Prosessiautomaatio pinnankorkeusmittauksen koelaitteistoissa

Pinnankorkeuden tunteminen kiehutusvesireaktorin painesäiliössä on erittäin tärkeää sen turvallisuusvaikutusten takia. Pinnankorkeutta mitataan vesipatsaiden korkeutta havaitsevien paine-eromittausten avulla. Säteilyturvakeskuksen YVL-ohjeiden mukaan turvallisuuteen vaikuttavien mittausten täytyy noudattaa moninkertaistus- ja erilaisuusperiaatteita. Yleensä erilaisuusperiaatetta on toteutettu käyttämällä erityyppisiä paine-eromittareita, mutta erilaisella fysikaalisella toimintaperiaatteella oleva mittaus olisi parempi ja toteuttaisi paremmin erilaisuusperiaatetta. Uimurikytkin olisi tällainen fysikaalisesti eri periaatteeseen perustuva pinnankorkeuden mittauslaite. Ydinvoimalaan tarkoitettu teknologia tulee kelpoistaa riippumattoman tahon toimesta ennen käyttöönottoa. Kelpoistamiskokeita varten Lappeenrannan teknillisen yliopiston Ydinturvallisuuden tutkimusyksikköön rakennettiin vuosina 2011–2013 kaksi koelaitteistoa. Näillä koelaitteistoilla tutkittiin uimurikytkimien toimintaa ja ominaisuuksia erilaisissa kiehutusvesireaktorin käyttötilanteissa. Koelaitteistot tarvitsivat toimiakseen automaatiojärjestelmät, jotka suunniteltiin pääosin noudattamalla suunnittelun elinkaarimallia sekä automaatiosuunnittelun sisältökokonaisuuksia. Automaatiojärjestelmien suunnittelu aloitettiin määrittelemällä koejärjestelyjen asettamat vaatimukset, jonka jälkeen tehtiin teknologiavalinnat. Seuraavaksi suunniteltiin automaatiojärjestelmien logiikkaohjelmistot, joiden kuvaukseen tämä työ pääasiassa keskittyy. Logiikkaohjelmistot toteutettiin graafisella National Instruments LabView -ohjelmointikielellä. Logiikkaohjelmistojen tuli hoitaa tiedonkeruuta, käyttöautomaatiota, turvallisuustehtäviä sekä kokeisiin liittyviä erikoistehtäviä. Ohjelmistot saatiin esikokeiden aikana toimimaan halutusti, ja varsinaiset kokeet voitiin suorittaa ilman merkittäviä ongelmia.

Knowledge of the water level inside the reactor pressure vessel of a boiling water reactor (BWR) is vital for reactor safety. The water level is usually measured using differential pressure measurements that detect the height of water columns. According to the Finnish Radiation and Nuclear Safety Authority’s Regulatory Guides on nuclear safety (YVL) all measurements that have safety implications, shall apply the principles of redundancy and diversity. Generally the principle of diversity is applied using different brands or types of differential pressure transducers, but measurements based on different principle of operation would fit the principle of diversity better. A float switch would fulfill the specification of different physical principle of operation. Technology intended to be used in nuclear power plants must be qualified by an independent operator. In order to perform the qualification tests, two test rigs were constructed between 2011 and 2013 at Nuclear Safety Research Unit of Lappeenranta University of Technology. The characteristics and operational performance of the level switches were studied with the test rigs in different operating conditions of a BWR. For the operation of the test rigs automation systems were needed. These were designed according to the life cycle model of design and contents of automation design process. Design of the systems was started by defining requirements imposed by the different test procedures. Then decision about the automation technology was made. In the next phase the measurement and control programs were designed. The main topic of this Master’s Thesis is the description of these programs. The measurement and control programs were built using National Instruments graphic LabView-code. These measurement and control programs had to be able to handle data acquisition, process automation, safety functions and some special tasks during multiple test procedures. After pretests these programs functioned as planned and the actual tests could be carried out without any major problems.