JP2003186543A - 操作弁の位置調節方法 - Google Patents

操作弁の位置調節方法

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JP2003186543A JP2002336402A JP2002336402A JP2003186543A JP 2003186543 A JP2003186543 A JP 2003186543A JP 2002336402 A JP2002336402 A JP 2002336402A JP 2002336402 A JP2002336402 A JP 2002336402A JP 2003186543 A JP2003186543 A JP 2003186543A
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レーンスト ラインハルト
Rudolf Schlehuber
シュレフーバー ルードルフ
Gerta Zimmer
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 操作弁の位置を調節するための弁位置発信器
の故障が位置調節ループの故障を招かないようにする。 【解決手段】 制御量３として求められた操作弁３２の
位置の指令量４に対する制御偏差を決定し、この制御偏
差から操作量５を求め、操作量５により操作弁３２を指
令量４により予め定められた位置に位置決めすることに
より操作弁の位置を連続的に調節する方法において、操
作弁３２の位置に相応する制御量を操作量５と操作弁３
２の位置によって影響を受け得る別の量６との監視によ
り求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、操作弁、特にプロ
セス調節またはプロセス制御の部分としての操作弁、の
位置を連続的に調節するための方法であって、制御量と
して求められた操作弁の位置の目標量に対する制御偏差
が決定され、この制御偏差から操作量が求められ、その
操作量により操作弁が目標量により予め定められた位置
に位置決めかつ（または）保持される方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術でタービンを用いて水蒸気か
らエネルギーを発生させるためのプロセスであって、蒸
気が中間過熱器から、例えば後段に接続されている低圧
タービンを有する中圧タービンから成るタービンセット
へ導かれ、その際にタービンが共通の軸上に配置されて
いるプロセスは知られている。タービンを定められた作
動状態または最適な作動状態で作動させ得るように、タ
ービンセットに対して並列に位置調節部を有する迂回操
作弁が設けられている。このような操作弁は通常電気流
体圧式駆動部を有する。
【０００３】位置調節は調節により予め定められた目標
値（指令値）に相応して操作弁を位置決めする。この調
節のために必要な実際値（検出された制御量）はアナロ
グの行程測定変換器を有する弁位置発信器から与えられ
る。
【０００４】実際値の目標値に対する制御偏差に、予め
定められた調節特性に従って操作値（操作量）が対応付
けられており、それにより電気流体圧式駆動を介して操
作弁が予め定められた位置に位置決めされる。
【０００５】長い管路が接続されている場合にはシステ
ムに振動傾向があることが判明しており、その際に弁に
相応した振動負荷が生ずる。このことは、操作弁に配置
されている弁位置発信器において、当該の弁位置発信器
の高い故障率の原因となる高い機械的負荷に通ずる。現
在の制御技術の構成では弁位置発信器の故障は迂回弁の
閉止、従ってまた位置調節ループの故障をもたらす。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、弁の位置を調節するための公知の方法を、弁位置発
信器の故障が位置調節ループの故障を招かないように改
良することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そのために本発明によれ
ば、操作弁の位置に相応する制御量が操作量と操作弁の
位置によって影響可能な少なくとも１つの別の量との監
視により求められることが提案される。
【０００８】ここで「監視」とは、システムの初期状態
が有限の間隔にわたって知られている入力量および出力
量の経過から決定され得るならば、システムが完全に監
視可能と呼ばれるという調節技術的な定義として理解さ
れるべきものである（ヤンルンツェ（Jan Lunze）著
「調節技術（Regelungstechnik）２」定義・２またはオ
ット フェリンガ（Otto Foellinger）著「調節技術（Re
gelungstechnik）」５版、定義11.109参照）。
【０００９】操作弁に対する弁位置発信器は完全に省略
することができ有利である。部品及びコスト、特に保守
および維持のためのそれを逓減または回避することがで
きる。本発明による解決策により高い度合の精度および
信頼性が達成され得る。さらに、例えば設備に後から装
備する際に監視部が選択的に弁位置発信器に対して並列
に使用され得る。弁位置発信器の誤機能の場合に、調節
のために必要な制御量が監視により弁位置発信器の機能
に無関係に求められ得る。高度の信頼性および精度を得
ることができる。本発明による解決策は基本的に調節回
路に使用可能であり、弁位置目標値が指令量として固定
的に予め定められるか、もしくは上位の調節回路、例え
ば圧力調節回路、により予め定められていてよい。
【００１０】さらに、操作量と、操作弁の前後でそれぞ
れ検出された圧力との監視により、操作弁の位置に相応
する制御量が求められることが提案される。有利に、既
に存在し、プロセス制御またはプロセス調節のためにい
ずれにせよ必要な測定個所を制御量を求めるために使用
することができる。
【００１１】さらに、指令量が上位の調節、特に圧力調
節、により予め定められることが提案される。こうして
弁位置が上位の調節により予め設定可能であり、その際
に予め設定された位置の到達および保持がさもなければ
無関係な調節によりもたらされる。特にこのことは大き
い技術的設備において、ローカルに配置されている調節
を用いて離れた中央から予め定められた弁位置を迅速か
つ障害なしに達成かつ（または）保持することを可能に
し得る。さらに、調節が有利に比例動作を有することが
提案される。
【００１２】それに加えて、操作弁の求められた位置が
指示されることが提案される。弁位置の監視された測定
値が、別の測定手段を必要とせずに、表示され得る。測
定値は上位の調節または中央にも伝達され得る。
【００１３】質量流量が各圧力に比例していることは有
利である。さらに、操作弁に臨界超過の圧力降下が存在
していることが提案される。
【００１４】現在の弁行程に関係していない形態で結果
として生ずる弁運動に作用する明示的に知られている弁
操作量を得るため、調節がアフィンであることが提案さ
れる。
【００１５】さらに、指令量（４）の値が約−１０％な
いし１１０％の範囲内であることが提案される。有利に
操作弁の終端位置に確定して到達することができる。
【００１６】調節への介入可能性を生ぜしめるため、操
作量が選択スイッチに導かれることが提案される。こう
して操作量がたとえば検査目的で予め定められた操作値
を与えられることが達成される。たとえば最大および
（または）最小の行程を求めるため、操作量が選択スイ
ッチを介して最大または最小値に切換えられ得る。
【００１７】さらに、制御量として選択的に弁位置発信
器の検出された測定値も使用されることが提案される。
こうしてたとえば検査目的で弁位置を直接的に求めるか
監視により求めるかが選ばれ得る。
【００１８】さらに、弁位置発信器の測定値がいわゆる
監視部、前記の量の監視により操作弁の位置を求める装
置、を較正するために使用されることが提案される。直
接的に測定された弁位置は、弁位置発信器に対して望ま
しい作動状態で弁位置発信器を用いて調節するため偏差
が可能なかぎりわずかになるように、監視部のパラメー
タを設定するために有利に利用することができる。
【００１９】さらに、操作弁が電気流体圧式駆動を介し
て目標量により予め定められた位置に位置決めかつ（ま
たは）保持されることが提案される。操作弁を高い要求
に対して有利に使用することができる。操作弁および
（または）電気流体圧式駆動部から成るシステムの操作
特性が、迅速かつ安定な調節がたとえば振動または腐食
により発生される欠陥を回避しながら行われ得るよう
に、調節特性において考慮され得る。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明のその他の詳細、特徴およ
び利点は以下の実施例の説明から明らかになる。図にお
いて本質的に等しい部分には等しい符号が付されてい
る。さらに等しい特徴および機能に関しては図１の実施
例の説明を参照されたい。
【００２１】図１は水蒸気からエネルギーを発生する設
備の設備プランからの部分を示す。管路１０を経て水蒸
気の流れが分岐２９を経て弁３１、３２に導かれる。
【００２２】さらに図１は、流れ方向に操作弁３１、３
２の前に配置されている圧力測定個所６と流れ方向に操
作弁３２の後に配置されている圧力測定個所７とに接続
されている監視部１７を示す。質量流量は各圧力差に比
例しており、その際に操作弁３２に臨界超過の圧力降下
が存在している。さらに監視部１７は入力信号として位
置調節器２８から操作量５を得る。これらの３つの入力
量から監視部１７は操作弁３２の弁位置の実際値２２を
求める。この信号は、指令量４に対する制御偏差２を求
める位置調節器２８に与えられ、それから位置調節器２
８が操作弁３２に対する操作量５を発生する。指令量４
は、操作弁３２の終端位置の定められた到達を可能にす
るため、−１０％と１１０％との間の値をとり得る。選
択スイッチ３０を介して、任意に、詳細には図示されて
いない弁位置発信器から与えられる実際値１４も調節の
ために選ぶことができる（図２）。調節としてアフィン
調節が設けられている。
【００２３】図２はプロセス調節の部分としての操作弁
３２の位置を連続的に調節するための方法のブロック図
を示す。その際に比較器１８により制御量３として求め
られた操作弁３２の位置の指令量４に対する制御偏差２
が決定され、制御偏差２から操作量５が求められ、その
操作量により操作弁３２が指令量４により予め定められ
た位置に位置決めかつ（または）保持される。本発明に
より、操作弁３２の位置に相応する制御量３が操作量５
と操作弁３２の位置により影響を受け得る２つの別の量
６、７との監視により求められる。この２つの量はこの
実施例ではそれぞれ操作弁３２の前および後で検出され
る圧力６、７により形成される。
【００２４】指令量４は上位の圧力調節８から予め定め
られる。位置調節器２８は比例動作により特徴付けられ
ている。詳細には示されていない表示器の表示信号１を
介して、操作弁３２の求められた位置が表示される。さ
らに、操作弁３２の詳細には示されていない電気流体圧
式駆動部のコイルを駆動するため、操作量９が発生され
る。
【００２５】操作量５は選択スイッチ１１に導かれ、そ
れにより、任意に下側限界値１３を操作量として選ぶこ
とができる。その後に切換スイッチ２６が設けられてお
り、それにより、任意に上側限界値１２を操作量として
選ぶことができる。
【００２６】監視部１７の基本的な機能をここでもう一
度簡単に説明しておく。知られているように、測定技術
的に自由に処理できるので、操作弁３２の前および後の
圧力６、７が出力量として、またその操作量５が入力量
として電圧の形で評価される。時間的経過から初期状
態、ここでは操作弁３２の位置に対する信号２２を決定
することができる（これについては特に前述のヤン ル
ンツェ（Jan Lunze）の著書参照）。
【００２７】詳細には、弁位置が、操作弁３２の前およ
び後で測定された圧力６、７ならびに弁位置に相応する
操作量５としての電圧９を使用して、監視部１７の助け
をかりて求められる。この実施例では操作弁３２の位置
変化は加わる電圧９に比例している。しかし、それと共
に、操作弁３２自体の位置が加わる電圧９に比例する構
成も考えられる。
【００２８】操作弁３２の後の圧力７は流入および流出
する蒸気質量流量１９、２０に関係する（図３）。圧力
変化は体積に関係する蓄積時定数２１を介して質量流量
１９、２０の差に比例している。臨界超過の圧力降下の
仮定のもとに、操作弁３２の後の空間に流入する蒸気質
量流量１９は弁位置と操作弁３２の前の圧力６との積に
比例している。流出する蒸気質量２０は先ず第一に管路
を通って形成される詳細には示されていない蓄積空間に
生ずる圧力７に比例している。このことは乗算器１５、
１６により表される。
【００２９】ここに示すべきシステムは結合された微分
式を有する微分式システムにより表すことができる。
【数１】 ｈv ＝弁位置 Ｐnach ＝操作弁の後に生ずる圧力 Ｔv ＝体積時定数 ＫU,1,2 ＝パラメータ Ｐvor ＝操作弁の前の圧力 Ｕv ＝操作弁における電圧（操作量）
【００３０】監視部１７によりシステム式の動特性がシ
ミュレートされる。オリジナルシステムの式に付加し
て、監視部１７は測定された圧力７と監視された圧力７
との間の差の帰還を含んでいる。監視部１７は式
【数２】 により記述される。ダッシュを付された量は監視部状態
である。
【００３１】パラメータｄ1 およびｄ2 は、誤差に対す
る差式
【数３】 が原点（０、０）で安定であるように選ばなければなら
ない。このことから、付属の特性的な多項式が零よりも
小さい実数部を有する複素零位置のみを有するときに安
定である微分式システム
【数４】 が生ずる。このことからパラメータｄ1 およびｄ2 に対
して下式が続く： ｄ2 ＞Ｋ2 ／Ｔv および ｄ1 ＞０
【００３２】パラメータに対してはこの実施例では下記
の値が示される： Ｋ1 ＝２.３ Ｋ2 ＝４.５５ Ｋ3 ＝０.０１ Ｔv ＝０.１ ｄ1 ＝１ ｄ2 ＝０.０２ Ｋu ＝０.５（初期設定）
【００３３】図面に示されている実施例は単に本発明を
説明するためのものであり、本発明はこれらの実施例に
限定されない。特に操作弁の位置により影響可能な量、
例えば質量流量、の選択のような個々の方法ステップ、
操作量の切換のような付加的な機能などは変更すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタービンセットを調節するための設備
の構成配置図である。
【図２】本発明による監視部を有する操作弁の調節のた
めのブロック図である。
【図３】本発明による監視部のブロック図である。
【符号の説明】
１ 表示信号 ２ 制御偏差 ３ 制御量 ４ 指令量 ５ 操作量 ６ 弁の前の圧力 ７ 弁の後の圧力 ８ 上位の調節 ９ 電圧 １０ 管路 １１ 選択スイッチ １２ 最大値 １３ 最小値 １４ 弁位置発信器の実際値 １５ 乗算器 １６ 乗算器 １７ 監視部 １８ 比較器 １９ 流入蒸気質量流量 ２０ 流出蒸気質量流量 ２１ 体積に関係する蓄積時定数 ２２ 監視される実際値 ２６ 切換スイッチ ２８ 位置調節器 ２９ 分岐 ３０ 切換スイッチ ３１ 操作弁 ３２ 操作弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルードルフ シュレフーバー ドイツ連邦共和国 46145 オーバーハウ ゼン ホーアー リング ３ (72)発明者 ゲルタ チンマー ドイツ連邦共和国 45468 ミュールハイ ム アン デア ルール シュタイラー ヴェーク 12 Ｆターム(参考） 5H303 AA30 BB01 CC10 DD01 DD06 EE03 FF03 JJ10

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 操作弁（３２）の位置を連続的に調節す
    るための方法であって、制御量（３）として求められた
    操作弁の位置の指令量（４）に対する制御偏差（２）が
    決定され、この制御偏差（２）から操作量（５）が求め
    られ、操作量により操作弁（３２）が指令量（４）によ
    り予め定められた位置に位置決めかつ（または）保持さ
    れる方法において、操作弁（３２）の位置に相応する制
    御量（３）が操作量（５）と操作弁（３２）の位置によ
    って影響を受け得る少なくとも１つの別の量（６、７）
    との監視により求められることを特徴とする操作弁の位
    置調節方法。
  2. 【請求項２】 操作量（５）と操作弁（３２）の前後で
    それぞれ検出された圧力（６、７）との監視により、操
    作弁（３２）の位置に相応する制御量（３）が求められ
    ることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 指令量（４）が上位の調節（８）により
    予め定められることを特徴とする請求項１または２記載
    の方法。
  4. 【請求項４】 比例動作が用いられることを特徴とする
    請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
  5. 【請求項５】 操作弁（３２）の求められた位置が表示
    されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１
    つに記載の方法。
  6. 【請求項６】 各圧力に比例する質量流量が用いられる
    ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記
    載の方法。
  7. 【請求項７】 操作弁（３２）における臨界超過の圧力
    降下が用いられることを特徴とする請求項１ないし６の
    いずれか１つに記載の方法。
  8. 【請求項８】 アフィン調節が用いられることを特徴と
    する請求項１ないし７のいずれか１つに記載の方法。
  9. 【請求項９】 約−１０％ないし１１０％の範囲の指令
    量（４）の値が用いられることを特徴とする請求項１な
    いし８のいずれか１つに記載の方法。
  10. 【請求項１０】 操作量（５）が少なくとも１つの選択
    スイッチ（１１）に導かれることを特徴とする請求項１
    ないし９のいずれか１つに記載の方法。
  11. 【請求項１１】 操作量（９、１０）が選択スイッチ
    （１１）を介して最大または最小値（１２、１３）に切
    換えられることを特徴とする請求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 制御量（３）として選択的に弁位置発
    信器の検出された測定値（１４）が使用されることを特
    徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の方
    法。
  13. 【請求項１３】 弁位置発信器の測定値（１４）が監視
    部（１７）を較正するために使用されることを特徴とす
    る請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の方法。
  14. 【請求項１４】 操作弁（３２）が電気流体圧式駆動を
    介して指令量（４）により予め定められた位置に位置決
    めかつ（または）保持されることを特徴とする請求項１
    ないし１３のいずれか１つに記載の方法。
JP2002336402A 2001-11-23 2002-11-20 操作弁の位置調節方法 Pending JP2003186543A (ja)

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