Atomerőművi irányítástechnika, vezénylőtermek

Átírás

1 1 Atomerőművi irányítástechnika, vezénylőtermek Boros Ildikó

2 2 Tartalom Atomerőművi irányítástechnika Vezénylők feladatai Vezénylői evolúció Vezénylőtermek tervezése

3 3 Irányítástechnika - Instrumentation and control (I&C) Irányítás: valamely folyamat elindítása, fenntartása, megváltoztatása, megállítása meghatározott módon Az irányítás alapvető céljai: a termelékenység növelése az előállított termék minőségének szinten tartása, javítása energiafelhasználás csökkentése emberi tényezők hatásainak (pl. tévedés) kiküszöbölése emberre veszélyes, vagy tartózkodásra alkalmatlan környezetben a kezelő nélküli irányítás megvalósítása Irányítás műveletei: Célkitűzés -> érzékelés -> ítéletalkotás -> rendelkezés -> jelformálás -> beavatkozás

4 4 Irányítástechnika Automatika evolúciója

5 5 Irányítástechnika Két fő rendszer: Irányított rendszer irányítórendszer Adatgyűjtés Vezérlés Szabályozás

6 6 Atomerőművi irányítástechnika Három fő funkció Érzékelő kapacitás biztosítása (mérés, felügyelet) az ellenőrző, szabályozó funkciók ellátásához, segítség a személyzetnek az erőmű állapotának felmérésében Beavatkozások az erőművifolyamatok szabályozására (határokon belül tartott paraméterekkel), automatikus szabályozások Abnormális állapotok elkerülése (biztonsági rendszerek erőmű védelme meghibásodásokkal vagy egyéb hibákkal szemben) Fizikai elemei: berendezések, modulok, szenzorok, átalakítók, vezérlők

7 7 Atomerőművi irányítástechnika Technológiai elemek mellett emberi tényező, információkezelés, szimuláció, szoftverfejlesztés, rendszerintegráció, előrejelzés, számítógépes biztonság I&Crészei : Érzékelők Üzemi szabályozó, monitorozó rendszerek Biztonsági rendszerek Kommunikációs rendszerek Ember-gép interfész Vezérlők (szelepek, motorok, stb.) Source: IAEA

8 8 Atomerőművi irányítástechnika Source: IAEA

9 9 Atomerőművi irányítástechnika Biztonsági szempontból jelentős irányítástechnikai folyamatok: Reaktorleállítás ZÜHR Remanens hő elvonás Konténment izolálás / hasadási termékek kivonása / hőelvonás Üzemzavari szellőzés Üzemzavari villamos ellátás Tervezési követelmények: Pl. Redundancia, diverzitás, függetlenség, egyszeres meghibásodás elve Meghibásodás esetén biztonság irányába hatás Hozzáférhetőség Tesztelési lehetőségek Biztonság szempontjából fontos rendszerek azonosítása

10 10 A blokk folyamatirányító rendszerének funkcionális modellje KU

11 11

12 12 Miért kellenek vezénylők az atomerőművekben? Történeti ok: az első erőművek tervezésekor nem állt rendelkezésre az ember nélküli üzemeltetést lehetővé tevő technika Jogszabályi ok: az üzemeltetői felelősség folyamatosan fennáll, kell tehát a folyamatos felügyelet Technológiai ok: nem lehet miden döntési helyzetet teljes bizonyossággal előre látni és algoritmizálni. Következtetés: ben lesznek vezénylők a belátható jövőben. Jó, jó, de mennyi?

13 Vezénylők Blokkvezénylő Az üzemeltető 24 órában van itt jelen, innen irányítja a blokkot Tartalékvezénylő A blokkvezénylő sérülésének esetére tervezik. A normális üzem mellett nincs szerepe Baleset-elhárítás irányító helye Baleseti helyzetekben innen irányítják az elhárítás munkáit. Tervezéskor feltételezik a blokkvezénylő rendelkezésre állását is. Egyéb vezénylők Más szervezési megfontolások további vezénylők tervezését indokolhatják. Pl. főjavítás irányítás, villamos alállomás irányítása vagy egy több blokkos erőmű irányításra Source: IAEA 13

14 14 A BV személyzet feladatai Termelési feladatok termelési menetrend szerinti működtetés berendezések működésének és működéskészségének folyamatos ellenőrzése, romlási folyamatok korai felismerése Üzemi tranziensek, üzemzavarok, események kezelése, következmények enyhítése Karbantartási munkák kiszolgálása A berendezések karbantartásra bocsátása és visszavétele Biztonsági feladatok A blokk nukleáris biztonságának folyamatos ellenőrzése és fenntartása Biztonsági rendszerek állapotának folyamatos ellenőrzése Üzemzavarok elhárítása, következmények enyhítése Balesetkezelés

15 15 Blokkvezénylő feladatai Biztonsággal kapcsolatos tevékenység helye A blokkot irányító személyzet tartózkodó helye normál üzemben, karbantartási időszakban, üzemzavari helyzetben és balesetet követően Az operatív személyzetet információval látja el A technológiai folyamat jellemzőiről, A technológiai rendszerek állapotáról, Biztonsági rendszerek állapotáról, A kisegítő rendszerek (energia ellátás, irányítástechnika, stb.) állapotáról A blokk helységeinek állapotáról A blokk környezetének dozimetriai állapotáról, stb. Lehetőséget biztosít Technológiai beavatkozásokra távműködtetések útján, Irányító rendszerek állapotának megváltoztatására, vezérlő jeleinek megváltoztatására Technológiai rendszerek tesztelésére, Irányító rendszerek tesztelésére, Hozzáférés engedélyezésére, Adminisztratív feladatok ellátására, Telekommunikáció használatára, stb.

16 16 Blokkvezénylő - elvárások Kényelmesen,biztonságban lakható normál üzemben, karbantartási időszakban, üzemzavari helyzetben és balesetet követően Védett külső hatásokkal szemben Fizikai behatolás elleni védelem, Üzemzavari helyzetekkel szembeni védelem, Földrengésállóság, természeti katasztrófák elleni védettség Tűz elleni védettség Baleseti szellőző rendszer Fel kell készülni a blokkvezénylő sérülésére vagy akár teljes megsemmisülésére Tartalék vezénylő vagy vészleállító panelek fizikailag elválasztott, védett helyen, kisebb funkcionalitással Tartózkodási szempontok

17 17 Blokkvezénylő - elvárások Függetlenség Blokkvezénylő pontosan egy atomerőművi blokkhoz rendelt Rendszerek függetlensége A BV személyzetnek ne kelljen elhagyni a vezénylőt a feladataik végrehajtásához Ne történhessen technológiai beavatkozás a vezénylő szándéka és tudta nélkül Sem szándékosan, sem véletlenül A vezénylő mint irányítástechnikai objektum A folyamatirányítási feladat legfelső szintjének a blokkvezénylő tekinthető Funkcionális feladata az Ember- Gép kapcsolat megvalósítása

18 18 vezénylői Pultok közvetlen munkahelyek a gyakori műveletek, beavatkozások történek innen a megjelenítések, karakter méretek kisebbek, a pultokon nincsenek sémaképek Panelek 3-4 méterre vannak az operátortól ritka műveletek kezelő szervei sémaképek, áttekintő képek nagyobb karakterek és megjelenítések

19 19 Az irányítástechnikai technológia Információ megjelenítés Analóg mutatós műszerek, regisztrálók és jelző lámpák (elektromechanika) Numerikus kijelzők, LED-esmutatóműszerek, CRT vagy LCD kijelző, archívum Blokkszámítógépek, feldolgozott adatmegjelenítés, digitális operátori munkaállomások, archívum, tanácsadó rendszerek SCADA és DCS rendszerek, digitális folyamatirányítás, digitális védelmek Beavatkozó eszközök Egyedi kapcsolók, nyomógombok, mátrix rendszerű beavatkozók, lehívók Smart beavatkozó eszközök, billentyűzet, egér, érintő képernyő Az automatizáltság korlátai Az irányítástechnikai technológia fejlettsége Humán megfontolások

20 20 Alapvető elvárásaink Az operátor mindenkor pontosan ismerje a technológia állapotát Az üzemi események gyorsan és egyszerűen legyenek azonosíthatók Semmilyen üzemállapotban ne legyen kezelhetetlen információ dömping (TMI!) A vezénylő képének konzisztensnek kell lenni, hogy csökkentse a félreértések és félrekezelések valószínűségét. Öreg blokkokon: rendszer orientált sémák és megjelenítések inkább a karbantartást támogatják, mint a folyamattal és a funkciók állapotával foglalkozó operátort Folyamat orientált képek és megjelenítések a team munkához adnak támogatást, tipikusan a nagy képernyőkre valók

21 21 Jelzések, jelző rendszerek Problémák A rekonstrukciók miatt egy vezénylőn belül eltérő jelzőrendszerek Információ áradat egyes eseményeknél Szimultán események azonosítása problematikus A nyugtázások sok időt elvisznek Statikus állapotok és gyors dinamikák kezelése Elvek Sötét kijelző Olvashatóság Konzisztens alarm nyugtázási/törlési logika Konzisztens színezés és hang jelzések Jelzési hierarchia Szűrés és alarm elnyomás

22 Jelzéskezelés 22

23 23 DCS és smart beavatkozás Több száz képernyő megfelelő kezeléséhez hierarchikus rend és tartalom szenzitív menük tartoznak

24 24 Közvetlen a terepen vagy a gépen Sémafal Sémafal + pult Video megjelenítők Cockpit Video falak Közeli nagy képernyők

25 25 Hajómotor-vezérlés - irányítás a helyszínen

26 26 Sémafal kezdemény

27 27 Sémafal

28 28 Sémafal+pult

29 29 Oldbury

30 30 AP1000 vezénylő - Forrás: Westinghouse

31 31 Vezénylő tervezése Vezénylőt tervező csapat kompetenciái Nukleáris és hagyományos technológiai ismeretek Rendszer elemzési gyakorlat Irányítástechnikai rendszertervezési ismeretek Digitális rendszerek ismerete Emberi tényezővel kapcsolatos ismeretek Erőmű üzemeltetési ismeretek Normál és vészhelyzetei forgatókönyv készítési ismeretek

32 32 Vezénylő tervezése Milyen legyen az automatizáltság foka? A magas automatizáltság tehermentesíti az operátort, és pont a nem humánus tevékenységeket lehet legjobban automatizálni Magas automatizáltság mellett az operátor elvesztheti a közvetlen kapcsolatát a technológiával Ki határozza meg, hogy milyen legyen a vezénylő? Az irányítástechnikai tervező, mert ő tudja, hogy a legújabb irányítástechnikai technológiák mire adnak lehetőséget Az operátor, mert ő tudja, hogyan kell üzemeltetni a blokkot

33 33 Vezénylő tervezése Funkciók elosztása ember és gép között Mindenképpen automatizálandó? Jobb, ha automatikus? Az operátor kezébe kell adni? Meg lehet osztani ember és gép között? Jellemzők Ember Gép Terhelés Mérsékelt Nagy vagy nagyon kicsi Gyorsaság Mérsékelt Gyors vagy nagyon lassú Gyakoriság Közepes Nagyongyakori vagy nagyon ritka Komplexitás Egyszerű Bonyolult Döntéshozatal típusa és összetettsége Strukturálatlan Jól strukturálható

34 34 Rossz példák

35 35 Rossz példák DARLINGTON

36 36 Tartalék vezénylő Csökkentett funkcionalitás elegendő A láncreakciót leállítani, Lehűteni és hűtve tartani Vajon melyik olcsóbb, és melyik biztonságosabb: Egy csökkentett funkcionalitású vezénylőt tervezni, létesíteni és üzemeltetni vagy Lemásolni a BV t teljes funkcionalitással? Reactor Level LOCA variant 1 LOCA variant HRA data: 1 team s different handling of very similar LOCAs

37 37 Ergonómia Jó közérzet Kényelem Hatékonyság Motiváció Stressz-mentesség Koncentráció Harmóniában a technológiával

38 38 A környezet és az ember kölcsönhatása Hőmérséklet Páratartalom Nyomás Levegő mozgás Fény, színárnyalatok, kontraszt Zaj, hang Térérzet Mozgás igény Egyszerűség, átláthatóság Információ biztosítás (figyelemfelkeltés, emészthető mennyiség, ) Stb.

39 39 Célkitűzés Tervezési példa Vezénylők

40 40 Információ-gazdag kép Fejlesztés célja: Halden Reactor Project, olajipar, tengeri fúrótornyok Több fontos, meglévő információ egyidejű megjelenítése, Nagyobb folyamat részletek megjelenítése, Navigálási, trend kutatási feladatok csökkentése Egy pillantással értelmezhető megjelenítés Skill, Rule, Knowledge modell Skill Legegyszerűbb, pl, egér pozicionálása, autó kormányzása. A parallel kapacitás nagy Rule Közepes, tanult szabályokon alapul, pl. pirosnál megállunk, jobbról jövő autóra figyelünk Parallel kapacitás közepes Knowledge Problémamegoldás, komplex folyamatok. Jelentős mennyiségű információ gyűjtés és feldolgozás társul hozzá. Parallel kapacitás alacsony

41 41 Operátori szerepek és információ gyűjtés

42 42

43 43 Olaj fúrótorony szeparátora Egy szeparátor hagyományos megjelenítése

44 44 building block Felső beavatkozási érték Felső figyelmeztetési érték Aktuális érték Felső figyelmeztetési tartomány Alapjel Normál tartomány Alsó figyelmeztetési tartomány Integrált trend Alsó beavatkozási érték Alsó figyelmeztetési érték

45 45 building block A figyelmeztetési tartományban az aktuális érték piros lesz

46 46 Nagy képernyők alkalmazási területe A nagyképernyős kijelzők panelek olyan helyeken alkalmazhatók, ahol a felhasználóknak nehéz általános képet kapniuk a rendszer egészének működéséről olyan információkat akarunk bemutatni, amelyekre a team minden tagjának szüksége van a felhasználóknak sokat kell mozogniuk és a tér bármelyik pontjáról követniük kell a folyamat állapotát több felhasználónak kell egy időben ugyanazokhoz az adatokhoz jutnia, de hely hiányában vagy más korlátozó tényező miatt az adat nem jelenhet meg a munkaállomás képernyőjén a felhasználóknak gyakran koordinálniuk kell egymás között illetve együtt kell végrehajtaniuk a feladatokat -> Nagyon jól illeszkednek az atomerőművek vezénylőibe

47 47 Large Screen Displays Innovative Large Screen Display for Loviisa NPP based on Information Rich Design Method 1 Large Screen Display for Outage Plant Mode, focus on Safety Technical Specifications 2

48 48

49 EPR BME NTI

50 50 Virtuális valóság Kiterjesztett valóság

51 51 Virtuális valóság A tervezett környezetet 3D-ben mutatja meg Embert tudunk illeszteni a 3D környezetbe Antropometriai támogatás a tervezéshez Kommunikációs eszköz a végfelhasználó és a tervező között Szimulátorhoz is illeszthető, az emberi műveleteket a bábuval végre lehet hajtatni Szemléletessé teszi egy vezénylő működtetését, V&V eszköz a vezénylő tervezésben

52 52 Virtuális valóság

53 Virtuális valóság 53 Control room design and V&V by VR Decommissioning planning by VR Training by VR

54 54 Kiterjesztett valóság (augmented reality) A valós környezet látványába illeszthetünk adatokat, képeket stb. A pozíció és a tekintet irányának érzékelésével az éppen látott tárgyakról adhatunk információt Dozimetriai viszonyok megjelenítése a helyszínen Terepi operátorok

55 55