JP2002139591A - 原子炉手動操作装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電子回路のみのシステムから、演算部でのソフ
トウェア処理を含むシステムへのリプレースを合理的に
実現する。 【解決手段】制御棒を電磁弁駆動による水圧で制御する
沸騰水型原子炉において、手動で与えられる操作情報に
基く駆動シーケンスのタイミングからシーケンスパター
ンを生成する２重化された演算部をもつ操作制御手段４
１、該シーケンスパターンに基いて操作対象制御棒毎の
命令ワードを作成するとともに、該命令ワードの各々を
２重化された演算部で相互に交信して、予め決められた
時間ずれ内での論理積を求め、一致した場合に択一した
命令ワードをシリアルに伝送する伝送制御手段４２と、
該命令ワードを受信してプロトコル変換し、下流の複数
の伝送分岐部に制御指令として伝送する伝送装置３２、
該伝送分岐部から分岐して１本毎の制御棒駆動装置を駆
動する電磁弁駆動回路３１を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は原子炉制御棒手動操
作装置の信頼性向上とリプレース方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、沸騰水型原子炉において、制御棒
の水圧駆動制御を行う原子炉手動操作装置及び位置指示
装置にコントローラを適用し、ソフトウェア処理により
機能を実現するシステムが提案されている。例えば、Adv
anced RMCS and RPIＳ（ICON，71997^th International
Conference on Nuclear Engineering，Tokyo,Japan,Apr
il 19−23,1999)である。また、ソフトウェア処理を前
提とした制御棒操作コントーラと位置監視コントローラ
を具備する制御棒位置監視装置におけるサーベランス機
能については、特開平10−319171に提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】沸騰水型原子炉（ＢＷ
Ｒ）の既設プラントにおいては、制御棒の駆動方式は水
圧駆動が適用されている。したがって、制御棒の水圧駆
動制御を行う原子炉手動操作装置及び位置指示装置にコ
ントローラを適用し、ソフトウェア処理により機能を実
現するシステムは、既設プラントを前提としている。し
かし、上記した従来技術では、ソフトウェア処理により
機能を実現するシステムを、原子力プラントに導入する
際の具体的な考慮がなされていない。

【０００４】また、制御棒の水圧駆動制御を行うため
に、現在稼動している従来型のシステムは、その機能を
実現するために専用の電子回路、すなわちハードウエア
のみで構成されている。しかし、従来型のハードウエア
からソフトウェア処理を前提とした制御棒制御監視装置
への合理的なリプレースについては、充分な検討がされ
ていない。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑み、従来型のシステムからソフトウェア処理により機
能を実現するシステムへのリプレースを容易にする原子
炉手動操作装置を提供することにある。また、自動／手
動切り替えに応じた制御棒の制御が行なえる原子炉制御
装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、原子炉制御棒の操作装置のソフトウエア化に際し
て、２重系の範囲を抑制してコンパクト化を図ると共
に、制御棒駆動装置の機械系との取合い部は従来のまま
にして部分的なリプレースを可能にしている。

【０００７】すなわち、駆動シーケンスのタイミングを
２重化演算部で処理（決定）する操作制御手段と、該２
重化されたデータを別の２重化演算部で受信し互いに交
信して所定時間内での論理積を実行し、該論理積が成立
するときに該データを択一して送信する伝送制御手段
と、該データを受信してプロトコル変換してシリアルの
伝送指令を生成し、下流の複数の伝送分岐部にシリアル
に伝送する伝送手段と、前記分岐部から分岐して制御棒
を駆動する制御棒駆動手段を有している。

【０００８】なお、前記シリアルの伝送指令には、同期
ビット、制御棒のアドレス、電磁弁の励磁命令を含んで
制御棒毎に弁別されるので、前記制御棒駆動手段、すな
わち制御棒駆動機構のインターフエースを従来と同様に
できる効果がある。

【０００９】制御棒位置監視システムも基本的に同様の
構成となる。位置入力装置は位置検出機構からの制御棒
位置を入力し、各位置入力装置を分岐部を経由して接続
した位置伝送手段は位置信号をさらに上流に送信し、演
算部で互いに交信することにより分配され、２重系の位
置監視装置でソフトウエア処理した制御棒位置の一方を
表示している。ここでも、位置検出装置、すなわち位置
検出機構のインターフエースは従来と同様である。

【００１０】また、本発明の原子炉手動操作装置は、前
記制御棒制御装置は前記２重化されたマイコンの演算部
を持つ制御盤によって一新するとともに、前記制御棒駆
動装置の制御盤中で前記プロトコル変換を行なう伝送装
置のみを部分的に更新していることを特徴とする。ま
た、制御棒位置監視システムも同様で、制御棒監視装置
の盤は一新し、位置入力装置の盤は位置伝送装置のみが
更新されている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。各図を通して、同一の構成要素には同一の符号を
付している。

【００１２】図１に、本発明の一実施例による原子炉手
動操作装置のシステム構成を示す。原子炉１内には原子
炉出力に対応した数の制御棒２が、例えば１１００ＭＷ
ｅ級の原子力プラントでは１８５本が設置され、原子炉
の出力制御に用いられる。

【００１３】制御棒制御系の制御棒駆動装置３は、制御
棒１本毎に対応したカードとしての電磁弁駆動回路３１
のトランジスタ接点により、制御棒駆動機構２１に取り
付けられた４つの方向制御電磁弁の開閉を制御する。制
御棒２は水圧に応じてノッチ（機械的にロックされる制
御棒の移動単位）または連続での挿入、あるいは引抜が
行われる。

【００１４】この操作は、中央操作盤（中操）の主盤に
設置された表示・操作装置７２及びスイッチ・ランプ回
路７３を用いて行われる。例えば、タッチオペレーショ
ン機能を有する表示・操作装置７２には、全炉心の制御
棒選択スイッチが表示され、タッチ操作により操作対象
の１本が選択される。その後、ハードスイッチとしての
スイッチ・ランプ回路７３のスイッチにより、ノッチ操
作の場合は制御棒監視装置６からの情報である位置情報
を見ながら任意の時間、挿入または引抜のスイッチを押
下する。また、連続挿入操作の場合は緊急挿入のスイッ
チを押下し、連続引抜操作の場合は連続引抜スイッチと
引抜スイッチを同時操作する。

【００１５】以上の操作情報は、表示制御装置７１を介
して制御棒制御装置４にデータ伝送され、２重化された
演算部としての各々の操作制御手段４１で中性子計装系
等の関連系統から入力されたインターロック信号によ
り、制御可能か制御阻止かの判定がなされた後、操作情
報に基づいて方向制御電磁弁の開閉制御のためのタイミ
ングシーケンスパターンとしての操作命令が出力され
る。

【００１６】このタイミングシーケンスパターンに基づ
いて、伝送制御手段４２で操作対象制御棒のアドレス情
報、方向制御弁の励磁情報（引抜供給弁励磁命令，挿入
弁励磁命令，引抜排出弁励磁命令）を命令ワードとする
伝送データのフレームが生成される。伝送データのフレ
ームは、２重化された伝送制御手段４２ａ，ｂの間で相
互伝送され、パラメータ比較により一致した場合には、
各伝送制御手段４２ａ，ｂから制御棒駆動装置３の伝送
装置３２に高速でサイクリック伝送される。

【００１７】伝送装置３２では、受信した伝送データを
プロトコル変換し、下流側伝送の専用のプロトコルとし
ての伝送フレーム内に伝送の同期ビット情報と、制御棒
と１：１の関係にある電磁弁駆動回路を識別するアドレ
ス情報と、電磁弁の励磁情報を含んで制御棒毎のシリア
ル信号にし、例えば制御棒１本毎に対応したカードを備
える電磁弁駆動回路３１に伝送する。電磁弁駆動回路３
１は、シリアル信号に含まれる操作対象制御棒のアドレ
ス情報に対応するカードを選択する。電磁弁駆動回路３
１は、同じくシリアル信号に含まれる方向制御弁の励磁
情報（引抜供給弁励磁命令，挿入弁励磁命令，引抜排出
弁励磁命令）により、方向制御電磁弁の開閉を制御する
ためのトランジスタ接点信号を出力する。

【００１８】次に、制御棒監視系について説明する。制
御棒２の位置検出機構２２は、ノッチの偶数位置を示す
２５個のリードスイッチ他、合計５４個のリードスイッ
チを有し、それらの接点信号が１１芯のケーブルに対応
したコード化された情報として、位置入力装置５の位置
入力回路５１に入力される。

【００１９】この位置情報は、位置伝送装置５２が有し
ている全炉心の制御棒座標マップに基づき、制御棒毎に
対応した位置入力回路５１のレジスタのアドレスにプロ
トコル変換された後、シリアル信号としてアクセスさ
れ、コード化されたリードスイッチの情報が取り込まれ
る。この位置情報は、２重化された伝送制御装置６２に
データ伝送され、２重化された演算部としての位置監視
装置６１に取り込まれる。さらに、表示制御装置７１に
伝送され、画面データとして編集された後、中操の主盤
に設置された表示・操作装置７２等に位置表示される。

【００２０】上記の操作及び状態表示は、中操の主盤に
設置された表示・操作装置７２及びスイッチ・ランプ回
路７３を用いて行われる。なお、制御棒制御装置４また
は制御棒監視装置６の盤内にも、中操と同様機能の表示
制御装置８及び表示・操作装置９が実装されていて、こ
れらの利用も可能である。

【００２１】図２に、演算部の制御指令データの一例を
示す。本例は１ノッチ操作の場合である。１ノッチ引抜
操作は、制御棒監視装置６からの情報である位置情報を
見ながら任意の時間、引抜のスイッチが押下される。こ
の情報は２つの系から成る操作制御装置４の演算部に入
力され、１ノッチの制御棒の引抜きに対応した方向制御
電磁弁の開閉制御のための制御棒駆動タイマのシーケン
ス動作が開始する。

【００２２】（ａ）は１ノッチ引抜操作の例で、シーケ
ンスは現在の位置で機械的にラッチされた状態からラッ
チを外すために、あらかじめ決められた短時間の挿入タ
イマが動作する。次いで、１ノッチに対応した引抜タイ
マが動作する。さらに、制御棒位置を機械的にラッチさ
せるためのセトルタイマが動作する。

【００２３】このように、一連のシーケンスではソフト
ウェアによりタイミイグ制御される。（ｂ）のように、
挿入タイマ、引抜タイマ、セトルタイマが動作している
時間だけ、操作対象制御棒のアドレス情報に対応した、
方向制御弁の励磁情報（引抜供給弁励磁命令，挿入弁励
磁命令，引抜排出弁励磁命令）がメモリ上にセットされ
る。

【００２４】以上の動作は、連続引抜等の他の操作パタ
ーンについても同様であり、操作パターンに応じて、機
械系の動作が可能なように制御棒駆動タイマのシーケン
ス動作が定められており、同様に、ソフトウェアにより
タイミイグ制御されて方向制御弁の励磁情報がメモリ上
にセットされる。

【００２５】図３に、一実施例による制御棒操作制御シ
ステムのハードウェア構成を示す。制御棒制御装置４の
２重化された演算部である操作制御手段４１ａ，ｂと、
その各々に伝送制御手段４２ａ，ｂ及び伝送制御手段４
２ｃ，ｄが接続される。

【００２６】制御棒駆動機構２１の関連機器は２グルー
プに分けられ、原子炉を中心にプラントの反対エリアに
それぞれ配置されている。このため、ケーブル接続上、
制御棒駆動装置３も２つのグループに分けられて配置さ
れている。制御棒駆動装置３を実装する盤の構成は後述
する図１７に示す通りで、実際のプラントにおいてはＡ
グループとＢグループの配置に分けられる。

【００２７】図３では、伝送制御装置４２ａ，４２ｃか
ら２つの光伝送ラインによる制御棒駆動装置３の一方の
グループへの伝送のみを示している。実際には、伝送制
御装置４２ｂ，４２ｄからの光伝送ラインによる制御棒
駆動装置３の別のグループとの接続も存在する。送受信
ポート付き伝送装置３２１は伝送制御装置４２からのデ
ータを受信すると、プロトコル変換を行い、下流側伝送
の専用のプロトコルとしての伝送フレーム構成を有する
シリアル信号にして、マルチドロップで接続された各電
磁弁駆動回路３１へ送信する。伝送装置３２２ａ〜３２
２ｎは伝送装置３２１からの信号を下流の伝送装置に中
継するとともに自身のグループに属する複数の電磁弁駆
動回路に分配接続する分岐部である。以下では、操作制
御手段４１と伝送制御手段４２ａ，４２ｃから、制御棒
駆動装置３の１つのグループへの伝送方式について説明
する。図４に、伝送制御装置の内部メモリと系間接続を
示す。伝送制御手段４２ａ（１系）と４２ｃ（２系）は
それぞれ内部メモリを有している。伝送制御手段４２ａ
の内部メモリには、自系の演算部の制御指令データであ
る１系伝送データと、伝送制御手段４２ｃの内部メモリ
から系間接続を介して伝送された制御指令データである
２系伝送データが記憶される。

【００２８】これら２つの系の伝送データは、伝送制御
手段４２ａ，ｃの演算部で論理的には２つの制御指令デ
ータのＡＮＤ（積論理）処理が実行され、具体的には各
々非同期で生成されたデータであるがゆえに、非同期に
よるズレを除きデータ内容が一致していると判断されれ
ば、４２ａ，ｃの一方が択一され、伝送制御手段４２ａ
に接続された光伝送ラインを通して、伝送装置３２１
へ、例えば、ＨＤＬＣの通信プロトコルでサイクリック
に光伝送される。

【００２９】このＡＮＤ論理により、例えば、上流側の
演算部に異常が発生した場合には、伝送データが伝送装
置３２１へ送信されないことになる。この場合、本実施
例ではバイパス操作が行なわれ、正常な片系で生成した
制御指令データである伝送データを用いて、伝送装置３
２１へ送信する。バイパス情報は伝送装置３２１でも監
視され、バイパス操作に応じて伝送されたデータの監視
が行なわれる。

【００３０】２つの送受信ポートが設けられたポート付
き伝送装置３２１は、２つの伝送装置４２ａ，ｃで択一
された系で伝送されたデータ（命令ワード）あるいはバ
イパス操作に応じて伝送されたデータを受信する。受信
された命令ワードは、プロトコル変換処理が行われた
後、マルチドロップ方式で接続された下流側の伝送装置
３２２ａ〜ｎ及び電磁弁駆動回路３１ａ１〜３１ａｎ
に、シリアル信号として伝送される。

【００３１】図５に、１系のＡＮＤ（積論理）処理のフ
ローチャートを示す。１系伝送データを内部メモリにセ
ットし（ｓ１０１）、系間接続経由で１系データを２系
に送信し（ｓ１０２）、系間接続経由で２系データを受
信し（ｓ１０３）、１系伝送データと２系伝送データを
比較する（ｓ１０４）。比較の結果、１系伝送データと
２系伝送データが一致すれば、タイマストップ、タイマ
値クリアをし（ｓ１０５−（１））、データが不一致で
タイマ停止中であればタイマスタートし（ｓ１０５−
（２））、データ不一致でタイマ動作中であればタイマ
継続する（ｓ１０５−（３））。

【００３２】次に、タイマ値とあらかじめ設定された規
定時間を比較し（ｓ１０６）、タイマ値が規定時間内で
あれば１系伝送データを伝送装置３２１に送信する（ｓ
１０７−（１））。タイマ値が規定時間を超過していれ
ば、異常処理を行なう（ｓ１０７−（２））。すなわ
ち、図４の伝送制御手段４２ａに接続された伝送ライン
を通して、伝送装置３２１へ１系伝送データが伝送され
る。この場合、伝送制御手段４２ｃに接続された伝送ラ
インにはデータが送信されない。規定時間内に１系伝送
データと２系伝送データが一致しない場合、１系の演算
部に異常が伝送され、自己診断処理により警報出力がさ
れる。上記一連のＡＮＤ処理は、２系においても同様に
実行される。

【００３３】図６に、制御棒制御装置と制御棒駆動装置
間を伝送する伝送データのフオーマットを示す。伝送制
御装置４２ａ〜伝送装置３２１間で、このフオーマット
によるデータが、例えばＨＤＬＣの通信プロトコルでサ
イクリックに光伝送される。このフオーマットは、伝送
制御装置４２ａから伝送装置３２１への伝送データと、
その逆方向の伝送データを含んでいる。

【００３４】伝送制御装置４２ａから伝送装置３２１へ
の伝送データには、例えば、表示・操作装置７２及びス
イッチ・ランプ回路７３での操作に基づき、制御棒駆動
機構２１の方向制御電磁弁を制御するための命令ワード
と、全制御棒の方向制御電磁弁を順次断線チェック等す
るためのテストワードが含まれている。

【００３５】また、逆方向の伝送データには、命令ワー
ドの選択制御棒に対応した状態情報として、フレーム内
に、制御棒のアドレスを示すビット情報や方向制御電磁
弁の励磁状態を示すビット情報等を有する確認ワード
と、全制御棒の座標マップ情報に基づいてスキャンして
取り込まれた制御棒駆動機構２１のスクラム動作に関わ
る機器の状態情報を有するスキャンワードが含まれる。

【００３６】図７に、伝送装置と電磁弁駆動回路間のシ
リアル信号のフレーム構成を示す。命令ワードのフレー
ム内は、基本的に伝送の同期をとるための同期ビット，
制御棒のアドレスを示すビット情報、方向制御電磁弁の
励磁命令を示すビット情報を含んでいる。

【００３７】確認ワードも同様なフレーム構成であり、
フレーム内は、基本的に伝送の同期をとるための同期ビ
ット，制御棒のアドレスを示すビット情報，方向制御電
磁弁の励磁状態を示すビット情報，制御棒駆動機構２１
のスクラム動作に関わる機器の状態情報などから構成さ
れる。

【００３８】図８に、ポート付き伝送装置３２１の回路
構成を示す。シリアル信号のフレームは、ポート付き伝
送装置３２１によるプロトコル変換処理がなされる。た
とえば、ＨＤＬＣプロトコルによる伝送制御手段４２ａ
からの伝送データは、光伝送ポートで受信された後、通
信インタフェースを介してＲＡＭメモリに転写される。
このメモリ上の関連データは、バイト等のデータ単位で
決められた周期タイミングで、プロトコル変換回路に転
送される。プロトコル変換回路では、シリアル信号のフ
レーム構成に合わせて、ビット情報の配列が再構成され
る。このプロトコル変換されたデータは、シリアル信号
として下流側の伝送装置３２２ａ，．．．３２２ｎ及び
電磁弁駆動回路３１ａ１，．．．３１ａｎに伝送され
る。

【００３９】ここで、ポート付き伝送装置３２１におけ
るプロトコル変換について説明する。図９は送信部の構
成、図１０は受信部の構成を示す。伝送装置３２１のプ
ロトコル変換・シリアル伝送処理は、伝送装置３２１の
ＲＯＭに格納されたプログラムに基いて、ＭＰＵで実行
される。図１１は、このプログラムを処理フローで表わ
したものである。伝送装置３２１の下流側にあって、自
身のグループにマルチドロップ接続されて属する電磁弁
駆動回路への分配と、さらに下流の伝送装置に中継する
機能を有する伝送装置３２２ａ．．．３２２ｎは、第１
０図に示すのと同様のシリアル伝送ポートを３つ有して
おり、上流からの制御命令としての命令ワードはそのう
ちの１つのポートを介して受信され、分配回路を通し、
他の１つのポートを介して自身のグループに属する複数
の電磁弁駆動回路に分配送信されるとともに、もう１つ
のポートを介して下流側の伝送装置３２２へ送信され
る。

【００４０】また、逆方向の伝送データである確認ワー
ドとスキャンワードは、３つのシルアル伝送ポートのう
ちの１つのポートを介して、自身のグループに属する複
数の電磁弁駆動回路から受信されるとともに、他の１つ
のポートを介して下流側の伝送装置から受信され、合成
（論理的にはＯＲ）回路を通し、もう１つのポートを介
して上流側の伝送装置３２２または３２１へ送信され
る。

【００４１】まず、上記の図８の３２２ａと同一回路へ
送信の場合は、第ｎ制御棒を指定されると（ｓ２０
１）、制御番号の行・列アドレスに対応するＲＡＭよ
り、第ｎ制御棒への方向制御弁励磁命令コードを取り込
み（ｓ２１１）、シフトレジスタに列アドレス、行アド
レス、方向制御弁励磁命令コードをセットする（ｓ２１
２）。そして、該シフトレジスタから、３２２ａと同一
回路シリアルに送信し（ｓ２１３）、応答受信待ちタイ
マーがスタートする（ｓ２１４）。

【００４２】すなわち、制御棒毎の方向制御弁励磁命令
コードが、図７に示した伝送データフォーマットに対応
したシフトレジスタに、クロックサイクルのあるタイミ
ングで同時ロードされるとともに、クロック動作に応じ
て要素としてのビットデータがシフトされ、シリアル信
号として３２２ａと同一回路へ送信される。

【００４３】一方、３２２ａと同一回路から受信の場合
は、応答を受信すると、応答受信待ちタイマを停止し、
シフトレジスタより列アドレス、行アドレス、方向制御
弁励磁応答の取り込みを行なう（ｓ２２１）。そして、
制御棒番号の行・列アドレスに対応するＲＡＭに、方向
制御弁励磁応答を格納し（ｓ２２２）、次制御棒を指定
してｓ２１１に戻る（ｓ２２３）。なお、応答受信がな
く、応答受信待ちの規定時間を超えると異常処理が行な
われる（ｓ２２４）。

【００４４】このように、図７に示した伝送データフォ
ーマットのシリアル信号がクロック動作に応じて、順
次、シフトレジスタに取り込まれるが、同期ビット検出
回路により伝送データフォーマットに対応したデータが
シフトレジスタにセットされたタイミングで、伝送デー
タフォーマットに対応して意味のあるデータが、伝送装
置３２１のＲＡＭ上に制御棒毎に対応して、制御棒毎の
方向制御弁励磁命令コードとして格納される。

【００４５】この伝送分岐部に伝送されるシルアル信号
は、ソフトウェア処理を全く含むことなく構成された専
用の電子回路と互換性のあるデータ構成を有しているの
で、制御棒駆動機構２１とのインタフェースを従来と同
一にできる。言い換えれば、インタフェースのプロトコ
ルを従来型と同一としている。

【００４６】プロトコル変換伝送処理では、全制御棒に
対応して順次、送信処理と受信処理を実行するととも
に、下流側からの応答受信待ちの規定時間を超過した場
合には、異常処理が実行される。その異常情報は上流側
の演算部に伝送され、自己診断により警報出力がされ
る。

【００４７】本発明のシステムは、２重化された演算部
の各々で制御指令データが生成され、積論理演算により
１つの制御指令データが選択されて、最終的に各制御棒
毎の駆動制御に用いられることを基本思想としている
が、２重化された部分の異常を想定して片系のバイパス
による１つの系による制御指令データが生成と各制御棒
毎の駆動制御機能も有している。

【００４８】図１２は、伝送制御装置４２におけるバイ
パス機能を示している。バイパススイッチは制御棒制御
装置４内に設けられ、バイパススイッチの選択状態は１
系の伝送制御手段４２ａと２系の伝送制御手段４２ｃに
（同様に４２ｂと４２ｄにも）取り込まれる（ｓ３１
１）。バイパススイッチの選択は、強制送信要求入力を
意味し、システムが正常である通常状態ではニュートラ
ル位置にあり、どちらの系も強制送信要求入力信号を取
り込まず（ｓ３１２−（１））、ＡＮＤ（積論理）処理
が行なわれる。

【００４９】ここで、操作制御手段４１ａ（１系）に異
常が発生した場合を考える。異常の発生は、自己診断に
より検出して警報出力がされ、運転員に認識される処と
なり、バイパス操作（２系に対する強制送信要求入力）
が行われる。２系に対する強制送信入力処理は、２系の
伝送制御手段４２ｃに取り込まれ、図４に示す内部メモ
リの２系伝送データのみが、伝送制御手段４２ｃに接続
された伝送ラインを介して、伝送装置３２１へ伝送され
る。

【００５０】この伝送制御手段４２ａ及び４２ｃ（同様
に４２ｂ及び４２ｄ）に設定されるバイパス状態は、図
１３（ｂ）に示すように、伝送装置３２１でも監視され
る。通常状態では１系からの受信状態が１系受信監視タ
イマーによって監視され（ｓ３２１）、サイクリック伝
送による定周期で伝送データが更新される場合、この監
視タイマーはリスタートを繰り返すことになる（ｓ３２
２−（１））。

【００５１】操作制御手段４１ａに異常が発生した場
合、１系伝送データは中断されることになり、監視タイ
マーはタイムアップする（ｓ３２２−（２））。この条
件で、２系受信監視タイマーがスタートし（ｓ３３
１）、２系としての受信データを確認した時点より、２
系受信監視タイマーのリスタートを繰り返すことになる
（ｓ３２２−（１））。この１系受信監視と２系受信監
視はタスキ掛けになっており、たとえば、２系の強制送
信要求入力位置からニュートラル位置にスイッチ選択が
復旧された時点で、１系伝送の監視にもどる。

【００５２】図１４に、制御棒位置監視システムの構成
を示す。制御棒監視装置６では、２重化された演算部で
ある位置監視装置６１ａ，ｂの各々に、伝送制御装置６
２ａ，ｂ及び伝送制御装置６２ｃ，ｄが接続される。

【００５３】制御棒駆動機構２１の関連機器は、上述の
ように２グループに分けられ、ケーブル接続上、位置入
力装置５も２つのグループに分けられて配置されること
が多い。このグループ化された位置入力装置５と光伝送
する伝送制御装置６２も、伝送制御装置６２ａ（１
系），ｃ（２系）のグループと伝送制御装置６２ｂ（１
系），ｄ（２系）のグループに分けられる。

【００５４】伝送制御装置６２ａ（１系），６２ｃ（２
系）には、図４と同様の内部メモリを有し系間接続がさ
れている。伝送制御装置６２ａの内部メモリには、２つ
の送受信ポートが設けられた位置伝送装置５２１から伝
送制御装置６２ａに接続された光伝送ルートで、図６に
示す伝送データのフオーマットで、制御棒位置情報とし
てのコード化されたリードスイッチ情報が位置ワードと
して、例えばＨＤＬＣの通信プロトコルでサイクリック
に光伝送される。

【００５５】伝送制御装置６２ａの内部メモリには、位
置ワードとしての１系伝送データが記憶されるととも
に、系間接続を介して伝送制御装置６２ｃの内部メモリ
にも記憶される。

【００５６】上記の位置伝送装置５２１から伝送され、
１系の伝送制御装置６２ａと２系の伝送制御装置６２ｂ
の内部メモリに記憶された位置ワードとしてのデータ
は、１系の位置監視装置６１ａと２系の位置監視装置６
１ｂの各々の演算部に読み取られ、各々の内部メモリに
記憶される。

【００５７】本実施例の制御棒監視装置及び位置入力装
置では、制御棒制御装置及び制御棒駆動装置と基本的な
データの流れが逆であるが、２重化された位置監視の演
算部で、単一系の伝送装置５２−位置入力回路５１から
の位置情報を分配して処理することを基本思想としてい
るので、２重化された部分の異常を想定して、片系のバ
イパスによる１つの系による制御棒位置データの処理を
可能とするバイパス機能は同様である。

【００５８】バイパススイッチは制御棒位置監視装置６
内に設けられ、図１２に示すのと同様の機能で、バイパ
ススイッチの選択状態は１系の伝送制御手段６２ａと２
系の伝送制御手段６２ｃに（同様に６２ｂと６２ｄに
も）取り込まれる。バイパススイッチの選択は、強制送
信要求入力を意味し、システムが正常である通常状態で
はニュートラル位置にあり、どちらの系も強制送信要求
入力信号を取り込まず、伝送制御手段６２ａに接続され
た光伝送ラインを通して伝送装置５２１から伝送された
データが、伝送制御手段６２ａで受信され、伝送制御手
段６２ａと伝送制御手段６２ｃとの交信により伝送制御
手段６２ｃにも受信される。

【００５９】ここで、位置監視手段６１ａ（１系）に異
常が発生した場合、異常の発生は、自己診断により検出
して警報出力がされ、運転員に認識される処となり、バ
イパス操作（２系に対する強制送信要求入力）が行われ
る。２系に対する強制送信入力処理は、２系の伝送制御
手段６２ｃに取り込まれ、伝送制御手段６２ｃに伝送装
置５２１と接続された光伝送ラインを通して、図１５に
示す位置ワードとしてのデータが伝送制御手段６２ｃで
受信され、内部メモリに記憶される。

【００６０】この伝送制御手段６２ａ及び６２ｃ（同様
に６２ｂ及び６２ｄ）に設定されるバイパス状態は、図
１３（ｂ）に示すのと同様に、伝送装置５２１でも監視
され、１系と２系の光伝送ラインの選択が行われる。

【００６１】一方、位置入力装置５側の位置伝送装置５
２１では、内部メモリに記憶される全制御棒の座標マッ
プ情報に基づいて順次スキャンされ、基本的に伝送の同
期をとるための同期ビット，制御棒のアドレスを示すビ
ット情報を含む、図１６に示すフレーム構成のプローブ
ワード（位置情報）として、マルチドロップ方式で接続
された伝送装置５２，位置入力回路５１の下流側からシ
リアル信号として伝送される。

【００６２】プローブワード（位置情報）のフレーム構
成は、基本的に上述の命令ワードと同様である。位置入
力回路５１，伝送装置５２の下流側からシリアル信号と
して送信されたプローブワード（位置情報）の伝送フレ
ームは、位置伝送装置５２１にてプロトコル変換処理が
行われ、上位の伝送制御装置６２へ送信される。

【００６３】このプロトコル変換処理は、制御棒制御シ
ステムの場合と同様に、図１６に示した伝送データフォ
ーマットのシリアル信号がクロック動作に応じて順次シ
フトレジスタに取り込まれ、同期ビット検出回路により
伝送データフォーマットに対応したデータがシフトレジ
スタにセットされたタイミングで、伝送データフォーマ
ットに対応して意味のあるデータが伝送装置５２１のＲ
ＡＭ上に、たとえば制御棒毎の１１芯のケーブルに対応
したコード化された位置情報として、Ｈ軸プローブデー
タ、Ｖ軸プローブデータのコードが格納される。

【００６４】上記の一連のプロトコル変換・シリアル伝
送処理は、位置伝送装置５２１のＲＯＭに格納されたプ
ログラムの制御によりＭＰＵで実行される。このＨ軸プ
ローブデータ、Ｖ軸プローブデータは、ＭＰＵの制御に
より５４個のリードスイッチの接点信号としての位置ワ
ードに変換される。

【００６５】位置監視装置６１ａ、６１ｂでは、位置伝
送装置５２より伝送された同一位置情報としての制御棒
位置データが各々の内部メモリに記憶されており、さら
に各々独立の処理により、さらに上位の表示制御装置７
１、８に伝送され、論理的には２つの位置データの非同
期ＯＲ（和論理）処理される。具体的には、例えばあら
かじめ定義したマスター／スレーブの優先制御により自
己診断による異常が検出されない場合はマスター系のデ
ータを、マスター系に異常が検出された場合はスレーブ
系のデータを選択することにより、択一された位置デー
タが表示・操作装置７２、９に表示される。

【００６６】以上、本実施例による原子炉手動操作装置
によれば、２重化された演算部を持つ制御棒制御装置を
備えているので、制御指令を２重化し、その論理積の演
算結果に基いて出力するので、システムの信頼性を向上
できる。さらに、論理積が成立しない異常時に、バイパ
ス処理によって正常な一方のみを出力するので、処理効
率を向上できる。さらに、伝送制御手段にプロトコル変
換を行なって制御棒毎の対応をとるので、制御棒駆動装
置とのインターフエースが容易である。

【００６７】次に、本実施例に基く盤構成のリプレース
（設備更新）について説明する。まず、従来の盤構成を
説明する。従来型のシステムは、専用の電子回路で実現
しており、それを実現するカード（プリント基板）は３
９種類程度である。本実施例の表示・操作装置７２及び
スイッチ・ランプ回路７３に相当する制御棒選択操作パ
ネルは、トランスミッタ・カード、データ・ドライバ・
カード、抵抗カード、ダイオード・アレイ・カード、フ
ル・コア・ＬＥＤ（Ａ〜Ｃ）・カードから構成されてい
る。一方、本実施例では、例えばタッチオペレーション
機能の表示・操作装置をベースとした異なるハードウェ
アで実現しており、リプレースには関連ハードウェアの
一式が対象となる。

【００６８】制御棒制御装置４に相当するところは、例
えば入力アイソレータ・カード、動作制御（Ａ・Ｂ）カ
ード、駆動タイマ・カード、アナライザ（Ａ〜Ｄ）カー
ド、フォールトマップ（Ａ〜Ｃ）カード、出力アイソレ
ータ（Ａ〜Ｃ）カードから構成されている。ここで、駆
動タイマ・カードは、制御棒の挿入あるいは引抜のため
の方向制御電磁弁の開閉のシーケンスタイミングを発生
させるものである。一方、本実施例では演算部をベース
とした、異なるハードウェアにより実現しており、リプ
レースは関連ハードウェア一式を対象とする。

【００６９】制御棒駆動装置３に相当するところは、例
えば、ブランチ・ジャンクション・カード、トランスポ
ンダ・カードから構成されている。本実施例では、上位
との伝送装置以外は従来のシステムと同一にしており、
後述するリプレース方式の適用が可能である。

【００７０】表示制御装置８に相当するところは、例え
ば、バッファ・カード、ディスプレイ・クロック・カー
ド、ソース・セレクタ・カード、データ・メモリ・カー
ド、ファイル・モニタ・カード、ランプ・テスト・ＰＩ
・カード、抵抗・カードから構成されている。本実施例
では、演算部をベースとした異なるハードウェアにより
実現しており、リプレースは関連ハードウェア一式を対
象とする。

【００７１】制御棒監視装置６に相当するところは、例
えば、ファイル・インタフェース・カード、スキャン・
コントロール・カード、サンプリング・バッファ・カー
ド、コンピュータ・メモリ・カード、アイソレート・ラ
ッチ付ＤＯカード、プローブ・データ・プロセッサ・カ
ードから構成されている。本実施例では、演算部をベー
スとした異なるハードウェアにより実現しており、リプ
レースは関連ハードウェア一式を対象とする。

【００７２】位置入力装置５に相当するところは、例え
ば、ファイル・コントロール・カード、プローブ・マル
チプレクサ・カードから構成されている。本実施例で
は、上位との伝送装置以外は従来のシステムと同一にし
ており、後述するリプレース方式の適用が可能である。

【００７３】このような従来構成に対して、本実施例の
構成を導入する場合に、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の制
御棒駆動装置の方式は、基本的に不変であることを前提
にする。計装制御システムにおける既設設備のリプレー
スにおいては、既設の制御盤一式を新規の制御盤に置き
換えるのが一般的である。

【００７４】しかし、本実施例のシステムでは、上述の
ように制御棒駆動機構２１を駆動する電子回路部３１及
び制御棒位置を入力する電子回路部５１を従来型と同一
にしているので、既設設備に合わせて、制御盤の部分リ
プレースが可能になる。すなわち、本実施例のシステム
では、基本的に制御棒駆動装置を駆動する電子回路部を
実装している制御盤（駆動補助盤）は、技術的には更新
しなくても良い。

【００７５】図1７に、本実施例によるリプレース後の
システム全体の盤構成を示している。制御棒制御装置４
と制御棒監視装置６は演算装置をベースとする２重系
で、全て新規の盤を示している。制御棒駆動装置３に相
当する駆動補助盤と、位置入力装置５に相当するマルチ
プレクサ盤は、配置Ａと配置Ｂの２つのグループに分か
れている。それぞれの盤内では、ポート付き伝送装置３
２１とポート付き位置伝送装置５２１のみが新規に導入
され、制御棒制御装置４及び制御棒監視装置６と伝送ラ
インで接続される。

【００７６】以下、制御棒駆動装置３を駆動する電子回
路部を実装している制御盤（駆動補助盤）を例に、２通
りのリプレース方法を説明する。制御棒位置を入力する
電子回路部を実装している制御盤（マルチプレクサ盤）
についても同様である。

【００７７】第一の方法は、制御棒駆動装置３を駆動す
る電子回路部を実装している制御盤において、電子回路
部を含む制御盤一式の更新ではなく、上流の演算部とデ
ータ伝送でインタフェースするための電子回路部（図１
のシステム構成図において、伝送制御部と電磁弁駆動回
路）を更新する（基本的に制御盤筐体と電気回路部を除
く）ケースである。

【００７８】図１８は駆動補助盤の実装構成図を示す。
トランスポンダユニット内に実装される電子回路部とし
てのプリント基板一式を、３２１，３２ａ１，３２ａ
２，・・３２ａｎ，３２２ａ，３２ｂ１，３２ｂ２，・
・３２ｂｎ，・・として新規製作したものに更新する。

【００７９】図１９はマルチプレクサ盤の実装構成図を
示す。盤実装上は機能を実現するためのカードを収納
し、カードへの電源電圧の供給とカード間の電気信号の
接続を行うユニットが存在し、ここでは従来のシステム
としてマルチプレクサユニットと呼んでいるユニット内
に実装される電子回路部としてのプリント基板一式を、
５２１，５２ａ１，５２ａ２，・・５２ａｎ，５２２
ａ，５２ｂ１，５２ｂ２，・・５２ｂｎ，・・として新
規製作したものに更新する。

【００８０】第二の方法は、制御棒駆動装置３を駆動す
る電子回路部を実装している制御盤のうち、ポート付き
伝送装置のみを更新するケースである。この方法では、
図１８の制御棒駆動装置盤の実装構成図において、ポー
ト付き伝送装置３２１に相当し、トランスポンダユニッ
ト内に実装される電子回路部としてのプリント基板３２
１のみを、新規製作したものに更新する。

【００８１】同様に、図１９の位置入力装置盤におい
て、マルチプレクサユニット内に実装される電子回路部
としてのプリント基板５２１のみを新規製作したものに
更新する。これによれば、制御盤筐体と電子回路部のリ
フレッシュを実施しないので、低コストでリプレースで
きる。

【００８２】次に、本発明の原子炉制御装置の実施例を
説明する。上記の実施例では、制御棒の水圧駆動を前提
とした原子炉手動操作装置について述べている。制御棒
駆動装置はディジタルのＯＮ／ＯＦＦ信号により制御さ
れている。そこで、上記の実施例は手動操作のみならず
自動操作も可能で、モータのＯＮ／ＯＦＦ制御で微駆動
する制御棒制御装置にも適用することができる。

【００８３】沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）における制御棒
制御のインターロックとしては、１本の同時駆動しか許
可していない。したがって、ソフトウェア処理により機
能を実現する演算部を含まず、電子回路のみで機能を実
現する従来型システムにおける制御指令のデータフレー
ムは、制御棒1本のデータしか有しておらず、方向制御
電磁弁を駆動制御する電子回路で制御出力信号のホール
ドをしていない。一方、改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷ
Ｒ）における制御棒制御のインターロックとしては、複
数本の同時駆動（ギャング駆動）が許可されている。

【００８４】本発明の制御棒制御装置には以下の二つの
方式が考えられる。第一の方式は、制御指令データのフ
レームには同時駆動本数分のデータを伝送できるように
するとともに、例えば方向制御電磁弁を駆動制御する電
子回路で制御出力信号をホールドし、駆動対象回路の仕
様に合わせて駆動回路を構成する。

【００８５】第二の方式は、制御指令データのフレーム
は同時駆動１本分のデータを伝送できるようにしかしな
い。そして、同時駆動本数分のデータをソフトウェア演
算でサイクリックに伝送フレームに載せるとともに、例
えば方向制御電磁弁を駆動制御する電子回路で制御出力
信号を同時駆動本数分ホールドし、駆動対象回路の仕様
に合わせて駆動回路を構成する。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、２重化された演算部で
のソフトウェア処理によりシステムの機能の向上を図る
とともに、各制御棒毎の制御棒駆動装置を駆動する手段
と制御棒駆動機構とのインタフェースを、専用の電子回
路から構成された原子炉手動操作装置の場合と同一にし
たため、部分的なリプレースを可能とし、システム機能
の高度化を低コストで実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による原子炉手動操作装置の
構成図。

【図２】制御棒操作のタイムチャート。

【図３】制御棒操作制御システムのハードウェア構成の
一実施例を示すブロック図。

【図４】伝送制御装置（４２）の内部メモリと系間接続
を示す構成図。

【図５】ＡＮＤ（積論理）処理を示すフローチャート。

【図６】伝送制御装置〜伝送装置間の伝送データテーブ
ルの説明図。

【図７】伝送装置〜電磁弁駆動回路間のシリアル信号の
フレーム構成の説明図。

【図８】伝送装置（３２１）の構成図。

【図９】伝送装置（３２１）のプロトコル変換の送信部
の構成図。

【図１０】伝送装置（３２１）のプロトコル変換の受信
部の構成図。

【図１１】プロトコル変換伝送処理のフローチャート。

【図１２】伝送制御装置（４２）のバイパス処理手段を
示す構成図。

【図１３】バイパス処理のフローチャート。

【図１４】制御棒位置監視システムのハードウェア構成
の一実施例を示すブロック図。

【図１５】制御棒位置監視システムにおける伝送制御装
置〜伝送装置間の伝送データテーブルの説明図。

【図１６】伝送装置〜位置入力回路間のシリアル信号の
フレーム構成の説明図。

【図１７】本実施例によるリプレース後のシステム全体
の盤構成図。

【図１８】制御棒駆動装置盤の実装構成図。

【図１９】位置入力装置盤の実装構成図。

【符号の説明】

１…原子炉、２…制御棒、２１…制御棒駆動機構、２２
…位置検出機構、３…制御棒駆動装置、３１…電磁弁駆
動回路、３２…伝送装置、３２１…ポート付き伝送装
置、４…制御棒制御装置、４１…操作制御手段、４２…
伝送制御手段、５…位置入力装置、５１…位置入力回
路、５２…位置伝送装置、５２１…ポート付き位置伝送
装置、６…制御棒監視装置、６１…位置監視装置、６２
…伝送制御装置、７１…表示制御装置、７２…表示・操
作装置、７３…スイッチ・ランプ回路、８…表示制御装
置、９…表示・操作装置。

フロントページの続き (72)発明者 桝井 晃二 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所情報制御システム事業部 内 (72)発明者 松田 正裕 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 日 立プロセスコンピュータエンジニアリング 株式会社内 Ｆターム(参考） 2G075 CA39 DA02 FC05 FC08 FC14 FC17 GA26 GA28

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御棒を電磁弁駆動による水圧で制御す
   る沸騰水型原子炉の手動操作装置において、 手動の操作情報による駆動シーケンスのタイミングから
   シーケンスパターンを生成する２重化された演算部をも
   つ操作制御手段と、該シーケンスパターンに基いて操作
   対象制御棒毎の命令コードを作成するとともに、該命令
   コードの各々を２重化された別の演算部で相互に交信し
   て、予め決められた時間ずれ内での論理積を求め、一致
   した場合に択一した命令コードを伝送する伝送制御手段
   と、該命令コードを受信してプロトコル変換し、下流の
   複数の伝送分岐部に制御指令として伝送する伝送装置
   と、該伝送分岐部から分岐して１本毎の制御棒駆動装置
   を駆動する電磁弁駆動回路を設けることを特徴とする原
   子炉手動操作装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記プロトコル変換は、制御棒番号を指定されると、そ
   の番号の行・列アドレスに対応する励磁命令コードを前
   記命令コードを格納しているＲＡＭから読み出し、シフ
   トレジスタを介してシリアル信号により伝送することを
   特徴とする原子炉手動操作装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記伝送制御手段は、前記命令コードの一方が異常な場
   合に出力される強制送信要求に応じて、他方の命令コー
   ドのみを出力するバイパス手段を設けていることを特徴
   とする原子炉手動操作装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３において、 制御棒毎に設けられた位置検出機構のコード化された複
   数のオン／オフ信号を入力する位置入力回路と、該複数
   の位置入力回路から上流の伝送分岐部にシリアル信号と
   しての位置情報を伝送し、該位置情報をさらに上流にデ
   ータ伝送する位置伝送装置と、該データを受信して２重
   化された演算部で相互に交信して、制御棒位置情報を２
   重化された別の演算部でソフトウェア処理する位置監視
   装置と、２重化された制御棒位置データから選択して表
   示する手段を含む制御棒位置監視装置を設けたことを特
   徴とする原子炉手動操作装置。
5. 【請求項５】 制御棒を電磁弁駆動による水圧で制御す
   る沸騰水型原子炉の手動操作装置において、 手動の操作情報からシーケンスパターンを生成する２重
   化された演算部をもつ操作制御手段と、該シーケンスパ
   ターンに基いて操作対象制御棒毎の命令コードを作成す
   るとともに、該命令コードの各々を２重化された演算部
   で相互に交信して論理積を求め、一致した場合に択一し
   た命令コードを伝送する伝送制御手段を含んで一新され
   た制御棒制御装置としての盤と、 前記命令コードを受信してプロトコル変換し、下流の複
   数の伝送分岐部に制御指令として伝送する新規の伝送装
   置と、該伝送分岐部から分岐して１本毎の制御棒駆動装
   置を駆動する専用の電子回路による電磁弁駆動回路を含
   む制御棒駆動装置としての駆動補助盤を備えてなること
   を特徴とする原子炉手動操作装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、 データを受信して制御棒位置情報を２重化された演算部
   でソフトウェア処理する位置監視装置と、２重化された
   制御棒位置データから選択して表示する手段を含んで一
   新された制御棒監視装置としての盤と、 制御棒毎に設けられた位置検出機構のコード化された複
   数のオン／オフ信号を入力する専用電子回路による位置
   入力回路と、該複数の位置入力回路から上流の伝送分岐
   部を経由し、さらに２分岐して前記制御棒監視装置にデ
   ータを伝送する新規の位置伝送装置を含む位置入力装置
   としてのマルチプレクサ盤を備えてなることを特徴とす
   る原子炉手動操作装置。
7. 【請求項７】 原子炉の制御棒のうち、操作する制御棒
   の選択と引抜きまたは挿入の駆動方向及び駆動方法の設
   定を手動または自動で行なう原子炉制御装置において、 該手動または自動により設定された制御棒の駆動タイミ
   ングを２重化された演算部のデータとして生成し、該２
   重化されたデータを２重化された別の演算部で相互に交
   信して、あらかじめ決められた時間ズレ内での積論理を
   実行し、該論理演算結果により１つの制御指令データを
   択一して送信する制御棒制御装置と、 該択一された制御指令を受信すると、下流の複数の伝送
   分岐部にシリアル信号として伝送し、該伝送分岐部から
   分岐して各制御棒毎の制御棒駆動装置を駆動する制御棒
   駆動装置を設けることを特徴とする原子炉制御装置。