации, а также требования, предъявляемые к самой шлюзовой системе: надёжность, отказоустойчивость, ремонтопригодность, простота обслуживания. Структурная схема аппаратной части шлюза и структура операционной системы показаны на рис. 1, а внешний вид конструкции шлюза — на рис. 2. В состав основных комплектующих шлюза входят:- корпус промышленного компьютера IPC-602 (Advantech) высотой 2U с блоком питания и объединительной платой;
- промышленный одноплатный компьютер PCA-6187 (Advantech) с процессором Intel Pentium IV (2,8 ГГц), чипсетом Intel 865G, оперативной памятью 256 Мбайт, встроенным сетевым адаптером Ethernet 10/100/1000Base-T и видеоконтроллером Intel Extreme Graphics 2;
- накопитель на жёстком диске ёмкостью 160 Гбайт с UltraATA/100 и контролем чётности;
- плата гальванической изоляции каналов дискретного ввода TBI24/0-3 (FASTWEL) с допустимой скоростью передачи данных без искажения до 10 МГц и амплитудой сигнала до 52 В;
- программируемая плата ввода-вывода UNIO96-5 (FASTWEL).
Рис. 2. Внешний вид конструкции шлюза: а — лицевая панель; б — вид сверху со снятой крышкой корпуса
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Использование операционной системы реального времени On Time RTOS-32 помогло решить целый ряд вопросов, связанных, прежде всего, со скоростью обработки и распределением приоритетов выполняемых задач. Быстрый планировщик реального времени RTOS-32 дополняет стандартные вызовы Win32 возможностью создания и управления потоками, семафорами, критическими секциями и другими свойствами, которыми наделены операционные системы жёсткого реального времени. Планировщик RTKernel-32 RTOS-32, для сравнения, работает в 15 раз быстрее, чем в Windows 95, и примерно в 5 раз быстрее, чем в Windows NT. Операционная система On Time RTOS-32 встраивается в скомпилированное программное приложение и не требует предустановки и предзагрузки на компьютере. Компиляция выполняется в редакторах типа Borland C++ Builder или Microsoft Visual C++ либо в стандартных пакетах разработки, а затем переносится на компьютер шлюза. При этом можно пользоваться встроенным отладчиком. При запуске приложения выделяется ровно столько памяти, сколько необходимо для работы задачи и сколько определено конфигурацией приложения. Обеспечен быстрый доступ к физическим адресам памяти. Приложение создаётся как загрузочное и прописывается в загрузочный сектор диска или флэш-памяти. Период загрузки приложения мал, так как загружаются исключительно модули нашего приложения. Программная часть ПТК шлюза, разработанная под On Time RTOS-32, включает:- потоки чтения данных (количество определено числом читаемых подсистем);
- потоки фильтрации данных;
- поток графического интерфейса;
- поток контроля величины архива;
- поток самодиагностики;
- поток TCP-сервера;
- поток FTP-сервера.
Рис. 3. Схема обработки данных программного обеспечения шлюза
Рис. 4. Общий вид комплекса подготовки данных АКРБ АЭС
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Шлюз подготовки данных АКРБ разработан, прошёл испытания и успешно эксплуатируется на Балаковской АЭС, Нововоронежской АЭС, Ле-нинградской АЭС, Кольской АЭС в составе комплекса подготовки данных АКРБ АЭС (рис. 4), который конструктивно встраивается в уже существующую систему аппаратуры контроля радиационной безопасности. Данные по радиационной безопасности, подготавливаемые шлюзами на АЭС, передаются в Кризисный центр ОАО «Концерн Роснергоатом», в защищённые пункты управления АЭС, в систему представления параметров безопасности на блочном щите управления АЭС, а также на рабочие станции инженеров по радиационной безопасности АЭС. Разработанные шлюзы функционируют в автономном режиме на некоторых АЭС уже более 7 лет. Использование комплектующих изделий фирм Advantech и FASTWEL, а также программного обеспечения On Time RTOS-32 позволило создать высоконадёжный ПТК, работающий в жёстких промышленных условиях.