Разработка программы на языке ассемблера для контроля технологических процессов на аэс

В качестве второго практического задания к курсовой работе по дисциплине «Архитектура информационных систем» необходимо реализовать программу, моделирующую работу технологических процессов на атомной электростанции с аппаратными датчиками и микроконтроллером.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА

Целью задания является считывание исходных данных (в виде дискретных сигналов) и дальнейшая их обработка для определения состояния, управления и контроля работы системы. Предполагается, что работа автоматизированной системы в заданной предметной области обеспечена некоторым микроконтроллером (без операционной системы и оболочек), следовательно, написание программного обеспечения для микроконтроллера возможно только на языке Ассемблера.

Автоматизированная система должна контролировать не менее трёх параметров (три датчика), именно поэтому, в качестве исходных данных для программного обеспечения будут служить три параметра (переменные: value1, value2, value3, объединенные в массив), значение которых будет генерироваться случайным образом в диапазоне соответствующего датчика.

Датчики — это группа автономных, законченных изделий, предназначенных для преобразования измеряемой информации в дискретные данные для последующей передачи в измерительные, или исполнительные устройства (микроконтроллеры). В соответствии с задачей, для моделирования технологических процессов на АЭС были выбраны три датчика: датчик температуры, датчик газа и датчик давления. Каждый из них используется в модернизированном серийном ядерном реакторе ВВЭР-1000, в котором находится вода под определенным давлением, предназначение — выработка тепловой энергии за счёт цепной реакции деления атомных ядер.

Остановимся более подробно на датчиках, которые берутся в рассмотрение. Для моделирования работы системы значение имеет количественный параметр, который датчик отдает микропроцессору на выходе. Для удобства оценивания входных параметров определены оптимальные значения для датчиков, так для температуры это 286−320°C, для концентрации водорода — 20−50 см3/, номинальное давление равно 16 МПа. Все значения являются параметрами реактора, указанными в его технических характеристиках.

Процесс моделирования работы микроконтроллера подразумевает помимо вывода данных, которые считали датчики, еще и анализ полученной информации с возможностью вывода сообщений-подсказок по дальнейшей эксплуатации прибора (в данном случае реактора). Таким образом, необходимо проанализировав информацию по эксплуатации атомных реакторов, выявить закономерности работы и устранения возможных неполадок.

Датчик температуры необходим для контроля температуры внутренней части энергоблока. Применение данного контроллера крайне важно. Существуют такие понятия, как «горячий» и «холодный» останов (температура теплоносителя выше или ниже оптимальной). Трагичные последствия может иметь некорректная работа данного датчика, например, в Японии на первом реакторе АЭС «Фукусима-1» из-за повышения температуры внутренней части энергоблока, произошло возгорание, повлекшее за собой взрыв. Чтобы свести риск некорректной работы контроллера «на нет», при считывании нулевого значения генерируется сообщение об ошибке.

Датчик газа необходим для контроля концентрации определенного газа (в данном случае — водорода). Как показала авария на АЭС «Фукусима-1», сопровождавшаяся взрывами водорода с последующим выбросом радионуклидов в атмосферу, проблема водородной безопасности АЭС является более чем актуальной. Образование водорода в реакторах на тепловых нейтронах с водным теплоносителем в режиме нормальной эксплуатации обусловлено разложением воды или пара под действием облучения в активной зоне реактора. При этом без водорода работа реактора также теряет эффективность, так как под действием того же ионизирующего излучения происходит радиолиз воды, вследствие чего образуются вещества с окислительными или восстановительными свойствами, что ставит под угрозу герметичность конструкции, водород же используется для уменьшения радиолиза.

Датчик давления позволяет определить относительное давление измеряемой среды (в данном случае реактора). Контроллер непосредственно взаимодействует с компенсатором давления, который представляет собой сосуд высокого давления со встроенными блоками электронагревателей. В рабочем состоянии компенсатор заполнен водой и паром. Он предназначен для работы в составе системы первого контура реактора и служит для создания поддержания давления в контуре при номинальных режимах работы установки и ограничений колебаний давления в переходных и аварийных режимах.

По условию задачи, датчики подключены к микроконтроллеру по однопроводной последовательной шине данных, соответственно в один момент времени можно работать только с один параметром. Исходя из этого условия, необходимо предусмотреть программное прерывание.

Исходя из вышесказанного, программа, моделирующая технологические работы на АЭС, будет состоять из следующих блоков:

• 1. Функция программного прерывания (dot ());
• 2. Функция для генерации случайного выходного параметра для датчика температуры (value1());
• 3. Функция для генерации случайного выходного параметра для датчика газа (value2());
• 4. Функция для генерации случайного выходного параметра для датчика давления (value3());
• 5. Функция считывания и обработки полученных значений (main ());
• 6. Анализ обработанных данных (main ()).