1
Atomerőművi irányítástechnika, vezénylőtermek Boros Ildikó Atomerőművek 2016.05.05.
Atomerőművek
2016.05.05.
2 Atomerőművek
Tartalom • • • •
Atomerőművi irányítástechnika Vezénylők feladatai Vezénylői evolúció Vezénylőtermek tervezése
2016.05.05.
3 Atomerőművek
2016.05.05.
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
2016.05.05.
4
Atomerőművek
Irányítástechnika • Automatika evolúciója
5 Atomerőművek
Irányítástechnika • Két fő rendszer: ▫ Irányított rendszer ▫ irányítórendszer Adatgyűjtés Vezérlés Szabályozás
2016.05.05.
6 Atomerőművek
2016.05.05.
Atomerőművi 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)
• Fizikai elemei: berendezések, modulok, szenzorok, átalakítók, vezérlők
7 Atomerőművek
2016.05.05.
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
8 Atomerőművek
2016.05.05.
Atomerőművi irányítástechnika
Source: IAEA
9 Atomerőművek
2016.05.05.
Atomerőművi irányítástechnika • 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
10 Atomerőművek A blokk folyamatirányító rendszerének funkcionális modellje
KU
2016.05.05.
11 Atomerőművek
2016.05.05.
12 Atomerőművek
2016.05.05.
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 Atomerőművek
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
2016.05.05.
14 Atomerőművek
2016.05.05.
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 Atomerőművek
2016.05.05.
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 Atomerőművek
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
2016.05.05.
17 Atomerőművek
2016.05.05.
Blokkvezénylő - elvárások • Függetlenség • Blokkvezénylő pontosan egy atomerőművi blokkhoz rendelt • Rendszerek függetlensége
• 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
18 Atomerőművek
2016.05.05.
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
19 Atomerőművek
2016.05.05.
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
20 Atomerőművek
2016.05.05.
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 (TMI!) • 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
21 Atomerőművek
2016.05.05.
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
2016.05.05.
Jelzéskezelés
Atomerőművek
22
23 Atomerőművek
2016.05.05.
DCS és smart beavatkozás • Több száz képernyő megfelelő kezeléséhez hierarchikus rend és tartalom szenzitív menük tartoznak
24 Atomerőművek
•Közvetlen a terepen vagy a gépen •Sémafal •Sémafal + pult •
Video megjelenítők
•Cockpit •Video falak •Közeli nagy képernyők
2016.05.05.
25 Atomerőművek
2016.05.05.
Hajómotor-vezérlés - irányítás a helyszínen
26 Atomerőművek
Sémafal kezdemény
2016.05.05.
27 Atomerőművek
Sémafal
2016.05.05.
28 Atomerőművek
Sémafal+pult
2016.05.05.
29 Atomerőművek
Oldbury
2016.05.05.
2016.05.05.
Atomerőművek
• AP1000 vezénylő - Forrás: Westinghouse
30
31 Atomerőművek
2016.05.05.
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
32 Atomerőművek
2016.05.05.
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
33 Atomerőművek
2016.05.05.
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
34 Atomerőművek
Rossz példák
2016.05.05.
35 Atomerőművek
Rossz példák
DARLINGTON
2016.05.05.
36 Atomerőművek
2016.05.05.
Tartalék vezénylő • Csökkentett funkcionalitás elegendő A láncreakciót leállítani, Lehűteni és hűtve tartani LOCA variant 2
25
22
16
13
10
7
4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
4
Reactor Level
▫ Egy csökkentett funkcionalitású vezénylőt tervezni, létesíteni és üzemeltetni vagy ▫ Lemásolni a BV –t teljes funkcionalitással?
LOCA variant 1
19
• Vajon melyik olcsóbb, és melyik biztonságosabb:
HRA data: 1 team’s different handling of very similar LOCAs
37 Atomerőművek
Ergonómia • • • • • • •
Jó közérzet Kényelem Hatékonyság Motiváció Stressz-mentesség Koncentráció Harmóniában a technológiával
2016.05.05.
38 Atomerőművek
2016.05.05.
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.
39 Atomerőművek
•Célkitűzés •Tervezési példa •Vezénylők
2016.05.05.
40 Atomerőművek
2016.05.05.
Információ-gazdag kép • 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
41 Atomerőművek
2016.05.05.
Operátori szerepek és információ gyűjtés
42 Atomerőművek
2016.05.05.
43 Atomerőművek
2016.05.05.
Olaj fúrótorony szeparátora
Egy szeparátor hagyományos megjelenítése
44
building block Felső beavatkozási érték
Atomerőművek
2016.05.05.
Felső figyelmeztetési érték Aktuális érték
Felső figyelmeztetési tartomány Alapjel
Normál tartomány
Alsó figyelmeztetési tartomány
Alsó beavatkozási érték
Integrált trend
Alsó figyelmeztetési érték
45 Atomerőművek
2016.05.05.
building block A figyelmeztetési tartományban az aktuális érték piros lesz
46 Atomerőművek
2016.05.05.
Nagy képernyők alkalmazási területe 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
47 Atomerőművek
2016.05.05.
Large Screen Displays Innovative Large Screen Display for Loviisa NPP based on Information Rich Design Method
1
2 Large Screen Display for Outage Plant Mode, focus on Safety Technical Specifications
48 Atomerőművek
2016.05.05.
EPR
BME NTI 2011.03.17.
50 Atomerőművek
•Virtuális valóság •Kiterjesztett valóság
2016.05.05.
51 Atomerőművek
2016.05.05.
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
52
Virtuális valóság
Atomerőművek
2016.05.05.
53
Virtuális valóság
Atomerőművek
2016.05.05.
Decommissioning planning by VR Control room design and V&V by VR
Training by VR
54 Atomerőművek
2016.05.05.
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
55 Atomerőművek
2016.05.05.
