KR100662083B1 - 금속 파편 충격 신호를 감지하기 위한 금속 파편 감시장치 및 그 감시 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자력 발전소의 1차 계통인 원자로 냉각 계통 내부의 금속 파편 충돌 신호를 감지하는 금속 파편 감시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자력 발전소 1차 계통 외부에 설치한 센서로부터 파편 충돌 신호의 트리거링(triggering)을 감지하여 금속 파편 충돌 이벤트 발생을 저장하고 분석하는 금속 파편 감시 장치 및 금속 파편 충돌 이벤트 감시 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 금속 파편 감시 장치는, 하나 이상의 센서로부터 하나 이상의 파편 충돌 신호를 수신하는 신호 입력부, 상기 파편 충돌 신호를 디지털 신호로 변환하여 제1 파편 충격 신호를 생성하는 A/D 변환부, 상기 제1 파편 충격 신호를 소정의 대역으로 필터링(Filtering)하여 제2 파편 충격 신호로 변환하는 필터부, 상기 제2 파편 충격 신호에 대하여 고정 트리거링(triggering) 연산 및 가변 트리거링 연산을 동시에 수행하여 제2 파편 충격 신호 트리거링을 감지하고, 상기 트리거링이 발생한 제2 파편 충격 신호에 대응하는 제1 파편 충격 신호의 저장 명령 신호를 생성하는 신호 처리부, 및 상기 저장 명령 신호에 대응하여, 상기 트리거링이 발생한 제2 파편 충격 신호에 대응하는 제1 파편 충격 신호를 저장하는 저장부를 포함하여 구성된다.

본 발명의 금속 파편 감시 장치 및 금속 파편 충격 이벤트 감지 방법에 따르면, 보다 넓은 범위의 주파수 대역과 다양한 채널을 통해 수신하는 금속 파편 충격 신호를 감시하여 거짓 경보 판별을 보다 용이하게 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

LPMS, 금속 파편 감시 장치, 트리거링, 원자력발전소

Description

금속 파편 충격 신호를 감지하기 위한 금속 파편 감시 장치 및 그 감시 방법{LOOSE PARTS MONITORING SYSTEM IN A NUCLEAR POWER PLANT AND THEREFOR}

도 1은 원자력 발전소의 1차 계통 및 2차 계통의 주요 기기의 구성을 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 파편 감시 장치의 구성을 도시한 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 금속 파편 감시 장치의 DSP 모듈의 구성을 도시한 블록도.

도 4는 본 발명에 따른 신호 처리부의 제2 파편 충격 신호에 대한 고정 트리거링 연산 및 가변 트리거링 연산 기법의 일례를 도시한 그래프.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 간이용 금속 파편 감시 장치로 구현되는 데이터 저장 장치의 구성을 도시한 블록도.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따라 간이용 금속 파편 감시 장치로 구현되는 데이터 저장 장치의 신호 격리부의 상세한 구성을 도시한 블록도.

도 7은 본 발명에 따른 금속 파편 감시 장치를 구동하기 위한 프로그램의 주 화면을 도시한 도면.

도 8은 본 발명에 따른 금속 파편 충격 이벤트 감시 방법의 순서를 도시한 흐름도.

도 9는 본 발명에 따른 금속 파편 충격 이벤트 감시 방법을 수행하는 데 채용될 수 있는 범용 컴퓨터 장치의 내부 블록도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

521 : DSP 모듈 522 : 신호 입력부

523 : A/D 변환부 524 : 필터부

525 : 신호 처리부 526 : 저장부

527 : 신호 격리부 528 : 호스트 PC

529 : 전원 공급부 530 : 백업 메모리

본 발명은 원자력 발전소의 1차 계통인 원자로 냉각 계통 내부의 금속 파편 충격 신호를 감지하는 금속 파편 감시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자력 발전소 1차 계통 외부에 설치한 센서로부터 파편 충격 신호의 트리거링(triggering)을 감지하여 금속 파편 충격 이벤트 발생을 저장하고 분석하는 금속 파편 감시 장치 및 금속 파편 충격 이벤트 감시 방법에 관한 것이다.

원자력발전소는 보통 100개 이상의 개별적 기능을 가진 계통으로 구성된다. 이들은 크게 원자로를 중심으로 한 핵 증기 공급계(NSSS:Nuclear Steam Supply System)와 증기를 공급 받아 발전기를 돌리는 터빈·발전기계통 그리고 기타 부수 설비로 구분된다. 현재 한국 원자력발전소의 주종을 이루고 있는 가압 경수로형 발전소를 살펴보면 원자로를 중심으로 한 1차 계통, 증기발생기, 터빈, 발전기 및 복수기를 포함한 2차 계통, 사고에 대비한 공학적 안전설비계통, 송배전계통, 계측제어계통, 기타 보조계통들로 구성되어 있다.

도 1은 원자력 발전소의 1차 계통 및 2차 계통의 주요 기기의 구성을 도시한 도면이다.

원자력 발전소의 1차 계통은 크게 원자로(130), 가압기(140), 냉각재 펌프(150), 증기 발생기(160)를 포함하여 구성될 수 있다. 그 동작을 간단히 살펴보면, 원자로(130)는 핵연료(120)가 핵 분열함으로써 약 섭씨 1000도의 열을 발생하며 냉각재의 온도를 약 300℃로 높여 주는 역할을 하고, 가압기(140)에서는 냉각재인 물이 100℃ 이상에서도 끓지 않도록 냉각재를 160kg/cm²(경수로) 또는 110kg/cm²(중수로)로 압력을 가해 준다. 증기 발생기(160)는 화력 발전소의 보일러 기능을 수행하는 것으로, 뜨거워진 1차 계통의 냉각재로부터 2차 계통의 급수에 열을 전달시켜 급수를 증기로 변환시켜 준다. 냉각재 펌프(150)는 원자로(130)로부터 증기 발생기(160)를 거쳐 나온 1차 계통의 냉각재를 원자로(130)속으로 다시 순환시키는 기능을 수행한다. 또한, 원자력 발전소의 2차 계통은 크게 터빈(170), 발전기(180), 복수기(190), 급수 펌프(191)을 포함하여 구성된다.

상기와 같은 원자력발전소 1차 계통(원자로 냉각 계통)은 고압 구조물의 폐회로 형식으로 되어 있다. 고압 구조물 내에서 금속성 이물질인 금속파편이 존재 하는 경우 구조물과 충돌하여 심한 손상을 입힐 수 있기 때문에 금속파편의 충격신호를 고압 구조물 외부에 부착된 가속도 센서를 이용하여 취득하여 금속파편의 존재 유무 및 특성을 파악하기 위하여 원자력발전소에는 금속 파편 감시 장치인 LPMS(Loose Part Monitoring System) 시스템이 설치되어 있다.

종래의 원자력 발전소에는 NIMS(NSSS Integrated Monitoring System)의 일부로 LPMS시스템이 설치되어 운영되고 있으며, 100 KHz로 샘플링 한 신호를 대역통과필터를 이용하여 필터링한 후 충격 이벤트의 판별을 수행하고, 이벤트가 발생하면 필터링된 신호를 저장한다. 그런데, 상기와 같은 종래의 LPMS시스템은 필터링된 신호만을 저장하여 상기 필터링된 신호를 통해 금속 파편 충격 이벤트를 감지하고 분석함으로써, 거짓 충격신호의 존재유무를 판별하는 기능이 취약하다는 단점이 있다.

또한, 기존의 LPMS 시스템은 100KHz의 협소한 주파수 대역으로 파편 충격 신호를 샘플링함으로써 충격 이벤트를 감지하는데 따른 비효율성이 제기되고 있다.

또한, 현재 원자력 발전소에 설치되어 있는 LPMS시스템은 대부분 80년대 이전에 설치된 것으로서, 시스템의 운영기반이 386 컴퓨터에 의존함으로써 데이터 처리 능력 수준이 상당히 떨어지는 것으로 보고되고 있다. 예를 들어, 금속 파편 충격 신호는 상당히 짧은 시간마다 많은 데이터를 발생시키는데, 금속 파편 충격 이벤트가 발생하여 경고 신호가 발생하더라도, 시스템 운영체제의 데이터 처리능력이 떨어져서 경고 신호에 대응하는 금속 파편 충격 신호를 저장하지 못하여 신호 데이터를 제대로 분석할 수 없는 문제가 발생하기도 한다.

상기와 같은 이유로, 보다 효율적으로 빠른 시간 내에 많은 금속 파편 충격 이벤트를 감지하고 동시에 저장할 수 있는 LPMS 시스템에 대한 개발이 국가의 제1 에너지원인 원자력 발전소 계통에서 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 보다 넓은 범위의 주파수 대역과 다양한 채널을 통해 수신하는 금속 파편 충격 신호를 감시하여 거짓 경보 판별을 보다 용이하게 수행하고 보다 효율적으로 금속 파편 충격 이벤트를 감시할 수 있는 금속 파편 감시 장치 및 금속 파편 충격 이벤트 감지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 트리거링이 발생한 금속 파편 충격 신호를 저장함에 있어, 소정의 대역으로 필터링된 신호를 저장하는 것이 아니라, 필터링 되지 않은 원래의 금속 파편 충격 신호를 저장하여 분석함으로써, 보다 정확하게 금속 파편 충격 이벤트 발생을 감지할 수 있는 금속 파편 감시 장치 및 금속 파편 충격 이벤트 감지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기존의 금속 파편 감시 장치 외부에 금속 파편 충격 신호 트리거링에 대한 데이터 저장 기능을 수행하는 간이용 금속 파편 감시 장치를 더 설치함으로써, 기존의 장비를 보다 저렴한 비용으로 보완하여 보다 효율적으로 금속 파편 충격 이벤트를 감지할 수 있는 간이용 금속 파편 감시 장치 및 금속 파편 충격 이벤트 감지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 금속 파편 감시 장치는, 하나 이상의 센서로부터 하나 이상의 파편 충격 신호를 수신하는 신호 입력부, 상기 파편 충격 신호를 디지털 신호로 변환하여 제1 파편 충격 신호를 생성하는 A/D 변환부, 상기 제1 파편 충격 신호를 소정의 대역으로 필터링(Filtering)하여 제2 파편 충격 신호로 변환하는 필터부, 상기 제2 파편 충격 신호에 대하여 고정 트리거링(triggering) 연산 및 가변 트리거링 연산을 동시에 수행하여 제2 파편 충격 신호 트리거링을 감지하고, 상기 트리거링이 발생한 제2 파편 충격 신호에 대응하는 제1 파편 충격 신호의 저장 명령 신호를 생성하는 신호 처리부, 및 상기 저장 명령 신호에 대응하여, 상기 트리거링이 발생한 제2 파편 충격 신호에 대응하는 제1 파편 충격 신호를 저장하는 저장부를 포함하고, 상기 저장부로부터 제1 파편 충격 신호를 수신하고, 사용자에게 상기 제1 파편 충격 신호의 파형 및 메시지 정보를 제공하는 호스트 PC를 더 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 금속 파편 감시 장치와 연결되어 상기 금속 파편 감시 장치로부터 발생한 파편 충격 신호 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장 장치는, 외부에 위치한 상기 금속 파편 감시 장치로부터 하나 이상의 파편 충격 신호를 수신하는 신호 입력부, 상기 파편 충격 신호를 디지털 신호로 변환하여 제1 파편 충격 신호를 생성하는 A/D 변환부, 상기 제1 파편 충격 신호를 소정의 대역으로 필터링(Filtering)하여 제2 파편 충격 신호로 변환하는 필터부, 상기 제2 파편 충격 신호에 대하여 고정 트리거링(triggering) 연산 및 가변 트리거링 연산을 동시에 수행하여 제2 파편 충격 신호 트리거링을 감지하고, 트리거링이 발생한 제2 파편 충 격 신호에 대응하는 제1 파편 충격 신호의 저장 명령 신호를 생성하는 신호 처리부, 및 상기 저장 명령 신호에 대응하여, 상기 트리거링이 발생한 제2 파편 충격 신호에 대응하는 제1 파편 충격 신호를 저장하는 저장부를 포함하고, 상기 상기 금속 파편 감시 장치로부터 수신한 파편 충격 신호에 대하여 50KHz의 고대역까지 저대역 통과 필터링을 수행하는 신호 격리부를 더 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 금속 파편 감시 장치는 기존의 원자력 발전소에 설치되어 있는 LPMS 시스템의 성능을 향상시키기 위해 고안된 것으로서, 기존 LPMS 시스템 의 일부로서 새로이 포함될 수 있다. 즉, 본 명세서에서 기술하고 있는 금속 파편 감시 장치의 구성을 기존 LPMS 시스템에 포함시켜 새로운 LPMS 시스템을 구성함으로써, 보다 향상된 성능으로 금속 파편 충격 이벤트를 감지할 수 있다.

또달리, 본 발명의 금속 파편 감시 장치를 기존의 원자력 발전소에 설치되어 있는 LPMS 시스템의 외부에 병렬로 연결하여 설치함으로써, 간이용 금속 파편 감시 장치를 구현할 수 있는데, 이러한 간이용 금속 파편 감시 장치는 기존 LPMS 시스템의 외부에 설치되어 금속 파편 감시 장치의 역할을 대신함으로써, 보다 편리하고 적은 비용으로 기존의 LPMS 시스템에 따른 낙후된 성능을 향상시킬 수 있다. 이러한 경우에 따른 본 발명의 금속 파편 감시 장치를 데이터 저장 장치라고 명명할 수 있는데, 이는 간이용 금속 파편 감시 장치가 기존의 LPMS 시스템 또는 원자로 냉각 계통에 설치된 센서로부터 금속 파편 충격 신호를 수신하여 금속 파편 충격 이벤트를 감지하고 금속 파편 충격 신호 데이터를 저장하는 역할을 수행할 수 있기 때문이다.

상기와 같이 본 발명의 금속 파편 감시 장치를 간이용 금속 파편 감시 장치로 구성하여 사용함으로써, 기존의 LPMS 시스템을 완전 교체하는데 따른 불필요한 비용을 절감하고, 동시에 보다 향상된 성능으로 금속 파편 충격 이벤트를 저장하고 분석할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 파편 감시 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 파편 감시 장치는, 기존 LPMS 시스템에 상기 금속 파편 감시 장치를 포함시켜 새로이 LPMS 시스템을 구성한 경우를 의미한다. 제1 실시예에 따른 금속 파편 감시 장치는 크게 DSP 모듈(210), 호스트 PC(220)를 포함하여 구성되고, 상기 금속 파편 감시 장치에 통신 제어모듈(이하, CCM)(230), 주제어모듈(이하, MCM)(240), 디지털 입출력모듈(이하, DIOM)(250), 시스템 테스트 모듈(이하, STM)(260), 오디오 모니터링부(이하, AMU)(270), 및 분석부(이하, ACU)(280)을 더 포함하여 LPMS 시스템 전체를 구성할 수 있다.

DSP 모듈(210)은 크게 신호 입력부(211), A/D변환부(212), 필터부(213), 신호 처리부(214), 및 저장부(215)를 포함하여 구성된다.

신호 입력부(211)는 원자로 냉각 계통에 설치된 하나 이상의 센서와 연결되고, 상기 하나 이상의 센서로부터 하나 이상의 금속 파편 충격 신호를 수신한다. A/D 변환부(212)는 신호 입력부(211)를 통해 상기 금속 파편 충격 신호를 수신하고, 상기 금속 파편 충격 신호를 디지털 신호로 변환하여 제1 파편 충격 신호를 생 성한다. A/D 변환부(212)는 채널 당 200KHz의 샘플링 주파수로 동작함으로써, 상기 금속 파편 충격 신호를 제1 파편 충격 신호로 변환한다.

필터부(213)는 A/D 변환부(212)를 통해 수신한 제1 파편 충격 신호를 500Hz에서 15KHz의 대역으로 필터링(filtering)하거나, 1KHz에서 12KHz의 대역으로 필터링함으로써, 제2 파편 충격 신호를 생성한다. 이는 디지털 대역통과필터(BPF : Band Pass Filter)로 구현될 수 있다.

신호 처리부(214)는 필터부(213)를 통해 필터링된 제2 파편 충격 신호를 수신하고, 상기 제2 파편 충격 신호의 트리거링을 감지한다. "트리거링"이란, 제2 파편 충격 신호의 크기가 소정의 임계값을 초과하여 측정되는 경우를 의미한다.

본 발명에 따른 금속 파편 감시 장치에서는 제2 파편 충격 신호의 트리거링을 감지하기 위하여 상기 제2 파편 충격 신호에 대하여 고정 트리거링 연산(fixed point alarm)과 가변 트리거링 연산(floating point alarm)을 동시에 수행하고, 상기 두 개의 연산을 수행한 결과, 하나 이상의 연산에서 제2 파편 충격 신호에 대한 트리거링이 감지된 경우, 상기 제2 파편 충격 신호에 대응하는 제1 파편 충격 신호, 즉, 상기 대역으로 필터링된 신호가 아닌 센서로부터 취득한 원래의 신호에 대한 저장 명령 신호를 생성한다.

또한, 신호 처리부(214)는 상기 제2 파편 충격 신호 트리거링이 발생한 시점으로부터 80msec 동안의 제1 파편 충격 신호에 대하여 저장 명령 신호를 생성하고, 하나의 제2 파편 충격 신호에 대하여 트리거링이 발생한 것으로 감지한 경우, 신호 입력부의 24개의 채널을 통해 입력되는 모든 제2 파편 충격 신호에 대응하는 제1 파편 충격 신호에 대하여 저장 명령 신호를 생성한다.

도 4는 본 발명에 따른 신호 처리부의 제2 파편 충격 신호에 대한 고정 트리거링 연산 및 가변 트리거링 연산 기법의 일례를 도시한 그래프이다. 도 4를 참고로 하여, 고정 트리거링 연산 및 가변 트리거링 연산을 상술하기로 한다.

제2 파편 충격 신호를 포함한 다양한 신호의 이벤트 트리거링을 파악하는 유형에는 고정 트리거링 연산(fixed point alarm)과 가변 트리거링 연산(floating point alarm) 두 가지가 주로 사용된다. 본 발명의 금속 파편 감시 장치(200)의 신호 처리부(214)는 상기 두 가지 유형의 연산 중 어느 하나에 대해서 제2 파편 충격 신호에 대한 트리거링이 발생하면, 24개의 채널로부터 수신하는 각각의 파편 충격 신호에 대한 제1 파편 충격 신호를 저장하고, 상기 트리거링 발생 사실을 호스트 PC에 통보한다. 즉, 채널 상호간에 트리거링 동작을 연동시킴으로써 파편 충격 신호 데이터를 누락 없이 충실히 저장시킬 수 있게 된다.

고정 트리거링 연산(fixed point alarm)은 도 4의 상단 그래프에 도시된 바와 같이 제2 파편 충격 신호의 크기(절대값)가 고정 임계값(Fixed Point Threshold)을 초과할 때 트리거링이 발생한 것으로 인식하게 된다. 고정 트리거링 연산에서 고정 임계치는 호스트 PC를 통해 사용자가 채널 별로 각각의 특성에 맞춰 서로 상이하게 설정할 수 있다.

가변 트리거링 연산(floating point alarm)은 도 4의 하단 그래프에 도시된 바와 같이 단구간 평균값(Short Term Average)이 가변 임계값(Floating Point Threshold)을 초과할 때 트리거링이 발생한 것으로 인식하게 된다. 단구간 평균값 은 매 샘플링(Ts) 간격으로 취득한 Ns(128)개의 데이터를 평균한 값으로서, Ns*Ts, 예를 들어 Ns가 128이고, Ts가 5 ms인 경우, Ns*Ts = 128*5 ms = 640 ms = 0.6 ms 간격으로 갱신될 수 있다. 상기 Ns의 값은 호스트 PC를 통해 사용자가 임의로 설정할 수 있다.

장구간 평균값(Long Term Average)은 장구간 상수(LTC: Long Term Constant) * Ts 의 시간 간격 또는 장구간 상수의 데이터 간격으로 샘플링한 신호 128개를 평균한 값이고, 가변 오프셋(Floating Point Offset) 값은 호스트 PC를 통해 사용자가 각 채널 별로 각각의 특성에 맞춰 설정하는 값이다. 즉, 장구간 상수는 200kHz의 주파수로 연속적으로 들어오는 제2 파편 충격 신호에서 장구간 평균값 에 사용될 데이터를 취득하는 샘플링 간격을 결정하는 상수로서, 호스트 PC를 통해 사용자가 임의로 정할 수 있다. 예를 들어, LTC를 1024로 지정한 경우, 200kHz로 들어오는 제2 파편 충격 신호 데이터 중 1024번째 데이터를 128개 취득하여 평균한 값이 장구간 평균값이 되는 것이다. 장구간 평균값은 LTC와 Ts를 곱한 값에 128을 더 곱한 값으로 갱신할 수 있다. 예를 들어, LTC 값이 1024인 경우, LTC * Ts * Ns = 1024 * 5ms * 128 = 0.65536sec 의 간격으로 장구간 평균을 갱신할 수 있다. 가변 임계값은 장구간 평균값에 가변 오프셋 값을 더하여 설정될 수 있다.

도 4의 그래프에서 같이, 가변 트리거링 연산에서는 단구간 평균값이 장구간 평균값 보다 일반적으로 높게 설정되는데, 단구간 평균값이 가변 임계값보다 높게 측정되는 경우, 상기 제2 파편 충격 신호 트리거링이 발생한 것으로 감지하여, 상기 트리거링이 발생한 제2 파편 충격에 대응하는 제1 파편 충격 신호에 대한 저장 명령 신호를 생성할 수 있다.

도 2에서, 저장부(215)는 신호 처리부(214)의 저장 명령 신호에 대응하여, 트리거링이 발생한 제2 파편 충격 신호에 대응하는 제1 파편 충격 신호, 즉, 필터링되지 않은 원래의 신호를 저장한다. 상기 제2 파편 충격 신호와 제1 파편 충격 신호의 대응관계는 하나의 채널을 통해 수신하는 파편 충격 신호 하나하나의 개념이 아니라, 트리거링이 발생한 시점에 대한 대응관계를 의미한다. 예를 들어, 1번 채널을 통해 수신한 제2 파편 충격 신호의 트리거링이 발생한 경우, 1번 채널을 통해 수신하는 제1 파편 충격 신호뿐만 아니라, 상기 트리거링이 발생한 시점부터 80msec 동안 수신하는 모든 채널의 제1 파편 충격 신호를 저장하는 것으로 해석된다. 저장부(215)는 상기 제1 파편 충격 신호의 저장을 위하여, 하드 디스크 또는 플래시 메모리를 비롯한 각종 메모리 수단을 포함하여 구성될 수 있다.

호스트 PC(220)는 신호 처리부(214)로부터 제2 파편 충격 신호에 대한 트리거링 발생 사실을 통보 받고, 상기 트리거링이 발생한 제2 파편 충격 신호에 대응하는 제1 파편 충격 신호를 저장부(215)로부터 수신하여 호스트 PC(220)의 저장 수단에 저장하고, 사용자에게 상기 신호에 대한 파형 및 메시지 정보 등을 제공한다. 또한, 호스트 PC(220)는 상기 사용자가 상기 금속 파편 감시 장치의 구동 환경 및 각종 설정치를 설정할 수 있는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다.

상기와 같이 DSP 모듈(210), 호스트 PC(220)를 포함하여 구성된 금속 파편 감시 장치에, 아래에서 설명하는 장치를 더 포함하여 LPMS 시스템 전체를 구성할 수 있다.

CCM(Communication Control Module)(230)은 MCM(240)과 호스트 PC(220)와의 데이터 송수신을 담당하는 모듈로써, TCP/IP를 위한 소프트웨어가 내장되어 있다.

MCM(Main Cotrol Module)(240)은 파편 충격 신호 판단 알고리즘을 수행하여 상기 제2 파편 충격 신호에 대한 트리거링이 발생하여 금속 파편 충격 이벤트가 감지된 경우, 원자력 발전의 주제어실로 경보를 발생시키고, 호스트 PC(220)로 상기 금속 파편 충격 이벤트에 대한 각종 데이터를 전송한며, 각 구성 모듈의 운용 파라미터를 관리하고 제어한다.

DIOM(Digital Input Output Module)(250)은 원자로 냉각 계통에 설치된 제어봉 제어 계통에서 금지신호(Inhibit Signal)를 입력 받아 MCM(240)으로 전송하여 제어봉의 이동 중에 발생할 수 있는 금속 파편 충격 신호의 취득을 사전에 예방할 수 있다.

STM(System Test Module)(260)은 원자력 발전소의 계획 예방 정비 기간 중에 취득한 모의 금속 파편 충격 신호를 이용하여 금속 파편 감시 장치의 건전성 및 금속 파편 충격 신호 검출 기능을 확인하는 동작을 수행한다.

AMU(Audio Monitoring Unit)(270)는 제1 파편 충격 신호 및 제2 파편 충격 신호를 입력 받아 해당하는 채널의 현장 신호음을 실시간으로 사용자가 청취할 수 있도록 한다.

ACU(Analysis Computer Unit)(280)는 MCM(240)에서 전송되는 다양한 종류의 신호 데이터, 예를 들어, 금속 파편 충격 신호 데이터, 금속 충격 시험 데이터, 배경 잡음 신호 데이터 등을 저장하고 가공하여 분석함으로써, 사용자가 원하는 형태 의 최종 정보를 제공한다.

상기와 같이 본 발명의 금속 파편 장치와 함께, 통신 제어모듈(CCM)(230), 주제어모듈(MCM)(240), 디지털 입출력모듈(DIOM)(250), 시스템 테스트 모듈(STM)(260), 오디오 모니터링부(AMU)(270), 및 분석부(ACU)(280)을 더 포함하여 보다 향상된 성능의 LPMS 시스템 전체를 구성할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 금속 파편 감시 장치의 DSP 모듈 구성을 도시한 블록도이다.

본 발명에 따른 금속 파편 감시 장치의 DSP모듈은 도 3에 도시된 바와 같이 보다 구체적으로 구성될 수 있다. 즉, 하나의 DSP 모듈에서 처리하는 신호 개수는 보드 당 8개이고, 본 발명에 따른 금속 파편 감시 장치에는 3개의 DSP 모듈이 설치되어 총 24개의 신호를 동시에 처리할 수 있다.

신호 입력부(311)는 별도로 제작한 케이블을 통하여 신호 격리부와 연결된다. 신호 입력부(311)를 통하여 수신한 파편 충격 신호는 AD 변환부(313)로 입력되며, 상기 파편 충격 신호는 필요 시 증폭이 가능하도록 AD 변환부(313) 앞 단에 4단계별 증폭기(312)가 구성된다. AD 변환부기(313)는 200kHz로 동작하며 AD 변환된 제1 파편 충격 신호는 신호 처리부(314)에 제공된다. 신호 처리부(314)는 TMS320C6416의 고속 신호처리기로써 상기 신호 처리부(314) 하나에서 8채널의 신호를 처리하고 신호를 저장한다. 신호 처리부(314)는 소정의 프로그램이 저장된 ROM(316)에서 수행할 일을 파악하고 AD 변환부(313)에서 들어오는 제1 파편 충격 신호를 저장부(315)에 저장한 후 대역통과필터(Band-Pass Filter)를 이용하여 필터 링 한 후 트리거링 연산을 수행한다.

트리거링 연산은 고정 트리거링 연산과 가변 트리거링 연산 두 개를 동시에 수행하며 두 개의 연산을 통하여 제2 파편 충격 신호 트리거링 발생을 감지한다. 제어로직(317)은 신호 처리부(314)의 번지선택 및 디지털 입출력 신호를 관장하며 PCI 제어기(318)는 EEPROM(319)에 저장된 프로그램을 기반으로 PCI 커넥터(320)를 통하여 호스트 PC와 신호 처리부(314)간의 제어 및 데이터 전송을 관장한다. 신호 처리부(314)는 호스트 PC로부터 운전모드를 통제 받으며 호스트 PC로부터 실시간 운전모드를 지정 받으면, PCI 제어기(318)를 통하여 신호 처리부(314)에 상기 제어신호가 전달되며 신호 처리부(314)는 실시간 운전모드에서는 충격신호를 판단하여 저장부(315)에 저장한다. 저장부(315)의 메모리는 SDRAM 타입으로 64 MByte의 용량을 가질 수 있다.

사용자가 호스트 PC에서 배경모드로 운전모드를 지정하면 배경잡음 신호를 취득하고 주파수 변환을 수행한 후 결과를 PCI 제어기(318)를 통하여 호스트 PC에 전송한다. 트리거링 발생시 신호 처리부(314)는 80msec 분의 신호 데이터를 저장한 후 호스트 PC로 100 msec 분의 신호 데이터를 PCI 커넥터(320)를 통하여 전송하며, 동시에 80 msec 후에 다시 트리거링이 발생한 제1 파편 충격 신호를 처리하여 저장부(315)에 저장한다. 제1 파편 충격 신호를 끊기지 않고 연속으로 손실 없이 호스트 PC로 전송하기 위하여 신호 처리부(314)는 내부에 DMA(Direct Memory Access)를 구성할 수 있고, PCI 제어기(318)는 PCI DMA를 신호전송기법을 구현하여 신호전송을 수행할 수 있다. 신호 처리부(314)는 각 보드간 연결포트(323)가 있다.

또한, 간이용 금속 파편 감시 장치로 구현되는 데이터 저장 장치에는 3장의 신호 처리 보드가 장착되며, 3장의 보드는 연결포트(323)를 통하여 단일 클럭(324) 신호와 마스터 신호 처리부(314)에서 생성하는 동기화 신호 및 각각의 보드에서 발생한 트리거링 신호를 주고받는다. 신호 처리 보드는 디지털 입출력 포트(321,322)가 있어서 기존 금속 파편 감시 장치의 트리거링 신호 및 제어봉구동 신호를 입력포트(321)를 통하여 받을 수 있으며, 간이용 금속 파편 감시 장치에서 발생한 트리거링 신호를 출력포트(322)를 통하여 외부로 전송할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 간이용 금속 파편 감시 장치로 구현되는 데이터 저장 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 데이터 저장 장치는 기존의 LPMS 시스템 외부에 병렬로 연결되고, 상기 기존의 LPMS 시스템로부터 금속 파편 충격 신호를 수신하여 트리거링을 감지하게 된다. 제2 실시예에 따른 데이터 저장 장치는 크게 DSP 모듈(521), 호스트 PC(528), 신호 격리부(527), 전원 공급부(529), 및 백업 메모리(530)를 포함하여 구성된다.

신호 격리부(527)는 발전소 설치라인(510), 즉, 원자로 1차 계통에 설치되는 센서(511) 또는 기존 LPMS 시스템의 AMU(512)로부터 수신한 하나 이상의 파편 충격 신호에 대하여 신호를 격리하고, 안티 앨리어싱(Anti-Aliasing) 필터링, 즉, 50KHz의 고대역까지 저대역 통과 필터링을 수행한다. 이는 기존의 LPMS 시스템과 본 발명의 데이터 저장 장치의 병렬 연결로 인해 발생할 수 있는 신호의 역방향 전송 및 왜곡 신호의 유입을 방지하기 위해서 상기와 같은 동작을 수행하는 것이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따라 간이용 금속 파편 감시 장치로 구현되는 데이터 저장 장치의 신호 격리부의 상세한 구성을 도시한 블록도이다.

도 6에 따르면, 신호 격리부는 크게 증폭기(610), 고대역 통과 필터기(620), 격리기(630), 저대역 통과 필터기(640), 및 DC/DC 변환기(650)를 포함하여 구성된다.

발전소 설치라인(510)의 센서(511) 또는 AMU(512)로부터 수신한 하나 이상의 파편 충격 신호는 증폭기(610)에서 증폭되며, 증폭기(610)는 아울러 차동 신호(Differential signal)의 유형으로 입력되는 신호를 Signle-Ended 유형으로 전환한다. 증폭된 파편 충격 신호는 고대역 통과 필터의 고주파통과필터(High-Pass Filter)를 통하여 직류(DC) 성분(<0.1Hz)은 제거되고 남은 AC 신호는 격리기(630)에서 격리된다. 격리기(630)에서 격리 생성된 파편 충격 신호는 저대역 통과 필터(640)의 저주파통과필터(Low-Pass Filter)를 거쳐서 고주파수 성분(>50 kHz)은 제거되고 나머지는 다시 증폭기(610)를 거쳐서 증폭된 후 DSP 모듈로 전송된다. DC/DC 변환기(650)는 각각의 부품에 전원을 공급하며 각 채널 별로 따로 구성되어 있다. 신호 격리부의 보드에서는 보드 당 8 채널로 구성되어 각 보드 당 DSP 보드에 일대일로 연결할 수 있으며, 신호 격리부에 3장의 보드가 장착될 수 있다.

다시 도 5에서, 신호 격리부(527)를 통해 격리 및 왜곡 신호 필터링된 파편 충격 신호는 DSP 모듈(521)로 전송된다. DSP 모듈(521)은 크게 신호 입력부(522), A/D변환부(523), 필터부(524), 신호 처리부(525), 및 저장부(526)를 포함하여 구성된다.

상기 DSP 모듈(521)에 따른 상세한 구성 및 동작에 대해서는 도 2 및 도 3에서 이미 언급하였으므로, 본 도면에서는 상기 설명은 생략하기로 한다.

DSP 모듈(521)을 통해 저장된, 트리거링이 발생한 제2 파편 충격 신호에 대응하는 제1 파편 충격 신호는 간이용 금속 파편 감시 장치(520)의 외부에 설치된 정밀 분석 장치(540)로 전송되어, 전문가에 의해 보다 정밀하게 분석될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 금속 파편 감시 장치를 구동하기 위한 프로그램의 주 화면을 도시한 도면이다.

도 7에 따르면, 주화면 좌측에는 각 채널 별 RMS(Root Mean Square)형태의 순간 값 및 고정 설정치 값 그리고 가변 값 및 가변 설정치 값을 표시하는 막대그래프 형태의 화면 표시기가 있고, 우측 상단에는 발전소에 설치된 센서 위치, 우측하단에는 Event 발생 메시지 및 운전 메시지를 표시하는 메시지 박스가 있다. 화면 상단에는 메뉴바가 있어서 각 종 메뉴를 이용하여 DSP 보드를 제어 및 구동할 수 있다. 상기와 같은 프로그램은 호스트 PC에 내장되어 사용자에게 제공됨으로써, 사용자가 보다 편리하고 효율적으로 본 발명에 따른 금속 파편 감시 장치를 운용할 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 금속 파편 감시 장치는 기본적으로 24채널로 구동하기 때문에 별도의 설치 없이 특정 목적을 위한 용도, 예를 들어, 열충격 완충판 부착 유무 판단용 전용 채널로도 사용할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 금속 파편 감시 장치에는 다양한 필터 기능을 내장할 수 있어서 용도에 맞게 필터를 설계하여 DSP모듈에 구현하면 원자력 발전소뿐만 아니 라 기계구동장치(모터, 회전기, 엔진 등)에서 비정상 돌발형 신호를 취득하고 분석하는 데 사용할 수도 있다.

도 8은 본 발명에 따른 금속 파편 충격 이벤트 감시 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.

도 8에 도시된 흐름도는 앞서 설명한 금속 파편 감시 장치에 있어서 수행되는 금속 파편 충격 이벤트 감시 방법을 나타내고 있다. 이하, 각 단계별로 수행되는 과정을 상술하기로 한다.

간이용 금속 파편 감시 장치가 원자력 발전소의 1차 계통에 설치된 하나 이상의 센서 또는 기존의 금속 파편 감시 장치로부터 하나 이상의 파편 충격 신호를 수신하면(단계810), 상기 수신한 파편 충격 신호에 대하여 50KHz의 고대역까지 저대역 통과 필터링을 수행한다(단계820). 단계 820에서 필터링된 파편 충격 신호를 디지털 신호로 변환하여 제1 파편 충격 신호를 생성하고(단계830), 상기 제1 파편 충격 신호를 제2 파편 충격 신호의 주파수 대역으로 필터링(Filtering)한다(단계840).

단계 840에서 필터링된 제2 파편 충격 신호에 대하여 고정 트리거링(triggering) 연산 및 가변 트리거링 연산을 동시에 수행하여(단계850) 제2 파편 충격 신호의 트리거링을 감지하고(단계860), 트리거링이 발생된 제2 파편 충격 신호가 감지되면, 상기 제2 파편 충격 신호에 대응하는 제1 파편 충격 신호를 저장하고(단계870), 상기 저장된 제1 파편 충격 신호를 분석하여 금속 파편 충격 이벤트 발생을 감지, 분석한다(단계880).

상기와 같은 금속 파편 충격 이벤트 감시 방법은 도 2 내지 도 7에서 설명된 금속 파편 감시 장치 또는 간이용 LPMS 시스템으로 구현되는 데이터 저장 장치의 구성에 따른 금속 파편 충격 이벤트 감시 방법을 모두 포함하여 더욱 상세하게 구현될 수 있다. 앞서의 실시예들에서 설명한 기술적 내용들이 도 8의 단계에도 그대로 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 금속 파편 충격 이벤트 감시 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행 하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

도 9는 본 발명에 따른 금속 파편 충격 이벤트 감시 방법을 수행하는 데 채용될 수 있는 범용 컴퓨터 장치의 내부 블록도이다.

컴퓨터 장치(900)는 램(RAM: Random Access Memory)(920)과 롬(ROM: Read Only Memory)(930)을 포함하는 주기억장치와 연결되는 하나 이상의 프로세서(910)를 포함한다. 프로세서(910)는 중앙처리장치(CPU)로 불리기도 한다. 본 기술분야에서 널리 알려져 있는 바와 같이, 롬(930)은 데이터(data)와 명령(instruction)을 단방향성으로 CPU에 전송하는 역할을 하며, 램(920)은 통상적으로 데이터와 명령을 양방향성으로 전송하는 데 사용된다. 램(920) 및 롬(930)은 컴퓨터 판독 가능 매체의 어떠한 적절한 형태를 포함할 수 있다. 대용량 기억장치(Mass Storage)(940)는 양방향성으로 프로세서(910)와 연결되어 추가적인 데이터 저장 능력을 제공하며, 상기된 컴퓨터 판독 가능 기록 매체 중 어떠한 것일 수 있다. 대용량 기억장치(940)는 프로그램, 데이터 등을 저장하는데 사용되며, 통상적으로 주기억장치보다 속도가 느린 하드디스크와 같은 보조기억장치이다. CD 롬(960)과 같은 특정 대용량 기억장치가 사용될 수도 있다. 프로세서(910)는 비디오 모니터, 트랙볼, 마우스, 키보드, 마이크로폰, 터치스크린 형 디스플레이, 카드 판독기, 자기 또는 종이 테이프 판독기, 음성 또는 필기 인식기, 조이스틱, 또는 기타 공지된 컴퓨터 입출력장치와 같은 하나 이상의 입출력 인터페이스(950)와 연결된다. 마지막으로, 프로세서(910)는 네트워크 인터페이스(970)를 통하여 유선 또는 무선 통신 네트워 크에 연결될 수 있다. 이러한 네트워크 연결을 통하여 상기된 방법의 절차를 수행할 수 있다. 상기된 장치 및 도구는 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어 기술 분야의 당업자에게 잘 알려져 있다.

상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명의 금속 파편 감시 장치 및 금속 파편 충격 이벤트 감지 방법에 따르면, 24개의 이상의 채널을 구비하고, 상기 24개 이상의 채널로부터 24개 이상의 금속 파편 충격 신호를 수신하여 200KHz의 주파수 대역으로 샘플링하고 연속적으로 연산을 수행하여 금속 파편 충격 이벤트를 감지하고, 상기 이벤트가 발생한 급속 파편 충격 신호를 저장함으로써, 보다 넓은 범위의 주파수 대역과 다양한 채널을 통해 수신하는 금속 파편 충격 신호를 감시하여 거짓 경보 판별을 보다 용이하게 수행하고 보다 효율적으로 금속 파편 충격 이벤트를 감시할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 금속 파편 감시 장치 및 금속 파편 충격 이벤트 감지 방법 에 따르면, 트리거링이 발생한 금속 파편 충격 신호를 저장함에 있어, 소정의 대역으로 필터링된 신호를 저장하는 것이 아니라, 필터링 되지 않은 원래의 금속 파편 충격 신호를 저장하여 분석함으로써, 보다 정확하게 금속 파편 충격 이벤트 발생을 감지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 간이용 금속 파편 감시 장치 및 금속 파편 충격 이벤트 감지 방법에 따르면, 기존의 금속 파편 감시 장치 외부에 금속 파편 충격 신호 트리거링에 대한 데이터 저장 기능을 수행하는 간이용 금속 파편 감시 장치를 더 설치함으로써, 기존의 장비를 보다 저렴한 비용으로 보완하여 보다 효율적으로 금속 파편 충격 이벤트를 감지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (15)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 금속 파편 감시 장치와 연결되어 상기 금속 파편 감시 장치로부터 발생한 파편 충격 신호 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장 장치(520)에 있어서,

   외부에 위치한 상기 금속 파편 감시 장치로부터 하나 이상의 파편 충격 신호를 수신하는 신호 입력부(522);

   상기 신호 입력부(522)를 통해 상기 금속 파편 감시 장치로부터 수신하는 하나 이상의 파편 충격 신호에 대하여 50KHz의 고대역까지 저대역 통과 필터링을 수행하는 신호 격리부(527);

   상기 파편 충격 신호를 디지털 신호로 변환하여 제1 파편 충격 신호를 생성하는 A/D 변환부(523);

   상기 제1 파편 충격 신호를 500Hz 내지 15KHz의 대역 또는 1KHz 내지 12KHz의 대역으로 필터링(Filtering)하여 제2 파편 충격 신호로 변환하는 필터부(524);

   상기 제2 파편 충격 신호에 대하여 고정 트리거링(triggering) 연산 및 가변 트리거링 연산을 동시에 수행하여 제2 파편 충격 신호 트리거링을 감지하고, 상기 제2 파편 충격 신호 트리거링에 대응하는 제1 파편 충격 신호의 저장 명령 신호를 생성하는 신호 처리부(525); 및

   상기 저장 명령 신호에 대응하여, 상기 제2 파편 충격 신호 트리거링에 대응하는 제1 파편 충격 신호를 저장하는 저장부(526)

   를 포함하고,

   상기 신호 처리부(525)는 상기 고정 트리거링 연산 또는 상기 가변 트리거링 연산 수행 중 어느 하나의 연산에 있어서 제2 파편 충격 신호의 트리거링이 감지되는 경우, 상기 저장 명령 신호를 생성하며, 하나의 제2 파편 충격 신호에 대하여 트리거링이 발생한 것으로 감지한 경우, 상기 모든 제2 파편 충격 신호에 대응하는 제1 파편 충격 신호에 대하여 저장 명령 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 데이터 저장 장치(520).
9. 삭제
10. 제8항에 있어서,

    상기 신호 격리부(527)는,

    상기 신호 입력부(522)를 통해 상기 금속 파편 감시 장치로부터 수신하는 하나 이상의 파편 충격 신호를 증폭하기 위한 증폭기(610);

    상기 증폭기(610)를 통해 증폭된 파편 충격 신호를 고대역 통과 필터링하여 상기 증폭기(610)를 통해 증폭된 파편 충격 신호의 직류 성분을 제거하기 위한 고대역 통과 필터(620);

    상기 직류 성분이 제거된 교류 파편 충격 신호의 역방향 전송을 차단시키기 위한 격리기(630); 및

    상기 교류 파편 충격 신호의 저대역 통과 필터링을 수행하는 저대역 통과 필터(640)

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 저장 장치(520).
11. 제8항에 있어서,

    상기 신호 입력부(522)는 상기 금속 파편 감시 장치와 연결된 센서(511)와 직접 연결되어, 상기 센서(511)로부터 상기 파편 충격 신호를 직접 수신하는 동작을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 데이터 저장 장치(520).
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제

Images