Tartalom Vezénylők az atomerőművekben Túri Tamás MVM PA Zrt. A Vezénylők helye az atomerőművekben Vezénylői evolúció Vezénylők tervezése Kutatás, fejlesztés a vezénylők területén Gyakorlati ergonómia 2 Miért kellenek vezénylők az atomerőművekben? A Vezénylők helye 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? 4 1
Blokkvezénylő Milyen vezénylők kellenek? 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 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 6 A blokkvezénylő feladatai A blokkvezénylő feladatai 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. 7 8 2
A blokkvezénylő feladatai A blokkvezénylő kialakításának alapvető követelményei 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. 9 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 10 A blokkvezénylő kialakításának alapvető követelményei A függetlenség 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 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 11 12 3
A vezénylő mint irányítástechnikai objektum A blokk folyamatirányító rendszerének funkcionális modellje A folyamatirányítási feladat legfelső szintjének a blokkvezénylő tekinthető Funkcionális feladata az Ember- Gép kapcsolat megvalósítása S1 ÉRZÉKELŐ Sm... ÉRZÉKELŐ OPERÁTOR MAGASABB SZINTŰ RENDSZEREKHEZ A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 BIZTONSÁGI TECHNOLÓGIAI AUTOMATIKUS TÁVMŰKÖD- AUTOMATIKUS INFORMÁCIÓ DIAGNOSZTIKA VÉDELEM VÉDELEM VEZÉRLÉS TETÉS SZABÁLYOZÁS SZOLGÁLTATÁS P1 PRIORITÁS KÉPZŐ Pn... PRIORITÁS KÉPZŐ V1 VÉGREHAJTÓ SZERV Vn... VÉGREHAJTÓ SZERV 13 14 Atomerőművek vezénylői Az irányítástechnikai technológia 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 15 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 16 4
Az irányítástechnikai technológia Adatgyűjtés, feldolgozás, megjelenítés, tanácsadás 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 Egyes mérések szerint az operátor idejének 50%-át fordítja arra, hogy a megfelelő információt összegyűjtse és a felhasználásnak megfelelő formába rendezze 17 18 Alapvető elvárásaink Az Ember-Gép kapcsolat 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. 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 19 20 5
Az Ember-Gép kapcsolat Jelzések, jelző rendszerek 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 21 Problémák A rekonstrukciók miatt egy vezénylőn belül eltérő jelzőrendszerek Információ áradat egyes eseményeknél Szimultán események azonosítása problematikus A nyugtázások sok időt elvisznek 22 Jelzéskezelés Jelzések, jelző rendszerek Elvek Sötét vezénylő Olvashatóság Konzisztens alarm nyugtázási/törlési logika Konzisztens színezés és hang jelzések Jelzési hierarchia Szűrés és alarm elnyomás 24 6
Ha sok a végrehajtó szerv Ha sok a végrehajtó szerv 25 26 Ha sok a végrehajtó szerv DCS és smart beavatkozás Több száz képernyő megfelelő kezeléséhez hierarchikus rend és tartalom szenzitív menük tartoznak 27 28 7
EPR I&C 6/7 Vezénylői evolúció Közvetlen a terepen vagy a gépen Sémafal Sémafal + pult Video megjelenítők Cockpit Video falak Közeli nagy képernyők BME NTI 2011.03.17. Hajómotor-vezérlés - irányítás a helyszínen Sémafal kezdemény 31 32 8
Sémafal Sémafal+pult 33 34 Sémafal+pult Szmolenszk BME NTI 2008.04.27 35 36 9
BIBLIS 37 38 Repülés irányítás Apollo program Huston, 1969 július 21 39 40 10
Apollo program Huston, 1969 július 21 Apollo program Huston, 1969 július 21 41 42 Barco példa Wow effect 43 44 11
Wow effect Hatalmas képek 45 46 Közeli nagy képernyők Vezénylők tervezése Funkcionális tervezés Információ gazdag kép 47 12
Vezénylőt tervező csapat kompetenciái A blokk folyamatirányító rendszerének funkcionális modellje 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 KU 49 50 Funkcionális tervezés Az üzemeltetési célok lebontogatása (IEC 61839) IEC 61839 51 52 13
Fontolgatások Funkciók elosztása ember és gép között 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 Mindenképpen automatizálandó Jobb, ha automatikus Az operátor kezébe kell adni Meg lehet osztani ember és gép között 53 54 Iránymutatás a funkciók elosztásához Tartalék vezénylő 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 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? 55 56 14
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 Célkitűzés Információ-gazdag kép Reactor Level 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Tervezési példa Vezénylők 4 7 10 13 16 19 22 25 HRA data: 1 team s different handling of very similar LOCAs 57 Fejlesztés, célkitűzés Skill, Rule, Knowledge Modell 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 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 59 60 15
Operátori szerepek és információ gyűjtés 61 62 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 63 64 16
building block Szeparátorok A figyelmeztetési tartományban az aktuális érték piros lesz 3 fázisú szeparátor 2 fázisú szeparátor 2 fázisú szeparátor 65 66 Bölcsességek Nagy képernyők alkalmazási területe 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) 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 67 68 17
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 70 Development simulator in 2003 Development simulator in 2007 Fortum E Rinttilä 71 Fortum E Rinttilä 72 18
Development simulator September 2008 Emulated MBU of and QDS screens RPS at development simulator Fortum E Rinttilä Ilyenek vagyunk Kutatás, fejlesztés a vezénylők területén Virtuális valóság Kiterjesztett valóság Cockpit 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 76 19
Színes információ ömleny Antropometria 77 78 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 79 80 20
Virtuális valóság Virtuális valóság Control room design and V&V by VR Decommissioning planning by VR Collaborative virtual environments Training by VR 81 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 84 21
Kiterjesztett valóság 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 85 Cockpit vezénylő és terepi operátor Cockpit 87 88 22
Vezénylőt közvetlen a sisakba EPR 89 90 EPR Tianwan BME NTI 2011.03.17. 92 23
Rossz példák Gyakorlati ergonómia 94 Rossz példák DARLINGTON Rossz példák 95 96 24
Rossz példák Tervezési példa Gázfogadó állomás felújítás előtti állapotban 18 db 70 hátulról világított megjelenítő 97 98 Csere egy az egyben típusú ötletek Tervezési példa Ergonómia tervező javaslata Tervezési példa BME NTI 2008.04.27 99 100 25
Tervezési példa Tervezési példa 1. lépés 2. lépés 101 102 Ergonómia 103 104 26
Ergonómia A környezet és az ember kölcsönhatása Jó közérzet Kényelem Hatékonyság Motiváció Stressz mentesség Koncentráció Harmóniában a technológiával Hőmérséklet Páratartalom Nyomás Levegő mozgás Fény, színárnyalatok, kontraszt Zaj, hang Térérzet Mozgás igény Egyszerűség, átláthatóság Információ biztosítás (figyelemfelkeltés, emészthető mennyiség, ) Stb. 105 106 Bútorok Mikroklíma Asztal Tárgyaló Szék Egyebek 107 108 27
Operátori asztal Operátori munkahely 110 Látószögek Központi (alarm) hangszóró 111 112 28
Irányított hangszóró és nagy frekvenciás világítás Motorosan állítható magasságú asztal 113 114 Motorosan állíthat pozíciójú monitorok 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 115 29
Az operátori munkaállomáshoz fejlesztett billentyűzet Dolgozó operátor 30