В статье описывается телеметрическая система, предназначенная для мониторинга мощности амбиентной эквивалентной дозы γ-излучения. Рассмотрена структура системы, включая аппаратную часть и требования к проблемно-ориентированному программному обеспечению верхнего и нижнего уровней.
Введение
Ионизирующее излучение сопровождает большинство технологических процессов ядерно-топливного цикла (ЯТЦ). Поэтому, важнейшей составляющей эксплуатации установок ЯТЦ являются автоматизированные системы радиационного контроля.
Такие системы, как правило, имеют иерархическую структуру и состоят из подсистем, обеспечивающих измерение параметров радиационной обстановки по основным видам радиационного контроля [1]: подсистема дозиметрического контроля, технологического контроля, контроля защитных барьеров, контроля окружающей среды, контроля за нераспространением радиоактивных материалов.
Состояние проблемы
В настоящее время эксплуатируется автоматизированная система контроля радиационной обстановки (АСКРО)[2], в состав которой входит подсистема телеметрования мощности дозы γ-излучения в санитарной зоне и зоне наблюдения.
Система в своем составе имеет автономные территориально-распределенные посты, представляющие собой, комплекс из технических средств: датчиков измерения мощности экспозиционной дозы; интегрирующего контура на аналоговых элементах; аналого-цифрового преобразователя; аппаратуры передачи данных;
Предлагается вариант цифрового телеизмерения, общеизвестным преимуществом которого, по сравнению с аналоговым, является высокая достоверность информации за счет увеличенной, различными способами, помехоустойчивости (допустимый диапазон, кодирование), возможности длительного хранения без потерь и пр.
Сформулированы задачи перехода от аналоговой обработки сигнала, с последующим преобразованием для передачи, к созданию цифрового измерительного тракта, начиная от датчиков, работающих в импульсном или кодовом режимах, телекоммуникационной аппаратуры и заканчивая программной обработкой информации с использованием различных алгоритмов телеизмерения.
Структура системы
Структура предлагаемого варианта соответствует стандарту МЭК 870-1-1-93 [3] на системы телемеханики и включает 2-а уровня - верхнего и нижнего и 4-е подуровня.
Рис.1. Структура системы телеметрии
Верхний уровень представлен контролирующей станцией - автоматизированным рабочим местом оператора (дисплей, пульт управления и печатающее устройство) с аппаратурой передачи данных и набором программ (системное и прикладное).
Сетевой уровень предназначен для связи контролируемой и контролирующих станций по каналам коммуникации, например, ведомственная сеть проводной телефонной связи, сеть оператора сотовой связи стандарта GSM-900, после проведения исследований на пригодность к эксплуатации в заданных условиях.
Нижний уровень (контролируемая станция) представляет собой пост радиационного контроля. Состоит из следующих подуровней: подуровень аппаратуры процесса: включает датчики, преобразующие мощность дозы излучения в частоту следования электрических импульсов и аппаратуру управления состоянием поста радиационного контроля (элементы телемеханики); подуровень аппаратуры телеметрии.
Аппаратными элементами уровня являются: цифровой счетчик (радиометр); преобразователь интерфейсов (при необходимости); контроллерный блок; АПД (может входить в состав контроллерного блока); специализированный процессорный блок, регулятор и исполнительные механизмы для реализации функций телемеханики.
Программная составляющая уровня - алгоритм функционирования поста, реализуемый на микроконтроллерном блоке в составе поста контроля. Алгоритм выбирается таким образом, чтобы он соответствовал методике измерений.
Алгоритм функционирования
Алгоритм функционирования поста радиационного контроля представлен в терминах конечных автоматов. Пост контроля может находиться в конечном числе состояний – вершинах графов, соединенных между собой переходами – дугами.
После включения питания пост радиационного контроля в течение определенного времени находится в состоянии ожидания. Далее происходит переход в состояние «инициализация». В этом состоянии происходит инициализация порта контроллерного блока, настройка счетного модуля, настройка времени. В случае если все эти операции завершены с состоянием ИСТИНА [сторожевое условие], то происходит переход в измерительное состояние.
В измерительном состоянии (составной автомат) происходит считывание числового значения импульсов, накопленных в счетчике. В этом же состоянии выполняется считывание штампа времени. Процесс повторяется заданное количество раз (вычисляется в соответствии со складывающейся радиационной обстановкой), после чего происходит переход объекта (поста контроля) в состояние проверки превышения заданного уровня измеряемым значением, в случае если уровень превышен, то выполняется графовый переход: «сохранение данных» à «установка связи» à «пакетная передача измеренных данных». Если значение не превышено - происходит переход в состояние «фильтрация» и затем в состояние «сохранение данных», после чего переходит в давнее историческое состояние (проведение измерения).
В случае наступления события «вызов из диспетчерского пункта», объект переходит в состояние «считывание накопленных в памяти данных», затем переходит в состояние «передача данных», сторожевым условием будет являться успешное завершение передачи данных (сошлись контрольные суммы) и время передачи (не больше 100 секунд). Если сторожевое условие выполнено, происходит разрыв связи и переход в «измерительное состояние». В случае наступления события «время передачи», либо события «память заполнена» - происходит аналогичный переход. При наступлении события «разрядная сетка таймера заполнена», происходит переход в состояние «инициализация программы» где происходит обнуление счетной сетки и повторный запуск измерения.
Требования к программному комплексу диспетчерского уровня
Программное обеспечение рассматриваемой системы должно обеспечивать выполнение следующих задач: поддержание в всей системы в целом; вторичная обработка и визуализация контролируемых параметров; документооборот.
В состав типового программного обеспечения входят:
Графические и текстовые интерфейсы оператора, программный компонент по работе с радиологической базой данных, модуль оценки достоверности информации. Также в программный пакет включаются алгоритмы формирования отчетов о состоянии радиационной обстановки для служебного и общественного пользования.
В состав интерфейсов оператора входят: Главное меню; окно «Тренды»; окно «Карта»; и окна «Пост».
Главное меню программы должно позволяет задать основные параметры функционирования системы: режим работы; задавать периодичность опроса - штатную либо и аварийную; выбирать приоритет связи; задавать абонентские номера постов и месторасположение БД. Здесь же должна быть реализована возможность наблюдения за правильностью функционирования постов радиационного контроля.
В окне «Тренды» графически отображаются состояния контролируемого параметра по всем постам в режиме реального времени.
На карте отображаются последние значения контролируемого параметра по всем постам, с привязками к их географическому расположению. Превышение уровня мощности дозы должно сопровождаться световой и звуковой сигнализацией.
На окнах постов радиационного контроля следует предусмотреть возможность задания параметров измерения, отличных от общесистемных. Также в текущем окне помимо наблюдения значений мощности дозы в режиме реального времени, должна предусматриваться возможность просмотра архивных данных в табличной форме, а также возможность проведения ручного опроса поста контроля.
Также, общим требованием к графическому интерфейсу программного обеспечения является удобство навигации и вызова функциональных подсистем: базы данных и карты-схемы.
В окне «База данных» следует предусмотреть следующие возможности работы с архивными данными по постам: выборка по времени; выборка по мощности экспозиционной дозы; совместная выборка; печать данных в отчет, стандартизованной формы.
Выводы:
Рассмотрены основные вопросы разработки программно-аппаратного комплекса автоматизированной системы территориального радиационного контроля.
В соответствии с методикой измерений и ограничений, накладываемых программно-аппаратным комплексом, описывается диаграмма состояний поста радиационного контроля. Безусловно, основным ограничивающим фактором, влияющим на оперативность предоставления телеметрической информации, является канал передачи данных. Существует два основных принципа передачи информации на большие расстояния – проводной, и беспроводной. Оба способа могут быть организованы по принципу корпоративного либо массового доступа. Первый вариант надежнее, второй дешевле в ряде случаев, но требует дополнительных исследований на пригодность эксплуатации в ответственных условиях. Предполагается продолжить исследования с целью разработки алгоритма для постов с учетом загрузки оборудования операторов связи.
На данном этапе можно сделать вывод о том, что внедрение системы позволит:
· увеличить точность измерения за счет исключения большей части аналоговых преобразовательных элементов;
· расширить возможности для аппаратной и программной реализации системы. Эти возможности обеспечиваются сетевой структурой построения системы, когда включение нового оборудования в состав комплекса потребует лишь перенастройки программного обеспечения.
Литература
1. Вопросы дозиметрии и радиационной безопасности на атомных электрических станциях: Учебное пособие/ Под ред. А.В. Носовского. Славутич.: Укратомиздат, 1998, - 372 с.
2. Система контроля окружающей среды Сибирского химического комбината / Г.С. Андреев, А.И. Малышкин; - Томск: Бюллетень сибирской медицины, 2005, -117-124 с.
3. ГОСТ Р МЭК 870-1-1-93. Устройства и системы телемеханики. Часть 1. Основные положения. Раздел 1. Общие принципы.
