JP2013149041A - 制御装置、方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】高い信頼性を得ることができる制御技術を提供する。
【解決手段】制御装置１０は、設定値ＳＰ及び複数の定数Ｃ_m（Ｃ₁,Ｃ₂…）を保持する保持部１１（１１ａ，１１ｂ）と、センサ１２の計測値のデジタルデータｘ(ｋ)を周期的に入力する入力部１４と、この入力したデジタルデータｘ(ｋ)に定数Ｃ_mを乗算する乗算部２１_mと、デジタルデータのノイズ除去を実行するフィルタ２２_mと、このノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び定数の乗算値ｙ_m(ｋ)と設定値及び定数の乗算値ＳＰ×Ｃ_mとに基づいて演算を実行する演算部２３_mと、値の異なる定数Ｃ_m（Ｃ₁,Ｃ₂…）からそれぞれ導かれた複数の前記演算結果を集約する集約部１５と、これら集約した複数の演算結果に基づいて機器１８の制御信号ｚ(ｋ)を出力する制御信号出力部１７と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、センサの計測値に基づいて機器を制御する制御技術に関する。

原子力発電プラント等の高い安全性が要求されるプラントには、異常時に安全を確保するための安全保護システム、あるいは安全機能を有する制御装置が設けられている。安全保護システムの例として、原子炉を緊急停止させるための系統や、工学的安全施設を自動起動させるための系統が挙げられる。
そして、工学的安全施設の例として、原子炉の水位が設定値よりも低下したとき、あるいは格納容器の圧力が設定値よりも上昇したとき等に自動起動する非常用炉心冷却装置が挙げられる。

これら安全保護システム等は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）を使用したデータ処理部から構成され、圧力センサ等で検出されたプロセス信号を、ソフトウェアで処理し、自動起動の要否を判定する。
このようなマイクロプロセッサを使用したデータ処理部の基本的な機能及び構成は、一般産業用のプログラマブル制御装置と同様であるが、非常に高い信頼性が求められる。さらに、作動中のデータ処理部の健全性が維持されていることを保証することが求められている。

そして、これら安全保護システム等のデータ処理部の主要構成部品であるマイクロプロセッサの供給者は、一般に半導体メーカーである。そして、このマイクロプロセッサの演算機能（浮動小数点演算等）は半導体メーカーが設計し、マイクロプロセッサに実装している。
現在広く使用されているマイクロプロセッサの浮動小数点演算は、ＩＥＥＥ７５４標準に基づくものであり、浮動小数点数に要求される演算精度に応じて３２ビット、あるいは６４ビットで処理される。

そして、これら安全保護システム等は、データ処理部の構成を多重化することにより、高い信頼性を確保するよう努めている。さらに、マイクロプロセッサとハードウェアロジックの二重構成によって、マイクロプロセッサにエラーが発生しても判定結果に影響が及ばないようにする技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

米国特許第７，４３７，２００号明細書

ところで、マイクロプロセッサにおける浮動小数点演算回路が正しく設計され、常に正しい結果を出すことを保証することは困難である。マイクロプロセッサは大量に生産され使用されるため、設計上のバグが発見されれば修正され、結果的に高い信頼性が確保されることになるが、設計上のバグが全くないことを保証することは不可能である。
このために、同種類のマイクロプロセッサを用いて多重化しても、その演算回路の設計バグに起因するエラーを検出することは、困難である。

ところで、演算結果に間違いがないことを、例えば、数値ＡとＢを加えてＣを得た場合にＣからＢを引いてＡを得る検算により、確認することができる。この検算処理によれば、最初の足し算と後の引き算とは異なる演算であるために、演算回路における設計上のバグの検出が期待できる。ただし、このような検算処理は時間がかかるため、応答時間に制約のある安全保護システムに用いることは不適切である。
また、特許文献１のように、マイクロプロセッサとハードウェアロジックを二重に設置することは、コストが大きく上昇する課題がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、高い信頼性を得ることができる制御技術を提供することを目的とする。

制御装置において、設定値及び複数の定数を保持する保持部と、センサの計測値のデジタルデータを周期的に入力する入力部と、前記入力したデジタルデータに前記定数を乗算する乗算部と、前記デジタルデータのノイズ除去を実行するフィルタと、前記ノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び前記定数の乗算値と前記設定値及び前記定数の乗算値とに基づいて演算を実行する演算部と、値の異なる前記定数からそれぞれ導かれた複数の演算結果を集約する集約部と、前記集約した複数の前記演算結果に基づいて機器の制御信号を出力する制御信号出力部と、を備えることを特徴とする。

本発明により、高い信頼性を得ることができる制御技術が提供される。

本発明に係る制御装置の第１実施形態を示すブロック図。 第１実施形態に係る制御装置の動作を説明するフローチャート。 本発明に係る制御装置の第２実施形態を示すブロック図。 第２実施形態に係る制御装置の動作を説明するフローチャート。 第２実施形態に係る制御装置の他の動作を説明するフローチャート。 （Ａ）本発明に係る制御装置の第３実施形態を示すブロック図、（Ｂ）第３実施形態の他の構成を示すブロック図。 各実施形態に係る制御装置をマイクロプロセッサで実現した場合の機械構成図。 （Ａ）３．０３１６４８８Ｅ−１３を２進法の浮動小数点数として表現した符号化フォーマット、（Ｂ）各入力データの２進法の浮動小数点数と、各々の入力データに３．０３１６４８８Ｅ−１３を乗算した場合の２進法の浮動小数点数と、を示す表。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、第１実施形態の制御装置１０は、設定値ＳＰ及び複数の定数Ｃ_m（Ｃ₁,Ｃ₂…）を保持する保持部１１（１１ａ，１１ｂ）と、センサ１２の計測値のデジタルデータｘ(ｋ)を周期的に入力する入力部１４と、この入力したデジタルデータｘ(ｋ)に定数Ｃ_mを乗算する乗算部２１_mと、デジタルデータのノイズ除去を実行するフィルタ２２_mと、このノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び定数の乗算値ｙ_m(ｋ)と設定値及び定数の乗算値ＳＰ×Ｃ_mとに基づいて演算を実行する演算部２３_mと、値の異なる定数Ｃ_m（Ｃ₁,Ｃ₂…）からそれぞれ導かれた複数の前記演算結果を集約する集約部１５と、これら集約した複数の演算結果に基づいて機器１８の制御信号ｚ(ｋ)を出力する制御信号出力部１７と、を備えている。

センサ１２は、具体的に、原子炉あるいは格納容器の圧力を計測する圧力センサ、再循環流量等を計測する流量センサ、沸騰水型原子炉の水位あるいは加圧水型原子炉の加圧器の水位を計測する水位センサ、原子炉の中性子を計測する出力センサ、放射線レベルを計測する放射線センサ、地震加速度を計測する加速度センサ等が挙げられる。

これらセンサ１２が出力するアナログ信号は、アナログ・デジタル変換器１３において数ミリ秒から数秒の周期でデジタルデータｘ(ｋ) [ｋ＝１，２，３…]に変換され、一定の時間間隔で入力部１４に入力される。
なお、入力部１４で入力されるデジタルデータｘ(ｋ)は、アナログ・デジタル変換器１３の出力値（整数）である場合以外に、この出力値の物理量変換部（図示略）による変換値（浮動小数点数）である場合もある。

入力部１４は、入力したデジタルデータｘ(ｋ)を、多重構成を有するデータ処理部２０_m（ｍ＝１，２…）のそれぞれに転送する。
なお、図１において、多重構成を有するデータ処理部２０_m（ｍ＝１，２…）は、同一のセンサ１２から計測したデジタルデータｘ(ｋ)を受信しているが、それぞれ別々のセンサが計測したデジタルデータｘ(ｋ)を受信する構成としてもよい。

データ処理部２０_m（ｍ＝１，２…）は、乗算部２１_m、フィルタ２２_m及び演算部２３_mを共通の構成要素とし、少なくとも二個以上配置されている。そして、全てのデータ処理部２０_mは、それぞれ同一の設計に基づく別々のハードウェアとして制御装置１０に実装されている。

保持部１１（１１ａ，１１ｂ）は、プラントの安全性が保証されるセンサ１２の計測値の許容限界を定めた設定値ＳＰを保持する設定値保持部１１ａと、データ処理部２０_mの数に対応する複数の定数Ｃ_m（Ｃ₁,Ｃ₂…）を保持する定数保持部１１ｂと、から構成されている。

ここで、定数Ｃ₁＝１を採用し、定数Ｃ₂＝３．０３１６４８８Ｅ−１３を採用する。
定数Ｃ₁＝１を採用することにより、データ処理部２０₁に乗算部２１₁を実装させる実質的な意味が無くなるが、データ処理部２０₂と共通のプログラムを使用することができる。
定数Ｃ₂＝３．０３１６４８８Ｅ−１３は、ＩＥＥＥ７５４による２進法の浮動小数点数として３２ビットで、図８（Ａ）のように示される。

つまり、指数部および仮数部において０と１が交互に表現される。したがって、定数Ｃ₂＝３．０３１６４８８Ｅ−１３は、デジタルデータｘ(ｋ)に乗算すると、その乗算値の指数部および仮数部の広い範囲に影響を与えることになる。
なお、定数Ｃ₂は、特に限定されないが、掛けあわせることにより指数部および仮数部の広い範囲に影響を与える数が好ましい。

なお、一般的なマイクロプロセッサは３２ビット演算を提供する一方、アナログ・デジタル変換器１３の出力は１２ビット程度である。したがって、この場合、デジタルデータｘ(ｋ)に乗算する定数Ｃ₂は１２ビット数、例えば、１０１０１０１０１０１０Ｂ＝２７３０を採用する。
このように、データ処理部２０_mで処理されるデジタルデータｘ(ｋ)が、アナログ・デジタル変換器１３の出力値である場合は整数演算がなされ、この出力値から物理量への変換値である場合は浮動小数点演算がなされる。

１２ビットのアナログ・デジタル変換器１３から直接出力されたデジタルデータｘ(ｋ)は、０から４０９５までの範囲の整数値が乗算部２１_mに入力する。
図８（Ｂ）は、想定される各デジタルデータｘ(ｋ)の入力に対する、上段が乗算部２１₁（Ｃ₁＝１）の出力、上段が乗算部２１₂（Ｃ₂＝３．０３１６４８８Ｅ−１３）の出力を示している。
この図８（Ｂ）に示すように、入力が０の場合を除き、乗算部２１_mの出力の指数部および仮数部のビットパターンは大きく相違する。

フィルタ２２_mは、入力したデジタルデータｘ(ｋ)×Ｃ_mに対し、次式で示されるノイズ除去を実行して出力する。
フィルタ２２₁の出力 : ｙ₁(ｋ)＝Σ[j=0→S-1] x(k-j)×Ｃ₁／Ｓ （１）
フィルタ２２₂の出力 : ｙ₂(ｋ)＝Σ[j=0→S-1] x(k-j)×Ｃ₂／Ｓ （２）
ここでＳは、平均化するデータの数である。
ここでＳ＝６４（＝２⁶）を採用すれば、現在のデジタルデータｘ(ｋ)から過去６４周期に遡って移動平均を計算することになる。この場合、過去６３周期分のデータは、メモリに記録され、Ｓによる除算処理は、指数部から６を減算するのみであり仮数部に影響を与えない。

フィルタ２２_mに、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタを採用することも可能である。次式は、ＩＩＲフィルタの単純化した計算式の一例である。ここでαおよびβは０から１までの適切に選択された数である。なお、一般に、線形フィルタであれば同様の処理が可能である。
フィルタ２２₁の出力 : ｙ₁(ｋ)＝α×Ｃ₁×ｘ(ｋ)＋（１−α）×ｙ(ｋ−１) （３）
フィルタ２２₂の出力 : ｙ₂(ｋ)＝β×Ｃ₂×ｘ(ｋ)＋（１−β）×ｙ(ｋ−１) （４）

演算部２３_mは、保持部１１（１１ａ，１１ｂ）から設定値ＳＰ及び定数Ｃ_mを取得し、両者の乗算値ＳＰ×Ｃ_mとフィルタ２２_mの出力ｙ_m(ｋ)とを比較する。
そして、演算部２３_mは、ｙ_m(ｋ)がＳＰ×Ｃ_mを超えた場合は、判定信号"１"を出力し、ｙ_m(ｋ)がＳＰ×Ｃ_m以下の場合は、判定信号"０"を出力する。

集約部１５は、それぞれのデータ処理部２０_m（演算部２３_m）から"０"又は"１"で示される判定信号を受信し、論理和演算（ＯＲ演算）により、少なくとも一つが"１"の場合は"１"を出力し、全部"０"の場合は"０"を出力する。このような、演算子は、リレーあるいは半導体によるデジタル回路により実現される。
なお、作動させる機器１８がプラント運転にもたらす安定性を確保する観点から、集約部１５において論理和演算（ＡＮＤ演算）を行う場合もある。

エラー記録部１６は、データ処理部２０_m（演算部２３_m）から出力される"０"又は"１"で示される判定信号に不一致が検出された場合、エラー記録を実行する。このようなエラー記録部１６は、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭ、あるいはハードディスク等、電源を切れてもデータが保持される不揮発性の記録装置により実現される。

制御信号出力部１７は、集約部１５における論理演算の出力結果に基づいて機器１８の制御信号ｚ(ｋ)を出力する。
なお、図１は、データ処理部２０_mの構成を二重化（ｍ＝２）したものについて示したが、本発明の実施形態として２ ｏｕｔ−ｏｆ ３、１ ｏｕｔ−ｏｆ ２ ｔｗｉｃｅ、あるいは２ ｏｕｔ−ｏｆ ４等に対しても適用することが可能である。例えば２ ｏｕｔ−ｏｆ ３は三重系（ｍ＝３）であるから、異なる係数定数Ｃ₁、Ｃ₂及びＣ₃を各データ処理部２０_mに適用する。

図２のフローチャートに基づいて第１実施形態に係る制御装置の動作を説明する。
まず、設定値ＳＰ及び複数の定数Ｃ_m（Ｃ₁,Ｃ₂…）を保持するとともにセンサ１２の計測値のデジタルデータｘ(ｋ)をｋ＝１から順番に周期的に入力する（Ｓ１１，Ｓ１２）。そして、まずデータ処理部２０_１（ｍ＝１）に入力したデジタルデータｘ(ｋ)に定数Ｃ_１を乗算し（Ｓ１３，Ｓ１４）、ノイズ除去を実行する（Ｓ１５）（式（１）又は式（３）参照）。

次に、このノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び定数の乗算値ｙ_１(ｋ)と、設定値及び定数の乗算値ＳＰ×Ｃ_１と、について比較演算を実行する（Ｓ１６）。そして、ｙ_１(ｋ)がＳＰ×Ｃ_１を超えた場合は、判定信号"１"を出力し（Ｓ１６；Ｙｅｓ，Ｓ１７）、ｙ_１(ｋ)がＳＰ×Ｃ_１以下の場合は、判定信号"０"を出力する（Ｓ１６；Ｎｏ，Ｓ１８）。

次に、データ処理部２０₂（ｍ＝２）において、前記したＳ１４〜Ｓ１８までの処理を実行し（Ｓ１９；Ｎｏ）、全ての多重化処理（ｍ＝Ｍ）を終了させる（Ｓ１９；Ｙｅｓ）。
そして、値の異なる定数Ｃ_m（Ｃ₁,Ｃ₂…）を用いたデータ処理部２０_mからそれぞれ導かれた複数の演算結果（"１"又は"０"）を集約し、ＯＲ演算により少なくとも一つが"１"の場合は"１"を出力し、全部"０"の場合は"０"を出力する（Ｓ２０）。

また、これら複数の演算結果の全てが一致していない場合は、エラーが記録される（Ｓ２１；Ｎｏ，Ｓ２２）。そして、エラーが記録されたか否かにかかわらず、演算結果に基づいて機器１８の制御信号ｚ(ｋ)が出力される。
次に、センサ１２からｋ＝２のデジタルデータｘ(ｋ)を入力し（Ｓ２４；Ｎｏ，Ｓ１２）、このＳ１２〜Ｓ２３までのフローを制御が終了するまで繰り返す（Ｓ２４；Ｙｅｓ）。
なお、プロセッサが複数のコアを具備している場合は、Ｓ１４〜Ｓ１９を、並列して実行することができる。

（第２実施形態）
図３に基づいて、第２実施形態の制御装置１０を説明する。なお、図３において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。第２実施形態の制御装置１０は、第１実施形態（図１）と対比して次の点で相違する。
つまり、入力部１４_n（１４_I,１４_II,…）は複数のセンサ１２_n（１２_I,１２_II,…）からデジタルデータｘ_n(ｋ)（ｘ_I(ｋ),ｘ_II(ｋ),…）をそれぞれ入力し、設定値保持部１１ａは複数のセンサ１２_n（１２_I,１２_II,…）のそれぞれに対応する複数の設定値ＳＰ_n（ＳＰ_I,ＳＰ_II,…）を保持し、演算部２３（図１）を第１演算部２３_mnに対応させ、共通の定数Ｃ_mでかつ異なる設定値ＳＰ_nから導かれた第１演算部２３_mnの演算結果を集約して第２演算を実行する第２演算部２４_mを備え、集約部１５はそれぞれ値の異なる定数Ｃ_mから導かれた第２演算の結果を集約する。

すなわち、第２実施形態の制御装置１０は、複数のセンサ１２_n（１２_I,１２_II,…）のそれぞれに対応する複数の設定値ＳＰ_n（ＳＰ_I,ＳＰ_II,…）を保持する設定値保持部１１ａと、複数の定数Ｃ_m（Ｃ₁,Ｃ₂…）を保持する定数保持部１１ｂと、複数のセンサ１２_n（１２_I,１２_II,…）の計測値のデジタルデータｘ_n(ｋ)（ｘ_I(ｋ),ｘ_II(ｋ),…）をそれぞれ周期的に入力する複数の入力部１４_n（１４_I,１４_II,…）と、この入力したデジタルデータｘ(ｋ)に定数Ｃ_mを乗算する乗算部２１_mnと、デジタルデータのノイズ除去を実行するフィルタ２２_mnと、このノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び定数の乗算値ｙ_mn(ｋ)と設定値及び定数の乗算値ＳＰ_n×Ｃ_mとに基づいて演算を実行する第１演算部２３_mnと、共通の定数Ｃ_mでかつ異なる設定値ＳＰ_nから導かれた第１演算部２３_mnの演算結果を集約して第２演算を実行する第２演算部２４_mと、値の異なる定数Ｃ_m（Ｃ₁,Ｃ₂…）からそれぞれ導かれた複数の第２演算結果を集約する集約部１５と、これら集約した複数の演算結果に基づいて機器１８の制御信号ｚ(ｋ)を出力する制御信号出力部１７と、を備えている。

複数のセンサ１２_nの組み合わせは、圧力センサ、流量センサ、水位センサ、中性子出力センサ、放射線センサ、加速度センサ等のセンサのうち同種のものでも、異種のものであってもよい。

データ処理部２０_m（ｍ＝１，２…）の各々は、このように組み合わされた複数のセンサ１２_n（１２_I,１２_II,…）のデジタルデータｘ_n(ｋ)（ｘ_I(ｋ),ｘ_II(ｋ),…）を入力する。そしてデータ処理部２０_m（ｍ＝１，２…）の共通の構成要素である、乗算部２１_mn、フィルタ２２_mn及び第１演算部２３_mnは、それぞれ対応するデジタルデータｘ_n(ｋ)、設定値ＳＰ_n、定数Ｃ_mを処理する。

第２演算部２４_mは、第１演算部２３_mnから出力された判定信号"１"又は"０"に対し、論理和演算（ＯＲ演算）を実行し、少なくとも一つが"１"の場合は"１"を出力し、全部"０"の場合は"０"を出力する。
なお、作動させる機器１８がプラント運転にもたらす安定性を確保する観点から、第２演算部２４_mにおいて論理和演算（ＡＮＤ演算）を行う場合もある。

図４のフローチャートに基づいて第２実施形態に係る制御装置の動作を説明する。なお、図４において図２と共通する処理は、同一符号で示している。
まず、複数の設定値ＳＰ_n（ＳＰ_I,ＳＰ_II,…）及び複数の定数Ｃ_m（Ｃ₁,Ｃ₂…）を保持するとともにセンサ１２_n（１２_I,１２_II,…）の計測値のデジタルデータｘ_n(ｋ)（ｘ_I(ｋ),ｘ_II(ｋ),…）をｋ＝１から順番に周期的に入力する（Ｓ１１，Ｓ１２）。そして、まずデータ処理部２０_１（ｍ＝１）に入力したデジタルデータｘ_n(ｋ)のそれぞれに定数Ｃ_１を乗算し（Ｓ１３，Ｓ３０，Ｓ１４）、ノイズ除去を実行する（Ｓ１５）（式（１）又は式（３）参照）。

次に、このノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び定数の乗算値ｙ_mn(ｋ)と、設定値及び定数の乗算値ＳＰ_n×Ｃ_mと、について比較演算を実行する（Ｓ１６）。そして、ｙ_mn(ｋ)がＳＰ_n×Ｃ_mを超えた場合は、判定信号"１"を出力し（Ｓ１６；Ｙｅｓ，Ｓ１７）、ｙ_mn(ｋ)がＳＰ_n×Ｃ_m以下の場合は、判定信号"０"を出力する（Ｓ１６；Ｎｏ，Ｓ１８）。
そして、データ処理部２０_１（ｍ＝１）において取得した全てのデジタルデータｘ_n(ｋ)に対し、Ｓ１４からＳ１８までの第１演算処理を繰り返す（Ｓ３１；Ｎｏ，Ｙｅｓ）。

次に、第１演算処理により出力された判定信号"１"又は"０"に対し、論理和演算（ＯＲ演算）を実行し、少なくとも一つが"１"の場合は"１"を出力し、全部"０"の場合は"０"を出力する第２演算処理を実行する（Ｓ３２）。
そして、この第２演算処理を全てのデータ処理部２０_mにおいて実行し（Ｓ１９；Ｎｏ，Ｙｅｓ）、それぞれ導かれた複数の演算結果（"１"又は"０"）を集約し、ＯＲ演算により少なくとも一つが"１"の場合は"１"を出力し、全部"０"の場合は"０"を出力する（Ｓ２０）。

また、これら複数の演算結果の全てが一致していない場合は、エラーが記録される（Ｓ２１；Ｎｏ，Ｓ２２）。そして、エラーが記録されたか否かにかかわらず、演算結果に基づいて機器１８の制御信号ｚ(ｋ)が出力される（Ｓ２３）。
次に、センサ１２からｋ＝２のデジタルデータｘ(ｋ)を入力し（Ｓ２４；Ｎｏ，Ｓ１２）、このＳ１２〜Ｓ２３までのフローを制御が終了するまで繰り返す（Ｓ２４；Ｙｅｓ）。

図５のフローチャートは、第２実施形態に係る制御装置の他の動作を示している。
図３における乗算部２１_mn、フィルタ２２_mn、第１演算部２３_mn及び第２演算部２４_mnは、図４に示すようにデジタルデータｘ_n(ｋ)の入力処理（Ｓ１２）から独立している。
このために、図３における乗算部２１_mn、フィルタ２２_mn、第１演算部２３_mn及び第２演算部２４_mnの処理は、それぞれ図５のＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４に示すように、独立して処理することができる。

（第３実施形態）
図６（Ａ）に基づいて、第３実施形態の制御装置を説明する。なお、図６において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。第３実施形態の制御装置１０は、第１実施形態（図１）と対比して次の点で相違する。
つまり、演算部２３_mは、デジタルデータ及び定数の乗算値ｙ_m(ｋ)と、設定値及び定数の乗算値ＳＰ×Ｃ_mと、の差分に基づいて演算を実行している。

図６は、液体の配送システムが示されている。これは、原子力発電プラントにおいて復水貯蔵槽から原子炉圧力容器に接続される給水配管の例である。
この配管には、流量センサ１２、流量調節機器１８、ポンプ１９が設置され、この流量センサ１２の計測値に基づいて、流量調節機器１８により、配管における液体の流量を調節する。

第３実施形態において演算部２３_mは、ノイズ除去が実行された流量計測値のデジタルデータ及び定数の乗算値ｙ_m(ｋ)と、設定値（流量目標値）及び定数の乗算値ＳＰ×Ｃ_mとの差分に基づいて流量調節器１８の絞り量を演算する。
さらに、この演算部２３_mは、ＰＩＤ制御理論に基づき、流量計測値ｘ(ｋ)が流量目標値（設定値ＳＰ）に短時間で到達する様に制御信号ｚ(ｋ)を演算する。また、このようなＰＩＤ制御理論に限定されるものではなく、線形性のある適当な制御理論を使用することができる。

ＰＩＤ制御理論では制御信号ｚ(ｋ)を次式に基づき演算する。
u(t)=K_pe(t)+K_i∫e(τ)dτ+K_d de(t)/dt （５）
u(t)：時刻ｔにおける制御信号
K_p：比例ゲイン
K_i：積分ゲイン
K_d：微分ゲイン
e(t)：時刻ｔにおける差分

なお、演算部２３_mは、実際の流量計測値ｘ(ｋ)の定数Ｃ_m倍を入力して処理を実行しているので、出力を１／Ｃ_m倍にする除算器が設けられている。
集約部１５は、演算部２３_mから送られてきた複数の演算結果を平均化して出力したり、無条件でいずれか一方の演算結果を出力したりする。また、流量が大きいとみなした方がプラントにとって安全に作用する場合は、値の大きい方の演算結果を出力する。
そして、二つの演算結果の差が一定値よりも大きい場合は警報を発する。
また、第２実施形態のように、複数のセンサ１２_nを用いる場合の演算結果の差の評価方法は、二つのデータ組合せの差の二乗和を考慮することが考えられる。

図６（Ｂ）に示すように、デジタルデータｘ(ｋ)にノイズ除去を実行してから定数Ｃ_mを乗算する制御装置１０の構成も考えられる。
このような構成をとることにより、専用半導体あるいはＦＰＧＡで構成したデータ処理部２０_mに対し、フィルタ２２_mを独立させて構成することができる。

図６に示される第３実施形態によれば、流量あるいは圧力の様な数量的な制御を実施する場合にも、より信頼性の高い多重化処理が実行される。

図７は、各実施形態に係る制御装置をマイクロプロセッサで実現した場合の機械構成図である。マイクロプロセッサＣＰＵは、入力ポート、出力ポート、ＲＯＭ、ＲＡＭを、バスを介して相互にデータ伝送できるように接続している。このＣＰＵは、乗算部２１_m、フィルタ２２_m、及び演算部２３_mで必要とされる数値演算機能を、ＲＯＭに格納されたプログラムに基づいて実行する。数値演算をＩＥＥＥ７５４標準の３２ビット浮動小数点数として処理する機能を有する。

入力ポートは、デジタルデータｘ(ｋ)を受信し、出力ポートは制御信号ｚ(ｋ)を出力する。ＲＯＭは、データ処理部２０_mに電源が入っていない時もデータを保存できる不揮発性メモリであり、データ処理部２０_mを機能させるためのプログラムおよび定数Ｃ_mを保存する。
ＲＡＭは、ＲＯＭに保存されているプログラムおよび定数Ｃ_mを、データ処理部２０_mが初期化された時にコピーする。さらにＲＡＭは、フィルタ２２_mが一時的にデータｘ(ｋ)を保存するためのワーキングメモリとしても使用される。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の制御装置によれば、共通の入力データに対して、異なる定数を乗算して多重化した内部演算を実行する。これにより、データ処理部に設計上のバグが存在しても、不健全な処理をエラーとして検出することができる。また、複数のデータ処理部を、それぞれ同一の設計及び同じ型式の部品で提供できるためにコストを削減に寄与することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

また、制御装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、制御プログラムにより動作させることが可能である。

１０…制御装置、１１ａ（１１）…設定値保持部（保持部）、１１ｂ（１１）…定数保持部（保持部）、１２，１２_n（１２_I，１２_II）…センサ、１３…アナログ・デジタル変換器、１４，１４_n（１４_I，１４_II）…入力部、１５…集約部、１６…エラー記録部、１７…制御信号出力部、１８…機器、１９…ポンプ、２０，２０_m（２０₁，２０₂）…データ処理部、２１，２１_m（２１₁，２１₂），２１_mn（２１_1I，２１_１II，２１_2I，２１_2II）…乗算部、２２，２２_m（２２₁，２２₂），２２_mn（２２_1I，２２_１II，２２_2I，２２_2II）…フィルタ、２３，２３_m（２３₁，２３₂），２３_mn（２３_1I，２３_１II，２３_2I，２３_2II）…第１演算部、２４_m（２４₁，２４₂）…第２演算部、Ｃ_m（Ｃ₁，Ｃ₂）…定数、ＳＰ，ＳＰ_n（ＳＰ_I，ＳＰ_II）…設定値、ｘ(ｋ)（ｘ_I(ｋ)，ｘ_II(ｋ)）…デジタルデータ、ｙ_m(ｋ)（ｙ₁(ｋ)，ｙ₂(ｋ)）…ノイズ除去データ、ｚ(ｋ)…制御信号。

Claims (7)

1. 設定値及び複数の定数を保持する保持部と、
   センサの計測値のデジタルデータを周期的に入力する入力部と、
   前記入力したデジタルデータに前記定数を乗算する乗算部と、
   前記デジタルデータのノイズ除去を実行するフィルタと、
   前記ノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び前記定数の乗算値と前記設定値及び前記定数の乗算値とに基づいて演算を実行する演算部と、
   値の異なる前記定数からそれぞれ導かれた複数の前記演算結果を集約する集約部と、
   前記集約した複数の前記演算結果に基づいて機器の制御信号を出力する制御信号出力部と、を備えることを特徴とする制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記入力部は、複数のセンサから前記デジタルデータをそれぞれ入力し、
   前記保持部は、複数のセンサにそれぞれ対応する複数の設定値を保持し、
   前記演算部を第１演算部として、共通の前記定数でかつ異なる前記設定値から導かれた第１演算結果を集約して第２演算を実行する第２演算部を備え、
   前記集約部は、それぞれ値の異なる前記定数から導かれた前記第２演算結果を集約することを特徴とする制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の制御装置において、
   前記演算部は、デジタルデータ及び前記定数の乗算値と前記設定値及び前記定数の乗算値との差分に基づいて前記演算を実行することを特徴とする制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の制御装置において、
   前記デジタルデータに前記ノイズ除去を実行してから前記定数を乗算することを特徴とする制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の制御装置において、
   前記集約された前記複数の演算結果から示されるエラー情報を記録するエラー記録部を備えることを特徴とする制御装置。
6. 設定値及び複数の定数を保持するステップと、
   センサの計測値のデジタルデータを周期的に入力するステップと、
   前記入力したデジタルデータに前記定数を乗算するステップと、
   前記デジタルデータのノイズ除去を実行するステップと、
   前記ノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び前記定数の乗算値と前記設定値及び前記定数の乗算値とに基づいて演算を実行するステップと、
   値の異なる前記定数からそれぞれ導かれた複数の前記演算結果を集約するステップと、
   前記集約した複数の前記演算結果に基づいて機器の制御信号を出力するステップと、を含むことを特徴とする制御方法。
7. コンピュータに、
   設定値及び複数の定数を保持するステップ、
   センサの計測値のデジタルデータを周期的に入力するステップ、
   前記入力したデジタルデータに前記定数を乗算するステップ、
   前記デジタルデータのノイズ除去を実行するステップ、
   前記ノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び前記定数の乗算値と前記設定値及び前記定数の乗算値とに基づいて演算を実行するステップ、
   値の異なる前記定数からそれぞれ導かれた複数の前記演算結果を集約するステップ、
   前記集約した複数の前記演算結果に基づいて機器の制御信号を出力するステップ、を実行させることを特徴とする制御プログラム。

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