Kenttäohjelmoitavat porttimatriisit ydinvoimalaitosten turva-automaatiossa

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Valkonen, Janne
dc.contributor.author Lötjönen, Lauri
dc.date.accessioned 2013-08-23T09:29:57Z
dc.date.available 2013-08-23T09:29:57Z
dc.date.issued 2013-06-10
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/10921
dc.description.abstract Kenttäohjelmoitava porttimatriisi (FPGA) -tekniikasta on tulossa yhä yleisempi ydinvoimaloiden instrumentointi- ja säätöjärjestelmissä. Nykyään FPGA-tekniikkaa on alettu käyttää jo kaikkein kriittisimmissäkin turvajärjestelmissä. FPGA on digitaalinen puolijohdetekniikkaan perustuva mikropiiri, jota voi käyttää esimerkiksi korvaamaan mikroprosessoripohjaisia ohjelmistoteknisiä järjestelmiä, joiden kanssa on tällä hetkellä ongelmia muun muassa turvallisuuden ja toimivuuden osoittamisessa. FPGA-sovelluksella pystytään lähes kaikkeen samaan kuin ohjelmistosovelluksella, mutta se on yksinkertaisempi ja täten väitetysti helpompi kelpoistaa eli osoittaa sen toimivuus. FPGA-tekniikalle ei kuitenkaan ole vielä ydinvoima-alalla kansainvälisesti hyväksyttyjä ja yhdenmukaisia ohjeistuksia ja standardeja, jotka ottaisivat kantaa siihen, mitä kaikkea FPGA-pohjaisten sovellusten kelpoistaminen ja lisensiointi vaatii. Tässä diplomityössä esitellään ensin FPGA-tekniikka yleisesti. Esittelyssä käydään muun muassa läpi eri lähteistä yhdistetyt FPGA-sovellusten suunnittelu- ja V&V prosessit. Eräs työn tavoitteista on löytää näihin prosesseihin liittyvät parhaat toimintatavat. Yleisesittelyn jälkeen käydään läpi nykyiset sovellukset, hyödyt ja haitat, sekä muut FPGA-tekniikan käyttöön ydinvoimaloiden turva-automaatiossa liittyvät asiat. Samassa yhteydessä tehdään vertailu FPGA- ja mikroprosessori-tekniikan välillä, jotta voitaisiin tunnustaa FPGA:n edut mikroprosessoriin verrattuna. Lopuksi diplomityössä esitellään case-tutkimus, jossa toteutetaan yksi kuvitteellinen mutta realistinen turva-automaatiojärjestelmä käyttäen kahta FPGA-laitetta. Case-tutkimuksen tarkoituksena on kokeilla eri suunnittelu- ja V&V-menetelmiä, jotka löydettiin kirjallisuudesta, ja saada käytännön kokemusta FPGA-sovellusten suunnittelusta ja V&V:stä. fi
dc.description.abstract The field-programmable gate array (FPGA) technology is becoming increasingly common in the instrumentation and control (I&C) systems of nuclear power plants (NPPs). The technology is now being adopted even in the most safety-critical systems. An FPGA is a digital semiconductor device that can be used as a replacement for the current microprocessor-based software systems with which there are problems e.g. in safety justification. An FPGA application has practically the same capabilities as a software application but is less complex and thus arguably easier to qualify. However, the FPGA is still rather new in the nuclear power industry and thus there are no consistent and harmonised international guidance and standards regarding how to design and license FPGAs for NPP safety automation applications. In this thesis, a general overview of the FPGA technology is first given. The activities in the different phases of the FPGA design and verification and validation (V&V) processes are defined based on processes found in various different sources with the intent to identify best practices for said processes. After the general overview, the current applications, advantages and disadvantages, and other aspects related to FPGAs in NPP safety automation are looked into. A comparison with microprocessor-based systems is also done in order to recognise the perceived benefits of using FPGAs instead of microprocessors. Finally, a case study is presented. In the case study, a fictional but realistic safety automation application is implemented using two FPGA devices. The objectives of the case study are to try out the different design and V&V methods found in the literature, and to get hands-on experience on the FPGA application development and V&V. en
dc.format.extent 99
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Kenttäohjelmoitavat porttimatriisit ydinvoimalaitosten turva-automaatiossa fi
dc.title Field-Programmable Gate Arrays in Nuclear Power Plant Safety Automation en
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.department Department of Automation and Systems Technology en
dc.subject.keyword FPGA en
dc.subject.keyword nuclear power plants en
dc.subject.keyword automation en
dc.subject.keyword safety en
dc.subject.keyword design en
dc.subject.keyword verification en
dc.subject.keyword validation en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201308247641
dc.programme.major Teollisuusautomaation signaalinkäsittely ja säätötekniikka fi
dc.programme.mcode ETA3007 fi
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.contributor.supervisor Zenger, Kai
dc.programme AUT - Automaatio- ja systeemitekniikka fi
dc.location P1 fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account