JP2006209301A - 調節弁制御モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 従来、プラントのプロセス量を所定の値に制御するために用いられる調節弁の開度制御は、パルス／空気圧変換器や電流／空気圧変換器を介して行われているが、プラント設備の増、改設工事が行われる際に、前記変換器は国内外メーカの各種仕様のものが採用され、それに伴う調節弁制御モジュールも各種毎の専用のモジュールを設けている。このような標準化を阻害し、コスト高、管理保守の複雑化という課題を解決することを目的に、１台の制御モジュールで制御可能とする。
【解決手段】 調節弁制御モジュールに設けられたパルス演算処理回路が開度指令値と実開度との偏差をパルス演算してパルス／空気圧変換器を介し第１の弁の開度制御を、トラッキング処理回路が開度指令値をトラッキング処理して、電流／空気圧変換器を介し第２の弁の開度制御を行う。
【選択図】 図１

Description

この発明は、火力発電プラント等のプラントのプロセス量を所定の値に調節する弁の制御を行うボイラ制御盤、タービン制御盤やＬＮＧプラントのＬＮＧ制御盤等に用いられている調節弁制御モジュールに関するものである。

従来より、プラントのプロセス量を所定の値に制御するために用いられる調節弁の駆動、制御は、電流／空気圧変換器、パルス数／空気圧変換器、パルス幅／空気圧変換器等を介して行われており、この内電流／空気圧変換器による調節弁制御装置を備えたものが例えば特許文献１に示されている。

特開平５−２５７５０１号公報（図１）

最近、例えば環境上の要因による新規火力発電プラントの建設延期に伴い、何らかの理由で運転を休止している既設プラントの再起動に係る改修や、さらにはプラントの長寿命化、高性能化等を目的とした既設プラントの改造が盛んに行われている。改修改造工事は、多くの場合、プラントの安定運転、高性能運転を目的とし、プロセス量の制御対象を増加させたり、部分的な増設も行われている。このような既設プラントの改造、増設は、設備機器仕様の多様化につながる。調節弁制御モジュールの制御対象である操作端の調節弁においても、プラント建設時には例えば海外メーカ製の電流／空気圧変換方式が採用されており、その後の部分増設が為された時に国内Ａ社製の電流／空気圧変換方式のものが追加され、さらにその後の改造では国内Ｂ社製のパルス数／空気圧変換方式のものが採用されるというようなケースも多くなってきている。

このような増設や改造工事に伴う調節弁の制御仕様や、台数の増加に対して、従来より各操作端（調節弁）の仕様に合わせて専用の調節弁制御モジュールを設けていた。その理由として、操作端には海外メーカ製の例えば電流／空気圧変換方式が設置されており、増設時には国内Ａ社製の電流／空気圧式変換方式を採用する場合に、海外メーカ製に替えてＡ社製に統一化しようすると、操作端側の改造工事コストが大掛かりとなりより高価となることから統一化は採用されない。

このためプラント内装置によっては、最大３種類の調節弁制御モジュールを設けて使い分けることになり、制御モジュールの標準化がなされず、コスト高となり、かつ管理、保守が複雑化するという問題点があった。また、新設プラント、増設改造工事の場合において、調節弁の仕様がしばしば変更となるケースが多く、このような場合、調節弁制御モジュールもその仕様変更に対応しなければならず、再製作費用の発生とともに、製作工程の擾乱等の問題点があった。
この発明は前記のような課題を解決するために、各種の方式の調節弁の制御が１種類の制御モジュールでもって制御可能とし、調節弁制御モジュールの標準化をはかるとともに、調節弁の仕様変更に柔軟に対応可能な制御モジュールを提供することを目的としている。

この発明に係るプラントのプロセス量を所定値に調節する弁の制御を行う調節弁制御モジュールは、
外部にはＣＰＵと、パルス／空気圧変換器を介して動作する第１の調節弁あるいは、電流／空気圧変換器を介して動作する第２の調節弁のいずれか一方の調節弁が備えられており、
調節弁制御モジュールには、ファームウェア処理装置と、調節弁の実開度を入力してＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、ファームウェア処理装置が処理した結果を入力するパルス生成回路およびＤ／Ａ変換回路とが備えられており、
ファームウェア処理装置には、ＣＰＵの指令により、制御対象の調節弁を第１あるいは第２のいずれか一方の調節弁に選択設定する選択設定回路と、選択設定回路の選択設定結果を受けて、選択設定結果が第１の調節弁の場合にはパルス演算処理を、選択設定結果が第２の調節弁の場合にはトラッキング処理を指令する信号を出力するパルス演算／トラッキング処理信号変換回路と、ＣＰＵの調節弁開度指令値とパルス演算処理指令信号を入力するパルス演算処理回路と、ＣＰＵの調節弁開度指令値とトラッキング処理指令信号を入力するトラッキング処理回路とが設けられており、
パルス演算処理回路は、ＣＰＵの調節弁開度指令値とＡ／Ｄ変換回路の出力値との偏差からパルス演算を行い、その結果をパルス生成回路でパルスを生成した後、調節弁制御モジュールに設けられたインタフェース回路を介して出力し、第１の調節弁の開度制御を行うものであり、トラッキング処理回路は、ＣＰＵの調節弁開度指令値とＡ／Ｄ変換回路の出力値とが等しい値となるまでトラッキング処理を行い、その終端値をＤ／Ａ変換回路に出力し、Ｄ／Ａ変換器は電流値に変換した後、第２の調節弁の開度制御を行うものである。

この発明に係る調節弁制御モジュールは、ＣＰＵの指令により、パルス／空気圧変換器を介して動作する第１の調節弁あるいは電流／空気圧変換器を介して動作する第２の調節弁のいずれかを選択設定して制御対象とし、その選択結果からファームウェア処理装置のパルス演算処理回路が、ＣＰＵの指令する調節弁開度指令値と、Ａ／Ｄ変換回路の実用度出力値との偏差からパルス演算を行い、パルス／空気圧変換器を介して第１の調節弁の開度制御を行い、前記選択結果からファームウェア処理装置のトラッキング処理回路がＣＰＵの指令する調節弁開度指令値をトラッキング処理を行い、電流／空気圧変換器を介して第２の調節弁の開度制御を行うので、調節弁が異なる仕様に対しても、１種類の調節弁制御モジュールで制御対応が可能となり、制御モジュール種類の削減、システムの標準化およびコストの低減がはかれまた、保守管理が容易化するという効果がある。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は調節弁制御モジュール１００を示すと共に、その上位ＣＰＵ２００、操作端３００を含むブロック図である。この調節弁制御モジュール１００（以下モジュール１００と記す）には、外部に設けられた上位ＣＰＵ２００と、プラントのプロセス量を所定値に調節する操作端３００が設けられている。
操作端３００には、付設されたパルス／空気圧変換器３１によって開度制御される第１の調節弁３３あるいは、電流／空気圧変換器３２によって開度制御される第２の調節弁３４のいずれか一方が設けられている。

前記第１、第２の調節弁３３、３４の弁開度は、実開度検出器３５で検出される。
前記モジュール１００内には、ファームウェア処理装置１が設けられており、このファームウェア処理装置１はパルス演算処理回路２とトラッキング処理回路３とを有する。さらにパルス演算／トラッキング処理信号変換回路３６と、選択設定回路３７とが設けられている。この選択設定回路３７はＣＰＵ２００の指令により第１／第２いずれかの調節弁を選択設定しその結果信号をパルス演算／トラッキング処理信号変換回路３６に出力するものである。パルス演算／トラッキング処理信号変換回路３６は前記選択設定信号に基づきパルス演算信号をパルス演算処理回路２に、トラッキング処理信号をトラッキング処理回路３に出力するものである。Ａ／Ｄ変換回路４は、前記実開度検出器３５の出力をＡ／Ｄ変換するものである。パルス生成回路５は調節弁３１の弁開度を調節する増減パルスを生成し、インタフェース回路６を介して前記パルス／空気圧変換器３１に出力する。
Ｄ／Ａ変換回路７は、前記トラッキング処理回路３の出力を電流値に変換して前記電流／空気圧変換器３２に出力する。アナログ入力部８は前記実開度検出器３５のアナログ信号を入力し、マルチプレクス（ＭＰＸ）９を介して前記Ａ／Ｄ変換器４に送信する。

なお、モジュール１００には、図１に示すようにモジュール１００の異常を監視する自己診断回路１０と、その際に調節弁３３、３４にロック信号を出すロック指令部１１が設けられており、また、複数の操作端インタフェース用端子部１２ａ、１２ｂが設けられている。
上位ＣＰＵ２００には、前記調節弁３３、３４の開度を指令する開度指令部２１、前記Ａ／Ｄ変換回路４の実開度信号を入力する開度入力部２２および、開度指令リードバック部２３が設けられている。
さらに、調節弁３３、３４のロックがＣＰＵ２００側からも行えるよう調節弁ロック指令部２４を有し、また、複数の汎用入力部２５ａ、汎用出力部２５ｂが設けられている。

動作について説明する。
プラント操作技術員は、プラントに設置されている調節弁がパルス／空気圧変換器３１を介して動作する第１の調節弁３３か、電流／空気圧変換器３２を介して動作する第２の調節弁３４であるかを事前に認識の上で、モジュール１００で選択する調節弁と、その調節弁の開度指令をＣＰＵ２００の開度指令部２１から出力させる。
前記開度指令信号２１を入力した選択設定回路３７は、入力した信号に基づき制御対象の調節弁の選択設定信号をパルス演算／トラッキング処理信号変換回路３６に出力する。前記信号を入力したパルス演算／トラッキング処理信号変換回路３６は、前記選択設定回路３７によって例えば第１の調節弁３３が選択された場合、パルス演算処理を指令する信号をパルス演算処理回路２に出力する。
一方、第２の調節弁３４が選択された場合には、トラッキング処理を指令する信号をトラッキング処理回路３に出力する。

次にモジュール１００の動作を第１の調節弁３３が選択設定されて開度制御される場合を例として説明する。
まずＣＰＵ２００の開度指令部２１から第１の調節弁３３を選択する開度指令信号を受けた選択設定回路３７は、第１の調節弁３３の選択設定結果の信号をパルス演算／トラッキング処理信号変換回路３６に出力する。パルス演算／トラッキング処理信号変換回路３６は前記選択設定結果信号から、パルス演算処理指定信号をパルス演算処理回路２に出力する。
そして、ＣＰＵ２００の開度指令部２１からの調節弁開度指令値と、前記パルス演算処理指定信号を受けたパルス演算処理回路２は、調節弁開度指令値と調節弁３３の実開度を出力するＡ／Ｄ変換回路４との偏差をパルス数に演算処理を行う。このパルス演算処理の結果は、パルス生成回路５にてＤＯ（増パルス）またはＤＯ（減パルス）としてインタフェース回路６を経由して、操作端３００に設置されている第１の調節弁３３に付設のパルス／空気圧変換器３１に出力され、第１の調節弁３３は、所定の開度となるよう制御される。開度指令によって制御された第１の調節弁３３の実開度は、実開度検出器３５で検出され、モジュール１００内のアナログ入力部８、マルチプレクス（ＭＰＸ）９を介してＡ／Ｄ変換器４を経由し、上位ＣＰＵ２００の開度入力部２２に開度入力としてフィードバックされる。

以上はパルス数によって制御される第１の調節弁３３の動作を説明したが、次に電流出力によって制御される第２の調節弁３４の動作について説明する。前記パルス演算／トラッキング処理信号回路３６の出力するトラッキング処理指令信号とＣＰＵ２００の開度指令部２１からの調節弁開度指令値を受けたトラッキング処理回路３は、前記ＣＰＵ２００からの第２の調節弁３４の開度の指令値と前記Ａ／Ｄ変換回路４の出力値とが等しい値となるまでトラッキング処理を行い、その結果の終端値をＤ／Ａ変換回路７に出力する。前記Ｄ／Ａ変換回路７は電流値に変換後、第２の調節弁３４に付設の電流／空気圧変換器３２に出力し、第２の調節弁３４は所定の開度となるよう制御される。この第２の調節弁３４の実開度は、実開度検出器３５で検出され、同様にアナログ入力部８、マルチプレクス（ＭＰＸ）９、Ａ／Ｄ変換回路４を経由し、ＣＰＵ２００の開度入力部２２に開度入力としてフィードバックされる。また、Ｄ／Ａ変換回路７の出力は、アナログ入力部８、マルチプレクス（ＭＰＸ）９、Ａ／Ｄ変換回路４を経由し、ＣＰＵ２００内の開度指令リードバック部２３にフィードバックされる。

このモジュール１００は、自己診断回路１０にて異常を監視しており、異常時にはトラッキング処理回路３に対ホールド指令を出すとともに、調節弁３３、３４にロック指令回路１１を介し、ロック指令を出力する。また調節弁３３、３４のロック指令は、上位ＣＰＵ２００の調節弁ロック指令２４によっても行える。
さらに操作端３００との直接インタフェース用として、端子部１２ａ、１２ｂが設けられ、これらにつながるＣＰＵ２００への汎用入、出力部２５ａ、２５ｂが設けられている。
なお、パルス演算処理回路２は、開度指令値と実開度を出力するＡ／Ｄ変換回路４との偏差をパルス数に演算する例を示したが、偏差をパルス幅に演算する機能を有するものであってよい。

以上のようにこの実施の形態１の構成によって、プロセス量制御用の調節弁がパルス／空気圧変換器による開度制御、あるいは電流／空気圧変換器による開度制御等の異なる制御仕様を備えた場合であっても、１種類の調節弁制御モジュールでもって制御することができることが可能となり、モジュール種類の削減、システムの標準化や、製造コスト、保守コストの低減を図れるとともに、制御盤のコンパクト化も可能となる。また、さらに、調節弁の変更による仕様変更に柔軟に対応可能となる。

実施の形態２．
実施の形態２の調節弁制御モジュール１００のブロック図を図２に示す。前記した実施の形態１ではパルス演算処理回路２を、ＣＰＵ２００の指令する開度指令値とＡ／Ｄ変換回路４の出力する実開度との偏差をパルス数に演算処理する例を示したが、この実施の形態２では、前記パルス演算処理回路２にパルス数演算回路２ａとパルス幅演算回路２ｂを合わせて備えたものである。そして、前記実施の形態１のパルス／空気圧変換器３１は、この実施の形態２ではパルス数／空気圧変換器またはパルス幅／空気圧変換器のいずれかとする。さらに、選択設定回路３７には、前記実施の形態１に示した機能に加えて、ＣＰＵ２００の指令により前記パルス数演算回路２ａあるいはパルス幅演算回路２ｂのいずれか一方の回路を選択設定する機能も備えている。これ以外の各構成要素は前記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
このようなパルス数、パルス幅演算回路２ａ、２ｂを設ける理由は、前述の実施の形態１と同様に、操作端３００側の調節弁の仕様が、パルス数（パルスのカウント数）で空気圧印加を制御するものあるいは、パルス幅（パルスがＯＮしている時間）で制御するという２種類の調節弁のいずれかの調節弁の仕様決定の遅れや、仕様変更があったとしてもモジュール１００には、いずれの調節弁にも対応できる制御機能を備えることで、柔軟に対応可能とすることにある。

次に動作について説明する。
なお、この実施の形態２では、操作端３００側にパルス数／空気圧変換器が設けられており、それを介して調節弁３３を開度制御する例について述べる。ＣＰＵ２００の開度指令部２１の信号を入力した選択設定回路３７は第１の調節弁３３とパルス数演算回路２ａの選択設定結果をパルス演算／トラッキング処理信号変換回路３６に出力する。パルス演算／トラッキング処理信号変換回路３６はパルス数演算処理指定信号をパルス数演算回路２ａに出力する。パルス数演算回路２ａはＣＰＵ２００の調節弁の開度指令値とＡ／Ｄ変換回路４の出力する実開度との偏差をパルス数に演算し、その結果をパルス生成回路５に出力する。以降の動作は前記実施の形態１と同様であるので説明省略する。
一方、パルス幅／空気圧変換器による制御の場合も、同様のステップを踏むので説明省略する。

このように、この実施の形態２はパルス数制御用とパルス幅制御用を調節弁制御モジュール内にまとめているので前記実施の形態１と同様の効果を奏する。

実施の形態３．
実施の形態３の調節弁制御モジュール１００のブロック図を図３に示す。
図３からわかるようにこの実施の形態３は、前記した実施の形態１の図１において、増、減パルスインタフェース回路６に低電流容量出力回路６ａと高電流容量出力回路６ｂをそれぞれ設けたものであり、それ以外は図１と同様の構成であるので説明省略する。
通常インタフェース回路６の出力は高電流容量回路６ｂを介して行われるが、発電プラント等のボイラ制御装置に使用されているパワースイッチの制御用モジュール側が低電圧回路であり、微小電流にて制御されるため、低電流容量の出力回路６ａを設けたものである。
なお、この低電流容量回路６ａと高電流容量回路６ｂの選択は、外部ＣＰＵ２００の指令によってなされるものである。
このように従来はそれぞれ専用の制御モジュールを設けていたものを１つのインタフェース回路に２つの機能を設けた為、種類の削減が可能となるという効果がある。
なお、この実施の形態３は、前記実施の形態２の構成に追加して設けてもよい。

実施の形態４．
図４に実施の形態４による調節弁制御モジュール１００のブロック図を示す。図４からわかるように、この実施の形態４は、前記した実施の形態１の図１において、増、減パルスを出力するインタフェース回路６に無電圧出力電源回路６ｃと有電圧出力電源回路６ｄをそれぞれ設け、それらをＣＰＵ２００の指令により選択可能としたものであり、それ以外は図１と同様の構成であるので説明を省略する。
インタフェース回路６とパルス／空気圧変換器３１との取り合いは、パルス／空気圧変換器３１を無電圧出力電源回路６ｃの無電圧接点出力あるいは、有電出力電源回路６ｄの有電圧接点出力により行われる。前記無電圧接点出力による方式では、引き上げ抵抗２９がパルス／空気圧変換器３１に内蔵され無電圧接点出力によりパルス／空気圧変換器６を駆動する。図４では、抵抗２９とジャンパ線２９ａは電源回路６ｃの外に記載しているが、理解し易くする為である。従来は無電圧接点出力方式によるものが採用されていたが、最近になって有電圧接点出力方式も採用されることが多くなり、この場合前記引き上げ抵抗２９とこれをつなぐジャンパ線２９ａは図示省略の制御盤内に取り付けを行っていた。その為、制御盤の標準化が阻害されるとともに、コストの上昇をきたしていた。この実施の形態４では有電圧接点出力の場合には、モジュール１００のインタフェース回路６ｄに引き上げ抵抗２９を設けているので制御盤内への取り付けが不要となり、制御盤の標準化、コスト上昇の抑制をはかるという効果を奏する。

この発明は、火力発電プラント等のプロセス量制御を行う調節弁制御モジュールに適用可能である。

この発明の実施の形態１の調節弁制御モジュールのブロック図である。 この発明の実施の形態２の調節弁制御モジュールのブロック図である。 この発明の実施の形態３の調節弁制御モジュールのブロック図である。 この発明の実施の形態４の調節弁制御モジュールのブロック図である。

符号の説明

１ ファームウェア処理装置、２ パルス演算処理回路、２ａ パルス数演算回路、
２ｂ パルス幅演算回路、３ トラッキング処理回路、４ Ａ／Ｄ変換回路、
５ パルス生成回路、６ インタフェース回路、６ａ 低電流容量出力回路、
６ｂ 高電流容量出力回路、６ｃ 無電圧出力電源回路、６ｄ 有電圧出力電源回路、
７ Ｄ／Ａ変換回路、３１ パルス／空気圧変換器、３２ 電流／空気圧変換器、
３３ 第１の調節弁、３４ 第２の調節弁、１００ 調節弁制御モジュール、
２００ ＣＰＵ、３００ 操作端。

Claims (6)

1. プラントのプロセス量を所定値に調節する調節弁制御モジュールであって、前記調節弁制御モジュールの外部にはＣＰＵと、パルス／空気圧変換器を介して動作する第１の調節弁あるいは、電流／空気圧変換器を介して動作する第２の調節弁のいずれか一方の調節弁が備えられており、
   前記調節弁制御モジュールには、ファームウェア処理装置と、前記調節弁の実開度を入力してＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記ファームウェア処理装置が処理した結果を入力するパルス生成回路およびＤ／Ａ変換回路とが備えられており、
   前記ファームウェア処理装置には、前記ＣＰＵの指令により、制御対象の調節弁を前記第１あるいは第２のいずれか一方の調節弁に選択設定する選択設定回路と、前記選択設定回路の選択設定結果を受けて、前記選択設定結果が前記第１の調節弁の場合にはパルス演算処理を、前記選択設定結果が前記第２の調節弁の場合にはトラッキング処理を指令する信号を出力するパルス演算／トラッキング処理信号変換回路と、前記ＣＰＵの調節弁開度指令値と前記パルス演算処理指令信号を入力するパルス演算処理回路と、前記ＣＰＵの調節弁開度指令値と前記トラッキング処理指令信号を入力するトラッキング処理回路とが設けられており、
   前記パルス演算処理回路は、前記ＣＰＵの調節弁開度指令値と前記Ａ／Ｄ変換回路の出力値との偏差からパルス演算を行い、その結果を前記パルス生成回路でパルスを生成した後、前記調節弁制御モジュールに設けられたインタフェース回路を介して出力し、前記第１の調節弁の開度制御を行うものであり、前記トラッキング処理回路は、前記ＣＰＵの調節弁開度指令値と前記Ａ／Ｄ変換回路の出力値とが等しい値となるまでトラッキング処理を行い、その終端値を前記Ｄ／Ａ変換回路に出力し、前記Ｄ／Ａ変換器は電流値に変換した後、前記第２の調節弁の開度制御を行うことを特徴とする調節弁制御モジュール。
2. 前記パルス演算処理回路は、前記ＣＰＵの調節弁開度指令値と、前記Ａ／Ｄ変換回路の出力値との偏差をパルス数に演算するものであることを特徴とする請求項１に記載の調節弁制御モジュール。
3. 前記パルス演算処理回路は、前記ＣＰＵの調節弁開度指令値と、前記Ａ／Ｄ変換回路の出力値との偏差をパルス幅に演算するものであることを特徴とする請求項１に記載の調節弁制御モジュール。
4. 前記パルス演算処理回路には、前記ＣＰＵの調節弁開度指令値と、前記Ａ／Ｄ変換回路の出力値との偏差をパルス数に演算するパルス数演算回路と、前記調節弁開度指令値と、前記Ａ／Ｄ変換回路の出力値との偏差をパルス幅に演算するパルス幅演算回路が設けられているとともに、前記ＣＰＵの指令を受けた選択設定回路の選択設定結果から前記パルス数演算回路あるいは前記パルス幅演算回路のいずれか一方で演算を行うことを特徴とする請求項１に記載の調節弁制御モジュール。
5. 前記インタフェース回路には、前記パルス生成回路で生成されたパルスを、低電流容量で出力する回路と、高電流容量で出力する回路とが設けられているとともに前記ＣＰＵの指令により前記高電流容量回路あるいは低容量電流回路のいずれか一方から出力することを特徴とする請求項１に記載の調節弁制御モジュール。
6. 前記インタフェース回路には前記パルス／空気圧変換器に無電圧出力を行う電源回路と、引き上げ抵抗設置され有電圧出力を行う電源回路とが設けられているとともに、前記ＣＰＵの指令により前記無電圧／有電圧出力電源回路のいずれか一方から出力することを特徴とする請求項１に記載の調節弁制御モジュール。

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