CC BY
15
УДК 53.083.9
ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В ЗАДАЧАХ УПРАВЛЕНИЯ
ЯДЕРНЫМИ БЛОКАМИ
© 2018 В.П. Поваров Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия
Аннотация: рассмотрены современные принципы разработки систем принятия решений в условиях реального времени с использованием СПРИНТ-технологии, базирующейся на методах, реализуемых в рамках проблематики экспертных систем. Рассмотрена архитектура типовой системы принятия решений в задачах управления энергоблоками атомной электростанции (АЭС). Ключевым моментом в приведенном исследовании является то, что применен метод декомпозиции энергоблока на диагностические компоненты — технологические системы, т.е. объект разбивается на несколько функционально-законченных подсистем. Далее на каждую отдельную подсистему заводятся своя база знаний (БЗ) и база данных (БД). В результате этих действий появляется возможность работы с каждой подсистемой отдельно. Данное разбиение позволяет распараллелить обработку знаний, что особенно важно в системах реального времени. В случае, когда задействовано сразу несколько подсистем, для объединения и обработки такой распределенной информации используются БД и БЗ верхнего блочного уровня. Приведен алгоритм контроля состояния энергоблока, оборудования, параметров рабочей среды, обеспечивающий прием и обработку информации от штатных информационных систем внутриреакторного контроля (СВРК) и УРАН, функционирующих в настоящее время на энергоблоках Калининской и Нововоронежской АЭС
Ключевые слова: система принятия решений, база данных, база знаний, СПРИНТ-технология, алгоритм контроля
Введение
Современные системы управления атомными станциями представляют собой сложные программно-технические комплексы, позволяющие операторам в условиях реального времени (РВ) принимать решения, обеспечивающие безопасное функционирование ядерного блока. Одним из подходов к разработке систем принятия решений (СПР) является СПРИНТ-технология, базирующаяся на методах и принципах, реализуемых в рамках проблематики экспертных систем (ЭС).
СПР СПРИНТ-РВ как система поддержки оператора (СПО) — это компьютеризированная система, состоящая из комплекса технических, программных и организационных средств, предназначенная для приема и обработки контролируемых аналоговых и дискретных параметров состояния АЭС с целью получения и представления обобщенной или детальной текущей информации как о функционировании АЭС в целом, так и о поведении отдельных подсистем, а также выдаче советов дежурной смене в тех режимах, где это предусмотрено эксплуатационными документами.
Архитектура типовой СПР на основе СПРИНТ-технологии
Разработка СПР для эксплуатации энергоблоков АЭС обладает целым рядом
особенностей, основные из которых — слабая структуризация проблем предметной области и необходимость принятия решений в условиях неполной и нечеткой исходной информации.
СПРИНТ-технология поддерживает
представление знаний в виде правил, фреймов, семантической сети и имеет набор вспомогательных инструментов для создания, тестирования и внедрения приложений. Это позволяет описывать процессы принятия решений в открытых и динамических проблемных областях.
Ключевым моментом данной технологии является предоставляемая пользователю возможность самостоятельно разбивать приложение на отдельные задачи, модули (источники знаний). Это достигается за счет использования архитектуры Рабочей Области (РО). РО — часть системы, которая используется для хранения данных и знаний и является доступной: по чтению — всем задачам и источникам знаний, по записи — задачам и ИЗ, получившим разрешение у Администратора БД и БЗ. Объекты, помещаемые в РО, могут являться измеряемыми, расчетными данными, промежуточными результатами, гипотезами, вариантами или окончательными решениями.
Архитектура типовой СПР на основе СПРИНТ-технологии представлена на рис. 1 [1].
Рис. 1. Архитектура типовой СПР на основе СПРИНТ-технологии
Атомная электростанция как объект человеко-машинного управления состоит из нескольких энергетических установок: реактор, турбина, генератор и вспомогательные системы. Очевидно, что такой объект, подвергающийся диагностике со стороны системы поддержки принятия решений, может иметь достаточно сложную архитектуру со многими тысячами взаимосвязей, отследить которые в одной базе знаний достаточно трудно. Поэтому логично разбить сложный объект на более простые составляющие и организовать анализ их состояния. Иными словами, в СПРИНТ-технологии разработки СПР для задач управления АЭС применен метод декомпозиции энергоблока на диагностические компоненты — технологические системы, т.е. объект разбивается на несколько функционально-законченных подсистем [2]. Далее на каждую отдельную подсистему заводятся своя база знаний и база данных. В результате этих действий появляется возможность работы с каждой подсистемой отдельно. Данное разбиение позволяет распараллелить обработку знаний, что особенно важно в системах реального времени.
В случае, когда задействовано сразу несколько подсистем, для объединения и обработки такой распределенной информации
используются БД и БЗ верхнего блочного уровня [3].
Функциональная структура системы поддержки оператора в СПРИНТ-технологии реального времени
Функциональная структура системы поддержки оператора СПО СПРИНТ-РВ реализованная на 5 блоке Нововоронежской АЭС приведена на рис. 2 [4]. В рамках этой структуры предполагается, что вышеописанные функции по анализу действия защит и блокировок, поддержки параметров безопасности, контролю критических функций и анализу действия оператора по симптомно-ориентированным инструкциям, а также другие предметно-ориентированные функции представляются в системе в виде моделей, погружаемых в оперативные и неоперативные базы знаний. Результат работы системы с этими моделями предъявляется операторам дежурной смены через блоки:
• выявления аномалий и классификация аномалий;
• диагностирования причин возникновения аномалий;
• поиска управляющих решений;
• прогнозирования событий и направлений развития аномалий;
Рис. 2. Структура системы контроля состояния энергоблока, оборудования, параметров рабочей среды
• графической поддержки принимаемых решений;
• контроля правильности действий оперативного персонала;
• помощи в режимах пуска/останова.
Вышерассмотренная композиция
функциональных блоков СПО базируется на следующих информационных компонентах:
• оперативных базах данных;
• неоперативных базах данных;
• оперативных базах знаний;
• неоперативных базах знаний;
• графических базах данных;
• оперативных архивах;
• базах данных по отказам оборудования;
• базах данных прогноза.
Функции, поддерживающие
вышеперечисленные блоки, включают в себя:
• функции выявления аномалий, классификации аномалий;
• функции диагностирования причин возникновения аномалий;
• функции контроля параметров технологического процесса;
• функции поиска управляющих решений;
• функции контроля правильности действий оперативного персонала и помощи в режимах пуска/останова;
• функции прогнозирования событий;
• функции сжатия данных технологической информации;
• функции графической поддержки принимаемых решений.
Алгоритм контроля состояния энергоблока, оборудования, параметров рабочей среды
Алгоритм контроля состояния
энергоблока, оборудования, параметров рабочей среды реализован на основе структуры СПР (рис. 2) и обеспечивает прием и обработку информации от штатных информационных систем внутриреакторного контроля (СВРК) и УРАН, функционирующих в настоящее время на энергоблоках Калининской и Нововоронежской АЭС.
Функционал данного алгоритма представляет собой композицию следующих шагов:
ШАГ 1. Контроль текущих значений, отклонений параметров от текущих значений;
ШАГ 2. Контроль событий, логической связи событий.
ШАГ 3. Контроль балансных
соотношений.
ШАГ 4. Контроль работы технологической сигнализации.
ШАГ 5. Контроль работы защит и блокировок.
ШАГ 6. Контроль за развитием аварийных процессов.
ШАГ 7. Контроль за готовностью технологии к выполнению перехода с режима на режим.
ШАГ 8. Контроль порядка переключения оборудования.
Принцип работы настоящего алгоритма
заключается в организации квазипараллельной обработки баз данных, поступающих со штатных информационных систем УРАН, АСУТП и СВРК, а также обработки оперативных архивов энергоблока.
Для поддержки функционирования рассмотренного выше алгоритма используются следующие структуры данных: базы данных границ контроля, базы данных событий, базы данных балансных соотношений, базы данных защит и блокировок, базы данных алгоритма контроля.
Приведенный алгоритм позволяет сформировать все необходимые для поддержки принятия оперативных решений исходные разделы баз данных.
Заключение
В ходе проведенных исследований, связанных с разработкой концепции построения систем принятия решения в задачах управления процессами функционирования ядерных блоков АЭС, был сделан вывод о необходимости применения СПРИНТ-технологии как наиболее эффективного подхода при создании таких инструментальных средств. Рассмотренные в статье принципы
организации СПР РВ были реализованы в системе оперативного управления 5 и 6 блока НВ АЭС. В настоящее время данный подход рассматривается в качестве основы при создании интеллектуальных систем
непрерывного мониторинга параметра состояний ядерных энергетических установок.
Литература
1. Интеллектуальные системы поддержки принятия решений в нештатных ситуациях с использованием информации о состоянии природной среды /В.А. Геловани и др. М.: Эдиториал УРСС, 2001. 304 с.
2. Поваров В.П., Бакиров М.Б., Данилов А.Д. Автоматизированная система многопараметрического мониторинга параметров состояния энергетических установок АЭС. Воронеж: Научная книга, 2017. 244 с.
3. Данилов А.Д., Пилеич А.В. Математическое обеспечение распределенных вычислений гетерогенных динамических параметров систем в режиме реального времени. Воронеж: ВГТУ, 2015. 160 с.
4. Данилов А.Д., Головнев В.Н. Цифровые системы управления. Воронеж: ВГЛТА, 2007. 235 с.
5. Данилов А.Д. Микропроцессорные элементы и устройства локальной автоматики. Воронеж: ВГЛТА, 2005. 267 с.
6. Данилов А.Д. Технические средства автоматизации. Воронеж: ВГЛТА, 2007. 340 с.
Поступила 29.01.2018; принята к публикации 29.03.2018 Информация об авторах
Поваров Владимир Петрович - канд. техн. наук, зав. кафедрой автоматизации и систем управления объектами атомной энергетики, Воронежский государственный техниечский университет (394026, Россия, г. Воронеж, Московский проспект, 14), e-mail: tmk_ep@mail.ru
PRINCIPLES OF DEVELOPMENT OF DECISION-MAKING SYSTEMS IN NUCLEAR BLOCK
CONTROL PROBLEMS
V.P. Povarov
Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia
Abstract: the modern principles of development of decision-making systems in real-time conditions using SPRINT-technology, based on methods implemented within the framework of the problematic of expert systems, are considered. The architecture of a typical decision-making system in the tasks of managing power units of a nuclear power plant (NPP) is considered. The key point of the study is that it applies the method of decomposition of the power unit into diagnostic components - technological systems, i.e. the object is divided into several functionally completed subsystems. Further on, each separate subsystem has its own knowledge base (KB) and database (DB). As a result of these actions, it becomes possible to work with each subsystem separately. This partitioning allows to parallelize the processing of knowledge, which is especially important in real-time systems. In the case when several subsystems are involved at once, the KB and the DB of the upper block level are used for combining and processing such distributed information. The algorithm for monitoring the condition of the power unit, equipment, parameters of the working environment is provided, which ensures the reception and processing of information from the in-house information systems of the in-reactor control (SIRC) and URAN, currently operating on the power units of the Kalinin and Novovoronezh NPPs
Key words: decision-making system, database, knowledge base, SPRINT-technology, control algorithm
References
1. Gelovani V.A. "Intellectual systems of decision-making support in emergency situations using information about the state of the environment" ("Intellektual'nye sistemy podderzhki prinyatiya resheniy v neshtatnykh situatsiyakh s ispol'zovaniem informatsii o sostoyanii prirodnoy sredy"), Moscow, Editorial URSS, 2001, 304 p.
2. Povarov V.P., Bakirov M.B., Danilov A.D. "Automated system for multiparameter monitoring of the parameters of the state of nuclear power plants" ("Avtomatizirovannaya sistema mnogoparametricheskogo monitoringa parametrov sostoyaniya energeticheskikh ustanovok AES"), Voronezh, Nauchnaya kniga, 2017, 244 p.
3. Danilov A.D., Pileich A.V. "Mathematical support of distributed computing of heterogeneous dynamic parameters of systems in real time" ("Matematicheskoe obespechenie raspredelennykh vychisleniy geterogennykh dinamicheskikh parametrov sistem v rezhime real'nogo vremeni"), Voronezh, Voronezh State Technical University, 2015, 160 p.
4. Danilov A.D., Golovnev V.N. "Digital control system" ("Tsifrovye sistemy upravleniya"), Voronezh, Voronezh State University of Forestry and Technologies, 2007, 235 p.
5. Danilov A.D. "Microprocessor elements and local automation devices" ("Mikroprotsessornye elementy i ustroystva lokal'noy avtomatiki"), Voronezh, Voronezh State University of Forestry and Technologies, 2005, 267 p.
6. Danilov A.D. "Technical means of automation" ("Tekhnicheskie sredstva avtomatizatsii"), Voronezh, Voronezh State University of Forestry and Technologies, 2007, 340 p.
Submitted 29.01.2018; revised 29.03.2018 Information about the author
Vladimir P. Povarov, Cand.Sci. (Technical), Voronezh State Technical University (14 Moskovskiy prospekt, Voronezh 394026, Russia), e-mail: tmk_ep@mail.ru
