JPH10222203A - ディジタル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電プラント等の制御弁を制御するディジタ
ル制御装置に関し、サーボカードを二重化し、運転中で
もカードを交換することを可能とし、信頼性を向上す
る。 【解決手段】 サーボカード３１ａ，３１ｂは制御弁５
に二重化して接続され、ＣＰＵ５０からの開度指令Ｓ１
ａ，Ｓ１ｂをコンピュータバス１４を介して入力し、内
部でＤ／Ａ変換し、比例演算器１ａ，１ｂで比例演算さ
れ、スイッチ回路４ａ，４ｂが閉じるとその指令信号を
制御弁５へ出力する。外部ロジック回路５１は、信号発
生器７ａ，７ｂのいずれかを駆動し、その信号によりス
イッチ回路４ａ，４ｂのいずれかを閉じて制御弁５を駆
動する。作動中のサーボカードが故障すると、外部ロジ
ック５１が、他のサーボカードの信号発生器をＯＮとし
て、故障した方をＯＦＦとするように駆動し、故障中の
ものから正常なカードを駆動させる。３２，３３はコネ
クタであり、故障の場合他のカードと交換できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電プラント等の
プラントの弁の制御に用いられるディジタル制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】発電プラントの蒸気タービン、あるい
は、ガスタービン用制御装置においては、その信頼性を
高めるために、その構成部品を二重化することが一般的
である。従来より、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、信号
入出力カード、電源装置等を二重化することは行われて
きたが、蒸気制御弁、あるいは燃料制御弁を直接駆動す
るサーボカードを二重化することは、その処理を極めて
高速で行わねば二重化カード間の切り替え時に制御弁が
動いてしまい、タービンが危険な状態に陥る恐れがある
ため、あまり行われていなかった。

【０００３】即ち、従来のアナログ回路技術でサーボカ
ードを二重化しようとすると、サーボカードの異常を検
出する方法として、制御弁への開度指令値と実開度の偏
差を監視し、偏差が大きくなったことにより異常として
出力を切り替える方法が考えられるが、この方法では、
制御弁の動作が異常を示してから切替えとなり、場合に
よってはこの制御弁の動きにより機械のほうが危険な状
態になる恐れがあった。

【０００４】大容量の蒸気タービンでは、必要な制御性
を得るために蒸気制御弁自身の構造が複数な制御弁の集
合となっているため、この個々の制御弁に対しサーボカ
ードを設ければ、それにより自動的に危険分散が可能と
なる。即ち、仮に一つのサーボカードが故障し、それに
接続された蒸気制御弁の動作が不良となっても、他のサ
ーボカードあるいは蒸気制御弁がこれを補うように動作
することが可能である。但し、この場合最大出力が取れ
なくなる等の問題は残る。

【０００５】また、単一の燃料制御弁を使用するガスタ
ービンの場合は、燃料制御弁の構成部品であるサーボ弁
の中のコイルを三重化し、この個々のコイルに対し各々
サーボカードを設けることにより、一つのサーボカード
の故障に対しては他の二つのサーボカードがそれを補う
ように動作し、結果として力のバランスにて制御弁の動
作を問題を生ぜぬ範囲に抑えようとする方法がある。こ
の場合も、一つのサーボカードの故障時には、燃料制御
弁の動作が緩慢となる等の問題がある。

【０００６】以上のように、従来はサーボカードを用い
る制御弁においては、本質的なサーボカードの二重化で
はない方法で対応してきたのが実情である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のタービンにおけ
る制御弁のサーボカードを用いた制御方法によれば、サ
ーボカードが故障すると、タービンの運転に何等かの影
響が及ぶことは避けられない。即ち、蒸気タービンの制
御弁が多弁より構成されていない場合には、状況によっ
ては、蒸気タービンの緊急停止を余儀なくされる。ま
た、タービンの運転が継続できたとしても、運転中に、
故障したカードを交換することは不可能である。したが
って、いずれは運転を停止せざるを得ない。

【０００８】制御弁が多弁であり、個々にサーボカード
を用いて制御する蒸気タービンの場合には、運転に与え
る影響は少ないものの、故障カードの交換にはタービン
を停止する以外の道は無い。

【０００９】サーボコイルレベルから三重化した場合
も、やはり、サーボカードの故障が生じた場合には、上
記問題に加えて、故障の瞬間の制御弁の開度変動は避け
られず、故障カードの交換に関しても、上記蒸気タービ
ンの場合と同様に不可能である。

【００１０】近年、高信頼性の要求は、比較的小型の蒸
気タービン、あるいは、ガスタービンにも及び、このサ
ーボカードを用いた制御システムの信頼性を高めること
が要求されている。本発明はこのような要求に対してサ
ーボカード回路のディジタル化によって高速のスイッチ
回路と選択信号の組み合わせにより異常の早期発見並び
に切替えを可能とし、サーボカードを二重化したディジ
タル制御装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、ＣＰ
Ｕに接続し、制御弁を制御するサーボカード内に、制御
弁への出力を行うか、あるいはその出力を断つことので
きる高速のスイッチ回路を設け、このスイッチ回路の選
択信号を外部のロジック回路により行うようにし、かつ
サーボカード自身を二重化を可能とするものであり、次
の（１），（２），（３）の手段を提供する。

【００１２】（１）蒸気タービンやガスタービンの制御
弁を制御する開度指令信号を出力するＣＰＵと；同ＣＰ
Ｕの開度指令信号を受け、Ｄ／Ａ変換後、前記制御弁を
駆動する信号を演算し、同駆動信号をスイッチ回路を介
して前記制御弁に出力するサーボカードと；同サーボカ
ードが正常作動時に前記駆動信号を前記制御弁に出力さ
せる外部ロジック回路とを具備してなることを特徴とす
るディジタル制御装置。

【００１３】（２）上記（１）において、前記サーボカ
ードは前記制御弁に対して２個並列で着脱可能に接続さ
れると共に、前記外部ロジック回路は同２個のサーボカ
ードのうちのいずれか一方のスイッチ回路を閉じ、これ
を作動させ、他方を非作動として同非作動中のサーボカ
ードを運転中においても交換を可能とすることを特徴と
するディジタル制御装置。

【００１４】（３）上記（１）又は（２）において、前
記サーボカードには前記駆動信号で作動した前記制御弁
の実際の開度信号を取込み、Ａ／Ｄ変換後ＣＰＵへ出力
することを特徴とするディジタル制御回路。

【００１５】本発明は上記（１）のように、ＣＰＵと、
その開度指令より制御弁の駆動信号を出力するサーボカ
ードと、外部ロジック回路とからなるディジタル制御装
置を基本構成として、サーボカードは高速のスイッチ回
路を有し、自らの出力が正常で、有効な場合にはスイッ
チ回路が作動して接点を閉じ、駆動信号を制御弁に出力
し、制御する。このスイッチ回路は外部ロジック回路か
らの選択信号により回路を閉じる。この外部ロジック回
路はサーボカードの健全性を確認し、それが正常であっ
て、かつ、タービンの運転において制御すべき弁に該当
していることを判断し、その場合にスイッチ回路を閉じ
るような選択信号を出力する。サーボカードはＣＰＵか
ら開度指令信号を受け、これをＤ／Ａ変換し、制御弁を
駆動するためのアナログ信号を演算し、この信号をスイ
ッチ回路を介して制御弁へ出力する。

【００１６】（２）においては、このようなサーボカー
ドを二重化し、制御弁にコネクタ等で着脱可能に接続さ
れているので、外部ロジック回路は２個のサーボカード
のうち一方のスイッチ回路に選択信号を送り、これを作
動させ、他方を非作動とする。選択した方のサーボカー
ドが故障すると、外部ロジック回路はもう一方のサーボ
カードが正常か否か確認し、正常であればこの一方のサ
ーボカードのスイッチ回路に選択信号を送り、これを作
動させて制御弁を制御し、故障したサーボカードのスイ
ッチ回路を非作動とする。

【００１７】このように２個のサーボカードのうち、１
個を作動させ、これが故障すると直ちに他の正常なサー
ボカードに切換えることができるので、タービン運転中
においても故障したカードがコネクタ、等で取外し可能
であり、新しいものと取替えができる。

【００１８】（３）においては、サーボカードは制御弁
の作動中にその開度信号を、例えば、制御弁に発信器等
を連結しておき、その弁開度に比例した開度信号を取込
み、これをＤ／Ａ変換してＣＰＵへ出力するので、ＣＰ
Ｕにおいては、自己の指令した開度指令信号とこの開度
信号とを比較し、異常があるか否かの監視が可能とな
り、サーボカードの故障あるいは制御弁が異常作動した
場合には、これを表示したり、あるいは外部ロジック回
路に異常信号を送る、等の監視ができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の一形態に係るディジタル制御装置の詳細なブロック
図、図２はサーボカードを二重化した場合のディジタル
制御装置の全体ブロック図である。

【００２０】図１において、１はサーボカードの中心を
なす比例演算器である。２は電流信号等に変換する回路
である。３は電流信号を電圧信号に変える抵抗である。
４は電流信号の入切を行うスイッチ回路であり、高速動
作が可能な電磁リレーあるいはアナログスイッチを用い
る。５はサーボカード３１から出力される電流信号によ
り開度が制御される制御弁である。６は軸又はリンク６
ａにより制御弁５に連動し、その開度に比例した電流信
号を発生する制御弁発信器である。

【００２１】７は自らの出力を有効とするか否かの信号
発生器であり、その信号は例えば自らが正常であり、何
等かのスイッチ入力により自分が選択されている時、あ
るいは、もう一つのサーボカードが異常となった時にＯ
Ｎ、即ち、自らの出力を有効とするようになった時にＯ
Ｎとなる。

【００２２】上記の信号発生器７は外部の電磁リレー等
からなるロジック回路５１からの図中Ｓ４で示す信号で
駆動される。この外部のロジック回路５１の最も簡単な
例として、後述する図２に示すように仮に二枚のサーボ
カードをそれぞれ使用している場合にはいずれを使用す
るかを選ぶ外部スイッチがこれに相当する。この場合に
２枚のサーボカードが共に正常である時には外部スイッ
チの選択指令により選ばれたほうのサーボカードの出力
を有効とするようにこのロジック回路が選択された方の
信号発生器７を駆動し、ＯＮの信号を発生する。もし、
外部スイッチが選択したサーボカードが故障した場合に
は、もう一方のサーボカードの健全性を確認し、それが
正常であれば故障した方をＯＦＦとし、そのもう一方の
サーボカードの信号発生器７の信号をＯＮとし、逆の場
合も同様に作動する。又、二枚共異常の場合には両方を
トリップするために両方の信号発生器７の信号をＯＦＦ
とする。

【００２３】この場合、外部のロジック回路５１は両方
のサーボカードのサーボ出力のモニタ信号を入力し、こ
れを監視することにより、上記のような両サーボカード
の健全性や異常を確認するような演算を行い、該当する
サーボカードの信号発生器を駆動するように構成する。
又、このような演算は外部のロジック回路５１によらず
に、コンピュータで演算しても良いものである。

【００２４】８はスイッチ回路であり、信号発生器７の
信号がＯＮである時、閉じて、９の抵抗により発振器６
の電流信号を電圧信号に変え、１０の増幅器におくる役
割を果たす。１１は比例／バイアス演算器であり、制御
弁５の開度信号である発信器６の信号を比例演算器１に
適合した信号レベルに変換する役割を果たす。

【００２５】１２はＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル信
号）変換器であり、１４のコンピュータバスを通して制
御弁開度信号をディジタル制御装置のＣＰＵ５０に送る
役割を果たす。１３はＤ／Ａ（ディジタル／アナログ信
号）変換器であり、コンピュータバス１４を通してＣＰ
Ｕ５０から送られてくる制御弁開度指令信号をアナログ
信号に変換し、比例演算器１に送る。

【００２６】１４はコンピュータバスであり、このサー
ボカード３１とＣＰＵ５０をインターフェイスするもの
である。１５は電源等であり、制御弁開度発信器６が駆
動電源を必要とする場合に使われるものである。１６は
スイッチ回路であり、図中Ｓ５で示すように信号発生器
７の自系選択信号がＯＮの時、閉じて制御弁開度発信器
６への電源供給を有効とする。

【００２７】１７は抵抗３によって得られたサーボ出力
電圧信号に基づき適切な電圧レベルに変換する増幅器で
ある。１８はＡ／Ｄ変換器であり、サーボ出力をＣＰＵ
５０に送るためのものである。２０はロジック回路であ
り、例えば、外部からの信号によりサーボカード３１自
身の出力を強制的に０とするような演算を行う。２１は
ロジック演算回路２０の出力により、サーボカード３１
の出力を強制的に０とするためのスイッチ回路である。

【００２８】実際のサーボカードには以上の機能の他に
も手動操作用の回路、あるいは状態を表示するための回
路等、本発明には直接関係しない他の機能があるが、こ
こでは説明を省略する。

【００２９】このような構成のサーボカード３１におい
ては、外部ロジック回路５１により選択され、信号発生
器７がＯＮとなり、スイッチ回路４，８，１６が閉じる
と、ＣＰＵ５０からの開度指令信号Ｓ１がコンピュータ
バス１４に介して入力され、Ｄ／Ａ変換器１３によりデ
ィジタル信号からアナログ信号に変換され、比例演算器
１に入り、開度に相当する信号に比例演算され、スイッ
チ２１を通り、電流信号変換回路２に入る。ここで目標
開度に相当する電流信号に変換された信号は抵抗３、ス
イッチ回路４を通り、制御弁５の開度を目標設定開度と
なるように制御する。

【００３０】制御弁５には軸又はリンク６ａにより制御
弁発信器６が連結されており、制御弁５の実際の開度の
電流信号を発し、この信号は抵抗９により電圧信号とな
り、スイッチ８、増幅器１０を通り、比例演算器１１で
比例演算器１と同等のレベルの信号に変換された後、Ａ
／Ｄ変換器１２でディジタル信号に変換され、開度信号
Ｓ２としてコンピュータバス１４を介してＣＰＵ５０へ
入力される。又、電流信号変換回路２で変換され、制御
弁５を制御する開度指令の電流信号は抵抗３で電圧信号
となり、増幅器１７で増幅後、Ａ／Ｄ変換器１８でディ
ジタル信号となり、信号Ｓ３としてコンピュータバス１
４を介してＣＰＵ５０に入力し、ＣＰＵ５０において異
常監視用のモニタ信号として用いられる。

【００３１】次に、上記に説明のＣＰＵ５０の内部の詳
細につき、説明する。６１は目標値演算器であり、ター
ビンの制御演算により制御弁の開度指令値Ｓ１５，Ｓ１
６，Ｓ１７を求めるものである。６２はサーボカード異
常判定器で、サーボカードよりの制御出力信号を開度指
令値Ｓ１６と比較することによりサーボカード異常の有
無を判定するものである。６３は開度指令制御回路であ
り、制御弁の開度指令値Ｓ１５、サーボカード異常判定
器６２よりの信号Ｓ１８、並びに信号発生器７からの信
号に基づき二重化されたサーボカードの内何れに開度指
令信号を送るか決定し、信号Ｓ１とし、又Ｓ８として送
出する。６５は制御弁異常判定器であり、制御弁の開度
指令値Ｓ１７と実制御弁開度値Ｓ２とを比較し、制御弁
の異常を検出するものである。６６はサーボカードより
の制御出力信号を、６７は実制御弁開度をモニタするも
のであり、運転員への指示に用いるものである。

【００３２】Ｓ１１は外部ロジック回路５１へサーボカ
ード異常判定器６２からの信号を伝達し、Ｓ１２は制御
弁異常判定器６５よりの信号を同じく外部ロジック回路
５１へそれぞれ伝達するものである。Ｓ１３，Ｓ１４並
びにＳ１４ａは各々二重化サーボカードのもう一台に対
応したサーボカード異常判定器、開度指令制御回路及び
制御弁異常判定器にそれぞれ対応した信号であり、図中
のＳ１５，Ｓ１６，Ｓ１７に対応するものである。

【００３３】Ｓ１５、Ｓ１６及びＳ１７は目標値演算器
よりの出力信号を各々サーボカード異常判定器、開度指
令制御回路及び制御弁異常判定器へ送出するためのもの
である。Ｓ１８はサーボカード異常判定器よりの信号を
開度指令制御回路へ送出するものである。Ｓ６はＳ７の
信号発生器の出力信号、即ちＳ７と同一の内容を持った
信号を開度指令制御回路に送出するものである。Ｓ８は
開度指令制御回路よりのいずれのサーボカードを有効に
するかの指令信号を２０のロジック回路へ送るものであ
る。

【００３４】上記に説明のＣＰＵ５０においては、ター
ビンの制御弁の制御プログラムに従って、それぞれ所定
の制御弁の制御を行っており、サーボカード３１に対し
ては制御弁５の目標開度となる開度指令信号Ｓ１を出力
し、これに応答した制御弁５の実際の開度信号Ｓ２、及
びモニタ用の信号Ｓ３を入力する。ＣＰＵ５０では、こ
れらＳ１，Ｓ２の信号を比較し、信号Ｓ２が所定の開度
の範囲内であるか否かの比較を行い、所定の範囲を超え
ていれば異常と見なし、たとえば、開度指令Ｓ１の出力
を停止するか、あるいは開度の修正信号を出力する。
又、信号Ｓ２をディスプレイ等に常時表示することによ
り監視に供することもできる。

【００３５】又、ＣＰＵ５０においては、信号Ｓ３によ
り開度指令信号Ｓ１に対してサーボカード３１が正しい
指令を制御弁５に与えたか否かを監視し、異常が発生し
た場合にはサーボカード３１に故障が生じた旨の表示を
行う等の異常監視を行い、あるいは、Ｓ８に示すように
この異常信号を信号発生器７のロジック回路２０に供給
し、Ｓ７に示すようにこの信号発生器７をＯＦＦとして
信号を伝え、ロジック回路２０によりスイッチ２１を駆
動し、開度指令を強制的に「０」にすることもできる。

【００３６】図２は本発明のディジタル制御回路の全体
のブロック図であり、サーボカードを二重化した場合の
例である。本図において３１ａは一枚のサーボカードで
あり、図１で示したものに相当する。１ａは比例演算器
であり、図１の１に相当する。４ａはスイッチ回路であ
り、図１の４に相当する。７ａは信号発生器であり、自
系選択信号を発するもので、図１の７に相当する。３１
ｂ，１ｂ，４ｂ及び７ｂももう一枚のサーボカード及び
内部の代表的な回路を示したものである。

【００３７】これらサーボカード３１ａ，３１ｂは制御
弁５に対して二重化を構成するように接続され、ＣＰＵ
５０からコンピュータバス４１を介してそれぞれ開度指
令信号Ｓ１ａ，Ｓ１ｂが与えられ、信号発生器７ａ，７
ｂの自系選択信号によりスイッチ回路４ａ，４ｂを制御
し、３１ａ，３１ｂのいずれかのサーボカードにより制
御弁５を制御する。３２，３３はコネクタであり、故障
等によりサーボカードを交換せねばならぬ時に、結線を
はずすためのものである。

【００３８】信号発生器６ａ，６ｂは外部ロジック回路
５１に接続され、制御されるが、ロジック回路５１は信
号発生器７ａ，７ｂの自系選択信号が同時にＯＮとなら
ぬように制御する。また、機械の運転中には同時にＯＦ
Ｆにもならぬようにする。このように信号発生器７ａ，
７ｂのいずれかがＯＮとなり、この自系選択信号により
制御弁５の開度が制御され、異常が生じた場合には高速
度で一方から他方へ切替えが行なわれ、継続して制御弁
５の制御を行うことができる。

【００３９】故障等によりサーボカードを交換する場合
で、機械の運転中に、このサーボカードを取り外すとき
には前述の自系選択信号がＯＦＦとなっていることが必
要である。誤って、抜くことに備え、自系選択信号生成
ロジックを作ることは容易に行える。本図２には、記載
していないが、図１に記載した制御弁開度発信器６より
の信号を受ける回路、及び制御弁開度発信器６への電源
供給回路の切り替え回路のコネクタも同様である。

【００４０】以上説明の実施の形態によれば、サーボカ
ード３１内に、自身に接続された制御弁５への出力を行
う、あるいはその出力を断つことのできる高速のスイッ
チ回路、並びに自らの出力を有効とするか否かの選択信
号を持たせることにより、サーボカード自身を二重化を
可能とし、故障時にはサーボカードを正常なカードに切
換えて継続してタービンの運転ができるものである。

【００４１】

【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
は、タービンの制御弁を制御する開度指令信号を出力す
るＣＰＵ、この開度指令信号より制御弁の駆動信号を演
算し、スイッチ回路を介して制御弁に出力するサーボカ
ード及びこのサーボカードのスイッチ回路を制御する外
部ロジック回路を基本構成とし、このサーボカードを二
重化して制御弁を制御する構成、更に、サーボカードが
制御弁の開度信号を取込み、これをＣＰＵへ出力する構
成を特徴としているので、発電プラントの蒸気タービ
ン、あるいはガスタービン向けの制御システムの信頼性
を向上させるためにサーボカードを二重化することが可
能となり、また、この二重化したサーボカードはタービ
ン運転中にも交換することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係るディジタル制御装
置の詳細なブロック図である。

【図２】本発明の実施の一形態に係るディジタル制御装
置を二重化した場合の全体のブロック図である。

【符号の説明】

１，１１ 比例演算器 ２ 電流信号変換回路 ４，８，１６，２１ スイッチ回路 ５ 制御弁 ６ 制御弁開度発信器 ７ 信号発生器 １２，１８ Ａ／Ｄ変換器 １３ Ｄ／Ａ変換器 １４ コンピュータバス ３１ サーボカード ３２，３３ コネクタ ５０ ＣＰＵ ５１ 外部ロジック回路 ６１ 目標値演算器 ６２ サーボカード異常判定器 ６３ 開度指令制御回路 ６５ 制御弁の異常判定器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸気タービンやガスタービンの制御弁を
   制御する開度指令信号を出力するＣＰＵと；同ＣＰＵの
   開度指令信号を受け、Ｄ／Ａ変換後、前記制御弁を駆動
   する信号を演算し、同駆動信号をスイッチ回路を介して
   前記制御弁に出力するサーボカードと；同サーボカード
   が正常作動時に前記駆動信号を前記制御弁に出力させる
   外部ロジック回路とを具備してなることを特徴とするデ
   ィジタル制御装置。
2. 【請求項２】 前記サーボカードは前記制御弁に対して
   ２個並列で着脱可能に接続されると共に、前記外部ロジ
   ック回路は同２個のサーボカードのうちのいずれか一方
   のスイッチ回路を閉じ、これを作動させ、他方を非作動
   として同非作動中のサーボカードを運転中においても交
   換を可能とすることを特徴とする請求項１記載のディジ
   タル制御装置。
3. 【請求項３】 前記サーボカードには前記駆動信号で作
   動した前記制御弁の実際の開度信号を取込み、Ａ／Ｄ変
   換後ＣＰＵへ出力することを特徴とする請求項１又は２
   記載のディジタル制御装置。