rendszerekoldweb.reak.bme.hu/fileadmin/user_upload/felhasznalok/boris/... · az...
TRANSCRIPT
IAEAInternational Atomic Energy Agency
Atomerőművi irányítástechnikai
rendszerek
Eiler János
BME, Budapest, 2019 április 11
IAEA
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
IAEAInternational Atomic Energy Agency
Bevezetés az atomerőművi
irányítástechnikába (I&C)
IAEA
Az irányítástechnika az atomerőmű
idegrendszere
4
IAEA
Az irányítástechnika híd az operátorok és a
technológiai rendszerek között
• A fő irányítástechnikai funkciók
5
ENERGIATERMELÉS
(TECHNOLÓGIAI FOLYAMATOK)
EMBER-GÉP KAPCSOLATI
FELÜLET
BEAVATKOZÁSOK MÉRÉSEK
ATOMERŐMŰ
KÉZI MŰKÖD-TETÉS
I&C
AUTOMATIKUSVEZÉRLÉS
ERŐMŰVI INFORMÁCIÓ
ALAPJELEKLIMITEK
LOGIKÁKTECH. PARAMÉTEREK
Operators
Human–system interface
• Information
• Alarm
• Manual control
Safety functions
• Reactivity control
• Heat removal
• Prevention of radiation release
Operational controls
• Reactor power control
• Turbine generator control
• Water steam cycle control
• Surveil lance and diagnostics
A M A
NPP processes to be monitored and controlled
Redundant trains
A=actuation
M=measurementM
Communication
Communication
Communication
IAEA
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 5-10 000 érzékelő és távadó,
2 500 végrehajtó szerv és 5 000 km kábel található 6
IAEA
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
IAEA
Kimeneti végrehajtó eszközök
• Motoros működtetésű szelepek (tolózárak)
• Szivattyúk (villamos motorok)
• Mágnesszelepek
• Pneumatikus szelepek vezérlői
• Villamos megszakítók
• Szabályzórúd hajtások
IAEA
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
IAEA
Kijelző, megjelenítő eszközök
• Számítógép képernyők
• Kijelző műszerek
• Regisztráló műszerek
• Jelzőtablók
• Helyzet és állapotjelző lámpák
10
IAEA
A jelfeldolgozó technológiák, logikák fejlődése
• A digitális technika egyre nagyobb szerephez jut
• A funkciók végrehajtását egyre inkább szoftverek vezérlik
IAEA
Mérő
érzékelő
Szabályzó Végrehajtó
szerv
Alapjel
M
Zárt körű
szabályozás
Szintszabályozás:
Egy elemi irányítástechnikai funkció
12
Digitális szabályzó A
D ProcessorD
A
+
-
Alapjel
Analóg szabályzó
+
IAEA
Tipikus jelfeldolgozó és irányítórendszer
13
Binary signal
conditioningManual control
Analog to digital
converter
Solenoid
valves
Electrical
motors
Circuit
breakers
Data
acquisition
system
Analog input
signal
Analog signal
conditioning
Binary signal
conditioning
Signal
multiplexer
A
D
Processing unit
Signal processing
(information,
logics, interlocks,
protection)
Digital to analog
converter
D
A
Limit position
indication
Alarm and/or
signalization
Priority manual
control (optional)
Priority logic /
motor control
centersM
Binary input
signal
Binary outputs
Analog
indicator
Strip chart
recorder
I
R
Process
information
highway
Display driver or
plant computer
Operator
workstations
Control
Gateway /
Firewall
Remote
information
presentation
IAEA
Adatgyűjtő berendezések
14
IAEA
Tipikus jelfeldolgozó és irányítórendszer
15
Binary signal
conditioningManual control
Analog to digital
converter
Solenoid
valves
Electrical
motors
Circuit
breakers
Data
acquisition
system
Analog input
signal
Analog signal
conditioning
Binary signal
conditioning
Signal
multiplexer
A
D
Processing unit
Signal processing
(information,
logics, interlocks,
protection)
Digital to analog
converter
D
A
Limit position
indication
Alarm and/or
signalization
Priority manual
control (optional)
Priority logic /
motor control
centersM
Binary input
signal
Binary outputs
Analog
indicator
Strip chart
recorder
I
R
Process
information
highway
Display driver or
plant computer
Operator
workstations
Control
Gateway /
Firewall
Remote
information
presentation
IAEA
Moduláris programozható logikai vezérlő
16
IAEA
Központi logikai feldolgozó egységek
IAEA
Blokkszámítógép központi egységek
IAEA
Tipikus jelfeldolgozó és irányítórendszer
19
Binary signal
conditioningManual control
Analog to digital
converter
Solenoid
valves
Electrical
motors
Circuit
breakers
Data
acquisition
system
Analog input
signal
Analog signal
conditioning
Binary signal
conditioning
Signal
multiplexer
A
D
Processing unit
Signal processing
(information,
logics, interlocks,
protection)
Digital to analog
converter
D
A
Limit position
indication
Alarm and/or
signalization
Priority manual
control (optional)
Priority logic /
motor control
centersM
Binary input
signal
Binary outputs
Analog
indicator
Strip chart
recorder
I
R
Process
information
highway
Display driver or
plant computer
Operator
workstations
Control
Gateway /
Firewall
Remote
information
presentation
IAEA
Ember-gép kapcsolati felület
20
IAEA
Tipikus jelfeldolgozó és irányítórendszer
21
Binary signal
conditioningManual control
Analog to digital
converter
Solenoid
valves
Electrical
motors
Circuit
breakers
Data
acquisition
system
Analog input
signal
Analog signal
conditioning
Binary signal
conditioning
Signal
multiplexer
A
D
Processing unit
Signal processing
(information,
logics, interlocks,
protection)
Digital to analog
converter
D
A
Limit position
indication
Alarm and/or
signalization
Priority manual
control (optional)
Priority logic /
motor control
centersM
Binary input
signal
Binary outputs
Analog
indicator
Strip chart
recorder
I
R
Process
information
highway
Display driver or
plant computer
Operator
workstations
Control
Gateway /
Firewall
Remote
information
presentation
IAEA
Prioritás logika és hajtásvezérlő fiókok
22
IAEA
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
IAEA
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 előnyöket24
IAEA
• Framatome Teleperm XS
• Framatome Tricon
• Westinghouse Common Q
• Rolls-Royce Spinline
• Doosan POSAFE-Q
• CTEC FirmSys
• CNCS NICSYS®8000N
• Impulse MSKU 3M
• Radiy RADIX
Mai digitális platformok a nukleáris biztonsági
rendszerekhez
25
IAEA
Mikroprocesszor alapú digitális platform
26
IAEA 27
Field programmable gate array (FPGA) alapú
digitális platform
RAM block RAM block
RAM block RAM block
I/O
Interconnection Grid
CLB
LUTFlip Flop
CLK
IAEA
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
IAEA
NAÜ kiadvány az alapvető irányítástechnikai
ismeretekről
• https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub1495_web.pdf
29
IAEAInternational Atomic Energy Agency
Köszönöm szépen a figyelmet!