JPH0213323B2 - - Google Patents

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JPH0213323B2
JPH0213323B2 JP55026612A JP2661280A JPH0213323B2 JP H0213323 B2 JPH0213323 B2 JP H0213323B2 JP 55026612 A JP55026612 A JP 55026612A JP 2661280 A JP2661280 A JP 2661280A JP H0213323 B2 JPH0213323 B2 JP H0213323B2
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JP
Japan
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control
control system
abnormality
standby
comparison
Prior art date
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JP55026612A
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JPS56124909A (en
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Kosei Akyama
Toichi Shida
Junichi Tanji
Masayuki Izumi
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0224Process history based detection method, e.g. whereby history implies the availability of large amounts of data
    • G05B23/024Quantitative history assessment, e.g. mathematical relationships between available data; Functions therefor; Principal component analysis [PCA]; Partial least square [PLS]; Statistical classifiers, e.g. Bayesian networks, linear regression or correlation analysis; Neural networks
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    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
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    • G05B23/0267Fault communication, e.g. human machine interface [HMI]

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  • Mathematical Physics (AREA)
  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)
  • Safety Devices In Control Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は異常検定装置に係り、特に、二重系で
制御器を構成した装置の異常を検知するに好適な
異常検定装置に関する。
装置の制御における信頼性を向上させる為に、
検出部から制御出力部に至る系路の一部又は全域
にわたつて所謂、2重系が採用されている。この
二重系は同時動作が行なわれており、一方が故障
の際に他方に切替わる構成とされている。
第1図は2重系を採用した圧力制御システムの
ブロツク図である。
第1図に示す例は、原子炉に用いられる主蒸気
配管1、これに連結されるバイパス管2の系路に
おける主蒸気圧力を検出し、タービンに蒸気を供
給する制御弁3及び復水器に蒸気を供給し流出す
るバイパス弁4の弁制御を行うものである。
主蒸気管1に設置された圧力センサ5,6より
圧力信号PE,PMを検出する。圧力信号PEは圧力
設定値PESとの減算処理を第1の比較手段として
の加算器7で行い主制御系の主構成要素をなす主
制御手段としての制御器E8に制御信号として出
力する。一方、圧力信号PMは圧力設定値PMSとの
減算処理を第2の比較手段としての加算器9で行
い、待機制御系の主構成要素をなす待機用制御手
段としての制御器M10に制御信号として出力す
る。制御器8からは制御信号εEが出力され、また
制御器10からは制御信号εMが出力される。制御
対象の作動状態を検出する作動状態検出手段とし
ての圧力センサ5,6は同一仕様であるが、制御
器8と10は特性が異なつて出力波形が類似する
ような構成のものを用いる。また、圧力設定値は
第1図の例では、圧力設定値PESをPMSより大きい
値に設定し、常時は制御器8の出力を制御に用
い、制御器10は待機系として用いている。
両制御器の出力のうちレベルの高い方を高値優
先ゲート11で選択(すなわち制御器10の出力
を選択)し、加算器12に出力する。ここでは、
高値優先の場合を示したが低値優先を採用しても
よい、これは、どちらを取る方が安全側に制御さ
れるかにより決定される。第1図の例では、ゲー
ト出力が増大するとき制御弁3が閉まる方向に作
動するため高値優先を採用している。
加算器12は制御信号とフイードバツク信号と
の減算を行ない、減算値を制御サーボ装置13に
出力するようになつている。制御弁サーボ装置1
3の出力信号は、動作領域を決定するリミツタ1
4を介して制御弁駆動部15に供給される。そし
て制御弁駆動部15が制御弁3を開閉駆動するこ
とによりタービンの主蒸気圧力が一定に制御され
る。すなわち高値優先ゲート11、加算器12、
制御弁サーボ装置13、リミツタ14、制御弁駆
動部15により駆動手段が構成されている。リミ
ツタ14の出力は加算器12にフイードバツク信
号として印加される。
一方、加算器12の出力は加算器16に印加さ
れ、バイアス電圧VBとの減算によつて制御信号
εBVに変換される。この信号はバイパス弁サーボ
装置17に供給される。そしてバイパス弁サーボ
装置17の駆動により、バイパス弁4が開閉す
る。
制御器8では、(1)式に示す(進み/遅れ)補償
伝達関数特性で処理し、制御信号εEを得る。
GE(s)=(1+T1E・s)/(1+T2E・s)
…(1) 但し、s:ラプラス演算子 T1E:進み時定数 T2E:遅れ時定数 同様に、制御器10は、(2)式に示す伝達関数に
より、制御信号εMを得る。
GM(s)=(1+T1M・s)/(1+T2M・s)
…(2) 高値優先ゲート11では、制御信号εEとεMのう
ち大きい方を選択し制御弁サーボ装置13に印加
する。
沸騰水型原子炉(BWR)では、圧力が高くな
ると、原子炉出力が増大するため制御信号εEとεM
のうち大きい方を選択、すなわち圧力設定値PES
とPMSのうち小さい方を目標に制御し、安全性を
向上させている。また、操作員がPMS,PESを任意
に変更し、高値優先ゲート11によつて所望の制
御器系を選択することができる。
制御弁駆動部15の上限あるいはリミツタ14
によつて、制御信号εCVが大きくなるときには、
一定値のバイアスVBを差し引きバイパス弁制御
信号εBVを得ている。
通常のBWR圧力制御系では、全てが正常なと
き第2図に示すようなεM,εEの応答が得られるよ
うになつている。即ち(1)式,(2)式において(3)式が
成立する。
T1MT1E T2MT2E …(3) 制御器8の出力信号εEによつて制御弁3又はバ
イパス弁4が動作し、圧力変化pがそれぞれの圧
力センサ5,6で検出されるから、制御信号εE
εMは圧力設定値の差ΔPSET=PMS−PESの分だけ平
行移動した略相似形となる。
しかし、制御器8または10のみに関係する信
号路(即ち、圧力センサから高値優先ゲート11
に至る経路、ここでは制御ループと称する)のい
ずれかに異常があつた時には、第2図に示したよ
うな相似形がくずれ、第3図のような特性とな
る。第3図に示す例は、圧力センサ6に目詰まり
が生じ、この結果、制御器10の時定数が異常に
長くなつた場合である。
この場合は、待機制御系に異常があつても主制
御系には異常がないので、制御器8の出力信号に
基づいて制御弁3を正確に制御できる。しかし、
待機制御系の制御に切り換えたときには、制御弁
3を正確に制御できなくなる。そこで、特開昭51
−104237号公報に記載されているように、制御信
号εEと制御信号εMとの偏差を監視し、該偏差が設
定値から外れたときには、待機制御系に異常が生
じたことを判定することができる。
しかしながら、前記偏差が設定値に含まれる場
合でも、待機制御系に異常が発生していることが
あり、前記のような方式では待機制御系の異常の
有無を判定するには十分ではなかつた。
本発明の目的は、主制御系と待機制御系からな
る二重制御系のうち待機制御系の異常の有無を各
制御系の制御信号に基づいて検知することができ
る異常検定装置を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明は、制御対象
の作動状態を検出する作動状態検出手段と、該作
動状態検出手段の検出出力と第1の設定値とを比
較する第1の比較手段と、主制御系の主構成要素
として、第1の比較手段の比較結果に応じた制御
信号を出力する主制御手段と、前記作動状態検出
手段の検出出力と第2の設定値とを比較する第2
の比較手段と、待機制御系の主構成要素として、
第2の比較手段の比較結果に応じた制御信号を出
力する待機用制御手段と、前記各制御手段からの
制御信号のうち一方の制御信号を選択し、選択し
た制御信号に基づいて制御対象を駆動する駆動手
段と、を有する制御システムにおいて、待機用制
御手段からの制御信号と判定基準値とを順次比較
する異常判定用比較手段と、該比較手段の比較結
果により待機制御系の異常の有無を判定する第1
の判定手段と、前記各制御手段からの制御信号を
順次取り込み、現時点から一定時間以前にわたる
両制御信号間の時間応答による相似度を算出する
算出手段と、主制御系の実行中に該算出手段の算
出結果を基に待機制御系の異常の有無を判定する
第2の判定手段と、を設けた異常検定装置を構成
したものである。
第4図は本発明の実施例を示すブロツク図であ
る。
制御信号εE,εMは入力装置20を介して取込ま
れ、マルチプレクサ21でタイマ23で決定され
る一定時間Tごとに演算装置22にとり込まれ
る。演算装置22では次に説明する如くの制御信
号特性の相似度を判定し、判定内容に応じて警報
もしくは表示を出力装置24で行う。演算装置2
2では、制御信号εE,εMの波形の相似の度合を評
価し、待機状態となつている制御器ループの異常
を検知するものである。すなわち、演算装置22
は、制御信号εEと第1の判定基準値とを順次比較
する異常判定用の第1の比較手段と、制御信号εM
と第2の判定基準値とを順次比較する異常判定用
の第2の比較手段と、異常判定用の第1、第2の
比較手段の比較結果により主制御系と待機制御系
の異常の有無をそれぞれ判定する第1の判定手段
と、各制御信号εE、εMを順次取り込み現時点から
一定時間以前にわたる両制御信号間の時間応答に
よる相似度を算出する算出手段と、主制御系の実
行中に該算出手段の算出結果を基に主制御系と待
機制御系の異常の有無を判定する第2の判定手段
とを有し、制御信号εE、εMに基づいて、主制御系
と待機制御系の異常の有無を2段階に分けて判定
するようになつている。以下に図を示し、処理内
容を詳細に説明する。
第5図は本発明の処理フローチヤートである。
かかる一連の処理はデイジタル処理装置、例えば
電子計算機で処理する場合に最適である。
まず、第2図に対応するような制御信号εM,εE
に関するデータをブロツク31で一定時間Tの間
とり込む。ついでブロツク32では制御信号εM
εEのデータに対する独立のチエツクを行ない、明
らかにεM,εEが異常である場合を抽出する。チエ
ツクの内容は上,下限値、変化率の上・下限値等
であり、もし異常が見つかればブロツク33で
εM,εEに対応した制御器ループを異常と判定す
る。ブロツク34では、εMとεEを相互比較して時
間応答波形の相似の度合を評価する。この相似の
度合を定量的に評価するための評価値Jとして(4)
式を考える。
J=1/T∫T 0〔ω1・(εM−εE2+ω2・(ε〓M
ε〓E2〕d +Mi=1 〔ω3(ti PE−ti PM2 +ω4・(εE(ti PE)−εM(ti PM))2〕/M……(4
) ここで、 ε〓;εの時間変化率 T;データ収録時間 M;T時間内で発生した上側ピーク,下側ピ
ークの総計 ti PE,ti PM;それぞれεE,εMの第i番目のピー
ク発生時間 ω1〜ω4;重み係数(0ωi1) Jのうち、ω1はεMとεEの差信号に、ω2はεM
εEの時間微分に対する重み係数であり、これを時
間Tに亘つて積分する。又ω4とω3はピーク値及
びピーク発生時間のずれに対する重み係数であ
る。
相似度Simとしては、Jの逆数に相当する量と
して式(5)で定義する。
Sim≡(1−e〓/J) ……(5) αは正の係数(定数) ブロツク35ではSimが一定値δよりも小さい
とき相似度が悪く、又Simが1に近いほど相似度
が良いと判定する。
ブロツク36ではεMとεEあるいはさらに確認す
るため高値優先ゲート11の出力値を見ることに
よつて時間Tの間の制御がεE,εMのどちらで行な
われたかを判定する。
相似度が悪く、かつεEで制御中であつて、系は
全体として制御を正常に行なつたわけであるか
ら、待機している制御器10のループに異常があ
ることが検知できる。εMで制御中の場合は逆とな
る。
一方、システム全体としての応答が異常の場合
には、εEとεMの相似度を見ることによつて次の判
定も可能である。もし、相似度が良い時には制御
器10のループと制御器8のループが共有するル
ープ(たとえば制御弁サーボ装置13、バイパス
弁サーボ装置17)に異常があり、相似度が悪い
場合には現在制御中の制御器ループに異常があ
る。この判定はブロツク37で行われるが、相似
度が良い場合でも、波形に急激な変化が現われる
ことがあり、このような波形は周波数解析等を行
うことによつてのみ認識できるものである。
以上の手順を適当な周期pで繰り返えすことに
よつて、2重の制御器を持つ制御システムの異常
検出と異常発生部位を知ることが出来る。
特に待機系は常時使用することが少ないため、
本方式によつて待機系の健全性を常時確認してお
けば、異常発生時の安全性及び運転員の安心感が
確保される。
本発明の他の実施例としては、特称なBWRで
は、圧力制御用の制御器として2種の異なる機構
(電気式と機械式)が設置されている場合が考え
られる。
この場合は、電気式と機械式で制御器の実質的
な伝達関数の形GE(s),GM(s)が異なる。又等
価的に(1)式の形に変換しても進み,遅れ時定数の
値が異なるため、正常時においても第6図に示す
ようにεEとεMの信号の間には差異があり、相似度
もあまり良いとは言えない場合もある。
このときは、εM又はεEのどちらかをベースにと
る(通常遅い応答の方、即ちεMをベースにする)。
εMがベースのときには、εMに対し(6)式で示すよう
な補償伝達特性GCOM(s)を乗じて得られる結果
ε* Eが、通常運転時にはベースとしたεMにほぼ等
しくなるように補償伝達特性を選定する。
GCOM(s)=1+TC・s/1+TAs+TB・s2 ……(6) TA,TB,TC:調整用定数 このようにすれば、第7図のようにε* E(=
GCOM(t)・εE)とεMは、通常運転時に相似度を高
くすることが出来る。
したがつて、前述の発明の実施例で述べた方式
で(εMとεE)の代りに(εMとε* E)を用いれば、
全く同一の議論により異常判定を行ないうる。
以上より明らかなように本発明によれば、主制
御系と待機制御系の各制御信号に基づいて待機制
御系の異常の有無を2段階に分けて判定するよう
にしたため、待機制御系の異常を確実に検知する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は2重系を採用した圧力制御システムの
ブロツク図、第2図は第1図の装置の正常時に得
られる制御信号特性図、第3図は第1図のシステ
ムの異常時に得られる制御信号特性図、第4図は
本発明の実施例のブロツク図、第5図は本発明の
処理フローチヤート、第6図は第1図のシステム
で正常時においても特性に差異がある場合の制御
信号特性図、第7図は本発明により補正した制御
信号特性図である。 1…主蒸気配管、2…バイパス配管、3…制御
弁、4…バイパス弁、5,6…圧力センサ、7,
9,12,16…加算器、8,10…制御器、1
1…高値優先ゲート、13…制御弁サーボ装置、
14…リミツタ、15…制御弁駆動部、17…バ
イパス弁サーボ装置、20…入力装置、21…マ
ルチプレクサ、22…演算装置、23…タイマ、
24…出力装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 制御対象の作動状態を検出する作動状態検出
    手段と、該作動状態検出手段の検出出力と第1の
    設定値とを比較する第1の比較手段と、主制御系
    の主構成要素として、第1の比較手段の比較結果
    に応じた制御信号を出力する主制御手段と、前記
    作動状態検出手段の検出出力と第2の設定値とを
    比較する第2の比較手段と、待機制御系の主構成
    要素として、第2の比較手段の比較結果に応じた
    制御信号を出力する待機用制御手段と、前記各制
    御手段からの制御信号のうち一方の制御信号を選
    択し、選択した制御信号に基づいて制御対象を駆
    動する駆動手段と、を有する制御システムにおい
    て、待機用制御手段からの制御信号と判定基準値
    とを順次比較する異常判定用比較手段と、該比較
    手段の比較結果により待機制御系の異常の有無を
    判定する第1の判定手段と、前記各制御手段から
    の制御信号を順次取り込み、現時点から一定時間
    以前にわたる両制御信号間の時間応答による相似
    度を算出する算出手段と、主制御系の実行中に該
    算出手段の算出結果を基に待機制御系の異常の有
    無を判定する第2の判定手段と、を設けたことを
    特徴とすとる異常検定装置。
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