한국원자력연구소 - BOMIX-II 실험장치 계측/제어 시스템 구축

Author(s):
강형석 선임연구원 - 한국원자력연구소

Industry:
Energy/Power

Products:
LabVIEW, SCXI

The Challenge:
적은 경비와 시간을 투자해서 제어/계측 시스템을 구축하여, 실험을 수행하고, 효과적으로 실험데이터를 분석하는 것이 목표이다.

The Solution:
원자력 중장기 개발연구의 하나인 원자로 내 보론 희석 모사 실험장치(그림 1)의 계측 및 제어 시스템을 NI SCXI와 LabVIEW 8 (한글판)으로 구축하였다. 계측시스템은 주로 온도/압력/유량을 계측기하기 위한 것으로 NI SCXI-1001을 사용해서 채널 아날로그 입력으로 약 160개의 신호를 받아서 처리하고, 펌프/제어밸브/히터 제어를 위해서는 NI-6514/6704 DAQ 카드를 사용해서 아날로그/디지털 출력으로 처리하였다.

개발 배경 :
적은 경비와 시간을 투자해서 제어/계측 시스템을 구축하여, 실험을 수행하고, 효과적으로 실험데이터를 분석하는 것이 목표이다.
1. 기존 문제점 : 타사장비를 사용하여 계측 시스템을 구축했을 때는 구축 기간이 많이 소요되고, 기술 지원이 적절히 이루어지지 않아서 실험 수행에 지장도 받았다. 특히 제어시스템의 경우, 이전까지는 커다란 판넬 형태로 구성되어, 경비가 많이 들고, 공간을 많이 차지하였다.
2. NI 장점 : 사용법이 간단명료하여 계측/제어 시스템 구축 기간이 단축되고, 특히 전문가의 기술 지원이 신속히 이루어져서 불필요하게 낭비되는 시간이 없다. LabVIEW 8 (한글판)에서는 Simulated Device가 지원되어, 실험실 외에서도 실제와 유사한 환경을 제공 해준다.

본론 :

하드웨어
본 계측/제어 시스템(그림 2)에서는 BOMIX-II 실험에서 계측하는 온도, 압력 및 유량을 아날로그 입력으로 신호를 받고, 펌프, 밸브 및 히터를 제어하기 위해서는 디지털 및 아날로그 출력을 사용하여 신호를 출력한다.

그림 1. BOMIX-II 실험 장치

그림 2. 계측/제어 화면 구성도

소프트웨어
각 신호를 LabVIEW에서 어떻게 처리했는지는 아래에 기술하였다.

1. 아날로그 입력
- NI 계측기 인식
DAQ Board(PCI-6221)와 SCXI-1001 장비의 인식은 Express VI인 DAQ Assistant를 사용해서 약 160개의 채널을 인식하였다 (아주 손쉽게 인식됨). Sample Rate와 Number of Sample를 자유롭게 지정할 수 있도록, “Create Control”을 사용하여, 프론트 패널에 표기하였다.

-압력/유량/온도 디스플레이
DAQ Assistant에서 계측한 데이터를 관심 영역별로 그룹화하기 위해서 Array Subset/Index/Bundle를 사용하였고, 디스플레이 하기 위해서는 챠트를 사용하였다. 여러 개의 챠트를 모아서 디스플레이 하기 위해서, “Tab Control”을 사용하였다.

그림 3. DAQ Assistant

그림 4. 압력/유량/온도 디스플레이

- 데이터 저장
DAQ Assistant에서 읽은 데이터는 “Write LabVIEW Measurement File” VI를 사용해서 Excel 파일로 저장하였고, 그 파일 Header에 계측기 Tag를 넣어주기 위해서는 파일 열기/생성/대체 VI와 Flat Sequence Loop를 사용하였다. 실험 중, 원하는 시점에서 파일 저장을 시작하기 위해서는 “Write LabVIEW Measurement File” VI에 Case Loop를 씌웠다. 파일 이름은 프런트패널에서 자유롭게 지정할 수 있게 하였다.

그림 5. 데이터 저장

2. 디지털 출력
펌프, 제어밸브 및 히터를 가동하고 중지시키기 위해서 NI-6514를 사용하였고, DAQ Assistant VI를 사용하였다. 실험 장치가 아크릴로 만들어졌기 때문에, 실험 장치 내부의 압력이 2 Bar 이상으로 상승하면, 자동으로 펌프가 중단되도록 하였다. 즉, 아날로그 입력 While Loop 안에서 압력신호와 보호 설정치 값과 비교한 다음, 참이면 펌프가 중단하고, 거짓이면, 계속 펌프가 작동하도록 하였다.

그림 6. 디지털 출력 프로그래밍

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점 :
1) BOMIX-II 실험장치 계측/제어 시스템을 아주 손쉽게, 적극적이고 친절한 기술 지원을 받아서 성공적으로 구축하였다.
2) 계측/제어시스템 구축을 외부 업체에 의뢰하면, 약 천만원의 비용이 소요되나 LabVIEW 교육과 전문가의 기술 지원을 받아서, 적은 경비와 짧은 기간 내에 원하는 목적을 달성하였다.
3) 친절하고 수준 높은 기술 지원을 해준 NI 기술지원부에 감사 드린다.

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