2012. 11. 2

서용석,금종룡,정광일,이준구,장귀숙,박근옥

yssuh@kaeri.re.kr

제4회 원전계측제어 심포지엄(NuPIC 2012)

한국원자력연구원

배경 1

설계 시방 2

개발 내용 3

시험 결과 4

토의 5

2 제4회 원전계측제어 심포지엄(NuPIC 2012)

개발 목적

SMART MMIS 디지털 안전계통 시방의 성능 확인

개발 목표

디지털 제어 모듈

• 아날로그 신호 입출력, 디지털 처리, 데이터 통신 기능 지원

투명성

• 아키텍처의 상대적 단순

SMART 노심보호계통 (SCOPS) 구현 용이성

• C 언어 이용 개발

결정론적 처리

• 정적 타스크 스케쥴링

SMART MMIS 디지털 안전계통 시방의 성능 만족

3 제4회 원전계측제어 심포지엄(NuPIC 2012)

(System-integrated Modular Advanced ReacTor)

중소규모의 전력망 및 물부족 지역에 적절한 원자로

국내 표준설계인가 획득 (2012. 7. 4)

Plant Data

Power : 330 MWth

Water : 40,000 t/day

Electricity: 90 MWe

Seawater

Potable water

Electricity

Desalination Plant Intake

Facilities

Steam

Steam

Transformer

330MWth

Integral PWR

전력생산, 담수, 지역난방

SMART

4 제4회 원전계측제어 심포지엄(NuPIC 2012)

서브랙

가로 19”, 세로 6U, VME backplane

CPB (CPU Board)

300MHz DSP, Mirror Memory, CPLD(진단기능), 폴링방식 데이터 취득

CMB (CoMmunication Board)

10/100Mbps full-duplex, FPGA, BER 10E-09 이내

AIB, AOB (Analog Input/Output Board)

8 channel, 16-bit ADC, 12-bit DAC, error 0.1%FS 이내

CIB, COB (Contact Input/Output Board)

16 channel

5 제4회 원전계측제어 심포지엄(NuPIC 2012)

절차: 디지털 시스템 개발 생명주기(SDLC) 이행

표준설계 요건 및 시방

규제 요건 및 기준 디지털 기술 SMART 품질보증

플랫폼 시험계획서

플랫폼 시험절차서

플랫폼 시험보고서

하드웨어 제작계획서

플랫폼 시험 스티뮬레이터

개발

하드웨어 제작요건서

하드웨어 제작설계서

하드웨어 제작서

소프트웨어 검증서

하드웨어 검증서

하드웨어 설치, 유지보수,

운영서

소프트웨어 제작계획서

소프트웨어 제작요건서

소프트웨어 제작설계서

소프트웨어 제작서

소프트웨어 설치, 유지보수,

운영서

요건

검토

관리

제출

설치

모과제 (KAERI)

위탁과제 (SEC)

플랫폼 시험설비구축

6 제4회 원전계측제어 심포지엄(NuPIC 2012)

개별 보드

서브랙

캐비닛(RPS 2ch. ESF-CCS

1ch.)

캐비닛(RPS 1ch. ESF-CCS

1ch.)

HW SW

개별 보드 펌웨어

25ms 스케줄러 (SCOPS는 50ms)

응용 프로그램

• 스티뮬레이터 • 공정 계측 • 원자로 보호 • 노심 보호 • 공학적 안전설비

제어

7 제4회 원전계측제어 심포지엄(NuPIC 2012)

Mirror SDRAM checker을 통한

데이터 건전성 확인

Watchdog timer를 통한 CPU 동

작 확인

명령어 건전성 확인

응용 프로그램 건전성 확인

Overflow, Underflow, divided

by zero 발생 확인

Stack overflow 발생 확인

서브랙 내 다른 보드들의 건전성

확인

CPU가 각 보드들의 메모리 내 데이터

변화 확인

CPLD

8 제4회 원전계측제어 심포지엄(NuPIC 2012)

Reset watchdog timer

Self-diagnosis Task

Processing

Input Task Processing

Logic Task Processing

Output Task Processing

25 ms Task Processing

Should 50 ms

Task run?50 ms Task Processing

Y

N

Should 100 ms

Task run?100 ms Task Processing

Y

N

Should 2000 ms

Task run?2000 ms Task Processing

Y

N

Timer tick arrived

every 25 ms

Idle

Deterministic Static Scheduling

9 제4회 원전계측제어 심포지엄(NuPIC 2012)

보드 허용 기준 시험 결과

CPB • SCOPS < 30 ms • 자기진단기능

• SCOPS < 15 ms • 자기진단기능 확인

CMB 10 Mbps, BER < 10-9

(512 byte/frame) X (2,442 frame/sec), frame 손실 < 1/244,140 frame

AIB 1 ms/ch., error ≤± 0.1% 0.7 ms/ch., error ≤± 0.1%,

AOB 1 ms/ch., error ≤± 0.1% 0.06 ms/ch., error ≤± 0.1%,

CIB 1 ms/ch. 0.004 ms/ch.

COB 5 ms/ch. 4.8 ms/ch.

10 제4회 원전계측제어 심포지엄(NuPIC 2012)

허용 기준 시험 결과

CPB1이 자신의 서브랙 내 모든 보드의 메모리내 데이터를 취득하는시간 < 50 us < 21 us

AOB1의 8 ch. 데이터를 AIB4로 전송하는 시간 < 2 ms < 0.8 ms

COB1의 16 ch. 데이터를 CIB3로 전송하는 시간 < 7 ms < 5 ms

11 제4회 원전계측제어 심포지엄(NuPIC 2012)

가압기 저압력 원자로 정지 및 주중기격리 신호 발생 응답시간 시험

시험결과 (단위: ms)

시험 대상 허용 기준 시험 결과 (50회 측정)

평균 표준편차 최소 최대

RPS CCM Ch. A 250 94.61 16 67 131

RPS CCM Ch. B 250 113.1 9.534 86.8 137

ESF-CCS LC1 350 220.9 18.26 176 261

ESF-CCS LC2 350 257.4 23 220 291

시험신호 흐름도 RPS 2 ch. & ESF-CCS 1 ch.

12 제4회 원전계측제어 심포지엄(NuPIC 2012)

시험결과 (단위: ms)

시험 대상 허용 기

준 시험 결과 (50회 측정)

평균 표준편차 최소 최대 RPS/SPIS/A2 25 1.03 0.0002 1.03 1.03

BSM/RT 25 2.58 0.0156 1.99 2.74 BSM/ESF 25 1.48 0.0777 1.24 1.73 CCM/RT 25 1.99 0.0600 1.74 2.02 CCM/ESF 25 1.91 0.0008 1.91 1.91

GC1 25 4.41 0.0041 4.41 4.42 LC1 25 3.60 0.0015 3.61 3.61

RPS CCM/RT Ch. A 250 93.48 12.37 68 116 ESF-CCS LC1 Ch. A 350 126.9 12.88 104 150

시험신호 흐름도 RPS 1 ch. & ESF-CCS 1 ch.

가압기 저압력 원자로 정지 및 주중기격리 신호 발생 응답시간 시험

13 제4회 원전계측제어 심포지엄(NuPIC 2012)

개별 보드 신뢰도

RPS 신뢰도

보드 고장률 MTBF

CPB 4.4E-06 26년

CMB 4.9E-06 23년

AIB 6.4E-06 17년

AOB 2.7E-06 41년

CIB 3.6E-06 31년

COB 5.1E-06 22년

SMART 울진5,6

1.88E-06 2.62E-06

단위:ms

개별 모듈(서브랙) 응답시간 측정 불확도

측정결과의 불확도 추정 및 표현을 위한 지침 (KOLAS-G-002:2007) 적용

k=2, 신뢰수준=95%

측정 대상 모듈

허용기준

시험 결과 (50회 측정) 확장

불확도 평균 표준 편차

최소 최대

SPIS 25 1.03 0.0002 1.03 1.03 0.58 BSM 25 2.58 0.0156 1.99 2.74 0.58 CCM 25 1.99 0.0600 1.74 2.02 0.58 GC1 25 4.41 0.0041 4.41 4.42 0.58

LC1 25 3.60 0.0015 3.61 3.61 0.61

14 제4회 원전계측제어 심포지엄(NuPIC 2012)

플랫폼 국내 특허 획득 (등록번호: 1149685, 2012. 5. 17)

SMART 국내 표준설계인가 획득 (2012. 7. 4)

FPGA 독립 검토 수행

EPRI TR 107330을 참조하여 독립 시험 수행

KAERI 내 SMART MMIS 시험설비 구축

SMART 건설 시 적용 위한 개발자 물색

경험

시험설비 및 결과의 불확도 저감

위탁과제 수행자의 과제이행 능력

FOAKE (First of a Kind Engineering) Process 이행

Abundant energy, Clean environment and Healthy life

한국원자력연구원