JPH0543121B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の利用分野］ 本発明はプラント制御装置に係り、特に原子力
発電プラントの給水制御系の様な高い信頼性を要
求される制御系に適用するのに好適な小型で経済
性の優れたプラント制御装置に関する。 ［発明の背景］ 従来のプラント制御装置として、例えば特開昭
59−212902号公報記載のものがある。この従来技
術では、取得したプロセス情報を演算処理して制
御信号を求める情報処理装置と、プロセス情報を
取り込むプロセス入力装置と、制御信号を制御対
象に出力するプロセス入力装置とを１組とするサ
ブシステムを３組設けることで、３重化システム
を構成している。 この従来技術は、多重化システムの共通部分の
多重化を図ることで、高信頼性を達成している
が、逆に、配線接続が複雑でしかもハードウエア
量が大きいため装置が大型化し、スペース的に不
利になると共にコストも高くなるという問題があ
る。 更に、この従来技術では上記したサブシステム
が構成単位となるため、例えば３重系システムの
場合、あるサブシステムのプロセス入力装置ある
いはプロセス出力装置が故障しただけでそのサブ
システム全体が使用不能となつてしまう。つま
り、３重系が２重系になつてしまい、３重系の高
信頼性を活用できなくなつてしまう。プロセス入
力装置やプロセス出力装置は、制御対象であるプ
ラント側との接続点数が多く、故障する率が高
い。このため、これに対する対策を講じないと、
多重系の持つ高信頼性で常時プラント制御をする
ことができなくなつてしまうという問題がある。 ［発明の目的］ 本発明の目的は、制御を総括する情報処理装置
が故障しない限り情報処理装置の多重系を維持
し、常にプラント制御を高信頼に行うことがで
き、しかも小型で安価なプラント制御装置を提供
することにある。 ［発明の概要］ 上記目的は、各々に複数のプロセス情報が入力
される分散配置された複数個のプロセス入力装置
と、複数個の前記プロセス入力装置から取り込ん
だプロセス情報を演算処理して制御信号を求め出
力する複数個の情報処理装置と、複数個の前記情
報処理装置から出力される制御信号を取り込み所
定論理に基づき処理してプラントの制御信号とし
て出力する分散配置された複数個のプロセス出力
装置と、各情報処理装置毎に各情報処理装置を複
数個の前記プロセス入力装置及び複数個の前記プ
ロセス出力装置に接続する複数個のデータ伝送路
とを設けることで、達成される。 本発明では、情報処理装置とは別に、複数のプ
ロセス入力装置、複数のプロセス出力装置を分散
配置しておき、分散配置された複数のプロセス入
力装置、プロセス出力装置を、複数設けた情報処
理装置の個々に夫々独立のデータ伝送路で接続す
る構成としているので、情報処理装置が故障しな
い限り、情報処理装置数の多重系が維持される。 ［実施例］ 以下、添付の図面に示す実施例により、更に詳
細に本発明について説明する。 第１図は、本発明の一実施例を示すブロツク図
である。図示する様に、中央演算処理部１００
は、３台のCPU１，２，３から構成され、三重
化構成となつている。これに対して、プロセス入
出力部２００は、４台のプロセス入力装置１１，
１２，１３，１４と４台のプロセス出力装置１
５，１６，１７，１８から構成され、分散設置さ
れている。即ち、中央演算処理部は多重化（冗長
化）され、プロセス入出力部２００は分散化され
た多重分散型のシステム構成になつている。 中央演算処理部１００のCPU１，２，３は、
図示する様に、データ伝送路４，５，６でループ
状に接続されている。また、各CPU１，２，３
と、プロセス入出力部２００の各プロセス入力装
置１１，１２，１３，１４及びプロセス出力装置
１５，１６，１７，１８とは、図示する様に、デ
ータ伝送路７，８，９によつて接続されている。 制御対象であるプラント（図示せず）から出力
される各種のプロセス情報（例えば、温度、圧
力、流量、オン・オフ信号等）は、プロセス入力
装置１１，１２，１３，１４によつて取り込まれ
る。ここで、プラント情報が制御に重要な数値で
ある場合、複数の検出器で検出された同一種類の
異なるプラント情報が、各プロセス入力装置に取
り込まれる。例えば、プラント情報として、圧力
を入力する場合、プラントに設置された複数の圧
力検出器（同一部分の圧力検出を行う）から出力
される複数の圧力情報が各プロセス入力装置１
１，１２，１３，１４に取り込まれ、冗長化が図
られている。 プロセス入力装置１１，１２，１３，１４と取
り込まれた各種のプラント情報は、データ伝送路
７，８，９を介して、中央演算処理部１００内の
CPU１，２，３に取り込まれる。中央演算処理
部１００では、予め定められているロジツク、ア
ルゴリズムなどに従つて、入力されたプロセス情
報を演算処理し、複数の制御信号を算出する。こ
れらの制御信号は、データ伝送路７，８，９を介
し、プロセス出力装置１５，１６，１７，１８に
送り込まれる。各プロセス出力装置１５，１６，
１７，１８には、３重化された中央演算処理部１
００からの複数の制御信号が入力され、各プロセ
ス出力装置１５，１６，１７，１８はこれらの複
数の制御信号から「２ アウト オブ ３ ロジ
ツク」や「中間値選択ロジツク」等の予め定めら
れたロジツク、アルゴリズムに従い、最も正しい
と推定される制御信号を算出または選択して出力
する。 本構成によれば、万一中央演算処理部１００内
の３台のCPU１，２，３のうちの１台に故障が
発生したとしても、残りの２台が正常動作さえし
ていれば、制御信号が異常となることはない。ま
た、さらにもう１台のCPUに異常が発生しても、
プロセス出力装置の信号算出ロジツクとして、残
りの１台のCPUからの制御信号を出力信号とす
るアルゴリズムとしておくことにより、やはり、
出力信号が異常となることはない。即ち、中央演
算処理部１００の３台のCPU１，２，３のうち
２台がダウンしても、制御続行可能である。 また、前記した様に、制御に係わる重要なプラ
ント情報は多重化（冗長化）され、かつ各プロセ
ス入力装置１１，１２，１３，１４に別々に分散
して入力される。従つて、４台のプロセス入力装
置１１，１２，１３，１４のうちの１台に異常が
発生したとしても、制御続行不能となることはな
い。無論、重要なプロセス情報について、三重化
以上の冗長度を持たせれば、信号発信元のトラブ
ルも含め、ダブルフエイラが発生したとしても、
各中央演算処理部１００には、少なくとも１つの
正常なプロセス情報が送り込まれるため、制御続
行可能である。なお、後述する様に、上記で言う
プロセス情報の冗長化の方法としては、必ずしも
同一のプロセス情報を冗長化するだけに限定する
ものではなく、類似の情報を利用し、中央演算処
理部１００内で推定算出することができるものを
利用してもよい。なお、入力されるプロセス情報
に３重化以上の冗長度があれば、４台のプロセス
入力装置１１，１２，１３，１４のうち２台が故
障しても、残りの正常なプロセス入力回路を介し
て、プロセス情報の取り込みが可能である。従つ
て、プロセス入力装置１１，１２，１３，１４の
うち２台がダウンしても制御続行可能である。 また、中央演算処理部１００内の各CPU１，
２，３を接続するデータ伝送路４，５，６に異常
が発生し、相互に通信不能となつても、相互診断
機能などが実施できなくなるのみで、制御装置と
しての制御機能には影響は与えない。ちなみに、
CPU１とCPR３を結ぶデータ伝送路６にトラブ
ルが発生した場合には、CPU２を経由してお互
いのデータのやりとりを行えるようにしておくこ
とにより、相互診断機能を確保することが可能に
なる。 また、中央演算処理部１００とプロセス入出力
部２００間のデータ伝送路７，８，９は、完全に
独立しているため、少なくとも１つのデータ伝送
路が正常であれば、シングル系として動作できる
ため、制御上は問題ない。 また、プロセス出力装置１５，１６，１７，１
８は、制御対象への制御信号を出力する回路でも
ある。従つて、そのうちの１台にトラブルが発生
すると、その制御対象への制御信号の正常性は保
証されなくなり、全体としての制御機能を阻害す
る可能性が多分に発生する。従つて、必要に応じ
（プラント運転上重要と考えられる制御信号に
は）、隣接する他のプロセス出力装置にも、同一
の制御信号を出力できるような構成とし、この２
つの制御信号を外部に設けた切替回路３１，３
２，３３，３４で切り替えられるよう考慮してあ
る。これにより、プロセス出力装置１５，１６，
１７，１８のうちの１台が故障しても、制御上は
問題が発生しない。また、制御対象システム自身
が持つシステム冗長性を有効利用することによ
り、さらに、耐故障性を強化することが可能とな
る。 次に、BWR原子力発電所給水制御系に本発明
に係るプラント制御装置を適用した場合の具体例
について説明する。第２図は、BWR原子力発電
所の給水制御系の概要を示す図である。この給水
制御系は、原子炉水位を予め設定された値に維持
するために設けられたもので、BWR原子力発電
所のプラント制御系の中でも特に重要な制御型で
ある。 第２図において、１０１は原子炉１２０の水位
を検出するための原子炉水位検出器、１０２は原
子炉１２０と復水器１２１を結ぶ主蒸気配管１２
２を流れる蒸気量を検出する主蒸気流量検出器、
１０３は原子炉１２０への給水配管を流れる給水
流量を検出する給水流量検出器である。ここで、
図示していないが、原子炉水位検出器１０１は３
個設けられている。また、主蒸気配管１２２は４
本あり、それぞれに１つの主蒸気流量検出器１０
２が設けられている。また、給水配管は２本設け
られ、それぞれに２つの給水流量検出器１０３が
設けられている。従つて、３つの原子炉水位信号
と４つの主蒸気流量信号と４つの給水流量信号
が、給水制御系１０４に入力される。 給水制御系１０４は、第１図に示す構成を有し
ているが、第２図においては、その制御動作の概
略を示すブロツクとしている。即ち、給水制御系
１０４は、上記した原子炉水位信号、主蒸気流量
信号、給水流量信号を取り込み、炉水位設定値と
の偏差に基づき、比例積分制御１０５を行う。比
例積分制御１０５の出力は、下位のコントロー
ラ、または、手動／自動切換器１０６〜１０９を
介して、制御対象であるタービン駆動給水ポンプ
１１０，１１１及び給水調整弁１１２，１１３に
加えられ、各々タービン回転数、給水調整弁開度
が制御される。 さて、一般のBWR原子力発電所のプラントで
は、タービン駆動給水ポンプ１１０，１１１は55
％、モータ駆動給水ポンプ１１４，１１５は27.5
％の容量を持つている。プラント起動・停止時に
は、モータ駆動給水ポンプ１１４，１１５を起動
し用いるが、通常の運転状態では、２台のタービ
ン駆動給水ポンプ１１０，１１１が運転され、２
台のモータ駆動給水ポンプ１１４，１１５は、待
機状態にある。万一、タービン駆動給水ポンプ１
１０，１１１がトリツプすると、モータ駆動給水
ポンプ１１４，１１５はほとんど瞬時に自動起動
し、給水流量の減少を防ぐ。このように、タービ
ン駆動給水ポンプ１台に対し、モータ駆動給水ポ
ンプ２台がバツクアツプとして設けられているシ
ステムに対しては、多重分散型制御装置の出力信
号構成を以下に述べるように組み合わせることに
より、飛躍的な耐故障性の向上が実現できる。 第１表は、第１図に示すプロセス入力装置１
１，１２，１３，１４に入力されるプロセス入力
信号の種類を示すものである。各プロセス入力装
置１１，１２，１３，１４にそれぞれ入力される
原子炉水位信号、主蒸気流量信号、給水流量信号
は、前記した様に、それぞれ異なる原子炉水位検
出器、異なる主蒸気流量信号検出器、異なる給水
流量検出器から出力されるもので、多重化されて
おり、高い冗長性が付与されている。

【表】 第２表は、第１図に示すプロセス出力装置１
５，１６，１７，１８から出力される制御信号の
種類を示すものである。第２表において、通常は
第１図に示す切換回路３１，３２，３３，３４に
より、正の制御信号が出力され、障害が生た場合
には、必要に応じて副の制御信号が出力される。
尚、第２表中、TDはタービン駆動給水ポンプを
意味し、MDはモータ駆動給水ポンプを意味す
る。

【表】 第１表及び第２表に示す様に、プロセス情報及
び制御信号を割り当てることにより、４台のプロ
セス入力装置１１，１２，１３，１４の内の２台
が故障し、また４台のプロセス出力装置１５，１
６，１７，１８の内の２台が故障しても、制御続
行可能である。例えば、プロセス入力装置１１，
１２とプロセス出力装置１５，１６が故障した場
合について説明する。この時、原子炉水位信号と
しては、プロセス入力装置１３に入力されている
信号を単独で用い、総主蒸気流量、総給水流量は
プロセス入力装置１３，１４に入力されている主
蒸気流量信号及び給水流量信号より算出する。ま
た、制御信号としては、タービン駆動給水ポンプ
（１１０用）の制御信号が喪失してしまつている
で、同ポンプをトリツプさせ、タービン駆動給水
ポンプ１１１及びモータ駆動給水ポンプ１１４，
１１５の３台のポンプを、給水制御系１０４の制
御下におくことにより、原子炉１２０の水位は安
定に制御される。 なお、上記の場合と同様に、プロセス入力装置
１１，１３及びプロセス出力装置１５，１７が故
障した場合には、プロセス入力装置１２，１４及
びプロセス出力装置１６，１８によつて必要なプ
ロセス情報は確保され、かつ制御信号は一切喪失
しないことから、タービン駆動給水ポンプ１台を
トリツプする要はない。 その他のケースについても、上記２ケースと同
様であり、プロセス入力装置１１〜１４及びプロ
セス出力装置１５〜１８のうち各２台が故障して
も制御続行可能である。 以上の説明から明かな様に、本実施例によれ
ば、下記の異常発生に対しても、制御機能の継続
維持が可能であり、極めて高信頼な耐故障性の高
いシステムが構築できる。 (イ) 中央演算処理部１００ ３台中２台のCPUの異常に対しても運転継
続可能。 (ロ) 中央演算処理部１００内のデータ伝送路３台
中２台のデータ伝送路の異常に対しても運転継
続可能。 (ハ) プロセス入出力装置 ４台中２台のプロセス入力装置、プロセス出
力装置の異常に対して運転継続可能。 (ニ) プロセス入出力装置と中央演算処理部間のデ
ータ伝送路 ３台中２台のデータ伝送路の異常に対しても
運転可能。 さらに、上記(イ)〜(ニ)のトラブルが複合的に発生
したとしても、ほとんどの場合制御続行可能であ
る。尚、最悪の場合、中央演算処理部１００内の
CPU1台及びこれとプロセス入出力装置間を結ぶ
データ伝送路１台、プロセス入力装置２台、プロ
セス出力装置２台が正常でありさえすれば、制御
機能は確保される。 なお、上記実施例では、中央演算処理部１００
内に３台のCPUを設け（３重化）、プロセス入力
装置４台、プロセス出力装置４台として説明した
が、これらの各装置は任意の値で良いことはもち
ろんである。 上述した実施例によれば、極めて耐故障性の高
いシステムが、小型にしかも安価に構築できる。 具体的には、対象とする制御システムによつて
も若干異なるが、プロセス入力回路の入力点数
が、公知例に述べた方式に比して、1/3〜1/2に減
少し、出力点数も、全点にバツクアツプを持たせ
たとしても2/3に減少し、特に重要な制御信号の
みバツクアツプを持たせる方式とすれば、1/3〜
１／２に減少する。また、制御信号の切替回路も、
３点から１点を選択するのではなく、２点のどち
らかを選択する方式となるため、1/2以下に減少
する。 従つて、全体としては、システム規模にもよる
が、BWR原子力発電所給水制御系レベルの場合
には、約50％小型化が可能となる。 ［発明の効果］ 本発明によれば、小型でかつ安価、しかも耐故
障性の極めて高いプラント制御装置を構築するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第２図は本発明をBWR原子力発電所の給水制御
系に適用した具体例を示すブロツク図である。 １，２，３…CPU、４，５，６，７，８，９
…データ伝送路、１１，１２，１３，１４…プロ
セス入力装置、１５，１６，１７，１８…プロセ
ス出力装置、３１，３２，３３，３４…切替回
路、１００…中央演算処理部、１０１…原子炉水
位検出器、１０２…主蒸気流量検出器、１０３…
給水流量検出器、１０４…給水制御系、１０５…
比例積分制御、１０６〜１０９…手動／自動切換
器、１１０，１１１…タービン駆動給水ポンプ、
１１２，１１３…給水調整弁、１１４，１１５…
モータ駆動給水ポンプ、１２０…原子炉、１２１
…復水器、２００…プロセス入出力部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各々に複数のプロセス情報が入力される分散
   配置された複数個のプロセス入力装置と、複数個
   の前記プロセス入力装置から取り込んだプロセス
   情報を演算処理して制御信号を求め出力する複数
   個の情報処理装置と、複数個の前記情報処理装置
   から出力される制御信号を取り込み所定論理に基
   づき処理してプラントの制御信号として出力する
   分散配置された複数個のプロセス出力装置と、各
   情報処理装置毎に各情報処理装置を複数個の前記
   プロセス入力装置及び複数個の前記プロセス出力
   装置に接続する複数個のデータ伝送路とを設けた
   ことを特徴とするプラント制御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、複数のプロ
   セス入力装置は、同一種類のプロセス情報を検出
   する複数の検出器の出力が別々に入力される構成
   となつていることを特徴とするプラント制御装
   置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、各プロセス出力装置は自装置に対応する制御
   対象に個別の制御信号を出力する構成となつてい
   ることを特徴とするプラント制御装置。 ４ 特許請求の範囲第３項において、プラント運
   転上重要な制御対象に与える制御信号は該制御信
   号と同一の制御信号を他のプロセス出力装置から
   も出力できる構成とし、プラント運転上重要な制
   御対象に制御信号を出力するプロセス出力装置が
   故障したときには前記他のプロセス出力装置から
   出力される制御信号を前記制御対象に与える切替
   回路を設けたことを特徴とするプラント制御装
   置。 ５ 特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか
   において、複数個の情報処理装置は相互に通信を
   行う伝送路で接続されていることを特徴とするプ
   ラント制御装置。