JPH0824723B2 - 防爆装置の自動起動方法及び起動制御装置 - Google Patents

防爆装置の自動起動方法及び起動制御装置

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JPH0824723B2
JPH0824723B2 JP62051859A JP5185987A JPH0824723B2 JP H0824723 B2 JPH0824723 B2 JP H0824723B2 JP 62051859 A JP62051859 A JP 62051859A JP 5185987 A JP5185987 A JP 5185987A JP H0824723 B2 JPH0824723 B2 JP H0824723B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、爆発危険区域における圧力、温度等の状態
値を監視し、その状態値がしきい値を越えたときに防爆
装置を自動的に起動させるための防爆装置の自動起動方
法及び起動制御装置に関する。
〔従来の技術〕
プラント等の爆発危険区域において、圧力、温度等の
状態値を監視することにより、爆発の兆しを予め察知し
て、消火剤の投入装置等の防爆装置を自動的に起動させ
ることが従来から行われている。
かかる防爆装置の起動方法及び起動制御装置におい
て、しきい値は、プラント等の正常運転中に予想される
状態値の最大値に一定の安全余裕を加えて設定される。
この安全余裕を小さく設定すれば爆発の兆しをできるだ
け早く検出できるが、正常運転における許容範囲内の変
動によって防爆装置が起動されてしまう可能性が大きく
なる。
そこで従来は、ある程度十分な大きさの安全余裕を加
えてしきい値を設定していた。例えば、圧力を状態値と
して検出する場合、運転条件によって異なるが、少なく
とも100〜200ミリバールの安全余裕を加えていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、安全余裕を大きく設定すれば、その分
だけ爆発の兆しの検出が遅れるので、例えばプラントの
圧力が加わる領域をより高い圧力負荷に耐え得るように
する必要があり、必然的に設備の大型化、コスト上昇等
を招くことになる。
そこで、本発明は、従来の防爆装置の起動方法及び起
動制御装置を改善し、正常運転における許容範囲内の変
動による誤動作を防止しながらも爆発の兆しをより早く
検出できるようにすることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明による防爆装置の自動起動方法の第１の特徴構
成は、状態値を所定の時間間隔で入力し、その時間間隔
以上の時間間隔毎に１つの状態値をメモリに遂次記憶
し、記憶された複数の連続した状態値の平均値を算出
し、前記平均値に所定の安全余裕を加算してしきい値を
求め、前記状態値を前記しきい値と比較し、前記メモリ
に記憶された最も古い状態値を新たな状態値で書き換え
て、前記しきい値を更新しながら上記一連の処理を繰り
返し、前記状態値が前記しきい値を越えたときに防爆装
置を起動させる起動装置を作動させる点にある。
第２の特徴構成は、状態値を所定の時間間隔で入力
し、その入力された状態値をメモリに記憶し、連続する
２つの状態値の中間値を算出し、その中間値に所定の安
全余裕を加算してしきい値を求める一連の処理を繰り返
し、状態値がしきい値を越えたときに防爆装置を起動さ
せる点にある。
又、本発明による防爆装置の起動制御装置の特徴構成
は、状態値を検出するためのセンサと、検出された状態
値を所定の時間間隔でサンプリングするA/D変換器と、
このA/D変換器から入力される状態値を前記時間間隔以
上の時間間隔毎に１つずつ記憶するための制御ユニット
及びメモリと、記憶された複数の連続した状態値の平均
値を算出する平均値演算器と、平均値に所定の安全余裕
を加算してしきい値を求める加算器と、状態値をしきい
値と比較し状態値がしきい値を越えたときに防爆装置を
起動させるべく起動装置に信号を出力する比較器とを備
えている点にある。
上記各特徴構成に従属する好ましい実施態様について
は作用と共に後述する。
〔作 用〕
本発明による防爆装置の自動起動方法の第１及び第２
の特徴構成によれば、しきい値が一定の値に維持される
のではなく、圧力等の状態値に追従して変化する。つま
り、状態値に応じて所定の時間ごとに更新（動的に設
定）される。そして、第１特徴構成によれば複数の連続
した状態値が記憶されてその平均値が算出され、第２特
徴構成によれば連続する２つの状態値の中間値が算出さ
れ、いずれも所定の安全余裕が平均値又は中間値に加え
られてしきい値が算出される。
従って、しきい値が一定である場合に比べて、実質的
な安全余裕が小さくなり、検出応答速度、即ち、爆発の
兆しを検出するまでの速度を速くしながらも許容範囲内
の変動による誤動作を防止することができる。
状態値の平均値を算出する時間間隔は30ミリ秒から10
秒の範囲内にあればよい。この時間間隔は、しきい値が
状態値の変化に追従する遅れ時間に相当し、特殊なプラ
ントにおいて爆発発生直前に急激な状態値の変化（例え
ば圧力上昇）が予想される場合には30〜100ミリ秒の短
い時間とする必要がある。一方、状態値がゆっくり変化
する通常のプラントにあっては上記時間間隔は十分長く
てよいが、しきい値の動的設定の精度低下防止の観点か
ら10秒程度を上限とするのがよい。
一般に状態値は１ミリ秒程度の間隔で入力されるが、
平均値を算出するための状態値をメモリに記憶する時間
間隔は５〜200ミリ秒の範囲内にあれば十分である。こ
れによりメモリ容量を節約できる。上記各時間間隔はプ
ラントの種類や運転条件等に応じて変更設定できるよう
にすることが好ましい。
第２特徴構成の、中間値に安全余裕を加えてしきい値
を算出する方法の場合は、記憶すべきデータは、連続す
る２つの状態値、或いは前回の状態値のみでよく、実質
的に特別なメモリを必要としない。又、演算に要する時
間も短くなる。
このような中間値の算出には種々の方法がある。例え
ば、前回の中間値と新たな状態値とから求めることもで
きる。即ち、前回の中間値ZW、新たな状態値NW、及び重
み係数ｎとを用いて、次式 ZW（ｎ−１）/n＋NW/n に基づいて新たな中間値を算出できる。ここでｎは２以
上、特に２〜100の範囲内であることが好ましい。前回
の中間値ZWを新たな状態値NWより重視するならｎを大き
く設定し、逆に新たな状態値NWを前回の中間値ZWより重
視するならｎを小さく設定すればよい。
状態値の経時変化に対する一階微分値又は二階微分値
を算出して、これが、所定の値より小さいときにしきい
値を更新するようにすれば外乱やノイズによる悪影響を
防ぐことができる。
又、状態値が前記しきい値を越えたことのみならず、
状態値の経時変化に関する一階微分値又は二階微分値が
所定の値より大きいことをも判別し、両条件が共に満た
されたときにのみ起動装置を作動させるようにすれば、
安全余裕をより小さくして検出応答速度を一層高めなが
らも許容範囲内の変動による誤動作を防止することがで
きる。
本発明による防爆装置の起動制御装置の特徴構成によ
れば、状態値を検出するセンサと、その検出信号を処理
するためのA/D変換器、制御ユニット、メモリ、平均値
演算器、加算器、比較器等によって、上述したような防
爆装置の自動起動方法を効率的に実現することができ
る。
又、制御ユニット、メモリ、平均値演算器、加算器、
及び比較器を、プログラム制御されるマイクロプロセッ
サで構成することにより、装置全体の構成が簡素にな
り、コスト、信頼性等の面で有利である。
さらに、マイクロプロセッサに、状態値の経時変化に
関する二階微分値を算出する手段、その二階微分値を所
定の値と比較する手段等を備えさせ、前述したように状
態値そのものだけでなく、その二階微分値、即ち変化速
度をも起動装置を作動させるための条件として用いるこ
とができる。つまり、二階微分値と所定の値との比較出
力と、状態値としきい値との比較出力との論理積を求
め、これを起動装置を作動させる信号として出力するこ
とにより、二階微分値が所定の値より大きく、且つ、状
態値がしきい値を越えたときに起動装置が作動すること
になる。
二階微分値を算出する手段は、連続する２つの状態値
（P1,P2）の差分（ΔPn＝P1−P2）を求めて記憶し、次
に連続する２つの差分値の差分、即ち二階差分（ΔPn−
Pn-1）を求めるように構成すればよい。各状態値の時間
間隔は一定であるので、上記の二階差分値（ΔPn−
Pn-1）は、近似的に二階微分値に相当する値となる。
上記の二階微分値と比較される所定の値は、ゼロ以上
の値に設定されていればよい。例えばゼロに設定した場
合、二階微分値（即ち変化速度）が負であれば、仮に状
態値がしきい値を越えていても防爆装置を作動させな
い。一般に爆発は、状態値（例えば圧力値）が加速的に
増加したときに発生し得るからである。
状態値を検出するためのセンサが複数個配設され、各
センサに１つのマイクロプロセッサが備えられているこ
とが安全上好ましい。
この場合、各マイクロプロセッサは１つの中央起動装
置に接続され、その中央起動装置において、各マイクロ
プロセッサのためのしきい値及び安全余裕が集中管理さ
れていることがさらに好ましい。これにより、しきい値
及び安全余裕の変更設定等を一括して容易に行うことが
できる。
〔効 果〕
上記のように本発明によれば、プラント等の防爆装置
の起動制御において、正常運転における許容範囲内の変
動に起因して誤って起動させることを防止しながらも、
爆発の兆しをより早く検出できることができる。その結
果、設備の耐圧構造の簡素化、ひいては設備全体の小型
化、コスト低減等に寄与できる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、プラントの爆発危険区域としての
圧力容器１に防爆装置である消火剤供給タンク２が接続
されている。消火剤供給タンク２は起動装置３によって
制御される。起動装置３は、圧力容器１をその供給路及
び排出路に設けられた遮断弁にて遮断し、必要に応じて
他の防爆装置を起動させる場合もある。
圧力容器１に状態値としての圧力を検出する圧力セン
サ４が取り付けられており、その信号がA/D変換器５を
介して比較器６に入力され、圧力しきい値と比較され
る。圧力センサ４にて検出される圧力容器１の圧力が圧
力しきい値を越えると起動装置３が働いて防爆装置２が
起動されることになる。
基本的な特徴として、比較器６に与えられる圧力しき
い値は一定ではなく、以下のように圧力容器１の圧力の
関数として連続的に追従変化する。A/D変換器５の出力
が比較器６のみならず制御ユニット７に接続され、制御
ユニット７は、できるだけ短い時間間隔、実際には約１
ミリ秒間隔で順次送られてくる複数の圧力値から飛び飛
びに信号を選択してメモリ８へ書き込む。運転条件によ
って異なるが、10〜100ミリ秒毎に１つの信号を選択す
れば十分である。メモリ容量は、最低５個の圧力値が記
憶できればよいが、実際にはもっと多くの圧力値が記憶
される。記憶領域がいっぱいの状態では最も古い圧力値
が消去されて最新の圧力値が記憶される。
メモリ８に新しい圧力値が与えられるのと同じサイク
ルで、現在記憶されている複数の圧力値が制御ユニット
７によって平均値演算器９へ送られる。平均値演算器９
によって求められた複数の圧力値の平均値は、加算器10
へ入力されて調節可能な安全余裕が加算される。この平
均値に安全余裕が加算されたものが圧力しきい値として
比較器６に与えられる。尚、加算器10は乗算器でもよ
く、この場合は調節可能な安全係数（１より大）が圧力
値の平均値に乗算されて圧力しきい値となる。
この圧力しきい値がプラントの運転によって経時的に
変化する様子を図２に示す。実線は運転開始から停止に
至る圧力容器１の圧力（以下、システム圧という）の経
時変化を示し、一点鎖線はこれに追従する圧力しきい値
の変化を示す。
尚、比較のために、従来の技術における一定の圧力し
きい値を破線で示している。この値は運転中に予想され
るシステム圧の最大値に少なくとも100ミリバールの安
全余裕S1を加えて設定されるが、運転中にシステム圧が
低下したときの実質上の安全余裕ＳはS1に比べて非常に
大きくなる。つまり、この不必要に大きい安全余裕Ｓを
システム圧の上昇分が越えたときに初めて防爆装置が起
動されることになる。
一方、本発明によれば、図２に一点鎖線で示されてい
るように、圧力しきい値は一定の遅れを伴ってシステム
圧の変化に追従する。この遅れはわずかであり、運転開
始時及び運転停止時にのみ顕在化する。例えば、運転開
始時の実質的な安全余裕S2は定常状態での安全余裕S1に
比べて10〜20パーセント大きくなり、運転停止時の実質
的な安全余裕S3は定常状態での安全余裕S1より小さくな
る。これらの過渡的な安全余裕の多少の増減を考慮して
安全余裕S1を決めたとしても、従来に比べて速い応答速
度がシステム圧の変動にかかわらず維持される。つま
り、上記のような圧力しきい値の動的設定（更新）は、
従来に比べて小さい安全余裕での運転を可能とし、その
基本的な効果として、システム圧の上昇を検出して防爆
装置２が起動するまでの時間が短くなる。
システム圧そのものだけでなく、その経時変化、特に
二階微分値をモニタし、第２の判断基準としてシステム
圧と共に用いれば特に適切となる。このモニタ装置の概
略を図３に示す。圧力センサ４とA/D変換器５に続いて
マイクロプロセッサ11が設けられ、起動装置３に接続さ
れている。マイクロプロセッサ11は１ミリ秒程度の間隔
で入力される連続した圧力信号P1,P2の差分（ΔＰ＝P2
−P1）を演算し、さらに二階差分（ΔPn−Pn-1）を演算
する。圧力信号は一定間隔で入力されるので、この二階
差分（ΔPn−Pn-1）はシステム圧の経時変化についての
二階微分値に比例する値となる。
この二階微分値又はそれに比例する値が予め設定され
た値を越え、且つ、システム圧の絶対値がしきい値を越
えたときに防爆装置２が起動される。二つの条件は共に
マイクロプロセッサ11にて判断される。マイクロプロセ
ッサ11は、図１で示した６〜10の比較器、制御ユニット
等をも包含している。
このような組み合わせモニタの様子を図４に示す。一
点鎖線で示された圧力しきい値は、図２に比べてさらに
小さい安全余裕でシステム圧の変化に追従している。運
転停止による圧力変化時にシステム圧が圧力しきい値を
越えている範囲があるが、この範囲で防爆装置２が起動
されることはない。これは、二回微分値が予め設定され
た値を越えないことから、システム圧が圧力しきい値を
越えていても爆発の危険性は無いと判断しているからで
ある。本実施例では、上記の予め設定された値はゼロで
ある。
この組み合わせモニタによれば、安全余裕が小さいこ
とから、システム圧の上昇を検出して防爆装置２が起動
するまでの時間がさらに短くなる。従って、プラントの
爆発危険区域の圧力容器１等が耐えなければならない圧
力負荷が低減され、設備の小型化に貢献できる。
二回微分値に代えて、一階微分値をモニタして圧力し
きい値の動的設定と組み合わせてもよい。但し、一般に
は二階微分値を用いたほうがより速い応答速度が得られ
る。
又、システム圧のモニタの代わりに、温度や光の強さ
のモニタによって防爆装置の起動を制御する場合にも本
発明を適用することができる。温度は、設備の所定箇所
に設定した温度センサによって検出され、光の強さは、
赤外線、紫外線等を含むビーム光の受光センサによって
検出される。これらはいずれも公知の技術である。尚、
圧力、温度、光の強さのうちの２つ以上の組み合わせモ
ニタによって防爆装置の起動を制御する場合にも本発明
を適用することができる。
図１及び図３では簡単のために１つの圧力センサしか
示していないが、実際には複数のセンサが適切な箇所に
配設される。この場合、各センサに１つのマイクロプロ
セッサ11が接続され、これらのマイクロプロセッサ11が
共通の起動装置３に接続される構成が推奨される。起動
装置３が、各センサ及びマイクロプロセッサの圧力しき
い値、温度しきい値、安全余裕等を設定するための制御
ユニットと組み合わされれば一層好ましい。
【図面の簡単な説明】
図１〜４は本発明の実施例に係る防爆装置の起動制御装
置を示し、図１は全体ブロック図、図２は圧力しきい値
の経時変化を示すグラフ、図３は別構成の全体ブロック
図、図４は図３の起動制御装置による圧力しきい値の経
時変化を示すグラフである。 ２……防爆装置、３……起動装置、４……センサ、５…
…A/D変換器、６……比較器、７……制御ユニット、、
８……メモリ、９……平均値演算器、10……加算器、11
……マイクロプロセッサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラインホルト コッホ ドイツ連邦共和国 6123 バート ケーニ ッヒ ゾンマーベルクリンク 20

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】爆発危険区域における圧力、温度等の状態
    値を監視し、その状態値がしきい値を越えたときに防爆
    装置を自動的に起動させるための防爆装置の自動起動方
    法であって、 前記状態値を所定の時間間隔で入力し、その時間間隔以
    上の時間間隔毎に１つの状態値をメモリに逐次記憶し、
    記憶された複数の連続した状態値の平均値を算出し、前
    記平均値に所定の安全余裕を加算してしきい値を求め、
    前記状態値を前記しきい値と比較し、 前記メモリに記憶された最も古い状態値を新たな状態値
    で書き換えて、前記しきい値を更新しながら上記一連の
    処理を繰り返し、 前記状態値が前記しきい値を越えたときに防爆装置を起
    動させる起動装置を作動させる防爆装置の自動起動方
    法。
  2. 【請求項２】前記状態値の平均値を算出する時間間隔が
    30ミリ秒から10秒の範囲内にある特許請求の範囲第１項
    記載の防爆装置の自動起動方法。
  3. 【請求項３】前記状態値を約１ミリ秒間隔で入力し、前
    記状態値をメモリに記憶する時間間隔が５ミリ秒から20
    0ミリ秒の範囲内にある特許請求の範囲第１項又は第２
    項記載の防爆装置の自動起動方法。
  4. 【請求項４】前記状態値の経時変化に対する一階微分値
    又は二階微分値が、所定の値より小さいときに前記しき
    い値を更新する特許請求の範囲第１項から第３項のいず
    れか１項記載の防爆装置の自動起動方法。
  5. 【請求項５】前記状態値の経時変化に関する一階微分値
    又は二階微分値が所定の値より大きく、且つ、前記状態
    値が前記しきい値を越えたときに前記起動装置を作動さ
    せる特許請求の範囲第１項から第４項のいずれか１項記
    載の防爆装置の自動起動方法。
  6. 【請求項６】爆発危険区域における圧力、温度等の状態
    値を監視し、その状態値がしきい値を越えたときに防爆
    装置を自動的に起動させるための防爆装置の自動起動方
    法であって、 前記状態値を所定の時間間隔で入力し、その入力された
    状態値をメモリに記憶し、連続する２つの状態値の中間
    値を算出し、前記中間値に所定の安全余裕を加算してし
    きい値を求める一連の処理を繰り返し、 前記状態値が前記しきい値を越えたときに防爆装置を起
    動させる起動装置を作動させる防爆装置の自動起動方
    法。
  7. 【請求項７】前記中間値を、前回の中間値ZW、新たな状
    態値NW、及び２以上の重み係数ｎとを用いて、次式 ZW（ｎ−１）/n＋NW/n に基づいて算出する特許請求の範囲第６項記載の防爆装
    置の自動起動方法。
  8. 【請求項８】爆発危険区域における圧力、温度等の状態
    値を監視し、その状態値がしきい値を越えたときに防爆
    装置を自動的に起動させるための防爆装置の起動制御装
    置であって、 前記状態値を検出するためのセンサ（４）と、検出され
    た状態値を所定の時間間隔でサンプリングするA/D変換
    器（５）と、このA/D変換器（５）から入力される状態
    値のうちから前記時間間隔以上の時間間隔毎に１つの状
    態値を記憶するための制御ユニット（７）及びメモリ
    （８）と、記憶された複数の連続した状態値の平均値を
    算出する平均値演算器（９）と、前記平均値に所定の安
    全余裕を加算してしきい値を求める加算器（10）と、前
    記状態値を前記しきい値と比較し前記状態値が前記しき
    い値を越えたときに防爆装置（２）を起動させるべく起
    動装置（３）に信号を出力する比較器（６）とを備えて
    いる防爆装置の起動制御装置。
  9. 【請求項９】前記制御ユニット（７）、メモリ（８）、
    平均値演算器（９）、加算器（10）、及び比較器（６）
    がプログラム制御されるマイクロプロセッサ（11）で構
    成されている特許請求の範囲第８項記載の防爆装置の起
    動制御装置。
  10. 【請求項１０】前記マイクロプロセッサ（11）は、前記
    状態値の経時変化に関する二階微分値を算出する手段
    と、その二階微分値を所定の値と比較する手段と、その
    比較出力と前記比較器（８）の出力との論理積を演算す
    る手段とを備え、前記二階微分値が所定の値より大き
    く、且つ、前記状態値が前記しきい値を越えたときに前
    記起動装置（３）を作動させるように構成されている特
    許請求の範囲第９項記載の防爆装置の起動制御装置。
  11. 【請求項１１】前記二階微分値を算出する手段は、連続
    する２つの状態値（P1,P2）の差分（ΔPn＝P1−P2）を
    求めて記憶し、次に連続する２つの差分値の差分（ΔPn
    −Pn-1）を求めて前記二階微分値とするものである特許
    請求の範囲第10項記載の防爆装置の起動制御装置。
  12. 【請求項１２】前記二階微分値と比較される所定の値
    が、ゼロ以上の値に設定されている特許請求の範囲第10
    項又は第11項記載の防爆装置の起動制御装置。
  13. 【請求項１３】前記センサ（４）が複数個配設され、各
    センサ（４）に１つの前記マイクロプロセッサ（11）が
    備えられている特許請求の範囲第９項から第12項のうち
    のいずれか１項記載の防爆装置の起動制御装置。
  14. 【請求項１４】前記各マイクロプロセッサ（11）は中央
    起動装置（３）に接続され、その中央起動装置（３）に
    おいて、各マイクロプロセッサ（11）のための前記しき
    い値及び前記安全余裕が集中管理されている特許請求の
    範囲第13項記載の防爆装置の起動制御装置。
JP62051859A 1986-03-05 1987-03-05 防爆装置の自動起動方法及び起動制御装置 Expired - Fee Related JPH0824723B2 (ja)

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