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!