دور نظم الأجهزة الرقمية والتحكم في المستنبطات الحديثة

أولاً - الدور الحاسم للجنة في مفاعلات المياه الحديثة

وقد كان مفاعلات المياه الغليان من الدعائم الرئيسية لتوليد الطاقة النووية التجارية منذ الستينات، وفي هذه المفاعلات، يسمح بتخزين المياه من خلال القاع، وإنتاج البخار الذي يدفع مباشرة إلى أجهزة التربين - الجيل، حيث أن أجهزة القياس والتحكم الحديثة (IitalC) توفر أعلى نظم الرصد والتشغيل الآلي اللازمة لتشغيل هذه النباتات بطريقة آمنة.

(ب) عمليات إعادة تصميم متطورة مثل مفاعل الماء المتطور وجهاز معالجة المياه المبسطة اقتصادياً، مصممة بتقنية رقمية كاملة، وأجهزة التحكم الرقمية الموزعة، حتى المصانع القديمة للتراكم البيولوجي، تقوم بمشاريع تحديث رقمية ضخمة لتحل محل معدات قياسية حديثة ذات مزايا منطقية قابلة للبرمجة، ونظم مراقبة رقمية

بنية النظم الرقمية IC Systems in BWRs

ويشتمل هيكل نظام IC الرقمي المحولة في نظام حديث BWR على درجات ثابتة، ويفصل بين وظائف السلامة - الحرجة وغير الآمنة، ويحافظ في الوقت نفسه على عزلة قوية، وعلى أقل مستوى، فإن أجهزة الاستشعار التي تقيس درجة الحرارة (أجهزة الكشف عن درجات الحرارة والرموز الحرارية)، والضغط (أجهزة الترميز) والتدفقات الجديدة (أجهزة الكشف عن الأرقام الأساسية والخلفية)، ومستوى المياه (الأرقام القياسية للتدفقات الموجية)

(أ) نظام تبادل رقمي منفصل يستخدم في نظام حماية المفاعلات، وتصوير السلامة المتحركة، ونظام مراقبة النباتات (PCS) نظام مكرس وموثوق بدرجة عالية يستخدم منطقاً رقمياً مبسطاً (ويُثبت في كثير من الأحيان وجود منبر أمان مُوحّد مثل جهاز ويستنغهاوس المشترك، ونظام الإنذار المبكر المُعدّد XS، أو نظام الحماية الرقمية التقليدي لـ (جي-هيتاتشي).

كما تستخدم النظم الرقمية للشبكة في المراكز الحديثة للإنشاء والتعمير نظاماً احتياطياً واسعاً وتنوعاً للوفاء بمعايير التخلف الواحد، فعلى سبيل المثال، توجد لدى المكتب ثلاث شعب زائدة عن الحاجة لنظم الأمان التابعة له، وكلها ذات إمداد مستقل بالطاقة، ووصلات اتصال، ومجهزات منطقية، ويكفل هذا الهيكل عدم وجود أي فشل في عنصر واحد من شأنه أن يهزم وظيفة السلامة، ويوفّر التنوع باستخدام تكنولوجيات أو برمجيات احتياطية مختلفة في الشُعب الاحتياطية لحماية البرامجيات المشتركة.

المهام الرئيسية للشركة الرقمية في عمليات إعادة التأهيل

وتؤدي النظم الرقمية للمراكز المتعددة المهام الحاسمة التي تؤثر مباشرة على سلامة وموثوقية وكفاءة مركز بحوث البيئة، وتتجاوز هذه المهام بكثير الرصد البسيط والرقابة اليدوية.

رصد الوقت الحقيقي واحتياز البيانات

ويعد جمع البيانات المستمر عند أخذ العينات من ثانيات المليمترات سمة مميزة للرقم القياسي للرقم القياسي للمركبات، إذ يتم مسح آلاف متغيرات العمليات والتحقق منها ورسمها الزمني، ولا تستخدم هذه البيانات فقط لعرض المشغلين المباشرين بل أيضا لتحليل الاتجاهات، واستعراض ما بعد الحوادث، وتقييم صحة النباتات في الأجل الطويل.

وفي عمليات إعادة البناء الحديثة، تقدم الرصد النيوترونات من غرف وحيدة داخل الشقوط الأساسية إلى مقاييس حرارة متعددة غاما وجمعيات ثابتة للكشف في إطار أساسي توفر خرائط لتدفقات ثلاثية الأبعاد، ويحسب نظام التجهيز الرقمي الهوامش الحرارية (مثل الحد الأدنى من نسبة الطاقة الحرجة، ومعدل القدرة على العمل في مجال الرصد المتعدد الأطراف) في الوقت الحقيقي، مما يتيح للمشغلين العمل على نحو أوثق مع حدود الأمان.

الرقابة الآلية على نظم قدرة المفاعل وعملية

:: نظم الرقابة الرقمية تُؤهل تنظيم قدرة المفاعلات من خلال التحكم في مواقع القاعدي وإعادة ضبط تدفق الرؤوس، وفي عمليات إعادة البناء، تتحقق تغييرات في الطاقة إما بتعديل سرعة مضخة الاستعادة (التي تغير التدفق الأساسي وبالتالي الكسر الباطل) أو عن طريق نقل قضبان التحكم.

• Recirculation flow control:] Adjusting pump speed motor-generator sets or changing frequency drives to maintain desired core flow, which in turn affects steam bubble fraction and reactivity.
• Feedwater control:] Maintaining reactor water level within tight tolerances during all operating modes, using three-element control (steam flow, feedwater flow, and drum level) with feedforward and feedback algorithms.
• Pressure regulation:] Controlling turbine control valves and bypass valves to maintain reactor vessel pressure steady.
• Automatic load follow:] Some advanced BWRs can automatically adjust power output in response to grid demand, using digital controllers that coordinate recirculation flow and rod patterns.

كما أن النظم الرقمية تسلسل بدء التشغيل الآلي، مما يقلل من عبء العمل على المشغل، ومن خطر وقوع أخطاء إجرائية، مثلا، يمكن لنظام مراقبة القضبان الرقمية أن يرفع قضبانا في الأنماط المحددة مسبقا، مع رصد توزيع الطاقة والحدود الحرارية، ويتوقف تلقائيا إذا تجاوز أي مبارومتر عتبة ما قبل بدء التشغيل.

نظم السلامة والاستجابة في حالات الطوارئ

ونظام حماية المفاعلات في نظام حديث للزراعة البيولوجية رقمي تماماً، وهو يرصد باستمرار المتغيرات الرئيسية (التدفقات النيوترونات، وضغط المفاعل، ومستوى المياه، وظروف الاحتواء) ويولد مفاعلاً (الإضافة السريعة لجميع قضبان التحكم) إذا استوفيت أي ظروف ثلاثية، وتستخدم نظم الضبط الرقمي للتحكم في المقاييس هياكل الطاردة الرباعية التي تكفل توافراً كبيراً للصوت.

وتتم تدقيق نماذج السلامة المهندسة، مثل نظام التبريد الأساسي في حالات الطوارئ، ونظام الرش بالحاويات، ونظام المراقبة السائلة الاحتياطية، تلقائياً بمنطق رقمي عند اكتشاف ظروف الحوادث، ويوفر التطويع الرقمي للإطار الاجتماعي الأوروبي استهلالاً أكثر انتقائية وتسلسلاً من نظم الشعار القديمة، مما يتيح استجابات مفصَّلة تقلل من الصدمة الحرارية والمعدات غير الضرورية.

كما تدعم النظم الرقمية رصد الحوادث والمبادئ التوجيهية لإدارة الحوادث بعد وقوعها، ويمكن للصكوك أن تظل عاملة في ظل ظروف قاسية (درجة الحرارة العالية، الرطوبة، الإشعاع)، وتوفر العروض الرقمية للمشغلين ملخصات واضحة عن الوضع بالنسبة لبارامترات النباتات والمعدات المتاحة، وخطوات الإجراءات.

تحليل البيانات المتقدمة والصيانة الافتراضية

ومن أكثر القدرات تحولاً في مجال تكنولوجيا المعلومات الرقمية القدرة على تطبيق الخوارزميات والمحللين على البيانات التشغيلية، ويصبح الصيانة القائمة على التكييف مجدياً: إذ يمكن للنظم الرقمية أن تكتشف التغيرات في تذبذب المعدات، ودرجة الحرارة، والتوقيعات على السيارات، وضبط أداء الصمامات للتنبؤ بالفشل قبل حدوثها، مما يسمح للمرافق بالانتقال من الصيانة الوقائية القائمة على الزمن إلى برامج تنبؤية أكثر فعالية من حيث التكلفة.

فعلى سبيل المثال، تقوم أجهزة التشخيص الرقمية في مضخات إعادة التطهير برصد التوقيعات على الملاحية، ويمكن للأجهزة الكشف عن النيوترونات الأساسية أن تكتشف أوجه عدم استقرار التدفق المحلي، ويمكن فحص أجهزة الاستشعار من مستوى المفاعلات من حيث التصلب من أجل معايرة المياه، مما يقلل من معدلات التجاوز القسري ويمدد الفترة الفاصلة بين فترات الصيانة الرئيسية.

وبالإضافة إلى ذلك، تستخدم برامجيات تحسين الأداء نماذج الفيزياء للمفاعلات لحساب أنماط التحكم الأمثل والتدفقات الأساسية من أجل الحد الأقصى من استخدام الوقود وإنتاج الطاقة.() ويمكن أن تنفذ النظم الرقمية لشبكة الحواسيب المركزية هذه التوصيات تلقائيا من خلال نظام مراقبة النباتات، مما يوفر منافع اقتصادية.

مزايا التعليم الرقمي IC في BWRs

ويجلب الانتقال من مُسجِّل إلى مُجمَّع البيانات الرقمية فوائد قابلة للقياس تعزز السلامة والأداء التشغيلي، وفي حين أن العامل الرئيسي للتحديث الرقمي غالباً ما يكون هو البُعد الذي يُعَدُّ من المكونات القديمة للناظر، فإن القدرات الناتجة عن ذلك تتجاوز بكثير الإحلال.

تعزيز السلامة من خلال الاستجابة السريعة والقابلية للثقة

ويمكن أن تجهز النظم الرقمية البيانات وتنفذ أوامر منطقية ذات حجم أسرع من عمليات التكرير أو أجهزة التحكم، وفي سيناريو الحوادث التي تُتخذ في إطار التصميم، تقلل نظم الحماية الرقمية الوقت بين قراءة أجهزة الاستشعار وفحص معدات السلامة بواسطة الألف ثانية، مما يمكن أن يكون ذا أهمية بالنسبة إلى هوامش درجات الحرارة المتذبة، وعلاوة على ذلك، يمكن للنظم الرقمية أن تؤدي روتينات الاختبار الذاتي والتشخيص التي تكشف عن تدهور الأوضاع (أي إضافة إلى وجود طبقة من البرمجيات).

الكفاءة التشغيلية ومصانع القدرات

فالتحكم الآلي يقلل من درجة الإرهاق والخطأ في المشغل، لا سيما أثناء التطورات المعقدة مثل بدء التشغيل، والتوقف، والمناورات الكهربائية، وتسمح النظم الرقمية بتشغيل المصانع في مستويات أعلى من الطاقة، لأن الهوامش الحرارية يمكن رصدها بدقة أكبر، وبالنسبة للمراكز التجارية التي تقوم بمتابعة الحمولة، فإن المراقبة الرقمية المنسقة تحسن الاستجابة دون أن تتطلب إجراء تعديلات يدوية على السجلات كل بضع دقائق، ونتيجة لذلك، حققت عوامل قدرة أعلى من 95 في المائة في العالم.

تحسين دقة البيانات وصنع القرار

وتوفر أجهزة الاستشعار الرقمية نواتج رقمية مباشرة (مثلاً HART، أو المؤسسة فيلدبوس، أو البروتوكولات اللاسلكية) تقضي على فقدان وضجيج إرسال الإشارات الناظرية، ويتيح تعدد الإشارات نقل العديد من الإشارات على زوج واحد من الألياف، ويخفض وزن الكابلات ويحسن سلامة الإشارة، ويتاح للمشغلين الحصول على بيانات متسقة ومعايرة عن العروض الغرافية الكبيرة مع زيادة حجم الحركة.

القدرة على التنبؤ بالتكاليف وخفضها

فالالصيانة الافتراضية القائمة على البيانات الرقمية تقلل من عمليات التفتيش غير الضرورية وتمتد فترات الفترات الفاصلة بين المخارج الرئيسية، مثلا، يمكن أن يظهر الرصد الرقمي لصمامات نظام الاكتئاب التلقائي إذا كانت فترات ضرب الصمامات آخذة في الازدياد، مما يدل على حدوث فشل وشيك، مما يتيح الاستبدال خلال فترة انقطاع مقررة بدلا من فترة توقف طارئة، وكثيرا ما تبرر الوفورات الاقتصادية الناجمة عن تجنب الخروج القسري الواحد التكلفة الكاملة لمشروع تطوير الرقمي للشبكة الدولية للكيمياء.

وعلاوة على ذلك، فإن قطع الغيار الرقمية أسهل من تخزين وإدارة لوحات التناظر الفريدة، إذ أن المعدات القابلة للتداول بالبرمجيات تعني نموذجا واحدا من نماذج لجنة القانون الدولي يمكن أن يخدم العديد من المهام المختلفة، مما يقلل من تعقيد المخزون.

التحديات والمخاطر في التنفيذ الرقمي

وعلى الرغم من المزايا الجبارة، فإن تنفيذ المعايير الرقمية في مجال إعادة التأهيل - سواء كتصميم نباتي جديد أو كقاعدة خلفية للوحدة القائمة - يمثل تحديات كبيرة يجب إدارتها بعناية.

التهديدات الأمنية السيبرانية

إنّها تُحدثُ نقاطَ ضعفٍ، كما أنّ نظامَ مراقبة رقميّ يتواصل مع شبكات الشركات أو الإنترنت يمكن أن يُهاجمَ عن بعد، وقد شهدت الصناعة النووية وجودَ عناصر فاعلةٍ مُضللةٍ تُسجّلُ النظم الرقمية في مفاعلاتِ البحث، وحتى في سلاسل الإمداد بأجهزة الأمان، وتتطلّب أجهزة الإنذار المُحدّدة استراتيجيات أمنية إلكترونية معمّة، بما في ذلك وضع جدران مُ صلبة، وثّة، وثُ الثغراتُّةٌ في الهواء

مؤهلات البرامجيات والتحقق منها

ويجب التحقق من النظم الرقمية الحساسة للسلامة والتحقق منها على أعلى مستويات النزاهة، وفي الولايات المتحدة، تستخدم المبادئ التوجيهية للسجلات الرقمية الخاصة برقم 7-14 ورقم 1012، وتشمل هذه العملية وثائق واسعة النطاق، وإمكانية تتبع، والتحقق المستقل من كل وظيفة، كما أن الفشل في استخدام البرامجيات المشتركة يشكل شاغلا مستمرا؛ وقد يؤدي وجود حشرة متأخرة في جميع القنوات الزائدة عن الحاجة إلى هزيمة السلامة.

إدارة البراءات

ومن المفارقات أن النظم الرقمية تخضع هي نفسها للتقادم في دورة أسرع بكثير من المعدات المشابهة التي تحل محلها، ويمكن وقف منصة PLC بعد 10 سنوات، في حين أن للمصنع النووي حياة تشغيلية مرخص بها مدتها 60 سنة فما فوق، ويجب أن تخطط المرافق لدورات تجديد التكنولوجيا وأن تحافظ على استراتيجيات إدارة دورة الحياة، بما في ذلك في كثير من الأحيان اتفاقات التوريد الطويلة الأجل مع البائعين أو ترتيبات الضمان الخاصة بمدونة المصدر.

تدريب العاملين في مجال العوامل الإنسانية

ويتغير التحول من لوحات الأشعة المقطعية إلى أجهزة التزود بالأجهزة الرقمية في كيفية تفاعل المشغلين مع المصنع، وقد يكافح المشغل الذي يعتاد على رؤية قراءات المؤشرات المباشرة من خلال صفحات عرض متعددة لإيجاد نفس المعلومات، ويمكن أن تولد نظم إدارة الأسلحة في المصانع الرقمية مئات من الإنذارات أثناء عملية نقل، وربما يكون من المتطرفين، كما أن التدريب الفعال على الملاحة والاستجابة للإنذارات أمر أساسي.

وعلاوة على ذلك، يمكن للنظم الرقمية أن تخفي التعقيد، وقد لا يكون لدى المشغل نفس الشعور غير المناسب بشأن كيفية تنظيم صمام التحكم الرقمي كما لو كان ذلك في إطار حلقة مدوّنة مباشرة.

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

ولا تزال المشهد الرقمي IC للمناظر البيولوجية آخذ في التطور، مدفوعاً بتقدم في الحوسبة والاتصالات والاستخبارات الاصطناعية، وهناك اتجاهات عديدة ترسم الجيل القادم من نظم مراقبة المفاعلات.

الاستخبارات الفنية والتعلم الآتي

(أ) أن نماذج التعلم الآلي التي تم تدريبها على مدى عقود من البيانات التشغيلية يمكن أن تكشف أنماطاً فرعية من حيث الفشل في الوقود أو حرق المبادلات الحرارية أو التحكم في الصمامات، وقد اقتُرحت إعادة تعزيز استراتيجيات التحكم في الحمولة في الوقت الحقيقي، مع مراعاة القيود على السلامة.

التوائم الرقمية

(أ) التوائم الرقمية هي محاكاة عالية التوقيت للمصنع الفعلي تعكس تشغيله باستخدام بيانات من نظام IC الرقمي ويمكن استخدام التوأم في تدريب المشغلين، والمحللين التنبؤيين، والتنبؤ بنتيجة إجراءات الصيانة قبل أن يتم ذلك، وفي BWRs، يقدم التوأم الرقمي من المفاعل الأساسي مقترناً بالتغيرات الرقمية في نظام التحكم بالزوارق الحرارية.

أجهزة الاستشعار اللاسلكية والارتقاء المتقدم

ويجري إدخال تكنولوجيات لاسلكية (مثل IEEEE 802.15.4، و WirelessHART، وأجهزة الترميز الخلوية) لأغراض غير السلامة، والبارامترات البسيطة مثل إشارة الصمامات، ورصد الإشعاع في المناطق، وفحص المعدات الدوارة، وهي تقلل تكاليف التركيب وتتيح الرصد في المواقع التي يصعب فيها الاتصال، مثل داخل سفينة الاحتواء أثناء الصيانة، غير أن موثوقية الشبكات اللاسلكية وأمنها السيبراني مستمرة.

أوجه التقدم البشرية - الملاحية

وقد تتضمن غرف التحكم في المستقبل للبيوتادايين السداسيين زيادة في الواقع، مما يُضاف إلى أن المعلومات التشخيصية للمشروع تُستخدم في المعدات المادية، أو في بيئات الواقع الافتراضي للتوقف عن العمل عن بعد، كما أن الحواسيب الخالية من الأيدي يمكن أن توفر إجراءات وقوائم مرجعية مباشرة لمجال نظر المشغلين، وهذه التكنولوجيات، مقترنة بشاشات لمس واسعة النطاق وتفاعلات لغوية طبيعية، تهدف إلى تحسين الوعي بالحالة السائدة وتقليص الأخطاء المعرفية.

الاستنتاج: رقمي IC بوصفه مؤسسة أحدث عملية BWR

وقد تجاوزت نظم الأجهزة الرقمية والتحكم في المواد الخليعة استبدال معدات الأشعة؛ وهي الآن النظام العصبي المركزي للأجهزة الحديثة ذات الصلة، ومن أجهزة الكشف عن النيوترونات في قاعات المراقبة الرئيسية HMIs، تتيح التكنولوجيا الرقمية مستويات الدقة والسرعة والقدرة التحليلية التي لم تكن متوقعة منذ ثلاثة عقود، كما أن الفوائد في السلامة والكفاءة التشغيلية والأداء الاقتصادي واضحة، كما يتبين من عوامل القدرة الرقمية على إعادة التحلل في جميع أنحاء العالم(و).

ومع ذلك، فإن الطريق إلى التكنولوجيا الرقمية ليس بدون عقبات، إذ إن الأمن السيبرى، ومؤهلات البرامجيات، والطاعون، والعوامل الإنسانية تتطلب اهتماماً صارماً من مشغلي المنشآت والبائعين والمنظمين، والمستقبل سيجلب أدوات أكثر قوة - أي إيه، وتوائم رقميين، ومرتفعات في مستوى الهرم، ولكن اعتمادها يجب أن يُعتد به من خلال التثبت الدقيق والالتزام الثابت بثقافة للسلامة النووية.

لمزيد من القراءة على الأجهزة الرقمية والتحكم في النباتات النووية، انظر صفحة الوكالة على الشبكة العالمية بشأن الأجهزة النووية ومراقبتها و ]