JP2016056725A - 蒸気タービン、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】電動機の駆動を制御しているコントローラユニットに異常が発生した場合であっても、タービン回転速度を目標とするタービン回転速度となるように制御し、破損に至らない安全な状態で制御を復旧することができる蒸気タービンを提供する。
【解決手段】蒸気タービンにおいて、電動機は、タービン本体に供給される蒸気が流通する蒸気流路の開閉を調整するための調整弁を駆動する。複数のコントローラユニットのそれぞれは、電動機の駆動を制御するためのコントローラユニットである。状態保持部は、蒸気タービンにおける状態を示すパラメータを保持する。マスターコントローラは、電動機の駆動を制御しているコントローラユニットに異常が発生した場合に、コントローラユニットのうち電動機の制御をしていないコントローラユニットに切り替え、異常が発生する前に状態保持部が保持したパラメータを設定した後に当該コントローラユニットを動作させる。
【選択図】図１
【解決手段】蒸気タービンにおいて、電動機は、タービン本体に供給される蒸気が流通する蒸気流路の開閉を調整するための調整弁を駆動する。複数のコントローラユニットのそれぞれは、電動機の駆動を制御するためのコントローラユニットである。状態保持部は、蒸気タービンにおける状態を示すパラメータを保持する。マスターコントローラは、電動機の駆動を制御しているコントローラユニットに異常が発生した場合に、コントローラユニットのうち電動機の制御をしていないコントローラユニットに切り替え、異常が発生する前に状態保持部が保持したパラメータを設定した後に当該コントローラユニットを動作させる。
【選択図】図１
Description
本発明は、蒸気タービン、制御方法及びプログラムに関する。
タービン回転速度の実測値をフィードバックして目標タービン回転速度と比較し、その偏差に基づいてタービン回転速度を制御する蒸気タービンがある。
特許文献１には、関連する技術として、予備のコントローラユニットを設け、冗長性を持たせた蒸気タービンの制御を行う技術が記載されている。
特許文献１には、関連する技術として、予備のコントローラユニットを設け、冗長性を持たせた蒸気タービンの制御を行う技術が記載されている。
ところで、特許文献１に記載の蒸気タービンの制御では、予備のコントローラユニットへの切り替えシーケンスが明確ではない。また、メインのコントローラユニットから予備のコントローラユニットに切り替える際に、予備のコントローラユニットがどのような状態から動作するかを検知する必要があるが、特許文献１に記載の蒸気タービンの制御では、メインのコントローラユニットに異常が発生した場合には、予備のコントローラユニットの状態を検知するコントローラが存在しないため、予備のコントローラユニットの状態を検知することができない。その結果、予備のコントローラユニットに切り替わったとしても、異常が発生する前と同様の制御を行うことができない。また、特許文献１に記載の蒸気タービンの制御では、メインのコントローラユニットから予備のコントローラユニットに切り替わる最中にも電動アクチュエータからコントローラユニットへのフィードバックが掛からない状態での動作が続く。そのため、切り替え後のコントローラユニットの動作条件は、切り替え前のコントローラユニットの動作条件と異なり、タービン回転速度が目標のタービン回転速度から大きくずれる。タービン回転速度が目標のタービン回転速度から大きくずれた場合、制御量が過大となるため、その結果、電動機、電動アクチュエータ、タービン本体などの各可動部が急激に動作する可能性があり、場合によっては破損する可能性もある。
そのため、蒸気タービンにおいて、電動機の駆動を制御しているコントローラユニットに異常が発生した場合であっても、タービン回転速度を目標とするタービン回転速度となるように制御し、破損に至らない安全な状態で制御を復旧することができる技術が求められていた。
そこでこの発明は、上記の課題を解決することのできる蒸気タービン、制御方法及びプログラムを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、第１の態様は、タービン本体に供給される蒸気が流通する蒸気流路の開閉を調整するための調整弁を駆動する電動機と、前記電動機の駆動を制御するための複数のコントローラユニットと、蒸気タービンにおける状態を示すパラメータを保持する状態保持部と、前記電動機の駆動を制御している前記コントローラユニットに異常が発生した場合に、前記コントローラユニットのうち電動機の制御をしていないコントローラユニットに切り替え、前記異常が発生する前に前記状態保持部が保持した前記パラメータを設定した後に当該コントローラユニットを動作させるマスターコントローラと、を備える蒸気タービンである。
また、第２の態様は、第１の態様において、前記状態保持部は、前記パラメータである前記タービン本体において検出したタービン回転速度を保持する蒸気タービンである。
また、第３の態様は、第１または第２の態様において、前記状態保持部は、前記パラメータである前記調整弁を制御するための弁開度を保持する蒸気タービンである。
また、第４の態様は、第１から第３の何れかの態様において、前記状態保持部は、前記パラメータである目標とするタービン回転速度と検出したタービン回転速度との偏差を保持する蒸気タービンである。
また、第５の態様は、タービン本体に供給される蒸気が流通する蒸気流路の開閉を調整するための調整弁を駆動する電動機の駆動を制御し、蒸気タービンにおける状態を示すパラメータを保持し、前記電動機の駆動を制御しているコントローラユニットに異常が発生した場合に、電動機の制御をしていないコントローラユニットに切り替え、切り替え前に保持した前記パラメータを設定した後に当該コントローラユニットを動作させる、蒸気タービンの制御方法である。
また、第６の態様は、コンピュータを、タービン本体に供給される蒸気が流通する蒸気流路の開閉を調整するための調整弁を駆動する電動機と、前記電動機の駆動を制御するための複数のコントローラユニットと、蒸気タービンにおける状態を示すパラメータを保持する状態保持部と、前記電動機の駆動を制御している前記コントローラユニットに異常が発生した場合に、前記コントローラユニットのうち電動機の制御をしていないコントローラユニットに切り替え、前記異常が発生する前に前記状態保持部が保持した前記パラメータを設定した後に当該コントローラユニットを動作させるマスターコントローラ、として機能させるプログラムである。
本発明の実施形態による蒸気タービンによれば、電動機の駆動を制御しているコントローラユニットに異常が発生した場合であっても、タービン回転速度を目標とするタービン回転速度となるように制御し、破損に至らない安全な状態で制御を復旧することができる。
＜第一の実施形態＞
図１は、本発明の第一の実施形態による蒸気タービン１０の構成の一例を示す図である。
第一の実施形態による蒸気タービン１０は、図１で示すように、タービン本体１１と、蒸気流路１２と、調整弁１３と、レバー部材１４と、開閉駆動機構１５と、電子ガバナ１７と、コントローラユニット３５と、マスターコントローラ４３と、状態保持部４９と、を備える。
図１は、本発明の第一の実施形態による蒸気タービン１０の構成の一例を示す図である。
第一の実施形態による蒸気タービン１０は、図１で示すように、タービン本体１１と、蒸気流路１２と、調整弁１３と、レバー部材１４と、開閉駆動機構１５と、電子ガバナ１７と、コントローラユニット３５と、マスターコントローラ４３と、状態保持部４９と、を備える。
タービン本体１１は、図１で示すように、筒状のケーシング１１１と、ケーシング１１１に設けられた軸受１１２と、軸受１１２に回転可能に支持されてケーシング１１１内部に配されたロータ１１３と、ロータ１１３の回転速度を検出する速度検出センサ１１４と、を備える。
ロータ１１３は、回転軸１１５と、回転軸１１５に固定されたブレード１１６と、を備える。ブレード１１６が蒸気により回転し、その回転力により圧縮機１８が駆動される。
軸受１１２は、ロータ１１３が備える回転軸１１５を回転可能に支持する。
ロータ１１３は、回転軸１１５と、回転軸１１５に固定されたブレード１１６と、を備える。ブレード１１６が蒸気により回転し、その回転力により圧縮機１８が駆動される。
軸受１１２は、ロータ１１３が備える回転軸１１５を回転可能に支持する。
蒸気流路１２は、タービン本体１１に対して蒸気を供給する。蒸気流路１２は、図１で示すように、蒸気導入口１２１と、蒸気供給口１２２と、を備える。蒸気流路１２は、蒸気導入口１２１から蒸気を導入されると共に、蒸気供給口１２２がタービン本体１１に接続される。蒸気導入口１２１と蒸気供給口１２２との間には、蒸気流路１２の流路幅が狭く絞られた絞り穴１２３が設けられている。
なお、本実施形態による「蒸気流路」として、タービン本体１１に対して供給する蒸気が流通する流路を例に説明するが、蒸気流路１２はこれに限られず、例えば、タービン本体１１から抽気した蒸気が流通する流路であっても良い。
なお、本実施形態による「蒸気流路」として、タービン本体１１に対して供給する蒸気が流通する流路を例に説明するが、蒸気流路１２はこれに限られず、例えば、タービン本体１１から抽気した蒸気が流通する流路であっても良い。
調整弁１３は、タービン本体１１に供給する蒸気の量を調整する。調整弁１３は、図１で示すように、棒状のアーム部材１３１と、略半円形状の封止部材１３２と、を備える。調整弁１３は、アーム部材１３１の一端部に封止部材１３２が設けられたものであり、アーム部材１３１の他端部はレバー部材１４の長手方向中間部に固定されている。調整弁１３によれば、蒸気流路１２に沿ってアーム部材１３１が直線運動することで、封止部材１３２が蒸気流路１２の絞り穴１２３に嵌合し、または、離間する。これにより、絞り穴１２３の開口状態が変化し、絞り穴１２３を介してタービン本体１１に供給される蒸気の流量が変化する。
レバー部材１４は、開閉駆動機構１５の出力を調整弁１３に伝達する。レバー部材１４は、図１で示すように、長手方向基端部が回動可能に支持されると共に、長手方向基端部にはレバー側ロッド１９の一端部が固定されている。また、前述のように、レバー部材１４の長手方向中間部には、調整弁１３を構成するアーム部材１３１の固定位置より先端側には、強制的に調整弁１３を閉塞させる強制閉塞手段として引きバネ２０の一端部が取り付けられている。引きバネ２０は、他端部が移動不能に固定される。引きバネ２０は、外力が作用しない状態では、図１において、レバー部材１４を反時計回りに回動させる方向への張力を付与している。
開閉駆動機構１５は、調整弁１３を駆動する。開閉駆動機構１５は、一対のブラケット２１と、保持部材２２と、電動アクチュエータ２３と、を備える。
開閉駆動機構１５が備える一対のブラケット２１は、図１で示すように、固定して設置される。
保持部材２２は、電動アクチュエータ２３を保持する。
電動アクチュエータ２３は、調整弁１３を駆動するための駆動力を発生させる。
カップリング３２は、電動アクチュエータ２３側ロッドとレバー側ロッド１９とを互いに接続する。
開閉駆動機構１５が備える一対のブラケット２１は、図１で示すように、固定して設置される。
保持部材２２は、電動アクチュエータ２３を保持する。
電動アクチュエータ２３は、調整弁１３を駆動するための駆動力を発生させる。
カップリング３２は、電動アクチュエータ２３側ロッドとレバー側ロッド１９とを互いに接続する。
電子ガバナ１７は、図１で示すように、圧縮機１８における圧力や温度の検出結果に基づいて行われたプロセス制御の結果を入力する。また、電子ガバナ１７は、タービン本体１１を構成する速度検出センサ１１４によって検出されたブレード１１６の回転速度（以下、「タービン回転速度」）を入力する。速度検出センサ１１４はパルスセンサの機能を有しており、このとき、電子ガバナ１７は、タービン回転速度としてその回転速度に応じたパルス信号を速度検出センサ１１４から入力する。更に、電子ガバナ１７は、操作盤３４から入力されたユーザからの指示を入力する。電子ガバナ１７は、入力したプロセス制御の結果、タービン回転速度及びユーザからの指示に基づいて、制御弁開度に応じた信号を生成する。そして、電子ガバナ１７は、生成した制御弁開度を示す信号をマスターコントローラ４３に出力する。
コントローラユニット３５（メインコントローラユニット３５ａ、予備コントローラユニット３５ｂ）は、開閉駆動機構１５の動作を制御する。
マスターコントローラ４３は、電子ガバナ１７から入力した制御弁開度に基づいて、メインコントローラユニット３５ａ（メインコントローラユニット３５ａに異常が発生した場合には予備コントローラユニット３５ｂ）を制御する。より詳細には、マスターコントローラ４３は、コントローラユニット３５に制御弁開度を出力し、コントローラユニット３５は、制御弁開度に基づいて、電動アクチュエータ２３を制御する。
マスターコントローラ４３は、電子ガバナ１７から入力した制御弁開度に基づいて、メインコントローラユニット３５ａ（メインコントローラユニット３５ａに異常が発生した場合には予備コントローラユニット３５ｂ）を制御する。より詳細には、マスターコントローラ４３は、コントローラユニット３５に制御弁開度を出力し、コントローラユニット３５は、制御弁開度に基づいて、電動アクチュエータ２３を制御する。
状態保持部４９は、蒸気タービンにおける状態を示すパラメータを保持する。例えば、蒸気タービンにおける状態を示すパラメータは、タービン本体１１において速度検出センサ１１４が検出したタービン回転速度、調整弁１３を制御するための弁開度、目標とするタービン回転速度と検出したタービン回転速度との偏差などである。状態保持部４９は、所定の周期でパラメータをサンプリングし、記憶する。このとき、状態保持部４９は、前回記憶したデータに上書き記憶する。なお、図１は、状態保持部４９がタービン回転速度を保持する場合の一例であり、状態保持部４９の接続先はこの図で示されるものに限定するものではない。状態保持部４９の接続先は保持するパラメータに応じて異なるものであって良い。
図２は、本発明の第一の実施形態による蒸気タービン１０における電動アクチュエータ２３を制御する制御システムの構成の一例を示す第１の図である。
図２には、図１で示した蒸気タービン１０の構成のうち、開閉駆動機構１５と、電子ガバナ１７と、電動アクチュエータ２３と、メインコントローラユニット３５ａと、予備コントローラユニット３５ｂと、マスターコントローラ４３とが示されている。
図２には、図１で示した蒸気タービン１０の構成のうち、開閉駆動機構１５と、電子ガバナ１７と、電動アクチュエータ２３と、メインコントローラユニット３５ａと、予備コントローラユニット３５ｂと、マスターコントローラ４３とが示されている。
電子ガバナ１７は、偏差カウンタ４６と、ＰＩＤ制御器４７と、スイッチ４８とを備える。
電動アクチュエータ２３は、調整弁１３を駆動するための駆動力を発生させる。電動アクチュエータ２３は、エンコーダ２５と、電動モータ（電動機）２６と、ブレーキ２８と、リフトセンサ３６と、を備える。
メインコントローラユニット３５ａは、コントローラ３５１ａと、サーボドライブ３５２ａとを備える。また、サーボドライブ３５２ａは、異常検出回路２９ａと、アンプ３５２１ａとを備える。さらに、アンプ３５２１ａは、電磁接触器（ＭＣ）３５２２ａを備える。
予備コントローラユニット３５ｂは、コントローラ３５１ｂと、サーボドライブ３５２ｂとを備える。また、サーボドライブ３５２ｂは、異常検出回路２９ｂと、アンプ３５２１ｂとを備える。さらに、アンプ３５２１ｂは、電磁接触器（ＭＣ）３５２２ｂを備える。
電動アクチュエータ２３は、調整弁１３を駆動するための駆動力を発生させる。電動アクチュエータ２３は、エンコーダ２５と、電動モータ（電動機）２６と、ブレーキ２８と、リフトセンサ３６と、を備える。
メインコントローラユニット３５ａは、コントローラ３５１ａと、サーボドライブ３５２ａとを備える。また、サーボドライブ３５２ａは、異常検出回路２９ａと、アンプ３５２１ａとを備える。さらに、アンプ３５２１ａは、電磁接触器（ＭＣ）３５２２ａを備える。
予備コントローラユニット３５ｂは、コントローラ３５１ｂと、サーボドライブ３５２ｂとを備える。また、サーボドライブ３５２ｂは、異常検出回路２９ｂと、アンプ３５２１ｂとを備える。さらに、アンプ３５２１ｂは、電磁接触器（ＭＣ）３５２２ｂを備える。
電子ガバナ１７は、タービン回転速度、プロセス制御及びユーザからの指示を入力する。
電子ガバナ１７が備える偏差カウンタ４６は、タービン回転速度の目標である目標タービン回転速度から電子ガバナ１７が入力したタービン回転速度を減算して偏差を算出する。偏差カウンタ４６は、算出した偏差をスイッチ４８を介してＰＩＤ制御器４７に出力する。
ＰＩＤ制御器４７は、偏差カウンタ４６から偏差を入力すると、入力した偏差と、電子ガバナ１７が入力したプロセス制御及びユーザからの指示とに基づいて、タービン回転速度を目標タービン回転速度に近づけるＰＩＤ制御をするための制御弁開度を示す信号を生成する。ＰＩＤ制御器４７は、生成した制御弁開度をマスターコントローラ４３に出力する。
スイッチ４８は、偏差カウンタ４６とＰＩＤ制御器４７との間に設けられ、マスターコントローラ４３からのスイッチ制御信号に基づいて通電状態と非通電状態とが切り替わる。
電子ガバナ１７が備える偏差カウンタ４６は、タービン回転速度の目標である目標タービン回転速度から電子ガバナ１７が入力したタービン回転速度を減算して偏差を算出する。偏差カウンタ４６は、算出した偏差をスイッチ４８を介してＰＩＤ制御器４７に出力する。
ＰＩＤ制御器４７は、偏差カウンタ４６から偏差を入力すると、入力した偏差と、電子ガバナ１７が入力したプロセス制御及びユーザからの指示とに基づいて、タービン回転速度を目標タービン回転速度に近づけるＰＩＤ制御をするための制御弁開度を示す信号を生成する。ＰＩＤ制御器４７は、生成した制御弁開度をマスターコントローラ４３に出力する。
スイッチ４８は、偏差カウンタ４６とＰＩＤ制御器４７との間に設けられ、マスターコントローラ４３からのスイッチ制御信号に基づいて通電状態と非通電状態とが切り替わる。
電動アクチュエータ２３は、調整弁１３を駆動するための駆動力を発生させる。電動アクチュエータ２３は、エンコーダ２５と、電動モータ２６と、ブレーキ２８と、リフトセンサ３６と、を備える。
エンコーダ２５は、電動モータ２６の回転速度に応じた信号をエンコーダ用スイッチ４５を介してサーボドライブ３５２ａが備えるアンプ３５２１ａに送信する。エンコーダ２５が電動モータ２６の回転速度に応じた信号をサーボドライブ３５２ａに送信することで、コントローラ３５１ａはサーボドライブ３５２ａをより高精度に制御することができる。
エンコーダ２５は、電動モータ２６の回転速度に応じた信号をエンコーダ用スイッチ４５を介してサーボドライブ３５２ａが備えるアンプ３５２１ａに送信する。エンコーダ２５が電動モータ２６の回転速度に応じた信号をサーボドライブ３５２ａに送信することで、コントローラ３５１ａはサーボドライブ３５２ａをより高精度に制御することができる。
電動モータ２６は、コントローラユニット３５からマグネットスイッチ４４を介して入力される制御信号に基づいて、供給されている電力を回転エネルギに変換する。
ブレーキ２８は、異常検出回路２９ａがコントローラ３５１ａまたはアンプ３５２１ａの異常を検出し、ブレーキ２８への電源供給をオフした場合に、電動モータ２６の回転に制動を掛ける。
ブレーキ２８は、異常検出回路２９ａがコントローラ３５１ａまたはアンプ３５２１ａの異常を検出し、ブレーキ２８への電源供給をオフした場合に、電動モータ２６の回転に制動を掛ける。
異常検出回路２９ａは、コントローラ３５１ａまたはアンプ３５２１ａの異常を検出する回路であり、異常を検出した場合にブレーキ２８に電動モータ２６の回転に制動を掛けさせる。例えば、異常検出回路２９ａは、メインコントローラユニット３５ａから電動モータ２６に入力される電動モータ制御信号が所定の変動量を示すしきい値以上の変動を検出した場合に、コントローラ３５１ａまたはアンプ３５２１ａに異常が発生したと判定する。そして、異常検出回路２９ａは、ブレーキ２８への電源供給をオフする。
また、異常検出回路２９ａは、異常を検出した場合にマスターコントローラ４３に異常の発生を報知する異常発生信号を送信する。
また、異常検出回路２９ａは、異常を検出した場合にマスターコントローラ４３に異常の発生を報知する異常発生信号を送信する。
メインコントローラユニット３５ａは、マスターコントローラ４３から制御弁開度を入力し、入力した制御弁開度に基づいて、電動アクチュエータ２３の動作を制御する。
より詳細には、メインコントローラユニット３５ａが備えるコントローラ３５１ａは、入力した制御弁開度に基づいて、位置指令をアンプ３５２１ａに出力する。アンプ３５２１ａは、コントローラ３５１ａから入力した位置指令と、エンコーダ２５からエンコーダ用スイッチ４５を介して入力した電動モータ２６の回転速度に応じた信号とに基づいて、電動モータ制御信号を電動モータ２６に送信する。
なお、コントローラ３５１ａとアンプ３５２１ａのそれぞれは、異常が発生したか否かの自己診断機能を有する。コントローラ３５１ａは、マスターコントローラ４３から自己診断の実行指令を入力すると、自己診断を実行すると共に、アンプ３５２１ａに自己診断の実行指令を出力する。アンプ３５２１ａは、コントローラ３５１ａから自己診断の実行指令を入力すると、自己診断を実行する。アンプ３５２１ａは、実行した自己診断の診断結果をコントローラ３５１ａに出力する。コントローラ３５１ａは、アンプ３５２１ａから自己診断結果を入力すると、アンプ３５２１ａの自己診断結果と自アンプの自己診断結果とをマスターコントローラ４３に送信する。
また、電磁接触器（ＭＣ）３５２２ａは、アンプ３５２１ａとアンプ３５２１の一次電源との間に設けられ、通電状態となった場合にアンプ３５２１の一次電源からの電力をアンプ３５２１ａに供給し、非通電状態となった場合にアンプ３５２１ａへの一次電源からの電力の供給を遮断する。
より詳細には、メインコントローラユニット３５ａが備えるコントローラ３５１ａは、入力した制御弁開度に基づいて、位置指令をアンプ３５２１ａに出力する。アンプ３５２１ａは、コントローラ３５１ａから入力した位置指令と、エンコーダ２５からエンコーダ用スイッチ４５を介して入力した電動モータ２６の回転速度に応じた信号とに基づいて、電動モータ制御信号を電動モータ２６に送信する。
なお、コントローラ３５１ａとアンプ３５２１ａのそれぞれは、異常が発生したか否かの自己診断機能を有する。コントローラ３５１ａは、マスターコントローラ４３から自己診断の実行指令を入力すると、自己診断を実行すると共に、アンプ３５２１ａに自己診断の実行指令を出力する。アンプ３５２１ａは、コントローラ３５１ａから自己診断の実行指令を入力すると、自己診断を実行する。アンプ３５２１ａは、実行した自己診断の診断結果をコントローラ３５１ａに出力する。コントローラ３５１ａは、アンプ３５２１ａから自己診断結果を入力すると、アンプ３５２１ａの自己診断結果と自アンプの自己診断結果とをマスターコントローラ４３に送信する。
また、電磁接触器（ＭＣ）３５２２ａは、アンプ３５２１ａとアンプ３５２１の一次電源との間に設けられ、通電状態となった場合にアンプ３５２１の一次電源からの電力をアンプ３５２１ａに供給し、非通電状態となった場合にアンプ３５２１ａへの一次電源からの電力の供給を遮断する。
マスターコントローラ４３は、電子ガバナ１７から入力した制御弁開度をメインコントローラユニット３５ａに出力する。
なお、マスターコントローラ４３は、異常検出回路２９ａから異常発生信号を受信すると、コントローラ３５１ａに自己診断の実行指令を送信する。そして、マスターコントローラ４３は、アンプ３５２１ａの自己診断結果とコントローラ３５１ａの自己診断結果とをコントローラ３５１ａから受信する。マスターコントローラ４３は、受信したアンプ３５２１ａの自己診断結果とコントローラ３５１ａの自己診断結果の１つでも異常を示す自己診断結果であった場合に、マグネットスイッチ４４とエンコーダ用スイッチ４５のそれぞれの接続をメインコントローラユニット３５ａ側から予備コントローラユニット３５ｂ側に切り替える。また、マスターコントローラ４３は、蒸気タービン１０において異常が発生したことを示す異常報知信号を電子ガバナ１７に送信する。
なお、マスターコントローラ４３は、異常検出回路２９ａから異常発生信号を受信すると、コントローラ３５１ａに自己診断の実行指令を送信する。そして、マスターコントローラ４３は、アンプ３５２１ａの自己診断結果とコントローラ３５１ａの自己診断結果とをコントローラ３５１ａから受信する。マスターコントローラ４３は、受信したアンプ３５２１ａの自己診断結果とコントローラ３５１ａの自己診断結果の１つでも異常を示す自己診断結果であった場合に、マグネットスイッチ４４とエンコーダ用スイッチ４５のそれぞれの接続をメインコントローラユニット３５ａ側から予備コントローラユニット３５ｂ側に切り替える。また、マスターコントローラ４３は、蒸気タービン１０において異常が発生したことを示す異常報知信号を電子ガバナ１７に送信する。
上述のように、本実施形態による蒸気タービン１０では、電子ガバナ１７の制御に基づいて、マスターコントローラ４３がコントローラユニット３５を制御し、コントローラユニット３５が電動アクチュエータ２３の動作を制御する。この電動アクチュエータ２３の動作についての制御に基づいて調整弁１３が動作し、タービン本体１１に供給する蒸気の量を調整する。
また、メインコントローラユニット３５ａに異常が発生した場合には、マスターコントローラ４３は、マグネットスイッチ４４とエンコーダ用スイッチ４５の接続先を切り替えることによりメインコントローラユニット３５ａから予備コントローラユニット３５ｂに接続を切り替える。
なお、予備コントローラユニット３５ｂは、メインコントローラユニット３５ａと同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
また、メインコントローラユニット３５ａに異常が発生した場合には、マスターコントローラ４３は、マグネットスイッチ４４とエンコーダ用スイッチ４５の接続先を切り替えることによりメインコントローラユニット３５ａから予備コントローラユニット３５ｂに接続を切り替える。
なお、予備コントローラユニット３５ｂは、メインコントローラユニット３５ａと同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
図３及び図４は、電動アクチュエータ２３の内部構造の一例を示す図である。
電動モータ２６は、図３で示すように、電動アクチュエータ２３の基端部に設けられて内部が密閉されたモータ収容部に収容されている。
変換機構２７は、図３で示すように、電動モータ２６の駆動軸に接続されたボールネジ３０と、ボールネジ３０の回転によって進退移動するピストンユニット３１とを備える。
ボールネジ３０は、図３で示すように、長尺なネジ部材であり、その外周面には雄ネジが切られている。ボールネジ３０の一端部が電動モータ２６の駆動軸に接続され、電動モータ２６が回転することによりボールネジ３０も回転する。
電動モータ２６は、図３で示すように、電動アクチュエータ２３の基端部に設けられて内部が密閉されたモータ収容部に収容されている。
変換機構２７は、図３で示すように、電動モータ２６の駆動軸に接続されたボールネジ３０と、ボールネジ３０の回転によって進退移動するピストンユニット３１とを備える。
ボールネジ３０は、図３で示すように、長尺なネジ部材であり、その外周面には雄ネジが切られている。ボールネジ３０の一端部が電動モータ２６の駆動軸に接続され、電動モータ２６が回転することによりボールネジ３０も回転する。
ピストンユニット３１は、ボールネジ３０に沿って往復動する。ピストンユニット３１は、略円環形状を有する部材であり、図３で示すように、ナット３１１と、ピストンロッド３１２と、ロッドエンドコネクタ３１３と、アクチュエータ側ロッド３１４と、を備える。
ナット３１１は、電動アクチュエータ２３の内周面で雌ネジに切られたボールネジ３０に螺合される。
ピストンロッド３１２は、筒状形状であり、ナット３１１の一端面に固定されてボールネジ３０の外側を覆う。
ロッドエンドコネクタ３１３は、ピストンロッド３１２の先端部に嵌合して装着される。
アクチュエータ側ロッド３１４は、ロッドエンドコネクタ３１３に対して長手方向一端部が固定される。
これにより、ピストンユニット３１において、ボールネジ３０が軸線回りに回転すると、図４で示すように、ボールネジ３０に螺合したナット３１１が軸線に沿って移動する。そして、この移動に伴いナット３１１に固定されたピストンロッド３１２、ロッドエンドコネクタ３１３及びアクチュエータ側ロッド３１４もナット３１１と共にボールネジ３０の軸線に沿って移動する。
ナット３１１は、電動アクチュエータ２３の内周面で雌ネジに切られたボールネジ３０に螺合される。
ピストンロッド３１２は、筒状形状であり、ナット３１１の一端面に固定されてボールネジ３０の外側を覆う。
ロッドエンドコネクタ３１３は、ピストンロッド３１２の先端部に嵌合して装着される。
アクチュエータ側ロッド３１４は、ロッドエンドコネクタ３１３に対して長手方向一端部が固定される。
これにより、ピストンユニット３１において、ボールネジ３０が軸線回りに回転すると、図４で示すように、ボールネジ３０に螺合したナット３１１が軸線に沿って移動する。そして、この移動に伴いナット３１１に固定されたピストンロッド３１２、ロッドエンドコネクタ３１３及びアクチュエータ側ロッド３１４もナット３１１と共にボールネジ３０の軸線に沿って移動する。
ブレーキ２８は、コイルに通電することによって発生する電磁力で機械の連結・切り離し・制動・保持を行う無励磁作動型の電磁ブレーキである。ブレーキ２８は、図３で示すように、電動モータ２６を挟んでボールネジ３０と逆側の位置に設けられる。ブレーキ２８は、図１で示した電子ガバナ１７によって動作が制御される。より詳細には、電子ガバナ１７は、ボールネジ３０の周速がしきい値を超えて大きくなった場合に、ブレーキ２８が動作するように制御することにより、電動モータ２６の回転に制動を掛ける。また、電子ガバナ１７は、停電等によって電動モータ２６に対する電力の供給が停止した場合に、電力の供給の停止から一定の時間だけブレーキ２８が動作するように制御することにより、電動モータ２６の回転に制動を掛ける。
図５は、本発明の第一の実施形態による蒸気タービン１０における電動アクチュエータ２３を制御する信号の送受信の一例を示す図である。
また、図６は、第一の実施形態による蒸気タービン１０における電動アクチュエータ２３を制御する信号の内容の一例を示す図である。
図６における信号の内容は、図５で示す本発明の第一の実施形態による蒸気タービン１０に対する信号の内容の一例である。
図５において各矢印に示されている1〜９の数字は、図６で示される「データＮｏ．」を示している。また、各矢印の始点は、番号が示す信号を送信する機能部を示し、各矢印の終点は番号が示す信号を受信する機能部を示している。
また、図６は、第一の実施形態による蒸気タービン１０における電動アクチュエータ２３を制御する信号の内容の一例を示す図である。
図６における信号の内容は、図５で示す本発明の第一の実施形態による蒸気タービン１０に対する信号の内容の一例である。
図５において各矢印に示されている1〜９の数字は、図６で示される「データＮｏ．」を示している。また、各矢印の始点は、番号が示す信号を送信する機能部を示し、各矢印の終点は番号が示す信号を受信する機能部を示している。
例えば、図５において、番号１が示す信号は、タービン回転速度を示す信号である。電子ガバナ１７は、速度検出センサ１１４からタービン回転速度を示す信号を取得する。
番号２が示す信号は、制御弁開度を示す信号である。電子ガバナ１７がタービン回転速度に基づいて制御弁開度を示す信号を生成し、マスターコントローラ４３に送信する。
番号３が示す信号は、コントローラ３５１ａ、コントローラ３５１ｂ、アンプ３５２１ａ、アンプ３５２１ｂ等の異常を示す異常信号（異常報知信号）である。マスターコントローラ４３は、コントローラ３５１からアンプ３５２１またはコントローラ３５１の異常を示す自己診断結果を受信した場合に、電子ガバナ１７に異常信号（異常報知信号）を送信する。
番号５が示す信号は、コントローラ・アンプの異常を示す異常信号（異常を示す自己診断結果）またはコントローラ・アンプの電動モータ２６との接続／遮断完了信号である。マスターコントローラ４３は、コントローラ３５１に自己診断の実行指令を送信し、アンプ３５２１またはコントローラ３５１に異常が発生していた場合に異常信号（異常を示す自己診断結果）を取得する。また、マスターコントローラ４３は、メインコントローラユニット３５ａから予備コントローラユニット３５ｂに切り替える際に、接続／遮断完了信号を取得する。マスターコントローラ４３がコントローラ３５１ａから取得する番号５が示す信号は、コントローラ３５１ａ・アンプ３５２１ａの異常を示す異常信号またはコントローラ３５１ａの遮断完了信号である。また、マスターコントローラ４３がコントローラ３５１ｂから取得する番号５が示す信号は、コントローラ３５１ｂ・アンプ３５２１ｂの異常を示す異常信号またはコントローラ３５１ｂの接続完了信号である。
番号６が示す信号は、制御弁開度を示す信号である。マスターコントローラ４３は、コントローラ３５１に制御弁開度を示す信号を送信する。コントローラ３５１ａ及びアンプ３５２１ａが正常な場合には、マスターコントローラ４３がコントローラ３５１ａに制御弁開度を示す信号を送信する。コントローラ３５１ａまたはアンプ３５２１ａに異常が発生した場合には、マスターコントローラ４３は、コントローラ３５１ａからコントローラ３５１ｂに接続を変更し、コントローラ３５１ｂに制御弁開度を示す信号を送信する。
番号７が示す信号は、アンプ３５２１の異常を示す異常信号である。コントローラ３５１は、マスターコントローラ４３から自己診断の実施指令を受信した場合に、アンプ３５２１に自己診断の実施指令を出力し、アンプ３５２１に異常が発生していた場合にアンプ３５２１の異常信号（自己診断結果）を取得する。コントローラ３５１ａはアンプ３５２１ａの異常信号を取得し、コントローラ３５１ｂはアンプ３５２１ｂの異常信号を取得する。
番号８が示す信号は、電動アクチュエータ２３において可動部が目的位置へ移動するための回転位置指令である。コントローラ３５１は、アンプ３５２１に位置指令を送信する。コントローラ３５１ａはアンプ３５２１ａに回転位置指令を送信し、コントローラ３５１ｂはアンプ３５２１ｂに回転位置指令を送信する。
番号９が示す信号は、コントローラユニット３５を切り替える際に、アンプ３５２１とアンプ３５２１の一次電源（図示せず）との間に設けられた電磁接触器（図５において「ＭＣ」）３５２２（３５２２ａ、３５２２ｂ）を非導通状態にし、アンプ３５２１への電力を遮断するためのアンプ一次電源遮断信号である。マスターコントローラ４３は、異常信号を取得した場合に、電磁接触器３５２２にアンプ一次電源遮断信号を送信する。マスターコントローラ４３は、コントローラ３５１ａまたはアンプ３５２１ａの異常信号を取得した場合には電磁接触器３５２２ａにアンプ一次電源遮断信号を送信する。また、マスターコントローラ４３は、コントローラ３５１ｂまたはアンプ３５２１ｂの異常信号を取得した場合には電磁接触器３５２２ｂにアンプ一次電源遮断信号を送信する。
図７は、本発明の第一の実施形態による蒸気タービン１０における電動アクチュエータ２３を制御する制御システムの構成の一例を示す第２の図である。
ここでは、電子ガバナ１７が偏差カウンタ４６と、ＰＩＤ制御器４７と、を備える例を示している。
ここでは、電子ガバナ１７が偏差カウンタ４６と、ＰＩＤ制御器４７と、を備える例を示している。
電子ガバナ１７は、タービン回転速度、プロセス制御及びユーザからの指示を入力する。
偏差カウンタ４６は、目標タービン回転速度と、速度検出センサ１１４が検出したタービン回転速度とを入力し、目標タービン回転速度からタービン回転速度を減算する。偏差カウンタ４６は、目標タービン回転速度からタービン回転速度を減算した偏差をスイッチ４８を介してＰＩＤ制御器４７に出力する。
偏差カウンタ４６は、目標タービン回転速度と、速度検出センサ１１４が検出したタービン回転速度とを入力し、目標タービン回転速度からタービン回転速度を減算する。偏差カウンタ４６は、目標タービン回転速度からタービン回転速度を減算した偏差をスイッチ４８を介してＰＩＤ制御器４７に出力する。
ＰＩＤ制御器４７は、入力した偏差と、電子ガバナ１７が入力したプロセス制御及びユーザからの指示とに基づいて、タービン回転速度を目標タービン回転速度に近づけるＰＩＤ制御をするための制御弁開度を示す信号を生成する。ＰＩＤ制御器４７は、制御弁開度を示す信号をマスターコントローラ４３に出力する。
マスターコントローラ４３は、ＰＩＤ制御器４７から制御弁開度を示す信号を入力する。そして、マスターコントローラ４３は、制御弁開度をメインコントローラユニット３５ａに出力する。
メインコントローラユニット３５ａは、マスターコントローラ４３から制御弁開度を入力する。メインコントローラユニット３５ａは、入力した制御弁開度に基づいて、電動アクチュエータ２３を構成する電動モータ２６の動作を制御する。
電動アクチュエータ２３は、メインコントローラユニット３５ａまたは予備コントローラユニット３５ｂの制御に基づいて弁を開閉し、タービン本体１１への蒸気量を調整する。
タービン本体１１が備えるブレード１１６は蒸気により回転する。
速度検出センサ１１４は、タービン回転速度を検出し、タービン回転速度をパルス信号として偏差カウンタ４６にフィードバックする。
タービン本体１１が備えるブレード１１６は蒸気により回転する。
速度検出センサ１１４は、タービン回転速度を検出し、タービン回転速度をパルス信号として偏差カウンタ４６にフィードバックする。
次に、メインコントローラユニット３５ａが備えるコントローラ３５１ａに異常と、メインコントローラユニット３５ａが備えるアンプ３５２１ａに異常の何れか一方が発生した場合の蒸気タービン１０における制御について説明する。
図８は、コントローラ３５１ａに異常が発生した場合の蒸気タービン１０における処理フローの一例を示す図である。
まず、メインコントローラユニット３５ａが備えるコントローラ３５１ａに異常が発生した場合の蒸気タービン１０における制御について説明する。
なお、ここでは、主に図７で示した制御ブロックに沿って説明するが、図７には示していない上述した機能部も使用して制御の処理を説明する。
まず、メインコントローラユニット３５ａが備えるコントローラ３５１ａに異常が発生した場合の蒸気タービン１０における制御について説明する。
なお、ここでは、主に図７で示した制御ブロックに沿って説明するが、図７には示していない上述した機能部も使用して制御の処理を説明する。
メインコントローラユニット３５ａが電動アクチュエータ２３を制御している状態で、メインコントローラユニット３５ａが備えるコントローラ３５１ａに異常が発生したとする。
サーボドライブ３５２ａが備える異常検出回路２９ａは、コントローラ３５１ａの異常を検出するとブレーキ２８への電源供給をオフする。すると、ブレーキ２８は、電源供給がオフされたことに応じて電磁ブレーキを掛ける（ステップＳ１）。例えば、異常検出回路２９ａは、メインコントローラユニット３５ａから電動モータ２６に入力される電動モータ制御信号が所定の変動量を示すしきい値以上の変動を検出した場合に、コントローラ３５１ａまたはアンプ３５２１ａに異常が発生したと判定する。
異常検出回路２９ａは、異常を検出した場合にマスターコントローラ４３に異常の発生を報知する異常発生信号を送信する。
サーボドライブ３５２ａが備える異常検出回路２９ａは、コントローラ３５１ａの異常を検出するとブレーキ２８への電源供給をオフする。すると、ブレーキ２８は、電源供給がオフされたことに応じて電磁ブレーキを掛ける（ステップＳ１）。例えば、異常検出回路２９ａは、メインコントローラユニット３５ａから電動モータ２６に入力される電動モータ制御信号が所定の変動量を示すしきい値以上の変動を検出した場合に、コントローラ３５１ａまたはアンプ３５２１ａに異常が発生したと判定する。
異常検出回路２９ａは、異常を検出した場合にマスターコントローラ４３に異常の発生を報知する異常発生信号を送信する。
マスターコントローラ４３は異常検出回路２９ａから異常発生信号を受信すると、コントローラ３５１ａに自己診断の実行指令を送信する。
コントローラ３５１ａは、マスターコントローラ４３から自己診断の実行指令を入力すると、自己診断を実行すると共に、アンプ３５２１ａに自己診断の実行指令を出力する。アンプ３５２１ａは、コントローラ３５１ａから自己診断の実行指令を入力すると、自己診断を実行する。アンプ３５２１ａは、実行した自己診断の診断結果をコントローラ３５１ａに出力する。コントローラ３５１ａは、アンプ３５２１ａから自己診断結果を入力すると、アンプ３５２１ａの自己診断結果と自アンプの自己診断結果とをマスターコントローラ４３に送信する。ここで、マスターコントローラ４３は、異常を示す自己診断結果の取得によりコントローラ３５１ａの異常を検知する（ステップＳ２）。
コントローラ３５１ａは、マスターコントローラ４３から自己診断の実行指令を入力すると、自己診断を実行すると共に、アンプ３５２１ａに自己診断の実行指令を出力する。アンプ３５２１ａは、コントローラ３５１ａから自己診断の実行指令を入力すると、自己診断を実行する。アンプ３５２１ａは、実行した自己診断の診断結果をコントローラ３５１ａに出力する。コントローラ３５１ａは、アンプ３５２１ａから自己診断結果を入力すると、アンプ３５２１ａの自己診断結果と自アンプの自己診断結果とをマスターコントローラ４３に送信する。ここで、マスターコントローラ４３は、異常を示す自己診断結果の取得によりコントローラ３５１ａの異常を検知する（ステップＳ２）。
マスターコントローラ４３は、コントローラ３５１ａの異常を検知すると、予備コントローラユニット３５ｂとエンコーダ２５とが正常であるか否かを判定する（ステップＳ３）。例えば、マスターコントローラ４３は、コントローラ３５１ａの異常を検知すると、機能が正常であるか否かを判定する自己診断プログラムを実行し、その診断結果を返信させる指令を予備コントローラユニット３５ｂとエンコーダ２５のそれぞれに出力する。
そして、マスターコントローラ４３は、予備コントローラユニット３５ｂとエンコーダ２５の両方から正常を示す診断結果を受信した場合に、予備コントローラユニット３５ｂとエンコーダ２５とが正常であると判定する（ステップＳ３、ＹＥＳ）。
また、マスターコントローラ４３は、予備コントローラユニット３５ｂ及びエンコーダ２５の少なくとも一方から異常を示す診断結果を受信した場合に、予備コントローラユニット３５ｂ及びエンコーダ２５の少なくとも一方が正常ではないと判定する（ステップＳ３、ＮＯ）。
そして、マスターコントローラ４３は、予備コントローラユニット３５ｂとエンコーダ２５の両方から正常を示す診断結果を受信した場合に、予備コントローラユニット３５ｂとエンコーダ２５とが正常であると判定する（ステップＳ３、ＹＥＳ）。
また、マスターコントローラ４３は、予備コントローラユニット３５ｂ及びエンコーダ２５の少なくとも一方から異常を示す診断結果を受信した場合に、予備コントローラユニット３５ｂ及びエンコーダ２５の少なくとも一方が正常ではないと判定する（ステップＳ３、ＮＯ）。
マスターコントローラ４３がステップＳ３の処理で予備コントローラユニット３５ｂ及びエンコーダ２５の少なくとも一方が正常ではない（ステップＳ３、ＮＯ）と判定した場合、蒸気タービン１０の動作を停止し、処理を終了する。
また、マスターコントローラ４３は、ステップＳ３の処理で予備コントローラユニット３５ｂとエンコーダ２５とが正常である（ステップＳ３、ＹＥＳ）と判定した場合、メインコントローラユニット３５ａが備える電磁接触器３５２２ａにアンプ３５２１ａへの電力を遮断するためのアンプ一次電源遮断信号を送信する。
電磁接触器３５２２ａは、マスターコントローラ４３からアンプ一次電源遮断信号を受信すると、自身が非導通状態となる。そして、電磁接触器３５２２ａは、アンプ３５２１ａへの電力を遮断する（ステップＳ４）。このとき、状態保持部４９は、偏差カウンタ４６にマスターコントローラ４３がコントローラ３５１ａの異常を検知する直前のタービン回転速度を出力する（ステップＳ５）。例えば、状態保持部４９は、記憶部とバッファ回路とを備える。状態保持部４９は、偏差カウンタ４６のマイナス入力端子に接続され、所定の周期でタービン回転速度を記憶する。そして、状態保持部４９は、マスターコントローラ４３がコントローラ３５１ａの異常を検知した場合、マスターコントローラ４３からの指令に基づいてコントローラ３５１ａの異常を検知する直前に記憶したタービン回転速度を偏差カウンタ４６のマイナス入力端子に出力する。
マスターコントローラ４３は、メインコントローラユニット３５ａが備える電磁接触器３５２２ａにアンプ３５２１ａのアンプ一次電源遮断信号を送信した後、マグネットスイッチ４４とエンコーダ用スイッチ４５のそれぞれに電動アクチュエータ２３の接続先をメインコントローラユニット３５ａから予備コントローラユニット３５ｂに切り替えるスイッチ制御信号を送信する。
マグネットスイッチ４４とエンコーダ用スイッチ４５のそれぞれは、マスターコントローラ４３からそのスイッチ制御信号を受信すると、電動アクチュエータ２３の接続先をメインコントローラユニット３５ａから予備コントローラユニット３５ｂに切り替える（ステップＳ６）。
マグネットスイッチ４４とエンコーダ用スイッチ４５のそれぞれは、マスターコントローラ４３からそのスイッチ制御信号を受信すると、電動アクチュエータ２３の接続先をメインコントローラユニット３５ａから予備コントローラユニット３５ｂに切り替える（ステップＳ６）。
予備コントローラユニット３５ｂは、ステップＳ６の処理により、電動アクチュエータ２３に接続される。予備コントローラユニット３５ｂが備えるコントローラ３５１ｂは、予備コントローラユニット３５ｂが電動アクチュエータ２３に接続されると、接続完了を報知する接続完了信号をマスターコントローラ４３に送信する（ステップＳ７）。
マスターコントローラ４３は、コントローラ３５１ｂから接続完了信号を受信すると、電磁接触器３５２２ｂにアンプ３５２１ｂへの電力を供給するためのアンプ一次電源供給信号を送信する。
電磁接触器３５２２ｂは、マスターコントローラ４３からアンプ一次電源供給信号を受信すると、自身が導通状態となる。そして、電磁接触器３５２２ｂは、アンプ３５２１ｂへ一次電源からの電力を供給する（ステップＳ８）。アンプ３５２１ｂは、ブレーキ２８へ電力を供給し、電磁ブレーキを解除する（ステップＳ９）。このとき、偏差カウンタ４６には状態保持部４９からマスターコントローラ４３が異常を検知する直前のタービン回転速度が入力されている。その結果、電動アクチュエータ２３への接続がメインコントローラユニット３５ａから予備コントローラユニット３５ｂに切り替わったときに予備コントローラユニット３５ｂに入力される信号は、マスターコントローラ４３が異常を検知する直前にメインコントローラユニット３５ａに入力されていた信号と同一となる。すなわち、蒸気タービン１０における状態を示すパラメータは、マスターコントローラ４３が異常を検知する直前の状態を示すパラメータに戻ったことになる。
ここで、状態保持部４９から偏差カウンタ４６にタービン回転速度を入力する処理を停止する（ステップＳ１０）。
マスターコントローラ４３は、コントローラ３５１ｂに電動モータ２６の回転位置の基準となる原点を設定するための原点セット指令を送信する。
コントローラ３５１ｂは、マスターコントローラ４３から原点セット指令を受信すると、入力した原点セット指令に基づいて、原点を設定する（ステップＳ１１）。例えば、コントローラ３５１ｂは、マスターコントローラ４３から原点セット指令として現在のストローク長を示す信号、すなわち、電動モータ２６の回転位置の基準となる原点からのずれを示す信号であるリフトセンサ信号を受信する。コントローラ３５１ｂは、受信したリフトセンサ信号が示す原点からのずれに基づいて、電動モータ２６の原点に設定する。
このように、蒸気タービン１０における制御は、予備コントローラユニット３５ｂを用いて復旧する。
コントローラ３５１ｂは、マスターコントローラ４３から原点セット指令を受信すると、入力した原点セット指令に基づいて、原点を設定する（ステップＳ１１）。例えば、コントローラ３５１ｂは、マスターコントローラ４３から原点セット指令として現在のストローク長を示す信号、すなわち、電動モータ２６の回転位置の基準となる原点からのずれを示す信号であるリフトセンサ信号を受信する。コントローラ３５１ｂは、受信したリフトセンサ信号が示す原点からのずれに基づいて、電動モータ２６の原点に設定する。
このように、蒸気タービン１０における制御は、予備コントローラユニット３５ｂを用いて復旧する。
以上、メインコントローラユニット３５ａが備えるコントローラ３５１ａに異常が発生した場合の蒸気タービン１０における制御について説明した。
状態保持部４９は、マスターコントローラ４３がコントローラ３５１ａの異常を検知する直前のタービン回転速度を記憶する。状態保持部４９は、記憶したタービン回転速度を偏差カウンタ４６に入力する。この状態でメインコントローラユニット３５ａを予備コントローラユニット３５ｂに切り替える。そして、状態保持部４９は、偏差カウンタ４６に異常を検知する直前のタービン回転速度を入力する処理を停止する。
こうすることで、蒸気タービン１０における制御をマスターコントローラ４３が異常を検知する直前の状態から再開することができる。そして、マスターコントローラ４３はコントローラ３５１ａの異常を検知する直前の偏差を保つことができ、ＰＩＤ制御器４７のゲインも異常を検知する直前のゲインから制御を再開することができる。その結果、電動機の駆動を制御しているコントローラユニットに異常が発生した場合であっても、タービン回転速度を目標とするタービン回転速度となるように制御し、破損に至らない安全な状態で制御を復旧することができる。
状態保持部４９は、マスターコントローラ４３がコントローラ３５１ａの異常を検知する直前のタービン回転速度を記憶する。状態保持部４９は、記憶したタービン回転速度を偏差カウンタ４６に入力する。この状態でメインコントローラユニット３５ａを予備コントローラユニット３５ｂに切り替える。そして、状態保持部４９は、偏差カウンタ４６に異常を検知する直前のタービン回転速度を入力する処理を停止する。
こうすることで、蒸気タービン１０における制御をマスターコントローラ４３が異常を検知する直前の状態から再開することができる。そして、マスターコントローラ４３はコントローラ３５１ａの異常を検知する直前の偏差を保つことができ、ＰＩＤ制御器４７のゲインも異常を検知する直前のゲインから制御を再開することができる。その結果、電動機の駆動を制御しているコントローラユニットに異常が発生した場合であっても、タービン回転速度を目標とするタービン回転速度となるように制御し、破損に至らない安全な状態で制御を復旧することができる。
図９は、アンプ３５２１ａに異常が発生した場合の蒸気タービン１０における処理フローの一例を示す図である。
次に、メインコントローラユニット３５ａが備えるアンプ３５２１ａに異常が発生した場合の蒸気タービン１０における制御について説明する。
次に、メインコントローラユニット３５ａが備えるアンプ３５２１ａに異常が発生した場合の蒸気タービン１０における制御について説明する。
メインコントローラユニット３５ａが電動アクチュエータ２３を制御している状態で、メインコントローラユニット３５ａが備えるアンプ３５２１ａに異常が発生したとする。
サーボドライブ３５２ａが備える異常検出回路２９ａは、アンプ３５２１ａの異常を検出するとブレーキ２８への電源供給をオフする。すると、ブレーキ２８は、電源供給がオフされたことに応じて電磁ブレーキを掛ける（ステップＳ１ａ）。
異常検出回路２９ａは、異常を検出した場合にマスターコントローラ４３に異常の発生を報知する異常発生信号を送信する。
サーボドライブ３５２ａが備える異常検出回路２９ａは、アンプ３５２１ａの異常を検出するとブレーキ２８への電源供給をオフする。すると、ブレーキ２８は、電源供給がオフされたことに応じて電磁ブレーキを掛ける（ステップＳ１ａ）。
異常検出回路２９ａは、異常を検出した場合にマスターコントローラ４３に異常の発生を報知する異常発生信号を送信する。
マスターコントローラ４３は異常検出回路２９ａから異常発生信号を受信すると、コントローラ３５１ａに自己診断の実行指令を送信する。
コントローラ３５１ａは、マスターコントローラ４３から自己診断の実行指令を入力すると、自己診断を実行すると共に、アンプ３５２１ａに自己診断の実行指令を出力する。アンプ３５２１ａは、コントローラ３５１ａから自己診断の実行指令を入力すると、自己診断を実行する。アンプ３５２１ａは、実行した自己診断の診断結果をコントローラ３５１ａに出力する。コントローラ３５１ａは、アンプ３５２１ａから自己診断結果を入力すると、アンプ３５２１ａの自己診断結果と自アンプの自己診断結果とをマスターコントローラ４３に送信する。ここで、マスターコントローラ４３は、異常を示す自己診断結果の取得によりアンプ３５２１ａの異常を検知する（ステップＳ２ａ）。
コントローラ３５１ａは、マスターコントローラ４３から自己診断の実行指令を入力すると、自己診断を実行すると共に、アンプ３５２１ａに自己診断の実行指令を出力する。アンプ３５２１ａは、コントローラ３５１ａから自己診断の実行指令を入力すると、自己診断を実行する。アンプ３５２１ａは、実行した自己診断の診断結果をコントローラ３５１ａに出力する。コントローラ３５１ａは、アンプ３５２１ａから自己診断結果を入力すると、アンプ３５２１ａの自己診断結果と自アンプの自己診断結果とをマスターコントローラ４３に送信する。ここで、マスターコントローラ４３は、異常を示す自己診断結果の取得によりアンプ３５２１ａの異常を検知する（ステップＳ２ａ）。
マスターコントローラ４３は、アンプ３５２１ａの異常を検知すると、予備コントローラユニット３５ｂとエンコーダ２５とが正常であるか否かを判定する（ステップＳ３ａ）。例えば、マスターコントローラ４３は、アンプ３５２１ａの異常を検知すると、機能が正常であるか否かを判定する自己診断プログラムを実行し、その診断結果を返信させる指令を予備コントローラユニット３５ｂとエンコーダ２５のそれぞれに出力する。
そして、マスターコントローラ４３は、予備コントローラユニット３５ｂとエンコーダ２５の両方から正常を示す診断結果を受信した場合に、予備コントローラユニット３５ｂとエンコーダ２５とが正常であると判定する（ステップＳ３ａ、ＹＥＳ）。
また、マスターコントローラ４３は、予備コントローラユニット３５ｂ及びエンコーダ２５の少なくとも一方から異常を示す診断結果を受信した場合に、予備コントローラユニット３５ｂ及びエンコーダ２５の少なくとも一方が正常ではないと判定する（ステップＳ３ａ、ＮＯ）。
そして、マスターコントローラ４３は、予備コントローラユニット３５ｂとエンコーダ２５の両方から正常を示す診断結果を受信した場合に、予備コントローラユニット３５ｂとエンコーダ２５とが正常であると判定する（ステップＳ３ａ、ＹＥＳ）。
また、マスターコントローラ４３は、予備コントローラユニット３５ｂ及びエンコーダ２５の少なくとも一方から異常を示す診断結果を受信した場合に、予備コントローラユニット３５ｂ及びエンコーダ２５の少なくとも一方が正常ではないと判定する（ステップＳ３ａ、ＮＯ）。
マスターコントローラ４３がステップＳ３ａの処理で予備コントローラユニット３５ｂ及びエンコーダ２５の少なくとも一方が正常ではない（ステップＳ３ａ、ＮＯ）と判定した場合、蒸気タービン１０の動作を停止し、処理を終了する。
また、マスターコントローラ４３は、ステップＳ３ａの処理で予備コントローラユニット３５ｂとエンコーダ２５とが正常である（ステップＳ３ａ、ＹＥＳ）と判定した場合、メインコントローラユニット３５ａが備える電磁接触器３５２２ａにアンプ３５２１ａへの電力を遮断するためのアンプ一次電源遮断信号を送信する。
電磁接触器３５２２ａは、マスターコントローラ４３からアンプ一次電源遮断信号を受信すると、自身が非導通状態となる。そして、電磁接触器３５２２ａは、アンプ３５２１ａへの電力を遮断する（ステップＳ４）。このとき、状態保持部４９は、偏差カウンタ４６にマスターコントローラ４３がアンプ３５２１ａの異常を検知する直前のタービン回転速度を出力する（ステップＳ５ａ）。例えば、状態保持部４９は、記憶部とバッファ回路とを備える。状態保持部４９は、偏差カウンタ４６のマイナス入力端子に接続され、所定の周期でタービン回転速度を記憶する。そして、状態保持部４９は、マスターコントローラ４３がアンプ３５２１ａの異常を検知した場合、マスターコントローラ４３からの指令に基づいてアンプ３５２１ａの異常を検知する直前に記憶したタービン回転速度を偏差カウンタ４６のマイナス入力端子に出力する。
電磁接触器３５２２ａは、マスターコントローラ４３からアンプ一次電源遮断信号を受信すると、自身が非導通状態となる。そして、電磁接触器３５２２ａは、アンプ３５２１ａへの電力を遮断する（ステップＳ４）。このとき、状態保持部４９は、偏差カウンタ４６にマスターコントローラ４３がアンプ３５２１ａの異常を検知する直前のタービン回転速度を出力する（ステップＳ５ａ）。例えば、状態保持部４９は、記憶部とバッファ回路とを備える。状態保持部４９は、偏差カウンタ４６のマイナス入力端子に接続され、所定の周期でタービン回転速度を記憶する。そして、状態保持部４９は、マスターコントローラ４３がアンプ３５２１ａの異常を検知した場合、マスターコントローラ４３からの指令に基づいてアンプ３５２１ａの異常を検知する直前に記憶したタービン回転速度を偏差カウンタ４６のマイナス入力端子に出力する。
マスターコントローラ４３は、メインコントローラユニット３５ａが備える電磁接触器３５２２ａにアンプ３５２１ａのアンプ一次電源遮断信号を送信した後、マグネットスイッチ４４とエンコーダ用スイッチ４５のそれぞれに電動アクチュエータ２３の接続先をメインコントローラユニット３５ａから予備コントローラユニット３５ｂに切り替えるスイッチ制御信号を送信する。
マグネットスイッチ４４とエンコーダ用スイッチ４５のそれぞれは、マスターコントローラ４３からそのスイッチ制御信号を受信すると、電動アクチュエータ２３の接続先をメインコントローラユニット３５ａから予備コントローラユニット３５ｂに切り替える（ステップＳ６）。
マグネットスイッチ４４とエンコーダ用スイッチ４５のそれぞれは、マスターコントローラ４３からそのスイッチ制御信号を受信すると、電動アクチュエータ２３の接続先をメインコントローラユニット３５ａから予備コントローラユニット３５ｂに切り替える（ステップＳ６）。
予備コントローラユニット３５ｂは、ステップＳ６の処理により、電動アクチュエータ２３に接続される。また、メインコントローラユニット３５ａが備えるコントローラ３５１ａは、メインコントローラユニット３５ａが電動アクチュエータ２３から遮断されると、遮断完了を報知する遮断完了信号をマスターコントローラ４３に送信する（ステップＳ７ａ）。
マスターコントローラ４３は、コントローラ３５１ａから遮断完了信号を受信すると、電磁接触器３５２２ｂにアンプ３５２１ｂへの電力を供給するためのアンプ一次電源供給信号を送信する。
電磁接触器３５２２ｂは、マスターコントローラ４３からアンプ一次電源供給信号を受信すると、自身が導通状態となる。そして、電磁接触器３５２２ｂは、アンプ３５２１ｂへ一次電源からの電力を供給する（ステップＳ８ａ）。アンプ３５２１ｂは、ブレーキ２８へ電力を供給し、電磁ブレーキを解除する（ステップＳ９）。このとき、偏差カウンタ４６には状態保持部４９からマスターコントローラ４３が異常を検知する直前のタービン回転速度が入力されている。その結果、電動アクチュエータ２３への接続がメインコントローラユニット３５ａから予備コントローラユニット３５ｂに切り替わったときに予備コントローラユニット３５ｂに入力される信号は、マスターコントローラ４３が異常を検知する直前にメインコントローラユニット３５ａに入力されていた信号と同一となる。すなわち、蒸気タービン１０における状態を示すパラメータは、マスターコントローラ４３が異常を検知する直前の状態を示すパラメータに戻ったことになる。
ここで、状態保持部４９から偏差カウンタ４６にタービン回転速度を入力する処理を停止する（ステップＳ１０）。
マスターコントローラ４３は、コントローラ３５１ｂに電動モータ２６の回転位置の基準となる原点を設定するための原点セット指令を送信する。
コントローラ３５１ｂは、マスターコントローラ４３から原点セット指令を受信すると、入力した原点セット指令に基づいて、原点を設定する（ステップＳ１１）。例えば、コントローラ３５１ｂは、マスターコントローラ４３から原点セット指令を受信すると、現在の電動モータ２６の回転位置を原点に設定する。
このように、蒸気タービン１０における制御は、予備コントローラユニット３５ｂを用いて復旧する。
コントローラ３５１ｂは、マスターコントローラ４３から原点セット指令を受信すると、入力した原点セット指令に基づいて、原点を設定する（ステップＳ１１）。例えば、コントローラ３５１ｂは、マスターコントローラ４３から原点セット指令を受信すると、現在の電動モータ２６の回転位置を原点に設定する。
このように、蒸気タービン１０における制御は、予備コントローラユニット３５ｂを用いて復旧する。
以上、メインコントローラユニット３５ａが備えるアンプ３５２１ａに異常が発生した場合の蒸気タービン１０における制御について説明した。
状態保持部４９は、マスターコントローラ４３がアンプ３５２１ａの異常を検知する直前のタービン回転速度を記憶する。状態保持部４９は、記憶したタービン回転速度を偏差カウンタ４６に入力する。この状態でメインコントローラユニット３５ａを予備コントローラユニット３５ｂに切り替える。そして、状態保持部４９は、偏差カウンタ４６に異常を検知する直前のタービン回転速度を入力する処理を停止する。
こうすることで、蒸気タービン１０における制御をマスターコントローラ４３が異常を検知する直前の状態から再開することができる。そして、マスターコントローラ４３はコントローラ３５１ａの異常を検知する直前の偏差を保つことができ、ＰＩＤ制御器４７のゲインも異常を検知する直前のゲインから制御を再開することができる。その結果、電動機の駆動を制御しているコントローラユニットに異常が発生した場合であっても、タービン回転速度を目標とするタービン回転速度となるように制御し、破損に至らない安全な状態で制御を復旧することができる。
状態保持部４９は、マスターコントローラ４３がアンプ３５２１ａの異常を検知する直前のタービン回転速度を記憶する。状態保持部４９は、記憶したタービン回転速度を偏差カウンタ４６に入力する。この状態でメインコントローラユニット３５ａを予備コントローラユニット３５ｂに切り替える。そして、状態保持部４９は、偏差カウンタ４６に異常を検知する直前のタービン回転速度を入力する処理を停止する。
こうすることで、蒸気タービン１０における制御をマスターコントローラ４３が異常を検知する直前の状態から再開することができる。そして、マスターコントローラ４３はコントローラ３５１ａの異常を検知する直前の偏差を保つことができ、ＰＩＤ制御器４７のゲインも異常を検知する直前のゲインから制御を再開することができる。その結果、電動機の駆動を制御しているコントローラユニットに異常が発生した場合であっても、タービン回転速度を目標とするタービン回転速度となるように制御し、破損に至らない安全な状態で制御を復旧することができる。
なお、上述の実施形態において、サーボドライブ３５２を介してコントローラ３５１に入力される電動モータ２６において検出する物理量として回転速度と回転位置を例に示したが、それに限定するものではない。例えば、コントローラ３５１に入力される電動モータ２６において検出する物理量は、電動モータ２６に流れる電流であっても良いし、各所の温度であっても良い。その場合、コントローラ３５１は、電流や各所の温度に基づいて、弁開度を特定する。
また、上述の実施形態において、コントローラユニット３５は、メインコントローラユニット３５ａと予備コントローラユニット３５ｂの２つを例に示したが、それに限定するものではない。コントローラユニット３５は、３つ以上の複数のコントローラユニットであっても良い。
また、上述の実施形態において、状態保持部４９が保持する蒸気タービンにおける状態を示すパラメータの例として、タービン本体１１において速度検出センサ１１４が検出したタービン回転速度、調整弁１３を制御するための弁開度、目標とするタービン回転速度と検出したタービン回転速度との偏差を示したが、それに限定するものではない。状態保持部４９が保持する蒸気タービンにおける状態を示すパラメータは、本発明の効果が得られる蒸気タービンにおける状態を示すパラメータであれば良い。
また、上述の実施形態において、コントローラユニット３５は、メインコントローラユニット３５ａと予備コントローラユニット３５ｂの２つを例に示したが、それに限定するものではない。コントローラユニット３５は、３つ以上の複数のコントローラユニットであっても良い。
また、上述の実施形態において、状態保持部４９が保持する蒸気タービンにおける状態を示すパラメータの例として、タービン本体１１において速度検出センサ１１４が検出したタービン回転速度、調整弁１３を制御するための弁開度、目標とするタービン回転速度と検出したタービン回転速度との偏差を示したが、それに限定するものではない。状態保持部４９が保持する蒸気タービンにおける状態を示すパラメータは、本発明の効果が得られる蒸気タービンにおける状態を示すパラメータであれば良い。
以上、本発明の第一の実施形態による蒸気タービン１０について説明した。上述の蒸気タービン１０において、タービン本体１１に供給される蒸気が流通する蒸気流路１２の開閉を調整するための調整弁１３を駆動する電動モータ２６を備える。また、電動モータ２６の駆動を制御するためのメインコントローラユニット３５ａと予備コントローラユニット３５ｂとを備える。また、蒸気タービンにおける状態を示す、タービン本体１１において速度検出センサ１１４が検出したタービン回転速度、調整弁１３を制御するための弁開度、目標とするタービン回転速度と検出したタービン回転速度との偏差などのパラメータを保持する状態保持部４９を備える。また、電動モータ２６の駆動を制御しているメインコントローラユニット３５ａに異常が発生した場合に、電動機の制御をしていない予備コントローラユニット３５ｂに切り替え、異常が発生する前に状態保持部４９が保持したパラメータを設定した後に予備コントローラユニット３５ｂを動作させるマスターコントローラ４３を備える。
こうすることで、蒸気タービンにおいて、蒸気タービンによれば、電動機の駆動を制御しているコントローラユニットに異常が発生した場合であっても、タービン回転速度を目標とするタービン回転速度となるように制御し、破損に至らない安全な状態で制御を復旧することができる。
こうすることで、蒸気タービンにおいて、蒸気タービンによれば、電動機の駆動を制御しているコントローラユニットに異常が発生した場合であっても、タービン回転速度を目標とするタービン回転速度となるように制御し、破損に至らない安全な状態で制御を復旧することができる。
なお本発明の実施形態について説明したが、上述の蒸気タービン１０は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
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ものではない。また、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができるものである。
１０・・・蒸気タービン
１１・・・タービン本体
１２・・・蒸気流路
１３・・・調整弁
１４・・・レバー部材
１５・・・開閉駆動機構
１６・・・ロック機構
１７・・・電子ガバナ
１８・・・圧縮機
１９・・・レバー側ロッド
２０・・・引きバネ
２１・・・ブラケット
２２・・・保持部材
２３・・・電動アクチュエータ
２５・・・エンコーダ
２６・・・電動モータ
２７・・・変換機構
２８・・・ブレーキ
２９ａ、２９ｂ・・・異常検出回路
３０・・・ボールネジ
３１・・・ピストンユニット
３２・・・カップリング
３４・・・操作盤
３５ａ・・・コントローラユニット
３５ｂ・・・予備コントローラユニット
３６・・・リフトセンサ
４３・・・マスターコントローラ
４４・・・マグネットスイッチ
４５・・・エンコーダ用スイッチ
４６・・・偏差カウンタ
４７・・・ＰＩＤ制御器
４８・・・スイッチ
４９・・・状態保持部
１１１・・・ケーシング
１１２・・・軸受
１１３・・・ロータ
１１４・・・速度検出センサ
１１５・・・回転軸
１１６・・・ブレード
１２１・・・蒸気導入口
１２２・・・蒸気供給口
１２３・・・絞り穴
１３１・・・アーム部材
１３２・・・封止部材
３１３・・・ロッドエンドコネクタ
３１４・・・アクチュエータ側ロッド
３５１ａ、３５１ｂ・・・コントローラ
３５２ａ、３５２ｂ・・・サーボドライブ
３５２１ａ、３５２１ｂ・・・サーボアンプ
３５２２ａ、３５２２ｂ・・・電磁接触器（ＭＣ）
１１・・・タービン本体
１２・・・蒸気流路
１３・・・調整弁
１４・・・レバー部材
１５・・・開閉駆動機構
１６・・・ロック機構
１７・・・電子ガバナ
１８・・・圧縮機
１９・・・レバー側ロッド
２０・・・引きバネ
２１・・・ブラケット
２２・・・保持部材
２３・・・電動アクチュエータ
２５・・・エンコーダ
２６・・・電動モータ
２７・・・変換機構
２８・・・ブレーキ
２９ａ、２９ｂ・・・異常検出回路
３０・・・ボールネジ
３１・・・ピストンユニット
３２・・・カップリング
３４・・・操作盤
３５ａ・・・コントローラユニット
３５ｂ・・・予備コントローラユニット
３６・・・リフトセンサ
４３・・・マスターコントローラ
４４・・・マグネットスイッチ
４５・・・エンコーダ用スイッチ
４６・・・偏差カウンタ
４７・・・ＰＩＤ制御器
４８・・・スイッチ
４９・・・状態保持部
１１１・・・ケーシング
１１２・・・軸受
１１３・・・ロータ
１１４・・・速度検出センサ
１１５・・・回転軸
１１６・・・ブレード
１２１・・・蒸気導入口
１２２・・・蒸気供給口
１２３・・・絞り穴
１３１・・・アーム部材
１３２・・・封止部材
３１３・・・ロッドエンドコネクタ
３１４・・・アクチュエータ側ロッド
３５１ａ、３５１ｂ・・・コントローラ
３５２ａ、３５２ｂ・・・サーボドライブ
３５２１ａ、３５２１ｂ・・・サーボアンプ
３５２２ａ、３５２２ｂ・・・電磁接触器（ＭＣ）
Claims (6)
- タービン本体に供給される蒸気が流通する蒸気流路の開閉を調整するための調整弁を駆動する電動機と、
前記電動機の駆動を制御するための複数のコントローラユニットと、
蒸気タービンにおける状態を示すパラメータを保持する状態保持部と、
前記電動機の駆動を制御している前記コントローラユニットに異常が発生した場合に、前記コントローラユニットのうち電動機の制御をしていないコントローラユニットに切り替え、前記異常が発生する前に前記状態保持部が保持した前記パラメータを設定した後に当該コントローラユニットを動作させるマスターコントローラと、
を備える蒸気タービン。 - 前記状態保持部は、前記パラメータである前記タービン本体において検出したタービン回転速度を保持する
請求項１に記載の蒸気タービン。 - 前記状態保持部は、前記パラメータである前記調整弁を制御するための弁開度を保持する
請求項１または請求項２に記載の蒸気タービン。 - 前記状態保持部は、前記パラメータである目標とするタービン回転速度と検出したタービン回転速度との偏差を保持する
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の蒸気タービン。 - タービン本体に供給される蒸気が流通する蒸気流路の開閉を調整するための調整弁を駆動する電動機の駆動を制御し、
蒸気タービンにおける状態を示すパラメータを保持し、
前記電動機の駆動を制御しているコントローラユニットに異常が発生した場合に、電動機の制御をしていないコントローラユニットに切り替え、切り替え前に保持した前記パラメータを設定した後に当該コントローラユニットを動作させる、
蒸気タービンの制御方法。 - コンピュータを、
タービン本体に供給される蒸気が流通する蒸気流路の開閉を調整するための調整弁を駆動する電動機と、
前記電動機の駆動を制御するための複数のコントローラユニットと、
蒸気タービンにおける状態を示すパラメータを保持する状態保持部と、
前記電動機の駆動を制御している前記コントローラユニットに異常が発生した場合に、前記コントローラユニットのうち電動機の制御をしていないコントローラユニットに切り替え、前記異常が発生する前に前記状態保持部が保持した前記パラメータを設定した後に当該コントローラユニットを動作させるマスターコントローラ、
として機能させるプログラム。
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