Kenttäohjelmoitavat porttimatriisit ydinvoimalaitosten turva-automaatiossa

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorValkonen, Janne
dc.contributor.authorLötjönen, Lauri
dc.contributor.departmentDepartment of Automation and Systems Technologyen
dc.contributor.schoolSähkötekniikan korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorZenger, Kai
dc.date.accessioned2013-08-23T09:29:57Z
dc.date.available2013-08-23T09:29:57Z
dc.date.issued2013-06-10
dc.description.abstractKenttäohjelmoitava 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.abstractThe 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.extent99
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/10921
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-201308247641
dc.language.isoenen
dc.locationP1fi
dc.programmeAUT - Automaatio- ja systeemitekniikkafi
dc.programme.majorTeollisuusautomaation signaalinkäsittely ja säätötekniikkafi
dc.programme.mcodeETA3007fi
dc.rights.accesslevelopenAccess
dc.subject.keywordFPGAen
dc.subject.keywordnuclear power plantsen
dc.subject.keywordautomationen
dc.subject.keywordsafetyen
dc.subject.keyworddesignen
dc.subject.keywordverificationen
dc.subject.keywordvalidationen
dc.titleKenttäohjelmoitavat porttimatriisit ydinvoimalaitosten turva-automaatiossafi
dc.titleField-Programmable Gate Arrays in Nuclear Power Plant Safety Automationen
dc.typeG2 Pro gradu, diplomityöen
dc.type.okmG2 Pro gradu, diplomityö
dc.type.ontasotDiplomityöfi
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.publicationmasterThesis
local.aalto.digifolderAalto_91672
local.aalto.idinssi48044
local.aalto.openaccessyes
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
master_Lötjönen_Lauri_2013.pdf
Size:
2.25 MB
Format:
Adobe Portable Document Format