JPH0373724B2

JPH0373724B2 -

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Publication number: JPH0373724B2
Application number: JP58065790A
Authority: JP
Inventors: Rarii Chan Shaoonan; Aren Kurain Jon
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1982-04-15
Filing date: 1983-04-15
Publication date: 1991-11-22
Also published as: US4494207A; JPS58202308A; CA1199708A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明は制御装置に関するものであり、特に可
変速度の蒸気タービンの速度を制御する制御装置
に関するものである。

可変速度蒸気タービンは普通、帰還ループを使
うことにより、蒸気タービンの軸速度が命令され
た速度の近似値になるように制御する。このよう
な制御装置の１つのエメレントには速度信号発生
器が含まれており、これは命令された速度と比較
するための信号を発生する。

信頼度を上げるため、独立した速度帰還信号発
生のために２つ以上の独立したチヤンネルを設け
てもよい。

デイジタル速度信号発生器では、速度を測定し
なければならない軸に結合された歯車を使うのが
普通であつた。この歯車はセンサーの近くを歯が
通過するときに電気信号を発生する。その結果と
して得られるパルス情報はまず周波数電圧変換器
によつてアナログ電圧に変換され、次いでアナロ
グ・デイジタル変換される。この手法は構成が複
雑になり、分解能が変換器によつて制限されると
いう欠点がある。更に、このような装置では較正
が必要になる。

各々タービンを制御する制御信号を供給するこ
との出来る冗長な制御器を用いることにより、タ
ービン制御の信頼度を向上してきた。このような
冗長な制御器を使用する際の問題は制御器の故障
を検出して、故障していない制御器に制御を移す
ことである。従来使用していた手法においては、
同一の入力を受ける３つ以上の制御器を用い、多
数決原理で使用すべき制御器を選択するハードウ
エアまたはソフトウエア・システムを追加してい
る。そのかわりに、複数の制御器の出力を組み合
わせて、それらのうちの１つの障害により出力が
制御範囲外になつてしまうような障害は無視する
ようにすることもできる。

２つ以上の制御器を使つて並列に動作させて対
応する信号を発生させそのうち１つだけを使用す
る場合、使用状態の制御器で障害が検出されたと
き、それまで不使用状態にあつた制御器に制御が
移される。時間とともに、不使用状態にあつた制
御器の出力は少しドリフトするため、使用状態と
不使用状態の制御信号はほぼ同一の入力から作つ
ているにも拘わらず違つてくる。このような状況
下で制御信号の切換えを行なうと、蒸気タービン
に加わる制御信号にバンプや不連続が生じる。こ
のような不連続によつて蒸気タービンの加速に急
速な脈動が生じ、その結果速度変化を生じ、これ
は帰還速度信号を使つて回復するのに一定の時間
を要することがある。

発明の目的と概要したがつて、従来技術の欠点を解消するような
軸速度センサー用の制御装置を提供することが本
発明の１つの目的である。

更に２つの制御器を含み、その各々が入力信号
に対する応答を他方の応答と比較することにより
それら制御器が両方とも良好か否かを判定するよ
うな制御装置を提供することも本発明の１つの目
的である。この比較により制御器の１つが不良で
あるとわかつた場合は、装置数理モデルを使うこ
とにより、どの制御器が不良であるかを判定し、
障害のある制御器を不使用状態にし、障害のない
制御器を使用状態にする。

本発明のこの−面によれば、弁の位置によつて
制御し得る速度で回転する軸を有する装置を制御
するための制御信号を発生するように働く制御装
置が提供され、該弁は制御信号に応動し、制御装
置は第１および第２の制御器を含み、装置は速度
指令信号、速度に応じた速度帰還信号、弁の位置
に応じた弁帰還信号を発生する手段を含んでお
り、更に各制御器には、速度指令と速度帰還信号
との差に比例した速度誤差信号を発生する手段、
速度誤差に応じて弁指令信号を発生するように働
く弁指令発生器、弁指令信号と弁帰還信号との差
に応じて制御信号を発生する手段、速度帰還信
号、速度誤差信号、弁指令信号、弁帰還信号およ
び弁駆動信号の少なくともいくつかを受信する比
較回路、第１および第２の制御器の各々の速度帰
還信号、速度誤差信号、弁指令信号、弁帰還信号
および弁駆動信号の少なくともいくつかを他方の
制御器内の比較回路に伝せる手段が含まれ、第１
および第２の制御器の各々にある比較回路はそれ
自身の制御器からの入力と他方の制御器からの入
力との差を検出して、その差がその制御器が不良
であることを示していると判定したときはこの事
実を表示する片方不良信号を発生し、そして更に
各制御器には、制御器の入力および出力の少なく
ともいくつかに応答して制御器の入力に対する正
しい応答を予測し、その制御器がその入力と矛盾
する出力を発生したとき制御器不良信号を発生す
る装置数理モデルが含まれる。

また本発明の別の面として、本発明の１つの目
的はタービンの制御を１つの制御器から別の１つ
の制御器に切り換える装置を提供することであ
る。

本発明のもう１つの目的として、送出する制御
信号にバンプ不連続を起さずにタービン制御の切
換えを行なう装置を提供することである。

本発明の更にもう１つの目的として、これまで
不使用の制御器の初期設定を命ずることにより、
これまで使用している制御信号からこれまで不使
用の制御信号への切り換えに先立つて、これまで
使用している制御器から送出されていた制御信号
に極めて近い信号を発生させる弁制御選択器を提
供することである。

本発明のこの一面によれば、第１の制御器から
の第１の制御信号を速度制御用の機器に印加し、
そして第２の制御器からの第２の制御信号に切り
換えて速度制御用の機器に与えて、切り換え時の
不連続を最小限にする装置が提供され、この装置
は、第１および第２の制御信号を受信する制御選
択器、第１および第２の制御信号のうち使用しな
い制御信号を制御用の機器に類似した特性を有す
る負荷で終端するように働く終端装置、制御選択
器内にあつて第１および第２の制御信号のうち使
用するものを制御用の機器に印加し、第１および
第２の制御信号の使用しないものを負荷に印加す
る手段、不使用の制御信号を所定時間遅延させる
ことにより遅延制御信号を発生する手段、使用し
ている制御信号を供給している制御器に障害が検
出されたとき使用している制御信号の代りに遅延
制御信号を用いるように切り換える手段、これま
で使用していない制御信号を発生していた制御器
を初期設定して、その制御器がこれまで使用して
いた制御器からのこれまで良好であつた制御信号
に極めて近い制御信号を発生するようにさせる手
段、ならびにこれまで使用していた制御信号を終
端装置に切り換え、これまで使用していない制御
信号を速度制御用の機器に切り換えるための手段
を含んでいる。

更に、本発明の別の面として、本発明の更に１
つの目的は従来技術の欠点を解消したデイジタル
軸速度センサーを提供することである。

本発明の別の１つの目的として適当な分解能で
広いダイナミツク・レンジを有する軸速度センサ
ーを提供することである。

本発明の更に別の１つの目的として軸速度の前
の測定結果に応じてクロツク・パルスの計数に可
変計数時間を使用する軸速度センサーを提供する
ことである。

本発明のこの別の面によれば、軸の可変速度に
応じた信号を発生する軸速度信号発生器が提供さ
れ、この軸速度信号発生器は、速度に応じた可変
周波数を有する交流信号のサイクルを発生する手
段、ほぼ一定の周波数のクロツク・パルスを発生
するように働くクロツク、サイクルおよびクロツ
ク・パルスの内の一方の相次ぐ所定の数に応答し
てそれらのうちの他方を計数し、その計数値を蓄
積するアキユムレータ手段、所定の値を超える速
度に応答してほぼ一定の周波数から第２の異なる
ほぼ一定の周波数に切り換える手段、ならびに前
記計数値と前記所定の数に応答して速度を計算す
る手段を含んでいる。

本発明の１つの特徴によれば、軸の可変速度に
応じた信号を供給する軸速度信号発生器が提供さ
れ、この軸速度信号発生器には、軸速度に比例し
た第１の周波数を有する１つ以上の交流信号を発
生するように働く１つ以上の速度ピツクアツプ、
少なくとも第２の一定周波数および第１の周波数
より高い第３の一定周波数を選択的に発生するク
ロツク、所定期間の間に生じる第２の周波数のサ
イクルを計数して、前の期間に測定した速度が所
定値より小さくなつたときに計数値を発生し、更
に前の期間に測定した速度が所定値以上になつた
ときに所定期間の間における第２の周波数のサイ
クルを計数する手段、前の期間に測定した速度に
応じて所定期間を変更する手段、ならびに計数手
段に応答して速度計数を行なう計算手段が含まれ
ている。

本発明の上記ならびに他の目的、特徴、利点は
図面と以下の説明により明らかとなる。なお類似
の参照番号は同一の素子を表わす。

好ましい実施例の詳細な説明第１図な可変速度蒸気タービン１２の速度を制
御するための制御装置を示してあり、全体を10で
表わしてある。蒸気タービンは、制御可能な速度
および／または圧力で駆動軸１４にトルクを与え
るのに適した通常の産業用または船舶用のタービ
ンであればよい。蒸気タービンは弁１８および蒸
気管２０を介して、通常の蒸気源１６で発生され
る蒸気によつて駆動される。弁１８は蒸気タービ
ン１２に組み込まれるのが普通であるが、第１図
ではわかりやすいように分けて示してある。蒸気
タービン１２からの排出蒸気は排気管２２を介し
て通常の復水器に送られる。蒸気源１６、弁１
８、蒸気タービン１２および復水器２４は通常の
機器であり、それら自体は本発明の新規性のある
部分ではないので、それらについての詳細な説明
は省略する。

全体を26として示した速度信号発生器には、駆
動軸１４の速度を表わす冗長なデイジタル信号を
発生するための冗長な部分が含まれている。延長
部分または補助軸２８は駆動軸１４の速度に比例
した得度で回転し、速度センサー２９を動作させ
る。速度センサー２９はたとえば磁気的、容量
性、誘導性、光学的または機械的な公知の任意の
型のものでよい。実施例では、速度センサー２９
は周囲に所定数の歯３２が等間隔で設けられた歯
車３０を含み、この歯車３０は複数の速度ピツク
アツプ３４の近傍で補助軸２８によつて回転させ
られる。任意の数の速度ピツクアツプを使用でき
るが、図示した実施例では歯車３０の近傍に４つ
の速度ピツクアツプ３４が保持されており、その
各々は歯３２の各々が通過する度毎に出力信号を
発生する。複数の速度ピツクアツプ３４は相互に
独立しており、その１つが故障しても他のいずれ
にも障害が及ぶことはない。このようして、４つ
の速度ピツクアツプ３４は４つの独立した速度信
号を発生し、これらの速度信号は導線３６，３
８，４０および４２を介して一次速度コンピユー
タ４４および二次速度コンピユータ４６に送られ
る。

一次および二次の速度コンピユータ４４および
４６はそれぞれ独立に４つの速度信号を試験し、
故障した速度ピツクアツプ３４からの速度信号を
除去し、デイジタル速度帰還信号を計算し、これ
らのデイジタル速度信号を導線４８および５０に
より一次および二次の制御器５２および５４にそ
れぞれ与える。更に、一次および二次の速度コン
ピユータ４４および４６はセンサー・ステータ
ス・データを発生し、これは導線５６および５８
により制御デイスプレイ・パネル６０に与えられ
る。このセンサー・ステータス信号は制御デイス
プレイ・パネル６０上に表示を発生することによ
り速度ピツクアツプ３４の故障についてオペレー
タに知らせ、また希望によつては故障した特定の
要素を識別表示する。

速度指令発生器６２は速度指令信号を発生し、
これは一次および二次の制御器５２および５４の
指令入力に並列に与えられる。速度指令発生器６
２は駆動軸１４の望ましい速度についての情報を
含むデイジタル信号を発生する。速度指令発生器
６２は都合の好い任意の型のものでよく、たとえ
ば手動制御器、プログラミングされたデイジタル
制御器、または信号を蒸気タービンによつて駆動
されているプロセスから得るものにしてもよい。

一次制御器５２および二次制御器５４はそれぞ
れ導線６４および６６を介して別個の弁作動器帰
還信号をも受ける。これらの信号は以下に述べる
方法で発生される。一次制御器５２および二次制
御器５４は各々その入力に応答して制御出力信号
を発生する。これらの出力信号はそれぞれ導線６
８および７０を介して弁制御選択器７２に供給さ
れる。一次制御器５２および二次制御器５４はス
テータス・バス７４によつて相互接続され、これ
によつて各制御器はその内部の状態を他方の制御
器に知らせ続けることができる。

一次制御器５２とこれに信号を送る回路に障害
がない正常な状況下では、一次制御器５２が弁制
御選択器７２によつて制御源として選択される。
一次制御器５２またはこれに信号を送る回路に障
害が発生した場合には、この情報はステータス・
バス７４により二次制御器５４に送られ、一次制
御器５２から二次制御器５４に制御を移すプロセ
スが開始される。このステータス情報は導線７６
および７８により制御デイスプレイ・パネル６０
と弁制御選択器７２の両方にも伝えられる。弁制
御選択器７２はその入力のうち制御論理が正しい
入力であると表示している入力を導線８０を介し
て弁作動器８２に与える。弁制御選択器７２の他
の入力は導線８４で終端装置８６に与えられる。

抵抗素子として図示してある終端装置８６は、
弁制御選択器７２に対して弁作動器が与えるのと
同じ特性を与えるように選択されている。すなわ
ち、弁作動器８２がほぼ純抵抗負荷である場合に
は、終端装置８６は図示の如く純抵抗でよい。ま
た、弁作動器８２が実質的にリアクタンス成分を
含んでいる場合には、終端装置８６はそれに対応
するリアクタンス成分を持つように選択される。

弁作動器８２は点線８８で表わした機械出力を
供給し、これは導線８０の信号に応じて比例的に
弁１８を開閉するように働く。更に弁作動器８２
には、導線６４および６６に２つの独立して発生
された弁作動器帰還信号を発生するように働く部
品群（第１図には図示していない）が含まれてい
る。この２つの信号は各々弁１８を開放する量を
表わしている。弁状態情報を制御デイスプレイ・
パネル６０に送出するように導線９４を設けるよ
うにすることもできる。

理想的な装置では、単に弁１８を所定量だけ開
放するだけで蒸気タービン１２を所定速度に制御
できる。このような場合には、速度信号発生器２
６は必要としない。しかし、実際の装置におい
て、入力、内部および外部の変数、たとえば圧
力、温度、蒸気の水含有量と分子量、負荷特性の
変化、ベアリングや弁の摩耗、タービンの先端す
きまの変化、スケールや腐食の堆積等により、短
期および長期の両者に対して弁の位置と速度との
関係が変つてしまう。したがつて蒸気タービン１
２の速度を適切に制御するためには、弁作動器８
２から一次および二次の制御器５２および５４に
至る弁作動器帰還信号から成る内部帰還ループ
を、速度信号発生器２６が発生する速度帰還信号
から成る外部帰還ループで補わなければならな
い。

一次および二次の速度コンピユータ４４および
４６では、障害の起きている速度ピツクアツプを
検出するために任意の都合の良い手法、たとえば
２アウト・オブ３、２アウト・オブ４等の多数決
を使うことができる。実施例においては、導線３
６，３８，４０および４２の各々の速度信号は
個々のピツクアツプに障害があるか監視されてい
る。速度ピツクアツプ３４の瞬間的な障害は許す
ことができるが、多数の連続した障害は許すこと
ができない。したがつて実施例においては、一次
速度コンピユータ４４または二次速度コンピユー
タ４６がその出力を使用している速度ピツクアツ
プに障害が生じたとき、このような障害が起きた
ピツクアツプに対して計数が開始され、相次ぐ誤
りのある出力の数を判定する。誤りのあるピツク
アツプ出力が予定の数Ｎまで計数されると、一次
および二次の速度コンピユータ４４および４６は
独立に障害を起こしたピツクアツプを不作動状態
に切り換える。

一次および二次の速度コンピユータ４４および
４６は欠陥があると判定されたピツクアツプの出
力の監視を続けて、一時的な障害が自然になくな
つたか否かを検知する。この継続的な監視によつ
てＭ個の良好な出力が連続して生起したことを検
出した場合には、その障害を起こしたピツクアツ
プは良好であると考えられ、再び速度信号を供給
するために用いられる。

好ましい実施例では、関連した速度センサーの
出力が所定の状態にある間、水晶制御のクロツク
発振器で発生される高周波パルスの数を計数する
ことにより速度検知が行なわれる。第２Ａ図にク
ロツク発振器の出力が示してあり、多数の幅の狭
いクロツク・パルスが発生する。第２Ｂ図は速度
ピツクアツプ３４のうちの１つからの方形波出力
を示している。ピツクアツプ信号の所定の状態が
第２Ｂ図の波形の上の垂直線で示すように２つの
連続したサイクルの立上りの縁であると定めた場
合には、第２Ｃ図に示すように速度信号の１サイ
クルの間第２Ａ図のパルスが計数される。勿論、
タービン速度は１サイクルの間に計数されたパル
ス数に逆比例する。すなわち、タービン速度が上
昇するにつれて、それに応じて１サイクルの時間
は短縮されるので、そのサイクル中に生じるクロ
ツク・パルスの数もそれに応じて減少する。

上記のシステムほ所要ダイナミツク・レンジが
比較的狭い速度測定装置に対しては充分なもので
ある。しかし産業用の可変速度蒸気タービンで
は、タービン速度1rpmから20000rpmまで制御す
るための速度制御装置が必要になることがある。
最高速度のときのセンサー出力の１サイクル中に
明確な計数値が得られるように充分高くしたクロ
ツク周波数は、最低の速度を測定するだめには明
らかに問題外になる。たとえば、第２Ｄ図は第２
Ｂ図に示した周波数に比べて４倍高い周波数の速
度センサー出力を示している。この場合、クロツ
ク周波数を同一とし、相次ぐ立上りの縁をゲート
点として使つたとき、第２Ｅ図に示すように第２
Ｂ図に比べて1/4のクロツク・パルスだけが計数
される。速度の上昇により計数されるパルス数が
減少するにつれて、速度を決定できる分解能がか
なり低下することは、当業者には明らかであろ
う。

非常に広いダイナミツク・レンジにわたつてか
なりの分解能を維持するため２つの方法を使用で
きることを発明者は見出した。これらの内の１つ
の方法においては、クロツク周波数を、測定する
速度の関数として変化させる。すなわち、低速で
は低いクロツク周波数を使い、高速では１つ以上
の高いクロツク周波数を使うようにする。選択す
るクロツク周波数はその前の速度測定に基づいて
決定することができる。速度分解能を改善する第
２の方法はクロツク・パルスを計数する速度サイ
クルの数を変えるものである。たとえば第２Ｄ図
において、速度信号の単一サイクルの間だけクロ
ツク・パルスを計数するかわりに、たとえば速度
信号の４サイクルの間クロツク・パルスを計数す
れば、第２Ｂ図のずつと遅い速度信号の場合とほ
ぼ同数のパルスが計数される。

次に第３図には速度コンピユータの１実施例が
示されている。この図では一次速度コンピユータ
４４であるものとする。二次速度コンピユータ４
６（第１図）は一次速度コンピユータ４４と同一
であり、したがつて詳細は述べない。

導線３６の速度パルスが一次速度コンピユータ
４４のアキユムレータ９６に与えられる。同様
に、導線３８，４０および４２の速度パルスがア
キユムレータ９８，１００および１０２にそれぞ
れ与えられる。アキユムレータ９６，９８，１０
０および１０２は同一であるので、アキユムレー
タ１０２だけを詳細に図示してあり、以後これに
ついて説明する。

導線４２の速度パルスがプログラマブル・デイ
バイダ１０４に与えられる。プログラマブル・デ
イバイダー１０４はCPU１０６の出力により制
御されて、導線１０８を介してカウンタ１１０に
ゲート出力を与える。クロツク１１２は導線１１
４を介してカウンタ１１０のクロツク入力CKに
クロツク・パルスを与える。CPU１０６から導
線１１６を介してプログラマブル・デイバイダ１
０４に与えられる信号はプログラマブル・デイバ
イダ１０４の分周比を制御して、導線４２の速度
信号のサイクルの数を制御する。そのサイクルの
間はプログラマブル・デイバイダ１０４がカウン
タ１１０にクロツク・パルスの計数を許す。導線
１１６の分周比はこれから説明するように速度が
上昇すると大きくなる。

アキユムレータ９６，９８，１００および１０
２はそれぞれ各計数サイクルを終了して、計数値
がその各々のカウンタに得られる。対応する速度
ピツクアツプおよびアキユムレータ内の回路が正
しく動作していれば、これらの計数値の各々はほ
ぼ同一になる筈である。累積された計数値は比較
器−選択器１１８に与えられて、計数値のうちの
１つ以上が他のものから実質的に異なつているか
否かを決定する。実質的に異なつていると決定さ
れた計数値は比較器−選択器１８内で除去され、
残りのすべての計数値は導線１２０を介して平均
化回路１２２に送られる。

速度パルスと回転速度（prm）との間に任意の
関係を設定できるが、説明の便宜上、歯車３０に
は正確に60個の歯が設けられていると仮定する。
したがつて軸１４が１回転すると、速度信号の60
サイクルが発生する。このようにして、導線３６
に発生される毎秒サイクル数はrpm単位で表わし
た軸速度に等しい。このように単純化すると、Ｔ
秒間にＮ個の速度サイクルが生じるとすると速度
はＮ／Ｔで表わされ、Ｎサイクルの間すなわちＴ
秒の間、周波数f_cのクロツク・パルスを計数する
と、時間ＴはＴ＝（クロツク・パルス値計数）／
f_cで表わされるので、速度は次のように表わされ
る。

速度（rpm）＝fcN／計数値ここで fc ＝クロツク周波数（Hz）Ｎ＝速度サイクルの数計数値＝Ｎサイクルの間に計数されるク
ロツク・パルス例えば、速度がＭ（rpm）である場合、速度信
号は毎分60×Ｍサイクル発生し、したがつて毎秒
Ｍサイクル発生する。そこでＴ秒間すなわちＮ
（＝TM）サイクルの間クロツク・パルスを計数
すると、速度Ｍは計数値Ｆとクロツク周波数とサ
イクル数Ｎから求められる。すなわち、Ｔ＝Ｆ／f_cであるので、上式から速度＝［Ｎ］［f_c］
＝［MT］［１／Ｔ］＝Ｍ（rpm）となる。

平均化回路１２２は上式の分子を計数値で割る
計算を行なつてrpm単位の速度を求める。この計
算を行なうため、平均化回路１２２はCPU１０
６からの導線１２４を介してクロツク周波数fcお
よび使用中の速度サイクル数Ｎを表わす信号を受
け取る。平均化回路１２２は正しく動作している
すべての速度ピツクアツプからのこのように計算
した速度の平均を求め、この平均速度信号を導線
４８を介して一次制御器５２に与える。CPU１
０６をこの測定した速度に対して更新することに
よりCPU１０６がクロツク１１２とアキユムレ
ータ９６，９８，１００および１０２内のプログ
ラマブル・デイバイダを制御できるようにするた
め、デイジタル速度帰還信号が導線１２６を介し
てCPU１０６に与えられる。

導線１２８を介して試験信号がアキユムレータ
１０２内のプログラマブル・デイバイダ１０４な
らびにアキユムレータ９６，９８、および１００
のプログラマブル・デイバイダに与えられる。こ
の試験信号は導線３６乃至４２の速度パルスのか
わりをして、速度ピツクアツプに現われた障害が
本当に速度ピツクアツプによるものか、あるいは
それより後にある構成品によるものかを決定す
る。この試験信号は速度パルスの予想周波数範囲
内のいずれかの公称周波数となるように選択され
る。好ましい実施例では、導線１２８の試験信号
は約2KHzである。

試験信号の使用中は、カウンタ１１０ならびに
他のアキユムレータ内の相当する回路はクロツク
１１２により直接制御される。試験信号が各アキ
ユムレータに与えられると、比較器−選択器１１
８はこの試験信号を受け取つて障害個所を決定す
る。

次に第４図において、クロツク１１２にはクロ
ツク発信器１３０が含まれている。このクロツク
発信器１３０は高周波たとえば1.8432MHzで動作
する水晶制御発信器にすることが望ましい。第１
のデイバイダ１３２は上記周波数をかなり大きな
分周比たとえば３２で分周することにより57.6K
Hzのクロツク周波数を発生し、これがアンド・ゲ
ート１３４の１つの入力に与えられる。アンド・
ゲート１３４の第２の入力はCPU１０６からの
制御信号を受信する。第２のデイバイタ１３６は
デイバイタ１３２より小さな分周比、たとえば２
で発信器の周波数を分周することにより921.6K
Hzの周波数を発生し、これがアンド・ゲート１３
８に与えられる。更にもう１つのデイバイダ１４
０は発信器の周波数を非常に大きな分周比、たと
えば921で分周することにより、たとえば2KHzの
試験周波数を発生する。この2KHzの試験周波数
はアンド・ゲート１４２に入力に加えられる。ア
ンド・ゲート１３８および１４２の第２の入力は
CPU１０６からの制御信号を受け取る。アン
ド・ゲート１３４および１３８の出力はオア・ゲ
ート１４４に与えられる。オア・ゲート１４４の
出力のクロツク信号は導線１１４を介してアキユ
ムレータ（第３図）のクロツク入力CKに与えら
れる。アンド・ゲート１４２からの2KHzの試験
は導線１２８によりアキユムレータ９６，９８，
１００および１０２の各々の入力に与えられる
（第３図）。

次に第１図、第３図および第４図を参照する
と、蒸気タービン１２が停止状態から、または
（図示しない）外部電動機で回転し得る5rpm乃至
20rpmの低速から始動されたとき、CPU１０６
はアンド・ゲート１３４の入力に作動信号を、ア
ンド・ゲート１３８および１４２の入力に禁止信
号を与えるので、導線１１４を介して送出される
クロツク信号は57.6KHzである。このような非常
に低い速度では、導線１０８の間隔制御信号はカ
ウンタ１１０を作動して、導線４２の速度パルス
の１サイクルに等しい時間の間、クロツク・パル
スを計数させる。アキユムレータ９６，９８およ
び１００内の対応する回路が同じ時間の間、速度
パルスを計数する。

制御器５２または５４からの指令により蒸気タ
ービンの速度が上昇すると、CPU１０６は各測
定サイクルの終了時に測定速度を判定し、それに
応じてアンド・ゲート１３４および１３８のうち
適切なものを作動する。主として制御されている
機器の機械的特性に基づいて任意の分周ラインを
選択できるが、実施例では速度が64rpm上昇する
ごとにＮの値が１だけ増加する。すなわち、
1rpm乃至64rpmの速度ではＮ＝１であり、
65rpm乃至128rpmの速度ではＮ＝２等である。

軸速度の上昇中は、軸速度が200rpmを超えた
とき、アンド・ゲート１３４の入力が禁止され、
アンド・ゲート１３８の入力が作動されるので、
クロツク周波数は57.6KHzから921KHzに変る。こ
れは上述の規則のもとで行なわれるが、但しＮ＝
４である。これにより、軸速度の上昇中のこの点
で測定の分解能は16倍になる。257rpmでＮは１
だけ大きくなり、軸速度が64rpmだけ上昇するご
とに更に整数１だけ大きくなる。これにより、Ｎ
の間に計数される最小パルス数は約11500に固定
され、最大パルス数は14400以下に固定される。
速度の減少中は、高い方のクロツク周波数は速度
が100rpmに下がるまで保持され、その後、低い
方のクロツク周波数が使用される。クロツク周波
数のこのヒステリシスによつて、２つのクロツク
周波数の間のジツタにより制御信号が突然変化す
るという可能性が防止されるので、動作安定性が
改善される。

アンド・ゲート１４２が作動されることによ
り、デイバイダ１４０の発生した2KHzの信号が
導線１２８に送出される。その結果、アキユムレ
ータ９６，９８，１００および１０２を既知の信
号で駆動することができ、問題をピツクアツプま
たはカウンタに局限することが可能になる。

上気の説明から一次速度コンピユータ４４内の
図示したハードウエア構成品のすべてが二次速度
コンピユータ４６にあると考えるべきではない。
実際、好ましい実施例においては、CPU１０６
は２つのコンピユータで共通に使用することがで
き、制御器５２および５４ならびに制御デイスプ
レイ・パネル６０等の装置内の他の構成品に対し
て計算動作を行なうこともできる。

一次および二次の制御器５２および５４はそれ
らの信号発生源を除けば同一である。したがつ
て、一次制御器５２についてだけ詳細に説明す
る。

次に第５図において、速度指令発生器６２から
の速度指令信号が加算器１４６の１つの入力に与
えられる。加算器１４６はその他方の入力に導線
４８の速度帰還信号を受ける。速度指令信号と速
度帰還信号との差は速度誤差信号であり、これは
導線１４８により弁指令発生器１５０および比較
回路１５２に伝えられる。弁指令発生器１５０は
その入力の速度誤差信号に応動して導線１５４に
弁指令信号を発生する。この弁指令信号はアン
ド・ゲート１５６の１つの入力、比較回路１５２
の入力、ならびにステータス・バス７４（したが
つて二次制御器５４）に与えられる。一次制御器
５２が良好と判定されたときは、アンド・ゲート
１５６の第２の入力は比較回路１５２から作動信
号を受信する。アンド・ゲート１５６の出力はオ
ア・ゲート１５８を介して加算器１６０の入力に
与えられる。

導線６４の弁作動器帰還信号は加算器１６０の
第２の入力と比較回路１５２の入力に与えられ、
またステータス・バス７４を介して二次制御器５
４に送られる。

二次制御器５４からの弁指令信号は比較回路１
５２に与えられる他に遅延回路１６２にも与えら
れる。遅延回路１６２は二次弁指令を所定時間の
間、たとえば一次速度コンピユータ４４（第１
図）の２計数期間の間遅延させる。この遅延した
二次弁指令はアンド・ゲート１６４の１つの入力
に与えられる。一次制御器５２が不良であると判
定されたとき、アンド・ゲート１６４の第２の入
力が比較回路１５２の出力によつて作動される。
遅延回路１６２を使用することにより、一次制御
器５２の障害が起きたとき、導線６８を介して弁
制御選択器７２に与えられる弁駆動信号が所望値
からあまりずれないことが保証される。すなわ
ち、障害が起きてアンド・ゲート１５６からの一
次弁指令信号からアンド・ゲート１６４からの遅
延した二次弁指令信号への切り替えが行なわられ
たことを比較回路１５２が知ると直ちに、アン
ド・ゲート１６４からの信号は障害が検出された
ときより２サンプリング期間前に存在した速度入
力に応答する。これにより、弁駆動信号６８が制
御からはずれないうちに二次制御器５４は確実に
制御を受け持つてその定数の初期設定を開始す
る。

装置数理モデル１６６は導線６８，６４，１５
４，１４８および４８から比較回路１５２と同一
の入力を受信する。このような入力に応答して、
装置数理モデル１６６はモデル結果を発生する。
このモデル結果は、弁指令発生器１５０とそれに
関連する回路が入力に適した弁駆動信号を発生し
ているか否かを判定するものである。比較回路１
５２は二次制御器５４から対応する信号を受信す
る。２つの回路の対言する入力が両方の回路の正
しい動作を表示するときは、導線１６８を介して
両方良好信号が装置数理モデル１６６に与えられ
る。この状況下で、装置数理モデル１６６は導線
７６ａを介して制御デイスプレイ・パネル６０と
アンド・ゲート１７０に「低」の信号出力を与え
続ける。アンド・ゲート１７０の入力に与えられ
た「低」または「０」の信号により、このアン
ド・ゲートは禁止される。導線７６ａの「低」の
信号は制御デイスプレイ・パネル６０に一次制御
器がまだ動作状態にあることを知らせる。装置数
理モデル１６６からの信号はステータス・バス７
４の導線を介して二次制御器５４の対応する入力
に与えられる。

一次制御器５２がその入力信号と矛盾する出力
信号を送出している場合には、この事実は装置数
理モデル１６６と二次制御器５４内の比較回路
（図示しない）によつて検出される。この場合に
は、装置数理モデル１６６は「高」または「１」
の信号出力を発生し、これによりアンド・ゲート
１７０の１つの入力を作動する。更に、装置数理
モデル１６６は導線７６ａを介して制御デイスプ
レイ・パネル６０にアラーム信号を与えて、一次
制御器５２が不良であることを表示する。同時
に、二次制御器５４がまだ働いていれば、その中
の対応する回路がタービン１２を制御するプロセ
スを引き継ぎ、弁駆動信号を弁制御選択器７２に
与える。

二次制御器５４がその入力と矛盾している制御
信号を送出し始めると、この事実は二次制御器５
４内の装置数理モデルによつて検出され、「高」
または「１」の信号が一次制御器５２内のアン
ド・ゲート１７０に与えられる。一次制御器５２
も障害があると判定された場合には、アンド・ゲ
ート１７０の第２の入力の「１」の信号がアン
ド・ゲート１７０の両方の入力を作動し、制御デ
イスプレイ・パネル６０に接続された導線７６６
に両方不良信号を送出する。制御デイスプレイ・
パネル６０で、この事実は可能な診断デイスプレ
イでオペレータに表示される。

一次制御器５２の図示し説明した機能はデイス
クリート部品もしくは小規模、中規模、または大
規模集積回路で構成した回路で行なわせることが
でき、またアナログ機器またはデイジタル機器に
よつて行なわせることができる。実施例では、入
力信号はデイジタルであり、内部処理はデイジタ
ル的に行なわれ、計算や信号発生のいくつかまた
は全部がデイジタル・コピユータを使つて行なわ
れる。最も好ましい実施例においては、このよう
な機能のいくつかまたは殆んどがマイクロプロセ
ツサによつて行なわれる。一次制御器５２および
二次制御器５４はそれぞれ独立したマイクロプロ
セツサを持つことができる。あるいは、それらを
相互に組み合わせて、一次および二次の速度コン
ピユータ４４および４６と任意に組み合わせても
よい。

次に第６図において、弁制御選択器７２は双極
双投スイツチ１７２から構成されていることがわ
かる。このスイツチ１７２は導線６８および７０
を介して一次および二次の制御器５２および５４
から与えられる弁駆動信号をそれぞれ可動素子１
７４および１７６で受ける。スイツチ１７２は、
それぞれ一次制御器または二次制御器が不良
（bad）であることを示す導線７６ａよおび７８
ａの信号に応動してスイツチ・ドライバ１７８に
よつて駆動される。したがつて図示の状態で、一
次制御器５２の発生した弁駆動信号が導線６８を
介して弁作動器８２に与えられていて、一次制御
器５２で障害が検出された場合には、導線７６ａ
の一次制御器が不良であることを示す信号により
スイツチ・ドライバ１７８は可動素子１７４およ
び１７６の位置を反転させる。導線７６ａおよび
７８ａの一次および二次制御器不良信号は初期設
定指令発生器１８０にも与えられる。この初期設
定指令発生器はまた有効および無効の弁駆動信号
をそれぞれ導線１８０および１８４で受信する。

第１図において、たとえ速度ピツクアツプ３４
のすべての素子が同一の速度信号を発生したとし
ても、その後に続く部品の長期間のドリフトで導
線６８および７０に少し違つた弁駆動信号が生じ
ることがある。再び第６図に戻つて、有効弁駆動
信号を補正してこれが一次制御器５２の不良にな
る前の弁駆動信号の値に極めて近い値に速やかに
なるようにするために、二次制御器５４が制御を
引き継いだ直後に初期設定指令発生器１８０は二
次制御器５４に導線８７ｃを介して信号を送出す
る。これにより、二次制御器５４の弁指令発生器
はその内部定数を再設定して、生じたかも知れな
いドリフトを補正する。これによつて長期間のド
リフトに等しい僅かな変化が加算器１６０に与え
られるデイジタル弁指令信号に存在することが起
きるかも知れないが、この変化は数ミリ秒の単一
速度サンプリング・サイクルの間続くだけであ
る。この時間は充分短いので、加算器１６０以降
のアナログ回路や比較的反応の遅い蒸気タービン
１２に著しい影響を与えることはない。

以上、図面により本発明の特定の実施例につい
て説明してきたが、本発明はこれら詳細な実施例
に限定されるものではなく、また請求範囲に従つ
て本発明の範囲や趣旨を逸脱することなく当業者
が実施例に対して種々の変更や修正を行ない得る
ことは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による蒸気タービン
制御装置の概略ブロツク図、第２Ａ図乃至第２Ｅ
図は第１図の速度信号発生器の説明のための波形
図、第３図は第１図の速度コンピユータのブロツ
ク図、第４図は第３図のプログラマブル・クロツ
クの論理回路図、第５図は第１図の制御器のブロ
ツク図、第６図は第１図の弁制御選択器の概略ブ
ロツク図である。（符号の説明）、１４……駆動軸、１８……弁、
２６……速度信号発生器、４８……デイジタル速
度帰還信号導線、５２……一次制御器、５４……
二次制御器、６２……速度指令発生器、７２……
弁制御選択器、７４……ステータス・バス、８２
……弁作動器、８６……終端装置、９６，９８，
１００，１０２……アキユムレータ、１０６……
CPU、１１０……カウンタ、１２２……平均化
回路、１３０……クロツク発振器、１３２，１３
６，１４０……デイバイダ、１３４，１３８，１
５６，１６４……アンド・ゲート、１４６，１６
０……加算器、１５０……弁指令発生器、１５２
……比較回路、１５８……オア・ゲート、１６２
……遅延回路、１６６……装置数理モデル、１７
２……双極双投スイツチ、１７８……スイツチ・
ドライバ、１８０……初期設定指令発生器。

Claims

【特許請求の範囲】１制御信号に応動する弁の位置によつて制御し
得る速度で回転する軸を有するタービンを制御す
るための制御信号を発生するように働く制御装置
に於て、第１の制御信号を発生する一次制御器５２、第
２の制御信号を発生する二次制御器５４、速度指
令信号を発生する手段６２、速度帰還信号を発生
する手段２６、ならびに弁位置帰還信号を発生す
る手段８２を含み、前記一次および二次制御器の各々が、前記速度
指令と前記速度帰還信号との差に比例した速度誤
差信号を発生する手段と、前記速度誤差信号に応
じて弁指令信号を発生するように働く弁指令発生
器と、前記弁指令信号と前記弁帰還信号との差に
応じて弁駆動信号を発生する手段と、前記の速度
帰還信号、速度誤差信号、弁指令信号、弁帰還信
号および弁駆動信号のうちの少なくともいくつか
を受信すると共に、通信手段を介して他方の制御
器にある速度帰還信号、速度誤差信号、弁指令信
号、弁帰還信号および弁駆動信号のうちの少なく
ともいくつかをも受信し、それ自身の当該制御器
からの入力と該他方の制御器からの入力との差を
検出して、その誤差が当該制御器の不良を示して
いると判定したときはこの事実を表示する片方不
良信号を発生する比較回路と、当該制御器の入力
および出力の少なくともいくつかに応答して当該
制御器のその入力に対する正しい応答を予測し、
かつ当該制御器がその入力と矛盾する出力を発生
したとき制御器不良信号を発生する装置数理モデ
ルとを有することを特徴とする制御装置。２特許請求の範囲第１項記載の制御装置に於
て、前記制御信号の前記弁への印加を制御するゲ
ート手段が前記一次および二次制御の少なくとも
一方の中に設けられ、該ゲート手段は、該一方の
制御器の不良が検出された時に該一方の制御器か
らの制御信号を禁止し、代りに他方の制御器から
制御信号に切り換えるように働く制御装置。３特許請求の範囲第２項記載の制御装置に於
て、前記他方の制御器からの制御信号に予め定め
られた遅延を与えることにより切り換え時の過渡
現象を低減させる手段を含む制御装置。４特許請求の範囲第１項記載の制御装置に於
て、更に、前記第１および第２の制御信号を受信
して、前記一次制御器からの前記第１の制御信号
を速度制御用機器１８，８２に印加し、前記二次
制御器からの前記第２の制御信号に切り換えて該
速度制御用機器に印加し、該切り換えの際の不連
続を最小限にする制御選択器７２を含み、該制御選択器が、前記第１および第２の制御信
号のうち使用しないものを前記速度制御用機器に
類似した特性を有する負荷で終端するように働く
終端装置と、前記第１および第２の制御信号のう
ち使用するものを前記速度制御用機器に印加し、
前記第１および第２の制御信号のうち使用しない
ものを負荷に印加する手段と、該使用しない制御
信号を所定時間遅延させることにより遅延制御信
号を発生する手段と、前記使用している制御信号
を供給している方の前記制御器に障害が検出され
たときに該使用している制御信号の代りに前記遅
延制御信号を印加する手段と、これまで使用して
いない制御信号を発生していた方の前記制御器を
初期設定して、その制御器がこれまで使用してい
た方の前記制御器からのこれまでの良好な制御信
号に極めて近い制御信号を発生するように作用す
る初期設定手段と、前記のこれまで使用していた
制御信号を前記終端装置に切り換え、これまで使
用していない制御信号を前記速度制御用機器に切
り換える手段とを含んでいる制御装置。５特許請求の範囲第４項記載の制御装置に於
て、前記遅延制御信号を印加する手段が、使用し
ている制御信号および遅延制御信号の内の一方を
前記制御選択器に印加し得るようにするゲート手
段を含む制御装置。６特許請求の範囲第４項または５項記載の制御
装置に於て、前記切り換える手段がスイツチとス
イツチ・ドライバを含み、該スイツチ・ドライバ
は障害の検出に応答して前記切り換えを行なう制
御装置。７特許請求の範囲第６項記載の制御装置に於
て、前記スイツチ・ドライバが前記所定時間の終
りに作動される制御装置。８特許請求の範囲第４項記載の制御装置に於
て、前記初期設定手段が初期設定指令発生器を含
んでいて、使用している制御信号を発生している
前記制御器に障害が検出されたときに、これまで
使用していない制御信号を発生していた前記制御
器に指令して、これまで使用していない制御信号
が該障害検出より前のこれまで使用していた制御
信号に極めて近い値になるまで、その制御器の内
部値を初期設定する制御装置。９特許請求の範囲第１項記載の制御装置に於
て、前記速度帰還信号発生手段が軸の可変速度に
応じた信号を発生する軸速度信号発生器２６であ
り、該軸速度信号発生器が、速度に応じた可変周波
数を有する交流信号のサイクルを発生する手段、
ほぼ一定の周波数のクロツク・パルスを発生する
ように働くクロツク、該サイクルと該クロツク・
パルスの一方の相次ぐ所定の数に応動してそれら
のうちの他方を計数し、その計数値を蓄積するア
キユムレータ手段、所定値を超える速度に応答し
て前記ほぼ一定の周波数を第２の異なるほぼ一定
の周波数に切り換える手段、ならびに前記計数値
と前記所定の数に応じて速度を計算する手段を有
している制御装置。１０特許請求の範囲第９項記載の制御装置に於
て、前記軸速度信号発生器が、少なくとも第２の
所定値を超えた速度に応答して前記所定の数を変
更する手段を含んでいる制御装置。１１特許請求の範囲第１０項記載の制御装置に
於て、前記変更する手段が速度の所定量の上昇ご
とに前記所定の数を少なくとも１だけ増加させる
ように働く制御装置。１２特許請求の範囲第９項記載の制御装置に於
て、前記アキユムレータ手段が計数を行なうカウ
ンタと、計数を行なう時間を制御する手段とを含
む制御装置。