научная статья по теме ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ В СОВРЕМЕННЫХ ЯДЕРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ В СОВРЕМЕННЫХ ЯДЕРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ»

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ В СОВРЕМЕННЫХ ЯДЕРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ

В работе обсуждаются пути использования новых методов управления и регулирования объектов ядерной энергетики, базирующихся на технологиях искусственного интеллекта. Эти технологии, построенные с использованием достижений теории нечетких множеств, нейронных сетей и генетических алгоритмов, следует внедрять в системы поддержки операторов современных ядерных установок.

Кандидат технических наук В. С. ОСМАЧКИН, (РНЦ "Курчатовский институт", Москва)

Современные проблемы управления в технике

Управление разнообразными промышленными, техническими и экономическими системами играет исключительно важную роль в современном постиндустриальном обществе. Поэтому справедливо считается, что управление является основой устойчивого функционирования общества. Различия функций систем, их характеристик, ущерб от аварий потребовали решения таких задач, как идентификация и прогнозирование развития процессов, обеспечение устойчивости и живучести систем с акцентами на оптимизацию взаимодействия человека с техникой. 3 Однако остается значимой и задача опти-§ мального управления сложными многообъ-I ектными системами, сводящаяся к поиску § наилучших оперативных действий для регу-т лирования процессов и предупреждения ава-1 рийных состояний в них.

1

2 Сложность задачи состоит в том, что час-

3 то цели управления подсистемами противо-| речивы, а их характеристики, как правило, § известны не полностью, обладают нечетки-| ми, трудно формализуемыми свойствами. ® Поэтому теория управления, использующая " четкий язык математики, все больше включает в себя новые методы, в том числе почерпнутые из психологии (лингвистическое

22

программирование) и биологии (генетические алгоритмы).

Основным фактом, способствовавшим использованию новых методов управления, явилось наблюдение явления самоорганизации и эффективного распределенного взаимодействия элементов в сложных природных системах. Выяснилось, что централизованное управление сообществом многообразных элементов менее эффективно, чем распределенное управление с использованием их нелинейных взаимосвязей. Оказалось, что нервная система, имеющая структуру сложной нейронной сети, обладает способностью к самообучению, что обеспечивает более эффективное управление, чем иерархия управляющих элементов. А алгоритмы оптимизации управления, построенные на принципах биоло-ги-ческого отбора (скрещивание, мутации, отбор), обеспечивают поиск оптимальных вариантов эффективнее, чем известные математические приемы.

С другой стороны, в последние годы, в связи с изобретением компьютеров, произошли радикальные изменения в информатике и, соответственно, в технике управления сложными системами. Разработаны новые измерительные системы и средства автоматизации технологических процессов, использующие возможности нового поколения вычислительных машин и персональных компьютеров. Зна-

© В. С. Осмачкин

чительным явлением в технике управления стало распространение методов интеллектуализации средств измерений и регулирования, внедрение таких свойств, как память, способность к обучению и распознаванию образов, к выбору наилучших альтернатив.

Поэтому считается, что успешное управление современными системами в условиях нечетких и противоречивых целей или недостатка информации должно опираться на широкое использование интеллектуализо-ванных автоматов. Основное направление обеспечения устойчивости сложных систем, минимизации возможностей крупных аварий лежит в сфере разработки управляющих устройств с эффективными средствами оценки и оперативного прогнозирования ситуаций, с мощными системами ограничения отклонений от нормальных режимов и предотвращения перерастания их в поток аварийных явлений. Для этого необходимы быстродействующие диагносты и оптимизаторы регулирующих действий, способные найти оптимальное решение для конкретной ситуации и, при необходимости, выполнить регулирующие функции без вмешательства человека-оператора. Роль человека, разумеется, будет еще долгое время значимым фактором. Но, поскольку надежность человека как элемента систем управления существенно ниже, чем у технических систем, важно располагать эффективными системами поддержки операторов. В таких системах следует широко использовать возможности экспертных систем, основанных на теории возможностей и методах нечетких множеств.

Рассмотрим пути использования новых методов управления и автоматического регулирования объектов ядерной энергетики, базирующихся на технологиях искусственного интеллекта в форме экспертных систем для помощи операторам при принятии оперативных решений.

Особенности управления ядерными энергетическими установками

Ядерная энергетика (ЯЭ) - это отрасль промышленности, охватывающая разнообразные предприятия - от урановых рудников до химических комбинатов по переработке отработавшего топлива. Наиболее важным элементом ЯЭ являются ядерные электростанции, которые объединяют в единые технологические комплексы разнообразные инже-

нерно-технические установки, управляемые различными регулирующими устройствами. Разумеется, ядром этого конгломерата систем (ЯЭУ) являются ядерные энергетические установки, в которых происходит преобразование ядерной энергии в тепловую, а затем в электрическую. Такое преобразование происходит при делении ядер урана и плутония, что сопровождается генерацией радиоактивных продуктов, излучающих опасную для жизни радиацию. Поэтому обеспечение безопасности ядерных установок, их эксплуатация с соблюдением норм безопасности, то есть исключение выхода радиоактивности из топлива во внешнюю среду и распространения во внешнем пространстве радиоактивных продуктов, угрожающих здоровью населения и состоянию окружающей среды - главная забота проектных и эксплуатирующих организаций.

Задачи управления ядерными установками включают в себя контроль и регулирование состояния многочисленных подсистем станций в стационарных и переходных режимах, прогнозирование развития технологических процессов и обеспечение безопасности при значительных воздействиях внешних факторов, ошибках операторов или при отказах элементов систем. Большое значение имеют и многочисленные задачи оптимизации нормальной эксплуатации (перегрузки топлива, обслуживание оборудования и т.п.), влияющих как на экономическую эффективность, так и на безаварийность эксплуатации.

На начальном этапе развития ядерно-энергетической отрасли управление таким комплексом рассредоточенных объектов с различными динамическими характеристиками велось с помощью разнотипных локализованных систем регулирования. В то время управление установками велось группой операторов, которые с помощью средств § контроля получали информацию о состоянии °> оборудования, об отклонениях от нормаль- | ных режимов и соответственно управляли § процессами в установках. На рис. 1 представ- £ лена схема управления ЯЭУ. |

Рис. 1 показывает, что в оборудовании ? ЯЭУ под действием внешних воздействий 1 могут возникать отклонения значений пара- § метров от их стационарных (заданных) зна- § чений, которые фиксируются системой кон- | трольно-измерительных приборов (КИП). Сиг- ® налы от КИП передаются операторам и/или ^ непосредственно в системы автоматического управления. Органы регулирования получают

Рис. 1. Схема

взаимодействия операторов с системами ЯЭУ.

операторы

управляющие импульсы и выполняют необходимые действия для стабилизации систем или перехода систем в новое состояние. В сложных ситуациях операторы согласовывают свои действия с требованиями регламента, где изложены также правила и технология обслуживания оборудования систем.

Позже, в связи с ростом мощностей установок, увеличением числа контролируемых параметров, ужесточением требований к качеству контроля и регулирования состояния систем ЯЭУ, для контроля и управления ими создавались автоматизированные системы управления технологическими процессами -АСУ ТП. основная задача АСУ - разгрузить операторов при выполнении рутинных операционных действий. Такие системы обеспечивали сбор и регистрацию массовых параметров, обработку информации о состоянии оборудования, сигнализацию о нарушениях режима эксплуатации, осуществляли регулирование, автоматизированный пуск и останов блока, а также выдавали управляющие воздействия для исполнительных органов § систем защиты при аварийных ситуациях. °> Позже такие системы стали выполнять и чи-| сто информационные функции - проводить § технико-экономические расчеты, вести архи-£ вацию эксплуатации и другое обслуживание. 1 В главных документах по безопасности £ атомных станций (АЭ) уделяется большое | внимание обеспечению надежности функци-§ онирования систем. Надежность систем как § способность выполнять свои функции реали-| зуется через создание условий безотказнос-® ти элементов, а также за счет резервирова-" ния подсистем, разнообразия механизмов функционирования. Особо важны такие свойства в управляющих, защитных и лока-

лизующих системах, создающих основу здания безопасности АС.

Типичной задачей управления в настоящее время является защита сложного и дорогого оборудования от перегрузок. Если системы управляются независимыми автоматическими устройствами, то обеспечение их сохранности при возникновении значительных отклонений от нормального режима происходит за счет отключения их от остальных. Но такая идеология "технического эгоизма" приводит к тому, что при отказе одного элемента системы возможен развал всей сложной системы. Примеры таких событий -развал энергосистем в Калифорнии и Нью-Йорке с погружением в темноту огромных мегаполисов. Подобные события являются иллюстрацией целесообразности не только более полного развития таких характеристик систем, как "отказостойкость" или "живучесть", то есть способности систем выполнять свои функции при отказах части системы, но и необходимости более взвешенной реакции на отказы, способности принимать оптимальные решения, основанные на сравнении альтернатив.

Атомная станция представляет собой комплекс установок, выполняющих различные задачи ради единой производственной цели. В комплексе АС

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком