In this work, an Automated Operating Procedure System (ATOPS) is developed. ATOPS is an automation system to operate a nuclear power plant (NPP) by monitoring signals, diagnosing statuses, and generating control actions according to corresponding operating procedures, without any human operator’s help.
ATOPS has two types of functions: Anomaly detection functions and procedure execution functions. The anomaly detection functions include plant status monitoring and detecting anomaly status when alarms occur. The procedure execution function is, as it were, an automated operating procedure. If an abnormal status is detected, this function starts operating the plant automatically according to the corresponding operating procedures. This work is on the first step yet, so ATOPS is implemented about the procedure execution function.
The procedure execution function consists of two parts: a procedure database and an inference engine. First, text operating procedures are converted to a procedure database using Fuzzy Colored Petri Nets (FCPN). FCPN has more expressive power than other Petri Nets (PN). In order to make procedure database, we need not only powerful expressive methods but also various methods which can handle vague or ambiguous information. Current operating procedures still have vague and ambiguous expressions which are difficult to implement in a computer-based software. To cope with this problem, the FCPN in this work has four types of place according to the complexity of the tasks which operators should do. The first type is the normal place which does nothing or only has a jump action. The second type is the basic place which has simple actions to need no inference. The third type is the simple place which has actions including ambiguous information. The last type is the complex place which has actions including information needs supplementary data. The ATOPS needs some methods to implement the information of third and last type places, so each place is performed through inference engine. Second, the inference engine is to deal with vague or fuzzy information of operating procedures in order to perform places of FCPN. The ATOPS has three types of decision (basic decision, simple decision, and complex decision). The first type and the second type of places belong to the basic decision. The third type of places belongs to the simple decision to handle expressions which have ambiguous information for a computer-based software. It is implemented by a fuzzy membership function. The last type of places belongs to the complex decision to handle expressions which need some supplementary data or information, and it is implemented by a knowledge database.
Since ATOPS is a computer-based system, it has a very high calculating speed and is free from human error. However, it is necessary to validate and verify ATOPS so that this system can be applied to a NPP. In this work, an ATOPS prototype is developed in order to demonstrate its feasibility and it is also simulated using a FISA-2/WS simulator. The simulations are performed for the cases of a loss of coolant accident (LOCA) and a steam generator tube rupture (SGTR). The simulation results show that ATOPS works correctly in each situation.
이 연구에서는 절차서 기반 원자력발전소 운전 자동화 시스템(ATOPS)을 개발한다. ATOPS는 원자력발전소의 상태를 감시, 진단하고 각 상태에 알맞은 운전 절차서를 따라서 발전소를 사람의 도움 없이 자동으로 운전해주는 자동 운전 시스템이다.
ATOPS는 비정상 진단기능과 절차서 운전기능으로 구분된다. 비정상 진단기능은 발전소의 상태와 경고를 감시하는 부분이다. 그리고 비정상적인 상태가 감시되면, 절차서 운전기능이 그 증상에 따라 발전소 상태와 상응되는 절차서를 따라서 발전소를 운전한다. 이 연구는 아직 시작단계이기 때문에 ATOPS는 절차서 운전기능에 대해서만 구현되었다.
절차서 운전기능은 절차서 모델링과 추론엔진 두 부분으로 나누어진다. 첫째, 절차서 모델링은 FCPN을 이용하여 절차서를 구현하는 부분으로, 절차서를 절차서 데이터베이스로 만든 후, FCPN으로 나타낸다. FCPN는 다른 PN보다 더 다양한 표현을 할 수 있고, 동시에 처리되는 사건과 순차적으로 처리되는 사건 모두 표현 가능하고 현재의 상태와 흐름을 잘 나타내주는 장점이 있다. 둘째, 추론엔진은 컴퓨터 소프트웨어가 판단하기 어려운 모호한 표현이나, 다른 추가 데이터가 필요한 표현들을 판단하는 부분으로, 모호한 표현들은 퍼지함수를 이용하여 판단되고 다른 추가 데이터가 필요한 표현들은 지식 데이터베이스를 이용하여 판단된다. ATOPS는 발전소의 상황에 맞는 절차서의 FCPN을 따라서 운전하고, 판단이 필요한 경우 추론엔진을 이용하여 올바른 결정을 하게 된다.
ATOPS는 컴퓨터 기반 소프트웨어이므로, 운전원에 비해서 계산속도가 빠르고 짧은 시간에 많은 데이터를 쓸 수 있고 에러가 적은 장점이 있다. 그러나, 컴퓨터 소프트웨어이므로 실제로 발전소에 적용되기 위해서는 충분한 검증이 필요하게 된다. 이 연구에서는 ATOPS를 검증하기 위해 ATOPS의 프로토타입을 개발하고 고리 2호기 원자력발전소를 대상으로 만들어진 FISA-2/WS 시뮬레이터를 이용하여 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션은 냉각재 상실 사고(LOCA)와 증기발생기 관 파열(SGTR) 상황에 대하여 실행되었고, ATOPS 프로토타입은 각 상황에 대하여 필요한 변수들을 시뮬레이터로부터 읽어오고, 적절한 절차서와 단계를 찾아 실행하고, 알맞은 제어 신호를 시뮬레이터로 보내주는 좋은 수행결과를 보여주었다.
