Ohjelmoitavien logiikoiden mallintaminen koulutussimulaattoriympäristössä
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2023-01-23
Department
Major/Subject
Control, Robotics and Autonomous Systems
Mcode
ELEC3025
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
fi
Pages
55+1
Series
Abstract
Opinnäytetyön tarkoitus on selvittää ohjelmoitavien logiikoiden toteuttamista Olkiluodon ydinvoimalaitoksen OL1- ja OL2-laitosyksiköiden koulutussimulaattorille. Koulutussimulaattorilla koulutetaan laitosyksiköiden operaattoreita. Ydinvoimalaitokselle asennetaan lisää ohjelmoitavia logiikoita laitosmuutostöiden yhteydessä. Laitosmuutostyöt ja siten ohjelmoitavat logiikat on toteutettava koulutussimulaattorille koulutustarpeiden ja viranomaisvaatimusten takia. Opinnäytetyössä selvitetään ohjelmoitavien logiikoiden ja koulutussimulaattorin simulaattoritoteutuksen kannalta merkittävät ominaisuudet. Niiden pohjalta pohditaan, kuinka ohjelmoitavat logiikat kannattaa toteuttaa koulutussimulaattorille. Työ on tehty Teollisuuden Voima Oyj:lle eli TVO:lle. Aineisto selvitystyöhön on kerätty alan kirjallisuudesta, aiheeseen liittyvistä standardeista, manuaaleista, TVO:n sisäisistä dokumenteista sekä suoraan muilta alan toimijoilta. Koulutussimulaattorista, ohjelmoitavista logiikoista ja toimintaympäristöstä on ensin eritelty toteutuksen kannalta merkittävät ominaisuudet, minkä jälkeen on käsitelty järjestelmien väliset ristiriidat. Työ on tehty erityisesti manuaalisen mallinnuksen, mallien generoinnin sekä emuloinnin näkökulmasta. Eri tapoja on vertailtu SWOT-analyysillä. Selvitystyön lisäksi osana työtä on toteutettu ohjelmoitava logiikka koulutussimulaattorille manuaalisesti mallintamalla. Erityistä painoarvoa selvityksen perusteella saa IEC 61131 standardi ja ANSI 3.5 standardi, koulutussimulaattorin simulaatiosuoritusympäristön rajoitteet sekä koulutussimulaattorin vaatimukset. IEC 61131-3 standardi määrittelee ohjelmoitavien logiikoiden ohjelmointikielet ja ohjelmistorakenteet. ANSI 3.5 esittää vaatimukset koulutussimulaattorin erikoisominaisuuksista: lähtötilanteista, vikatoiminnoista ja simulaatioajan hallinnasta. Simulaatiosuoritusympäristö ei tue rakenteisia tietotyyppejä tai olio-ohjelmointia. Nämä kaikki ovat esimerkkejä huomioon otettavista seikoista toteutusta suunnitellessa. Kaikki kolme toteutustapaa ovat käyttökelpoisia. Manuaalinen mallinnus on paras laitteissa, joissa on yksinkertainen käyttäjäohjelma, ohjelmointivirheiden ja testaamistarpeen vuoksi. Jos tarvitaan stimuloitua käyttöliittymää, emulointi on ainoa vaihtoehto. Emuloinnissa haasteena on, miten saada erikoisominaisuudet toteuttava ohjelmisto. Generointia ja manuaalista toteutusta yhdistää kyky räätälöidä koodia ja tutun simulaatiosuoritusympäristön käyttö. Emulointi ja generointi välttävät manuaalisen ohjelmoinnin, mutta niiden käyttö riippuu saatavilla olevista ohjelmistoista, joita on kuitenkin markkinoilla. Opinnäytetyön osana tehty käytännön toteutus toimii mallina tulevaisuuden toteutuksille Olkiluodon koulutussimulaattorilla, ja selvitystä voidaan käyttää apuna toteutusten suunnittelussa. Jatkotutkimusta voidaan tehdä monimutkaisemmilla käytännön toteutuksilla.This thesis is made as an investigation on implementation of programmable logic controllers (PLC) for the training simulator of Olkiluoto nuclear powerplant OL1 and OL2 units. The training simulator is used for training of the operators working in the control room. As various systems are updated more PLCs are installed in the nuclear powerplant. These PLCs must also be implemented on the training simulator as authorities require parity between the training simulator and the actual plant. The thesis investigates the significant features of PLC and the training simulator and then considers how to fit them together. The thesis is made for TVO. Materials for the investigation have been collected from industry literature, related standards, manuals, TVO's internal documents and directly from various industry players. From the training simulator, the programmable logic controllers and the operating environment, the significant features for the implementation are first specified and then the two systems are fit together. The thesis is done from the point of view of manual modeling, model generation and emulation. The different methods have been compared using SWOT analysis. In addition to the investigation, a programmable logic controller has been implemented for the training simulator using manual modeling as part of the thesis. Based on the investigation, the IEC 61131 standard, the ANSI 3.5 standard, the limitations of the training simulator's simulation performance environment, and the training simulator's requirements are especially important. The IEC 61131-3 standard defines programming languages and software structures for programmable logic controllers. ANSI 3.5 presents the requirements for the special features of the training simulator: initial states, fault functions and simulation time management. The simulation execution environment does not support structured data types or objectoriented programming. These are examples of the things that need to be considered when planning the implementation. The three methods to implement PLC are all usable. Manual modeling is best for devices with a simple user program due to the risk of programming errors and the need for testing. If a stimulated user interface is required, emulation is the only option. In emulation, the challenge is to get emulation software that implements special features required in the ANSI 3.5 standard. Both code generation and manual implementation have the advantage of customizable code and the use familiar simulation execution environment. Emulation and generation avoid manual programming but depend on the availability of software on the market. The implementation of PLC using manual modeling made as part of the thesis serves as a model for future implementations with Olkiluoto's training simulator. The investigation can be used as an aid in the planning of future PLC implementations. Further research can be done by modelling more complex PLC systems.Description
Supervisor
Sierla, SeppoThesis advisor
Stenholm, JukkaTuominen, Lauri
Keywords
PLC, ohjelmoitava logiikka, koulutussimulaattori, ydinvoima, TVO