JPH01149104A - 分散型制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は各種プラントの制御装置に係り、特に制御装置
を制御機器等を単位として分散化した分散型制御装置に
関する。

〔従来の技術〕

火力発電プラント等の各種プラントの制御装置の多くは
ディジタル化を指向しており、かつこの場合に制御装置
の異常によってプラント全体に悪影響を及ぼすことを阻
止するために制御装置を分散化する傾向にある。

特開昭５８−６６１１１号は分散型制御装置の一例であ
り、ここでは操作員のいる中央操作室に上位計算器を設
は現場の機器の近くに現場コントローラを設け、かつコ
ントローラと上位計算機の間をループ状のデータハイウ
ェイで結合することで分散化を実現している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

各種プラントは便宜上３つの部署に分けることができる
。その１つは中央部であり監視制御盤の設置される中央
制御室、上位計算機やプラント全体を統括する統括制御
装置を設置される制御機器室等から構成され、２つ目は
いわゆる現場であり被制御対象となる複数の機器が配置
されている。

３つ目は電気室と呼ばれるものであり、プラント外部の
電源９発電プラントの場合には所内電源から電源を得て
現場各所の機器や中央の計算器に電力を供給している。

前述の公知例は中央と現場の間の制御系統を分散化制御
系統としたものであるが、電気室と現場との間の電力供
給系統については言及していない。

通常電気室内には外部電源等を取り込む母線や適宜の電
圧値に降圧する変圧器や母線間を結合するしゃ断器の他
に１個々の負荷ごとに設けられる開閉器や、その投入開
放を制御するコントロールセンタ等が設けられているが
、係る電気室の構成は分散型制御装置としては必らずし
も好適のものではなかった。例えばコントロールセンタ
での開閉器投入開放制御のためには中央の計算機からの
投入開放指令の他に負荷側のプロセス信号をも使用する
ために、電気室と現場さらには電気室と中央との信号伝
送も必要となり、信号ケーブル量やその工事費も含めた
コストが膨大となるばかりでなく、信号線と電力線が並
行設置されることによるノイズ発生等の信頼度の低下や
別ルートとすることの頻雑さといった問題を生じる。

以上のことから本発明においては、制御系統を分散し現
場にコントロール機能を備えたときにはこれに適した電
力供給系統を有する分散型制御装置を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明においては現場の機器に機器制御装置を配置し、
中実装置との間の信号伝送２機器制御及び機器情報の収
集の他に負荷電源制御用のコントロールセンタの機能を
も備え、従来電気室に置かれていた開閉器を機器の近く
に設置することとした。

〔作用〕

現場の機器の近くに制御装置ばかりでなく開閉器及びコ
ントロールセンタも配置されるため電気室と現場間の伝
送路不要でありかつ高信頼度の制御装置にできる。

〔実施例〕

第１図は本発明の分散型制御装置を採用したプラントの
概略全体構成を示した図であり、前述のように中央部と
現場と電気室の３部署に分けて考えることができる。同
図において、１はプラント統括制御装置であり、プラン
ト全体の状況を把握しながら下位の制御装置に指令を与
える。２は現場の各機器４を適宜グループ単位に分け、
それに対応して設置した分散型機器制御装置、３は発電
所内に電源を供給するための電気室に設置された所内電
源供給装置、４はプラントのプロセス量の検出器や操作
端を含む機器、５は中実装置と現場機器制御装置の間に
設けられた伝送線であって例えば光ファイバーを使った
光ケーブル、６は機器４に給電するための動カケープル
、７は信号ケープルで、前記の機器４内のプロセス検出
器や操作端４と分散型機器制御装置２の間を結ぶケーブ
ルである。このように構成することにより、機器４のプ
ロセス検出器（流量計Ｆ、圧力計Ｐ、温度計Ｔ、電流計
Ａなど）から現場の分散型機器制御装置２にプロセス信
号が入力され加工処理される。

これら情報は光ケーブル５を介してプラント統括制御装
置１に情報として送られる。また逆に、プラント統括制
御装置１からは前記送られてきた情報をもとに制御指令
を作成し、光ケーブル５を介して逆に分散型機器制御装
置２に操作指令を送る。

分散型機器制御装置２はこれを受けて機器４を制御する
。ここでプラントの機器の制御とはその多くがモータや
コイルといった負荷に給電するための開閉器の投入開放
制御である。例えば火力発電所に例をとるなら、各種ポ
ンプ、ファン、微粉炭ミル等の大型補機はその駆動用モ
ータの給電ライン上のしゃ断器や開閉器の投入・開放に
より起動・停止され、また、水位、流量、圧力、温度等
のプロセス量の制御のための操作端の多くにモータ駆動
の調整弁が使用されており、この場合にもモータへの給
電ライン上の開閉器の投入開放制御により調整弁の開閉
制御９位首制御、あるいは正逆転制御を行なう。また中
間開度をとらない開閉弁の場合はコイルへの給電ライン
上の開閉器の投入開放を制御することになる。

本発明の分散型制御装置では、所内電源供給装置３を第
２図のように構成する。この図でＢは母線、ＣＢはしゃ
断器、ＴＲは変圧器、ＳＧは開閉器を表わしており、二
点鎖線に囲まれた部分が電気室に設置され、ここから給
電される回路部分は現場の機器４に近接して設けられる
。この所内電源供給装置３は系統母線ＢＬｚからしゃ断
器ＣＢ　ｔ　。

起動変圧器ＴＲ３，しゃ断器ＣＢａを介してメタクラ母
線ＢＭ１に給電され１発電プラントのように原動機ＳＴ
と発電機Ｇを有しここから受電可能の場合には所内変圧
器ＴＲ＋、しゃ断器ＣＢ４を介してメタクラ母線ＢＭｚ
に給電される。尚、発電機Ｇの出力は主変圧器ＴＲ，、
Ｌや断器ＣＢ２を介して系統母線ＢＬＺにも供給される
こともある。第２図のように２つの受電系統を有する場
合にはメタクラ母線ＢＭＩ、ＢＭ１間に母線連絡用のし
ゃ断器ＣＢｓを設けいずれの系統からも受電可能の状態
としておく３メタクラ母線ＢＭＩ、ＢＭ２からはしゃ断
器ＣＢ３．ＣＢ？、パワーセンタ変圧器ＴＲＰＩＩＴ　
ＲＰ　２　、開閉器ＳＧＩ、ＳＧ２を介して夫々パワー
センタ母線ＢＰｒ、ＢＰｚにより低電位の電圧を供給す
る。パワーセンタ母線間もメタクラ母線の場合と同様に
して、開閉器ＳＧにより連絡される。

またパワーセンタ母線Ｂ　ｐｌ、　Ｂ　Ｐ２からは開閉
器ＳＧ４．ＳＧ３を介してコントロールセンタ母線ＢＣ
Ｉ、ＢＣ２に夫々給電される。なお、この明細書におい
てしゃ断器と開閉器とはほぼ同義のものであり、比較的
に小型のものを開閉器と称している。

この図から明らかなように電気室３には各種電圧階級の
母線とこれら母線間を連絡するためのしゃ断器や開閉器
と電圧降下させるための変圧器とを備える。そして各母
線から現場の機器４の負荷８斌に応じて電力ケーブル６
が引き出される。例えば大容量負荷４Ｍに対しては高電
圧のメタクラ母線ＢＭ２．ＢＭＩから動カケープル６Ｍ
ｔ、６Ｍ２１しゃ断器ＣＢδ、ＣＢｓを介して給電し、
中容量負荷４Ｐに対しては中電圧のパワーセンタ母線８
Ｐ１゜ＢＦ２から動カケープル６Ｐ１，６Ｐｚ、開閉器
ＳＧｅ　ｔＳＧ７　を介して給電し、小容量負荷４Ｃに
対してはコントロールセンタ母線ＢＣＩ、ＢＣ２から動
カケープル６Ｃ１，６Ｃ２、開閉器ＳＧ♂、ＳＧｅを介
して給電する。ここで特徴的なことは各負荷の投入開放
を制御するコントロールセンタ及びこれにより制御され
るしゃ断器や開閉器が従来は電気室３内に設けられてい
たものを、現場の各機器の近くに設置するようにしたこ
とであり、同図において１１はコントロールセンタの機
能をも含む操作端制御装置である。なお、一般にはコン
トロールセンタと開閉器とを一体にしてユニット化した
ものをスイッチギアということがあり、この意味では本
発明はスイッチギアを現場に配置するようにしたものと
も言い得る。

第２図は第１図の所内電源供給装置３とこれから給電さ
れる電気系統を主体として説明したものであるが、次に
第１図の機器制御装置２の概略について第３図を参照し
て説明する。

同図において、１はプラント統括制御装置、２は分散型
の機器制御装置、５はプラント統括制御装置１と分散型
機器制御装置２との間で信号授受を行なう為の光ケーブ
ル、８は信号多重伝送ケーブルであり、各操作端の個別
制御をつかさどる操作端制御装置１１とこれらを統括し
て制御を行なう機器統括制御装置１０の間の信号授受を
行なう。

また、１２は、プロセスの情報や機器の動作情報を表示
したり、各操作端を操作したりする為の運転操作監視装
置である。この機器制御装置は現場に設置されるもので
あって、プラント全体を適宜の考え方によって分割した
とき、その分割単位ごとに機器制御装置が設置される。

ここで１分割手法はいかなるものであっても良いが、火
力発電プラントに例をとるなら燃料系統、空気系統、給
水系統、タービン系統等の単位で分割することが考えら
れる。あるいは更に細かく石炭焚火力発電プラントの場
合なら微粉炭ミルの各号機を単位として機器制御装置を
設置しても良い、この場合機器制御装置２に対してプラ
ント統括制御装置１から光ケーブル５を介して与えられ
る信号は、この微粉炭ミルの起動停止指令、ボイラへの
投入石炭量指令等である。そしてこの要求を満足すべく
具体的に駆動される操作端は例えばミルの空気入口側ダ
ンパ、ミル駆動用モータ、石炭投入用フィーダ駆動用モ
ータ、ミル石炭出口ダンパ等であり、これらごとに操作
端制御装置１１が設けられることになる。操作端制御装
置１１での制御の際に、各機器に相互に関連するプロセ
ス信号は操作端制御袋［１１に入力され、加工処理され
た情報が信号多重伝送ケーブル８を介して機器統括制御
装置１０あるいは他の操作端制御装置１１へ伝送され、
そこでの制御に使用される。さらに機器統括制御装置１
０からは光ケーブルを経由してプラント統括制御装置に
情報として上がっていく。１２は運転操作及び監視装置
であり、図中の機器統括制御装置１０へは、各操作端制
御袋＠１１の情報すべてが入力されるので、これにより
プロセスの信号の状態９機器の運転状態を監視しながら
手動操作することが可能になる。このため、プラント統
括制御装置１がなくても分散型機器制御装置のみで機器
を運転制御することもできる。

次に第２図及び第３図に図示した操作端制御装置１１１
について説明するとこれは、大きく分けて２つの機能を
有している。その１つは、コントローラと称される機能
部分１１工であり、制御回路部１１ｃ、インターロック
保護回路部１１ｂ、信号伝送回路部ｌｉｄ、信号処理部
１１ａから構成される。もう１つは、しゃ断器又は開閉
器と称される機能部分１１１であり、総称して電源開閉
操作部という、このうち、インターロック保護回路部１
１ｂ及び電源開閉操作部１１■とは従来は電気室３内に
収納されていたものであり、この−例は第５図を用いて
後述する。この操作端制御装置１１において、現場機器
に関連するプロセス信号は、信号処理部１１ａに入力さ
れ、該機器に必要なインターロック保護回路部１１ｂ（
機器の保護をつかさどる）、制御回路部１１Ｃ（機器の
制御をつかさどる）に使用される。この結果、再度信号
処理部１１ａを介して、電源開閉操作部１１■に対して
供給電源入切（電動弁開／閉、補機起動／停止）信号が
出力される。なお、プロセス信号状態やインターロック
保護回路部１１ｂ、制御回路部１１ｃの動作状態は信号
伝送回路部Ｌｉｄを経由して、上位の機器統括制御装置
（第３図の１０）、更に、プラント統括制御装置（第１
図の１）に送られ、統括監視・制御のために使用するこ
とができる。また、該機器が他の機器とプラント全体の
中で協調して制御される必要の有る場合には、前記上位
制御装置より前記信号伝送回路部を介して制御指令が発
せられる。このように、コントローラ１１１と電源開閉
操作部１１■を各機器単位に一体化するとともに該現場
機器近傍に本装置を設置することが本発明の特徴とする
ところである。なお、第４図回路においてインターロッ
ク保護回路部１１ｂとは一般にコントロールセンタと称
されるものであり、さらに電源開閉操作部１１１１と組
合せ一部ユニット化したものをスイッチギアと言うこと
がある。

第６図はこのスイッチギヤの典型的な一例を示すもので
あって、同図（ａ）は補機等のように単に電源の入切の
みを行なうものの例、同図（ｂ）は電動弁のように回転
方向を可逆的に変更可能なものの例を示す。

この図でフユーズフリーブレーカＦＦＢ、開閉器（電磁
接触器）８８．過負荷リレー４９によって第４図の電源
開閉操作部１１■を構成し機器４内の負荷Ｍに給電する
。Ｖｃは制御電源であり、動カケープル６の一部から変
成器ＰＴ、ヒユーズＦを介して得られる。制御電源Ｖｃ
　を印加される回路部分がいわゆるコントロールセンタ
であり、４９ａは過負荷リレー４９の常開接点、４９Ｘ
は常開接点４９ａの閉成により駆動される補助リレー、
４９Ｘｂは補助リレー４９Ｘの励磁の際に開放する常閉
接点、ＩＲは第４図の制御回路部ｌｉｅからの出力によ
って条件が成立するインターロック回路、８８Ｘは接点
４９Ｘｂが閉じかつインク−ロック回路の条件成立によ
って駆動される補助リレーであってその励磁により開閉
器８８を投入しその消磁により開閉器８８を開放するた
めの補助リレー、Ｒは開閉器８８の投入期間点灯するラ
ンプ、８８Ｘｂは補助リレー８８Ｘの励磁により開放す
る常閉接点、Ｇは常閉接点８８Ｘｂの閉路によって開閉
器８８の開放期間点灯するランプであり、０は接点４９
ａの閉成によって点灯され負荷Ｍの過負荷状態を表示す
る。このことから明らかなように負荷Ｍへの給電以前に
は開閉器８８が開放し、過負荷リレー４９は過負荷状態
を検出しておらず、インターロック回路の条件成立して
おらず、従って接点４９Ｘｂ、８８Ｘｂが閉成し４９ａ
が開放し、補助リレー８８Ｘ、４９Ｘが消磁状態にあり
、ランプＲ，Ｏが消灯しＧが点灯して開閉器８８の開放
を表示している。第３図の機器統括制御装［１０の側か
らの指令によってこの負荷Ｍに電源供給すべき条件が整
のうとインターロック回路ＩＲは閉状態となり補助リレ
ー８８Ｘを励磁して開閉器８８を投入するとともにラン
プＲを点灯して開閉器８８の投入を表示する。なお、８
８Ｘの動作により接点８８Ｘｂが開放しランプＧを消灯
する。この状態で過負荷リレー４９が動作すると、４９
ａ閉−４９Ｘ励磁（○点灯）−４９Ｘｂ開−８８Ｘ消磁
（Ｒ消灯）−８８Ｘｂ閉（Ｇ点灯）という手順でシーケ
ンス進行し開閉器８８を開放する。また、通常の投入状
態で開閉器８８の開成指令によりインターロック回路Ｉ
Ｒの条件不成立となると、８８Ｘ消磁（Ｒ消灯）−８８
Ｘｂ閉（Ｇ点灯）、８８開放となる。

第６図（ｂ）は電動弁のときの回路構成を示したもので
あり、例えば相順切替により正逆転をさせるために２つ
の開閉器８８Ｒ，８８Ｌとその駆動用補助リレー８８Ｒ
Ｘ、８８ＬＸ及び夫々の補助リレーごとに接点群を備え
る点において同図（ａ）の回路と相違する。また負荷Ｍ
の駆動中表示されるランプＲは２つの補助リレー８８Ｒ
Ｘ。

８８ＬＸの一方が励磁状態にあることを条件として点灯
され、停止中表示されるランプＧは８８ＲＸ、８８ＬＸ
の両方が励磁されていないときに点灯する。この回路に
よれば、負荷Ｍへの給電により正逆転させる以前には開
閉器８８Ｒ，８８Ｌが開放し、過負荷リレー４９は過負
荷状態を検出しておらず、インターロック回路ＩＲの条
件成立しておらず、従って接点４９Ｘｂ、８８ＲＸｂ。

８８ＬＸｂが閉成し４９ａ、８８ＲＸａ、８８ＬＸａが
開放し、補助リレー８８ＲＸ、８８ＬＸ、４９Ｘが消磁
状態にあり、ランプＲ，Ｏが消灯しＧが点灯して負荷Ｍ
の無給電状態を表示している。第３図の機器統括制御装
置１０の側からの指令によって、この負荷Ｍを正転（例
えば８８Ｒ側）さすべき条件が整のうとインターロック
回路ＩＲは８８ＲＸ側が閉状態となり補助リレー８８Ｒ
Ｘを励磁して開閉器８８Ｒを投入するとともに８８ＲＸ
ｂｌの開放により８８ＬＸの励磁を阻止し、８８ＲＸａ
の閉成によりラン°プＲを点灯して負荷給電状態を表示
する。なお、８８ＲＸの動作により接点８８ＲＸｂ２が
開放しランプＧを消灯する。逆転時の動作は以上のこと
から容易に理解できるので説明を省略する。この正転状
態で過負荷リレー４９が動作すると、４９ａ閉−４９Ｘ
励磁（０点灯）−４９Ｘｂ開−８８ＲＸ消磁−８８ＲＸ
ｂｌ閉（８８ＬＸ励磁阻止解除）、８８ＲＸｂ２閉（Ｇ
点灯）、８８ＲＸａ開（Ｒ消灯）の順にシーケンス進行
し開閉器８８Ｒを開放して負荷モータＭの正転を停止す
る。次にこの正転状態から直ちに逆転させるときは、イ
ンターロック回路ＩＲにおける正転指令を止めて補助リ
レー８８ＲＸの励磁を停止して開閉器８８Ｒを開放する
とともに、接点８８ＲＸｂｌの復帰により逆転側補助リ
レー８８ＬＸの励磁阻止状態を解除し、このあとでイン
ターロック回路ＩＲから逆転指令を与え補助リレー８８
ＬＸを励磁してやればよく、以後の動作は以上の説明か
ら容易に推定できることなのでここでの説明を省略する
。

第５図は第１図の位置関係を模式的に示した図であり、
中央部にはプラント統括制御装置１とこれとネットワー
ク結合された計算機ＣＰとを収納する制御機器室Ｒ１、
運転員が滞在しプラントの運転状態を監視するための監
視制御盤ＭＲを収納する中央制御室を備えている。第２
図図示の所内電源供給装置３を収納する電気室Ｒ３は従
来運転員の保守・運用の便を考慮して中央部内に設けら
れることが多かったが、本発明により各種母線、変圧器
、母線連絡用しゃ断器を収納することになったためプラ
ント構内の任意の位置に設置することが可能となった。

現場の機器４に対しては、適宜に分割された単位ごとに
分散型機器制御装置２が配置される。機器制御装置２と
プラント統括制御装置１との間は光ケーブル５で連絡さ
れ、所内電源供給装置３との間に動カケープル６が設け
られる。機器制御装置２は第３図や第４図のように構成
されており、一般には信号量は渡しのためのターミナル
ボックスＴＢを介して機器内の操作端や検出器と信号ケ
ーブルによって連絡される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、プラントを分散型制御装置によって制
御するに好適な電源系統とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の分散型制御装置の概略構成を示す図、
第２図は所内電源供給装置の構成を示す図、第３図は機
器制御装置の概略構成を示す図、第４図は操作端制御装
置の概略構成を示す図、第５図は第１図装置を模式的に
示した図であり、第６図は本発明に使用されるスイッチ
ギヤの一例を示す図である。 １・・・プラント統括制御装置、２・・・機器制御装置
、３・・・所内電源供給装置、４・・・プラント機器。 来７＋図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プラントの機器を適宜の単位に分割し、分割された
   機器ごとに機器制御装置を設置した分散型制御装置にお
   いて、 所内或いは外部電源を導入し前記機器内の負荷に電力供
   給するための所内電源供給装置、該所内電源供給装置に
   結合された電力ケーブル上のしや断器または開閉器とそ
   の制御装置とを備えるとともに対応する機器の近傍に設
   置された前記の機器制御装置とから構成された分散型制
   御装置。 ２、プラント全体を統括的に制御するプラント統括制御
   装置、該プラント統括制御装置からの出力信号に依つて
   作動し、適宜の単位に分割された機器ごとに設けられそ
   の制御を行う機器制御装置とからなる分散型制御装置に
   おいて、 所内或いは外部電源を導入するための母線と電圧低減用
   の変圧器と母線間を連絡するしや断器とからなる所内電
   源供給装置、プラント内の前記の機器と所内電源供給装
   置間に設置された電力ケーブル、該電力ケーブル上に設
   置され前記機器内の電気負荷に給電するためのしや断器
   または開閉器、該しや断器または開閉器の開閉の制御装
   置とを備え、前記の機器制御装置は前記しや断器または
   開閉器とその開閉の制御装置とともに対応する機器の近
   傍に設置されることを特徴とする分散型制御装置。 ３、適宜分割されたプラント内の機器に対応して夫々機
   器制御装置を機器近傍に設置した現場分散型制御装置に
   おいて、 機器内の電気負荷に給電するための電力ケーブル上に設
   置されるしや断器または開閉器をその開閉制御装置と共
   に機器近傍に設置することを特徴とする分散型制御装置
   。 ４、適宜分割されたプラント内の機器に対応して夫々機
   器制御装置を機器近傍に設置した現場分散型制御装置に
   おいて、 機器内の電気負荷に給電するためのスイッチギアを機器
   近傍に設置することを特徴とする分散型制御装置。