Túri Tamás MVM PA Zrt.

Vezénylők az atomerőművekben Túri Tamás MVM PA Zrt. BME NTI 2012.04.26.

Tartalom A Vezénylők helye az atomerőművekben Vezénylői evolúció Vezénylők tervezése Kutatás, fejlesztés a vezénylők területén Gyakorlati ergonómia BME NTI 2012.04.26. 2

A Vezénylők helye az atomerőművekben BME NTI 2012.04.26.

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? BME NTI 2012.04.26. 4

Milyen vezénylők kellenek? 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 BME NTI 2012.04.26. 5

A BV személyzet feladatai Termelési feladatok A kívülről, ember-ember kommunikáció vagy speciális adatközlés útján kapott termelési menetrend szerinti működtetés A berendezések működésének és működéskészségének folyamatos ellenőrzése, romlási folyamatok korai felismerése A tervezési alapba tartozó és az azt meghaladó 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 BME NTI 2012.04.26. 6

A blokkvezénylő feladatai A blokkot irányító személyzet tartózkodó helye normál üzemben, karbantartási időszakban, üzemzavari helyzetben és balesetet követően BME NTI 2012.04.26. 7

A blokkvezénylő feladatai 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. BME NTI 2012.04.26. 8

A blokkvezénylő feladatai 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. BME NTI 2012.04.26. 9

A blokkvezénylő kialakításának alapvető követelményei 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 BME NTI 2012.04.26. 10

A blokkvezénylő kialakításának alapvető követelményei Fel kell készülni a blokkvezénylő sérülésére vagy akár teljes megsemmisülésére Ezért tartalék vezénylőre, vagy vész leállító panelekre van szükség fizikailag elválasztott, védett helyen Ennek a tartalék vezénylőnek kisebb funkcionalitással is elegendő rendelkeznie BME NTI 2012.04.26. 11

A 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 BME NTI 2012.04.26. 12

A vezénylő mint irányítástechnikai objektum A folyamatirányítási feladat legfelső szintjének a blokkvezénylő tekinthető Funkcionális feladata az Ember- Gép kapcsolat megvalósítása BME NTI 2012.04.26. 13

A blokk folyamatirányító rendszerének funkcionális modellje MAGASABB SZINTŰ RENDSZEREKHEZ S1 ÉRZÉKELŐ Sm... ÉRZÉKELŐ OPERÁTOR A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 BIZTONSÁGI VÉDELEM TECHNOLÓGIAI VÉDELEM AUTOMATIKUS VEZÉRLÉS TÁVMŰKÖD- TETÉS AUTOMATIKUS SZABÁLYOZÁS INFORMÁCIÓ SZOLGÁLTATÁS DIAGNOSZTIKA P1 PRIORITÁS KÉPZŐ Pn... PRIORITÁS KÉPZŐ V1 VÉGREHAJTÓ SZERV Vn... VÉGREHAJTÓ SZERV BME NTI 2012.04.26. 14

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 BME NTI 2012.04.26. 15

Az irányítástechnikai technológia Információ megjelenítés Analóg mutatós műszerek, regisztrálók és jelző lámpák, esőlemezes kijelzők (elektromechanika dominanciája) Numerikus kijelzők, LED-es mutatóműszerek, néhány CRT vagy LCD kijelző, archívum Blokkszámítógépek, feldolgozott adatmegjelenítés, digitális operátori munkaállomások, archívum, tanácsadó rendszerek SCADA és DCS rendszerek, digitális folyamatirányítás, digitális védelmek BME NTI 2012.04.26. 16

Az irányítástechnikai technológia 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 BME NTI 2012.04.26. 17

Adatgyűjtés, feldolgozás, megjelenítés, tanácsadás Egyes mérések szerint az operátor idejének 50%-át fordítja arra, hogy a megfelelő információt összegyűjtse és a felhasználásnak megfelelő formába rendezze BME NTI 2012.04.26. 18

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. BME NTI 2012.04.26. 19

Az Ember-Gép kapcsolat Funkcionalitás és a feladatok megosztása Team információ (Panelek, nagy képernyők) Egyéni munkahely (Pultok, munkaállomások) Statikus állapotok és gyors dinamikák kezelése Emberi tényezők és ergonómia Az ember szerepe, elvárások vele szemben, automatizáltság szintje Kommunikációs elvárások, kultúra, a számítógép akadályozó szerepe a kommunikálásban BME NTI 2012.04.26. 20

Az Ember-Gép kapcsolat Az öreg blokkokon általánosan használt rendszer orientált sémák és megjelenítések inkább a karbantartást támogatják, mint a folyamattal és a funkciók állapotával foglalkozó operátort A feladatorientált megjelenítések az operátori munkahelyekhez illeszkednek, mert az operátor végrehajtói munkáját támogatják A folyamat orientált képek és megjelenítések a team munkához adnak támogatást, tipikusan a nagy képernyőkre valók BME NTI 2012.04.26. 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 BME NTI 2012.04.26. 22

Jelzéskezelés IC ACK. DARK 2 Hz Cont. IC ACK. DARK 2 Hz Cont. nic nic nic IC ACK. nic DARK 2 Hz Cont. 1 Hz DARK Sötét IC CL DARK Sötét 2 Hz Gyors villogás Cont. Folyamatos fény 1 Hz Lassú villogás IC Indítási feltétel fellép ACK. Nyugtázás nic Indítási feltétel megszűnik CL Törlés BME NTI 2012.04.26.

Jelzések, jelző rendszerek Elvek Sötét vezénylő Olvashatóság Konzisztens alarm nyugtázási/törlési logika Konzisztens színezés és hang jelzések Jelzési hierarchia Szűrés és alarm elnyomás BME NTI 2012.04.26. 24

Ha sok a végrehajtó szerv BME NTI 2012.04.26. 25

DCS és smart beavatkozás Több száz képernyő megfelelő kezeléséhez hierarchikus rend és tartalom szenzitív menük tartoznak BME NTI 2012.04.26. 28

EPR I&C 6/7 BME NTI 2011.03.17. BME NTI 2012.04.26.

Vezénylői evolúció Közvetlen a terepen vagy a gépen Sémafal Sémafal + pult Video megjelenítők Cockpit Video falak Közeli nagy képernyők BME NTI 2012.04.26.

Hajómotor-vezérlés - irányítás a helyszínen BME NTI 2012.04.26. 31

Sémafal kezdemény BME NTI 2012.04.26. 32

Sémafal BME NTI 2012.04.26. 33

Sémafal+pult BME NTI 2012.04.26. 34

Sémafal+pult BME NTI 2012.04.26. 35

Szmolenszk BME NTI 2008.04.27 BME NTI 2012.04.26. 36

BME NTI 2012.04.26. 37

BIBLIS BME NTI 2012.04.26. 38

Repülés irányítás BME NTI 2012.04.26. 39

Apollo program Huston, 1969 július 21 BME NTI 2012.04.26. 40

Barco példa BME NTI 2012.04.26. 43

Wow effect BME NTI 2012.04.26. 44

Wow effect BME NTI 2012.04.26. 45

Hatalmas képek BME NTI 2012.04.26. 46

Közeli nagy képernyők BME NTI 2012.04.26. 47

Vezénylők tervezése Funkcionális tervezés Információ gazdag kép BME NTI 2012.04.26.

Vezénylőt tervező csapat kompetenciái Nukleáris és hagyományos technológiai ismeretek Rendszer elemzési gyakorlat Irányítástechnikai rendszertervezési ismeretek Digitális rendszerek ismerete Emberi tényezővel kapcsolatos ismeretek HFE Erőmű üzemeltetési ismeretek Normál és vészhelyzetei forgatókönyv készítési ismeretek BME NTI 2012.04.26. 49

A blokk folyamatirányító rendszerének funkcionális modellje KU BME NTI 2012.04.26. 50

Funkcionális tervezés IEC 61839 BME NTI 2012.04.26. 51

Az üzemeltetési célok lebontogatása (IEC 61839) BME NTI 2012.04.26. 52

Fontolgatások 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 BME NTI 2012.04.26. 53

Funkciók elosztása ember és gép között Mindenképpen automatizálandó Jobb, ha automatikus Az operátor kezébe kell adni Meg lehet osztani ember és gép között BME NTI 2012.04.26. 54

Iránymutatás a funkciók elosztásához Jellemzők Ember Gép Terhelés Mérsékelt Nagy vagy nagyon kicsi Gyorsaság Mérsékelt Gyors vagy nagyon lassú Gyakoriság Közepes Nagyon gyakori vagy nagyon ritka Komplexitás Egyszerű Bonyolult Döntéshozatal típusa és összetettsége Strukturálatlan Jól strukturálható BME NTI 2012.04.26. 55

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? BME NTI 2012.04.26. 56

4 7 10 13 16 19 22 25 Reactor Level Az emberi teljesítmény összehasonlítása Két különböző vezénylőben azonosan képzett személyzet ugyanazt a tranzienst kezeli A megfigyelés egy kijelölt paraméter stabilizálására irányul Az összehasonlítás alapja idő, azaz, hogy mennyi idő alatt érik el a stabil állapotot LOCA variant 1 LOCA variant 2 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 HRA data: 1 team s different handling of very similar LOCAs BME NTI 2012.04.26. 57

Információ-gazdag kép Célkitűzés Tervezési példa Vezénylők BME NTI 2012.04.26.

Fejlesztés, célkitűzés 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 BME NTI 2012.04.26. 59

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 BME NTI 2012.04.26. 60

Operátori szerepek és információ gyűjtés BME NTI 2012.04.26. 61

BME NTI 2012.04.26. 62

Olaj fúrótorony szeparátora Egy szeparátor hagyományos megjelenítése BME NTI 2012.04.26. 63

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 BME NTI 2012.04.26. 64

building block A figyelmeztetési tartományban az aktuális érték piros lesz BME NTI 2012.04.26. 65

Szeparátorok 3 fázisú szeparátor 2 fázisú szeparátor 2 fázisú szeparátor BME NTI 2012.04.26. 66

Bölcsességek when a display exceeds a certain size, it becomes qualitatively different. (Swaminathan & Sato, 1997) "Do not think a large display as merely a large desktop monitor, instead focus on the properties of the entire space." (Khan ym., 2005) BME NTI 2012.04.26. 67

Nagy képernyők alkalmazási területe a nagyképernyős kijelzők panelek olyan helyeken alkalmazhatók, ahol a felhasználóknak egyébként 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 BME NTI 2012.04.26. 68

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 BME NTI 2012.04.26. 2

BME NTI 2009.04.16 BME NTI 2012.04.26. 70

Development simulator in 2003 Fortum E Rinttilä 71 BME NTI 2012.04.26.

Development simulator in 2007 Fortum E Rinttilä 72 BME NTI 2012.04.26.

Development simulator September 2008 BME NTI 2012.04.26.

Emulated MBU of and QDS screens RPS at development simulator Fortum E Rinttilä BME NTI 2012.04.26.

Kutatás, fejlesztés a vezénylők területén Virtuális valóság Kiterjesztett valóság Cockpit BME NTI 2012.04.26.

Ilyenek vagyunk A cmabrigde-i etegyemen kéüszlt eikgy tnuamálny aítllsáa sznreit a szvkaaon bleül nincs jlneestőgée annak mkénit rdeeözndenk el a btűek: eyeüdl az a fntoos, hgoy az eslő és az uolstó betű a hlyéen lygeen; ha a tböbrie a lgnoeyabb özeássivsazsg a jleezmlő, a sövzeg aokkr is tleejs mrtébéekn ovasalthó mraad. A jnleeésg mgáayzrataa az, hgoy az erbemi agy nem eyedgi btüeket, hneam tleejs sazakvat ovals. Íme a bzonytéik. Úhygoyg tnseseek mkneit bkébeén hyagni a hleysesáíi fmonisáokgkal BME NTI 2012.04.26. 76

Színes információ ömleny BME NTI 2012.04.26. 77

Antropometria BME NTI 2012.04.26. 78

BME NTI 2012.04.26. 79

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 BME NTI 2012.04.26. 80

Virtuális valóság BME NTI 2012.04.26. 81

Virtuális valóság Control room design and V&V by VR Decommissioning planning by VR Collaborative virtual environments Training by VR BME NTI 2012.04.26.

Kiterjesztett valóság 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 BME NTI 2012.04.26.

augmented reality BME NTI 2012.04.26. 84

Kiterjesztett valóság BME NTI 2012.04.26. 85

Virtuális valóság és kiterjesztett valóság (VR, AR) A terepi személyzet mozgásáról pozíció és irány detektálás segítségével kap információt a blokkvezénylő egy 3D modellbe illesztetten A viselhető technológiák a fejre szerelten adnak akár irány és pozíció függő információt BME NTI 2012.04.26.

Cockpit vezénylő és terepi operátor BME NTI 2012.04.26. 87

Cockpit BME NTI 2012.04.26. 88

Vezénylőt közvetlen a sisakba BME NTI 2012.04.26. 89

EPR BME NTI 2012.04.26. 90

EPR BME NTI 2011.03.17. BME NTI 2012.04.26.

Tianwan BME NTI 2012.04.26. 92

Gyakorlati ergonómia BME NTI 2012.04.26.

Rossz példák BME NTI 2012.04.26. 94

Rossz példák DARLINGTON BME NTI 2012.04.26. 95

Tervezési példa Gázfogadó állomás felújítás előtti állapotban 18 db 70 hátulról világított megjelenítő BME NTI 2012.04.26. 98

Csere egy az egyben típusú ötletek Tervezési példa BME NTI 2008.04.27 BME NTI 2012.04.26. 99

Ergonómia tervező javaslata Tervezési példa BME NTI 2012.04.26. 100

Tervezési példa 1. lépés BME NTI 2012.04.26. 101

Tervezési példa 2. lépés BME NTI 2012.04.26. 102

Ergonómia BME NTI 2012.04.26. 103

BME NTI 2012.04.26. 104

Ergonómia Jó közérzet Kényelem Hatékonyság Motiváció Stressz mentesség Koncentráció Harmóniában a technológiával BME NTI 2012.04.26. 105

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. BME NTI 2012.04.26. 106

Bútorok Asztal Tárgyaló Szék Egyebek BME NTI 2012.04.26. 107

Mikroklíma BME NTI 2012.04.26. 108

Operátori asztal BME NTI 2012.04.26.

Operátori munkahely BME NTI 2012.04.26. 110

Látószögek BME NTI 2012.04.26. 111

Központi (alarm) hangszóró BME NTI 2012.04.26. 112

Irányított hangszóró és nagy frekvenciás világítás BME NTI 2012.04.26. 113

Motorosan állítható magasságú asztal BME NTI 2012.04.26. 114

Motorosan állíthat pozíciójú monitorok BME NTI 2012.04.26. 115

PC-k eltávolítása Az operátori asztal tartalmazza a három grafikus meghajtót A vezénylőből minden nem szükséges eszközt el kell távolítani. A PC-k kihelyezésével csökken a zaj és hőtermelés és egyszerűbbé válik a takarítás is. Up to 250 m BME NTI 2012.04.26.

Az operátori munkaállomáshoz fejlesztett billentyűzet BME NTI 2012.04.26.

Dolgozó operátor BME NTI 2012.04.26.