Atomerőművi irányítástechnikai rendszerek

Átírás

1 Atomerőművi irányítástechnikai rendszerek Eiler János BME, Budapest, 2019 április 11 International Atomic Energy Agency

2 Az előadások célja Az előadások célja egy áttekintő tájékoztatás nyújtása a hallgatóság számára az atomerőművi folyamatirányító rendszerek felépítéséről, tervezési követelményeiről és néhány kiválasztott terület részleteiről Négy előadás: 1. Bevezetés az atomerőművi irányítástechnikába 2. Irányítástechnikai rendszerarchitektúrák tervezése 3. Irányítástechnikai modernizáció 4. Ember-gép kapcsolati felületek, vezénylők tervezése és elrendezése 2

3 Bevezetés az atomerőművi irányítástechnikába (I&C) International Atomic Energy Agency

4 Az irányítástechnika az atomerőmű idegrendszere 4

5 Az irányítástechnika híd az operátorok és a technológiai rendszerek között A fő irányítástechnikai funkciók ATOMERŐMŰ Operators Communication KÉZI MŰKÖD- TETÉS EMBER-GÉP KAPCSOLATI FELÜLET I&C Human system interface Information Alarm Manual control AUTOMATIKUS VEZÉRLÉS BEAVATKOZÁSOK ALAPJELEK LIMITEK LOGIKÁK TECH. PARAMÉTEREK ERŐMŰVI INFORMÁCIÓ MÉRÉSEK Communication Redundant trains Safety functions Reactivity control Heat removal Prevention of radiation release Communication Operational controls Reactor power control Turbine generator control Water steam cycle control Surveillance and diagnostics ENERGIATERMELÉS (TECHNOLÓGIAI FOLYAMATOK) M A M A A=actuat M=meas NPP processes to be monitored and controlled 5

6 Irányítástechnikai rendszerek az atomerőművekben Rendszerösszetevők és funkcióik: Mérőérzékelők, amelyek a technológiai paraméterek értékéről szolgáltatnak információt Szabályzó, vezérlő és védelmi rendszerek, amelyek feldolgozzák a mérőérzékelők által szolgáltatott jeleket és parancsokat dolgoznak ki az erőmű működtetéséhez, optimális üzeméhez, valamint az üzemmenet biztonságos határok között tartásához Végrehajtó szervek, amelyek a vezérlő és védelmi rendszerektől kapott jelek alapján a techológiai folyamatokat szabályozzák Kommunikációs rendszerek az adat és információ továbbításhoz Ember-gép kapcsolati munkahelyek az információ megjelenítés és a személyzet általi beavatkozások biztosítására Monitorozó és diagnosztikai rendszerek az abnormális folyamatok detektálására Egy-egy blokkon tipikusan érzékelő és távadó, végrehajtó szerv és km kábel található 6

7 Bemeneti jelet szolgáltató mérőérzékelők Hőmérséklet mérő szondák Nyomás és nyomáskülönbség távadók Szint és áramlás mérőérzékelők Hőmérséklet, nyomás, szint és áramlás kapcsolók Vegyészeti mérőérzékelők Rezgés és elmozdulás érzékelők Sugárzás mérő detektorok Neutron fluxus detektorok 7

8 Kimeneti végrehajtó eszközök Motoros működtetésű szelepek (tolózárak) Szivattyúk (villamos motorok) Mágnesszelepek Pneumatikus szelepek vezérlői Villamos megszakítók Szabályzórúd hajtások

9 Terepi jelkommunikáció Analóg 4-20 ma DC (régi rendszereknél 0-5 ma, 0-10 V DC) Végrehajtó szervekhez 230 V AC, 400 V AC, 6 kv AC HART (Highway Addressable Remote Transducer Protocol) A digitális jel az eredeti analóg jelre ráültetve Minden régi rendszerhez csatlakoztatható, de a digitális kommunikáció használatával további funkciók (pl. öndiagnosztika, paraméter módosítás, konfiguráció menedzsment) is elérhetőek Digitális terepi busz (vezetékes) Profibus és Foundation Fieldbus Az eszközök láncba fűzhetősége miatt nagymértékű kábel megtakarítás érhető el vele Vezeték nélküli (Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, HART, stb.) 9

10 Kijelző, megjelenítő eszközök Számítógép képernyők Kijelző műszerek Regisztráló műszerek Jelzőtablók Helyzet és állapotjelző lámpák 10

11 A jelfeldolgozó technológiák, logikák fejlődése A digitális technika egyre nagyobb szerephez jut A funkciók végrehajtását egyre inkább szoftverek vezérlik

12 Szintszabályozás: Egy elemi irányítástechnikai funkció Zárt körű szabályozás M Analóg szabályzó - + Alapjel Mérő érzékelő Alapjel Szabályzó Végrehajtó szerv Digitális szabályzó A D Processor D A + 12

13 Tipikus jelfeldolgozó és irányítórendszer Operator workstations Analog input signal Binary input signal Manual control Analog signal conditioning Binary signal conditioning Binary signal conditioning Analog to digital converter A D Data acquisition system Display driver or plant computer Processing unit Process information highway Digital to analog converter D A Binary outputs Gateway / Firewall I R Alarm and/or signalization Limit position indication Remote information presentation Analog indicator Strip chart recorder Signal multiplexer Signal processing (information, logics, interlocks, protection) Priority logic / motor control centers Control M Electrical motors Solenoid valves Priority manual control (optional) Circuit breakers 13

14 Adatgyűjtő berendezések 14

15 Tipikus jelfeldolgozó és irányítórendszer Operator workstations Analog input signal Binary input signal Manual control Analog signal conditioning Binary signal conditioning Binary signal conditioning Analog to digital converter A D Data acquisition system Display driver or plant computer Processing unit Process information highway Digital to analog converter D A Binary outputs Gateway / Firewall I R Alarm and/or signalization Limit position indication Remote information presentation Analog indicator Strip chart recorder Signal multiplexer Signal processing (information, logics, interlocks, protection) Priority logic / motor control centers Control M Electrical motors Solenoid valves Priority manual control (optional) Circuit breakers 15

16 Moduláris programozható logikai vezérlő 16

17 Központi logikai feldolgozó egységek

18 Blokkszámítógép központi egységek

19 Tipikus jelfeldolgozó és irányítórendszer Operator workstations Analog input signal Binary input signal Manual control Analog signal conditioning Binary signal conditioning Binary signal conditioning Analog to digital converter A D Data acquisition system Display driver or plant computer Processing unit Process information highway Digital to analog converter D A Binary outputs Gateway / Firewall I R Alarm and/or signalization Limit position indication Remote information presentation Analog indicator Strip chart recorder Signal multiplexer Signal processing (information, logics, interlocks, protection) Priority logic / motor control centers Control M Electrical motors Solenoid valves Priority manual control (optional) Circuit breakers 19

20 Ember-gép kapcsolati felület 20

21 Tipikus jelfeldolgozó és irányítórendszer Operator workstations Analog input signal Binary input signal Manual control Analog signal conditioning Binary signal conditioning Binary signal conditioning Analog to digital converter A D Data acquisition system Display driver or plant computer Processing unit Process information highway Digital to analog converter D A Binary outputs Gateway / Firewall I R Alarm and/or signalization Limit position indication Remote information presentation Analog indicator Strip chart recorder Signal multiplexer Signal processing (information, logics, interlocks, protection) Priority logic / motor control centers Control M Electrical motors Solenoid valves Priority manual control (optional) Circuit breakers 21

22 Prioritás logika és hajtásvezérlő fiókok 22

23 A digitális technológia jellemzői Minden új irányítástechnikai rendszer túlnyomó mértékben digitális technikára (és annak szoftverére) épül Széleskörű funkcionalitás, magas teljesítmény Nagy megbízhatóság (beépített önellenőrzés és diagnosztika) Rugalmasság (újra konfigurálható, hordozható szoftver) Könnyű összekapcsolhatóság más digitális rendszerekkel Korábban önálló, régi rendszerek könnyű integrálhatósága Sokkal vonzóbb a fiatal generáció számára 23

24 A digitális technológiából adódó kihívások Bizonytalanság és következetlenség a hatósági engedélyeztetésben Műszaki-technikai nehézségek: Megnövekedett funkcionalitás Nagymértékű integráltság, összetettség Egymással összefüggő rendszerek, sokrétű kommunikáció Rugalmas konfigurálhatóság Szisztematikus hibák nagyobb valószínűsége Kibertámadásoknak való kitettség Gyors elavulás Nem megfelelően tervezett digitális rendszerekben a felsorolt problémák semlegesíthetik a megnövekedett funkcionalitásból fakadó előnyöket 24

25 Mai digitális platformok a nukleáris biztonsági rendszerekhez Framatome Teleperm XS Framatome Tricon Westinghouse Common Q Rolls-Royce Spinline Doosan POSAFE-Q CTEC FirmSys CNCS NICSYS 8000N Impulse MSKU 3M Radiy RADIX 25

26 Mikroprocesszor alapú digitális platform 26

27 Field programmable gate array (FPGA) alapú digitális platform RAM block RAM block Interconnection Grid I/O LUT CLK Flip Flop RAM block RAM block CLB 27

28 A platformok tipikus építőelemei Bemeneti és kimeneti jelkapcsolati modulok (analóg, kétállapotú, neutron fluxus, stb.) Feldolgozó modulok, logikák Kommunikációs modulok Hajtás vezérlő és prioritás logika modulok Készülék keret és hátlapi összeköttetések Tápegységek

29 NAÜ kiadvány az alapvető irányítástechnikai ismeretekről 29

30 Köszönöm szépen a figyelmet! International Atomic Energy Agency