Автоматизация
сопровождения информационной базы верхнего уровня АСУ ТП АЭС
в части графических мнемосхем
А.А. Байбулатов,
научный сотрудник, bajbulatov@mail.ru
ИПУ РАН, г. Москва
Представлены основные принципы сопровождения
(актуализации) информационной базы системы верхнего блочного уровня АСУ ТП АЭС.
Особо выделено сопровождение (актуализация) в части графических мнемосхем.
Приведен алгоритм процедуры
автоматической привязки графических элементов на мнемосхемах.
The
basic principles of maintenance (actualization) of NPP APCS Unit Top-level Control
System information base are presented. Maintenance (actualization) in the part
of graphic mimic panels is highlighted. The algorithm of procedure of automatic
binding the graphic elements on mimic panels is given.
Введение
Разработка программного обеспечения (ПО) современных систем контроля и
управления носит, как правило, длительный итерационный характер. Одной из важных
задач является сопровождение (актуализация) информационных баз (ИБ) этих
систем. В настоящее время существует много способов сопровождения (актуализация)
ИБ; в основном, они реализованы в инструментальных комплексах SCADA-систем
[1], большинство операций по актуализации автоматизировано.
Институт проблем управления им. В.А.Трапезникова
РАН (ИПУ РАН) более 20 лет занимается разработкой системы верхнего блочного
уровня (СВБУ) АСУ ТП АЭС [2]. За этот период были разработаны и внедрены СВБУ
для АЭС «Бушер» (Иран) и «Куданкулам»
энергоблоки-1,2 (Индия).
Для разработки и сопровождения (актуализации) ИБ СВБУ
в части сигналов и графических мнемосхем в ИПУ РАН создана собственная методика
[3].
1. Основные
принципы актуализации информационной базы СВБУ
Наряду с большинством других современных информационных
систем, в ИБ СВБУ реализован объектно-ориентированный подход: каждому элементу
АСУ ТП АЭС соответствует определенный объект ИБ СВБУ. Каждый объект
определяется фактом с определенными атрибутами или, как правило, несколькими
фактами, принадлежащими различным фактсетам (наборам
фактов), которые содержатся в нескольких файлах ИБ. Факт – это отношение, а ИБ
в целом – реляционная база данных, написанная на языке логического
программирования ABIS [4]. ИБ СВБУ имеет прозрачную файловую структуру, и
в отличие от большинства других реляционных БД (например, Oracle,
MySQL, MS SQL Server,
MS Access), а также большинства современных
больших «не только SQL» БД [5], информация в ИБ СВБУ хранится не в
бинарном, а в текстовом виде.
Другой важной особенностью ИБ СВБУ является
разделение ее на логические части – проекты. Проекты могут быть объединенными или
частными. Каждый объединенный проект соответствует определенной функциональной
подсистеме СВБУ (информационно-управляющей системе реакторного отделения,
информационно-управляющей системе турбинного отделения и др.). Каждый частный
проект соответствует одной из систем нижнего уровня (системе контроля и управления
реакторного отделения, системе контроля и управления турбинного отделения,
системе контроля, управления и диагностики реакторной установки и др.).
Объединенные проекты создаются из частных.
Структурно каждый проект
(объединенный или частный) содержит несколько разделов (томов): том AB – ИБ
с графической информацией (мнемосхемами); том DB – ИБ в части обмена
данными с системами нижнего уровня АСУ ТП (аналоговые параметры, сигнализация,
исполнительные механизмы и т.п.); том ES – ИБ со статической (не меняющейся)
информацией (наименования параметров, оборудования и т.п.); тома DAQ и ADM –
ИБ в части диагностики.
Разработка и сопровождение (актуализация) ИБ СВБУ
осуществляется отдельно для каждой из систем нижнего уровня по частным
проектам. Но на технические средства СВБУ (серверы и АРМ) устанавливаются
объединенные проекты. Цель разработки и сопровождения (актуализации) ИБ СВБУ
заключается в создании объединенных проектов. Схема создания объединенного
проекта ИБ СВБУ приведена на рис. 1. В схеме можно выделить как автоматизированные
(DB-Tool), так и автоматические (mkdb, unite, AB_assign) процедуры разработки, а
также CAD-программы (edit, AutoCAD). Все процедуры, за
исключением коммерческой программы AutoCAD, уникальны и написаны на
языке логического программирования ABIS специально для разработки
и сопровождения (актуализация) ИБ СВБУ. Схема создания объединенного проекта ИБ
СВБУ в целом соответствует принципам CALS-технологий. Выходят за рамки CALS
исходные данные, не удовлетворяющие единому информационному пространству (в
бумажном виде и в таких форматах, как jpg, txt, doc и др.) и программа DB-Tool,
когда она требует «ручного» ввода информации с бумажного или электронного
носителя.
Рис.
1. Схема создания объединенного проекта ИБ СВБУ
Рассмотрим сопровождение (актуализацию) ИБ СВБУ в
части графических мнемосхем более подробно (верхняя часть схемы на рис. 1).
2. Актуализация
информационной базы СВБУ в части графических мнемосхем
2.1.
Основные операции
Актуализация ИБ СВБУ в части графических мнемосхем
включает такие операции, как добавление, удаление и изменение мнемосхем. Каждой
мнемосхеме в ИБ СВБУ соответствует подсистема в томе AB в одном частном проекте.
Элементы АСУ ТП АЭС, отображаемые на мнемосхеме в виде графических элементов
(блоков), связаны с объектами ИБ СВБУ, принадлежащими этой подсистеме. При
актуализации ИБ СВБУ в части мнемосхем изменяются атрибуты фактов, характеризующие
объекты, принадлежащие подсистеме и атрибуты фактов, характеризующие саму подсистему.
Основным средством актуализации ИБ СВБУ в части
графических мнемосхем является программа DB-Tool. При актуализации с
помощью программы DB-Tool вносятся изменения в
определенный частный проект в томе AB. При этом необходимые
факты ИБ СВБУ создаются, удаляются и модифицируются автоматизировано.
Добавление новой мнемосхемы в ИБ СВБУ начинается с
загрузки ее эскиза в том AB программы DB-Tool. Для
загрузки в программу DB-Tool необходимы эскизы мнемосхем
в формате dxf. Использование открытого
формата dxf (Drawing
Exchange Format) позволяет
поддерживать единое информационное пространство с другими организациями-разработчиками,
вовлеченными в проект АСУ ТП АЭС. Это важно, поскольку подготовка больших
объемов заданий на мнемосхемы на этапах проектирования и пуско-наладки
осуществляется в смежных организациях. Для подготовки новых, а также изменения
существующих эскизов мнемосхем в формате dxf наряду с уникальным редактором мнемосхем edit можно использовать коммерческую
программу AutoCAD.
Одной из основных задач, возникающих при добавлении
новых и изменении существующих мнемосхем, является привязка графических
элементов (блоков) на мнемосхемах к объектам тома AB проектов ИБ СВБУ. Для
этого можно использовать программу DB-Tool и делать это
последовательно по одному элементу. В случае незначительных изменений (например,
на этапе эксплуатации) это не требует больших трудозатрат. На рис. 2 приведен эскиз
мнемосхемы и окно заполнения атрибутов аналогового параметра в программе DB-Tool.
Рис.
2. Эскиз мнемосхемы и окно заполнения атрибутов аналогового параметра в
программе DB-Tool
Но на этапе проектирования, когда на вновь
введенных мнемосхемах появляется много новых графических элементов, трудозатраты
при использовании программы DB-Tool могут возрастать до
нескольких рабочих дней. Сократить трудозатраты в этом случае можно с помощью
процедуры автоматической привязки элементов на мнемосхемах AB_assign
[6]. При изготовлении эскизов мнемосхем в формате dxf
можно каждому графическому элементу (блоку) приписать необходимый индекс (как
правило, это технологический индекс оборудования или параметра). Процедура AB_assign использует эти индексы и автоматически
привязывает графические элементы на мнемосхемах к объектам тома AB проектов ИБ
СВБУ. На рис. 3 приведен эскиз мнемосхемы в формате dxf
с проиндексированными элементами.
Рис.
3. Эскиз мнемосхемы в формате dxf с проиндексированными
элементами
Время выполнения процедуры AB_assign для самых крупных проектов
ИБ СВБУ (до 200 мнемосхем) составляет несколько секунд. По сравнению с
программой DB-Tool, время актуализации ИБ СВБУ
сокращается на несколько порядков. Рассмотрим работу процедуры AB_assign
более подробно.
2.2.
Алгоритм процедуры автоматической привязки
Идея процедуры AB_assign состоит в следующем. После
загрузки мнемосхемы в программу DB-Tool и определения ее как
подсистемы в томе AB образуются соответствующие файлы с фактами для
объектов этой подсистемы. Но необходимые факты заполнены не до конца или вообще
отсутствуют. Их можно заполнить с помощью программы DB-Tool. Процедура AB_assign
автоматически дорабатывает эти файлы и факты.
Рис.
4. Упрощенный алгоритм процедуры автоматической привязки AB_assign
Как и вся ИБ СВБУ, процедура AB_assign
написана на языке логического программирования ABIS и работает непосредственно
с текстовыми файлами ИБ СВБУ. Благодаря этому удалось реализовать достаточно
простой алгоритм ее работы. В упрощенном виде алгоритм процедуры AB_assign
представлен на рис. 4 (символами «*_» обозначены коды мнемосхемы, а «_chain*»
обозначает фактсеты: «_chain», «_chain1»,
«_chain2», «_chain3», …).
Основная часть алгоритма состоит из двух вложенных
циклов: во внешнем цикле осуществляется перебор всех мнемосхем проекта, а во
внутреннем – перебор графических элементов мнемосхемы. С помощью операций
согласования в условиях правил внутреннего цикла производится выборка
непривязанных графических элементов (блоков) и подбор для них соответствующих
типов объектов. В следствиях правил, случае успешного согласования, с помощью
операций порождения и замены образуются новые и заменяются существующие факты,
описывающие объекты в томе AB.
В частности, в файлах *_cod.bdt в фактсетах _indices содержатся индексы
объектов; в файлах *_fr.bd в фактсетах _up_format – названия блоков; в файле с
модулями правил ab_assign.r в фактсетах
_chain* – соответствие блоков объектам тома AB. В случае успешного
согласования заменяются факты в фактсетах _up_format
и образуются новые факты в фактсетах _indices.
Заключение
При сопровождении (актуализации) ИБ СВБУ в части
графических мнемосхем используются как автоматизированные, так и автоматические
средства, а также CAD-программы. Для подготовки заданий и редактирования
эскизов мнемосхем наряду с уникальным редактором мнемосхем можно использовать
также коммерческую программу AutoCAD. Открытый формат эскизов мнемосхем
(dxf) обеспечивает единое информационное пространство и
позволяет смежным организациям участвовать в подготовке заданий на эскизы
мнемосхем.
Благодаря реляционному характеру ИБ СВБУ, ее простой
организации в виде текстовых файлов и использования языка логического
программирования ABIS удалось реализовать достаточно простой алгоритм процедуры
автоматической привязки графических элементов на мнемосхемах к объектам ИБ
СВБУ.
Процедура автоматической привязки успешно
использовалась при сопровождении (актуализации) ИБ СВБУ АСУ ТП АЭС «Бушер» (Иран) и «Куданкулам»
энергоблоки-1,2 (Индия).
Литература
1.
Ицкович Э.Л. Современные SCADA-программы
разных производителей: их свойства и отличия, важные для потенциальных
заказчиков // Автоматизация в промышленности. 2007. № 4. С. 25-30.
2.
Бывайков М.Е., Жарко Е.Ф., Менгазетдинов Н.Э., Полетыкин А.Г., Прангишвили И.В.,
Промыслов В.Г. Опыт проектирования и внедрения системы верхнего блочного уровня АСУ ТП
АЭС // Автоматика и телемеханика. 2006. № 5. С. 65-79.
3.
Бывайков М.Е.
Методы и средства разработки баз данных для систем
верхнего (блочного) уровня АСУ ТП АЭС // Труды Седьмой международной конференции
«Управление развитием крупномасштабных систем» MLSD 2013. Том II.
Москва 30 сентября - 2 октября
4.
Бывайков М.Е.
Язык ABIS. Описание языка: монография [Электронный ресурс] // М.: ИПУ РАН,
2013.− ISBN 978-5-91450-128-7. URL: http://www.ipu.ru/node/20340 (дата обращения: 24.07.2015).
5.
http://nosql-database.org (дата обращения: 24.07.2015).
6.
Бывайков М.Е., Акафьев К.В., Байбулатов
А.А., Зуенкова И.Н. База данных системы верхнего блочного
уровня АСУ ТП АЭС: структура и методика разработки //
Ядерные измерительно-информационные технологии. 2014. № 4. С. 24-31.