Hardware-Software Implementation of Basic Principles Simulator of Nuclear Reactor Processes

• Autorzy: Karla T. , Tarnawski J. , Duzinkiewicz K.

Identyfikatory

DOI

10.12736/issn.2300-3022.2016209

Warianty tytułu

PL

Realizacje sprzętowo-programowe symulatorów podstawowych zasad przebiegu procesów reaktora jądrowego

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The paper presents implementation process of basic principle simulators of a nuclear reactor processes. Simulators are based on point-models of processes: kinetics of neutrons, heat generation and exchange, poisoning and burning-up nuclear fuel. Reference simulator was developed in MATLAB/Simulink without taking into account real-time operation. Second simulator was built using the toolbox xPC with hard real-time requirements. Functional decomposition of a nuclear reactor was performed and processes with different time scales were isolated. Simulation of each separated process in Raspberry PI computer with coordination mechanism among them led to a distributed soft real-time simulator. Idea of web-based simulator is also presented. The engine of the web-based simulator can be implemented on the server while the presentation of the state of the simulator and the prescription of parameters can be performed using a web browser. This allows simultaneous access to the simulator using different devices, including mobile as tablets, laptops and mobile phones. Compliance tests of simulators with reference simulator were conducted and the results proved the correctness of implementation. A review of the properties and potential applications of the various versions of developed simulators is presented.

PL

W artykule przedstawiono możliwości i proces budowy symulatorów podstawowych zasad działania procesów reaktora jądrowego. Proces budowy i badania oparte są na modelach punktowych: kinetyki neutronów, procesów generacji i wymiany ciepła oraz procesów zatruwania i wypalania paliwa. Badano możliwości realizacji symulatorów, wykorzystując różne środowiska programowe i platformy sprzętowe. Referencyjny symulator został opracowany w środowisku MATLAB/Simulink bez uwzględnienia wymagań pracy w czasie rzeczywistym. Na jego podstawie zbudowano w środowisku xPC drugi symulator procesów reaktora, pracujący w czasie rzeczywistym przy spełnieniu twardych wymagań czasowych. Następnie dokonano dekompozycji funkcjonalnej reaktora jądrowego i wydzielono procesy o różnych skalach czasowych, a ich symulacje zostały wraz z mechanizmem synchronizacji zaimplementowane w kilku jednostkach Raspberry PI, uzyskując rozproszoną wersję symulatora. Przeprowadzono weryfikację poprawności działania symulatorów oraz opracowano interfejsy użytkownika i instrukcje obsługi. W artykule jest również rozpatrywany sieciowy symulator obsługiwany z poziomu przeglądarki internetowej. Dokonano porównania funkcjonalności, ograniczeń i potencjalnych zastosowań poszczególnych symulatorów.

Słowa kluczowe

EN

modeling; symulation; nuclear reactor; real-time requirements; education; training

PL

symulator; reaktor jądrowy; kształcenie; praca w czasie rzeczywistym

• Wydawca: ENERGA SA
• Czasopismo: Acta Energetica
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 2
• Strony: 107--112
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Karla T.

• Gdańsk University of Technology

autor

Tarnawski J.

• Gdańsk University of Technology

autor

Duzinkiewicz K.

• Gdańsk University of Technology

Bibliografia

• 1. Baum G. i in., Modele symulacyjne procesów zachodzących w podstawowych urządzeniach obiegu pierwotnego w warunkach normalnej eksploatacji i niedużych zakłóceń (SYMREP), Instytut Elektroenergetyki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, 1989
• 2. Karla T., Tarnawski J. Duzinkiewicz K., Symulator czasu rzeczywistego procesów reaktora jądrowego [w:] Aktualne problemy automatyki i robotyki, red. Malinowski K., Józefczyk J., Świątka J., Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, 2014, s. 558–569
• 3. Duzinkiewicz K., Cimiński A., Michalczyk Ł., Symulator szybkich procesów dynamiki reaktora jądrowego wodnego ciśnieniowego, Pomiary ∙ Automatyka ∙ Robotyka PAR 2013, nr 9, s. 97–101
• 4. Puchalski B. i in., Programowo-sprzętowa platforma symulacyjna – Hardware In the Loop – zaawansowanego układu sterowania poziomem wody w pionowej wytwornicy pary elektrowni jądrowej, [w:] Aktualne problemy automatyki i robotyki, red. Malinowski K., Józefczyk J., Świątka J., Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, 2014, s. 570–580
• 5. Oka Y., Suzuki K., Nuclear Reactor Kinetics and Plant Control, Springer 2013
• 6. Hetrick D.L., Dynamics of Nuclear Reactors, The University of Chicago Press, Chicago and London, 1971
• 7. Sterling L., Taveter K., The Art of AgentOriented Modeling, The MIT Press, 2009
• 8. Seok H. i in., Development of software for the microsimulator for the KO-RI nuclear power plant unit 2, Nuclear Technology 1994, nr 106 (3), s. 384–396
• 9. Kluge A. i in., Designing training for process control simulators: a review of empirical findings and current practices, Theoretical Issues in Ergonomics Science 2009, nr 10 (6), s. 489–509
• 10. Thermal power plant simulation and control, Flynn D. (red.), Power and Energy Series 2003, No. 43
• 11. Raspberry PI Website [online], http://www.raspberrypi.org [dostęp: 30.10.2014].