원전적용을 위한 FPGA 기반 제어기의 정량적 신뢰도 평가

이준구,정광일,박근옥,손광영,Lee, Joon-Ku,Jeong, Kwang-Il,Park, Geun-Ok,Sohn, Kwang-Young 한국전자통신학회 2014 한국전자통신학회 논문지 Vol.9 No.10

원자력 산업계는 최근 원전 계측제어계통 설비의 단종과 같은 예상치 못한 환경에 직면해오고 있으며, 이러한 문제를 근본적으로 해결하고자 노력하고 있다. IAEA, IEC, 등의 연구결과에 따르면, FPGA는 단종이 예상되는 제어계통에의 대체수단으로 주목받고 있다. 단종의 영향을 받지 않은 특성을 갖더라도 FPGA가 원자력 플랜트의 PLC (Programmable Logic Controller)를 대체하기 위해서는 높은 신뢰성을 가져야 한다. 따라서, FPGA 기반 제어기의 신뢰성을 향상시키기 위한 소프트웨어 개발 및 MTBF (Mean Time Between Failures)를 포함한 신뢰도분석이 MIL-HDBK-217F에 따라 수행되었다. MTBF는 FPGA 기반 제어기와 COMMON-Q PLC의 신뢰도인 MTBF가 비교분석된다. 신뢰도분석결과 FPGA 기반 제어기는 원전적용 PLC 동등이상의 신뢰성을 나타냄을 확인하였다. Nuclear industries have faced unfavorable circumstances such as an obsolescence of the instrumentation and control system, and therefore nuclear society is striving to resolve this trouble fundamentally. FPGAs are currently highlighted as an alternative means for obsolete control systems. Because of the obsolescence-unaffected characteristics, FPGA should be highly reliable in order to be a replacement for PLC (Programmable Logic Controller). Therefore, it is necessary to establish a software development aspect strategy that enhances the reliability of an FPGA-based controller. The reliability analysis including the MTBF (Mean Time Between Failures) is carried out based on the MIL-HDBK-217F. MTBFs are compared with the FPGA-based controller COMMON-Q PLC. As an analysis result, it shows that the reliability of the FPGA-based controller is better than or equal to that of PLC.

HPD 개발수명주기를 적용한 원전 FPGA 기반 제어기의 설계와 검증

이준구,정광일,박근옥,손광영,Lee, Joon-Ku,Jeong, Kwang-Il,Park, Geun-Ok,Sohn, Kwang-Young 한국전자통신학회 2014 한국전자통신학회 논문지 Vol.9 No.6

원자력 산업계는 최근 원전 계측제어계통 설비의 단종과 같은 예상치 못한 환경에 직면해오고 있으며, 이러한 문제를 근본적으로 해결하고자 노력하고 있다. IAEA, IEC, 등의 연구결과에 따르면, FPGA는 단종이 예상되는 제어계통에의 대체수단으로 주목받고 있다. FPGA가 원자력 플랜트의 PLC(Programmable Logic Controller)를 대체하기 위해서는 높은 건정성과 신뢰성을 가져야 한다. 따라서, FPGA 기반 제어기의 건전성과 신뢰성을 향상시키기 위하여 HDL 개발수명주기를 적용하여 개발하였다. 또한, 원전 계측제어계통에 적용하기 위하여 번인시험과 환경시험의 기기검증이 수행되었다. 시험수행결과, 352시간의 번인시험과 92시간의 환경시험 중에 정상적인 기능 및 성능을 수행함을 확인할 수 있었다. Nuclear industries have faced unfavorable circumstances such as an obsolescence of the instrumentation and control system, and therefore nuclear society is striving to resolve this issue fundamentally. IEC and IAEA judge that FPGA technology is a good replacement for Programmable Logic Controller (PLC) of Nuclear Instrumentation and Control System. FPGAs are currently highlighted as an alternative means for obsolete control systems. Because the main function inside an FPGA is initially developed as software, good software quality can impact the reliability of an FPGA-based controller. Therefore, it is necessary to establish a software development aspect strategy that enhances the reliability of an FPGA-based controller. In terms of software development, HDL-Programmed Device (HPD) Development Life Cycle is applied into FPGA-based Controller. The burn-in test and environmental(temperature) test should be performed in order to apply into nuclear instrumentation and control system. Therefore it is ensured that the developed FPGA-based controller are normally operated for 352 hours and 92 hours in test chamber of Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM).

의료영상을 이용한 인체장기의 분할 및 시각화

이준구,김양모,김도연,Lee, Joon-Ku,Kim, Yang-Mo,Kim, Do-Yeon 한국전자통신학회 2013 한국전자통신학회 논문지 Vol.8 No.1

방사선과 의사들은 CT 및 MRI 스캐너로부터 얻어진 인체의 단면 영상을 연속적으로 보고 실제 3차원적으로 인체가 어떻게 구성되어 있는지를 상상하여 병변을 구별하는데, 의학영상을 이용한 인체 장기의 3차원 시각화는 2차원 형태의 인체 단면 영상들을 복잡한 알고리즘이나 고성능의 컴퓨팅 파워를 사용하여 실제 인체와 같이 3차원으로 재구성하여 보여준다. 단면 영상의 추적, 관심영역의 표시 및 추출등과 같은 2차원 영상분석은 시간이 많이 소모되고, 주관적일 수가 있으며, 수작업인 관계로 빈번한 에러가 발생하는 단점을 가지는데, 이와 같은 2차원 의료 영상 분석의 단점을 보완하기 위해 의학영상처리 기술과 접목한 3차원 의료 영상의 시각화는 필수적이라 할 수 있다. 명암값 임계치 방법, 영역확장(region growing) 방법, 윤곽선(contour) 추출 방법 및 변형모델(deformable model) 방법을 사용하여 인체의 각 장기를 분리하였으며, 텍스쳐분석(texture analysis)을 통하여 고안된 특징자를 이용하여 암 부분을 인식하는데 사용하였고, 원근투영(perspective projection) 및 볼륨 데이터의 표면을 렌더링하기 위해 마칭큐브(marching cube) 알고리즘을 사용하였다. 인체 및 분리된 장기에 대한 3차원 시각화는 방사선치료계획(radiation treatment planning), 외과 수술계획, 모의수술, 중재적(interventional)시술 및 영상유도수술(image guided surgery)에 효과적으로 사용될 수 있다. Conventional CT and MRI scans produce cross-section slices of body that are viewed sequentially by radiologists who must imagine or extrapolate from these views what the 3 dimensional anatomy should be. By using sophisticated algorithm and high performance computing, these cross-sections may be rendered as direct 3D representations of human anatomy. The 2D medical image analysis forced to use time-consuming, subjective, error-prone manual techniques, such as slice tracing and region painting, for extracting regions of interest. To overcome the drawbacks of 2D medical image analysis, combining with medical image processing, 3D visualization is essential for extracting anatomical structures and making measurements. We used the gray-level thresholding, region growing, contour following, deformable model to segment human organ and used the feature vectors from texture analysis to detect harmful cancer. We used the perspective projection and marching cube algorithm to render the surface from volumetric MR and CT image data. The 3D visualization of human anatomy and segmented human organ provides valuable benefits for radiation treatment planning, surgical planning, surgery simulation, image guided surgery and interventional imaging applications.

고조파 주입법에 의한 3상 부스트 정류기의 고조파 저감

이준구(Joon-Ku Lee),박석하(Sok-Ha Park),김진성(Jln-Sung Kim),김양모(Yang-Mo Kim) 대한전기학회 1998 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.1998 No.11

원자력 계측제어계통 전자기파 검증 기술기준

이준구(Joon-Ku Lee),서용석(Yong-Suk Suh),김양모(Yang-Mo Kim) 대한전기학회 2011 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2011 No.11

고조파 주입 펄스 폭 변조를 이용한 3상 부스트 정류기의 고조파 저감

이준구(Joon-Ku Lee),김진성(Jin-Sung Kim),박석하(Seok-Ha Park),김종범(Jong-Bum Kim),김광수,김양모(Yang-Mo Kim) 대한전기학회 1999 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.1999 No.7

사이버공격에 대비한 심층방호 특성을 만족하는 단방향 광통신 구조 설계

정광일 ( Kwang Il Jeong ),이준구 ( Joon Ku Lee ),박근옥 ( Geun Ok Park ) 한국정보처리학회 2013 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 Vol.2 No.12

원전 계측제어계통의 제어기기에 대한 사이버공격은 원자로 정지 또는 방사선 누출 등의 심각한 재앙을 유발할 가능성이 있다. 그러므로 원전 규제기관 및 산업표준의 요건에 따라 심층방호 특성을 고려한 사이버보안 대책설계가 원전 계측제어계통 설계에 요구된다. 본 논문에서는 사이버공격에 대한 원전 계측제어계통의 심층방호 대처 설계시 필수적으로 요구되는 단방향통신 구조를 구현하기 위한 설계방법을 제안한다. 제안한 단방향 통신 구조 구현방법은 통신보드 내에 구현되었다. 단방향 통신을 지원하는 통신보드는 시험을 통하여 심층방호 설계에 필요한 단방향 통신 구조를 제공하며, 사이버공격에 강인한 특성을 갖는 것으로 분석되었다. 이러한 사이버공격에 대비한 심층방호 대처 설계 및 단방향 통신을 지원하는 통신구조는 일체형원자로(SMART) 계측제어계통 설계에 적용되었다. Instrumentation and control system in nuclear power plant performs protecting, controling and monitoring safety operation of Nuclear Power Plant. As cyber attack to the control equipment of instrumentation and control system can cause reactor shutdown and radiation release, it is required to design the instrumentation and control system considering cyber security in accordance with regulatory guides and industrial standards. In this paper, we proposed a design method of uni-directional communication structure which is required in the design of defense-in-depth model according to regulatory guides and industrial standards and we implemented a communication board with the proposed method. This communication board was tested in various test environments and test items and we concluded it can provide uni-directional communication structure required to design of defense-in-depth model against cyber attack by analyzing the results. The proposed method and implemented communication board were applied in the design of SMART (system-integrated modular advanced reactor) I&C (instrumentation and control) systems.

FSDM 설계개선을 통한 SMART 시뮬레이터 개발

정광일 ( Kwang-il Jeong ),이준구 ( Joon-ku Lee ),박근옥 ( Geun-ok Park ) 한국정보처리학회 2014 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.21 No.2

FSDM은 SMART 기술검증 및 표준설계 인가 획득 사업을 통헤서 개발된 인간공학 통합검증설비로서 SMART 주제어실 설계에 대한 인간공학 확인 및 검증시험 활동을 수행하기 위한 수단과 방법을 제공하는 설비이다. 이러한 목적으로 개발된 FSDM은 운영허가 취득단계에서 개발하여 운전원 훈련에 사용되어야 하는 시뮬레이터에 대비하여 약 10%의 모의 성능을 가지고 있다. 본 논문에서는 개발된 FSDM의 제어실 설계 측면에서 하드웨어 및 소프트웨어 자원에 대한 설계현황 분석을 수행하여 설계개선 요구사항을 도출 및 반영하여 SMART 시뮬레이터 개발에 적용하였다.

A Methodology for Pre-Validation of Staffing Plan in terms of Human Performance based on Task Network Modelling

Young Do Koo(구영도),Sa Kil Kim(김사길),Kwang Il Jeong(정광일),Joon Ku Lee(이준구) 대한인간공학회 2022 대한인간공학회 학술대회논문집 Vol.2022 No.10

A Study on HSI Concept Design for Monitoring and Controlling Multi-Module Small Modular Reactors

Young Do Koo(구영도),Sa Kil Kim(김사길),Moon Won Song(송문원),Kwang Il Jeong(정광일),Joon Ku Lee(이준구) 대한인간공학회 2021 대한인간공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.11

Objective: The objective of the study is to elicit a basic concept for a new human-system interface (HSI) for integrated monitoring and controlling multi-module reactors, which is capable of minimizing any negative effects on the safety of the reactors or human performance. Background: Recently the researches on developing a new nuclear reactor system (i.e., small modular reactors (SMRs)) as well as improving the safety of the existing large-scale nuclear power plants (NPPs) are being carried out. In light water SMRs being developed, there are some characteristics in common, which are distinguished from the existing light water reactors: The safety of SMRs is secured through both advanced designs (e.g., passive safety systems, high level of automation, and so on) and proven technologies utilized also in the existing NPPs. Economy of SMRs due to less than 300 MWe production capacity is planning to be usually covered through multi-module SMR operation by one operator using an individual workstation in a single main control room, as well as a high level of automation technology. More works are accompanied because of more than one mission such as electricity generation, which is the conventional mission, and desalination or hydrogen production, which are new ones. According to these characteristics of SMRs, a new human-system interface (HSI) design being able to monitor and control integrated multi-module SMRs, differ from the existing HSI, is needed in common in SMRs. Specifically, in HSI, several essential capabilities are required: operator’s tasks for monitoring and controlling multiple reactors and access to information on reactors should be supported, and explanations for high levels of automation and alarms also have to be provided. Accordingly, a new HSI concept design proper to multi-module SMRs in view of users’ and regulatory requirements and considerations is necessary. Furthermore, competitiveness of SMR being developed in Republic of Korea can be strengthened by drawing a new HSI design. Method: Current HSI designs for a single reactor designed in accordance with standard design process (i.e., NUREG-0700 Rev.3) is expected to be constrained to monitor and control multi-module SMRs. Thus, a new HSI concept should be presented through addressing challengeable considerations or trying a novel approach. Functional requirements needed in providing plant status, alarm, and controls for multiple SMRs are considered from users’ or a regulatory point-of-view to draw a new HSI design concept, beyond addressing a single reactor only. In addition, HSIs in other multi-module SMRs or surrogate facilities are investigated. Results: New HSI concepts for monitoring and controlling multiple SMRs are proposed, and some of the design examples are drawn, which is distinguished for the existing HSI. Conclusion: As this study is a part of developing a new HSI design for multi-module SMRs, additional study will be sequentially performed based on the result drawn in the study. Application: The result of this study will be used as the input to a study for the basic design of the HSI to be available to multi-module reactors in the future.