Tartalom
Atomerőművi irányítástechnika, vezénylőtermek Boros Ildikó Atomerőművek 2013.05.02.
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
• • • •
Atomerőművi irányítástechnika Vezénylők feladatai Vezénylői evolúció Vezénylőtermek tervezése
Irányítástechnika • Automatika evolúciója
6
Atomerőművi irányítástechnika Irányítástechnika
• Három fő funkció ▫ Érzékelő kapacitás biztosítása (mérés, felügyelet) az ellenőrző, szabályozó funkciók ellátásához, segítség a személyzetnek az erőmű állapotának felmérésében ▫ Beavatkozások az erőművi folyamatok szabályozására (határokon belül tartott paraméterekkel), automatikus szabályozások ▫ Abnormális állapotok elkerülése (biztonsági rendszerek – erőmű védelme meghibásodásokkal vagy egyéb hibákkal szemben)
• Két fő rendszer: ▫ Irányított rendszer ▫ irányítórendszer Adatgyűjtés Vezérlés Szabályozás
• Fizikai elemei: berendezések, modulok, szenzorok, átalakítók, vezérlők
7
Atomerőművi irányítástechnika
8
Atomerőművi irányítástechnika
• Technológiai elemek mellett emberi tényező, információkezelés, szimuláció, szoftverfejlesztés, rendszerintegráció, előrejelzés, számítógépes biztonság • I&C részei : ▫ Érzékelők ▫ Üzemi szabályozó, monitorozó rendszerek ▫ Biztonsági rendszerek ▫ Kommunikációs rendszerek ▫ Ember-gép interfész ▫ Vezérlők (szelepek, motorok, stb.)
Source: IAEA Source: IAEA
9 A blokk folyamatirányító rendszerének funkcionális modellje
Atomerőművi irányítástechnika
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?
13 Source: IAEA
Vezénylők A BV személyzet feladatai
• Blokkvezénylő ▫ Az üzemeltető 24 órában van itt jelen, innen irányítja a blokkot
• Termelési feladatok
• Tartalékvezénylő
▫ termelési menetrend szerinti működtetés ▫ berendezések működésének és működéskészségének folyamatos ellenőrzése, romlási folyamatok korai felismerése ▫ Üzemi tranziensek, üzemzavarok, események kezelése, következmények enyhítése
▫ A blokkvezénylő sérülésének esetére tervezik. A normális üzem mellett nincs szerepe
• Baleset-elhárítás irányító helye
• Karbantartási munkák kiszolgálása
▫ Baleseti helyzetekben innen irányítják az elhárítás munkáit. Tervezéskor feltételezik a blokkvezénylő rendelkezésre állását is.
▫ 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
• Egyéb vezénylők ▫ Más szervezési megfontolások további vezénylők tervezését indokolhatják. Pl. főjavítás irányítás, villamos alállomás irányítása vagy egy több blokkos erőmű irányításra
15
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.
16
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
Atomerőművek vezénylői
• 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
Az irányítástechnikai technológia • Információ megjelenítés ▫ Analóg mutatós műszerek, regisztrálók és jelző lámpák (elektromechanika) ▫ Numerikus kijelzők, LED-es mutatóműszerek, 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
• 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
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
Jelzéskezelés
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
• 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
Nagyon gyakori vagy nagyon ritka
Komplexitás
Egyszerű
Bonyolult
Döntéshozatal típusa és összetettsége
Strukturálatlan
Jól strukturálható
Ergonómia
Tartalék vezénylő • Csökkentett funkcionalitás elegendő A láncreakciót leállítani, Lehűteni és hűtve tartani LOCA variant 2
25
22
16
13
7
10
Reactor Level
4
▫ Egy csökkentett funkcionalitású vezénylőt tervezni, létesíteni és üzemeltetni vagy ▫ Lemásolni a BV –t teljes funkcionalitással?
LOCA variant 1 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
19
• Vajon melyik olcsóbb, és melyik biztonságosabb:
Jó közérzet Kényelem Hatékonyság Motiváció Stressz mentesség Koncentráció Harmóniában a technológiával
HRA data: 1 team’s different handling of very similar LOCAs
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.
Mikroklíma
Látószögek
Operátori munkahely
Információ gazdag kép • Fejlesztés célja:
•Célkitűzés •Tervezési példa •Vezénylők
▫ ▫ ▫ ▫ ▫
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
Alsó beavatkozási érték
Egy szeparátor hagyományos megjelenítése
Integrált trend
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 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 Kiterjesztett valóság (augmented reality) Decommissioning planning by VR Control room design and V&V by VR
Training 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
