Автоматизированная система контроля вибрации и механических величин (сквм) нпк фгуп «рфяц внииэф)
СКВМ предназначена для контроля в непрерывном, круглосуточном режиме вибрации и механических величин основного роторного оборудования, а также температуры и вибрации фундамента энергоблока атомных электростанций (далее по тексту -АЭС).
СКВМ обеспечивает:
контроль вибрационных характеристик;
получение информации о состоянии контролируемого роторного оборудования;
передачу измеренных параметров и сигнализацию по результатам измерений на собственные средства отображения информации;
сигнализацию в систему контроля и управления турбинным отделением (СКУ ТО) и реакторным отделением (СКУ РО);
передачу измеренных параметров и сигнализацию в информационно-вычислительную систему (ИВС);
передачу измеренных параметров в систему аварийной регистрации параметров (САРП);
отображение измеренных параметров на блочном пункте управления (через СКУ ТО).
СКВМ обеспечивает поканальное измерение контролируемых параметров. Измерительные каналы СКВМ объединены в подсистемы, обеспечивающие текущий сбор, обработку и хранение данных. СКВМ включает общие подсистемы контроля, управления, сбора и хранения, интегрирующие информацию по всем каналам ввода/вывода.
СКВМ предназначена для использования в составе информационно-измерительной системы АЭС, относящейся к классу безопасности 4 в соответствии с НП-001-97 (ОПБ-88/97), комплексы виброконтрольные КВ-А и стойки питания, участвующие в формирование защит и блокировок контролируемого оборудования, соответствуют классу безопасности 3НК2.
СКВМ обеспечивает реализацию следующих основных функций:
выдачу среднего квадратического значения (СКЗ) вибрации опор ТГ и подшипников ТПН в полосе частот от 10 Гц до 1 кГц в виде токового сигнала (4-20 мА) по гальванически развязанным каналам в СКУ ТО для реализации защиты ТГ по превышению уровня СКЗ вибрации опор, а также ТГ и ТПН по ОСР и частоте вращения;
фиксирование на ТГ и ТПН превышения нормируемым параметром (виброскорости) значения: 4,5 мм/с, 7,1 мм/с, 11,2 мм/с в соответствии с 8.1 ГОСТ 25364-97, выдачу сигнала в виде «сухого контакта» через СКУ ТО для отображения на БПУ (сигнализация), передачу в ИВС и в АРМ ИР СКВМ сигнала тревоги;
обнаружение у ТГ и ТПН низкочастотной вибрации в соответствии с 8.4 ГОСТ 25364-97, выдачу сигнала в виде «сухого контакта» через СКУ ТО для отображения на БПУ и передачу в ИВС и в АРМ ИР СКВМ сигнала тревоги по уставкам: 0,5 мм/с; 1,0 мм/с; 1,8 мм/с;
обнаружение у ТГ и ТПН скачка вибрации в соответствии с 8.5 ГОСТ 25364-97, выдачу сигнала в виде «сухого контакта» через СКУ ТО для отображения на БПУ и передачу в ИВС и в АРМ ИР СКВМ сигнала тревоги;
обнаружение у ТГ и ТПН возрастания на сравнимых режимах значений среднеквадратичного значения (СКЗ) виброскорости, для выбранных компонентов вибрации в соответствии с 8.6 ГОСТ 25364-97, выдачу сигнала в виде «сухого контакта» через СКУ ТО для отображения на БПУ и передачу в ИВС и в АРМ ИР СКВМ сигнала тревоги;
обнаружение у ТГ и ТПН превышения допустимых значений размаха относительных виброперемещений валопровода турбогенератора (в составе: паровая турбина, генератор и возбудитель) в соответствии с 8.1 ГОСТ 27165-97, выдачу сигнала в виде «сухого контакта» через СКУ ТО для отображения на БПУ и передачу в ИВС и в АРМ ИР СКВМ сигнала тревоги;
обнаружение у ТГ и ТПН скачка вибрации валопроводов в соответствии с 8.2 ГОСТ 27165-97, выдачу сигнала в виде «сухого контакта» через СКУ ТО для отображения на БПУ и передачу в ИВС и в АРМ ИР СКВМ сигнала тревоги;
обнаружение у ТГ возрастания вибрации валопровода в течение 3-х суток более чем на 85 мкм, или 100 мкм независимо от продолжительности возрастания по любому направлению измерения в соответствии с 8.3 ГОСТ 27165-97, выдачу сигнала в виде «сухого контакта» через СКУ ТО для отображения на БПУ и передачу в ИВС и в АРМ ИР СКВМ сигнала тревоги;
контроль и передачу в СКУ ТО и ИВС аналоговых сигналов 4-20 мА по осевому сдвигу роторов и частотам вращения роторов для ТГ и ТПН;
контроль и передачу в СКУ ТО и ИВС аналоговых сигналов 4-20 мА по тепловому расширению ротора, прогибу ротора, тепловому расширению корпуса для ТГ;
контроль и передачу в СКУ ТО и ИВС аналоговых сигналов 4-20 мА по параметрам температуры и вибрации фундамента ТГ.
СКВМ обеспечивает реализацию следующих функций по представлению информации:
контроль и регистрацию контролируемых параметров основного роторного оборудования;
измерение и отображение отклонений от заданных пределов (уставок) параметров и показателей, определяющих состояния контролируемого оборудования на АРМ ИВ и АРМ ИР СКВМ и на табло БПУ при передаче через СКУ ТО/РО;
организацию обмена информацией между СКВМ и ИВС по стандартным протоколам передачи данных и интерфейсам ИВС с применением специализированных шлюзов связи;
архивирование контролируемых параметров и показателей с возможностью вывода накопленных данных по запросу с АРМ ИВ СКВМ;
формирование, отображение и вывод на печать комплекта отчётной документации (ведомостей, журналов, отчётов).
СКВМ обеспечивает реализацию следующих вспомогательных функций:
автоматизированная самодиагностика программно-технических средств (далее по тексту - ПТС) СКВМ и передача ее обобщенных результатов в ИВС;
контроль наличия напряжения внешнего электропитания, резервирование электропитания с использованием источников бесперебойного питания (далее по тексту - ИБП), обеспечение корректного останова компонент СКВМ при пропадании внешнего питания и низком уровне заряда батарей ИБП;
контроль исправности составных частей СКВМ, включая датчики;
контроль исправности линии связи между составными частями СКВМ;
контроль несанкционированного доступа к элементам управления системы;
поддержка и синхронизация единого времени с ИВС.
В состав СКВМ входят каналы измерения(220шт):
абсолютной вибрации (измерение СКЗ виброскорости, мгновенных значений виброускорения) - ИК* ВС (112);
относительной вибрации (измерение размаха и мгновенных значений виброперемещения) - ИК* ВП (24);
механических величин:
измерение прогиба ротора - ИК* ПР (1),
измерение относительного расширения ротора - ИК* ОРР1, ОРР2 (2),
измерение относительных перемещений (осевого сдвига) - ИК* ОС1, ОС2 (11),
-измерение теплового расширения корпуса - ИК* ТРК (4);
частоты вращения и фазоотметки - ИК* ОБ1, ОБ2, ОБ3 (12);
температуры фундамента;
вибрации фундамента.
Метрологические характеристики СКВМ нормируются для отдельных ИК.
СКВМ осуществляет измерение контролируемого параметра, регистрацию (архивирование) в ПТК и передачу результатов измерений, проводимых в автоматическом режиме, в ИВС.
СКВМ осуществляет сигнализацию, индикацию и автоматическую регистрацию отклонений от нормального режима работы контролируемого агрегата при значениях аварийных и предупредительных уставок, обнаруживает превышение (изменение) нормируемых параметров по алгоритмам, реализуемых программным обеспечением (далее по тексту - ПО) стоек агрегатных, и выдаёт сигнализацию об этом в виде «сухого контакта» в СКУ ТО.
СКВМ осуществляет выявление предаварийных и аварийных ситуаций по алгоритмам, реализуемых ПО агрегатных стоек (при передаче через СКУ ТО), путём анализа информации измерительных каналов вибрации, механических величин.
СКВМ обеспечивает возможность изменения алгоритмов аварийной сигнализации (при передаче через СКУ ТО).
Информационное взаимодействие между вторичной аппаратурой, ТС СКВМ и АСУ ТП реализовывается с использованием специализированных шлюзов, дублированной сети Ethernet со скоростью передачи данных до 100 Мбит/с, обеспечивает выдачу требуемой информации в АСУ ТП.
СКВМ обеспечивает приём сигналов из ИВС для диагностирования дефектов оборудования через локальную вычислительную сеть (далее по тексту - ЛВС) Ethernet, 100 Мбит/с.
Структура СКВМ
СКВМ представляет собой многоуровневую измерительно-информационную систему, обеспечивающую возможность изменения конфигурации, количества и типов ИК в зависимости от выполняемых задач и требований заказчика.
Укрупненная структурная схема системы
Первым уровнем СКВМ являются комплексы виброконтрольные КВ-А и преобразователи многоканальные ПМ, в состав которых входят первичные преобразователи, устанавливаемые на контролируемых агрегатах. Расположение точек контроля приведено в приложении Б.
КВ-А является проектно-компонуемым изделием и состоит из набора независимых ИК. КВ-А комплектуются в соответствии с проектом привязки следующими измерительными каналами:
канал измерения абсолютной вибрации (виброскорости, виброускорения) - код ВС;
канал измерения относительной вибрации (виброперемещения) - код ВП;
каналы измерения механических величин:
а) прогиба ротора - код ПР;
б) осевого сдвига ротора - коды ОС1, ОС2;
в) относительного расширения ротора - коды ОРР1, ОРР2;
г) теплового расширения корпусов - код ТРК;
- каналы измерения частоты вращения и фазоотметки - коды ОБ1, ОБ2, ОБ3.
КВ-А выполняет для каждого ИК преобразование измеренного параметра в унифицированный выходной сигнал постоянного тока от 4до 20 мА, цифровой двоичный код и выходной сигнал напряжения, пропорциональный мгновенному значению параметра, индикацию измеряемого параметра. Выходной сигнал постоянного тока передаётся в СКУ ТО, цифровой двоичный код и выходной сигнал напряжения – на агрегатный контроллер (АК) соответствующей подсистемы для последующей обработки.
КВ-А обеспечивает:
контроль работоспособности ИК и обрыва линии связи между первичным преобразователем и КВ-А;
формирование и передачу на токовый выход ИК значений тока, пропорциональных требуемым значениям измеряемого параметра, для проверки работоспособности линии связи с верхним уровнем и срабатывания уставок.
Конструктивно КВ-А выполнен в виде компактного металлического шкафа, внутри которого установлены ИК (кроме первичных преобразователей, соединительных жгутов, блоков индикации выносных) и блоки индикации и контроля БИК. Шкаф крепится к стене с помощью четырёх винтов.
Первичные преобразователи ИК устанавливаются непосредственно на контролируемый объект и с помощью жгутов через соединители, расположенные на левой стороне шкафа КВ-А, подключаются, в зависимости от типа канала, к измерительным или нормирующим преобразователям ИК.
Укрупненная структурная схема подсистемы контроля ТГ (ТПН, ЦН, ГЦН)
Основные характеристики измерения параметров вибрации
Диапазон измерения:
виброускорение, м/с*с………………………...…………………от 0 до 60
виброскорость, мм/с……………………………….…………….от 0 до 20
виброперемещение, мкм……………………………...……….от 0 до 500
Частотные диапазоны, Гц:
виброускорения………………………………………….…….от 2 до 5000
виброскорости (СКЗ)…………………………………...……от 10 до 1000
виброперемещения (размах)…………………………….……от 5 до 500
Погрешности измерения, %:
виброускорения……………………………………………………….……..6
СКЗ виброскорости………………………………………………….………8
виброперемещения………………………………………………..………..6
Основные характеристики измерения мехвеличин
Диапазоны измерения:
канал измерения осевого сдвига ротора ТГ ТПН, мм…....от -2 до +2
канал измерения относительного расширения ротора
ОРР1, мм…………………………………………………….…….от -5 до +5
ОРР2, мм…………………………………………………….…..от -5 до +55
канал измерения теплового расширения корпуса (ТРК), мм…………………………………………………..…от 0 до 40 (от 0 до 60)
канал измерения прогиба ротора, мм………….……………от 0 до 0,2
канал измерения частоты вращения ротора
ТГ, об/мин………………………………………………….…….от 0 до 4000
ТПН, об/мин…………………………………………..…………от 0 до 6000
ЦН, об/мин………………………………………………..……..от 0 до 1000
Погрешности измерения:
канал измерения осевого сдвига ротора ТГ, ТПН………………….6%
канал измерения относительного расширения ротора ОРР1, ОРР2……………………………………………………………..………….6%
канал измерения теплового расширения корпуса (ТРК)………….6%
канал измерения прогиба ротора…………………………..…………6%
канал измерения частоты вращения ротора………………….1об/мин
Внешний вид комплекса виброконтрольного (КВ-А)
Схема электрическая функциональная канала измерения относительной вибрации
Блок индикации и контроля БИК является общим устройством для ИК КВ-А. Он осуществляет постоянный сбор результатов измерений с каждого ИК КВ-А и последовательную передачу измеренных параметров в цифровом коде по интерфейсу RS-485 через преобразователь RS-485/ETHERNET в АК для обработки и далее на ЦС для архивации.
Блок индикации и контроля БИК позволяет отображать значение измеряемого параметра выбранного ИК на цифровом индикаторе, выбор канала осуществляется с передней панели блока.
Блок индикации и контроля БИК позволяет в режиме "Контроль" задавать контрольные значения тока с индикацией значения соответствующего измеряемого параметра выбранного ИК (согласно диапазону измерения).
Главное окно
Настройка
канала БИК
Усилитель изолирующий осуществляет усиление и передачу сигнала напряжения, пропорционального мгновенному значению измеряемого параметра, на два гальванически развязанных выхода: один выход может использоваться для подключения переносных приборов, другой - для передачи в систему верхнего уровня по линии связи длиной до 300 м.
Устройства защиты осуществляют защиту от импульсных перенапряжений и помех линий связи и цепей питания.
Питание КВ-А осуществляется от стоек питания или от стоек агрегатных. Для резервирования напряжение 220 В подаётся по двум фидерам. На отдельные измерительные каналы КВ-А питание может подаваться от разных фидеров.
Преобразователь многоканальный ПМ выполняет:
1) преобразование измеренного СКЗ виброскорости в цифровой двоичный код;
2) преобразование измеренной температуры в цифровой двоичный код и индикацию измеренного параметра.
Цифровой двоичный код передаётся в стойку агрегатного контроллера или фундамента для последующей обработки.
В состав стойки питания входит сервер последовательных устройств, который предназначен для преобразования 16 портов RS-485 в ETHERNET. Жидкокристаллический дисплей и 4 клавиши управления на лицевой панели сервера позволяют просмотреть текущие настройки или изменить их, в случае необходимости, без использования дополнительных средств.
Сетевой коммутатор обеспечивает подключение интерфейса ETHERNET по ЛВС.
Внешний вид коммутатора ETHERNET
Импульсный источник питания обеспечивает питание КВ-А, сетевого коммутатора и блока контроля. Для повышения надежности, питание каждого КВ-А осуществляется от двух источников питания - основного и резервного ("горячий" резерв).
Агрегатный контроллер (второй уровень) обеспечивает прием и преобразование сигналов от КВ-А и передачу значений контролируемых параметров на собственные средства отображения информации и по цифровому каналу типа ETHERNET на АРМ ИВ и стойку ЦС (центральный сервер).
АК осуществляет:
циклический сбор измеряемых данных (сигналов) от КВ-А по измерительным каналам, их обработку, анализ;
обработку и анализ получаемых данных;
расчет дополнительных параметров в реальном масштабе времени;
формирование и передачу по запросу массив данных по заказанным измерительным каналам для осциллографирования измеряемых параметров;
автоматизированную диагностику собственных ПТС с выдачей сообщения и регистрацией в журнале событий;
кратковременное хранение поступающей информации;
регистрацию всех событий и передачу на ЦС и по ЛВС в АСУ ТП данных в соответствии с алгоритмами;
сравнение измеренного параметра с заданными уставками по соответствующему алгоритму с выдачей сигнализации при превышении измеряемым параметром заданного уставками уровня и передачу этой информации на ЦС, АРМы и на контроллер исполнительный СКВМ для формирования сигналов «сухой» контакт в СКУ ТО для отображения на табло БПУ;
автоматизированную диагностику собственных ПТС с выдачей сообщения и регистрацией в журнале событий;
хранение в базе данных конфигурацию ПТС нижнего уровня и собственную;
формирование тестовых сигналов на ПТС нижнего уровня для проверки функционирования алгоритма защит при проведении пуско-наладочных работ;
контроль несанкционированного доступа к ПТС нижнего уровня и самой стойке;
регистрацию и передачу результатов измерений на ЦС в режимах:
а) непрерывный с интервалом измерений не более 1 секунды;
б) периодический по заданной конфигурации;
в) ручной по команде оператора (выдача непрерывного сигнала по выбранным каналам);
накопление и хранение (архивацию) значений контролируемых параметров и показателей в случае нарушения связи с ЦС;
регистрацию фактов обнаружения событий (отклонений значений параметров от установленных норм) с фиксированием во времени и занесением в базу данных предыстории возникновения отклонения в виде массива непрерывного сигнала глубиной до 1 мин до возникновения и 1 мин после;
реализацию и автоматическую настройку каналов измерений в зависимости от режимов работы оборудования (остановка, прокрутка, разбег, ход, выбег, другое состояние).
Третий уровень СКВМ реализован на базе ЦС, АРМ ИВ и АРМ ИР.
ЦС объединяет комплексы виброконтрольные, стойки агрегатные фундамента и АРМы в единую систему с использованием ЛВС ETHERNET и предназначен для:
параллельного приема данных от всех АК (аналоговые параметры, дискретные параметры, осциллограммы по событиям, состояние оборудования);
приема данных о режимах работы АК, вводе и выводе из эксплуатации оборудования от АРМ и системы верхнего уровня станции;
приема от АРМ и транслирования команд по переключению режима работы в АК;
архивирования принятых данных в базу данных (аналоговые параметры, дискретные параметры, осциллограммы по событиям, состояние оборудования, состояние связи с АК, авторизация пользователей, режимы работы АК);
передачи по запросу текущих данных на АРМы (обеспечивается одновременное подключение не менее 5 АРМ);
передачи по запросу архивных данных по аналоговым параметрам, дискретным параметрам, осциллограммам на АРМы;
передачи текущих данных в систему верхнего уровня станции через шлюз;
фильтрации по апертуре на уровне шлюза параметров, передаваемых в систему верхнего уровня станции;
приёма технологических параметров из системы верхнего уровня станции;
периодической фильтрации архивов и удаления устаревшей информации в соответствии с заданным при конфигурировании "временем жизни";
резервного сохранения информации на внешних носителях;
ведения и контроля текущего системного времени СКВМ (сервер времени);
приема команд по установке времени из системы верхнего уровня станции и синхронизации времени в СКВМ;
обеспечения защиты от несанкционированного доступа с помощью системы разграничения прав между пользователями с авторизацией с использованием паролей.
Конструктивно серверы установлены в стойку ЦС. Для повышения надежности в состав стойки ЦС входят основной и резервный серверы. В состав каждого сервера входят резервируемые источники питания, RAID-массивы хранения информации, дублированные интерфейсы ETHERNET. Основной и резервный серверы выполнены на базе специализированного оборудования промышленного исполнения с дублированием источников питания и накопителей.
Внешний вид стоек АК и ЦС
Автоматизированное рабочее место инженера по вибрации (АРМ ИВ) предназначено для реализации функций контроля и диагностики вибрационного состояния контролируемого оборудования. Контроль вибрационного состояния оборудования осуществляется путем просмотра информации о текущем состоянии технологического оборудования с использованием таблиц, мнемосхем, графиков, прочих средств отображения на мониторе персонального компьютера.
СКВМ обеспечивает функционирование одновременно до пяти АРМ ИВ.
Рисунок Вид рабочего окна АРМ ИВ Вибрация опор и ротора ТГ
Рисунок Вид рабочего окна «Анализатора сигналов»
Рисунок Вид рабочего окна АРМ ВИДАС «Траектория движения»
Рисунок Вид рабочего окна АРМ ВИ ДАС «Таблица диагностики ТГ»
Автоматизированное рабочее место инженера по ремонту (АРМ ИР) предназначено для реализации функций установки, наладки и контроля работы ПО СКВМ, а также для контроля вибрационного состояния контролируемого оборудования. АРМ ИР обеспечивает настройку конфигурации всех компонент, включая АК, ЦС, АРМ ИВ и шлюзы.
Рисунок Вид рабочего окна АРМ ИВ «Самодиагностика СКВМ»
Контроллер исполнительный СКВМ является удаленным устройством и предназначен для приема от АК через ЦС команд и выдачи дискретных сигналов типа "сухой" контакт через СКУ ТО в БПУ для сигнализации о превышении измеряемыми параметрами установленных уровней (уставок).
Основными составляющими контроллера исполнительного СКВМ являются сетевой коммутатор, исполнительные контроллеры (по количеству обслуживаемых агрегатов), набор выходных клемм для подключения внешних кабелей. Все составные части размещаются в компактном настенном шкафу фирмы RITTAL.
Контроллер исполнительный СКВМ является проектно-компонуемым изделием, состав которого определяется на этапе определения конфигурации СКВМ.
Контроллер исполнительный СКВМ выполняет следующие функции:
прием от АК через ЦС команд на замыкание / размыкание исполнительных "сухих" контактов реле;
прием дискретных сигналов от АК;
передача на ЦС для архивации информации о рабочем/аварийном состоянии блока, положении исполнительных контактов реле и входных дискретных сигналов;
контроль несанкционированного доступа к блоку.
Функционирование третьего уровня СКВМ происходит под управлением операционных систем Linux и Windows.
На АК, ЦС и АРМы установлено специализированное ПО для выполнения функций мониторинга, сигнализации и диагностики.
Информационная связь между вторичной аппаратурой, техническими средствами СКВМ и ИВС реализовывается на базе компьютерной сети ETHERNET или волоконно-оптической линии связи.
Стойки агрегатные, стойки ЦС и АРМы содержат специализированное программное обеспечение (ПО) для сигнализации, мониторинга и диагностики.