LABIHS: na área nuclear, entre o homem e a máquina

O LABIHS (Laboratório de Interface Humano-Sistema) é uma instalação do IEN/CNEN que simula o funcionamento de um reator nuclear, permitindo que operadores humanos, a partir de computadores conectados a uma estação de trabalho (workstation) central, operem essa máquina virtual. É usado para treinamento de pessoal, em aulas de cursos de pós-graduação, em pesquisas de ergonomia e fatores humanos, em demonstrações para visitantes do funcionamento de um reator nuclear e de salas de controle modernas e em desenvolvimento e teste de componentes de interfaces homem-máquina de reatores reais.

A usina nuclear simulada é uma fabricada pela Westinghouse, do tipo PWR (reator de água pressurizada) e com potência máxima de 930 MW. Tem três loops (circuitos de água que têm a função de transferir o calor), o primeiro do núcleo até os geradores de vapor, o segundo dos geradores de vapor até as turbinas e o terceiro de resfriamento do vapor após passar pelas turbinas. São três geradores de vapor e duas turbinas.    

     O simulador é baseado nos reatores KORI-3 e KORI-4, localizados na Coréia do Sul, similares ao reator de Angra 1 (com a diferença que Angra 1 tem apenas dois geradores de vapor).

Utilidade

Vejamos agora, com mais detalhe, para que serve e serviu o LABIHS:

• Treinamento preliminar de futuros operadores de reatores nucleares.

O laboratório permite que os treinandos tenham sua primeira experiência prática operando uma usina nuclear (virtual). Merece destaque o treinamento de duas turmas de alunos que serão os operadores do LABGENE (protótipo que está sendo construído em terra do reator do futuro submarino de propulsão nuclear da Marinha Brasileira).

• Suporte para aulas das pós-graduações do IEN e do IME.

O Programa de Ensino do IEN utiliza o simulador do LABIHS para determinadas aulas, na quais os professores Maria de Lourdes Moreira, Cláudio Grecco, Paulo Victor de Carvalho e João Gadelha demonstram os componentes, o funcionamento e a operação de uma usina nuclear. Este último também utiliza o simulador do LABIHS para algumas aulas de um curso do IME.

• Estudos e trabalhos relativos à ergonomia e fatores humanos

A flexibilidade da interface do simulador permitiu a realização de experimentos, como modificações na interface original, o desenvolvimento de novos componentes de tela e novas telas de operação. Tais experimentos serviram de base para estudos sobre possíveis melhorias em interfaces humano-máquina.

• Desenvolvimento de propostas de sistemas de suporte e auxílio a operadores

A possibilidade de se escrever programas em linguagem C que acessem e alterem variáveis da memória do simulador permitiu que se criassem programas que interajam com a simulação. Por exemplo, foram elaborados sistemas de identificação de acidentes, de identificação de estado de operação da usina e de checagem das condições iniciais. Tais sistemas serviram para apresentar estudos com propostas para futuros sistemas de suporte e auxílio a operadores.

• Desenvolvimento de trabalhos acadêmicos (como artigos acadêmicos e dissertações de mestrado) derivados da realização dos dois itens acima.

Pesquisadores do IEN, alunos das pós-graduações do IEN, da UFRJ e de outras universidades utilizam o LABIHS para desenvolver os experimentos, estudos e trabalhos no molde dos citados acima, os quais resultam em artigos científicos publicados em congressos e revistas.

• Desenvolvimento e teste de componentes de interfaces homem-máquina de reatores reais.

No processo de modernização do Reator Argonauta, por exemplo, o LABIHS desempenha papel fundamental em conjunto com o desenvolvimento de instrumentação, ao apoiar a transição para sistemas de instrumentação e supervisão digitais, assegurando que novas soluções sejam concebidas e validadas a partir da perspectiva operacional real.

As metodologias, ferramentas e conhecimentos consolidados no LABIHS oferecem uma base sólida para o projeto da unidade crítica do microrreator do IEN (IEN-R2). Desde as fases iniciais de concepção, a atuação conjunta entre o LABIHS e o desenvolvimento de instrumentação permitirá integrar requisitos de ergonomia e interação humano-sistema ao projeto físico e lógico do reator.

• Difusão de conhecimento sobre geração de energia nuclear para o público externo.

Quando há visita de público externo ao IEN e o LABIHS é incluído, há oportunidade para difundir conhecimentos sobre a área nuclear, como o ciclo do elemento combustível, a reação em cadeia no núcleo de um reator, como uma usina nuclear funciona, como são as salas de controle modernas etc.

Tela do Sistema de Refrigeração do Reator em um dos computadores do LABIHS.

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Software e hardware

Seguimos aqui as explicações de Silas Cordeiro, especialista em computação que atua no LABIHS:

     “O simulador do LABIHS roda em uma estação de trabalho (workstation) HP com o sistema operacional HP-UX, o qual permite que múltiplos computadores abram sessões remotas nele, via rede. No entanto, como há uma instância da interface do operador rodando em cada sessão de usuário nos computadores, todas elas se comunicam com uma única memória com os dados da simulação, a memória compartilhada. 

     O software do simulador possui quatro componentes principais:

• O modelo matemático do simulador, um processo que utiliza um grande conjunto de funções matemáticas para simular a usina nuclear.
• A memória compartilhada. O modelo matemático e a memória compartilhada podem ser considerados, juntos, o núcleo do simulador.
• A estação/console do instrutor. É um programa que permite controlar o funcionamento do simulador, através do qual se pode, por exemplo, introduzir um mau funcionamento na usina simulada.
• A interface do operador. Há uma tela para cada sistema da usina, como ‘Sistema de Refrigeração do Reator’, ‘Sistema de Controle Químico e de Volume’ etc.

O hardware que compõe atualmente o simulador do LABIHS consiste em:

• Uma workstation HP C3700 (há mais duas workstations de reserva). A workstation possui um processador de 750 MHz, 2 GB de RAM e um disco rígido de 35 GB (trata-se de um computador de 2002).
• Seis PCs convencionais com um total de 11 monitores.
• Três TVs de 52 polegadas que, conectadas a um dos PCs, exibem informações gerais da usina simulada. 
• Equipamento de rede conectando os PCs à workstation.”        

É Marcos Santana, responsável geral pelo LABIHS enquanto chefe do Serviço de Instrumentação e Sistemas, que nos dá a palavra final sobre o laboratório: “O LABIHS já se consolidou como um núcleo de pesquisa aplicada do IEN dedicado ao estudo, desenvolvimento e validação de soluções que integram fatores humanos, ergonomia, instrumentação e sistemas digitais no contexto nuclear. Então, creio que o LABIHS mantém sua posição como elemento integrador entre modernização de instalações existentes e inovação em novos projetos nucleares, conectando instrumentação, operação humana e tecnologias digitais em uma visão sistêmica e sustentável para o futuro da pesquisa nuclear no IEN.”

Escrita por: Henrique Davidovich (Secos/ IEN)