JPS6054006A - プラント制御装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、適応制御を可能にするプラント制御装置に関
する。

〔発明の背景〕 プラントが多入力多出力の系となると、その制御装置を
従来のＰＩＤ等の積算制御方式で最適に構成することは
困難となるが、プラント状態に応じて操作量を推論によ
り決定する制御方式は、効果的である。

プラント制御装置の制御パラメータを固定したままで、
制御中に・プラント特性に変動がある場合、制御性能は
悪化する。この事態をさけるために・演算制御方式では
・時間とともに変動するプラント特性に追従して制御装
置のパラメータを調節する適応制御方式が提案されてい
る。この方式が容易に適用可能な対象は、線型系で単−
人出刃・多入力多出力のプラントに限られ、しかも高次
の複雑な系に対しては実時間で演算を実行し適応動作を
実現することが困難である。

一方、多入力多出力系のプラントラ制御対象とする制御
装置に、プラントの制御から経験的に得た知識を用いプ
ラント状態から操作量を推論する制御方式３）を適用す
ることができる。しかし、この方式でも、線型制御理論
にもとづく演算によるパラメータ調整方法は適用できな
いので、適応制御は実現できない欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、プラント制御においてプラント特性の
時間変化に追従し、安定した制御特性を与えるに好適な
プラント制御装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するために、本発明の装置では・プラ
ント特性に変化がある毎に、同定されたプラント動特性
モデルによるプラントシミュレータを用い、操作量決定
処理手順の修正を知識検索により決定し、特性変化後の
プラント制御を安定かつ良好に継続する機能を有する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図により説明する。

第１図は、本発明のプラント制御装置をＢＷＲ原子炉給
水制御系に適用した一例の概要図である。

ＢＷＲ原子炉給水制御系は、原子炉１の水位を一定に保
つことを目的としている。原子炉１の炉心２で発生する
熱により炉内水は沸とう蒸気となり配管Ｐ−１を介し炉
外へ出る。この蒸気による炉内水の損失を補うために配
管Ｐ−２を介し原子炉給水ポンプ３により配管Ｐ−３に
導かれた水が炉内に注入される。原子炉給水ポンプ３は
・給水ポンプ駆動軸４を介し連結された給水ポンプ駆動
タービン５０回転トルクを受け駆動される。原子炉給水
流量を変化させることにより原子炉水位は調節されるの
で、原子炉給水ポンプ３０回転数を給水ポンプ駆動ター
ビン５に配管Ｐ−５を介して供される蒸気流量を調節す
るために、給水ポンプ駆動タービン加減弁６を配管Ｐ−
４とＰ−５の間に設けその開度を調節する。給水ポンプ
駆動タービン加減弁６の開度は、給水ポンプ駆動タービ
ン加減弁開度制御器７に入力される操作量ａにより定め
る。本発明によるプラント制御装置は、プラントからの
プロセス諸量を利用することを特徴とするので１本実施
例では、原子炉１への配管Ｐ−２を介した給水流量は給
水流量検出器８で電気信号に変換され給水流量信号すに
、また原子炉１の炉内水位レベルは原子炉水位検出器９
で電気信号に変換され原子炉水位信号Ｃに、また原子炉
１がら配管Ｐ−１を介した主蒸気流量は主蒸気流量検出
器１０で電気信号に変換されこれらはプロセス諸量とし
て取扱われる。以下では、まずプロセス諸量を取込み、
操作量を出力する本発明のプラント制御装置の回路構成
を本実施により詳説し・次に具体的な処理手順を流れ図
を用いて説明する。

第１図において、電子計算機１１の回路構成は主に１次
の５部分からなっている。

（１）演算処理装置１２ （２）演算処理手順を記憶した記憶装置１３乃至２ （３）記号化された知識を記憶した記号化知識記憶装置
２３ （４）プラントからのプロセス諸量の入力及び操作量の
出力装置２４及び２５ （５）演算処理で取扱われる数値データを記憶する記憶
装置２６ 第１図において、演算処理装置１２は・電子計算機内の
電気信号で記憶装置１３乃至２２に記憶された処理手順
を連結し、処理に係る数値データを数値データ記憶装置
２６と交換しながら処理を進める。処理手順からの命令
に従い、演算処理装置１２は数値データ記憶装置２６に
記憶された数値データを操作量出力装置２５に送り、電
子計算機１１外部へは電気信号に変換された操作量ａが
出される。同様に、電気信号にてプロセス量入力装置２
４に取込まれた。給水流量信号す及び原子炉水位信号Ｃ
及び主蒸気流量信号ｄは、処理手順からの命令に従い・
演算処理装置１２により電気信号を介し、数値データ記
憶装置２６に記憶される。また、記号化知識記憶部２３
に記憶されているデータは、記号処理に適したリスト構
造であり演算処理装置１２から電気信号により交換でき
るのは後述の論理演算のための処理手順を記憶した記憶
部１９乃至２２に従い、その処理を実行中だけである。

本実施例に示したプラント制御装置は演算処理装置１２
への外部からの電源投入による動作開始時に、電気信号
を介して接続された主手順記憶装置１３に記憶された演
算処理の手順に従い処理を実行開始することで起動する
。これら説明した記憶装置の他の記憶装置に記憶された
演算処理をする手段は、主手順記憶装置１３に記憶され
た演算処理手順の実行中に演算処理装置１２でその処理
手順の命令に従い、電気信号によ力選択され実行が開始
される。以上の本実施例における電子計算機１１０回路
構成のうち、以下では・主手順記憶装置１３及び他の記
憶装置１４乃至２３に記憶された演算処理の手順を説明
する。

第２図は、本実施例において主手順記憶装置１３に記憶
された演算処理の手順を示した流れ図である。

以下においてはプラントに水位レベル外乱が加った後の
定常値への水位レベル復帰制御を例に本実施例を説明す
る。

第２図の流れ図のステップを順を追って説明する。ステ
ップ２７は、主手順記憶装置１３及び他の記憶装置及び
他の記憶装置１４乃至２３に記憶された演算処理で用い
られる数値パラメータを設定する。ステップ２８からス
テップ３３までは・プラント特性に変化がない間はパラ
メータ値ＣＨが工でないことをステップ３３で判別しく
りかえされる。ステップ２８は操作量を決定する。ステ
ップ２８は、第１副手順記憶装置に記憶された演算処理
手順を実行する。ステップ２８の・一実施例を第４図に
示す。第４図に示した実施例では・ステップ４工は、水
位レベル復帰制御が開始されてからの時間を判別し・あ
る時刻ｔ１に致ると操作量をｕｌにするよう数値データ
記憶装置２６に数値を記憶する。第２図にもどり説明す
る。ステップ２９は、数値データ記憶装置２６に記憶さ
れた操作量の値を操作量出力装置２５に書き込む。操作
量出力装置２５は書き込まれたデータを電気信号ａに変
換しプラントの制御器７に送る。プラントはこの操作量
ａによりプロセス量が変化するので、ステップ３０は時
間ΔＴだけ後に時刻を進め・ステップ３１は、プロセス
量入力装置に電気信号す、ｃ、ｄで入力された給水流量
、原子炉水位。

主蒸気流量の値を数値データに変換し、数値データ記憶
装置２６に記憶する。ステップ３２は、プラント特性変
化を検出するために、第２副手順記憶装置１４に記憶さ
れた演算処理手順を実行する。

ステップ３２の一実施例を第３図に示す。第３図に示し
た実施例では、操作量ａを一定に保って制御して時間Δ
Ｔだけ経過した後のプロセス量と、操作量ａと同じ値で
時間ΔＴ後に数値シミュレータを実行した模擬プロセス
量を比較する処理を実行する。ステップ３３では操作量
ａと同じ値を数値データ記憶装置２６に読み込む。ステ
ップ３４では・原子炉給水系の数値シミュレータで時間
ΔＴ後の給水流量、原子炉水位、主蒸気流量を含むプロ
セス量を計算する。ステップ３４は第３副手順記憶装置
木５に記憶された演算処理手順を実行スル。ステップ３
５で、シミュレーションシタ給水流量の計算結果と、実
際の給水流量の差を計算し・ステップ３６で差の大きさ
の程度を判定し、プラント特性変化がある場合には、数
値パラメータＣＨを１とし、変化がない場合には・Ｃ）
Ｉ全０として、処理を終了′する。

第２図にもどりステップ３３の処理が終了した次のステ
ップ３３から説明する。

ステップ３３は、プラント特性変化の有無を数値パラメ
ータＣＨの値により判定し、特性変化がなければ前述し
たようにステップ２８にもど量制御を継続し、特性変化
が生じた場合には、ステップ３４に進む。

ステップ３４１ｄ、特性変化の生じた原子炉給水系の動
特性パラメータを、数値データ記憶部２６に記憶された
給水流量・原子炉水位、主蒸気流量の過去の時刻に検出
された値を用い同定するために第４副手順記憶装置エフ
に記憶された演算処理手順を実行する。ステップ３４の
処理手順における同定手法には （１）プラント動特性を物理的モデルに従い有限個のパ
ラメータを含む微分方程式により記述し・そのパラメー
タをフィンティングによりめる方法 （２）線量自己回帰モデルにより、モデルパラメータを
同定する方法 などが適用可能であるが・本実施例においては、上記（
１）の手法を用い７’（場合のモデルの例を示す。

モデルの微分方程式は、原子炉水位をｔ、給水流量をＷ
Ｆ−給水流量定格値をＷ　Ｆ　ｓ、主蒸気流量をＷＭ−
操作量をｍで表わし・ａｌ　＊　ａｌ　＊　ｔＭ＋ｔｐ
　＊　Ｋ２をモデルパラメータとすると次の（１）。

（２）、　ｆ３）式のように々る。

ｄｔ　・・・・・・（１） ｃ３　ｔ　＝ａ１（Ｗ　ｙ　Ｗ　Ｍ　）　Ｗ　Ｍ ’Ｉｌｌ　＝８２　（ＷＰ　Ｗｙｓ）＋Ｗｐｇ　ＷＭ・
・・（２）ｄｔ ステップ３５は、ステップ３４で計算結果として得られ
たモデルパラメータを数値データ記憶装置に書き込む。

ここまでのステップの処理を終了すると・給水制御系の
特性変化後の状態に同定され、動特性を模擬する数値シ
ミュレーションは、第３副手順記憶装置１６に記憶され
た演算処理手順の実行により可能となる。

ステップ３６は、記号化された知識を記憶した記号化知
識記憶装置２３のデータを参照し、結論として得られる
知識にもとづく手順を実行しく１）操作量の決定、（２
）数値シミュレーション、（３）制御性能の評価、（４
）操作量決定手順の修正の（１）から（４）の処理を実
行する。ステップ３６は、この処理のために、第５副手
順記憶装置１８に記憶された演算処理手順を実行する。

第６図に、ステップ３６の処理手順の一実施例を示す。

第６図に示した処理手順の各ステップで、記号処理によ
り、記号化された知識をデータとして取扱うために、本
実施例では、処理を実行するための手順を記憶した４つ
の副手順記憶装置を電子計算機内の回路構成に加え、実
行することを特徴とする。

ステップ４３は、プラント特性変化後の制御シミュレー
ションで時刻を判別して操作量を決める処理手順を実行
する。このステップ４３で実行する記憶処理手順は、第
６副手順記憶装置１９に記憶され、知識の前提部のデー
タにより成立可能な知識を検索し知識の結論となる部分
に記号論理的に一致するデータを記号化知識記憶装置２
３に記憶する処理を実行する。この手順は、以下開路の
ため前向き推論と呼ぶ。また、このステップ４３で検索
される記号化知識記憶装置２３に記憶されたデータの例
は、次のようなものである。

（Ｉｆ　（ＡＮＤ　（ｖｅ＄ｅ　ｄ　＄ｄ　＄ｔ）（ｖ
　ｕ　＄ｕ　（ｔｉｍｅ　＄ｔ１　＄ｔ２））（≧６ｔ
　＄ｔｌ） （（＄ｔ　＄ｔ２）） （ｖｕ＄ｕ＄ｔｌ） （ｖｕｕｌ　（ｔｉｍｅｏ、０　５．０）この実施例に
よる操作量の決定法を、第２図でのステップ２８の実施
例に加えることができ、ステップ２８の実施例を第５図
に示す。第５図の。

ステップ４０はステップ４６と同一手順を前方推論で実
行する。

ステップ４４は、数値シミュレーションの操作量に・ス
テップ４３の前方推論による知識検索の結果得られた（
ＶｕｕｌＯ，０）　のリスト形式で表現されたデータを
もとに、知識を検索し、その中水位、主蒸気流量等を計
算でめる。ステップ４４も、前方推論によシ・次の知識
を検索する。

（Ｉｆ　（ＡＮＤ　（ｖｘｌ　＄、ｔ）（ｖｕ＄ｕ＄４
） （＝　＄ｔｔ　（＋＄ｔ　ｔｉｍｅ　ｌ　）（５１ｍｎ
１ａｔｏｒ　＄ｘ　＄１１）　）（ｖｘｆｌｘ＄ｔｔ）
） ステップ４５の時刻更新は、ステップ４４の知識の前提
部で行なわれる。

ステップ４６は、知識の結論となる部分のデータからこ
のデータが結論となるのに成立可能な知識を検索しその
前提となる部分に適用可能なデータのうち論理的に一致
するものを選び結論となる部分のデータの論理的成立の
可否を判定するために演算処理する手順を実行する。こ
のステップ４６の記号処理子ｌ＠は第７副手順記憶装置
２ｏに記憶される。

ステップ４６の手順は、後向き推論である。

ステップ４６の後向き推論で、プラントの不安定挙動を
判定する知識を検索し、ステップ４７でその結論部の記
号＄Ｃに代入される不安定挙動の種類を示す値を判別し
て、操作量決定手順の修正処理を継続するか、終了する
かを選ぶ。

ステップ４８で＄Ｃに代入された記号ごとに記憶しであ
る知識を前向き推論により検索し、その１知識の結論部
で、不安定挙動に応じた操作量決定手順の修正処理を実
行する。本実施例では２操作量を切換える時刻を早く取
る、あるいは遅れてとるような修正手段をそなえた知識
が記憶されている。

ステップ４９は、シミュレーションで不安定挙動を検知
した時刻から、操作量の切換時刻を変換した時刻まで、
シミュレーションの時刻をもどし・その時刻からシミュ
レーションを再開し・ステップ４３にもどるために、記
憶された記号化知識データの消去を行なう。第８副手順
記憶装置２０には、これらのデータの消去を行なう手順
が記憶されている。なお、第９副手順記憶装置２１には
、記号化知識記憶装置２３にデータを記憶する手順が記
憶されており、前向推論の処理実行の際に用いられる。

ステップ４７で、安定な制御性能がシミュレーションの
結果得られ、もはや操作量修正手順の修正が不要になっ
て、５Ｃ＝Ｏが判定されると・ステップ５０で記号化知
識データ記憶装置の中から操作量決定手順知識に含まれ
る数値パラメータをとり出し・ステップ５１で、数値デ
ータ記憶装置２６に数値データとして書き込み、第２図
におけるステップ３６の処理を終了する。その後、修正
された操作量決定手順を実行するステップ２８によシ・
プラント特性変化直後のグランドへの操作量ａを決める
。

なお、ステップ２８の実施例には、時刻を判別して操作
量ａ′ｔｌ−決定する手順を用い説明したが・数値デー
タ記憶装置２６に記憶したプラント量の設定値とプラン
ト量の差とその時間変化に応じて操作量ａを決定する手
順も一実施例である。この際、本発明によるプラント制
御装置は、その記号化知識記憶装置２３に記憶するデー
タの知識の表現を変更するだけで対応できる。

以上で説明した本実施例による効果を、数値例として第
７図より第１０図までに示す。

第７図は・原子炉水位の定値制御中に１５％の水位上昇
外乱が加えられた後の水位レベル復帰制御性能が本実施
例によるプラント制御装置により得られることを示す。

Ａ−１は原子炉水位、Ｂ−１は給水流量、Ｃ−１は操作
量の時間変化を示す＠第７図は制御中にプラント特性が
変化しない例である。Ｃ−１で示した離散値の切換制御
方式では・従来の三要素制御方式によるＤ−１で示した
原子炉水位の変化に比べて、整定時間を半分にできる効
果がある。

第８図は、原子炉水位外乱が加わった直後に、給水ポン
プの駆動能力が変化しゲインが上がったことを想定した
場合の１本実施例によるプラント制御装置で適応制御に
より与えられる水位レベル復帰制御性能を示す。

第９図は、原子炉水位外乱が加わった直後に、給水ポン
プの駆動能力が低化しゲインが下がったことを想定した
場合の、本実施例によるプラント制御装置で適応制御に
より与えられる水位レベル復帰制御性能を示す。第８図
及び第９図においてはそれぞれＡ−２，Ａ−３は原子炉
水位、Ｂ−２゜Ｂ−３は給水流量、Ｃ−２，０−３は操
作量の時間変化を示す。操作量Ｃ−２では、０，３の値
を取る時間を短縮して水位レベル変化がアンダーシュー
トをおこさないように・また操作量Ｃ−３では０．３の
値を取る時間を長くして、水位レベルの整定か良くなる
ように、操作量の時間変化をＣ−１から修正している。

本実施例によれば、原子炉水位外乱がステップ状に加わ
りその間に給水ポンプの特性が変化しても良好な水位レ
ベル復帰制御特性が継続して得られる効果がある。

第１０図は、詳細に炉心燃料中心温度の時間変化を数値
的に計算した結果を示す。Ｔ−１は１本実施例における
操作量Ｃ−１による水位レベル復帰制御中の燃料中心最
大温度の時間変化を示し。

Ｔ−４は三要素制御方式による水位レベル復帰制御中の
燃料中心最大温度の時間変化を示している。

本実施例によれば、燃料に対し過大な過渡温度変化を与
えずにその健全性を維持し、水位レベル復帰を短時間に
行なえる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明は・汎用のプラント制御装置であり、プラントの
過渡状態を制御中にプラント特性が変化しても、プラン
ト動特性を同定し・数値シミュレーションと記号化され
た知識検索により操作量を与える処理手順を実時間で修
正できる回路構成となっており・プラント特性変化の種
類・程度及び制御状態の広い範囲にわたり適用可能な知
識を記憶し利用することができるので、不測の各種変化
に適応して安定した制御特性を維持しプラント運用効率
向上の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置をＢＷＲ原子炉給水制御系に
適用した一実施例を示す回路構成図、第２図は同実施例
のプラント制御装置内における操作量演算機能と処理手
順を説明するための流れ図、第３図、第４図、第５図及
び第６図は第２図の流れ口が示す処理子）＠を更に詳細
に説明するための流れ図・第７図乃至第１０図は同実施
例において原子炉水位外乱に対するプロセス諸量の応答
波形を示す図である。 １・・・ＢＷＲ型原子炉、２・・・炉心、３・・・原子
炉給水ポンプ・４・・・給水ポンプ駆動軸、５・・・給
水ポンプ駆動タービン、６・・・給水ポンプ駆動タービ
ン加減弁、７・・・給水ポンプ駆動タービン加減弁開度
制御器、８・・・給水流量検出器、９・・・原子炉水位
検出器・１０・・・主蒸気流量検出器、１１・・・電子
計算機。 １２・・・演算処理装置、１３．２２・・・演算処理手
順記憶装置、２，３・・・記号化知識記憶装置、２４・
・・プロセス量入力装置、２５・・・操作量出力装置、
２６第　１図 垢２０ 第　３図 竿　４−図 第　５図 桔６０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　プラントと５このプラントのプロセス諸量を検出
   する複数の検出器と・これらの検出器からの出力信号を
   入力する電子計算機のプロセス量入力装置と・プラント
   への操作量を決定するために演算処理する手段を記憶し
   た電子計算機の記憶装置と、記憶装置に記憶しである演
   算処理の手順に従いその処理を実行する演算処理装置と
   、この演算処理装置の演算処理結果からプラントへの操
   作量を電気信号に変換し出力する電子計算機の操作量出
   力装置より成る回路構成において、プロセス量入力装置
   に読込まれたプロセス諸量の値を用いてプラント動特性
   パラメータを計算によりめるために演算処理する第１の
   手段及び、第１の手段により計算されたプラント動４性
   パラメータにもとづきプラントの模擬プロセス諸量を計
   算によりめるために演算処理する第２の手段及び、プロ
   セス量入力装置に読込まれたプロセス諸量の値と第２０
   手段により計算された模擬プロセス諸量の値とを比較し
   プラント特性の変化を検知するために演算処理する第３
   の手段及び、記号化された知識をもとに処理手順を構成
   しプラントへの操作量を決定するために演算処理する前
   記の手段を修正するために演算処理する第４の手段及び
   、第４の手段で記号化された知識を用いる際に知識の前
   提となる部分のデータにより成立可能な知識を検索し知
   識の結論となる部分に論理的に一致するデータを記号化
   された知識に加えるために演算処理する第５の手段及び
   、第４の手段で記号化された知識を用いる際に知識の結
   論となる部分のデータからこのデータが結論となるのに
   成立可能な知識を検索しその前提となる部分に適用可能
   なデータから論理的に一致するものを選び結論となる部
   分のデータの論理的成立の可否を判定するために演算処
   理する第６の手段及び、第４の手段で記号化された知識
   を用いる際に、記号化された新たな知識を加えるために
   演算処理する第７の手段及び、第４の手段で記号化され
   た知識音用いる際に、記号化された知識を消去するため
   に演算処理する第８の手段及び、以上の第１乃至第８の
   手段と前記の記憶装置に記憶された演算処理の手段を組
   合せ処理するために演算処理する第９の手段の以上第１
   乃至第９の手段を記憶した前記の電子計算機の記憶装置
   と、第４の手段で用いられる記号化された知識を記憶し
   た知識記憶装置と、演算処理装置の演算処理に用いられ
   、まだ処理の結果供される数値データを記憶する数値デ
   ータ記憶装置を設けたことを特徴とし、プラント特性の
   変化後も安定した制御を継続するために知識を組合せた
   論理的判断により操作量を決定する処理手順を修正し適
   応動作を実現することを特徴とするプラント制御装置。