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향기 부
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IT 기획시리즈 주간기술동향통권 1464 호 2010. 9. 20. IT 와전통산업간융합 918 명품원전 MMIS 를위한원자력과 IT 의융합 권기춘한국원자력연구원계측제어인간공학연구부장 kckwon@kaeri.re.kr 1. 개요 2. 원전에적용되는 IT 기술 3. 원자력-IT 융합기술 4. 결론 1.

1 IT 기획시리즈 주간기술동향통권 1464 호 IT 와전통산업간융합 918 명품원전 MMIS 를위한원자력과 IT 의융합 권기춘한국원자력연구원계측제어인간공학연구부장 1. 개요 2. 원전에적용되는 IT 기술 3. 원자력-IT 융합기술 4. 결론 1. 개요원자력발전소 ( 원전 ) MMIS(Man-Machine Interface System) 는계측제어 (Instrumentation & ) 와주제어실 MMI(Man-Machine Interface) 및인간공학을포괄하는개념으로최근의아랍에미리트연방 (UAE) 원전수주에관한언론보도에서원전계측제어시스템 (MMIS) 로사용되고있다. 계측제어시스템은원전의두뇌와신경망에해당하는계통으로원전의운전상태를감시및제어하고, 이상상태가발생하였을때원자로를안전하게정지하도록하는보호기능을수행하는원전안전에필수적인주요설비이다. ( 그림 1) 은필드센서로부터신호를받아제어및보호기능을수행하고운전정보를주제어실로보내어운전원의조작을 Actuator 로전달하는과정을보여주는원전 MMIS 구조이다. 원전에서는보수적인입장과입증기술 (Proven Technology) 을요구하는기술적특성에기인하여몇년전까지도아날로그기술로구현되어노후화와기술의낙후성으로인해운전및유지보수비용이증가하고안전성까지위협받고있으며, 최근에들어서야컴퓨터기반의디지털기술을채택하고있는실정이다. 일반산업체와는달리원전에서발생하는사고의여파는일반공중에게방사능누출과방사성물질의피해를입힐수있는가능성을내재하고있어이러한가능성을배제하는디지털계측제어시스템을개발하기위해서는안전성 (Safety) 과신뢰도 (Reliability) 확보가무엇보다도중요하다. 그중에서도고신뢰도의안전성이요구되는보호기능을수행하는디지털원자로안전계통은더욱더중요하다 년에준공된울진원자력 5&6 호기에디지털원자로안전계통이국내에서는처음으로채택되었을정도로 * 본내용과관련된사항은한국원자력연구원계측제어인간공학연구부권기춘부장 ( ) 에게문의하시기바랍니다. ** 본내용은필자의주관적인의견이며 NIPA 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 14

IT 기획시리즈 IT 와전통산업간융합 9 RSP EOF TSC RWC Safety Console LDP ler APR1400 I&C Architecture Network VDU/Soft ler Operation Device Network PPS/CPC Op.

System Level Network-Ethernet Token 100Mbps ICCMS Digital signal Acquisition A/D Conversion Digital Signal Acquisition Safety Network Inter-ch.

2 IT 기획시리즈 IT 와전통산업간융합 9 RSP EOF TSC RWC Safety Console LDP ler APR1400 I&C Architecture Network VDU/Soft ler Operation Device Network PPS/CPC Op. Module ESF-CCS Soft lers QIAS-P QIAS Network RO & TO Console CRS/SS/STA Console Information Network-Fast Ethernet 100Mbps VDU/Soft lers DBMS Alarm Server IPS CPS LDP ler EWS & Other I/O Unit Level System Level Network-Ethernet Token 100Mbps ICCMS Digital signal Acquisition A/D Conversion Digital Signal Acquisition Safety Network Inter-ch. Profibus 12Mbps Reactor Protection Ch-A Safety Network Inter-ch. Safety Network Inter-ch. Profibus 12Mbps Profibus 12Mbps CPC Ch-A ESF-CCS Ch-A Profibus 6Mbps Profibus 6Mbps Power System RRS CEDMCS RPCS E-T 10Mbps NSSS System FWCS SBCS APS E-T 10Mbps NSSS Component PPCS PLCS CVCS E-T 10Mbps Electrical System E-T 10Mbps BOP System T/G & Protection E-T 10Mbps BOP Sys Component AUX. SYS. HVAC CCS E-T 10Mbps Gas Stripper Boronometer PRM RCPSSSS Digital Signal Acquisition A/D Conversion Digital Signal Acquisition NSSS Integrity Monitoring ALMS LPMS RCPVMS IVMS Process Process ConditioningProcess Conditioning Conditioning ENFMS _A ENFMS _A ENFMS Cabine ENFMS t_a _A Reactor Trip Switchgear Automatic Power Electronics Electrical System Logic Local Bus Generator & Transformer Protection To Systems Process Process Conditioning Process Conditioning Conditioning Local Level Plant Field : Multiplex Data Highway (Multi-drop) : Multiplex Data Link (Point-to-point) : Hard Wired 4 ( 그림 1) 원전 MMIS 구조 보수적이다. 원전계측제어시스템이디지털화되면서예전에아날로그계기나회로로구현되던감시, 제어및보호기능의대부분이하드웨어플랫폼을기반으로하는내장형 ( 임베디드 : Embedded) 소프트웨어로구현되고있다. 먼저원전에적용되는내장형소프트웨어의특징을중심으로 IT 기술에대하여기술한다. 우리나라는그동안반도체, 디스플레이, 그리고이통통신단말기등하드웨어중심의 IT 산업분야에서는큰성장을보여세계최고수준을누리고있으나, 소프트웨어분야에서는세계수준과는격차가있는것이사실이다. 서비스에서출발하여소프트웨어또는콘텐츠에이르는최근의발전추이를반영하여소프트웨어 IT 산업진흥에많은투자를결정하면서 IT 융합에큰관심을보이고있다. 최근에원자력에대한관심이커지면서 IT 융합과연계한원자력-IT 융합이화두로떠오르고있다. 최첨단 IT 기술을원전과융합할수있는분야에대해서기술하기로한다. 15

3 주간기술동향통권 1464 호 원전에적용되는 IT 기술원전계측제어시스템을구성하는주요하드웨어플랫폼은 PLC(Programmable Logic ler), DCS(Distributed System) 와 PC 이다. 안전에중요한기능을구현하는디지털원자로안전계통에는 PLC 가사용되고있다. 원전용 PLC 는실시간운영체계를포함하는프로세서모듈, 통신모듈및입출력모듈로구성되는것은일반산업체에적용되는 PLC 와같으나, 처음부터원전의규제요건과품질활동하에서제작되어사전에규제기관의인허가승인을획득하여야한다. 전세계적으로이런요건을만족하는 PLC 가프랑스아레바의 Teleperm-XS, 미국웨스팅하우스의 AC-160 정도이다. 우리나라에서는최근에원전의요건을만족하는 PLC ( 포스코 ICT: POSAFE-Q) 를국내기술로개발하여규제기관인원자력안전기술원의인허가를획득함으로써국내원전계측제어시스템에적용이결정되었다. DCS 는비안전제어계통에사용되며, DCS 의주요소프트웨어로는 System Builder, Logic Builder, Graphic Builder, Report Builder, 그리고상용데이터베이스를기반으로하는 History Data Server 와 Operator Information Station 으로구성된다. 최근의추세는 DCS 가제어기능을담당하면서감시를위한정보및그래픽화면까지제공하고있어예전에사용되던감시정보제공을위한 Plant Process Computer 는더이상사용되지않는다. 원전에서 PC 가안전등급으로활용되는경우, 원자력에사용할수있도록상용인증 (Commercial Off The Shelf Dedication) 과정을거쳐야한다. 하드웨어적으로는원전규제요건을만족하여야하며, 소프트웨어적으로는장착되는운영체계의결정론적실시간성, 교착상태 (Deadlock) 회피, 방지또는회복메카니즘, 우선순위전도 (Priority Inversion), 그리고 Multi-tasking 동기화등의요건을만족하는지고려하여야한다. PC 는주로정보표시나경보처리를위한프로세서로사용된다. 원전계측제어시스템을구성하는주요소프트웨어는원자로보호기능 ( 디지털원자로안전계통 ), 제어기능 ( 원자로및터빈제어계통 ) 및감시계통을구현하는소프트웨어이다. 디지털원자로안전계통을구현하는소프트웨어는안전-필수 (Safety-Critical 또는 Mission-Critical) 소프트웨어로규정되며, 계통기능을소프트웨어로구현하는과정에서안전기능의손실이없도록하기위해서공통유형고장 (Common Mode Failure: 동일한소프트웨어의사용으로발생하는여러채널의동시고장 ) 을배제하도록다양성 (Diversity) 을갖는심층방어 (Defense-in-Depth) 개념을가지고구현되어야한다. 이러한설계원칙을만족하기위해서는인허가및다양한규제현안을해결해야하는어려움이있다. 16

4 IT 기획시리즈 IT 와전통산업간융합 9 원전안전- 필수소프트웨어개발및독립적검증은소프트웨어생명주기전단계에걸쳐서엄격한규제요건이적용된다. 가장상위의요건으로 IEEE Std ( 원전안전계통적용디지털컴퓨터기준 ) 는검증및확인 (Verification & Validation, V&V) 의독립성, V&V 에사용된도구와사람에대한자격, 하드웨어와소프트웨어및시스템의요구사항, 소프트웨어개발절차, 상용소프트웨어의검증방법, 하드웨어및소프트웨어의통합, 검증및확인방법등을기술하고있다. 그러나 IEEE Std 에는시스템및하드웨어와의통합을고려하면서주로소프트웨어에관련된규제내용들이원칙적인측면에서간략하게기술되어있다. 그하위에 < 표 1> 과같이다양한소프트웨어개발및검증관련기술기준이적용된다. < 표 1> 소프트웨어개발및검증관련기술기준 No. 기술기준 기술기준에대한설명 1 IEEE Std 소프트웨어프로젝트관리계획을위한기준 2 IEEE Std. 828 소프트웨어형상관리계획작성을위한기준 3 IEEE Std 소프트웨어형상관리기준 4 IEEE Std 소프트웨어검증및확인계획을위한기준 5 IEEE Std. 730 소프트웨어품질보증계획서작성을위한기준 6 IEEE Std 소프트웨어안전성계획을위한기준 7 IEEE Std. 830 안전소프트웨어요구명세를위한기준 8 IEEE Std 소프트웨어설계명세기준 9 IEEE Std 소프트웨어설계명세안내서 10 IEEE Std. 829 안전계통의소프트웨어시험에관한문서화기준 11 IEEE Std 안전계통소프트웨어단위시험을위한기준 12 IEEE Std 소프트웨어시험검증기준 13 IEEE Std 소프트웨어생명주기공정개발기준 14 IEEE Std 소프트웨어검토및감사기준 15 IEC 원전안전에중요한계측제어시스템소프트웨어 디지털안전계통소프트웨어개발에서는앞에서언급한공통유형고장극복이관건이며, 이를위해소프트웨어다중성 ( 서로다른프로그래밍언어 ), 주요소프트웨어격리, 소프트웨어위험도분석, 고장허용 (Fault-tolerant) 소프트웨어개발, 정형기법 (Formal Method) 의도입등다양한방법들이제시되고있다. 안전- 필수소프트웨어를개발하고확인및검증을수행하여이에대한인허가를획득하기위해서는소프트웨어개발공정생명주기전단계에걸쳐서기존의소프트웨어공학에서연구되고실용화되어있는소프트웨어개발방법론들이매우엄격하게적용되어야한다. 이러한엄격함에도불구하고현재소프트웨어의신뢰도측면에서소프트웨어공통유형고 17

5 주간기술동향통권 1464 호 장문제를완전히해결하지못하고있다. 소프트웨어검증도생명주기전단계에걸쳐서수행하여야하며, 요건및설계단계에서는인허가적합성 ( 완전성, 정확성, 일치성, 타이밍, 강인성, 보안성등 ) 검토, 페이건인스펙션, 추적성분석, 정형검증, GBA(Graphical Back Animation) 및시뮬레이션등의방법을사용한다. 소프트웨어구현단계에서는소스코드에대한인허가적합성평가, 구현위험요인확인, 소스코드추적성분석, 소프트웨어컴포넌트시험등을수행한다. 통합단계이후에서는주로추적성분석과통합시험또는시스템시험을수행한다. 소프트웨어안전성분석은안전- 필수소프트웨어에대한안전성확보를위한품질활동으로볼수있다. 안전성분석은안전- 필수소프트웨어의검증에서다른비안전소프트웨어검증과비교하여특별히차이가나는부분이다. 안전- 필수소프트웨어를개발하기위해서는계획단계에서소프트웨어안전계획을작성해야하며, 이에따라안전성분석을수행하여야한다. 소프트웨어안전성분석기술에는체크리스트나 HAZOP(Hazard and Operability) 에의한방법이외에도고장모드영향분석 (Failure Mode Effect Analysis: FMEA), 고장수목기법 (Fault Tree Analysis: FTA) 와같은기법을사용한다. 또다른원전에서의 IT 기술활용분야로운전요원훈련용시뮬레이터를들수있다. 시뮬레이터의소프트웨어는크게수학적모델링프로그램, 실시간실행프로그램및강사조작반소프트웨어, 그리고그래픽사용자인터페이스로구성된다. 수학적모델링프로그램은원전의정상상태및과도상태를수학적으로모델링하여소프트웨어로구현한것이다. 실시간실행프로그램은수학적모델링프로그램을 1 초에여러번실행하도록하여원전의제현상이실시간으로발생하는것처럼보이도록실시간시뮬레이션이가능하도록해준다. 강사조작반소프트웨어는시뮬레이터의운전을위해필요한다양한명령을처리해준다. 그래픽사용자인터페이스는강력한그래픽도구를활용하여그래픽화면과시뮬레이션데이터베이스의변수와인터페이스하는것이다. 원전에서 IT 기술활용분야의마지막으로 IT 기반운전지원시스템에대해서기술한다. 원전에서 IT 기반운전지원시스템은크게통합감시진단운전지원시스템과운전절차전산화시스템을들수있다. 통합감시진단운전지원시스템은발전소운전상태및주요기기의성능을감시하여그정보를주제어실에디스플레이하는감시시스템 (Monitoring System), 원전에서이상상태발생시생성되는많은경보들을표시하는경보시스템, 발전소기기나프로세스의이상상태를조기에파악하여예측및진단하는고장진단시스템 (Fault Diagnosis System) 으로구성된다. 운전지원을위해수행되는작업중가장핵심적인작업을수행하는시스템으로운전원의원전상황판 18

6 IT 기획시리즈 IT 와전통산업간융합 9 단을지원하며, 원전의각종운전정보를받아서원전의현재상황에대한진단을수행한다. 운전절차전산화시스템은모든운전절차서에대한데이터를갖고있으며, 운전원은전산화절차서시스템을통해원하는절차서를검색하고볼수있다. 기존의텍스트기반의운전절차서들이전산화됨으로써운전원이컴퓨터를이용하여절차서를더찾고보기편하게만들고, 여러기능들을넣어서운전원의실수를줄여주는시스템이다. 현재 COMPRO(Computerized Procedures), ImPRO, COPMA(Computerized Procedure Manual) 등의전산화절차서시스템이개발되었으며, COMPRO 는관계형데이터베이스에각스텝을넣어개발하였고 COPMA 는 Basic 같은절차서언어를통해절차서를개발하였다 [1],[2]. 3. 원자력-IT 융합기술앞절에서는현재의원전디지털 MMIS 에적용되는 IT 기술에대하여기술하였으며, 이절에서는앞으로원자력-IT 융합기술을접목하여새롭게개발될수있는기술에대해서기술한다. 인공지능을이용한기기또는프로세스고장진단시스템과경보원인추적시스템그리고소프트웨어안전성숙도 (Software Dependability) 기술, 미들웨어기술과사이버보안기술은원전 MMIS 와통합될수있는시스템또는기술이나그밖에기술되는시스템은원전에서활용될수있는원자력-IT 융합기술에관한것이다. 가. Wireless(RFID/USN) 기술원자력응용핵물질의저장, 이동또는조작중발생할수있는분실, 잘못된취급이나미인가자의접근등을방지하기위해핵물질의실시간상태추적과관리는아주중요하다. 핵물질로인한사고를미연에방지하고조기에예방하기위한능동적이고완벽하면서도최적의관리시스템이요구되고있는데, 최근의 IT 기술인양방향실시간 USN(Ubiquitous Sensor Network) 을이용하는방안이제안되고있다. 단위공간마다양방향이동태그와통신을하는 u-ap( 유비쿼터스 -Access Point) 단말을설치하고, 각관리대상핵물질에양방향통신이가능한 Tag(u-BiTag) 를설치할경우핵물질에내장된 u-bitag 가실시간으로 u-ap 와양방향으로통신을하면서핵물질의현재위치, 상태, 이동루트등을관리서버에서실시간으로파악할수있고, 필요에따라서 u- BiTag 에내장된부저, LED 등을통해서경보음발생, LED 깜빡임등을통해주변에서손쉽게핵물질의위치를알수있도록할수있다. ( 그림 2) 는양방향 u-bitag 기반의핵물질관리솔루션의일례를보여주고있다. 19

7 주간기술동향통권 1464 호 관리물건 w 는 t 시간에창고내 c 구역에있다 ( 부저와 LED 로직접인지가능 ) 긴급경보 : 관리물건 w 는 t 시간에창고내 c 구역에서 x 구역으로무단이동하고있다 관리물건 w ( 그림 2) IT 융합핵물질관리솔루션 나. 원자력설비유지ㆍ보수를위한가상현실 / 증강현실기술방사선또는고온의위험구역에위치한원자력설비를유지ㆍ보수하기위해작업자는빠른시간내에보수작업을완료하고위험지역에서벗어나야하므로사전에어떤위험요소가있는지파악하고충분히숙달될수있도록훈련을받아야한다. 이러한훈련을실제환경에서수행하는것은현실적으로거의불가능하다. 가상현실기술은 3D 기술과접목하여현실세계를시각화하는기술로알려져있으므로가상현실 / 증강현실을응용한훈련설비를개발하여안전한훈련환경으로제공하는것이다. 특히, 가상현실의원자력분야응용에서는이온화방사선처럼실제적으로는보이지않는사물이나현상까지도볼수있도록하는장점이있다. 또한시스템에위험도나 ( 그림 3) 가상현실활용원자력설비유지ㆍ보수시스템 20

주제어실내에서의운전원들의소통과시선교차등의개발활동이이루어진다. 지금까지는주로 Dynamic Mock-up 을활용하여설계공정에서지원을받았으나, 최근에와서는상대적으로경제적이며활용의유연성이높은가상현실환경을많이활용하고있다. 주제어실설계공정에서초기단계부터검증활동이개입되면주제어실레이아웃개발에큰영향을끼칠수있다.

8 IT 기획시리즈 IT 와전통산업간융합 9 위험요소같은추가적인정보를표시하도록하여사용자에게도움을주거나지침을제공할수 있다. ( 그림 3) 은위험구역을시각화한가상현실장면과이를이용한훈련장면이다 [3]. 다. 가상현실 / 증강현실을이용한원전주제어실설계및검증원전주제어실설계에서는원자로운전원 (Reactor Operator) 과터빈운전원 (Turbine Operator) 워크스테이션, 발전부장워크스테이션의배치, 운전원의시야범위와시야각 ( 角 ), 디스플레이장치의위치, 운전원의표준치수를고려한제어반의높이와크기조정, 주제어실내에서의운전원들의소통과시선교차등의개발활동이이루어진다. 지금까지는주로 Dynamic Mock-up 을활용하여설계공정에서지원을받았으나, 최근에와서는상대적으로경제적이며활용의유연성이높은가상현실환경을많이활용하고있다. 주제어실설계공정에서초기단계부터검증활동이개입되면주제어실레이아웃개발에큰영향을끼칠수있다. 따라서이와같은가상현실환경은설계초기부터검증활동이가능하도록지원하며, 설계공정후반부에발견될설계리스크를줄일수있게되어가상현실주제어실환경은아주유용하게활용될수있다. ( 그림 4) 는원전주제어실설계및검증에활용되는가상현실주제어실환경이다. ( 그림 4) 가상현실활용원전주제어실설계및검증 라. 가상현실을응용한훈련용시뮬레이터 3 차원원전시뮬레이터는 가상현실기술 을이용하여원자력발전소의각계통을 3 차원형상으로모의하는윈도우기반의 GUI(Graphic User Interface) 를제공하는가상현실시뮬레이터이다. 가상현실시뮬레이터는이동, 확대, 축소, 부분확대, 투명도주기, 전체화면, 거리재기, 색상변경, DB 연동등 3 차원형상에대한가상현실내비게이션기능을지원한다. 또한분해ㆍ조립 21

주간기술동향통권 1464 호 2010. 9. 20. < 자료 >: http://www.philosophia.co.

전통적으로이와같은운전조작은시간도많이걸리고, 에러의가능성이있는주제어실근무자와의전화통화를통해결과를확인할수있다.

9 주간기술동향통권 1464 호 < 자료 >: ( 그림 5) 가상현실응용훈련용시뮬레이터 애니메이션기능을제공하며, 관련된이미지, 문서, 도면등을분류하여데이터베이스를만들고 이를 3 차원형상과연동하여보여준다. ( 그림 5) 는 3 차원가상현실기술로표현된원전의일부 모습이다 [4]. 마. 포켓용전산장비응용모바일포켓용전산장비에실시간데이터와사용자가재구성가능한트랜드커브를제공하여현장근무자가자신의조작결과로프로세스가반응하는것을즉각적으로파악할수있다. 전통적으로이와같은운전조작은시간도많이걸리고, 에러의가능성이있는주제어실근무자와의전화통화를통해결과를확인할수있다. 원전현장의기기교정과유지ㆍ보수, 소내방사선감시등에도모바일포켓용전산장비를적용할수있다. 또한최근에많은인기를끌고있는애플아이폰에어플로각원전의주요운전정보를볼수있도록하면원전종사자또는규제기관인원들이사건발생시유용하게활용할수도있을것같다. 그리고앞으로가상현실과유비 ( 그림 6) 포켓용모바일장비의활용 22

10 IT 기획시리즈 IT 와전통산업간융합 9 쿼터스기술을응용하여모바일장비에현장작업자위치에서의방사선맵을표시하는방안도 연구되고있다. ( 그림 6) 에서모바일포켓용전산장비의활용예와유비쿼터스모바일장비의예 를보여주고있다 [5]. 바. 인공지능을이용한기기또는프로세스고장진단시스템인공지능기법중의하나인전문가시스템 (Expert System) 이처음으로등장하였을때가장먼저적용한응용대상이원자로의고장을진단하는시스템인 REACTOR(An Expert System for Diagnosis and Treatment of Nuclear Reactor Accidents, 1982.) 이다. 지금까지인공지능기법으로알려진신경망 (Neural Network), 은닉마르코프모델 (Hidden Markov Model), 그리고유전자알고리즘 (Genetic Algorithm) 등을이용한고장진단시스템에대한연구가이루어졌다. 대부분의경우, 진단을위한경험데이터를이용한학습을통해진단시스템을생성한다. 진단시입력패턴은전처리와특징추출단계를거쳐추론엔진을통과하면서진단결과를출력한다. 이과정을그림으로도식화하면 ( 그림 7) 과같다. 이와같은진단시스템은아직컴퓨터에의한의사결정이입증기술 (Proven Technology) 로되지않아실제발전소에적용된예는거의없다. 적용되더라도이와같은진단시스템은운전원의의사결정에도움을주는지원시스템으로활용될것으로보인다. Diagnosis Input patterns Preprocessing and Enhancement Feature Extraction and Selection Inference Engine Output Training ( 그림 7) 인공지능응용진단시스템 사. 소프트웨어안전성숙도기술우리사회는점점소프트웨어에의존적이되어가고있으며, 소프트웨어의오류는인명손실, 재산손실, 환경파괴등돌이킬수없는대형참사를불러올수있다. 토요다리콜을불러온급발진사태도전문가들은자동차에내장된소프트웨어의오류로생각하고있다. 원전도디지털화되면서내장되어사용되는컴퓨터의복잡도증가와함께소프트웨어로인한사고가능성이높아지고있다. 이와같이항상믿을수있어야하는시스템 (Dependable System) 에사용되는소프트웨어도믿을수있어야한다. 이를 Software Dependability 라고부르며소프트웨어단독으로이러한 Dependability 를측정할수없고, 소프트웨어가사용되는시스템, 사용자, 환경과함께평가되 23

주간기술동향통권 1464 호 2010. 9. 20. 어야한다. 믿음성을결정하는특성들중안전성, 높은신뢰도및가용성, 보안성등이중요한요소이다. 모든조건, 모든상황에서항상믿을수있는시스템은존재할수없다.

11 주간기술동향통권 1464 호 어야한다. 믿음성을결정하는특성들중안전성, 높은신뢰도및가용성, 보안성등이중요한요소이다. 모든조건, 모든상황에서항상믿을수있는시스템은존재할수없다. 따라서믿을수있는상황을명확하게정의하고, 이렇게믿을수있다는정의를뒷받침할증거가제시되어야하며, 이러한증거를생산할수있는전문성확보가 Software Dependability 확보의필수요소라고할수있다. 이를종합하면 소프트웨어안전성숙도 라고표현할수있다. 따라서기존에안전필수 (Safety-critical 또는 Mission-critical) IT 분야에서확보된소프트웨어안전성숙도기술을원자력에접목하려는적극적인시도가필요하다. 아. 미들웨어기술원전운전과관련된제어시스템의운전정보와감시정보가개별적으로처리되고, 이종의하드웨어플랫폼및운영체제를기반으로응용소프트웨어를사용함으로써소프트웨어개발및이식비용이크게증가되는상황이다. 또한원전하드웨어플랫폼단종시, 하드웨어교체에따라응용소프트웨어까지같이교체하거나수정되어야하므로비효율적으로운영되고있다. 최근분산컴퓨팅도입이확산되면서센서, 하드웨어플랫폼, 프로토콜및통신등을연결하여통신및인터페이스가이기종간및다양한플랫폼에서원활히이루어질수있도록하기위한미들웨어필요성이등장함에따라점차하드웨어플랫폼이나운영체제와독립적으로응용소프트웨어를개발할수있는미들웨어에대한요구가커지고있다. 따라서원전의소프트웨어관련문제점을극복하면서소프트웨어신뢰성을세계최고수준으로향상시킬수있는미들웨어기술의적극적인도입이요구된다. 미들웨어는경보원인추적, 지능형운전지원과같은고신뢰응용서비스개발을가능하게하는서비스미들웨어와원전계측제어설비를네트워크에연결시키고 ( 그림 8) IT 융합원전미들웨어구조 24

12 IT 기획시리즈 IT 와전통산업간융합 9 설비들간에정보교환을통해다양한부가서비스를제공할수있는통신미들웨어를고려해 볼수있다. ( 그림 8) 은 IT 융합을위해제안하는원전미들웨어의대략적인구조이다. 자. 사이버보안 (Cyber Security) 기술최근에원전의 MMIS 가디지털화되면서통신망을기반으로제어및감시정보를주고받고있다. 즉, 원전의안전운전을컴퓨터네트워크에의존하고있는데사이버범죄자들이보안약점을이용하여원전의통신망또는전력네트워크를파괴할수있다 년미국오하이오주의 Davis Besse 원전이 MS SQL Slammer worm 바이러스의침입을받아안전변수표시반 (Safety Parameter Display System) 과발전소감시계통 (Plant Monitoring System) 이정지하는사건이발생하였다. 한컨설턴트의컴퓨터가 T1 Network 에연결되어발전소에있는방화벽을경유하여제어네트워크로전파되었던것이다. 다행히원자로가정지상태였기때문에대형사고는막을수있었다. 안전이최고의목표인원전에서컴퓨터 / 소프트웨어및통신망의적용이확대되면서어떠한외부의사이버공격으로부터안전이보장되어야한다. 계측제어설비공급회사들은원전에사이버보안기술을적용하기위해기기차원에서제공할수있는정보보호, 인증체계등의보안기능을자사제품에추가하고있으나, 외부의사이버공격으로부터취약한실정이다. 전세계원자력규제기관은사이버테러에대비한법령을공포하고, 그대책을원전에적용하도록요구하고있다. 미국원자력규제위원회 (Nuclear Regulatory Commission) 가 2006 년발행한규제지침 Reg. Guide 1.152(Rev.02) 는최초의관련인허가지침으로전세계원전설계에적용되고있다 년규제지침 Reg. Guide 5.71 을발표하면서사이버보안적용범위를안전관련 MMIS 계통에서보안시스템과비상대책시스템으로확대하고있다. 우리나라규제기관원자력안전기술원에서도 2007 년에규제지침 GT-N27 을발표하고, 국내에서건설중인신규원전에사이버보안대책기술을적용하도록권고하고있다. 또한국가정보원은 2010 년국내가동원전에대해사이버보안취약성분석및대책을수립하도록요구하고있다. 디지털화된신규원전에서의사이버보안취약성과위협가능성에대한대처를위해기밀성, 무결성, 가용성등사이버보안요건을강화하고있으므로기존의 IT 기술로확보된사이버보안대처기술과원자력과의융합이필요하다 [6]. 차. 경보원인추적시스템 컴퓨터기반운전지원시스템은원자력 -IT 융합기술의좋은운영사례를보여주고있다. 그 25

13 주간기술동향통권 1464 호 중에서도대표적으로경보원인추적시스템 (Logic Alarm Cause Tracking System) 을소개한다. 현재운영중인원전에서는약 1,200~ 1,500 여개의경보창이있으며, 심각한사건발생시에는약 30~40% 가량인 500 여개의경보창이점멸하여우선경보또는원인경보를운전경험에의하여찾아내고있는실정이다. 최근의 IT 기술을응용하여발생하는경보의숫자를현격하게감소시키면서제어논리다이어그램을근거로최초의원인경보를추적하여운전원에게표시해주는것이다. 선행경보및경보원인분석을통하여경보원인추적알고리즘구현을위한경보원인분석쉬트를작성한다음, 데이터베이스로구축된제어논리다이어그램을이용하여지능형경보원인추적논리를개발한다. 원인경보추적논리표시화면 Frame, 화면및 Navigation 개념을적용하여경보원인추적경보표시화면을완성한다. 또한경보원인추적 Tree 가화면에표시된다. 그리고경보절차서도전산화되어해당경보발생시경보절차서가자동으로디스플레이되도록한다. ( 그림 9) 는경보원인추적시스템의전체적인개요와소프트웨어구성을보여준다 [7],[8]. Logic Alarm Cause Tracking System Server/OIS EWS Alarm Data Alarm/Operate Data Historian Alarm Processing Engine Entry Condition Process Engine Database (RDBMS) Information Network OM LogACT Storage (RAID) LogACT Server LogACT LAN (100/1000 Switch) DCS s PLC Network LogACT Clients PLC s Alarm Compressed Display Alarm History Analyzer Alarm Cause Display Alarm Message Display Entry Condition Display ( 그림 9) 경보원인추적시스템 26

14 IT 기획시리즈 IT 와전통산업간융합 9 4. 결론최근의 IT 융합에대한관심을반영하여원자력-IT 융합에대한연구및개발동향에대해서간략하게기술하였다. 디지털화된원전이수행하는기본기능인계측, 감시, 제어및보호에대한 IT 기술의적용과원자력과융합이가능한 RFID/USN 응용 Wireless 기술, 가상현실 / 증강현실과 3D 기술, 인공지능적용기술, 모바일포켓용전산장비응용, 미들웨어기술과사이버보안기술등첨단 IT 기술의원자력적용에대해서살펴보았다. 앞으로는더욱더적극적으로 IT 기술을원전설계, 엔지니어링, 건설, 운영, 유지ㆍ보수및원전폐기물처분등원전수명주기전체에걸쳐서접목하는시도가계속되었으면한다. 원전계측제어시스템하드웨어플랫폼은세계 3 강의수준으로자부할수있으며, 우리나라의강점이자우리가잘할수있는 IT 기술을원자력과융합하여명품원전 MMIS 를만들어냄으로써우리나라가이분야의세계기술을선도하고앞으로계속될원전수출에도기여할수있다고본다. < 참고문헌 > [1] Kee-Choon Kwon and Myeongsoo Lee, Technical Review on the Localized Digital Instrumentation and Systems, Nuclear Engineering and Technology, May 2009, pp [2] 권기춘, 원전 MMIS 와 IT 기술, 컴퓨터월드 2010 년 2 월호, pp [3] Espen Nystad, Usability of Interaction and Collaboration Techniques for a Collaborative VR Training System, EHPG 2010, Storefjell, Norway, March 14~19, [4] [5] Håkon Jokstad, Experience of handheld Computing from the HBWR 2008 Experiment, EHPG 2010, Storefjell, Norway, March 14~19, [6] Cheol-Kwon Lee, et al., Cyber Security Design Requirements Based on a Risk Assessment, NPIC&HMIT-2009, Knoxville, USA, April 5~9, [7] Jung-Woon Lee, et al., Logic Alarm Cause Tracking System for a Nuclear Power Plant Operation, NPIC&HMIT-2009, Knoxville, USA, April 5~9, [8] 권기춘, 원자력-IT 융합기술, 컴퓨터월드 2010 년 5 월호, pp

슬라이드 1

슬라이드 1 [2010 동남권 IT 컨퍼런스, 울산 ] 원전 MMIS 와 IT 융합기술 2010. 10. 14 권기춘 목차 1 2 3 4 서론원전 MMIS 원자력-IT 융합결론 2 서론 - 원자력발전소현황 NPP in Operation NPP under Construction NPP in Planning 울진 # 1, 2, 3, 4, 5, 6 싞울진 #1, 2 월성 #