JPH04205301A - プロセス監視装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、制御されている物理量を監視しながら、制御
系の健全性も判定し、トラブル検出時には運転を中断す
るように制御系に通知する等してプラント全体の事故を
未然に防ぐことができるプロセス監視装置に係り、特に
、核融合装置に於ける真空容器への水素ガス導入系のよ
うに制御される弁の少しの開度の狂いで流れるガス流量
が大きくすれて装置を壊してしまう虞があるようなプラ
ントに適用するのである。

（従来の技術） 第３図は従来装置の構成例を示す。以下の例では、ガス
流量を弁の開度により制御している系について適用し、
説明する。この弁としては、例えばピエゾバルブ等があ
る。ピエゾバルブは、ピエゾ素子への印加電圧により開
度を制御することができる。それは、はぼ線形の依存関
係がある。

図において、１１は弁、］２はガスを流すガス流路、］
３は弁］１に開度を調節するだめの例えば電圧出力等の
出力を行なう制御出力手段、１４は予め流したいガス流
量に対応した制御出力値を格納しである制御出力データ
域である。制御出力手段１３及び制御出力データ域１４
は、弁１ユの開度を調整することによりガス流量を制御
する制御装置の構成要素である。１５は弁１１により制
御されているガス流量を計測・入力するガス流量入力手
段、１６はガス流量データ格納域、１７はガス流量デー
タ１６のデータを基にガス流量が過小又は過大になって
いるか否かを検証するガス流量判定手段である。

次に、斯くして構成された従来装置の動作を説明する。

ここでは、説明のため、弁１１はピエゾバルブとする。

弁１１は制御出力手段１３により出力されるアナログ出
力で電圧が印加され、その電圧値に従って開度を調節す
る。弁１１の開度によりガス流路１２を流れるガス流量
を制御できる。印加電圧が大きくなれば、開度も増し、
開度が増せば、ガス流量も増える。制御出力データ域１
４には、運転シナリオに従って必要とされるガス流量パ
ターンに対応した出力電圧値のデータ１８か格納されて
おり、制御出力手段］３はこのデータ１８を出力すれば
良いわけである。尚、ガス流量から制御出力値を求める
交換手段は、テーブル化されており、出力値をＶ１設定
ガス流量をＦｓとすると、Ｖ−ｆ（Ｆｓ）なる変換の形
は、多く折れ線で近似される。ここで、データ１８は、
Ｖ−ａｉ＊Ｆｓ＋ｂｉで表される。但し、ｉ−１，２，
・・・である。

このように制御されているガス流量を、ガス流量入力手
段１５により読み込み、ガス流量データ域１６に格納す
る。ガス流量判定手段１７は、ガス流量データ域１６に
有るガス流量の実測データを基にガス流量が運転パター
ン１９から定まる許容範囲内に有るか否かを確認し、ガ
ス超過又はガス不足により逸脱しておれば、制御装置に
運転中止の指令を出力したり、警報によりオペレータに
知らせる等の保護動作に入る。

以上により、弁１１そのものを含んた制御系の異常を検
出して装置本体の保護を行なうことができる監視装置が
構成されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来技術の場合、以下のよう
な問題点があった。

すなわち、制御出力値とガス流量の関係は、線形でない
だけでなく、真空容器内の圧力やガスの温度等の環境条
件によっても変わるため、正常値時にまで余分ケ保護動
作が頻発しないためには、ガス流量判定手段１７で使う
許容範囲を広く取る必要があり１、異常検出するまでに
成る程度の装置の損傷が発生する腐があった。或いは、
安全のために条件を厳しくして、使い難いシステムとな
っていた。これは、弁１１そのものの特性が時間と共に
かなりの程度変化することがらも起きて来る問題である
。ここで述べた問題点は、エージング等により特性が変
化したり、環境条件で変化するような調節器やセンサー
を使うシステムでは大きな問題となる。

従って、本発明の目的は、環境条件や経年変化により特
性が一定しないような調節器を持つ制御系により制御さ
れているプロセスに有効な監視装置で、制御される物理
量の時間変化を監視することにより制御系の異常を効率
良く検出するようなプラント監視を行なうことのできる
監視装置を提供することにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明のプロセス監欅装置は、弁の開度を調節すること
で制御されている真空容器への導入ガス流量の如く制御
装置により制御されている物理量を入力する手段とその
データを格納するデータ格納域と、制御出力値と計測値
（例えば圧電素子弁への印加電圧とガス流量）を取り込
んで出力値と実入力値の比を求める交換比算出手段と、
求めたデータを時系列に格納する変換比データ領域と、
交換比データの時間変化を求める比変化率算出手段と、
これらの求めた効果比データと変化率データを監視する
ことにより制御系の異常を検出し、保護を行なう健全性
判定手段を設けたものである。

（作用） 本発明に於ては、従来のガス流量データによろ監視に対
し、ガス流量の実測値たＩｊでなく制御出力値との関係
（変換比）を求めて、所定の変換比の範囲内であること
から制御系の健全性を確認することて、状況に即（また
監視を行なうことができる。同時に、変換比の時間変化
率も調べて、所定の大きさ以上になっていないことを確
認することか、より羅実な監視を行な・うことができる
。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する３、 第１図は本発明の一実施例に係るブロック図を示す。な
お、第３図に示す従来装置と同一部には同一の符号を付
しである。従来装置と同様、ピエゾバルブて真空容器１
、−流ｌ−込むガス流量を制御しているプロセスの監視
について説明する。

制御出力データ域］４のデータ（パターン）１８に従い
、制御出力手段１３から弁１１に対してアナログ出力に
より電圧を印加し、弁１１の開度を調節１７、ガス流路
１２を流れるガス流量を制御する制御装置の動作は、従
来と同様である。また、ガス流量入力手段］５によりガ
ス流量の実測値をガス流量データ格納域１６に読み込む
、と言った同一部を構成する要素の動作も、従来と同様
である。

図において、２０は制御出力データ域１４のデータ１８
を取り込み、ガス流量データ格納域］、６のデータ１９
と比較して変換比を求める変換比算出手段で、２１は求
めた変換比データを格納して置く変換比データ格納域、
２２は変換比データ格納域２１に有るデータより変換比
データの時間変化率を求める比変化率算出手段、２３は
変換比データ格納域２１と比変化率算出手段２２の結果
より制御系の状態を調べる健全性判定手段である。

２４は健全性判定のための判定条件（許容範囲）を格納
しである健全性判定値域、２５の点線内はプロセス監視
装置全体を示す。各実線は、従来装置と同様、データの
流れを示している。

次に、本実施例の動作を説明する。従来の入力動作と同
様にしてガス流量データ格納域１６に格納された入力デ
ータ］９に対し、変換比算出手段２０は、以下の如く変
換比を求める変換比データ格納域２１に時系列データと
して格納する。即ち、ガス流量データのザンブル時間に
対応］、７た制御出力データ１８を制御出力データ域１
４から取り込む。制御出力データ１８は、従来技術の説
明で既述したようにガス流量の値や環境条件毎に定義し
ｌ二　式 ％式％ （ｉ−１，２・・・）により求められているので、ガス
流量データに対応した制御出力データ］８を求める際に
使用！、た１）１（すなわち、設定流１ｉＦｓの値によ
り選ばれたｂｉ）を使って変換比Ａ　（ｔ）を求めると
、 Ａ　（ｔ　）　＝　（Ｖ　（ｔ）−ｂｉ）／Ｆ　（ｔ）
Ｖ（ｔ）・・制御出力値 Ｆ　（ｔ）・・ガス流量 となる。添字ｔは、時刻列データを示ず０サンプル１と
する）。

次に、変換比データ格納ｔ！Ａ２１に格納されたデータ
を基に比変損率算出手段２２により変換比の変化率か求
められる。

ｄＡ　、、、＝　　ｌ　　（Ａ　　（ｔ）−Ａ　　（ｔ
−１））／　　Ａ　（ｔ−１）　　　！このようにして
得た変換比データＡ　（ｔ）と変化率データｄＡを使っ
て健全性判定手段２３は、制御系（制御装置及び弁）の
健全性を判定する。即ち、変換比、変化率の判定条件を
夫々 ａ　ｉ　十α＞Ａ（ｔ）　＞ａｔ　−ａ（ａｉは前記変
換式の係数。αの値は制御系により定められる。） β＞　ｄＡ （βの値は制御系により定められる。）σ、βは健全性
判定値域２４に設定されている条件であり、プラント毎
に最適な値を実験的に求めて設定する。例えばガス導入
系の弁調節の例では、幾つかのガス流量パターンについ
て真空度、温度等の条件を変えて運転し、変換比・変換
率の変動の大きさ及び弁印加電圧とガス流量の関係グラ
フとから、この試運転中のグラフ上の値を許すように求
め、設定ガス流量値域毎にテーブル化ｌ、て記憶する。

として、変換比データ又は変化率データが、上記範囲を
逸脱したことを検出した時点で、制御系の健全性が損な
われたものとして、従来装置と同様保護動作に入る。

以上の処理の流れを第２図に示す。例えば核融合装置の
中性粒子入射装置のイオン源ガス導入系の一例では、導
入水素ガス流量５　　Ｐａｗ３／ｓ付近で、流量（Ｐａ
■’　／Ｓ）に対する印加電圧（Ｖ）の変換式の係数ａ
ｉ→２０であり、１７＜　Ａ　（ｔ）　＜　２３程度で
あるが、Ｉ　　Ｐａｍ’　ｌｓ以下では傾きも緩やかで
非線形性が強いため、５　＜Ａ（ｔ）　＜１５等と変え
られる。

これにより、例えば変換比Ａ　（ｔ）が条件を逸脱した
場合は、弁１１の故障或いは弁１１の特性変化等により
制御装置（アナログ出力や■を求める変換式を含めて）
と弁１１の整合性が取れなくなり、正常に制御できなく
なっていることが判るので、速やかに装置の運転を中止
しなければならない。

ここで、特性の変化については、実測値データにより変
換式（ａｉ、ｂｉの値）を自動調整することで、相当程
度正常に運転・監視できる。また、変化率ｄＡか大き過
ぎる場合は、弁１１の制御特性の劣化等により制御出力
、即ち印加電圧と開度との局部的な線形性も殆ど失われ
ていることか考えられる。これも、ガスの流れ過ぎやガ
スか流れない危険があるので、運転を止める等の保護動
作を行なう必要かある。これら保護動作は、健全性判定
手段２３から指令するように構成することができる。

以上のように、弁１１の開度をコントロールする出力値
と、弁１１の開度により変化するガス流量の計測値をサ
ンプリングし、ガス流量と出力値の比とその変化率が一
定範囲に納まっているか否かを検証することで、弁１１
の健全性を監視することができる。そして、判定値が予
め定められている安全範囲を逸脱したことを確認した場
合には、保護動作に入り、また速やかに部品交換を行な
うことができ、装置全体をより安全に運転することがで
きるようになる。

［発明の効果コ 本発明によれば、環境条件等により制御出力に対する動
作特性が一定しない制御量を監視している装置に於て、
過度に条件を厳しくすることなく効率的な監視・保護を
行なうことのできる。また、上記監視によって、予定外
のガス注入による装置の損傷を未然に防止することがで
きるプロセス監視装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、′！Ｊ２図
は本発明のフローチャート、第３図は従来装置のブロッ
ク図である。 １１・・・・・・・・・弁 １２・・・・・・・・・ガス流路 １３・・・・・・・・・制御出力手段 １４・・・・・・・・・制御出力値 １５・・・・−・・・・ガス流量入力手段１６・・・・
・・・・・ガス流量データ１７・・・・・・・・・ガス
流量判定手段２・Ｏ・・・・・・・・・変換比算出手段
２１・・・・・・・・・変換比データ ２２・・・・・・・・・比変化率算出手段２３・・・・
・・・・・健全性判定手段２４・・・・・・・・・健全
性判定値

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 計測値入力手段及び計測値データ格納域を備えて、制御
   装置により制御されている物理量を計測するプロセス監
   視装置に於て、制御出力値と計測値を取り込んで出力値
   と実入力値の比を求める交換比算出手段と、求めたデー
   タを時系列に格納する変換比データ領域と、交換比デー
   タの時間変化を求める比変化率算出手段と、これらの求
   めた変換比データと変化率データが制御出力値に対応し
   て夫々について予め求めて置いた許容範囲にあることを
   判定することによって制御系の健全性を監視し、許容範
   囲を逸脱している場合には制御装置に運転の中断を指令
   する等の保護動作を行なうことができる健全性判定手段
   を設けたことを特徴とするプロセス監視装置。