JP2004060464A

JP2004060464A - タービン制御システム

Info

Publication number: JP2004060464A
Application number: JP2002216748A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Inada; 稲田　浩; Kazunari Takahashi; 高橋　和成
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba System Technology Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba System Technology Corp
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】個々のプラント毎に別途シミュレータを用意せずに、シミュレーション部の特性をプラントの実特性に合わせることが容易に可能なタービン制御システムを提供する。
【解決手段】操作指令を出力する入出力インターフェースから出力された操作指令および制御対象プラントから検出された状態信号を入力し、演算して求めた制御指を前記制御対象プラントに向け出力する制御部を備えたタービン制御装置と、前記タービン制御装置とは別置きされ、前記制御対象プラントを模擬するシミュレーション部を備えたシミュレータと、通常運転時は前記プラント状態信号を前記制御部に入力させると共に、前記制御指令値を制御対象プラントに出力させ、制御対象プラントをシミュレーションする際は、模擬入力信号を前記プラント状態信号に切り替えて前記制御部に入力させると共に、前記制御指令値を制御対象プラント側からシミュレーション部側に切り替える手段とを備えた。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタービン制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５を参照して従来のタービン制御システムについて説明する。
タービン制御システム１は、一般にタービンを制御するために制御指令を制御対象のプラントに出力するタービン制御装置２と、このタービン制御装置２に操作指令ａを入力する入出力インターフェース（ヒューマン・マシン・インターフェース（ＨＭＩ）ともいう）３と、このタービン制御装置２を運転訓練する際、タービン制御装置２の制御対象であるプラントを模擬したシミュレータ４とを備えている。５はシミュレータ４内に設けたシミュレーション部である。
【０００３】
また、前記タービン制御装置２は、前記入出力インターフェース３から操作指令および制御対象であるプラントのタービン本体や各種弁等から検出されたタービン速度信号、弁開度信号あるいは負荷信号等のプラント状態信号ｂをフィードバックして入力し、所望のタービン速度や負荷が得られるように弁開度指令（以下、制御指令という）を所定のアルゴリズムに基づいて算出し、出力する制御部６を備えている。
【０００４】
７´は前記制御部６に入力される信号を、プラント状態信号ｂからシミュレータ４のシミュレーション部５から出力される模擬信号ｃに、あるいはその逆に模擬信号ｃからプラント状態信号ｂに切り替える常用／模擬切り替え部であり、８´は制御指令ｄの出力先を制御対象プラントからシミュレータ４のシミュレーション部５に、あるいはその逆に切り替えるための常用／模擬切り替え器である。
【０００５】
このように構成されたタービン制御システムは、通常運転時前記切り替え部７´、８´を図示実線の状態に接続しており、運転訓練等のためにシミュレーションを行う場合は、前記切り替え部７´、８´を図示破線の状態に切り替えて、前記制御部６側とシミュレータ４のシミュレーション部５とを接続する必要があった。図示のシステム構成例は単一システム構成であるが、２重化システム構成、３重化システム構成の場合においても同様のことがいえる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来システムは運転訓練時のシミュレーションを行う場合、個々のプラント毎にシミュレータを１台用意し、そのうえ、切り替え部７´、８´は一般的に配線変更で行うように構成しているため、そのセットアップに手間を要するばかりでなく、シミュレーション部３の特性を実際のプラントの特性と合わせるために面倒な調整が必要であった。
【０００７】
そこで本発明は、上記従来技術の欠点に鑑み、シミュレーションを行う場合、プラント毎に個々にシミュレータを用意せずに、また、シミュレーション部の特性をプラントの実特性に合わせることが容易に可能なタービン制御システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係わるタービン制御システムの発明は、操作指令を出力する入出力インターフェースと、この入出力インターフェースから出力された操作指令および制御対象プラントから検出されたプラント状態信号を入力し、所定のアルゴリズムに基づいて演算して制御指令値を求め、前記制御対象プラントに向け出力する制御部を備えたタービン制御装置と、前記制御対象プラントを模擬するシミュレータと、から構成したタービン制御システムにおいて、前記タービン制御装置とは別置きされ、前記制御対象プラントを模擬する模擬信号を出力するシミュレーション部を備えたシミュレータと、前記タービン制御装置に設けられ、通常運転時は、プラント状態信号を前記制御部に入力させると共に、前記制御指令値を制御対象プラントに出力させ、制御対象プラントをシミュレーションする際は、前記模擬入力信号を前記プラント状態信号に切り替えて前記制御部に入力させると共に、前記制御指令値を制御対象プラント側からシミュレーション部側に切り替える切り替え手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、タービン制御装置毎に、シミュレーション装置を用意することなくシミュレーションを行うことが可能なタービン制御システムを提供することができる。
【００１０】
また、請求項２に係わるタービン制御システムの発明は、請求項１において、前記制御部を常用系と待機系とに２系列化すると共に、いずれかの系の正常な制御部の制御指令を選択して出力する切り替え装置を設けたことを特徴とする。　この発明によれば、２系列化システムにおいても、個々のプラント毎にシミュレータを用意することなく、シミュレーションを行うことが可能である。
【００１１】
また、請求項３に係わるタービン制御システムの発明は、請求項２において、常用系と待機系に２系列化した前記制御部に対してそれぞれ個別に操作指令を出力するように前記入出力インターフェースを複数個設け、前記プラント状態信号あるいは前記模擬信号のうちのいずれか一方の信号を常用系の制御部に入力し、他方の信号を待機系の制御部に入力するように構成した切り替え手段を設けたことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、タービン制御装置を操作する入出力インターフェースを各系毎に備えているため、通常運転中にも、待機系の制御部を使って、シミュレーションを行うことが可能である。
【００１３】
また、請求項４に係わるタービン制御システムの発明は、請求項１ないし３において、前記タービン制御装置に設けられ、前記プラント状態信号および前記制御対象プラントに出力される制御出力を常時入力し、前記別置きされたシミュレーション部との間で信号のやり取りを行う伝送装置と、前記シミュレータに設けられ、前記伝送装置を介して常時取り込んだプラント状態信号および前記制御指令値に基づいて制御対象プラントの伝達関数を同定するシステム同定部と、を設けたことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、プラントの伝達関数を求め、シミュレーションを行う場合には、前記システム同定部で求まったプラントの伝達関数を遠隔地のシミュレーション部にセットすることで、請求項１の発明に加え、シミュレーション部の特性を容易にプラントの実特性に合わせることが可能なタービン制御システムを提供することができる。
【００１５】
さらに、請求項５に係わるタービン制御システムの発明によれば、請求項１ないし４において、プラント状態信号および前記シミュレーション部から出力される模擬入力を比較し、前記制御対象プラントの異常を検出する異常検出部を備えたことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、通常のプラント運転中は、制御装置の制御出力より、遠隔地のシミュレーション部おいて、プラントの状態変化を求め、前記シミュレータ部で求まったプラントの状態と実際のプラントの状態を示す外部入力を比較し、異常状態を検出することで、請求項１の発明に加え、プラントの異常状態を検出することが可能なタービン制御装置を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、各発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図に共通する部分には同一符号をつけて説明を省略する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態を示すシステム構成図である。本実施形態によるタービン制御システム１は、基本的には従来の技術と同様、プラントのタービンを制御するためのタービン制御装置２と、このタービン制御装置２に操作指令を入力する入出力インターフェース３と、このタービン制御装置２を用いて制御対象プラントの運転訓練を行う際、タービン制御装置２によって制御されるプラントを模擬するためのシミュレータ４とを備えている。
【００１９】
しかしながら、本実施形態においては、上記の構成に加えて、前記シミュレータ４をタービン制御装置２と１対１の関係で対応して設ける代わりに、遠隔地に別置きして伝送路９で接続し、さらにこのシミュレータ４内にプラント状態信号ｂとタービン制御装置２から出力される制御指令ｄとを入力することによって、タービン制御装置２が制御するプラントの伝達関数を同定するシステム同定部１０を設けるようにしたものである。
【００２０】
一方、遠隔地にシミュレータ４を設置したことに伴い、前記タービン制御装置２内には、タービン制御装置２自体と前記シミュレータ４との間で信号のやり取りを行うための伝送装置１１を設けると共に、シミュレーション時に前記制御部６に入力されているプラント状態信号ｂをシミュレーション部５から伝送路９および伝送装置１１を介して出力される模擬信号ｃに切り替える入力側の常用／模擬切り替え器７と、制御部２から出力される制御指令ｄの出力先を制御対象プラント側から伝送装置４側に切り替える出力側の常用／模擬切り替え器８とを備えている。
【００２１】
そして、プラント状態信号ｂおよび制御指令ｄを、それぞれ接続回路１２−１および１２−２によって前記伝送装置１１に常時入力するようにし、さらにこの伝送装置１１および伝送路９を介してシステム同定部１０に入力し、制御対象プラントの伝達関数を例えばＡＲＭＡモデル（Ａｕｔｏ　Ｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ　Ｍｏｖｉｎｇ　Ａｖｅｒａｇｅ；自己回帰移動平均モデル）にて求めるように構成している。
【００２２】
このように構成した本実施形態に係わるタービン制御システムにおいて、制御対象プラントの通常運転中は、常用／模擬切り替え器７および８を実線で示す位置に設定してプラント状態信号ｂを制御部６に入力させ、操作指令ａとプラント状態信号ｂとを所定のアルゴリズムに基づいて演算して求め、この制御指令を制御対象プラントに出力して、プラントの各種弁の弁開度を制御し、タービン速度、負荷等を制御している。
【００２３】
一方、運転訓練等を目的とした制御対象プラントのシミュレーションを行う場合は、前記入口側の常用／模擬切り替え器７を実線の位置から破線の位置に切り替え接続し、シミュレーション部５の模擬出力を伝送路９および伝送装置１１を介して制御部６に入力する。
【００２４】
また同時に、前記出口側の常用／模擬切り替え器８を破線で示す位置に切り替え接続し、制御部６から出力される制御指令ｄを伝送装置１１および伝送路９を介してシミュレーション部５に入力する。
【００２５】
そして、シミュレーション部５から制御部６に対して制御対象プラントを模擬した模擬信号ｃを入力してシミュレーションを行う。この場合シミュレーション部５の特性は、プラント状態信号ｂおよび制御指令ｄが接続回路１２−１、１２−２を介して前記システム同定部１０に常時入力され、制御対象プラントの実特性に合わせるようにしているので、従来技術のようにシミュレーションを行う都度、人為的に特性を合わせる作業等は必要とはしない。
【００２６】
なお、図１ではタービン制御装置６とシミュレータ４とを１対１の対応関係で描いたが、本発明の主旨は１台のシミュレータで複数台のタービン制御装置２に対応することを可能にしたものであり、図示しない他のタービン制御システム１についても、図１の場合と同様に共通のシミュレータ４を他のタービン制御装置２内に設けた伝送装置１１に接続される。
【００２７】
以上述べたように、本発明のタービン制御システムは、タービン制御装置２内にシミュレータ４との間を信号のやり取りを行う伝送装置１１を設けると共に、シミュレーション時には、制御部６の入出力信号回路を切り替える常用／模擬切り替え手段（７および８）を設けるようにしたので、個々のプラント毎にシミュレータ４を用意することなく、また、配線変更等の手間をかけることもなくシミュレーションを行うことが可能となる。
【００２８】
さらに、シミュレーションを行う際、シミュレーション部５にはシステム同定部１０で求めた制御対象プラントの特性を示すＡＲＭＡモデルの伝達関数をセットするようにしたので、シミュレーション部５の特性を容易にプラントの実特性に合わせることが可能となる。
【００２９】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態を示すシステム構成図である。本実施形態は図１の実施形態に比べて大きく異なる点は、制御部６を２系列化（２重化）した点にある。６ａは常時運転に供される常用系の制御部であり、６ｂは常用系の故障時に代わって運転に供される待機系の制御部である。１３は常用系の制御部６ａと、待機系の制御部６ｂとの出力信号を入力して制御部６ａあるいは６ｂの異常を監視する監視部である。１４はこの監視部１３の指令に基づいて常用系と待機系とを切り替えるための切り替え器である。その他の構成は、図１に示した実施形態の場合と同じなので説明を省略する。
【００３０】
本実施形態の場合においても、図１の実施形態の場合と同様、通常運転中は常用／模擬切り替え手段（切り替え器７および８）の接続位置は実線で示す位置にあり、プラント状態信号ｂを常用系制御部６ａと待機系制御部６ｂの双方に入力し、出力側に設けた常用系／待機系切り替え器１４は制御部６ａからの出力ｄａを選択し、出力側の常用／模擬切り替え器８は制御部６ａから出力される制御指令ｄａを外部（制御対象プラント）に出力する。
【００３１】
そしてシミュレーションを行う場合は、常用／模擬切り替え器７および８を破線の位置に切り替えてプラント状態信号ｂを切り離し、代わりにシミュレーション部５の模擬信号ｃを伝送路９および伝送装置１１を介して制御部６ａ、６ｂに入力し、そして制御部６ａの制御指令ｄａを切り替え器１４、常用／模擬切り替え器８、伝送装置１１、伝送路９を介してシミュレーション部５に入力し、制御対象プラントのシミュレーションを行う。
【００３２】
ところで、本実施形態では制御部を２系列化し、監視部１３で制御部の異常を検出することができるように構成しているので、運転中の常用系の制御部６ａに異常が発生した場合、直ちに、常用系／待機系切り替え器１４を操作して正常な待機系制御部６ｂを選択し、この制御部６ｂによりタービン制御装置２として正常な制御指令を出力する。この常用系／待機系切り替え器１４による制御部６ａ、６ｂの切り替え操作は、タービン制御装置２の通常運転中あるいはシミュレーション時の如何に拘わらず、監視部１３の異常検出時に直ちに実行される。
【００３３】
以上述べたように、本実施形態によれば、第１の実施形態の機能に加えて、制御部を２系列化して、選択している制御部が故障した場合でも直ちに正常な制御部に接続替えすることができるので、タービン制御システムの信頼性を一段と高めることができる。
【００３４】
（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態を示すシステム構成図である。本実施形態と図２に記載の第２の実施形態との主な相違点は、第２の実施形態の場合、入出力インターフェースが１台であったのを、本実施形態の場合、常用系の制御６ａ、待機系の制御部６ｂにそれぞれ対応した入出力インターフェース３ａ、３ｂを設けることにより、プラント制御中にシミュレーションを併行して実施することを可能にした点にあり、さらにこれに付随して、常用／模擬切り替え器７および常用系／待機系切り替え器１４を２分割構成としてそれぞれ７ａ、７ｂおよび１４ａ、１４ｂとした点にある。
【００３５】
以下、本実施形態の特徴点を詳細に説明する。タービン制御装置２の通常運転時、入出力インターフェース３ａから出力された操作指令ａ１は、常用系制御部６ａに入力され、そしてプラント状態信号ｂは常用／模擬切り替え器７ａにより常用系制御部６ａに入力されると共に、接続回路１２−１、伝送装置１１を介してシミュレーション部５に入力される。そして常用系制御部６ａの制御指令ｄａは常用系／待機系切り替え器１４ａにより制御対象プラント向けに出力されると共に、接続回路１２−２および伝送装置１１を介してシミュレーション部５に入力されるように構成されている。
【００３６】
一方、待機側の入出力インターフェース３ｂから出力された操作指令ａ２は、待機系制御部６ｂに入力され、そして、模擬信号ｃは伝送路９および伝送装置１１を介して切り替え器７ｂを経て待機系制御部６ｂに入力される。待機系制御部６ｂの制御出力ｄｂは、常用系／待機系切り替え器１４ｂにより制御対象プラント側とは切り離され、伝送装置１１を通してシミュレーション部５に送られるように構成されている。
【００３７】
タービン制御装置２の通常運転中は、常用系制御部６ａは操作指令ａ１とプラント状態信号ｂとを入力して所定のアルゴリズムにより演算を行い制御指令ｄａを算出し、常用系／待機系切り替え器１４ａを介して制御対象プラントに出力され、プラントを制御する。
【００３８】
このとき、常用系制御部６ａの出力ｄａは接続回路１２−２を通して伝送装置１１に入力され、さらに伝送路９を介してシミュレータ４に入力される。この結果、タービン制御装置２の通常運転中は、制御対象プラントを制御しながら、制御対象プラントのシミュレーション実施に備えて、プラント状態信号ｂと制御指令ｄとをシステム同定部１０に入力し、プラントの伝達関数をＡＲＭＡモデルにて求めている。
【００３９】
制御対象プラントのシミュレーションを実施する場合には、制御部６ａ、６ｂの切り替えを行う必要はなく、前記システム同定部１０で既に求まっているプラントの特性を示すＡＲＭＡモデルの伝達関数をシミュレーション部５にセットし、待機系制御部６ｂに伝送装置１１、切り替え器７ｂを介して模擬信号ｃを入力するだけでよい。この場合、シミュレーション部５にはプラントの伝達関数がセットされているので何の調整も必要なく、制御対象プラントのシミュレーションを行うことができる。
【００４０】
なお、運転中の常用系制御部６ａが故障した場合には、監視部１３が直ちに動作して、常用系／待機系切り替え器１４ａ、１４ｂを実線の位置から破線の位置に切り替える。この結果、今まで待機系であった制御部６ｂにプラント状態信号ｂが入力されるようになり、待機系制御部６ｂでは操作指令ａ２とプラント状態信号ｂとから制御指令ｄｂを演算し、この指令ｄｂを切り替え器１４ｂを介して外部の制御対象プラントへ出力する。
【００４１】
これにより正常にプラントの制御を続行することができる。この場合においても、プラント状態信号ｂと待機系制御部６ｂの制御指令ｄｂはそれぞれ接続回路１２−１および１２−２により伝送装置１１、伝送路９を介してシミュレータ４に入力され、システム同定部１０に入力される。この結果、運転中の演算部が６ａから６ｂに切り替わった場合でも、特に調整をすることなく、シミュレーションを行うことができる。
【００４２】
以上述べたように、本実施形態によれば、制御部を多系列化（多重化）し、入出力インターフェースもこの制御部に対応した台数分だけ増設するように構成したので、既に述べた第１の実施形態および第２の実施形態の機能に加えて、通常運転をしながらシミュレーションを実施することができるという特有の作用効果を奏することができる。
【００４３】
（第４の実施形態）
図４は本発明の第４の実施形態を示すシステム構成図である。本実施形態と第１の実施形態との相違点は、通常運転中にプラント状態信号ｂとシミュレーション部５から出力される模擬信号ｃとを比較して偏差を求め、その偏差が一定値を超えた場合、制御対象プラントの異常と判断する異常検出部１５を設けた点にあり、その他の構成は図１の実施形態と同じなので説明を省略する。
【００４４】
本実施形態は、第１の実施形態同様、シミュレーションを行う際、常用／模擬切り替え器７および８を切り替え接続して模擬信号ｃを制御部２に入力するが、シミュレーション部５に入力するプラント状態信号ｂおよび制御指令ｄの偏差を異常検出部１５で監視するようにしたので、もし、偏差が一定値を超えた場合には、制御対象プラントに異常があるものと判断することができるので、プラントの健全性を確認することが可能となる。
なお、本実施形態の技術思想は、図２、図３のように多系列化したタービン制御装置にも適用できるものである。
【００４５】
以上述べたように、本実施形態によれば、第１の実施形態の機能に加えて、制御部６の入出力信号であるプラント状態信号ｂおよび制御指令ｄの偏差を監視し、この偏差が一定値を超えた場合には、制御対象プラントに異常があるものと判断することができるので、プラントの健全性を確認することが可能となる
【００４６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、タービン制御装置の単一システムあるいは多系列（多重系）システムに拘わらず、制御対象プラント個々にシミュレータを用意することなく、また、配線変更の手間をかけることなくシミュレーションを行うことができる。さらに、システム同定部によりシミュレーション部の特性を実際のプラントの特性に容易に合わせることが可能となる。
【００４７】
また、他の発明によれば、制御部を多系列化すると共に、これに合わせて入出力インターフェースを増設したので、一方の制御部により通常運転をしながら別の制御部により、シミュレーションを実施することができる。
【００４８】
またさらに、他の発明によれば、制御部の入出力信号の偏差を監視し、この偏差が所定値を超えると異常と判断する異常検出部を設けるようにしたので、プラントの健全性を容易に確認することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明の実施形態を表すシステム構成図。
【図２】第２の発明の実施形態を表すシステム構成図。
【図３】第３の発明の実施形態を表すシステム構成図。
【図４】第４の発明の実施形態を表すシステム構成図。
【図５】従来の技術の実施形態を表すシステム構成図。
【符号の説明】
１…タービン制御システム、２…タービン制御装置、３…入出力インターフェース、３ａ…常用系用入出力インターフェース、３ｂ…待機系用入出力インターフェース、４…シミュレータ、５…シミュレーション部、６…制御部、６ａ…常用系制御部、６ｂ…待機系制御部、７…入力側常用／模擬切り替え器、８…出力側常用／模擬切り替え器、９…伝送路、１０…システム同定部、１１…伝送装置、１２−１、１２−２…接続回路、１３…監視部、１４…常用系／待機系切り替え器、１５…異常検出部。

Claims

操作指令を出力する入出力インターフェースと、この入出力インターフェースから出力された操作指令および制御対象プラントから検出されたプラント状態信号を入力し、所定のアルゴリズムに基づいて演算して制御指令値を求め、この制御指令値を前記制御対象プラントに向け出力する制御部を備えたタービン制御装置と、前記制御対象プラントを模擬するシミュレータと、から構成したタービン制御システムにおいて、
前記タービン制御装置とは別置きされ、前記制御対象プラントを模擬する模擬信号を出力するシミュレーション部を備えたシミュレータと、
前記タービン制御装置に設けられ、通常運転時は、前記プラント状態信号を前記制御部に入力させると共に、前記制御指令値を制御対象プラントに出力させ、制御対象プラントをシミュレーションする際は、前記模擬入力信号を前記プラント状態信号に切り替えて前記制御部に入力させると共に、前記制御指令値を制御対象プラント側からシミュレーション部側に切り替える切り替え手段と、
を備えたことを特徴とするタービン制御システム。
前記制御部を常用系と待機系とに２系列化すると共に、いずれかの系の正常な制御部の制御指令を選択して出力する常用／待機切り替え手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のタービン制御システム。
常用系と待機系とに２系列化した前記制御部に対してそれぞれ個別に操作指令を出力するように前記入出力インターフェースを複数個設け、
前記プラント状態信号あるいは前記模擬信号のうちのいずれか一方の信号を常用系の制御部に入力し、他方の信号を待機系の制御部に入力するように構成した常用／待機切り替え手段を設けたことを特徴とする請求項２記載のタービン制御システム。
前記タービン制御装置に設けられ、前記プラント状態信号および前記制御対象プラントに出力される制御指令を常時入力し、前記別置きされたシミュレーション部との間で信号のやり取りを行う伝送装置と、
前記シミュレータに設けられ、前記伝送装置を介して常時取り込んだプラント状態信号および前記制御指令値に基づいて制御対象プラントの伝達関数を同定するシステム同定部と、
を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のタービン制御システム。
プラント状態信号および前記シミュレーション部から出力される模擬入力を比較し、前記制御対象プラントの異常を検出する異常検出部を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のタービン制御システム。