Tartalom Atomerőművi irányítástechnika, vezénylőtermek Boros Ildikó Atomerőművek 2013.05.02. Atomerőművi irányítástechnika Vezénylők feladatai Vezénylői evolúció Vezénylőtermek tervezése 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 Irányítástechnika Automatika evolúciója
6 Irányítástechnika Két fő rendszer: Irányított rendszer irányítórendszer Adatgyűjtés Vezérlés Szabályozás 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 8 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.) Atomerőművi irányítástechnika Source: IAEA Source: IAEA
9 Atomerőművi irányítástechnika A blokk folyamatirányító rendszerének funkcionális modellje KU 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 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: Atomerőművekben lesznek vezénylők a belátható jövőben. Jó, jó, de mennyi?
Source: IAEA 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 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 16 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. 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 Blokkvezénylő - elvárások Függetlenség Blokkvezénylő pontosan egy atomerőművi blokkhoz rendelt 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 Atomerőművek 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 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 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 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
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 Jelzéskezelés Elvek Sötét kijelző Olvashatóság Konzisztens alarm nyugtázási/törlési logika Konzisztens színezés és hang jelzések Jelzési hierarchia Szűrés és alarm elnyomás Ha sok a végrehajtó szerv Ha sok a végrehajtó szerv
DCS és smart beavatkozás Több száz képernyő megfelelő kezeléséhez hierarchikus rend és tartalom szenzitív menük tartoznak Közvetlen a terepen vagy a gépen Sémafal Sémafal + pult Video megjelenítők Cockpit Video falak Közeli nagy képernyők Hajómotor-vezérlés - irányítás a helyszínen Sémafal kezdemény
Sémafal Sémafal+pult Oldbury Hatalmas képek
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 AP1000 vezénylő - Forrás: Westinghouse 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 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
4 7 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 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 LOCA variant 1 LOCA variant 2 10 13 HRA data: 1 team s different handling of very similar LOCAs 16 19 22 25 Ergonómia Jó közérzet Kényelem Hatékonyság Motiváció Stressz mentesség Koncentráció Harmóniában a technológiával A környezet és az ember kölcsönhatása Mikroklíma Hőmérséklet Páratartalom Nyomás Levegő mozgás Fény, színárnyalatok, kontraszt Zaj, hang Térérzet Mozgás igény Egyszerűség, átláthatóság Információ biztosítás (figyelemfelkeltés, emészthető mennyiség, ) Stb.
Látószögek Operátori munkahely Információ gazdag kép Célkitűzés Tervezési példa Vezénylők 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
Operátori szerepek és információ gyűjtés Olaj fúrótorony szeparátora building block Felső beavatkozási érték Felső figyelmeztetési érték Aktuális érték Felső figyelmeztetési tartomány Alapjel Normál tartomány Alsó figyelmeztetési tartomány Integrált trend Egy szeparátor hagyományos megjelenítése Alsó beavatkozási érték Alsó figyelmeztetési érték
building block Nagy képernyők alkalmazási területe A figyelmeztetési tartományban az aktuális érték piros lesz 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 Large Screen Displays Innovative Large Screen Display for Loviisa NPP based on Information Rich Design Method 1 BME NTI 2009.04.16 2 Large Screen Display for Outage Plant Mode, focus on Safety Technical Specifications
EPR Virtuális valóság Kiterjesztett valóság BME NTI 2011.03.17. 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 Virtuális valóság
Virtuális valóság Kiterjesztett valóság (augmented reality) Control room design and V&V by VR Decommissioning planning by VR 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 Training by VR