In contrast with conventional fieldbus researches which are focused merely on real time performance, this study aims to evaluate the real-time performance of the communication system including fault-tolerant mechanisms. Maintaining performance in presence of recoverable faults is very important because the communication network will be applied to next generation NPP(Nuclear Power Plant). In order to guarantee the performance of NPP communication network, the time characteristics of the target system in presence of recoverable fault should be investigated. If the time characteristics meet the requirements of the system, the faults will be recovered by fieldbus recovery mechanisms and the system will be safe. If the time characteristics can not meet the requirements, the faults in the fieldbus can propagate to system failure. In this study, for the purpose of investigating the time characteristics of fieldbus, the recoverable faults are classified and then the formulas which represent delays including recovery mechanisms and the simulation model are developed. In order to validate the proposed approach, the simulation model is applied to the Korea Next Generation Reactor (KNGR) NSSS Process Control System (NPCS). The results of the simulation provide reasonable delay characteristics of the fault cases with recovery mechanisms. Using the outcome of the simulation and the system requirements, we also can calculate the failure propagation probability from fieldbus to outer system.
차세대 원자력발전소에서도 설계와 운용에 있어서 유연성을 제공함으로써 유지보수, 고장진단, 모니터링 등을 용이하게 하기 위한 목적으로 통신 네트워크를 사용하게 될 것이다. 이러한 가장 좋은 예로 CIM (Computer Based Manufacturing) Pyramid Model을 들 수 있다. CIM Pyramid Model에서는 상위 부터 하위까지의 계층적 구조를 가지는 몇 개의 네트워크들로 전체의 통신 시스템이 이루어지며, 본 연구에서 알아볼 Fieldbus는 가장 하위 수준의 네트워크에 해당된다. Fieldbus는 센서, 엑튜에이터, PLC (Programmable Logic Controller) 등 사이의 데이터 통신을 실시간으로 제공하는 역할을 한다.
실시간 시스템에서는 시스템에서의 시간제한을 지키지 못하는 경우도 역시 고장으로 간주된다. 이것이 시지연이 실시간 시스템에 있어서 중요시되는 이유이다. 따라서, Fieldbus에서의 결함에 의한 시지연이 발생할 때, 이 시지연을 포함한 Fieldbus의 응답시간이 시스템의 시간제한을 만족하지 못하면 Fieldbus 내의 고장이 전체 시스템의 고장으로 확산되게 된다. 특히 안전성이 중요시되는 원전에 적용될 시스템에서는 고장허용 특성을 잘 살려 좀더 신뢰성 있는 시스템을 만드는 것이 절실히 요구된다.
본 연구에서는, 계획중인 차세대 원자력 발전소에 적용될 NPCS(NSSS Process Control System)을 대상 시스템으로 하였다. 실제, 결함의 분류나 복구 메커니즘은 시스템의 구조에 많은 영향을 받는다. 따라서 본 연구는 제2장에서 NPCS의 구조와 LCD(Loop Communication Delay), System Response Time의 정의와 관계를 설명하고, NPCS내부의 Fieldbus에 의한 통신에서의 복구 가능한 결함을 분류하고, 복구 가능한 결함을 복구에 필요로 하는 시지연을 프로토콜상의 파라미터들로 나타냄으로써 최대 지연시간을 계산하였다. 제3장에서 시뮬레이션을 통하여 지연시간의 확률분포를 알아봄으로써 주어진 시간제한에 어떠한 복구 가능한 결함이 발생할 때 NPCS가 정상동작을 할 수 있는 확률을 구함으로써 결함허용성능 평가를 수행하였다.
일반적인 Fieldbus에 적용되어지고 있는 복구 가능한 고장에 있어서의 복구 시간을 고려한 시스템의 실시간 특성과의 관계를 나타내기 위해 LCD, TCD를 정의하였고, 복구 가능한 고장의 경우를 분류하였으며, 각각의 파라미터를 가정하여 실제 시지연의 확률 분포를 시뮬레이션 하여보았다. 본 연구의 결과는 주어진 시간제한이 있는 경우, 복구 가능한 고장을 복구하는데 필요한 시간을 고려한 응답시간이 시간제한을 만족하는지 혹은, 어느 정도의 확률로 만족하는지를 나타낼 수 있게 하였다. 따라서, 시스템을 설계할 때 하나의 판단기준을 제시할 수 있으며, 이미 존재하는 시스템에는 고장허용 성능을 평가하는 자료로서 사용될 수 있을 것으로 보인다.
