Программные продукты и системы

Характерными особенностями аварий на зарубежных и отечественных АЭС являются сложность процессов их развития и непредсказуемость. Анализ тяжелых аварий на ядерных энергетических установках [1–4], происшедших главным образом из-за нечетких и ошибочных действий оперативного персонала станций, позволил сделать парадоксальный, на первый взгляд, вывод: именно человек обладает теми ресурсами, активное использование которых в будущем поможет предотвращать аварии.

Однако человеческие возможности имеют предел. Наивысшая пропускная способность ЛПР при обработке информации – 44 бит/с. В стрессовых ситуациях она может снизиться до 0,5 бит/с [2]. К тому же требование активного участия оперативного персонала в управлении переходными процессами несовместимо с традиционным проектированием операторских АЭС (избыточное количество измерительных приборов, сигнализаторов и органов управления, расположенных на больших площадях), первоначальное предназначение которых – непосредственное управление, а не решение стратегических задач.

И все же при рассмотрении проблем управления такими сложными системами, как АЭС (когда речь идет о «размытом» управлении технологическими процессами), становится очевидным, что человек-опе­ратор может управлять сложным процессом более эффективно, чем автоматическая система. Даже при максимальной насыщенности современной АЭС средствами автоматики оценка критических ситуаций ложится на операторов, которые анализируют обстановку и принимают решения, руководствуясь опытом и эвристической логикой. Если же оператор испытывает при этом трудности, то их можно объяснить недостаточной скоростью или несовершенным способом представления информации либо отсутствием анализа, необходимого для принятия соответствующих ситуации решений. Проблему помогут решить

–      усовершенствование формы и содержания процедур, выполняемых оператором при нормальной эксплуатации, в аварийной ситуации и после аварии;

–      обеспечение операторов соответствующим образом обработанной обобщенной и исчерпывающей информацией, например диагностической.

Разработанная технология построения диагностических экспертных систем (ДИЭКС) ориентирована на создание средств диагностической информационной поддержки человека-оператора и позволяет строить системы оперативной диагностики в составе действующих или вновь проектируемых АСУ ТП энергоблоков АЭС.

Архитектура средств технологии ДИЭКС

Технология ДИЭКС [5] базируется на понятиях общего поля данных и знаний об объекте диагностирования и инструментальных средствах неоперативного контура, предназначенных для создания и верификации БД, БЗ и операторского интерфейса, а также оперативного контура, предназначенных для решения задач интеллектуальной информационной диагностической поддержки человека-оператора в реальном времени (рис. 1).

БД подразделяются на оперативные, содержащие измеренные переменные, характеризующие текущее состояние объектов диагностики, и нормативные, включающие нормативное описание состояния технологического оборудования энергоблока АЭС для различных технологических режимов.

БЗ реализуются моделью семиотического типа и подразделяются на неоперативные, содержащие текстовые описания диагностических моделей знаний для каждого диагностируемого элемента оборудования, и оперативные, в которые входят бинарные диагностические модели знаний для оперативной диагностики элементов оборудования. БЗ представляют собой иерархию моделей знаний, соответствующую иерархии оборудования в конкретном энергоблоке АЭС (рис. 2).

Под технологическими установками в данном случае понимаются реакторная установка, турбоустановка; под технологическими системами – главный циркуляционный насос, генератор; под подсистемами – насосно-теплообменная установка систем управления защит и т.д.

Переход от БЗ первого типа к БЗ второго реализуется в неоперативном контуре транслятором текстовых БЗ. Верификация оттранслированных моделей диагностики проводится в унифицированном решателе задач неоперативного контура. Оперативная обработка диагностических моделей производится в унифицированном решателе задач диагностики оперативного контура (рис. 3).

Особенностью диагностических моделей является то, что первым слоем обработки данных штатной системы измерений всегда является проверка правильности работы датчиков и только после нее диагностика состояния конкретного объекта.

Накопленный опыт применения ДИЭКС на Игналинской, Калининской, Нововоронежской, Билибинской АЭС и Черепетской ТЭС показал, что при диагностике состояния технологического оборудования для представления знаний достаточно использовать продукционные правила специального вида.

Например, для насосной технологической установки систем управления защит (НТУ СУЗ) реактора РБМК-1500 справедливы следующие утверждения эксперта: при снижении расхода воды (датчик ТК50F01) и ее давления (датчик TK50P01) при охлаждении каналов СУЗ необходимо проверить работу насосов (по амперметрам TK21-24X01 и давлениям на напоре ТК21-24P01). При обнаружении отключения насосов можно установить адекватный возникшей аномальной ситуации диагноз. Фрагмент диагностических правил экспертной модели НТУ СУЗ имеет вид

А1А: ТК50F01< & TK50P01<,B1A,A1B

A1B: TK21X01< & TK21P01< & TK22X01< &

TK22P01<,A1F,A1C

A1C: TK23X01< & TK23P01< & TK24X01< &

TK24P01<,A1F,A1D

A1D: ²обесточивание НТУ СУЗ²,

где А1А – метка узла; В1А, А1В – переходы на метки следующих узлов семантической сети по нулевому и единичному результатам логической операции соответственно; символ < означает выход значения параметра за нижнюю границу допустимых значений, а символ > выход за верхнюю границу допустимых значений.

Путь по семантической сети правил, ведущий к диагнозу, определяется единичными результатами, записанными в узлах логических операций: А1А–А1В–А1С–А1Д – вывод сообщения «обесточивание НТУ СУЗ».

Данные правила создаются экспертами-специа­листами в области конкретных технологических компонент оборудования энергоблока, затем транслируются средствами ДИЭКС, верифицируются и из неоперативного контура передаются в базы диагностических знаний оперативного контура управления.

На рисунке 4 показан общий алгоритм функционирования ДИЭКС реального времени.

Принципы построения пользовательского интерфейса с экспертами

Основными принципами такого построения при передаче знаний от эксперта к ДИЭКС в виде диагностических моделей знаний и БД являются

–      принцип одного окна при конструировании моделей знаний и данных;

–      принцип все в одном инструменте – от построения моделей знаний и данных до верификации и валидации моделей знаний и данных.

Средства конструирования БЗ в первую очередь содержат средства редактирования правил БЗ: это могут быть средства редактирования как текстовой, так и графической информации. Формирование БЗ с помощью интерфейса взаимодействия с экспертами (рис. 5) существенно упрощает работу последних.

Для редактирования различных правил экспертной модели диагностики предусмотрено большое количество функций. Каждая из таких панелей имеет интерфейс для редактирования соответствующего типа правила.

Принципы построения пользовательского интерфейса с человеком-оператором

Основными принципами данного построения в системе ДИЭКС реального времени являются автоматизация всех видов диагностической деятельности (принцип полной автоматизации) и минимизация деятельности человека-оператора (принцип прямопоказывающего прибора).

Интерфейс ДИЭКС приведен на рисунке 6. Технология ДИЭКС апробирована на энергоблоках №№ 1 и 2 Игналинской и Калининской АЭС, № 5 Нововоронежской АЭС, а также на Билибинской АЭС и Черепетской ГРЭС.

Рассмотренная в статье технология ДИЭКС позволяет строить экспертные системы диагностики основного оборудования ТЭС и АЭС, работающих в реальном времени. Технология ДИЭКС включена в технологию построения систем интеллектуальной поддержки операторов СПРИНТ [5], которые иногда называют системами верхнего блочного уровня АЭС.

Литература

1.    Смутнев В.И., Ревин А.В., Ефрюшкин В.А. Оператор в системе управления АЭС и необходимость оптимизации информационного обеспечения его деятельности // Электрические станции. 1986. № 5.

2.    Информационно-управляющие человеко-машинные системы: Исследование, проектирование, испытания: справочник; [под общ. ред. А.И. Губинского, В.Г. Евграфова]. М.: Машиностроение, 1993. 528 с.

3.    Аварии и инциденты на атомных электростанциях: учеб. пособие для вузов. Обнинск: ОИАЭ, 1992.

4.    Информация об аварии на Чернобыльской АЭС и ее последствиях, подготовленная для МАГАТЭ // Атомная энергия. 1986. Т. 61. Вып. 5. С. 301.

5.    Интеллектуальные системы поддержки принятия решений в нештатных ситуациях с использованием информации о состоянии природной среды / А.А. Башлыков [и др.]. М.: Эдиториал УРСС, 2001. 303 с.