Универсальные графические среды разработки ПО тренажеров

Программный комплекс «SmartGET» – графическая среда сквозного проектирования крупных расчетных комплексов. Он объединяет в себе инструменты, позволяющие вести разработку не только математических моделей промышленных объектов, но и интегрировать их с необходимым оборудованием: исполнительными механизмами, системами АСУТП, включая щиты управления, шкафы и т.д. Обладает удобным пользовательским графическим интерфейсом и включает в себя следующие системы:

  • базы данных (констант параметров и программных модулей);
  • средства разработки (графическую оболочку, препроцессор с компилятором, линкер-загрузчик и отладчик);
  • исполнительную систему (расчет в реальном, ускоренном и замедленном масштабе времени);
  • средства отладки (как локальные для отдельных подсистем, так и удаленные на сервере в составе полной или частичной модели);
  • систему управления разработкой, включая средства подготовки документации.

ПК «SmartGET» позволяет вести разработку, наладку и сопровождение изготовленной продукции на протяжении всего цикла выполняемых работ так, чтобы пользователь оперировал понятными ему объектами гидравлики, автоматики, электрики), не прибегая непосредственно к программированию на языках высокого уровня. Это уменьшает время выполнения операций и снижает вероятность ошибки, повышая качество конечного продукта.

ПК «SmartGET» обладает развитыми средствами обнаружения и диагностики ошибок. Реализован метод ввода данных из списка допустимых вариантов. Графические средства отладки позволяют контролировать изменения  параметров непосредственно на диаграммах, как текущие, так и в виде графиков или в виде изменения цвета/изображения элемента на диаграмме.

 

 

На базе ПК «SmartGET» создан программный комплекс «САПФИР». По функциональности он ничем не отличается от своего прототипа, но имеет дополнительные расширенные функции, такие как возможность отображать и управлять 3D сценами с использованием графики OpenGL, возможность создавать векторную графику с использование градиента и прозрачности, а также возможность отображать и управлять видео- и  звуковым потоком. Кроме этого ПК «САПФИР» постоянно модернизируется в плане поддержки дополнительных функций по созданию и отображению графических элементов и в плане поддержки различных кодогенераторов теплогидравлики, электрики и автоматики.

 

 

Графическая оболочка ПК «САПФИР» создана с использованием языка программирования Java  и функционирует, в отличие от  ПК «SmartGET», в среде операционных систем не только Windows, но и других, в которых реализована поддержка платформы Java (Linux, Windows и др).

 

Расчетные код

Моделирование теплогидравлических систем

Расчетный код CMS был разработан для динамических расчетов теплогидравлических систем в реальном масштабе времени. CMS может использоваться для моделирования практически любой теплогидравлической системы энергоблока АЭС, что делает данный код универсальным инструментом разработчика.

  

CMS позволяет создавать модели для теплогидравлических систем с двухфазными и двухскоростными потоками (вода, пар, газы). Модели СMS учитывают в расчете неконденсируемые газы. Все объекты представляют собой в общем случае неравновесную паро-газо-водяную смесь с тепломассообменом между фазами. Газовая смесь может состоять из любого количества газов в любой комбинации. CMS может рассчитывать распределение нерастворимых примесей, а так же моделировать химические реакции.

Модели СMS могут быть интегрированы с моделями нейтронной физики и кинетики реактора, моделями электрических цепей и систем управления, а так же с моделью тяжелых аварий с расплавлением активной зоны реактора.

CMS оснащен мощным интерактивным графическим редактором, который используется как для разработки расчетных схем, так и для отладки готовых математических моделей.

 

Моделирование нейтронно-физической системы

Нейтронно-физическая модель активной зоны в тренажерах АЭС обеспечивает детальное описание процессов переноса нейтронов и энерговыделения в стационарных и нестационарных режимах. Диапазон моделируемых режимов включает в себя пуск, эксплуатацию на номинальной мощности, изменение мощности и останов блока, а также аварийные режимы, сопровождающиеся быстрым вводом реактивности, потерей теплоносителя, в том числе с отказом аварийной защиты реактора.

Программа ТРЕК представляет собой третье поколение нейтронно-физической модели для тренажеров АЭС и является результатом 20-летнего развития методов нейтронно-физического расчета реакторов в реальном времени. Объем рассчитываемых параметров и точность расчета приближаются к таковым у программ, применяемых при проектировании активных зон и обосновании безопасности эксплуатации энергоблоков.

Программа ТРЕК способна эффективно использовать многопроцессорные вычислительные средства, позволяет использовать нодализацию в одну или шесть точек на ТВС в горизонтальном плане для расчетов реального времени и 24 или 54 точки на ТВС, если нет требования реального времени расчета, снабжена автоматизированной системой подготовки константного обеспечения АСКО. Эта система позволяет на основе современных ядерных данных с помощью автоматизированных процедур формировать константное обеспечение для нейтронно-физической модели активной зоны реакторов ВВЭР, а также создавать исходные состояния для тренажера в части нейтронно-физической модели.

 

 

АСКО представляет собой программный продукт, включающий в себя базу данных по всем применяемым нуклидам, материалам, твэлам, ТВС и загрузкам активной зоны реакторов ВВЭР различных проектов, графическую пользовательскую среду и комплекс расчетных модулей для предварительных расчетов. Так, модуль расчета выгорания представляет собой модификацию модели ТРЕК с детальной нодализацией, скомпонованную в виде динамической библиотеки для графической оболочки АСКО. Модуль рассчитывает выгорание зоны в ходе кампании на основании заданных начальных данных с учетом предыстории и позволяет получить параметры активной зоны для любого момента кампании. Также могут использоваться данные, полученные из архивов СВРК.

Применение АСКО позволяет существенно сократить время разработки нейтронно-физической модели для конкретного энергоблока, передать возможность регулярной актуализации загрузки активной зоны пользователям тренажеров.

 

Моделирование тяжелых аварий

 Расчетный код SAM позволяет моделировать:

  • теплогидравлику реакторного контура;
  • работу современных систем безопасности на АЭС нового поколения;
  • тяжелые аварии;
  • контаймент (герметичную оболочку);
  • выделение и выход горючих газов и газообразных продуктов деления в процессе тяжелой аварии.

Основным преимуществом кода SAM является то, что он позволяет моделировать запроектную аварию в реальном масштабе времен,  в том числе и в рамках тренажерного моделирования.

  

SAM включает в себя пять пакетов, которые рассматривают основные группы процессов, характерные для тяжелой стадии аварии:

  • теплогидравлические процессы, происходящие в первом контуре;
  • процессы разогрева и разрушения активной зоны (пакет SACORE);
  • процессы, происходящие в нижней камере реактора после начала выпадения в нее материалов деградирующей АЗ (пакет SADOCO);
  • процессы взаимодействия расплава с бетоном (для блоков, не оборудованных устройством локализации расплава) (пакет SACONC);
  • процессы, протекающие в устройстве локализации расплава после проплавления днища корпуса реактора и вываливания находящихся на нем расплавленных материалов активной зоны, внутрикорпусных устройств и днища в устройство локализации (пакет SALOV).

Модель контайнмента включает в себя 25-40 контрольных объемов, что позволяет не только моделировать изменение теплофизических параметров среды в контайнменте при авариях с течью теплоносителя из первого контура, но и контролировать распределение концентрации водорода и радиоактивных продуктов. Кроме того, моделируется работа спринклерной системы, системы рекомбинаторов водорода, учитываются тепловые потоки от оборудования на внутрикорпусной стадии тяжелой аварии и расплава - на внекорпусной стадии, выделение газов от химических реакций, а также отвод тепла от парогазовой смеси за счет конденсации на стенках контайнмента. 

 

 

Разработанный пакет расчетного кода SAM применен на  тренажерах для анализа запроектных аварий и разработке мер по ослаблению влияния их последствий на безопасность населения и окружающей среды.

 

Моделирование радиационной обстановки в окружающей среде

Код ADM (AtmosphericDispersionModeling) разработан для интеграции в состав программного комплекса (ПК) КАРАВАН и предназначен для оценки последствий аварий, сопровождающихся выбросом токсичных или радиоактивных веществ в окружающую среду,как в реальном времени, так и с ускорением.

В основу программы положена гауссова модель струи, в соответствии с которойпримесь, выбрасываемая точечным источником, образует факел  в котором распределение концентраций характеризуется как гауссовское в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Данная модель является надежным и достаточно точным инструментом для оценок концентрации примеси в воздухе и плотности ее выпадения на подстилающую поверхность.Простота математической формулировки и легкость ее реализации в виде программного кода объясняют широкую распространенность этого подхода. Кроме того, к его достоинствам можно отнести небольшое количество входных параметров, которые могут быть получены из данных измерений метеостанций, либо импортированы из метеосайтов.

Представленная математическая модель позволяет рассчитывать распространение облака радиоактивной примеси в атмосфере для двух типов аварий: выброс из непрерывного точечного источника и мгновенного точечного источника, когда время выброса не превышает 15-20 минут.

Результатом расчета является четырехмерный массив, каждый элемент которого –  концентрация i-го радионуклида в точке x, y, z в момент времени t. Качественный состав выброса определяется разработанным ранее кодом PCAM (Primarycoolantactivitymodeling), предназначенным для моделирования накопления активности под оболочкой твэлов и выходом газообразных продуктов деления в первый контур и так же включенным в состав ПК КАРАВАН.

Программа адаптирована для работы в составе тренажеров АЭС, допускает ускорение расчета до 10 раз по отношению к реальному времени и может быть дополнена модулем сбора метеорологических данных из Интернета.


Версия для печати