Sistem de comandă automată pentru un subsistem dintr -o centrală [604055]

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 313, sector 6

PROIECT DE DIPLOMĂ

Sistem de comandă automată pentru un subsistem dintr -o centrală
nucleară

Autor: Ioan-Alexandru ȘTEFAN

Cadru didactic îndrumător: Ș.l. dr. ing. Nicoleta ARGHIRA

București
iulie 2018

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

1

Proiect de diplomă

Sistem de comandă automată pentru un subsistem
dintr -o centrală nucleară

prezentat la

Universitatea POLITEHNICA din București
Facultate de Energetică

pentru obținerea titlului de
inginer

Specializarea : Științe Inginerești Aplicate

de către
Ioan -Alexandru ȘTEFAN
(absolvent: [anonimizat])

sub îndrumarea
Ș.l. dr. ing. Nicoleta ARGHIRA

Susținut la data de 4 iulie 2018 , în fața comisiei de examinare

Conf. dr. ing. Radu PORUMB Președinte
Prof. dr. ing. Constantin BULAC Membru
Prof. dr. ing. Virgil DUMBRAVĂ Membru
Prof. dr. ing. Ion TRIȘTIU Membru
Conf. dr. ing. George Cristian LĂZĂROIU Membru
Ș.l. dr. ing. Nicoleta ARGHIRA Membru
Ș.l. dr. ing. Alexandru MANDIȘ Secretar

Această lucrare a fost pregătită în cadrul Facultății de Energetică a UPB

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

2

INTRODUCERE 4
1. ANALIZA PROCESULUI TEHNOLOGIC: CENTRALA
NUCLEARĂ 4
1.1. Fisiunea nucleară 4
1.2. Conceptul CANDU 600 -PHWR 5
1.3. Circuitul de combustibil în centrala CANDU 7
1.4. Sistemul de manipulare combustibil 9
1.5. Sistemul moderator 10
1.6. Ansamblul Calandria și mecanismele de con trol al reactivității 11
1.7. Sistemul de transport al căldurii 13
2. AUTOMATE PROGRAMABILE 14
2.1. Definiție 14
2.2. Avantaje 14
2.3. Dezavantaje 16
2.4. Structura și funcționalitatea automatelor programabile 16
2.5. Limbaje de programare 18
2.5.1. Limbajul Function Block Diagram 18
2.5.2. Limbajul Functional Sequential Diagram 19
2.5.3. Limbajul Ladder Diagram 21
2.5.4. Limbajul Statement List 22

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

3

2.5.5. Limbajul Structured Text 23
3. AUTOMATICA DE SISTEM DINTR -O CENTRALĂ
NUCLEARĂ 24
3.1. Sisteme de control distribuit 24
3.2. Sistemele de reglare și comandă autom ată ale CNE 25
4. PROIECTAREA ȘI SIMULAREA UNUI SISTEM DE
COMANDĂ 28
4.1. Studiu de caz 28
4.1.1. Ansamblul Canal Combustibil 28
4.1.2. Operațiunea de încărcare -descărcare combustibil 30
4.1.3. Cerințe și restricții pentru subsistemul MID 31
4.2. Simularea procesului de încărcare -descărcare combustibil
nuclear 32
4.3. Proiectarea schemei electrice de comandă 34
4.4. Implementarea și testarea subsistemului de comandă propus 35
4.4.1. Implementarea și testarea în FluidSIM Pneumatics 35
4.4.2. Implementarea și testarea pe standul experimental 36
CONCLU ZII 40
BIBLIOGRAFIE 41

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

4

INTRODUCERE

Energia nucleară , un tip de energie relativ nou, este produsă în urma reacțiilor nucleare
ce au loc într -un reactor nuclear. Această energie este la ora actuală una dintre cele mai
economice și curate tipuri de ener gie de pe piață, dar prezintă în același timp și o serie de
pericole. În urma proceselor nucleare efectuate într -o centrală nucleară, din combustibilii utilizați
se produce o cantitate foarte mare de căldură dar în același timp rezultă și radiații nucleare ,
combustibilul conținând dupa utilizare o serie de produse radioactive. Acea cantitate de căldură,
dacă nu este ținută sub control, poate duce la o serie de defecte în combustibil, la defectarea
componentelor reactorului și, ulterior, la eliberarea de pro duse radioactive în atmosferă.
Pericolele ce pot apărea într -o centrală nucleară sunt îndepărtate sau ținute sub control de
o serie de sisteme și subsisteme de instalații automatizate.
În această lucrare va fi prezentat un sistem de comandă automată a l unui astfel de
subsistem, și anume subsistemul de încărcare și descărcare a combustibilului în și din
reactorul nuclear.

CAPITOLUL 1. ANALIZA PROCESULUI TEHNOLOGIC:
CENTRALA NUCLEARĂ

1.1. Fisiunea Nucleară

Fisiunea nucleară este procesul de rupere a unor atomi grei (cel mai folosit este Uraniu )
în atomi mai mici, reacție însoțită de o mare cantitate de energie sub formă de căldură, care poate
fi utilizată pentru încălzirea apei, producerea aburului și în final la producția de energie electrică.
Procesul de fisiune are nevoie de:
– Combustibil nuclear, cum ar fi U -235;
– Un agent moderator pentru a încetini neutronii rapizi ai combustibilului;
– Un agent de răcire pentru a înlătura căldura;
– Un sistem de control pentru a controla numărul de neutroni;
– Un sistem de protecție pentru a proteja echipamentele și operatorii împotriva
radiației;
– Un sistem ce pune laolaltă toate sistemele menționate anterior pentru a realiza un
ansamblu funcțional.
Când atomii de U -235 sunt bombardați cu neutroni, nucleele acestora se divid în două
fragmente de dimensiuni aproximativ egale, eliberând în același timp doi sau trei neutroni și o

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

5

anumită cantitate de căldură. Acești neutroni divid în continuare alți atomi de U -235, eliberând la
rândul lor mai mulți neutroni și mai multă energie, procesul continuând în acest fel până la
epuizarea combustibilului nuclear. În final rezultă o cantitate foarte mare de energie (sub formă
de căldură) obținută prin folosirea unei cantități foarte reduse de uraniu.
Reacția nucleară în lanț se produce în mod co ntrolat în interiorul unui reactor nuclear .
Căldura degajată prin procesul de fisiune este preluată de apa grea din Sistemul Primar
de Transfer al Căldurii și este cedată apei ușoare din circuitul secundar în interiorul
generatorilor de aburi.
Aburul produs prin încăl zirea apei ușoare (apă obișnuit ă) din circuitul secundar este
folosit pentru a roti turbina care antrenează generatorul de curent electric.

1.2. Conceptul CANDU 600 -PHWR

Denumirea de CANDU 600 -PHWR vine de la CANadian Deuterium Uranium 600 –
Pressurized Heavy Water Reactor .
Trăsăturile definitorii ale acestui concept sunt date de r eactorul cu tuburi sub presiune
având drept combustibil uraniu natural și moderator de apă grea (D2O), încărcarea cu combustibil
făcându -se semicontinuu, în sarcină, fără oprirea reactorului nuclear.
Comparativ cu alte tipuri de centrale nucleare, c onceptul CANDU prezintă o serie de
avantaje, printre cele mai importante fiind folosirea uraniul ui natural ( acesta având un preț scăzut ,
deoarece nu neces ită îmbog ățire), încărcarea în sarcin ă și asigur area unei securități nuclear e
sporit e.
Conceptul are la baz ă strategia de “apărare în ad âncime “, strategie ce constă din
conceperea unui sistem de bariere fizice în calea eliberării radioactive. Pentru fiecare dintre
acestea ex istă mai multe nivele de apărare împotriva evenimentelor care ar putea afecta
integritatea fiecărei bariere fizice :
– pastila de dioxid de uraniu , pastilă ce reține cea mai mare parte a produșilor de
fisiune solizi, chiar și la temperaturi înalte, având un f actor de reținere de 99% ;
– teaca elementului combustibil , care reține produșii de fisiune volatili, gazele
nobile și izotopii iodului ce difusează din pastilele de combustibil ;
– sistemul primar d e transport al c ăldurii, care reține produșii de fisiune care a r
putea scăpa ca urmare a defectării tecii ;
– anvelopa , care reține produșii radioactivi în cazul avarierii tecii și sistemului
primar ;
– “zona de excludere” , zonă cu o rază de cca . 1km în jurul reactorului unde nu sunt
permise activități umane permanente nele gate de exploatarea centralei nucleare și

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

6

care asigură o diluție atmosferică a oricăror eliberări de radioactivitate, evitându –
se astfel expuneri nepermise ale populației.
În componența unei centrale nucleare tip CANDU 600 -PHWR intră un număr de c ircuite
majore care, împreună cu circuitele auxiliare aferente, realizează transformarea energiei nucleare
în energie electrică. Aceste circuite majore sunt :
– circuitul primar de transport al c ăldurii;
– circuitul de abur viu și apă de alimentare;
– circuitul apei de r ăcire la condensator ;
– circuitul moderatorului;
– circuitul de combustibil.
Prin circuitul primar de transport al căldurii circulă a gentul primar (apă grea sub
presiune), care trece prin canalele de combustibil din reactor ul nuclear prelu ând c ăldura
degajată în urma fisiunii nucleare a uraniului . Aceast ă caldur ăprimită de agentul primar este
cedat ă apoi în patru generatori de abur c ătre agentul secundar (apa de alimentare) care se
transform ăîn abur saturat. Circula ția agentului s ecundar se face cu ajutorul a pat ru pompe
primare.
Aburul saturat din generatorii de abur se destinde într-o turbin ă format ă dintr-un corp de
înaltă presiune (CIP ) și trei corpuri de joas ă presiune (CJP ), între corpuri exist ând o treapt ă de
separare de umiditate și supra încălzire a aburul ui.Aburul condenseaz ăîn trei condesatori ,
transform ându-se înapoi în ap ă de alimentare, ap ă ce parcurge apoi circuit ul regenerativ (circuit
format din trei preîncălzitoare de joasă presiune, degazor și un preîncălzitor de înaltă presiune)
ajung ând din nou la generatorii de abur, încheind astfel circuitul secundar de abur viu și apă de
alimentare .
Condensarea aburului destins se face folosind apă de răcire din Canalul Dun ăre-Marea
Neagr ă, aceasta constituind agentul celui de -al treilea circuit major al centr alei.
Prin circuitul moderatorului circulă a pă grea cu presiune și temperatur ă scăzute, ace asta
având rolul de a asigura agentul moderator necesar întreținerii reac ției de fisiune din reactorul
nuclear, la parametrii corespunzători. Acest circuit este comp us în principal din două
schimb ătoare de c ăldurăși două pompe de circula ție.
Circuitul de combustibil este compus din trei etape:
– recepționarea și depozitarea combustibilului proasp ătîn cl ădirea reactorului și
încărcarea acestuia în reactor ul nuclear cu aj utorul ma șinii d e încărcare -descărcare
(MID );
– descărcarea combus tibilului ars din reactorul nuclear cu ajutorul MID și transportul
acestuia la bazinul de combustibil ars;
– depozitarea temporar ă a combustibilului ars.
Reactorul este montat orizontal av ând 380 de tuburi de presiune;

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

7

Combustibilul este sub form ă de pastile de UO 2 grupate în fascicule de combustibil de
câte 37 de elemente.

1.3. Circuitul de combustibil în centrala CANDU

Structura specifică a circuitului de combustibil în centralele de tip CANDU este
determinată de caracteristicile încărcării cu combustibil și de structura specifică a sistemului de
manipulare a combustibilului.
Încărcarea inițială cu combustibil urmează o procedură diferită de cea a încărcării în
timpul funcționării. Inițial, încărcarea se face cu ajutorul unor încărcătoare manuale.
În timpul func ționării, reactorul se încărcă cu combustibil cu ajutorul a două MID ce
funcționeaz ăîn tandem. În mod normal, în cărcarea se face în sensul de curgere al agentului de
răcire (jum ătate din zona activ ă se încarc ăîntr-un sens, cealalt ă jumătate în sens opus). Încărcarea
este continu ă, bidirec țional ă și se efectueaz ă în sarcin ă.
Încărcarea continu ă const ă în alimentarea zilnic ă cu aproximativ 16 fascicule pe zi , dup ă
aproximativ 100 de zile de la încărcarea ini țială. Având în vedere că la o trecere a MID se încarcă
8 fascicule pe canal, se presupune că la echilibru se încarcă două canale zilnic, fapt pentru care
încărcarea se consideră continuă.
Încărcarea bidirec țională const ăîn menținerea echi librului de putere și flux în zona activ ă,
atunci când apare o perturbație adusă prin încărcarea unui canal într -o zonă, prin încărcarea
simultană a canalului simetric, dar în sens opus (având în vedere sensul de curgere al agentului de
răcire) .
Încărcarea în sarcin ă const ăîn încărcarea cu combustibil proasp ăt și desc ărcarea
combustibilului ars în timp ce reactorul este în func țiune, dup ă următoarea structur ă:
– depozitare combustibil proasp ăt;
– transfer combustibil proasp ăt;
– încărcare reactor;
– descărcare reacto r;
– transfer combustibil ars;
– depozitare combustibil ars.
Combustibilul trebuie asigurat pe întreaga durat ă de via ță a centralei pentru:
– încărcarea ini țială (4560 fascicule );
– teste și probe ( 20 fascicule pentru calibrarea canalelor și a capului MID );
– rezerv a de func ționare, este dimensionat ă pentru 150 de zile la putere nominală și
este aproximativ 50tU , fiind depozitată în centrală pe toată durata de viață și
consumat ăîn ultimul an de via ță;

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

8

– consumul anual diferă de la an la an, având în vedere o durată de viață estimat ă la
30 de ani de funcționare, în trei regimuri (anii 1 -2 – regim tranzitoriu inițial, anii
3-25 – regim de echilibru, anii 25 -30 – regim tranzitoriu final).
Reactorul func ționeaz ă în regim de echilibru timp de aproximativ 7000 ore/an , necesar ul
de combustibil fiind de aproximativ 93tU.
Combustibilul nuclear în reactorul CANDU este uraniul natural sub formă de pastile de
UO 2 compactate, sintetizate și asamblate intr -o structură specifică numită fascicul de combustibil
(fig. 1.3.). Un fascicul este alcătuit din 37 de elemente fixate pe o gril ă într-o structur ă cilindric ă.
Elementul combustibil este alcătuit din 30 de pastile închise într -o teacă de zircaloy care are în
interior o glazură de grafit. Într-un canal de combustibil intră 12 fascicule .

Figura 1.3. Fascicul de combustibil
Caracteristicile unui fascicul: are formă cilindrică, lungime de 500mm, diametru de
100mm, masă de aproximativ 24kg și un număr de 37 de elemente (creioane).

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

9

1.4. Sistemul de manipulare combustibil

Sistemul de manip ulare combustibil ( SMC ) cuprinde toate sistemele și subsistemele care
particip ă la încărcarea și desc ărcarea reactorului .
Sistem ul trebuie s ă:
– asigure încărcarea reactorului în func ționare normal ădar și anormal ă;
– asigure încărcarea reactorului atunci c ând acesta este oprit, dar și atunci c ând
acesta se află în sarcin ă;
– aibe un coeficient de disponibilitate în func ționare de 75% pe an;
– asigure protec ția personalului împotriva ra diațiilor în timpul exploat ării.
SMC este compus din:
– două corpuri MID ;
– două cărucioare MID ;
– două poduri MID ;
– două echipamente de încărcare combustibil proasp ăt;
– două porți de descărcare al combustibilului uzat;
– un sistem de transfer al combustibilului uzat.
Manipularea combustibilului se face în trei etape:
– transfer ul combustibil ului proasp ăt;
– schimbare a combustibil ului;
– transfer ul combustibil ului uzat.
După sosirea combustibilului la amplasament, acesta este depozitat în clădirea serviciilor
auxiliare nucleare, în depozitul de combustibil proaspăt. Aici, combustibilul este depozitat în
paleți cu 36 de fascicule ambalate individual în pungi de polistiren și așezate pe trei r ânduri de
câte 12 fascicule fiecare în supor ți de plastic, pe rastele, astfel încat electrostivuitorul s ă poată
avea acces la paleți.
Electrostivuitorul transfer ă paleții spre ecluza de echipamente de unde ace știa sunt
introdu și în clădirea reactorului, de unde sunt transferați în camera de transfer combustibil
proaspăt . Aici se face prima verificare individuală a fasciculelor și, cu ajutorul mecanismelor de
transfer combustibil proaspăt cuplate la poarta de combustibil pro aspăt, se face încărcarea MID
cu 8 fascicule.
Cele două MID se deplaseaz ă spre reactor și se pozi ționeaz ă la canalul care urmeaz ă a fi
încărcat/desc ărcat. Încărcarea propriu -zisă a reactorului se fac e prin comandă de la distan ță și
constă în :
– cuplarea la canalul selectat ;
– etanșarea MID la fitinguri;

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

10

– extragerea și depozitarea dopurilor de închidere și de protecție biologică atât de la
MID cât și de la canal ;
– încărcarea propriu -zisăa canalului prin împingere a cu ajutorul pistoane lor a dou ă
câte dou ă fascicule și simultan desc ărcarea a 8 fascicule în MID de la cap ătul
opus;
– repunerea dopurilor de închidere și de protecție ;
– desprinderea de la canal a mașinii de descărcare și transferul combustibilului uzat
prin poarta de descărcare în bazinul de descărcare, de aici combustibilul fiind
transferat mai departe sub apă printr -un canal în bazinul de recep ție din cl ădirea
serviciilor auxiliare.
Sistemul de bazine de depozitare este alc ătuit din:
– bazinul de recep ție;
– bazinul de depozitare combustibil uzat, bazin cu o capacitate ce asigură
depozitarea combustibilului uzat rezultat în urma a 10 ani de func ționare a
centralei la putere nominală ;
– bazinul de d epozitare combustibil defect, ce asigură depozitarea a aprox imativ 300
de fascicule defecte capsulate .
Combustibilul uzat este r ăcit în bazinele de depozitare și depozitat ulterior în zonele
intermediare și finale.

1.5. Sistemul moderator

Agentul moderator încetinește neutronii rapizi cu scopul de a mări numărul d e fisiuni ai
acestora și a susține o reacție de fisiune în lanț. Cel mai bun agent moderator este acela ce are
aceeași masă ca cea a neutronului, adică hidrogenul, dar acesta absoarbe o cantitate mare de
neutroni. Pentru a elimina această problemă se folos ește izotopul deuteriu, izotop care, deși are o
masă dublă, este aproape la fel de bun la încetinirea neutronilor și are o putere de absorbție mult
mai slabă.
Sistemul moderatorului a re urm ătoarele func ții:
– moderează (î ncetine ște) neutronii rapizi de fisiu ne;
– evacueaz ă căldura degajat ă în urma procesului de moder are;
– servește ca m ediu de dispersie a substan țelor chimice folosite pentru reglarea
reactivit ății în zona activă;
– evacuează căldura degajat ă de combustibil în cazul LOCA (Loss Of Coolant
Accident – pierderea agentului de r ăcire), atunci c ând sistemul de r ăcire la avarie a
zonei active nu este disponibil;
– menține o temperatur ă constant ă de 60 -80°C a moderatorului în Calandria.
Sistemul principal al moderatorului este format din:

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

11

– două pompe centrifuge , verticale , montate în paralel;
– două schimb ătoare de c ăldură, verticale, montate în paralel și înseriate cu pompele;
– un v as de expansiune ce preia fluctua țiile de volum ale moderatorului apărute
datorită variațiilor de temperatură ;
– Conducte și arm ături.
În funcționare normală, cu reactorul la putere nominală, p ompele func ționeaz ă în
redundan ță vehiculând un debit de 940 kg/s ce este distribuit în mod egal în cele două
schimbătoare de căldură.
Temperatura moderatorului la ieșirea din Calandria este menținută la valoarea de 77 °C
prin reglarea debitului de apă intermediară de răcire la schimbătoare. De la acestea, moderatorul
este răcit la cca. 49 °C și se întoarce la Calandria.

1.6. Ansamblul Calandria și mecanismele de control al reactivit ății

Ansamblul react orului este alc ătuit din ansamblu l Calandria , canale le de combustibil și
mecanisme le de control a le reactivit ății.
Ansamblul Calandria este alc ătuit din v asul Calandria , două protec ții de cap ăt și inelul de
încastrare la fiecare protec ție de capăt . Acest a nsamblu formează o structură
multicompartimentală care conține canalele de combustibil, moderatorul, reflectorul precum și
unitățile de control ale reactivității și de oprire rapidă a reactorului.
Ansamblul Calandria are urm ătoarele func ții:
– constituie su portul canalelor de combustibil, al elementelor din zona activ ăși al
mecanismelor de control al e reactivit ății;
– conține moderatorul și reflectorul (D2O)care constituie și un canal de evacuare al
căldurii în caz de accident;
– asigură protec ție împotriva radia țiilor în zon a MID în condiții normale și de avarie
prin intermediul protecțiilor de capăt ;
– asigură penetra țiile pentru mecanismele de control al e reactivit ății și pentru
conductele de proces prin intermediul ștuțurilor (108 ștuțuri) ;
– asigură protec ția la suprapresiune în funcționare normală și descărcarea presiunii
în caz de accident ;
– asigură susținerea întregului ansamblu în cheson ul Calandriei ;
– permite prelucrarea tuturor combina țiilor de sarcini (presiune, sarcini termice și
mecanice) care pot apărea în diverse regimuri de funcționare normală și anormală .
Calandria este amplasată într -o structură de beton obișnuit (chesonul Calandriei) umplută
cu apă ușoară care are funcțiile de protecție biologică și mediu de răcire.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

12

Vasul Calandria este un rezervor cil indric orizontal cu un singur perete, din oțel inox,
închis la fiecare capăt de o placă tubulară și străbătut orizontal de 380 tuburi Calandria.
Protecțiile de capăt sunt mantale cilindrice orizontale, închise la fiecare capăt de plăci
tubulare și străbătu te orizontal de o rețea de 380 de tuburi.
Canalele de combustibil sunt alcătuite din tuburi de presiune din aliaj zirconiu -niobiu,
aflate în interiorul tuburilor Calandria, mandrinate în fitingul terminal și susținute de rețeaua de
țevi a protecției de cap ăt.
Canalele de combustibil:
– susțin și pozi ționeaz ă combustibilul în reactorul nuclear ;
– permit trecerea liber ă a combustibilului în reactorul nuclear ;
– asigură rezisten ța la eforturi mecanice și termice;
– asigură menținerea pozi ției canalului de combustibil față de ansamblul reactor în
scopul menținerii geometriei zonei active ;
– asigură un învelișslab absorbant de neutroni pentru combustibil;
– constituie o protec ție de atenuare a radia țiilor nucleare ;
– asigură curgerea controlat ăși etan șă a agentului primar de răcire;
– asigură cuplarea etan șă a MID la schimbarea combustibilului ;
– asigură legătura etan șă a țevilor fiderilor sistemului de producere și transport al
căldurii ;
– asigură posibilitatea cupl ării cu c onductele fiderilor sistemului de producere și
transport al căldurii și cu sistemul MID ;
– formeaz ă un spa țiu inelar etanș de izola ție între moderator și agentul primar.
Mecanismul de control al reactivității asigură controlul, siguranța și funcționarea continuă
a reactorului nuclear.
Mecanismele de control al e react ivității se aflăî n sau lângă Calandria , fiind alimentate cu
energie de clasă specială în cazul în care alimentarea proprie nu mai este disponibilă.
Toate dispozitivele din interiorul zonei active sunt instalate în tuburi ce pornesc din
exteriorul chesonului Calandriei, trec prin stratul protector de apă, intrăîn manta ua Calandriei și
traversează regiunea zonei active.
Mecanismele de control al e reactivității sunt:
– detectoarele de flux din zona activă :
 26 ansambluri verticale ce furnizează semnale pentru Sistemul de oprire
rapidă nr.1 (SOR 1) și semnale referitoare la distribuția zonală a fluxului
de neutroni din zona activă;
 7 ansambluri orizontale ce furnizează semnale pentru Sistemul de oprire
rapidă nr.2 (SOR 2);
– camere de izolare:
 6 ansambluri amplasate pe manta ua vasului Calandria pentru monitorizarea
puterii reactorului;

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

13

– unitățil e de control zonal cu lichid:
 6 canale verticale în care sunt cele 6 unități de control zonal cu lichid
conținând 14 compartimente amplasate în zonele de control ale Calandriei .
Nivelul mediu al fluxului de neutroni în fiecare din aceste zone este
controlat prin circularea în compartimente a unui debit variabil de apă
ușoară (absorbantă de neutroni) ;
– unitățile de compensare:
 21 de unități, destinate ajustării fluxului de neutroni p entru optimizarea
arderii combustibilului și pentru asigur area excesului de reactivitate în
vederea compensării otrăvirii cu xenon care apare în urma reducerii de
putere ;
– unitățile de reglare :
 4 unități ce reglează fluxul de neutroni în care excesul de reac tivitate
necesar depășește capacitatea de reglare a unităților de control zonal cu
lichid ;
– Unitățile de oprire (SOR 1):
 28 de bare verticale din cadmiu prevăzute pentru oprirea rapidă a
reactorului în cazul apariției condiții lor de urgență;
– Sistemul de inj ecție otravă lichidă (SOR 2):
 6 ansambluri de duze ce trec prin Calandria, prin care este dispersat ăîn
zona activă o soluție de nitrat de gadoliniu.
Pentru asigurarea funcțiilor ce îi revin în operarea în condiții de securitate a centralei,
sistemul primar de transport al căldurii este conectat cu un număr de 7 sisteme auxiliare ale
circuitului primar, acestea fiind :
– sistemul de control al presiunii și al inventar ului de D2O (având componentă
majoră presurizorul) ;
– sistemul de purificare agent primar , care as igură menținerea parametrilor chimici
ai agentului de răcire la valori nominale ;
– sistemul de r ăcire la oprire care asigură răcirea reactorului după oprirea acestuia ;
– sistemul de r ăcire al zonei active la avarie care asigură răcirea zonei active cu apă
ușoarăîn cazul pierderii agentului primar de răcire ;
– sistemul de stocare, transfer și recuperare D 2O;
– sistemul de monitorizare neutroni întârziați și alte produse de fisiune cu ajutorul
cărora se localizează în timpul funcționării fasciculele de combustibil de fecte;
– circuitul de etan șare a garniturilor pompelor primare;

1.7. Sistemul de transport al c ăldurii

Procesul de fisiune generează energie nucleară, predominant sub formă de energie
cinetică vibrațională a produșilor de fisiune. Prin aceste vibrații comb ustibilul se încălzește. Dacă

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

14

acesta nu este răcit se va topi, distrugând și echipamentele ce îl țin încapsulat, lăsând astfel
combustibilul radioactiv topit să ajungă în mediul exterior.
Pentru a preveni acest lucru se folosește un agent de răcire (cel ma i des folosit fiind apa),
ce trece peste combustibil.
Sistemul primar de transport al căldurii r ealizeaz ă circula ția sub presiune a apei grele
(agentul primar de răcire) prin canalele de combustibil ,în scopul evacu ării căldurii rezultate din
fisiune a atomi lor de uraniu . Căldura transportată de agentul de răcire este transferat ă apei u șoare
(agentul secundar) în generatorii de aburi , aceasta transformându -se în abur saturat care pune în
mișcare turbina.
Acest sistem mai asigur ă și:
– răcirea reactorului nuclea r în orice condiții, chiar și în cazul pierderii surselor de
alimentare cu energie electrică ;
– protec ția la suprapresiune a sistemului și a componentelor acestuia ;
– reducerea la minim a pierderilor de D 2O.
Pentru a nu se pierde întreg inventarul de agent pri mar de răcire, sistemul primar de
transport al căldurii a fost conceput sub forma a două bucle independente , fiecare buclă asigurând
răcirea a 190 de canale de combustibil din reactorul nuclear (deci jumătate din numărul total de
canale de combustibil), re alizându -se astfel și o curgere bidirec țională în interiorul reactorului
nuclear .

CAPITOLUL 2. AUTOMATE PROGRAMABILE

2.1. Definiție

Automatele programabile (AP, PLC – Programmable Logic Controller) sunt
echipamente electronice destinate realizării insta lațiilor de comandă secvențiale în logica
programată. Din punct de vedere al complexitații, automatele programabile sunt situate între
echipamentele clasice cu contacte sau cu comutație statică, ale instalațiilor de comandă si
calculatoarelor electronice.

2.2. Avantaje

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

15

Utilizând o logică programată, circuite logice integrate si elemente semiconductoare de
putere, automatele programabile, în comparație cu sistemele logice secvențiale, bazate pe logica
cablată, prezintă un număr de avantaje:
– au gabarit red us;
– au un consum redus de energie electrică;
– prezintă facilități la punerea în funcțiune;
– au o fiabilitate ridicată;
– necesită un consum redus de conductoare de conexiuni și de cablaj;
– pot realiza facil anumite funcții specifice;
– ciclul proiectare, execuție și punere în funcțiune este redus prin posibilitatea
supravegherii unor faze.
Automatele programabile elimină necesitatea realizării unei scheme de comandă pentru
fiecare sistem de acționare specific, cu un singur tip de AP putând fi implementate mai mult e
scheme de comandă diferite.
Cu ajutorul automatelor programabile, modificarea schemei de comandă și corectarea
erorilor se poate face foarte simplu prin modificarea programului de aplicație din memoria AP cu
ajutorul unei console de programare. În cazul schemelor de comandă clasice, atunci când sunt
necesare modificări ale schemei sau corectarea erorilor, trebuiesc refăcute legăturile fizice dintre
elementele schemei și, uneori, este necesară modificarea chiar a structurii schemei de comandă
prin adăuga rea de noi elemente, modificarea structurii și refacerea legăturilor fizice necesitând un
timp de lucru destul de mare și abilitatea tehnicienilor în urmărirea acestor legături.
La schemele clasice, modificarea unei scheme de comandă prin adăugarea, de exem plu, a
unor contacte, necesită adăugarea unro relee sau blocuri de contacte suplimentare, având ca și
consecințe costuri suplimentare și modificarea schemei de amplasare astfel încât să includă și
componentele noi. În cazul AP, nu avem o creștere a costulu i de implementare deoarece
adăugarea de contacte noi sau alte elemente intermediare (numărătoare, temporizatoare etc) se
face foarte simplu prin adăugarea unor linii de program, atâta timp cât nu se depășește capacitatea
AP.
Buna funcționare a schemelor cl asice poate fi verificată doar după ce este realizată fizic
schema cu relee pentru a fi apoi testată și verificată. La AP scrierea programului de aplicație,
testarea acestuia, simularea si efectuarea modificărilor se poate face în laborator, fără a fi
necesară realizarea fizică a schemei.
În cazul automatelor programabile este posibilă urmărirea funcționării acestuia pe un
ecran. Pot fi observate astfel porțiunile din schema de comandă aflate in funcțiune și pot fi
detectate vizual mai ușor defectele ce pot apărea în funcționare. Pentru o identificare și citire mai
ușoară, în cadrul programului se pot atribui nume simbolice, sugestive , se pot adăuga comentarii,
iar defecțiunile pot fi semnalate prin afișarea unor mesaje de eroare.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

16

2.3. Dezavantaje

Autom atele programabile prezintă și o serie de dezavantaje:
– Tehnologia este relativ nouă;
– Existența aplicațiilor specifice;
– Influența mediului;
– Funcționarea nesigură la apariția unor defecte.
Tehnologia utilizată de automatele programabile este, în continuare, relativ nouă, fiind
necesară utilizarea calculatorului pentru scrierea și rescrierea programelor de aplicații, utilizând
de multe ori simboluri diferite față de standardele naționale. Această necesitate duce la nevoia
instruirii utilizatorilor.
Există cazu ri în care nu se justifică utilizarea unor sisteme de comandă bazate pe elemente
ce pot fi programate, cum ar fi AP. Anumite scheme de comandă care sunt specifice unor
anumite scheme de acționare nu presupun modificarea acestora. Din acest motiv, unii prod ucători
recurg la soluții clasice care se dovedesc a fi și mai avantajoase din punct de vedere al costului.
Automatele programabile au în construcția lor componente electronice care sunt sensibile
la anumite condiții de mediu cum ar fi: temperatura, radiaț iile și vibrațiile ridicate. Aceste
condiții pot duce la defecte de funcționare.
În cazul schemelor de comandă clasice, butonul de oprire deconectează schema de
comandă de la sursa de alimentare, oprind funcționarea acesteia și, dacă are loc o întrerupere a
tensiunii de alimentare, funcționarea schemei de comandă se întrerupe și nu este reluată dacă
tensiunea de alimentare este restabilită. Aceste măsuri de siguranță nu sunt prezente în cazul
anumitor programe ale automatelor programabile, ceea ce determină o funcționare nesigură în
condiții de defectare.

2.4. Structura și funcționalitatea automatelor programabile

Componentele automatelor ce necesită o programare sunt elementele de control logic,
funcțiile de stocare, numărătoarele și ceasurile. Diferențel e dintre PLC -uri rezultă din diferențele
dintre următoarele:
– Intrări și ieșiri;
– Zone de memorie;

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

17

– Numărătoare;
– Ceasuri;
– Funcții de memorare;
– Funcții speciale;
– Viteze de operare;
– Tipuri de limbaje de programare.
Sistemele de control de dimensiuni mari sunt r ezultatul combinațiilor modulare ale unor
componente individuale în funcție de aplicație și cerințe. Pentru a acoperi și aplicații cu cerințe
minime se oferă sisteme de control ce sunt echipate cu un număr flexibil de intrări și ieșiri.
Un automat programa bil operează în interacțiune cu senzori (întrerupătoare, bariere de
lumină) și cu elemente de acționare (motoare de frecvență).
Un automat programabil este compus din următoarele elemente de bază:
– Șina – funcționează ca un element de montare;
– Sursa de tens iune – realizează adaptarea și conversiatensiunii alternative în
tensiune continuă pentru alimentarea diferitelor elemente ale AP și poate
furniza o tensiune pentru alimentarea elementelor conectate la intrări și ieșiri
(senzori, elemente de execuție etc) ;
– CPU (Central Processing Unit) – realizează comunicația și interacțiunea dintre
celelalte componente și e xecută programele utilizatorului, comunicând prin
intermediul unui cablu de conexiune cu alte calculatoare sau cu dispozitivul de
programare/computer; Opțional, poate conține și o baterie de rezervă;
– Cablul de conexiune – este interfața de legătură dintre un modul de programare
sau computer și CPU;
– Modulul/Consola de programare sau computerul – oferă configurarea,
atribuirea de parametri, execuția de pro grame și testarea pe automatul
programabil .
Funcțiile principale îndeplinite de un automat programabil sunt:
– Citirea intrărilor;
– Rezolvarea ecuațiilor booleene și execuția secvențelor de calcul logic;
– Comanda ieșirilor.
În funcție de complexitatea procesul ui pe care îl comandă, automatele programabile pot
realiza și una sau mai multe din urmatoarele funcții:
– Stocarea în memorie a rezultatelor parțiale sau a stării intrărilor și ieșirilor;
– Înregistrarea valorilor de consemn și transferarea acestora către pro ces;
– Implementarea unor funcții de calcul aritmetic, incrementare, decrementare,
decalaj de biți, codificare sau registru de deplasare bit cu bit;
– Realizarea dialogului de exploatare;
– Realizarea dialogului de supervizare;
– Realizarea dialogului de programar e;

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

18

– Realizarea dialogului cu elementele periferice.
Funcționarea automatelor programabile presupune urmărirea variațiilor unor semnale
provenite de la proces. În acest scop, intrările AP sunt citite la intervale bine stabilite de timp.
Fiecare citire se fac e pe rând dar, având în vedere că timpul dintre citirile a două intrări diferite
este foarte mic (de ordinul microsecundelor) pentru o anumită categorie de procese, se poate
considera că citirile se fac simultan pentru toate intrările.
Implementarea scheme i de comandă în cadrul AP se realizează prin modelarea acesteia
prin intermediul unor ecuații booleene sau a unor secvențe de calcul logic unde variabilele sunt
semnalele de intrare ale AP. Rezultatele sunt valorile care trebuie să fie atribuite ieșirilor AP.
Aceasta operație este executată în fiecare ciclu ținând seama de valorile actualizate ale intrărilor.
Ecuațiile sunt rezolvate pe rând dar, având în vedere că timpul dintre rezolvarea a două ecuații
diferite este foarte mic, pentru o anumită categorie de procese, se poate considera că rezultatele se
obțin simultan pentru toate ecuațiile.
Func ționarea automatelor programabile presupune ca acestea să emită prin intermediul
ieșirilor semnale de comandă pe baza valorilor intrărilor și pe baza programului ca re
implementează funcția de comandă .
În cazul unor programe de complexitate ridicată ce presupun o serie de calcule laborioase,
este posibil ca registrele procesorului să nu fie suficiente pentru stocarea rezultatelor
intermediare. Pentru a evita această p roblemă, AP trebuie să poată stoca temporar aceste rezultate
într-o memorie de lucru pentru a le putea utiliza mai târziu.

2.5. Limbaje de programare

La ora actuală, majoritatea producătorilor de automate programabile dau utilizatorilor
posibilitatea de a scrie programele de aplicație pentru AP utilizând diverse modele și limbaje de
programare. Unele limbaje sunt mai apropiate de schemele clasice cu relee, în timp ce altele sunt
mai apropiate de limbajele de programare.
Dintre cele mai utilizate limbaje d e programare utilizate recunoaștem:
– Function Block Diagram (FBD) – Blocuri Funcționale;
– Sequential Functional Chart (SFC) – Diagrame Funcționale Secvențiale;
– Ladder Diagram (L D) – Diagrame bazate pe scheme cu contacte ;
– Statement List (STL) – Listă de instr ucțiuni ;
– Structured Text (ST) – Text Structurat;

2.5.1. Limbajul Function Block Diagram

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

19

Blocurile Funcționale (FBD) sunt un limbaj grafic de programare reprezentat de blocuri
logice similare cu cele din algebra booleană. În acest limbaj, o funcție este descrisă ca fiind un set
de blocuri elementare. Variabilele de intrare și ieșire sunt conectate la aceste blocuri prin linii de
conexiuni.
Conexiunile sunt orientate astfel încât pe o linie sunt transportate datele asociate de la
capătul din stânga la capătul din dreapta, cele două capete fiind de același tip. Dacă există mai
multe capete în partea dreaptă, conexiunea numită ”divergență” permite transmiterea informației
de la capătul din stânga la toate capetele din dreapta existente, atâta timp cat aceste capete sunt de
același tip.

Figura 2.5.1. Exemplu de program realizat prin limbajul FBD

2.5.2. Limbajul Functional Sequential Diagram

Diagramele Funcționale Secvențiale (SFC) reprezintă un limbaj grafic de programare
folosit în special pentru descrierea comportării secvențiale a programului de comandă, permițând
ramificarea și execuția în paralel a secvențelor. Este folosit pentru partiționarea unei probleme de
comandă și permite o viziune de ansamblu ajutând astfel la d epanarea rapidă. Elementele de bază
sunt Etapele care au blocuri de acțiuni și Tranzițiile.
Etapele corespund unor situații în care comportamentul sistemului este invariabil în raport
cu intrările și ieșirile sale. O etapă poate fi activă sau inactivă. Sta rea internă a unui sistem,
denumită situație, este dată de mulțimea etapelor active la momentul respectiv. Acțiunile asociate
unei etape nu sunt efectuate decât dacă etapa respectivă este activă.
O diagramă SFC reprezintă sub o formă statică mulțimea situa țiilor posibile. În
funcționarea dinamică a sistemului doar o singură situație este obținută la un moment dat.
Tranziți ile indică posibilitatea evoluției de la o situație la alta. Trecerea de la o situație la
alta se face prin depășirea unei tranziții. Rec eptivitatea unei tranziții este o funcție logică ce
depinde de intrări, variabile auxiliare și activitatea sau inactivitatea uneia sau a mai multor etape.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

20

Conexiunile dintr -o diagramă SFC se execută între etape și tranziții și între tranziții și
etape.
Secvențele sunt alcătuite dintr -un grup de etape care se execută una după alta. O selecție
de secvență reprezintă o alegere între o cale (o etapă sau un grup de etape) și altă cale (ceea ce
corespunde unei structuri de tip SAU), doar o singură cale fiind exec utată.

Figura 2.5.2.a. Model de program SFC
Secvențele paralele reprezintă căi de execuție care se execută în același timp, ele
reprezentând o structură de tip ȘI. În cazul acestei secvențe se execută toate căile, fiind necesară
încheierea tuturor acesto r căi înainte de a se trece mai departe în cadrul diagramei.

Figura 2.5.2.b. Model de program SFC cu secvențe paralele

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

21

2.5.3. Limbajul Ladder Diagram

Diagramele bazate pe scheme cu contacte (LD) reprezintă un limbaj de programare grafic
având o sintaxa asemanatoare unei diagrame , permițând astfel o urmărire mai ușoară a fluxului de
curent. Limbajul bazat pe scheme cu contacte provine de la reprezentarea grafică folosită pentru
schemele electrice de comandă. Limbajul a fost dezvoltat pentru a ușura crear ea programelor și
menținerea facilă a acestora. Acesta p rezintă un set de simboluri de programare bazate pe
schemele cu contacte , standardizat și perfecționat.
Scrierea unui program în limbajul LD presupune desenarea unei diagrame similare unei
scheme elec trice cu contacte. Elementele componente ale diagramei LD modelează funcționarea
elementelor unei scheme cu contacte. De asemenea, interpretarea funcționării diagramei LD este
similară interpretării schemelor electrice cu contacte. Elementele de bază utili zate pentru scrierea
unui program în acest limbaj sunt contactele, bobinele, temporizatoarele, numărătoarele și
blocurile funcționale (funcțiile).
În cadrul unui program LD, contactele pot fi asociate intrărilor și ieșirilor automatului
programabil sau uno r variabile interne. Contactele sunt elemente de programare care modelează
contactele aparatelor electrice de comutație.
Bobinele pot fi asociate ieșirilor automatului dar și unor variabile interne modelând astfel
releele auxiliare din cadrul schemelor ele ctrice cu contacte. Bobinele sunt elemente de
programare care modelează funcționarea bobinelor contactoarelor și releelor electromagnetice.
Temporizatoarele sunt elemente de programare care modelează funcționarea releelor de
timp și a contactelor temporiza te. Sunt utilizate pentru a realiza acțiuni întârziate sau ce durează
un anumit interval de timp. Temporizatoarele au cel puțin o intrare de inițializare , la activarea
căreia începe temporizarea și o ieșire, unele temporizatoare fiind prevăzute și cu o int rare de
validare și încă o ieșire care reprezintă negata primei ieșiri.
Numărătoarele sunt elemente de programare care pot primi o serie de impulsuri ce sunt
analizate în cadrul programului LD pentru a detecta numărul de apariții ale unor evenimente.
Număr ul de evenimente poate fi comparat apoi cu anumite valori prestabilite și în funcție de
rezultatul acestor comparații pot fi luate anumite decizii și date comenzile corespunzătoare.
Numărătoarele au cel puțin două intrări, una de numărare și una de inițial izare și o ieșire. La fel
ca și temporizatoarele, unele variante de numărătoare sunt prevăzute și cu o intrare de validare și
o ieșire care reprezintă negata primei ieșiri.
Blocurile funcționale sunt utilizate pentru materializarea unor funcții mai complex e
menite să ușureze scrierea programelor în limbaj LD. Formatul și modul de funcționare a
blocurilor funcționale diferă de la un automat la altul, fiind specific fiecărui producător în parte.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

22

Figura 2.5.3. Exemplu de program realizat prin limbajul LD

2.5.4. Limbajul Statement List

Lista de Instrucțiuni (STL) reprezintă un limbaj de programare textual având o sintaxa
apropiată de limbajul cod mașină. Limbajul este reprezentat de o listă de instrucțiuni ce este
compusă dintr -o secvență de instrucțiuni . Mo delul de execuție este bazat pe structura cu
acumulator unic.
Instrucțiunea este cea mai mică unitate independentă de program fiind formată din
simbolul sau denumirea operației și operandul sau operanzii. Fiecare instrucțiune începe pe o
linie nouă și con ține operatorul și, dacă este necesar, unul sau mai mulți operanzi. Instrucțiunea
poate fi precedată de o etichetă urmată de caracterul ”:”.Pe fiecare linie de program este permisă
o singură instrucțiune. În cazul AP, operațiile cele mai des utilizate sunt cele ale algebrei
booleene: ȘI (AND), SAU (OR), NU (NOT), ȘI -NU (NAND), SAU -NU (NOR), SAU –
EXCLUSIV (XOR). Datorită creșterii capacității de prelucrare și a vitezei de execuție, la
operațiile de bază au fost adăugate și operații artimetice (adunarea, înmul țirea, împărțirea),
operații logice pe mai mulți biți (deplasări la stânga și la dreapta), operații de conversie a
informației dintr -un cod în altul, funcții de memorare de tip bistabil și alte funcții speciale
specifice AP.
Operanzii unor instrucțiuni pot fi intrări (notate cu I, X sau IN), ieșiri (notate cu E, Y sau
OUT), elemente de memorare ce modulează releele intermediare din schemele electrice cu
contacte (notate cu M), elemente de temporizare (notate cu T) sau elemente de numărare (notate

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

23

cu C). Ope ranzii se află în corespondență directă cu resurs ele fizice pe care automatul
programabil le are la dispoziție: intrări, ieșiri, variabile intermediare, temporizatoare și
numărătoare implementate prin program sau prin circuite și module specializate.
De la apariția automatelor programabile, fiecare producător și -a dezvoltat limbajul propriu
de tip STL, alegerea numelor instrucțiunilor depinzând mult și de limba vorbită de respectivii
producători. Deși se aseamănă între ele din punct de vedere funcțional, ac este limbaje au nume
diferite și folosesc pentru aceeași instrucțiun e denumiri și formate diferite.

Figura 2.5.4. Exemplu de program realizat prin limbajul STL

2.5.5. Limbajul Structured Text

Textul Structurat (ST) e ste un limbaj de programare textual bazat pe limbajele evoluate
structurate pe blocuri având o sintaxa asemănătoare limbajului PASCAL. În acest limbaj sunt
permise instrucțiuni complexe și bucle, oferind astfel suport pentru bucle iterative (REPEAT –
UNTIL, DO, WHILE), instrucțiuni condițional e (IF, THEN, ELSE, CASE) și funții (SQRT(),
SIN()).

Figura 2.5.5. Exemplu de program realizat prin limbajul ST

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

24

CAPITOLUL 3. AUTOMATICA DE SISTEM DINTR -O CENTRALĂ
NUCLEARĂ

3.1. Sisteme de control distribuit

Sistemul de control distribuit (DCS – Distributed Control Sys tem) a fost conceput inițial
ca o înlocuire a panourilor mari găsite în camerele de control ce conțin sute sau chiar mii de
instrumente de proces. Cu timpul, rolul de procesare a informațiilor a fost extins, adăugând
metode de control av ansate, cum ar fi controlul după un model de referință și sistemele expert;
unelte de analiză a informațiilor, cum ar fi controlul statistic al procesului și sisteme de alarmă
inteligente; aplicații ce oferă sprijin în luarea de decizii, cum ar fi mentenan ța predictivă și
managementul documentelor; și capacități de integrare a sistemelor de afaceri.
După cum implică denumirea, un sistem de control distribuit are trei caracteristici
principale . Prima caracteristică este cea de distribu ție a funcțiilor atribuite în seturi relativ mici de
subsisteme semiautomate, interconectate printr -o rețea de comunicații de mare viteză. Aceste
funcții includ colectarea de date, controlul de proces, prezentarea și raportarea informației,
analiza de proces și supervizarea, st ocarea și preluarea de informații arhivate . Distribuirea
funcțiilor prezintă o serie de avantaje față de alte arhitecturi clasice de cal culatoare de proces :
– O expunere mai mică la avaria de subsistem sau componentă, cu o izolare mai
bună ce facilitează înt reținerea și actualizarea;
– O partiționare m ai bună a cerințelor aplicațiilor pentru diferite zone de proces;
– O modularitate îmbun ătățită în scopul dezvoltării de aplicații;
– Facilit area unei distribuții spațiale ce reduce costurile de inst alare (număr
redus de fire) și asigură o supraveghere operați onală locală mai bună cât timp
oferă acces global la informație și capabilități de control.
A doua caracteristică este cea de automatiza re a procesul ui de producție prin integrarea
unor metode de control logic, se cvențial și prin reglare avansate , și prin integrarea limbaje lor
procedurale într -o singură aplicație coezivă ce conține o serie de pachete de aplicații avansate
variind de la sisteme le lot („Batch System”) pană la sisteme le expert. Partea de control a DCS
moderne a fost extinsă în scopul de a include informații capabile să suporte aplicații pentru
întreprinderi de producție, cum ar fi:
– Contabilitatea co sturilor în funcție de activitate;
– Planificarea și expedierea producției;
– Planificarea întreținerii preve ntive sau predictive;

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

25

– Validarea certificatelor de muncă a angajaților și pregătirea acestora;
– Schimbul de informații cu aplicațiile de afaceri, logistică și transport.
Cea de-a treia caracteristică este partea de sistem. Partea de sistem a unui DCS
organiz ează structura de co mandă și fluxul de informații către părțile componente din DCS astfel
încât acesta să acționeze ca un singur sistem de automatizare, unificând diferite subsisteme, cum
ar fi:
– Procesarea și condiționarea semnal elor de intrare ;
– Procesarea și acționarea semnalelor de ieșire;
– Logica de reglare, co mbinatorie și cea secvențială, controlul procedural și de
supraveghere;
– Procesul de afișaj al valorilor actuale, alarmelor, tendințelor și calculelor ;
– Acțiunile umane, cum ar fi schimbarea valorilor de referință, controlul manual
și manipularea alarmelor;
– Subsistemele aplicații lor de optimizare a procesului și de suport de fabricație;
– Subsistemele de stocare a informației;
– Subsistemele de comunicații.

3.2. Sistemele de reglare și comandă automată ale CNE

Ținând cont de toate sistemele și procesele existente într -o CNE , împreună cu
interconectivitatea dintre ele, funcționarea unei CNE se bazează pe un sistem de control distribuit
pentru a îndeplini toate nevoile și cerințele necesare desfășurării act ivităților în condiții optime.
Sistemul de control distribuit al unei CNE de tip CANDU este reprezentat de două
calculatoare de control digital (DCC – Digital Control Computers) . Acestea efectuează toate
funcțiile majore de control din centrală.
Există cin ci sisteme principale de control de proces având algoritmii de control
implementați sub forma software și executate de DCC. Aceste programe , împreună cu parametrii
măsurați și diferitele variabile controlate și manipulate, sunt prezentate în tabelul următo r:

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

26

Tabelul 3.2. Principalele programe de control ale unei CNE de tip CANDU
Program Parametrii măsurați Mărimile controlate Mărimile manipulate
Regulatorul Puterii
Unității (UPR – Unit
Power Regulator) – Puterea
electrică
generată – Puterea
electrică
genera tă – Debitul de abur
Sistemul Reglării
Reactorului (RRS –
Reactor Regulating
System) – Energia
neutronilor din
reactor
– Energia termică
a reactorului – Fluxul de
neutroni – Mecanismele de
control a reactivității
Sistemul de Control al
Presiunii Circuitului
Primar (HTP&I – Heat
Transport Pressure and
Inventory Control) – Presiunea la
capetele de
ieșire din
reactor – Presiunea
presurizorului
– Nivelul
presurizorului – Încălzi toarele
presurizorului și
curgerea aburului
prin presurizor
– Alimentarea și
curgerea D 2O
Sistemul de Control al
Presiunii
Generatorului de Abur
(SGPC – Steam
Generator Pressure
Control) – Presiunea
generatorului
de abur
– Puterea
reactorului – Presiunea
generatorului
de abur – Valoarea de referință
din reactor
– Debitul de abur
Sistemul de Control al
Nivelului
Generatorului de Abur
(SGLC/BLC – Steam
Generator Level
Control/Boiler Level
Control) – Nivelul
generatorului
de abur
– Puterea
reactorului
– Debitul apei de
alimentare
– Debitul de abur – Nivelul
generatorului
de abur – Debitul apei de
alimentare

Regulatorul Puterii Unității are o comandă digitală și are ca scop livrarea puterii
electrice dorite la rețea. Acest program are ca mărime de intrare măsura puterii electrice produse
de generator , comparată cu valoarea de referință a puterii generate. Mărimea controlată este

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

27

puterea electrică produsă de generator , controlul fiind realizat prin variația debitului de abur în
turbină cu ajutorul deschiderii sau închiderii unor supape de reglare.
Sistemul de Reglare al Reactorului oferă tot o comandă digitală având ca scop
menține rea puterii reactorului la o putere cerută. Acest sistem are ca mărimi de intrare diferite
măsuri ale energiei neutronilor din reactor și măsuri ce indică energia termică produsă de reactor.
Energia neutronilor este comparată cu o valoarea de referință a puterii reactorului pentru a calcula
eroarea puterii reactorului. Mărimea controlată este fluxul de neutroni, controlul fiind realizat
prin modificarea poziției diferitelor mecanisme de control a reactivității cum ar fi modificarea
nivelului de apă și intro ducerea sau scoaterea de tije de control.
Sistemul de Control al Presiunii și al Volumului de Apă Grea din Circuitul Primar
este o comandă analogică ce are ca scop reglarea presiunii sistemului circuitului primar și a
volumului de apă grea ce circulă prin acesta pe domeniul de funcționare. Acest program are ca
mărime de intrare presiunea la capetele de ieșire din reactor. Această presiune este controlată în
raport cu presiunea de referință, constantă pe durata funcționării normale. Presiunea la capete este
controlată prin intermediul presiunii presurizorului , iar volumul de apă grea din circuitul primar
de transport al căldurii este controlat de nivelul din presurizor. Variabilele manipulate sunt
curgerea aburului prin presurizor și încalzitoarele presurizor ului pentru controlul presiunii
presurizorului, și alimentarea și curgerea D 2O pentru controlul nivelului din presurizor.
Sistemul de Control al Presiunii Generatorului de Abur este o comandă digitală cu
scopul de a regla fie dispozitivul de modificare a r eferinței regulatorului („preferențial”), fie
vanele de golire („alternativ”), pentru menținerea presiunii dorite în generatorul de abur. Acest
sistem are ca mărimi de intrare presiunea generatorului de abur și puterea reactorului. Presiunea
este controlat ă în raport cu presiunea de referință ce este constantă pe durata de funcționării
normale. Presiunea generatorului de abur este controlată în modul „preferențial” prin modificarea
valorii de referință a puterii reactorului, și în modul „alternativ” prin mo dificarea debitului de
abur ce trece prin supapele de reglare. În cazul unei presiuni ridicate, sistemul de control al
presiunii generatorului de abur va deschide valvele de descărcare a aburului în atmosferă și în
condensator.
Sistemul de Control al Nivel ului Generatorului de Abur prezintă tot o comandă
digitală menită sa mențină un stoc adecvat al tamburului, pentru toate condițiile de încărcare.
Acest sistem are ca mărimi de intrare nivelul generatorului de abur, puterea reactorului, debitul
de abur și d ebitul apei de alimentare. Mărimea controlată este nivelul, dar în așa manieră încât să
se asigure un volum constant de apă ușoară în generatoarele de abur la toate nivelele de putere.
Nivelul generatorului de abur este controlat prin modificarea debitului apei de alimentare și prin
schimbarea poziției vanelor de control a apei de alimentare.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

28

CAPITOLUL 4. PROIECTAREA ȘI SIMULAREA UNUI SISTEM DE
COMANDĂ AUTOMATĂ

4.1. Studiu de caz

Lucrarea urmărește automatizarea subsistemului MID prin controlul automat al deplasării
mașinilor de încărcare -descărcare. Această automatizare se va realiza prin două simulări: o
simulare virtuală și o simulare fizică, în baza simulării virtuale efectuate anterior.
Pentru a trece la aceste simulări trebuie cunoscute mai întâi ansamblul cu care
interacționează subsistemul MID, operațiunea (sau procesul) pe care o realizează acest subsistem,
dar și cerințele și restricțiile impuse de acesta.

4.1.1. Ansamblul Canal Combustibil

Ansamblul Canal Combustibil este compus din:
– Tuburil e de presiune din zircaloy care conțin combustibilul și apa grea sub
presiune;
– Două fitinguri terminale ce funcționează ca extensii ale tuburilor de presiune
pentru zona protecțiilor de capăt;
– Ansamble de poziționare pentru fiecare fiting terminal care asi gură poziția de
capăt fix și capăt liber al canalului combustibil;
– Inele distanțiere, care au rolul de a centra și susține tubul de presiune în
interiorul tubului Calandria;
– Ansamblul burduf compensator, care etanșează spațiul inelar creat între tubul
de p resiune și tubul Calandria aferent, asigurând de asemenea și o etanșeitate
între fitingurile terminale și tuburile de rețea care constituie o prelungire a
tuburilor calandria în protecțiile de capăt;
– Dopuri de protecție, câte unul pentru fiecare fiting ter minal, cu rol de a reduce
“scurgerile” de neutroni pe direcție axială;
– Ansamblul închidere canal care etanșează capătul canalelor de combustibil și
permite accesul MID -ului pentru încărcare -descărcare;
– Conexiunile fiderilor care asigură intrarea/ieșirea ag entului de răcire în/din
fiecare canal combustibil.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

29

Figura 4.1.1. Ansamblul canal combustibil : 1 – dop de închidere; 2 – etanșarea închiderii; 3 – cuplaj
fideri; 4 – tub de ghidaj; 5 – corp fiting terminal; 6 – lagăr fiting terminal; 7 – inel distanțier; 8 – element
combustibil; 9 – tub presiune; 10 – tub calandria; 11 – placă tubulară interioară; 12 – tub de rețea; 13 –
dop de protecție; 14 – bile de oțel carbon; 15 – placă tubulară exterioară; 16 – burduf compensator; 17 –
ansamblu de poziționare canal combustibil .

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

30

4.1.2. Operațiunea de încărcare -descărcare combustibil

Operațiunea de încărcare -descărcare se bazează pe utilizarea combinată a două MID,
amplasate la fiecare capăt al canalelor de combustibil.
Fasciculele de combustibil proaspăt, de la un MID, sunt introduse într -un canal de
combustibil, în același sens cu sensul de curgere al agentului de răcire, iar fasciculele de
combustibil iradiat sunt preluate de cea de a doua mașină, de la celălalt capăt al canalului de
combustibil.
Oricare din cele două mașini poate încărca sau descărca combustibilul. Direcția de
încărcare depinde de direcția de curgere a agentului de răcire în canalele încărcate, direcție ce
alternează de la canal la canal.
MID -ul preia combustibilul proaspăt prin poarta de combusti bil proaspăt și descarcă
combustibilul iradiat prin conectarea la poarta de descărcare.
Când MID -ul se cuplează la un canal, devine parte integrantă a barierei de presiune a
sistemului primar. Mașina de încărcare -descărcare are propriul sistem de alimentar e cu apă grea,
în scopul răcirii combustibilului uzat. Ea injectează apa grea, rece (≈ 550C), pe perioada
încărcării. Astfel se reduce transferul impuritaților radioactive în corpul MID -ului.
Întreaga operație de încărcare -descărcare este dirijată din came ra de comandă prin
intermediul unui sist em computerizat.

Figura 4.1.2. Modul de acționare al MID.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

31

4.1.3. Cerințe și restricții pentru subsistemul MID

Într-o secvență tipică de reîncărcare a 8 fascicule arătată în figura 4, pot fi identificate
următoarel e mișcări ale combustibilului în interiorul canalului:
– fascicule noi sunt introduse, câte două fascicule în același timp prin partea din
amonte;
– un total de 20 fascicule (12 fascicule vechi plus 8 fascicule noi) sunt deplasate
către partea din aval;
– fascic ule vechi sunt descărcate, câte douăîn același timp, prin partea din aval;
– cele 12 fascicule de combustibil rămase sunt deplasate înapoi pe poziția
corectă din reactor.

Figura 4. 1.2. Procesul de încărcare -descărcare a 8 fascicule.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

32

Mașina de încărcat pre ia din magazia de încărcare 6 fascicule în secvențe de două câte
două fascicule și le introduce în canalul de combustibil până când fasciculele noi încărcate ating
fasciculele vechi aflate în centrul canalului . Odată ajunsă în acel punct, mașina de încărca t se
retrage și mai adaugă încă două fascicule, împingând toate celelalte fascicule din interior spre
magazia de descărcare.
Atunci când fasciculele vechi ajung la magazia de descărcare, mașina de descărcare
începe să descarce 8 din cele 12 fascicule vech i, în secvențe de două câte două, în magazia de
descărcare.
După ce au fost descărcate 8 fascicule vechi, mașina de descărcare împinge înapoi spre
centrul canalului de combustibil fasciculele rămase, terminând astfel procesul de încărcare –
descărcare al MI D.
În completarea operațiilor de schimbare a combustibilului, mașina de descărcare se
deplasează spre poarta de transfer a combustibilului uzat și descarcă fasciculele de combustibil
uzat în bazinul de recepț ie.
Întreg procesul se regăsește în anexă . Pentru a realiza simularea fizică a procesului de
încărcare -descărcare pe o instalație, s -au aplicat o serie de ipoteze simplificatoare:
– Se va face abstracție de preluarea fasciculelor noi din magazia de încărcare și
depozitarea fasciculelor uzate în magazia d e descărcare, aceste două magazii
nefiind prezente în instalația folosită.
– Mașina de încărcare realizează o mișcare continuă spre centrul canalului de
combustibil, încărcând simultan toate cele 8 fascicule noi de combustibil și
împingând fasciculele vechi aflate în interior.
– La rândul ei, mașina de descărcare realizează o mișcare continuă spre exteriorul
canalului de combustibil, descărcând simultan cele 8 fascicule uzate.
– Dupa realizarea descărcării, cele două mașini revin în pozițiile inițiale urmând sa
înceapă un nou ciclu de încărcare -descărcare ce se va repeta până când instalația
va fi oprită.

4.2. Simularea procesului de încărcare -descărcare combustibil nuclear

Procesul de încărcare -descărcare va fi simulat într-un program numit FluidSIM
Pneumatics urmând ca procesul sa fie implementat fizic pe o instalație electro -pneumatic ă. Pentru
realizarea simulării î n acest program a fost necesară realizarea unei scheme pneumatice ce trebuie
să respecte instalația fizică existentă . Schema pneumatică va fi forma tă dintr -un compresor, un
distribuitor pneumatic cu acționare manual ă, un distribuitor pneumatic mono -acționat electric, un
distribuitor pneumatic dublu -acționat electric, doi cilindri pneumatici cu dublă acțiune, patru

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

33

drosele cu supapă de cale și patru s enzori de poziție. Pentru a putea acționa schema pneumatică a
fost realizată o schemă electrică cu contacte și relee.

Figura 4.2 . Schema pneumatică realizată în programul FluidSIM Pneumatics
Simbol Element
C Compresor
D1 Distribuitor pneumatic cu acționare manuală
D2 Distribuitor pneumatic dublu -acționat electric
D3 Distribuitor pneumatic mono -acționat electric
Y1, Y2, Y3 Valve solenoid
d Drosele cu supapă de cale
P1, P2 Cilindri pneumatici cu dublă acțiune
B1, B2, B3, B4 Senzori de poziție
M1 Mașina de încărcare
M2 Mașina de descărcare

Compresorul este folosit pentru a introduce aer sub presiune în instalația din schemă,
aerul fiind lăsat să treacă doar prin acționarea manuală a distribuitorului D1 (acest distribuitor
având o funcționare simil ară unei valve ce poate sta numai în poziție complet închisă sau în
poziție complet deschisă). La capătul acestui distribuitor sunt conectate cele două distribuitoare

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

34

cu acționare electrică ce au ca scop realizarea circulației aerului sub presiune în cilin drii cu dublă
acțiune și modificarea sensului de circulație a acestuia . Drosele, câte două pentru fiecare cilindru
pneumatic, sunt reglabile și au ca scop limitarea debitului de aer ce intră în cilindri, permițând
astfel modificarea vitezei cu care se depl asează cei doi cilindri.

4.3. Proiectarea schemei electrice de comandă

Pentru acționarea distribuitoarelor acționate electric a fost necesară realizarea unei
scheme electrice cu contacte și relee, în scopul activării valvelor solenoid. Activarea acestor
valve modifică sensul de circulație prin distribuitoare, ducând astfel la modificarea sensului de
circulație al pistoanelor din cilindrii pneumatici.
Cele două pistoane vor simula mașina de încărcare, respectiv cea de descărcare, cilindrii
celor două pi stoane reprezentând canalul de combustibil în care va avea loc procesul de
încărcare -descărcare. Mișcarea celor două pistoane va simula procesul de încărcare -descărcare al
subsistemului MID.
Figura 4.3 . Schema electrică realizată în programul FluidSIM Pneu matics

Simbol Element
S0 Butonul de alimentare instalației/oprire de urgență

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

35

S1 Butonul de pornire
S2 Butonul de oprire
K1, K2, K3 Bobinele releelor electromagnetice și contactele electrice aferente
KT1, KT2, KT3, KT4 Bobinele releelor electromagnetice cu temporizare și contactele electrice aferente
Y1, Y2, Y3 Bobinele valvelor solenoid
B1, B2, B3, B4 Contactele electrice ale senzorilor de poziție
H2 Lampă de semnalizare

Inițial, poziția pistonului din cilindrul P2 (Mașina de încărcare) corespunde cu cea din
figura 4.2 ., activarea valvei solenoid Y1 va realiza mișcarea pistonului dinspre dreapta spre
stânga, realizându -se astfel procesul de încărcare. Prezența resortului împiedică activarea liberă a
valvei Y1 fiind astfel necesară blocarea în p oziția „activat” a acesteia , blocând astfel revenirea
resortului. Mișcarea în sens opus se realizează prin deblocarea valvei Y1 și revenirea resortului în
poziția inițială.
Similar lui P2, poziția pistonului din cilindrul P1 (Mașina de descărcare) c orespun de celei
din figura 4.2 ., dar de această dată mișcarea realizându -se în sens opus, de la dreapta la stânga,
prin activarea valvei solenoid Y2. Distribuitorul lui P2 este dublu -acționat electric, fără să mai
aibă în componența sa un resort. Mișcarea în sens opus se realizează de această dată doar prin
activarea valvei solenoid Y3.

4.4. Implementarea și testarea subsistemului de comandă propus

4.4.1. Implementarea și testarea în FluidSIM Pneumatics

Pentru a realiza o mișcare secvențială și simultană a celo r două pistoane s -au folosit
senzori de poziție montați la limitele de cursă a fiecărui piston și relee cu temporizare. Când un
piston ajunge la unul din capetele cilindrului, senzorul de poziție montat la acel capăt va acționa
un releu cu temporizare care , la rândul lui, va acționa o valvă solenoid (și blocarea/deblocarea
valvei Y1 în cazul cilindrului P2).
Ca exemplu (figura 4.4.1.) , pistonul cilindrului P2 aflat în poziție inițială se află în raza
senzorului de poziție B3, senzorul va da o comandă de act ivare releului cu temporizare KT1
(figura 4.3.) care, după o perioadă de așteptare setată la două secunde, va activa și bloca valva
solenoid Y1, punând astfel în mișcare pistonul, de la stânga la dreapta. Pistonul va ajunge în raza
senzorului B4 care va ac tiva un alt releu cu temporizare, KT2. După aceeași perioadă de așteptare

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

36

de două secunde, KT2 va debloca valva solenoid Y2, permițând resortului să aducă distribuitorul
în poziția inițială. După ce distribuitorul a ajuns în poziția inițială, pistonul va î ncepe să se miște
în sens opus, de la dreapta la stânga, până când va ajunge în raza senzorului B3, moment în care
procesul va porni de la capăt.

Figura 4.4.1. Testarea subsistemului în FluidSIM Pneumatics

4.4.2. Implementarea și testarea pe standu l experimental

Standul experimental este format dintr -o instalație electro -pneumatică, ce conține aceleași
elemente prezente și în schema pneumatică realizată anterior, și o serie de panouri cu relee
electro -magnetice și contacte electrice.
Instalația el ectro -pneumatică, având schema identică cu cea prezentată în figura 4.2.,
prezintă același principiu de funcționare: Compresorul concectat printr -un furtun la distribuitorul
cu acțiune manuală introduce aer sub presiune în instalație, distribuitoarele cu a cțiune electrică
asigură circulația aerului prin cilindrii și modifică sensul de deplasare al pistoanelor în funcție de
acțiunea valvelor solenoid, determinată de poziția pistoanelor față de senzorii de poziție. Lampa

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

37

de semnalizare H2 se aprinde atunci câ nd instalația se află în funcțiune (la apăsarea butonului
S1).

Figura 4.4.2 .a. Instalația electro -pneumatică
Simbol Element
0Z Furtun compresor
0V Distribuitor pneumatic cu acționare manuală
1v1 Distribuitor pneumatic mono -acționat electric
2v1 Distribuitor pneumati c dublu -acționat electric
1v2, 2v2 Drosele cu supapă de cale
P1, P2 Cilindri pneumatici cu dublă acțiune
B1, B2, B3, B4 Senzori de poziție
H2 Lampă de semnalizare

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

38

Figura 4.4.2.b. Panou cu relee și contacte
Simbol Element
K1, K2, K3 Relee electromagnetice
KT1, KT2, KT3, KT4 Relee electromagnetice cu temporizare

Simularea fizică s -a realizat prin implementarea fidelă a schemei electrice realizate în
program (figura 4.3.) . Cu ajutorul cablurilor s -a realizat conexiunea între sursa de tensiune,
releele și contactele de pe panou ri, senzorii de poziție și valvele solenoid ale standului
experimental.
Standul experimental este acționat prin trei butoane, unul de alimentare și oprire de
urgență (S0), unul de pornire (S1) și unul de oprire (S2).
Folosind aceleași principii ca în simul area virtuală, instalația a fost pusă în funcțiune și s –
a constatat că funcționarea acesteia corespunde cerințelor și restricțiilor impuse.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

39

Figura 4. 4.2.c. Instalația electro -pneumatică în funcțiune.
În anexă se vor găsi imagini cu alte părți componente ale standului experimental și cu
etapele simulărilor efectuate în programul FluidSIM și pe standul experimental .

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

40

CONCLUZII

Energia nucleară este o formă de energie foarte ieftină ce nu poluează iar modelul
CANDU 600 -PHWR valorifică această energie având ca prioritate menținerea siguranței în
funcționare și evitarea pericolelor ce pot apărea.
Subsistemul MID este un subsistem vital în activitatea și securitatea unei centrale
nucleare de tip CANDU 600 -PHWR, realizând încărcarea și descărcarea combustibilulu i în
reactor cât timp acesta se află în sarcină, fără să producă fluctuații de energie în interiorul
reactorului și protejând în același timp mediul exterior.
Sistemele de control și reglare automată din centrală folosesc automate programabile,
echipamente ce necesită cunoașterea unor limbaje de programare specifice, menite să
standardizeze procesul de programare al acestor echipamente.
Datorită interconectivității tuturor sistemelor și subsistemelor din centrală, este necesară
folosirea unui sistem de cont rol distribuit pentru a îndeplini toate nevoile și cerințele necesare
desfășurării activităților în condiții optime. Acest rol este îndeplinit de către DCC.
Lucrarea de față a urmă rit automatizarea subsistemului MID, î n particular componenta de
comandă aut omată a deplasării mașinii de încărcare -descă rcare combustibil nuclear. S -a porni t de
la cerințele și restricțiile acestui subsistem și s -a realizat logica de comandă (schema electrică cu
contact e). MID a fost modelat prin două pistoane: unul reprezintă mașina de încărcare, iar al
doilea reprezintă mașina de descă rcare. Aceste pistoane au o funcționare secvențială și
antagonistă .
Implementarea come nzii automate s -a realizat mai întâi în simulare, folosind softul
FluidSIM Pneumatics și apoi s -a realizat pe un stand experimental în condiț ii apropiate de
realitate (s -au fă cut unele ipoteze s implificatoare). Î n sim ulare au fost modelate cele două
pistoane împreună cu elementele de acț ionare (compr esor, distribuitoare, drosele) printr -o schemă
pneumatică și, con form schemei elec trice realizate în corelație cu cea pneumatică , s-a demonstrat
că funcționarea este conformă cu cerinț ele și restricțiile impuse.
Pe standul experimental s -a făcut o i mplementare a logicii de comandă prin intermediul
unor relee electromagn etice și contacte electrice . Testarea funcționării pe acest echipament
experimental arată că subsistemul de încărcare -descărcare operează corespunzător.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE E NE RGETICĂ
Departamentul Sisteme E lectroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 31 3, sector 6

41

BIBLIOGRAFIE

[1] MIHOC D.; ILIESCU S.S.; FĂGĂRĂȘAN I.; ȚĂRANU Gh.; MATEI G., Automatizarea sistemelo r
electro și termoenergetice, București: Editura Printech, 2008, ISBN(10); 978 -973-718-936-3, 175 p.
[2] ȘTEFĂNESCU P., Controlul și comanda centralelor nuclearo electrice, București: Editura Bren, 2005,
ISBN: 973 -648-472-6, 397 p.
[3] NĂSTASE G.I., CNE -CANDU, Viitor al energeticii românești, București: Oficiul de Informare
Documentară pentru Industria Construcțiilor de Mașini, 1993, ISBN: 973 -95641 -4-3, 109 p.
[4] ***, documentație tehnică Siemens.
[5] ***, documentație tehnică FluidSIM Pneumatics
[6] ***, documentație CANDU – Dr. BEREZNAI George, Introduction to CANDU systems and
operation, Oshawa, Ontario, Canada, 2005
[7] ***, documentație ISPE, CNE – Instrumentație și comandă, 1987.
[8] SR EN 61131 -3, Automate programabile, Partea 3, Limbaje de programa re.
[9] HABA C. G., Sisteme de comandă a mașinilor electrice, Iași: Editura Gh. Asachi .