KR19980020035A - Method and apparatus of control rod driving simulator of nuclear power plant - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원자력 발전소 제어봉구동장치의 모사방법과 장치에 관한 것으로 경수로 원자력발전소 제어계통의 제어논리설계시 제어논리의 기능을 검증하기 위해서는 제어봉구동장치의 제어논리설계시 제어논리의 기능을 검증하기 위해서는 제어봉 구동장치의 기계적인 움직임에 의하여 발생되는 전기적인 출력신홀르 모사할 수 있는 시뮬레이터가 필요하다. 기존의 시뮬레이터 장치는 정상동작인 경우만 모사가 가능하였으나 본 발명에는 제어봉구동장치가 움직일 때 마그네틱 코일에서 발생되는 전류의 파형을 분석하여, 정상 및 임의의 오동작때의 출력도 모두 모사할 수 있어서 실제 발전소 현장에서 관찰될 수 있는 모든 상황의 출력이 가능하다.The present invention relates to a simulation method and apparatus of a control rod driving device of a nuclear power plant. To verify the function of the control logic when designing the control logic of a control system of a LWR nuclear power plant, to verify the function of the control logic when designing the control logic of a control rod driving device. A simulator capable of simulating the electrical output sinhol generated by the mechanical movement of the control rod drive is required. Conventional simulator device can be simulated only in the normal operation, but in the present invention, by analyzing the waveform of the current generated from the magnetic coil when the control rod drive device is moved, it is possible to simulate both the output during normal and any malfunction Output of all situations that can be observed at the plant site is possible.
Description
기존의 모사장치는 실물과 동일하게 만들어져서 실험실에서 사용시 취급이 매우 번거로우며 정상동작인 경우만 모사가 가능하였다. 본 발명에서는 정상 동작인 경우는 물론 비정상동작에 대한 제어봉구동장치의 모사가 가능하도록 설계 제작하였으며, 전기적 모델링에 의한 방법으로 설계되어서 실험실에서 사용이 매우 편리하다.Conventional copyings are made to be the same as the real thing, so handling is very cumbersome when used in a laboratory, and simulation is possible only in normal operation. In the present invention is designed and manufactured to enable the simulation of the control rod drive device for the abnormal operation as well as the normal operation, it is designed by the electrical modeling method is very convenient to use in the laboratory.
제어봉구동장치는 자기-잭(Magnetic Jack) 유형의 구동장치로서 제어봉 집합체를 노심 내에서 수직 이동 및 정지토록 하는데 사용되며 각 구동장치는 작동신호에 따라 153 노심 길이 범위내의 어떠한 위치에서도 인출, 삽입, 정지 및 낙하시킬 수 있다. 제어봉구동장치는 상하부 제어봉구동장치 압력하우징, 전동기 뭉치, 코일스택(Coil Stack)뭉치, 위치 지시 스위치 뭉치, 연장축 뭉치 등으로 구성되고, 제어봉구동장치 하우징을 둘러싼 코일스택 뭉치에 의해 구동된다.The control rod drive is a magnetic jack type drive that is used to vertically move and stop the control rod assembly within the core, and each drive can be pulled out, inserted or inserted at any position within the range of 153 core lengths according to the operating signal. Can be stopped and dropped. The control rod drive device is composed of the upper and lower control rod drive pressure housing, the electric motor bundle, the coil stack (Coil Stack), the position indicating switch bundle, the extension shaft bundle, etc., and is driven by the coil stack bundle surrounding the control rod drive housing.
본 발명은 시뮬레이터 구현을 위한 모델을 만들고 이를 개인용 컴퓨터에 입출력 카드를 장착하여 제작하였다. 제어봉구동장치의 전기적인 등가회로는 R-L회로에 역기전력에 의한 영향을 고려하여 나타낼 수 있다. 코일에 흐르는 전류가 증가하면 회로 내의 자속이 증가하고 이로 인하여 어느 일정한 값에 도달하면 제어봉이 움직이기 시작한다. 이때의 동작 전류는 제어봉의 무게에 의하여 결정하게 하였다. 일단 제어봉이 움직이면 이로 인하여 발생한 자속의 변화 때문에 회로에 흐르는 전류는 특유의 형태로 변형되면 이는 회로 내에 역기전력으로 존재하게 된다. 이 역기전력은 회로의 인덕턴스(L), 상호 인덕턴스(M), 저항(R) 그리고 전류(I) 의 함수로 표시할 수있으며 오직 제어봉이 움직이는 동안에만 발생된다. 본 발명은 동작중 코일 온도에 의한 영향도 출력이 실제에 근접하도록 설계하였다.The present invention produced a model for the implementation of the simulator was produced by mounting the input and output card in a personal computer. The electrical equivalent circuit of the control rod drive system can be represented by considering the influence of counter electromotive force on the R-L circuit. As the current flowing through the coil increases, the magnetic flux in the circuit increases, which causes the control rod to start moving when a certain value is reached. The operating current at this time was determined by the weight of the control rod. Once the control rod is moved, the current flowing through the circuit due to the change of magnetic flux caused by it is transformed into a peculiar form, which is present as counter electromotive force in the circuit. This counter electromotive force can be expressed as a function of the circuit's inductance (L), mutual inductance (M), resistance (R) and current (I) and only occurs while the control rod is in motion. The present invention is designed so that the influence output by the coil temperature during operation is close to the actual.
도 1 : 본 발명에 의한 제어봉 구동장치 시뮬레이터 기능 다이어그램1: Control rod drive simulator function diagram according to the present invention
도 2 : 본 발명 시뮬레이터 구성도2: Simulator configuration of the present invention
도 3 : 본 발명의 실시예로서의 운전원화면3: Operator screen as an embodiment of the present invention
본 시뮬레이터는 도 2 와 같이 중앙제어장치(1), 키보드(2), 증폭 및 신호변환기(3), 아날로그 출력발생기(4), 터치스크린(5)으로 구성되어 있다. 시뮬레이터의 주요 기능은 제어봉 구동장치의 전기적인 등가회로를 R-L 회로에 역기 전력을 합산하여 나타내고, 동작 전류는 제어봉의 무게에 의하여 결정하며, 발전소에서 사용하는 코일의 저항과 인덕턴스, 그리고 제어봉의 무게를 입력시키면 자동적으로 전달함수를 구하고 시뮬레이션에 필요한 정보를 생성하도록 하며, 한번 생성된 정보는 반복적으로 계속해서 사용할 수 있게 하며, 또 동작중 코일 온도에 의한 영향을 반영하여 출력이 실제에 근접하도록 하는 모델링 방법이며 운전원과의 연계를 위하여 키보드를 통하거나 터치 스크린 화면의 메뉴에서 조작하여 운전자가 직접화면과 출력을 보면서 모사결과를 분석 및 기록하는 것이 요지로 되어 있다.As shown in FIG. 2, the simulator is composed of a central controller 1, a keyboard 2, an amplification and signal converter 3, an analog output generator 4, and a touch screen 5. The main function of the simulator is to represent the electric equivalent circuit of the control rod drive unit by adding the counter electromotive force to the RL circuit, the operating current is determined by the weight of the control rod, and the resistance and inductance of the coil used in the power plant, and the weight of the control rod. When input, it automatically calculates the transfer function and generates the information needed for the simulation, and once generated information can be used repeatedly and continuously, and modeling the output to be close to the actual one by reflecting the influence of coil temperature during operation. The key point is that the driver analyzes and records the simulation results while watching the screen and the output directly by operating it through the keyboard or from the menu of the touch screen screen for the connection with the driver.
제어봉구동장치에 대한 전기적 특성은 제어봉이 움직일 때 발생하는 역기전력을 고려하지 않으면 다음과 같이 제 1 식으로 표현할 수 있다. 제 2 식의 E2c는 역기 전력에 의한 영향을 고려하기 위하여 첨가된 항이다. 제어봉이 움직이는 순간에만 역기전력이 발생하므로 이를 모두 고려한 식은 비선형이므로 전체를 선형으로 표시할 수는 없다. 다만 실제로 운전할 때의 여러 조건들을 고려하여 실제와 유사하도록 설계하였으며, 역기전력에 대한 항은 실제 측정한 발전소 데이터로부터 구하였다. 제어봉구동장치는 상온보다 매우 높은 온도에서 동작하므로 동작중의 실제 저항값을 계산하기 위하여 동작중 측정한 전류 대 온도 특성으로 부터 시정수를 구하였다.The electrical characteristics of the control rod drive device can be expressed by the following equation without considering the counter electromotive force generated when the control rod moves. E 2 c in the second equation is a term added to take into account the influence of the counter electromotive force. Since back EMF only occurs when the control rod moves, the equation considering all of them is non-linear, so the whole cannot be represented linearly. However, it was designed to be similar to the actual one in consideration of various conditions in actual operation, and the term for counter electromotive force was obtained from actual measured plant data. Since the control rod actuator operates at a temperature much higher than room temperature, the time constant is obtained from the current versus temperature characteristics measured during operation to calculate the actual resistance value during operation.
t-1t-1
여기서 I1 C(S) :Coil에 흐르는 전류Where I 1 C (S): Current flowing through the coil
E1 C(S) : Coil에 가해진 입력 전압E 1 C (S): Input voltage applied to the coil
E2 C(S) : Coil에 발생한 역기전력E 2 C (S): Back EMF generated in Coil
τT : 회로의 시정수τT: time constant of the circuit
EC(S) : E1 C(S) : E1 C(S) - E2 C(S)E C (S): E 1 C (S): E 1 C (S)-E 2 C (S)
이 식을 디지탈 전달함수로 나타내면 다음과 같다.This equation is expressed as digital transfer function as follows.
시뮬레이터의 구성은 제 2 도와 같다. 입출력 장치를 마이크로 프로세서에 연결시키고 운전원 화면은 터치 스크린을 사용하였다. 이산 산호 형태의 입력 신호를 받으면, 제어봉구동장치의 출력파형을 모사한 연속 신호가 출력되며 또한 화면을 통하여 동시에 출력 파형을 관찰할 수 있다. 또한 필요시 입출력 정보를 화일로 저장시키고 분석할 수도 있다. 키보드를 통하여 기능시험에 필요한 임의의 오동작기능을 발생시킬 수도 있다. 본 발명은 발전소에서 사용하는 코일의 저항과 인덕턴스 그리고 제어봉의 무게를 입력시키면 자동적으로 전달함수를 구하고 시뮬레이션에 필요한 정보를 생성하도록 되어 있다. 한번 생성된 정보는 화일로 저장되므로 반복적으로 계속해서 사용할 수 있다. 입력신호로 직류 전압을 받을 수도 있고 전압에 대한 정보만을 이산신호로 받을 수도 있다. 이 경우 입력된 정보로부터 해당하는 전압을 자체 생성하여 모델링 모듈에 가하게 된다. 모델링 모듈은 출력을 아날로그 형태로 내보낸다. 이는 발전소에서 전류파형을 감시하기 위하여 직렬로 설치한 저항 양단에 흐르는 전류값에 비례하는 전압 신호와 크기가 일치한다. 제어봉이 움직이는 경우 역기전력에 의한 전류의 변화가 생기는데 이것에 출력에 합산되어 출력 된다. 제어봉이 움직이기 시작하는 동작점은 제어봉의 무게로 부터 계산해 낸다. 본 발명은 3-코일 형태는 물론 4-코일 형태의 구동장치에도 적용 가능하도록 하였다. 운전원과의 연계는 키보드를 통하거나 터치 스크린의 메뉴에서 조작 가능하며 이에 대한 구동방법은 다음과 같다. 제 3 도 참조The configuration of the simulator is the same as that of the second diagram. I / O devices were connected to the microprocessor and the operator screen used a touch screen. When the input signal in the form of discrete coral is received, a continuous signal that simulates the output waveform of the control rod drive device is output, and the output waveform can be observed at the same time through the screen. You can also save and analyze I / O information in a file if necessary. Any malfunctioning function necessary for the functional test may be generated through the keyboard. In the present invention, when the resistance, inductance of the coil used in the power plant and the weight of the control rod are input, the transfer function is automatically calculated and information necessary for the simulation is generated. Once created, the information is stored in a file so you can use it over and over again. DC voltage may be received as an input signal, or only information about the voltage may be received as a discrete signal. In this case, a corresponding voltage is generated from the input information and applied to the modeling module. The modeling module exports the output in analog form. This coincides with the magnitude of the voltage signal proportional to the current flowing across the resistors installed in series to monitor the current waveform at the plant. When the control rod moves, the current changes due to counter electromotive force, which is added to the output and output. The operating point at which the control rod begins to move is calculated from the weight of the control rod. The present invention is applicable to a three-coil as well as a four-coil drive device. The connection with the operator can be operated through the keyboard or the menu of the touch screen, and the driving method thereof is as follows. See also third
1) 시뮬레이터를 실행시키면 메인 메뉴가 터치 스크린에 나타나는데 이 메인 메뉴에서 시뮬레이터의 코일 수를 선택한다.1) Run the simulator and the main menu will appear on the touch screen. From this main menu, select the number of coils in the simulator.
2) 각 채널의 코일 저항과 인덕턴스, 제어봉구동장치의 무게가 화면에 표시되는데 이 값들을 변경시킬 수도 있고 변경된 값은 파일로 저장되어 계속해서 사용할 수 있다.2) The coil resistance, inductance, and weight of control rod driving device of each channel are displayed on the screen. You can change these values, and the changed values are saved in a file for continued use.
3) 데이터 입력을 완료한 다음 시작 버튼을 누르거나 키보드로 S를 치면 시뮬레이션 화면이 표시되면서 시뮬레이터가 작동하게 된다.3) After completing the data input, press the start button or hit S with the keyboard to display the simulation screen and run the simulator.
4) 시뮬레이션 화면에는 시뮬레이터의 입력 신호와 출력신호가 각 채널 별로 연속적으로 표시되므로 입출력 신호를 관찰할 수 있다.4) Since the input signal and output signal of the simulator are displayed for each channel continuously in the simulation screen, I / O signals can be observed.
5) 시뮬레이션 화면에서 정상 및 비정상 출력을 발생시킬 수 있는데 비정상 버튼이 이 Off일 경우 시뮬레이터는 정상 출력 (제어봉이 움직였을 때 발생되는 신호)를 발생시키고 비정상 버튼이 On 일 경우 시뮬레이터는 비정상 출력(제어봉이 움직이지 않았을 때 발생되는 신호)을 발생시킨다.5) Normal and abnormal outputs can be generated on the simulation screen. If the abnormal button is Off, the simulator generates normal output (signal generated when the control rod is moved). Signal generated when it is not moving).
6) 또한 시뮬레이션 화면에서 인출 버튼이나 삽입 버튼을 누르면 시뮬레이터의 입력 신호와 무관하게 실제 발전소에서 취득한 제어봉구동장치의 인출 및 삽입 데이터가 출력으로 발생하게 된다.6) In addition, when the draw button or the insert button is pressed on the simulation screen, the draw and insert data of the control rod drive device acquired at the actual power plant is generated as an output regardless of the input signal of the simulator.
경수로 원자력 발전소 제어계통의 제어논리설계시 제어논리의 기능을 검증하기 위해서는 제어봉구동장치의 기계적인 움직임에 의하여 발생되는 전기적 출력신호를 모사할 수 있는 시뮬레이터가 필요하다. 기존의 시뮬레이터장치는 정상동작인 경우만 모사가 가능하였으나 본 발명에서는 제어봉구동장치가 움직일 때 마그네틱 코일에서 발생되는 전류의 파형을 분석하여, 정상 및 임의의 오동작때의 출력도 모두 모사할 수 있어서 실제 발전소 현장에서 관찰될 수 있는 모든 상황의 출력이 가능하다.In order to verify the function of the control logic in the control logic design of the control system of the LWR nuclear power plant, a simulator capable of simulating the electrical output signal generated by the mechanical movement of the control rod drive system is required. Conventional simulator device can be simulated only in the normal operation, but in the present invention, by analyzing the waveform of the current generated from the magnetic coil when the control rod drive device is moved, it can also simulate the output of both normal and random malfunction Output of all situations that can be observed at the plant site is possible.
본 발명은 원자력 발전소 제어봉구동장치 시뮬레이터의 방법과 장치에 관한 것이다. 제어봉구동장치 제어계통의 제어논리가 제대로 설계되었는지를 확인하기 위해서는 제어봉구동장치의 기계적인 움직임에 해당하는 전기적인 출력 신호를 모사할 수 있는 모의 장치가 필요하다.The present invention relates to a method and apparatus for a nuclear power plant control rod drive simulator. In order to verify that the control logic of the control rod control system is properly designed, a simulation device capable of simulating the electrical output signal corresponding to the mechanical movement of the control rod drive system is required.
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Cited By (3)
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| KR101657502B1 (en) * | 2015-03-10 | 2016-09-20 | 한전케이피에스 주식회사 | Complex simulator of nuclear fuel handling equipment |
| CN108735310A (en) * | 2018-06-04 | 2018-11-02 | 江苏核电有限公司 | A kind of analog training device of control rod drive mechanism measurement of electric parameter |
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1996
- 1996-09-05 KR KR1019960038374A patent/KR100243819B1/en not_active IP Right Cessation
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