Aktuální vydání

celé číslo

07

2021

Automatizace řízení dopravy a infrastruktury, nabíjecí stanice, autonomní vozidla

celé číslo

On-line monitorování jaderných reaktorů pomocí CompactRIO od National Instruments

Úkolem firmy AMS bylo vyvinout systém pro on-line monitorování varných jaderných reaktorů (BWR – Boiling Water Reactor),
které obsahují strojní součásti umístěné na nebezpečných a obtížně přístupných místech. Na základě vestavné (embedded) řídicí jednotky NI CompactRIO byly vyvinuty hardwarové moduly EWV-1 a OLM-32, které v součinnosti s monitorovacím systémem firmy AMS zajistí bezdrátové monitorování komponent v režimu on-line.
 
Mechanické vibrace mohou poškodit rotační součásti a v mnoha případech i zhoršit provozuschopnost stroje a zkrátit jeho životnost. Soustavné monitorování vibrací a jiných signálů je základem pro předvídání mechanického chování a dlouhodobou funkčnost. Obvykle však vyžaduje nepřetržitý sběr dat a okamžité analyzování údajů z databází.
 
Společnost Analysis and Measurement Services Corporation (AMS) se specializuje na testování přístrojů v provozech a na vývoj specializovaných testovacích zařízení a softwaru pro energetiku a procesní výrobu. Dále firma AMS dodává automatizovaná zařízení pro prediktivní údržbu, testování nejrůznějších komponent a systémů v průmyslových procesech.
 
Vývoj systémů pro on-line monitorování se v současnosti soustřeďuje téměř výhradně na tlakovodní reaktory PWR pravděpodobně proto, že jich na celém světě pracuje velké množství. Systémy pro on-line monitorování však mohou být užitečné i pro varné reaktory BWR a výzkumné reaktory. Právě pro jejich monitorování vyvinula společnost AMS za pomoci softwaru LabView a hardwaru CompactRIO monitorovací zařízení a jeho prototyp využila v reaktoru HFIR (High Flux Isotope Reactor) v Oak Ridge (Tennessee, USA). Společnost AMS nedávno získala další státní finanční podporu určenou na uvedení systémů on-line monitorování pro varné reaktory BWR na trh.
 

Potřeba monitorování a diagnostiky strojů

 
Systémy on-line monitorování jsou pro jaderná zařízení velmi přínosné – využívají se k předvídání poruch a zjišťování nesprávného fungování zařízení. Díky tomu lze zefektivnit pravidelnou údržbu a předcházet dlouhodobému poškození spojenému s velkými ztrátami. V těchto strojních zařízeních mají klíčový význam veličiny, mezi které patří vibrace, teplota, rychlost rotace a statorový proud. V případě reaktoru HFIR byl požadován systém, který by umožnil monitorování s vyšší frekvencí pro rotační zařízení umístěná v místech s obtížným přístupem. Systém bezdrátového on-line monitorování je pro toto prostředí velmi vhodný, protože dovoluje monitorovat součásti a vykonávat potřebná měření bez nákladného vedení dodatečných kabelů.
 

Systém vzdáleného monitorování postavený na NI CompactRIO

 
Firma AMS vyvinula monitorovací zařízení EWV-1 založené na řídicí jednotce NI CompactRIO a modulu NI 9234 pro sběr dynamických dat. Zařízení má fungovat jako inteligentní ústředna pro sběr a přenos dat. Řídicí jednotka CompactRIO byla vybrána pro své malé rozměry, malou spotřebu energie a schopnost obstát v nepříznivém prostředí, které se vyskytuje v jaderných elektrárnách. Zařízení EWV-1 bylo také vybaveno bezdrátovým přístupem, aby bylo možné vysílat pořízená data k analýze, diagnostice a k uložení do podnikové databáze pro další použití. Dále mohou být všechny tyto informace zaslány do uživatelské stanice pro vzdálené on-line monitorování.
 

Analýza v reálném čase pomocí LabView Real-Time a LabView FPGA

 
Řídicí jednotka CompactRIO od firmy National Instruments obsahuje programovatelné hradlové pole (FPGA), rekonfigurovatelné vstupy a výstupy I/O (RIO) a také řídicí jednotku reálného času. Společnost AMS užila hradlové pole FPGA v CompactRIO a modul LabView FPGA k tomu, aby mohla přizpůsobit signály při zachování velkého výkonu a spolehlivosti. Řídicí jednotka reálného času použitá společně s modulem reálného času LabView Real-Time Module umožnila lokálně analyzovat data na základě výsledků výpočtů. Díky tomu mohou být prostřednictvím bezdrátové sítě přenášeny rovnou výsledky těchto výpočtů místo celých souborů dat, což umožní vyrovnat se s omezeními danými šířkou pásma. Data lze také uložit v mnoha různých databázích podle požadavků zákazníka.
 

Přínosy on-line monitorování v jaderných elektrárnách s varnými reaktory

 
Systém on-line monitorování vyvinutý firmou AMS, jenž je postaven na základě jednotky CompactRIO a softwaru LabView, umožňuje vzdáleně sledovat zařízení na nebezpečných nebo těžce dostupných místech. Okamžitým přínosem pro jadernou elektrárnu bylo snížení nákladů na monitorování zařízení a přístup k dalším údajům potřebným pro práci údržby během přerušení provozu při doplňování paliva nebo i při běžném provozu.
Brent Shumaker, AMS Corporation
 
Obr. 1. Za pomoci softwaru LabVIEW a hardwaru CompactRIO firma AMS v krátké době vyvinula systém pro monitorování těchto kritických komponent