JP2008269165A - 複数コイルサーボ弁の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つ設けた開度センサーの故障の復旧時のサーボ電流の急変をなくし、各コントローラの定格運転への円滑な移行を実現させる。
【解決手段】複数コイルのサーボ電流の合計でサーボ弁を駆動制御するサーボ弁制御装置であり、複数のコントローラと、サーボ弁の開度を検出する２つの開度センサーを有する。開度センサーからのサーボ弁の開度（サーボ弁の位置）に対応する信号は、サーボ弁位置検出フィードバック回路で検出され、複数のコントローラに供給される。各コントローラの出力段にはバンプレス復帰手段が設けられており、このバンプレス復帰手段により、開度センサーの故障復旧時のサーボ電流を徐々に所定値に変化させる。すなわち、サーボ弁の開度を検出する開度センサーに異常が発生すると、各コントローラは自動的に制御指令値を初期値として徐々にサーボ弁位置検出フィードバック値に変化する制御信号を出力する。そして、サーボコイルに供給される電流がゼロになるようにサーボ弁を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数コイルサーボ弁の制御装置に関し、特に３重化コントローラにより制御される３コイルサーボ弁を制御する技術に関する。

火力発電や原子力発電のプラントなどにおける主要機器（例えば、タービンなど）を制御するサーボ弁は高い信頼性が要求されることから、複数のコントローラとそれに対応する複数のサーボコイルにより１個のサーボ弁を駆動制御する方法が知られている（例えば特許文献１）。

この３つのサーボコイルで駆動されるサーボ弁に与えられる各コントローラの出力は、サーボ弁の制御指令値とサーボ弁の開度フィードバック値との偏差として、それぞれのサーボアンプに出力されるものである。そして各サーボアンプの出力であるサーボ電流が供給される各サーボコイルのアンペアターン（電流と電線の巻数の相乗積で電磁石の起磁力を表す。記号ＡＴと書く。）の合計で、１個のサーボ弁が駆動される。そして、上記サーボ弁の制御指令値とサーボ弁の開度フィードバック値との偏差が０ｍＡになる位置でバランスさせるようにサーボ弁が制御される。実際には、０ｍＡでは、サーボ弁は閉じる方向に動くので、ヌルバイアス値０．６ｍＡを与えることでバランスさせている。

発明者が既に提案している特許文献１に記載の発明は、３つのコントローラの内の一つのコントローラ（例えばＡ系コントローラ）に異常が発生してコントローラの制御指令値が０ｍＡに落ちた場合の、異常コントローラの復旧を課題とするものであった。すなわち、Ａ系コントローラの異常前は、各コントローラから出力されるサーボ電流は０．６ｍＡであり、３つのサーボコイルに供給される電流の合計は１．８ｍＡとなってバランスが保たれていた。

この状態で、Ａ系コントローラからの制御指令値が０ｍＡになるので、サーボ弁の開度を維持する方向にＢ系とＣ系コントローラの制御指令値（サーボ電流）が増加する。つまり、合計で１．８ｍＡになるように、Ｂ系コントローラとＣ系コントローラからの制御指令値が０．９ｍＡに増加するのである。特許文献１に記載の発明は、この場合のＡ系コントローラの異常をプラント運転に支障をきたすことなく復旧することができる３コイルサーボ弁制御装置を提案したものである。

すなわち、特許文献１に記載の発明は、各コントローラの出力段にバンプレス復帰手段を設け、そのバンプレス復帰手段の入力としてサーボコイルの駆動電流の制御指令値とサーボ弁位置検出フィードバック値（開度フィードバック値と同じ。）を供給する。そして、自己の制御系の故障が復旧して多重制御系の復帰指令が入力されると、その復帰指令の入力時におけるサーボ弁位置検出フィードバック値を初期値として、徐々に上記サーボコイルの駆動電流の制御指令値である０．６ｍＡに変化する値を出力するものである。

特開２００５−１０５９１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術は、あくまでもＡ系コントローラの異常により、Ａ系のサーボアンプからのサーボ電流が０ｍＡになる場合を想定したものであり、本発明のように、１台の開度センサーの異常（故障）により、例えば、Ａ系のサーボアンプからの出力値が急変して極端に高い値になることは全く想定されていない。

詳細は、図８及び図９に基づいて後述するが、３重制御系のサーボ弁制御装置において、２台ある開度センサーのうちの１台の開度センサー（LVDT-1）が故障すると、この１台の開度センサーからの開度フィードバック値のみが供給されるＡ系コントローラからの制御指令値は、急上昇して９ｍＡ以上になってしまう。この開度センサー（LVDT-1）を、所定時間経過後に、復旧しようとすると、今度は、９ｍＡ以上出ていたＡ系コントローラの出力が、いったんはＢ系、Ｃ系コントローラの出力値である−３．６ｍＡまで急激に落ち込み、その後、サーボ弁の開度が安定する０．６ｍＡまで上昇する。これに相応してＢ系、Ｃ系コントローラの出力値も−３．６ｍＡから０．６ｍＡまで変化する。こうして３つのサーボコイルが同じ電流になってバランスが取れるのであるが、この開度センサーの復旧時に、図９に示すように−１０．８ｍＡまで落ち込むという現象が生じることになる。この状態はサーボ弁が完全に閉じてしまう状態、つまり全閉状態になる虞があり、これを防ぐための回路が必要となる。

本発明の目的は、上記問題を解決するべく、２台ある開度センサーのうち１台が故障した場合の運転中の復旧を、複数コイルによるサーボ弁の安定動作を損なわずに行うことができるようにすることである。

本発明は、上記の課題を解決するため、サーボ弁を駆動する複数のサーボコイルの制御指令値をそれぞれ生成する複数のコントローラと、サーボ弁の開度を検出する複数の開度センサーと、該開度センサーの出力に基づいて、サーボ弁の位置を検出するサーボ弁位置検出フィードバック回路と、各コントローラから出力される制御指令値とサーボ弁位置検出フィードバック回路から出力されるサーボ弁位置検出フィードバック値との差に基づいて各サーボコイルを駆動するサーボ電流をそれぞれ制御する複数のサーボアンプと、からなる多重制御系を有する複数コイルサーボ弁制御装置において、各コントローラの出力段にはバンプレス復帰手段が設けられ、該バンプレス復帰手段には、上記制御指令値とサーボ弁位置検出フィードバック値とが入力され、複数の開度センサーのうちの１台に異常が発生すると、各コントローラは、上記バンプレス復帰手段の出力として、制御指令値を初期値として徐々にサーボ弁位置検出フィードバック値に変化する制御信号を出力し、サーボコイルに供給されるサーボ電流がゼロになるように前記サーボ弁を制御することを特徴としている。

すなわち、故障した開度センサーのみが接続されているコントローラからは、故障発生当初は、バンプレス復帰手段によって制御指令値がそのまま初期値として出力される。つまり、バンプレス復帰手段から、サーボアンプに入力される制御指令値とサーボ弁位置検出フィードバック値（開度信号＝０ｍＡ）の差が初期値としてサーボコイルに供給される。

次いで、入力される制御指令値はサーボ弁位置検出フィードバック値に向かって徐々に増加していく。その結果、サーボアンプからサーボコイルに供給されるサーボ電流がゼロに近づいてゆき、最終的に復帰に係るコントローラの制御系が突変などの外乱を及ぼすことがない。つまり、バンプレス復帰手段の出力は徐々にゼロになっていくのである。なお、復帰に係るコントローラの制御系が働き出すにつれて、他の健全な制御系は自己のサーボコイルに供給するサーボ電流を徐々に増やしていき、安定して正常な多重系に移行することができる。

上記の場合において、好ましい形態としては、バンプレス復帰手段は、初期値（制御指令値）からサーボ弁位置検出フィードバック値まで一定率で変化させるようにする。また、その結果プラント出力に変動を与えずに開度センサーの交換を行うことができる。そして、開度センサーの交換後は、上記と逆にサーボ弁位置検出フィードバック値を初期値として制御指令値まで変化させることにより、プラントの運転を継続しながら、開度センサーの故障によって異常動作をしていたコントローラを円滑に正常状態に復旧させることが可能となる。

本発明によれば、故障した開度センサーの復旧を、３コイルサーボ弁制御装置を運転した状態で行うことができる。すなわち、複数コイルサーボ弁の安定動作を損なうことなく、故障した開度センサーが関係するコントローラの出力を、徐々に（急変させないで）０ｍＡへ切り替えることができる。また、開度センサーの復旧後には、コントローラの出力を他のコントローラの出力に合わせこむ操作を上記の逆動作により行うことが可能となる。

以下、図１から図７に基づいて、本発明の実施形態例（以下、「本例」という。）について説明する。本例は、それぞれのコントローラの後段部にバンプレス復帰手段６３を設けて、開度センサーの故障からその復旧までの動作を円滑に行う点に特徴を有する。

図１は、本発明の特徴部のバンプレス復帰手段に係る一実施の形態の構成図である。図２は、本発明の３コイルサーボ弁が適用されるガスタービンシステムの全体構成図である。
さらに、図３は、本発明の一実施形態の３コイルサーボ弁の制御装置の全体構成図であり、図４は、図３の３コイルサーボ弁制御回路に接続されるコントローラの概略構成図を示したものである。図５は、ガスタービンの運転動作を説明するためのフローチャートである。図６は、本発明を適用した３コイルサーボ電流制御装置の全体構成図であり、図７は、図６に示した３コイルサーボ電流制御装置の開度センサー故障から復旧時の動作を説明するための波形図である。

まず、図２に示すように、ガスタービンシステムは、燃料ポンプ１により供給される燃料と圧縮機２で圧縮された高圧の空気を混合し、この混合気体を燃焼器３で燃焼させることにより、高温高圧のガスを発生させる。そして、この高温高圧ガスでガスタービン４を高速回転させ、ガスタービン４に連結された発電機５を駆動して電気エネルギを発生する。ガスタービン４の出力エネルギは燃料流量によって決まるが、この燃料流量は燃料ポンプ１のバイパス量を制御する３コイルサーボ弁６によって制御される。起動電動機７は、ガスタービン４を起動するときに用いられるモータである。

３コイルサーボ弁６の制御装置は、図３及び図４に示すように構成されている。図３に示すように、３コイルサーボ弁６（図２参照）のアクチュエータ１１は、弁体を直接駆動する油圧シリンダ１２を、油圧サーボ弁１３を介して油圧駆動する。油圧サーボ弁１３は、３つのサーボコイル１４、１５、１６を有するトルクモータ１７によって制御される。各サーボコイル１４、１５、１６の駆動電流（サーボ電流）は、それぞれサーボアンプ１８、１９、２０からスイッチ２１、２２、２３を介して供給される。

後述する各コントローラから出力される制御指令値２６ｂは、減算器２５に加えられ、ここで制御指令値２６ｂからサーボ弁の位置検出フィードバック回路２４の出力であるサーボ弁位置フィードバック値２７が減算される。減算器２５の減算結果は、制御指令値２６として各サーボアンプ１８、１９、２０を介してサーボコイル１４，１５，１６に供給され、それぞれのサーボ電流が制御される。なお、サーボ弁の位置検出フィードバック回路２４は、開度センサー７０で検出された油圧シリンダ１２の制御量に相当する位置検出信号を取り込み、サーボ弁位置検出フィードバック値２７として出力している。

また、このサーボ弁位置検出フィードバック値２７は、詳細は後述するバンプレス復帰手段６３を構成するスイッチの一方の切換端子に加えられている。そして、このスイッチの他方の切換端子には、コントローラからの制御指令値２６ａ´が供給されている。このスイッチの切換制御は、後述する復帰指令５５によって行われることになる。

次に、図４に基づいて、各コントローラの動作について説明する。図４に示されるように、図３の減算器２５に供給される制御指令値２６ｂは、それぞれ対応するＡ系、Ｂ系、Ｃ系の各コントローラ３１、３２、３３によって生成されるが、図４では、Ｂ系及びＣ系のコントローラ３２，３３の図示を省略している。Ａ系、Ｂ系、Ｃ系の各コントローラ３１、３２、３３は同一の機能構成を有しているので、ここでは、Ａ系コントローラ３１についてのみ説明することとする。

Ａ系コントローラ３１には、速度センサー３４及び排気温度センサー３５の検出信号が入力され、それぞれ速度設定値３６、排気温度設定値３７と比較される。
そして、これらの検出信号が設定値と一致するように、速度・負荷制御系３８と排気温度制御系３９により制御される。

これらの速度・負荷制御系３８と排気温度制御系３９の制御信号は、制御信号選択部４３に入力される。また、Ａ系コントローラ３１には、起動、停止、保安時の重要信号４０がシーケンス制御系４１に入力されている。このシーケンス制御系４１の制御信号は、起動制御系４２の制御信号と合わせて、制御信号選択部４３に入力される。制御信号選択部４３は、入力される制御信号のうちの最も小さい値の制御信号を選択して、制御指令値演算部４４に出力する。
制御指令値演算部４４は、入力される制御信号に基づいて制御指令値２６ｂを演算して図３の減算器２５に出力する。また、制御信号選択部４３で選択されなかった制御信号は、制御指令値２６ｂのバックアップ信号として保持される。

次に、Ａ系コントローラ３１の異常検出機能について説明する。図４のＡ系コントローラ３１は、異常検出機能５０を有している。異常検出機能５０は、コントローラ異常検出機能５１と、サーボコイル電流のフィードバック値の診断機能５２と、サーボ弁位置のフィードバック値診断機能５３とから構成されている。

コントローラ異常検出機能５１は、コントローラ自体の異常を検出するＣＰＵの異常診断機能である。サーボコイル電流のフィードバック値の診断機能５２は、コントローラの制御指令値２６ｂとサーボコイル電流のフィードバック値２８を比較して、サーボコイル１４又はサーボアンプ１８の異常を診断するものである。サーボコイルの異常とは、例えば、サーボコイルが断線したときであり、このときのコイル電流のフィードバック値２８は「０」となる。また、サーボアンプ１８の故障時は、コイル電流のフィードバック値２８は飽和電流値となる。

サーボ弁位置のフィードバック値診断機能５３は、制御指令値２６ｂとサーボ弁位置検出フィードバック値２７を比較して、サーボ弁位置検出の異常を診断するものである。異常の時は、制御指令値２６ｂとサーボ弁位置検出フィードバック値２７は異なった値となる。以上説明したような異常検出機能５０により、Ａ系コントローラ３１によって、制御系内の各コンポーネントの異常、例えば、コントローラ異常、サーボアンプ異常、サーボコイル異常、サーボ位置検出異常を診断することができる。これらの部分に異常が発見された場合は、サーボアンプの出力側に設けられたスイッチ２１（図３参照）を開いて、Ａ系コントローラの制御をサーボコイルから切り離すようにしている。Ｂ系及びＣ系のコントローラ３２，３３も同様に構成されている。

次に、図５のフローチャートに基づいて、本例の３コイルサーボ電流制御装置の動作について説明する。まず、ガスタービン４は、起動指令による起動電動機７の回転により起動される（ステップＳ１）。次いで、ガスタービン４の回転が、自力で回転できる一定速度以上に達したかどうかが判断される（ステップＳ２）。この判断ステップＳ２で、ガスタービン速度が所定値に到達していないと判定されたときは、起動制御による指令値４５を図１に示す制御指令値２６ａとして選択する。この時起動制御による指令値４５は、速度／負荷制御による指令値４６よりも小さい値となっている。

判断ステップＳ２で、ガスタービンの速度が一定値以上であると判定されると、続いて排気温度が設定値以上であるかどうかが判断される（ステップＳ３）。そして、この判断ステップＳ３において、排気温度が設定値に達していないと判定されると、速度／負荷制御による指令値４６が制御指令値２６ａとして選択される。この速度／負荷制御による指令値４６は、起動制御による指令値４５より小さい値となる。同様に排気温度も設定値まで達成していないから、排気温度制御による指令値４７は、速度負荷制御による指令値４６より大きい値となっている。

判断ステップＳ３で、排気温度が設定値以上であると判定された場合は、排気温度制御による指令値４７が制御指令値２６ａとして選択される。排気温度が設定値以上になると、この排気温度による指令値４７は、速度／負荷制御による指令値４６よりも小さくなり、この場合は、排気温度による指令値４７が制御指令値２６ａとして選択される。このようにして選択された制御指令値２６ａは、制御指令値演算部４４と減算器２５による処理を経てサーボアンプ１８に入力される。

次に、本発明の特徴部に係る制御指令演算部４４の出力段に設けられたバンプレス復帰手段６３の構成と動作について、図１を参照して説明する。上述したように、制御指令演算部４４は、制御信号選択部４３から出力される制御信号に基づいて制御指令値２６ａを生成し、この制御指令値２６ａが加算器６１においてヌルバイアス設定器６２から出力されるヌルバイアス値と加算される。

この加算器６１の出力は、制御指令値２６ａ´として制御指令演算部４４の出力段に設けられたバンプレス復帰手段６３の入力端Ｘ１に入力される。また、バンプレス復帰手段６３の入力端Ｘ２には、サーボ弁の位置検出フィードバック値２７が入力されている。
このバンプレス復帰手段６３には、図４に示す異常検出機能５０からの異常検出信号がオア回路６４及びノット回路６５を経由して供給されており、これにより、自己の制御系であるＡ系コントローラが故障状態から復旧し、多重制御系への復帰指令５５が入力されるようになっている。

また、本例では、上記異常検出機能５０からの異常検出信号のほかに、「１台開度センサー故障信号」７０がオア回路６４及びノット回路６５を経由して復帰指令５５としてバンプレス復帰手段６３に供給されている。

ここで、バンプレス復帰手段６３は、プログラムによる演算手段により構成されており、正常動作時は、ヌルバイアス値が加算された制御指令値２６ａ´を単に通過させて減算器２５に出力するようになっている。このヌルバイアス値は、サーボ弁の機械的反力にバランスさせるための駆動電流であり、例えば、０．６ｍＡである。

一方、開度センサー７０が故障しその後所定時間が経過し（図７の時刻ｔ１が発生した後９ｍＡで安定するまでの充分な時間）故障信号が「ＯＮ」になると、多重制御系に復帰させる復帰指令５５が「ＯＦＦ」となり、バンプレス復帰手段６３は、入力Ｘ１に供給される制御指令値２６ａ´を初期値として、徐々に入力Ｘ２に供給されているサーボ弁位置検出フィードバック値２７に変化する制御指令値２６ｂを減算器２５に出力する。（図７の時刻ｔ２）
その後開度センサー７０の故障が復旧された時点において、「１台開度センサー故障信号」７０を「ＯＦＦ」にすることにより、復帰指令５５が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に切り替わってバンプレス復帰手段６３は入力Ｘ１への復帰動作が開始される。

なお、このバンプレス復帰手段６３において、図７に示すようにバンプレス切替回路出力を徐々に変化させる率を、ここでは一例として、０．０５％／秒の一定率としているが、これは、３コイルサーボ制御系の応答性に応じて、任意の変化率に適宜設定することができるものである。

バンプレス復帰手段６３の出力である制御指令値２６ｂは減算器２５に供給されるが、この減算器２５には、サーボ弁位置検出フィードバック値２７がネガティブフィードバック値として入力されている。したがって、この制御指令値２６ｂとサーボ弁位置検出フィードバック値２７の差が制御指令値２６としてサーボアンプ１８に入力されるようになっている。サーボアンプ１８の出力であるサーボ電流は、スイッチ２１を介してサーボコイル１４に供給される。

本発明の実施の形態例では、図１に示すように、制御指令選択部４３から与えられる制御指令値２６ａにヌルバイアス値を加算した制御指令値２６ａ´をバンプレス復帰手段６３を介して減算器２５に供給している。これは、開度センサー復旧前に当該コントローラからのサーボ電流をゼロにしておき、開度センサーの復旧がサーボ電流の急激な変化につながらないようにするものである。
すなわち、バンプレス復帰手段６３は、故障した開度センサーが接続されているコントローラからのサーボ電流を突変させずに、上昇したコントローラのサーボ電流を徐々に減少させる手段である。このバンプレス復帰手段６３をコントローラの出力段に追加したことにより、故障した開度センサーの復旧をプラントの運転を止めることなく実現することが可能となる。

次に、本例における開度センサーの故障を検出したときの３コイルサーボ電流制御装置の動作を説明するが、本例との比較のために、図８、図９に基づいて、まず本発明の主要部となるバンプレス復帰手段６３（バンプレス切替回路）が設けられていない３コイルサーボ弁制御装置の異常発生の例を説明する。

図８は、３コイルサーボ弁制御装置に使われている開度センサーの一つに異常が発生した場合について説明するための図である。図８に示されるような３重制御系では、サーボ弁の開度フィードバック値（サーボ弁位置検出フィードバック値と同じ。）を検出する２つの開度センサー７０が設けられている。
これらの開度センサーのうち、第１の開度センサー（LVDT-1）の出力は、Ａ系コントローラとＢ系コントローラに供給され、第２の開度センサー（LVDT-2）の出力は、Ｂ系コントローラとＣ系コントローラに供給されるようになっている。

つまり、Ｂ系コントローラのみに２つの開度センサーからの開度フィードバック値が供給されており、Ｂ系コントローラでは、これら２つの開度フィードバック値のうちの大きい方の値が開度フィードバック値として利用されるようになっている。

このような３コイルサーボ弁制御装置では、今、２つある開度センサー７０のうち１台が故障して、コントローラ、サーボアンプ及びサーボコイルからなる１系統の制御系が異常な値を出力した場合でも、残りの正常な２系統がその分を補償するので継続して運転することができる。すなわち、仮に１つのコントローラに異常が発生しても、他の２個のコントローラの出力によりサーボ弁が安定に制御できるのである。

例えば、Ａ系コントローラ３１とＢ系コントローラ３２に入力されている第１の開度センサー（LVDT-1）の信号がダウン（開度信号（開度フィードバック値）＝ゼロ）したとすると、Ａ系コントローラ３１は、開度信号が喪失したことをサーボ弁の開度が小さくなったと誤って認識してしまい、上述したようにサーボ弁を開けるために大きな電流を出力する。なお、このとき、Ｂ系コントローラ３２には、２つの開度センサーから信号が加えられており、Ｂ系コントローラ３２はこれら２つの開度センサー出力の高値選択になっているため、１台の開度センサー（LVDT-1）がダウンしても格別な影響はない。

Ａ系コントローラ３１からサーボアンプ１８への制御指令値２６が大きくなると、サーボアンプ１８からのサーボ電流が増加するため、サーボ弁はより開く方向に動作する。ここで、サーボアンプ１８に供給される制御指令値２６は、減算器２５において、コントローラの出力値である制御指令値２６ｂから開度フィードバック値２７を差し引いた値である。

このように、サーボアンプ１８への制御指令値２６が大きくなると、例えば、開度５０％で定常運転していたサーボ弁がそれ以上に開方向に制御されることになる。その結果、第２の開度センサー（LVDT-2）からの開度フィードバック値が大きくなるので、今度はＢ系コントローラ３２とＣ系コントローラ３３に対する開度フィードバック値が制御指令値２６ｂよりも大きくなる。

このため、図８にサーボ電流として示すように、Ｂ系コントローラ３２とＣ系コントローラ３３は、Ａ系コントローラ３１とは逆方向のサーボ電流を流し、結果的には制御指令値と開度フィードバックの偏差が「０」になる位置でバランスさせるようにする。このバランスは、サーボ弁の元の開度よりも開度の大きい位置でバランスすることになる。

図８に示すような３コイルサーボ弁制御装置では、１台の開度センサーが故障した場合であっても、出力変動が発生するものの運転は継続して行われる。しかし、その状態から更に下記のような状態が発生した場合には、サーボ電流が突変して燃料の過大投入がおこり、排気温度が高くなってしまい、継続運転が難しい状態となる。すなわち、
（１）Ａ系、Ｂ系、Ｃ系コントローラのサーボモジュールの内１台が故障した場合。
（２）Ａ系、Ｂ系、Ｃ系コントローラの内１台が故障した場合。
（３）３コイルサーボの１本が断線した場合。
である。

そのため、速やかにプラントなどを停止して故障系統を復旧することが望ましいが、プラントの運転停止ないし負荷低減（負荷降下）を伴う復旧作業は、プラントの重要度に鑑みて許容できない場合がある。このような場合、プラントの運転を継続しながら故障した開度センサーを修理することが必要になる。すなわち、開度センサーの修理時であってもプラントに変動を与えないように修理することが必要となる。

図９は、図８に示した３コイルサーボ弁制御装置の動作を説明するためのタイムチャート（波形図）である。この図９に基づいて、図８に示した３コイルサーボ弁制御装置の動作を詳細に説明する。

図９において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれＡ系、Ｂ系、Ｃ系の各サーポアンプ１８〜２０から出力されるサーボ電流、同図（ｄ）はそれらのサーボ電流の合計、（ｅ）は燃料弁開度、を示している。なお、横軸は時間軸である。

今、図９に示す時刻ｔｌにおいて、１台の開度センサー（LVDT-1）が故障したとすると、開度センサーの異常が発生した時刻ｔ１において、サーボ弁位置検出フィードバック値が減少する（図８の開度信号＝０）。この結果、Ａ系コントローラ３１からサーボアンプ１８を介してサーボコイル１４に供給されていたサーボ電流が瞬時に９ｍＡ以上になる。これは、上述したように、Ａ系コントローラ３１が、開度信号が喪失したことをサーボ弁１３（図３参照）の開度が小さくなったと誤って認識してしまうことに起因している。
Ａ系コントローラ３１のサーボ電流が９ｍＡ以上になると、図９（ｄ）に示すように、３つのサーボコイル１４〜１６の合計サーボ電流が１．８ｍＡから１０．２ｍＡ以上まで上がるため、トルクモータ１７（図３参照）の力が強まって３コイルサーボ弁１３が開方向に動作する。このため、燃料ポンプ１（図２参照）から供給される燃料が急激に増加するという問題が発生する。

同時に、サーボ弁位置検出フィードバック値２７が上がってくるため、Ｂ系のサーボアンプ１９及びＣ系のサーボアンプ２０の合計電流が減少し（１．２ｍＡ⇒−７．２ｍＡ）、それまで流れていた合計サーボ電流と同じ電流１．８ｍＡになった時点で制御は安定する。Ｂ系とＣ系の合成電流−７．２ｍＡとＡ系のサーボ電流９ｍＡを足した値１．８ｍＡで安定することになる。

この状態から、時刻ｔ２において、故障した第１の開度センサー（LVDT-1）を復旧させようとすると、Ａ系コントローラ３１からのサーボ電流が、瞬時に、Ｂ系、Ｃ系コントローラ３２、３３のサーボ電流と同じ値になるように逆方向に大きく振れて流れ始める。その結果、Ｂ系、Ｃ系コントローラ３２，３３からの制御指令値がマイナス方向に大きく振れて、３コイルの合計のサーボ電流が−１０．８ｍＡ以上になってしまう。この状態は、サーボ弁１３の安定的制御の範囲を超える値となるので、好ましくはない。つまり、３コイルの合計のサーボ電流が大きな負の電流になったことにより、トルクモータ１７の力が弱まり、３コイルサーボ弁１３が閉じる方向に急激に動作する。その結果、燃料流量が急減するので、ガスタービン４が不作動となり、プラントトリップ（プラントの不作動状態）に至る場合が起こりうる。

図６は、上述した図８に示す３コイルサーボ電流制御装置の上述した問題点を解決した、本発明の実施形態例を示したものであり、図７はその動作波形図である。

図６に示される３コイルサーボ弁制御装置では、１台開度センサーの故障復帰時に動作させるバンプレス切替回路（「バンプレス復帰手段６３」と同じもの。）６３をそれぞれのコントローラの出力段に設けている点で、図８に示した装置と異なっている。このバンプレス切替回路６３を設けることによって１台の開度センサーが故障した後の復旧動作をプラントの運転に影響させないで行うことが可能となる。

Ａ系コントローラ３１のみについて説明するが、図６に示すように、バンプレス切替回路６３を構成するスイッチの一方の端子にはサーボ弁制御指令値２６ａ´が加えられ、通常はこの値がそのまま加算器２５に供給されている。バンプレス切替回路６３のスイッチの他方の端子には、開度センサー７０からのサーボ弁位置検出フィードバック値２７が供給されており、故障した開度センサー７０を修復するためにコントローラからのサーボ電流を０ｍＡにする目的で「１台開度センサー故障信号」７０をＯＮさせる時には、このスイッチの切り替え動作が所定のレート、例えば０．０５％／秒の一定率で、制御指令値２６ａ´からサーボ弁位置検出フィードバック値２７に切り替わるようになっている。

図７は、図６に示したバンプレス切替回路６３の動作を含めたＡ系、Ｂ系、Ｃ系コントローラ全体の動作を示す波形図であり、図９と異なる点は、時刻ｔ２以降の各コントローラから出力されるサーボ電流である。

図７（ａ）は、バンプレス切替回路６３の出力を示しているが、「１台開度センサー故障信号」７０をＯＮさせるまでの間は制御指令値２６ａ´（制御指令値２６ａ＋ヌルバイアス値）が出力されている。そして、時刻ｔ２において「１台開度センサー故障信号」７０をＯＮさせると、バンプレス切替回路６３の出力は、上記制御指令値２６ａ´からサーボ弁位置検出器のフィードバック値２７に向けて所定のレートで移行するように制御される。

この結果、Ａ系コントローラ３１のサーボ電流は、９ｍＡ以上あった状態から徐々に０ｍＡまで下がっていく。また、Ｂ系とＣ系コントローラ３２、３３のサーボアンプ１９、２０から出力されるサーボ電流は、−３．６ｍＡから０．９ｍＡに向けて徐々に上昇していく。これにより、Ｂ系とＣ系コントローラ３２、３３からのサーボ電流だけで定格の１．８ｍＡを達成し、Ａ系コントローラ３１からのサーボ電流は、０ｍＡを維持させることができるのである。そして、この状態で、故障した１台の開度センサーを修復した後に、Ａ系コントローラ３１を正常動作に戻し、Ａ系、Ｂ系、Ｃ系コントローラ３１〜３３のそれぞれから、０．６ｍＡのサーボ電流を出力させて定格運転を行うようにするのである。

図７において、（ａ）はバンプレス復帰手段６３の出力、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれＡ系、Ｂ系、Ｃ系コントローラ３１〜３３の各サーポアンプ１８〜２０から出力されるサーボ電流、同図（ｅ）はそれらのサーボ電流の合計、（ｆ）は燃料弁の開度を示している。なお、横軸は時間軸である。

バンプレス復帰手段６３は、復帰信号５５がＯＮからＯＦＦに変化した場合に、制御指令値２６ｂ（出力Ｙ）の値を、制御指令値２６ａ´（Ｘ１）を初期値として入力された値をサーボ弁位置検出フィードバック値２７（Ｘ２）に一定のレート（例えば、０．０５％／ｓ）をもって徐々に切替える。「バンプレス」とはこの徐々に切り替えることを意味する言葉である。この復帰信号５５は、例えば、「１台開度センサーの異常（故障）信号」として出力されものである。例えば、一台の開度センサー（LVDT-1）の異常前は、復帰信号５５はＯＮである。この場合のバンプレス復帰手段６３の出力Ｙは、制御指令値２６ａとヌルバイアス値を加算器６１で加算した値２６ａ´（Ｘ１）を出力している。そして、開度センサー（LVDT-1）の異常が発生した後に、サーボ電流が安定してから「１台開度センサー故障信号」７０をＯＮさせて復帰信号５５がＯＦＦすると、バンプレス復帰手段６３の出力Ｙを徐々にサーボ弁位置検出フィードバック値２７の値、すなわち０ｍＡに近づけるように切替えていくのである。

その結果、サーボアンプ１８から出力されるＡ系コントローラのサーボ電流は、次のようになる。
（１）故障発生前のサーボ電流＝（制御指令値２６ａ´）−（サーボ弁位置検出フィードバック値２７）＝０．６ｍＡ
（２）故障発生時のサーボ電流＝（制御指令値２６ａ´）−（サーボ弁位置検出フィードバック値２７）＝過大な＋方向の電流値（９ｍＡ以上）
（３）故障発生後のサーボ電流＝（制御指令値２６ａ´）−（サーボ弁位置検出フィードバック値２７）＝（一定レートで徐々に０ｍＡに向かって変化する値）

以上説明したように、バンプレス復帰手段６３の機能により、Ａ系コントローラ３１からのサーボ電流は９ｍＡから開始し、一定のレートにて０ｍＡになるまで変化する。
そして、Ａ系のサーボ電流が減少することによりＢ系及びＣ系のサーボ電流が増加し、結果的に合計電流を一定にするように制御される。そのため、燃料弁の開度の変化は無くなり、定格負荷運転中であっても復旧作業が可能となる。

以上のように、本発明の実施の形態によれば、３重化コントローラ３１、３２、３３により制御する３コイルサーボ弁制御において、プラントが定格負荷にて運転されている状態で、１制御系の故障の復旧作業が可能となり、復旧作業における制約（プラント停止、プラント負荷降下）を受けずにすむという効果がある。

本発明の特徴部に係るバンプレス復帰手段及び周辺部の一実施の形態の構成図である。 本発明に係る３コイルサーボ弁が適用されてなる一実施の形態のガスタービンプラントの全体構成図である。 本発明に係る３コイルサーボ弁制御装置のサーボ弁周りの一実施の形態の構成図である。 本発明に係る３コイルサーボ弁制御装置のコントローラ周りの一実施の形態の構成図である。 図４実施の形態の制御信号選択部の選択処理に係るフローチャートである。 本発明の一実施の形態例を示す３コイルサーボ弁制御装置における異常発生時の回路説明図である。 図６に示した本発明の実施形態例において、故障制御系統の復帰時の各部の電流等の変化を説明するタイムチャート（波形図）である。 バンプレス切換回路を含まないコントローラを用いた３コイルサーボ弁制御装置（従来法）における異常発生時の回路説明図である。 図８に示したバンプレス切換回路を含まないコントローラを用いた３コイルサーボ弁制御装置（従来法）において、故障制御系統の復帰時の各部の電流等の変化を説明するタイムチャート（波形図）である。

符号の説明

６、１３・・・３コイルサーボ弁、１１・・・アクチュエータ、１２・・・油圧シリンダ、１４、１５、１６・・・サーボコイル、１７・・・トルクモータ、１８、１９、２０・・・サーボアンプ、２１、２２、２３・・・スイッチ、２４・・・サーボ弁位置検出フィードバック回路、２５・・・減算器、２６ａ・・・ 制御指令値（制御指令選択部４２の出力）、２６ａ´・・・制御指令値（バンプレス復帰手段の入力値）、２６ｂ・・・制御指令値（バンプレス復帰手段の出力値）、２６・・・制御指令値（減算器２５の出力）、２７・・・サーボ弁位置検出フィードバック値、２８・・・コイル電流のフィードバック値、３１、３２、３３・・・コントローラ、３４・・・速度センサー、３５・・・排気温度センサー、３６・・・速度設定値、３７・・・排気温度設定値、３８・・・速度負荷制御系、３９・・・排気温度制御系、４１・・・シーケンス制御系、４２・・・起動制御系、４３・・・制御信号選択部、４４・・・制御指令値演算部、５５・・・復帰指令、６１・・・加算器、６２・・・ヌルバイアス設定器、６３・・・バンプレス復帰手段、７０・・・開度センサー

Claims (2)

1. サーボ弁を駆動する複数のサーボコイルの制御指令値をそれぞれ生成する複数のコントローラと、
   サーボ弁の開度を検出する複数の開度センサーと、
   該開度センサーの出力に基づいて、サーボ弁の位置を検出するサーボ弁位置検出フィードバック回路と、
   前記各コントローラから出力される前記制御指令値と前記サーボ弁位置検出フィードバック回路から出力されるサーボ弁位置検出フィードバック値との差に基づいて前記各サーボコイルを駆動するサーボ電流をそれぞれ制御する複数のサーボアンプと、
   からなる多重制御系を有する複数コイルサーボ弁制御装置において、
   前記各コントローラの出力段にはバンプレス復帰手段が設けられ、
   該バンプレス復帰手段には、前記制御指令値と前記サーボ弁位置検出フィードバック値とが入力され、
   前記複数の開度センサーのうちの１台に異常が発生すると、前記各コントローラは、前記バンプレス復帰手段の出力として、前記制御指令値を初期値として徐々に前記サーボ弁位置検出フィードバック値に変化する制御信号を出力し、
   前記サーボコイルに供給されるサーボ電流がゼロになるように前記サーボ弁を制御する
   ことを特徴とする複数コイルサーボ弁制御装置。
2. 前記バンプレス復帰手段は、前記制御指令値から前記サーボ弁位置検出フィードバック値まで一定率で変化させることを特徴とする請求項１に記載の複数コイルサーボ弁制御装置。

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