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
A1 BIZTONSÁGI VÉDELEM
...
A2 TECHNOLÓGIAI VÉDELEM
Sm ÉRZÉKELŐ
A3 AUTOMATIKUS VEZÉRLÉS
P1 PRIORITÁS KÉPZŐ
V1 VÉGREHAJTÓ SZERV
OPERÁTOR
A4 TÁVMŰKÖDTETÉS
A5 AUTOMATIKUS SZABÁLYOZÁS
...
Pn PRIORITÁS KÉPZŐ
...
Vn VÉGREHAJTÓ SZERV
BME NTI 2012.04.26.
A6 INFORMÁCIÓ SZOLGÁLTATÁS
A7 DIAGNOSZTIKA
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 DARK
ACK. 2 Hz
IC
Cont.
ACK.
DARK
2 Hz
Cont.
nIC nIC
nIC
IC DARK
ACK. 2 Hz
nIC Cont.
1 Hz
IC CL DARK
Sötét
BME NTI 2012.04.26.
DARK 2 Hz Cont. 1 Hz IC ACK. nIC CL
Sötét Gyors villogás Folyamatos fény Lassú villogás Indítási feltétel fellép Nyugtázás Indítási feltétel megszűnik Törlés
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
Ha sok a végrehajtó szerv
BME NTI 2012.04.26.
26
Ha sok a végrehajtó szerv
BME NTI 2012.04.26.
27
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
Apollo program Huston , 1969 július 21
BME NTI 2012.04.26.
41
Apollo program Huston , 1969 július 21
BME NTI 2012.04.26.
42
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
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 2
25
22
19
16
13
10
7
4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
4
Reactor Level
LOCA variant 1
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 figyelmeztetési érték
Felső beavatkozási 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
BME NTI 2012.04.26.
2 fázisú szeparátor
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
2 Large Screen Display for Outage Plant Mode, focus on Safety Technical Specifications
BME NTI 2012.04.26.
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
Decommissioning planning by VR Control room design and V&V 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
BME NTI 2012.04.26.
DARLINGTON
95
Rossz példák
BME NTI 2012.04.26.
96
Rossz példák
BME NTI 2012.04.26.
97
Tervezési példa Gázfogadó állomás felújítás előtti állapotban 18 db 70” hátulról világított megjelenítő
BME NTI 2012.04.26.
98
Tervezési példa Csere egy az egyben típusú „ötletek”
BME NTI 2008.04.27
BME NTI 2012.04.26.
99
Tervezési példa Ergonómia tervező javaslata
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.
