proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2021 год
  Агентство  ПРоАтом. 24 года с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Обсудим?!
Способствует ли безопасности атомной отрасли закрытость (усиление режима)?
Да
Нет
Сильнее влияют другие факторы

Результаты
Другие опросы
Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
Вышло в свет второе издание двухтомника Б.И.Нигматулина. Подробнее
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия» и сайта proatom.ru. Информация: (812) 438-32-77, E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[12/10/2005]     Технические средства для систем радиационного контроля ядерно-опасных объектов

А.С.Гордеев, Л.С.Горн, Б.А.Ильин, А.Б.Комиссаров, Б.И.Хазанов, ФГУП «Научно-инженерный центр «СНИИП»

В настоящем докладе рассматриваются основные принципы построения систем радиационного контроля обстановки на ядерно-опасных объектах на основе создаваемых в "Научно-инженерном центре "СНИИП" интеллектуальных устройств детектирования. Подробно отражены состав, характеристики и преимущества разработанного на их основе комплекта технических средств. Обоснована целесообразность замены устаревшего оборудования с использованием нового поколения перспективной техники.

ФГУП "Научно инженерный центр "СНИИП" несколько десятилетий непрерывно занимается высокотехнологичным ядерным приборостроением, постоянно совершенствуя качество предоставляемой заказчикам продукции. При этом определяющим фактором является учет отраслевых тенденций в построении как отдельных ответственных узлов, так и систем сбора, обработки и обмена информацией в целом. В связи с этим, на производимое оборудование накладываются многочисленные жесткие требования по соответствию отечественным и международным стандартам. Итогом проводимой работы явилось создание полного комплекта технических средств, посредством которого возможно решать широкий диапазон задач, связанных со сбором измерительной информации по радиационной обстановке на объекте, достоверной обработке результатов непрерывных или оперативных измерений в совокупности с высокоскоростным обменом данными внутри системы [1,2].

На предшествующих этапах развития атомной промышленности на предприятиях были установлены приборы, объединенные в систему по принципу, который условно можно обозначить, как классический. Он предполагает реализацию функций накопления и обработки данных с устройств нижнего уровня на промежуточных устройствах (УНО), находящихся между датчиками нижнего уровня и устройствами верхнего уровня в соответствии с наилучшими достигнутыми на определенный момент времени техническими и эксплуатационными параметрами, на которые поступают аналоговые сигналы с разного рода детекторов. В этом случае обеспечивается передача в общем случае ненормированных сигналов через различное число промежуточных цепей преобразования. Таким образом, к устройствам верхнего уровня, либо на исполнительные устройства (ИУ) данные приходят с искажениями. В течение достаточно продолжительного периода времени упомянутый подход устраивал потребителей, позволяя удовлетворительно решить стоявшие перед ними задачи.

На сегодняшний день положение изменилось. Стали очевидны неустранимые недостатки классической реализации систем радиационного контроля. Во-первых, в подавляющем большинстве случаев каждый датчик нуждается в разработанной специально для него уникальной плате, требуя отдельного коэффициента преобразования. Во-вторых, возникающие в ходе разработки трехуровневых систем проблемы с рассогласованием линий передачи информации, приводят к утрате измерительными каналами идентичности, усложняя процессы смены рабочей конфигурации и в предельных ситуациях делая их невозможными. Кроме того, перечисленные негативные черты систем с УНО на практике не позволяют провести их точную диагностику, настройку и перенастройку. Любое изменение состава подобных систем радиационного контроля (как при наращивании, так и при сокращении числа контролируемых параметров) неизбежно приводит к необходимости переработки большей части документации, значительным изменениям в проекте и как следствие, его удорожанию.

Классический подход принципиально расходится с объективными тенденциями к унификации, универсализации и минимизации числа узлов и блоков, необходимых для построения надежно функционирующей гибкой системы. Разработчики ограничены в выборе средств повышения надежности измерительного канала, а учет индивидуальных особенностей каждого детектора в пределах одной серии не достижим в принципе. Все современные изделия должны быть программно управляемыми.

В связи со всем перечисленным выше, актуальным представляется построение технических средств на основе именно "интеллектуальных" устройств детектирования, удовлетворяющих современным требованиям к ремонтопригодности, эргономическим показателям, показателям технической эстетики, удобству технического обслуживания, ремонта и хранения. Начало работ по подготовке отраслевой программы по интеллектуализации всех устройств детектирования подтверждает этот тезис.

Прежде всего, за последние несколько лет произошел качественный скачок в развитии элементной базы для нужд приборостроения. В частности, внедрение новых совершенных микроконтроллеров наделяет новую технику такими недоступными ранее программно-аппаратными функциями, как самодиагностика, индивидуальная настройка и возможность гибкой интеграции оборудования в действующую систему.

Фактически, потребителю предоставляется законченный аттестованный измерительный канал, с заранее определенными идентичными свойствами. При этом собственно процесс поверки канала сводится к контролю частоты в двух точках. Особенно упрощается процесс проверки связи. В энергонезависимую память устройств детектирования помещается подробная спецификация изделия, все потенциально востребованные коэффициенты и пороговые значения. Интеллектуальные устройства детектирования, таким образом, становятся взаимозаменяемыми из состава ЗИП без дополнительной настройки.

Обмен данными происходит строго в соответствии с разработанным протоколом обмена данными, поддерживающем работу в нескольких режимах при формировании диагностических отчетов по запросам устройства верхнего уровня (УВУ).

В изделиях рассматриваемого комплекта основные узлы унифицированы для всех приборов, что облегчает их эксплуатацию, размещение и ремонт. Система становится по настоящему гибкой. Для коммутации широко используется распространенный промышленный электрический интерфейс RS 485, что, в свою очередь, также значительно способствует повышению надежности и удобству обращения с устройствами.

Следует обратить внимание на то обстоятельство, что для успешного обслуживания оборудования благодаря продуманным конструкторским решениям больше нет необходимости ни демонтировать изделие, ни нарушать его целостность. Наряду с органами управления существуют отдельные технологические разъемы, через которые и проводятся необходимые операции.

Изделия выполняют в составе системы функцию периферийного устройства и лишены возможности самостоятельно инициировать обмен данными с УВУ.

Вследствие интеллектуализации устройств детектирования достигается ориентация верхнего уровня системы исключительно на задачи управления потоками данных и выполнению алгоритма работы системы в целом, вопреки сложившейся традиции дополнительно возлагать на центральный процессор общего назначения процедуры обработки. Все скоростные операции переносятся на периферийные контроллеры.

После подачи напряжения питания изделия автоматически начинают работу под управлением встроенной программы, выдерживается время установления рабочего режима (от 0,5 до 15 минут), после чего изделия должны начать исполнение действий режима измерений. Приборы в составе системы по истечению времени установления рабочего режима готовы к исполнению измерительных функций, используя исключительно начальные действующие значения. Время установления готовности изделия к обмену данными по шинам обмена не превосходит 5 с.

Устройства могут функционировать в одном из двух режимов обмена. В подготовительном режиме обмена данными задаются скорость обмена и сетевой адрес, а также закладываются и считываются коэффициенты преобразования частоты импульсов детектора в значение измеряемой величины. В основном режиме обмена данными работа начинается с проверки работоспособности (самодиагностирования). Помимо этого, изделие по команде УВУ переходит в режим самодиагностирования. Завершение режима самодиагностирования происходит автоматически, после чего производится возврат в режим измерения. После завершения режима самодиагностирования ведущее устройство может запросить его результаты специальной командой.

Устройства по командам запроса данных (результатов, параметров и т.п.) передают в ответе данные, уже подготовленные к моменту получения команды и хранящиеся в оперативной памяти изделия. Если подготовленные данные не были запрошены до момента появления очередных (новых) данных, предыдущие значения заменяются новыми, при этом поддерживается ведение архива измерений.

Режим измерений и связанные с ним иные режимы работы изделия определяются действующими значениями параметров режимов. Действующие значения параметров могут быть изменены предназначенными для этого командами.

Входящие в состав комплекта устройства детектирования состоят из двух конструктивно автономных частей, соединяемых между собой жгутом: блока детектирования и контроллера. Доступно два исполнения контроллера: открытое (как узел контроллера, состоящий из печатной платы, передней панели и соединителя) и закрытое (в качестве блока контроллера, в котором узел контроллера установлен в корпусе, обеспечивающем устойчивость к внешним климатическим воздействиям и электромагнитным помехам, а также пыле-, влагозащиту и стойкость к воздействию водных дезактивирующих растворов). Допускается соединение блока детектирования и блока или узла контроллера с помощью электрических цепей длиной от 0,5 до 40 м.

Узел контроллера рассчитан на два варианта размещения: в узле сопряжения, либо в промышленном шкафу с установкой в кассетнице. Последнее решение чрезвычайно удобно при модернизации, так как в большинстве случаев сохраняет возможность использования старых кабельных трасс.

Перечисленные особенности новейших устройств детектирования позволяют конфигурировать систему контроля радиационной обстановки различным образом в зависимости от специфики конкретной задачи.

Система может содержать одно ведущее устройство – УВУ и периферийные устройства, количество которых может быть от 1 до 254. В системе присутствует возможность подсоединения к шине и отсоединения от шины любого периферийного устройства в процессе функционирования системы без нарушения обмена данными ведущего устройства с остальными периферийными устройствами. Шина системы может быть образована из одного сегмента (одноуровневая шина) или нескольких сегментов (многоуровневая шина). Одноуровневая шина не содержит активных устройств. Пример организации системы с одноуровневой шиной приведен на рисунке 1.

В многоуровневой шине сегменты шины объединяются друг с другом через активные элементы шины – ретрансляторы. Сегментом первого уровня является сегмент шины, подключаемый непосредственно к ведущему устройству. К сегменту первого уровня через ретрансляторы подключаются сегменты второго уровня, к сегменту второго уровня – сегменты третьего уровня и т.д. Пример организации системы с трехуровневой шиной приведен на рисунке 2. Ретрансляторы (БВЦ 252Р) передают информацию между сегментами шины в требуемом направлении без дополнительного управления направлением передачи. В качестве кабеля шины должен использоваться симметричный кабель. Необходимость экранирующей оболочки в кабеле определяется уровнем электромагнитных помех по трассе прокладки кабеля. К одному сегменту шины может быть подключено не более 32 устройств с единичным типовым сопротивлением интерфейсной цепи. При использовании устройств с интерфейсными цепями, сопротивление которых больше единичного типового, количество подключаемых устройств может быть соответствующим образом увеличено.

Ведущее устройство, периферийные устройства и ретрансляторы рассчитаны на последовательный асинхронный обмен данными.Система корректно функционирует при скорости обмена данными из ряда значений: 2400,4800,9600,19200,38400,57600 и 115 200 бит/с.

При использовании симметричного типа кабеля с витой парой медных проводов сечением 0,2 мм2 и волновым сопротивлением 120 Ом, максимальная длина сегмента может составлять: для скоростей передачи 38400 бит/с и ниже – 1200 м; для скоростей передачи выше 38400 бит/с – 300 м.

Вне зависимости от выбранного варианта организации обмена данными по шине интеллектуальные устройства детектирования допускают непрерывную круглосуточную работу.



Рис. 1. Пример организации системы с одноуровневой шиной.
В-В – вход-выход устройства; Т – терминатор; n – количество внешних устройств, подключенных к шине.




Рис. 2. Пример организации системы с трехуровневой шиной.
В-В – вход-выход устройства; Т – терминатор; k, m, n – количество периферийных устройств, подключенных к разным сегментам шины; y1, y2, y3 – уровень сегмента.


В качестве узла контроллера в систему введен БУП-480П. Таблица 1 дает представление о составе и основных технических характеристиках интеллектуальных устройств детектирования для систем радиационного контроля обстановки на ядерно-опасных объектах. Подобных результатов удалось достичь, разумно сочетая современные физические принципы построения детекторов с новейшими схемотехническими решениями на основе обновленной элементной базы электронных компонентов. Ко всем составным частям системы разработано снабженное подробными описаниями совершенное программное обеспечение, имеется проверочное оборудование.



Таблица 1. Основные технические характеристики некоторых устройств СРК "Яблоня".

Дозиметр фотонного излучения УДБГ-11П, выполненный на счетчиках Гейгера СБМ-20 и СИ-38, имеет широкий диапазон измерения. Мощность эквивалентной дозы (МЭД) гамма-излучения также предлагается измерять устройством детектирования УДБГ-12П с детектором на основе сцинтилляционной пластмассы, которое благодаря высокой чувствительности позволяет существенно сократить время экспозиции. На основе контроля МЭД также построено пороговое устройство УДБГ-13П, предназначенное для диагностики СЦР по гамма-излучению. Этот прибор сигнализатор является одним из наиболее перспективных и востребованных на предприятиях, осуществляющих хранение и переработку ядерных материалов.

Устройство детектирования УДПН-23П предназначено для измерения плотности потока быстрых нейтронов в диапазоне от 104 до 108 нейтр/(м2 с), включает в себя два счетчика. МЭД нейтронного излучения контролируется новым прибором УДБН-13Р, в состав которого конструктивно интегрированы две замедляющие сферы разного размеры, позволяющие учесть зависимость измеряемой величины от энергии нейтронов и, как следствие, получать наиболее достоверные результаты.

УДГГ-06Р и УДГГ-07Р служат для спектрометрического гамма-контроля паровоздушной смеси на выхлопах с основных эжекторов и паропроводах соответственно. Приборы работают в режимах спектрометра и радиометра, в схеме анализатора спектры сглаживаются путем статистического разравнивания, периодически производится их автоматическая калибровка по реперному источнику Am241 и во избежание ошибок предусмотрена режекция наложений импульсов. УДГГ-06Р размещается в специальной измерительной емкости, а УДГГ-07Р – коллимированный детектор. В обоих устройствах для продления срока полезного использования применяются негигроскопичные сцинтилляторы CsI(Tl). Оценка нуклидного состава инертных радиоактивных газов (ИРГ) и объемной активности 5-7 компонентов смеси осуществляется путем обработки 256-ти канального спектра. В устройстве УДГГ-07Р дополнительно предусмотрен непрерывный мониторинг состояния канала контроля объемной активности нуклида N16.

УДГБ-12П – это проточный измеритель объемной активности ИРГ (Ar, Kr, Xe) и трития по бета-излучению [3]. В его конструкции применен сцинтиллятор с развитой поверхностью – пленочный сцинтиллятор разработки СНИИП. Данное решение положительно сказывается на метрологических и эксплуатационных характеристиках прибора.

Для измерения объемной активности воды по гамма-излучению рекомендуются две разработки: УДЖГ-37Р и УДЖГ-38Р. УДЖГ-38Р доступен в проточном исполнении c сосудом Маринелли объемом 9,8 л. Для врезок в трубопровод поставляется устройство детектирования УДЖГ-37Р в погружной геометрии. Общей чертой двух приборов является использование в них пластикового сцинтиллятора. УДЖГ-37Р разработано в двух вариантах: с герметизацией кабельного ввода и негерметичном.

БДАБ-22Р и БДАГ-05Р совместно являются универсальным инструментом для измерения объемной активности бета-аэрозолей и паров I131 с чувствительностью, превышающей все современные аналоги.

С целью придания системе радиационного контроля законченного вида введены следующие блоки и узлы: блок питания БНН-32П, шкафной узел питания ПНН-374Р и интеллектуальный блок отображения БИЦ-82Р на основе ЖКИ. Часть оборудования, рассмотренного выше, прошла испытания на Нововоронежской АЭС и на ряде объектов оборонного назначения [2]. На сегодняшний день находятся на завершающем этапе опытные испытания и мероприятия по сертификации, которые завершатся к концу 2006 года.

По предварительным оценкам стоимость измерительного канала с использованием интеллектуальных устройств детектирования составляет от 80 до 90% от стоимости канала в классическом исполнении, находясь в естественной зависимости от множества конкретных факторов.

Подводя итог, можно с уверенностью сказать, что внедрение комплекта технических средств на основе интеллектуальных устройств детектирования при создании или модернизации системы радиационного контроля обстановки на ядерно-опасных объектах является наилучшей альтернативой. Показаны преимущества нового поколения техники перед устаревшими классическими аналогами, проведен краткий обзор основных составных частей комплекта.

Литература
1. Чебышов С.Б., Черкашин И.И., Комиссаров А.Б. "Интеллектуальные" устройства детектирования для систем радиационного мониторинга. // Содружество, 2005, № 6 (131), с. 70.
2. Чебышов С.Б., Черкашин И.И., Хазанов Д.Б. Создание автоматизированных информационно-измерительных систем для АЭС. // Атомная стратегия, 2005, № 2 (16), с. 19.
3. Комиссаров А.Б., Леонов А.Ф., Федоровский Ю.П., Федоровский П.Ю., Чебышов С.Б. Исследование новых средств оперативного радиационного контроля газовых выбросов АЭС. // Ядерные измерительно-информационные технологии, 2002, № 3, с. 56-58.


По материалам конференции «Безопасность ядерных технологий: экономика безопасности и обращение с ИИИ»  

 
Связанные ссылки
· Больше про Приборостроение
· Новость от PRoAtom


Самая читаемая статья: Приборостроение:
Приборы дозиметрического контроля производства АЭХК

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 4.5
Ответов: 2


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 0 Комментарии
Спасибо за проявленный интерес





Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.07 секунды
Рейтинг@Mail.ru