PID 유량제어기를 이용한 방사선 모니터링 시스템 구축

Abstract

전세계적으로 전력소요량이 급격히 증가추세이다. 이와 더불어 석유 등의 천연에너지의 한계성이 나타나고 있으며 이는 국내에서도 동일하게 적용되고 있다. 현재 우리나라는 원자력 발전 의존도가 세계 13위로써 생산비율은 34.79%에 이르고 있다. 현재 22개 호기가 상업운전 중에 있으며 4개호기가 건설중에 있다. 이러한 원자력 발전의 의존성 증가와 더불어 방사성 사고에 대한 우려도 높아지고 있다. 이러한 방사성 사고 및 오염 발생을 감시하기 위해 방사선 감시시스템을 운영하고 있으며 해당 감시기는 특정 공간 유체의 질량(Mass) 및 밀도(Density)를 측정하며 이와 더불어 방사성 농도를 측정하여 단위체적당 방사성 수치로 나타내게 된다. 측정 데이터는 방사성 물질에 대한 검출기 및 샘플링 유량의 정확성과 연속성에 큰 영향을 받게 된다. 현장에서는 유량의 요동이 확인되나 유량계 값은 변동이 없는 경우 또는 유량계 값은 변동하나 유량 자체에는 변동이 없는 경우 등이 발생한다. 이러한 문제 등으로 인해 방사선 측정에 있어서 Mass Flow Controller의 불안정으로 인해 측정값의 오차를 발생시키는 경우가 발생되기도 한다. 이러한 오류를 위하여 폐루프 시스템의 PID (Proportional-plus-Integrate-plus-Derivative) 제어기를 사용하여 입력되는 값은 플랜트의 출력값과 플랜트가 출력해야 하는 값의 차인 오차신호를 되먹임(feedback) 받아서 제어기 출력신호를 출력하도록 설계되어 진다. 2장에서는 방사선 모니터링 시스템의 현황에 대한 구체적인 설명을 서술하였으며 제 3장에서는 유량제어기의 구조와 실험에 사용될 PID제어기의 적용방법에 대해 설명하였다. 이와 더불어 제 4장에서는 유량제어기에 PID 제어를 통해 설정되는 입력유량율을 제어하여 방사선 측정 결과의 건전성을 확인해 보았다. 해당 PID 제어기의 오차신호를 수학적으로 처리하여 제어신호를 계산한 후 비례이득(Kp), 적분이득(KI), 미분이득(KD) 값을 튜닝(Tuning)하여 출력값의 상승시간, 오버슈트, 정착시간, 정상상태 오차 등을 확인하여 가장 이상적인 이득값으로 비례이득10, 적분이득3, 미분이득1 등을 얻을 수 있었다. 본 연구에서는 이와 같은 제어를 통해 방사성 감시설비의 모니터링 값을 안정화 시킬 수 있었다.