JP2017211792A - インターロック回路 - Google Patents

Abstract

【課題】設備の状態を監視する現場計器からの信号に基づきトリップ指令を出力するインターロック回路の信頼性の向上を図る。【解決手段】３個の現場計器１ａ，１ｂ，１ｃのそれぞれから、計測データのアナログ信号６ａｂ，６ｂｂ，６ｃｂと設備の異常時に異常を知らせるデジタル信号６ａａ，６ｂａ，６ｃａとが入力される波形解析ソフト４ａ，４ｂ、および計測データの基準値が記憶されたメモリ５ａ，５ｂを有するインターロックモジュール３ａ、３ｂを備え、入力されたアナログ信号６ａｂ，６ｂｂ，６ｃｂの推移と基準値とが波形解析ソフト４ａ，４ｂで比較され、基準値から外れたアナログ信号が検出されたとき、そのアナログ信号を発信する現場計器からのデジタル信号が排除され、残りの正常な現場計器からのデジタル信号を用いてトリップ指令が出力されるように構成した。【選択図】図１

Description

この発明は、設備機器の状態を監視する現場計器からの出力によりトリップ出力するインターロック回路に関するものである。

従来のインターロック回路において、信頼性の向上のために、３重化された現場計器からデジタル信号をインターロック回路に入力し、２ｏｕｔ ｏｆ ３演算処理を行ってトリップ指令を出力するシステムが知られている。
また、例えば、系統の異常を検出する複数の継電器本体部を有し、系統異常の検出時に複数の出力開閉部を同時にオンし、トリップ指令を出力する保護継電器の二重化構成において、継電器本体部の動作異常に基づき、リスタート処理後も動作異常が継続しているとき、異常警報を出力する常時監視部と、この異常警報を受けて、対応する出力開閉部をバイパスするバイパス回路と、継電器本体部の処理動作が全て正常であるとき処理正常を出力し、リスタート中はバイパス補完信号を出力する処理正常出力部と、バイパス補完信号を受けたときに対応する出力開閉部をバイパスするバイパス補完回路とを備えたデジタル型保護継電器の二重化バイパスシステムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１３０２１５号公報（要約、図１）

現場計器は、ボイラーやタービンの設備などにおいて設定値を超える異常が発生した場合にデジタル信号をインターロック回路へ出力し、機器保護のためにトリップ出力する目的で備えられている。
上記特許文献１では、バイパス補完回路を設けることにより、動作異常後にリスタートしたとき、リスタート処理中であっても、動作異常となった保護継電器を保護から離脱させて、健全な保護継電器のみを使用することで無保護状態をなくしている。
しかし、異常発生時には必ず信号出力しなければならない重要なものであるにも係わらず、正常な現場計器からの信号と異常な現場計器からの信号を区別せずにトリップ出力してしまうという問題があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、現場計器の状態を監視して信頼性の向上を図るインターロック回路を提供することを目的とする。

この発明に係るインターロック回路は、設備の状態を監視する３重化された現場計器からの計測信号に基づいて設備を保護するためのトリップ指令を出力するインターロック回路であって、３個の現場計器のそれぞれから、計測データのアナログ信号と設備の異常時に異常を知らせるデジタル信号とが入力される波形解析ソフト、および計測データの基準値が記憶されたメモリを有するインターロックモジュールを備え、入力されたアナログ信号の推移と基準値とが波形解析ソフトで比較され、基準値から外れたアナログ信号が検出されたとき、そのアナログ信号を発信する現場計器からのデジタル信号が排除され、残りの現場計器からのデジタル信号を用いてトリップ指令が出力されるようにしたものである。

この発明のインターロック回路によれば、３個の現場計器のそれぞれから、計測データのアナログ信号と設備の異常時に異常を知らせるデジタル信号とがインターロックモジュールの波形解析ソフトに入力され、入力されたアナログ信号の推移と基準値とが波形解析ソフトで比較され、基準値から外れたアナログ信号が検出されたとき、そのアナログ信号を発する現場計器からのデジタル信号が排除され、残りの現場計器からのデジタル信号を用いてトリップ指令が出力されるようにしたので、現場計器の状態を監視して正常な現場計器からの正常な信号のみを使用するため、インターロック回路の信頼性の向上を図ることができる。

この発明の実施の形態１および２によるインターロック回路を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるインターロック回路を示す構成図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１によるインターロック回路を図に基づいて説明する。
図１は、実施の形態１のインターロック回路を示す構成図である。保護監視対象であるボイラーやタービン等の設備機器（以下、設備と略す）には、温度や圧力などを計測して設備の異常を検知する計測器が設置されている。

図１に示すように、実施の形態では、１つの計測対象に対して信頼性向上のために３重化された３個の現場計器１ａ，現場計器１ｂ，現場計器１ｃが設置されている。
各現場計器からは、実線で示すようなデジタル信号と破線で示すようなアナログ信号が出力される。すなわち、現場計器１ａからデジタル信号６ａａとアナログ信号６ａｂが、現場計器１ｂからデジタル信号６ｂａとアナログ信号６ｂｂが、現場計器１ｃからデジタル信号６ｃａとアナログ信号６ｃｂが出力される。
ここで、デジタル信号６ａａ，６ｂａ，６ｃａは、計測対象の設備に異常があったときに異常信号として発信されるデジタルの信号である。アナログ信号６ａｂ，６ｂｂ，６ｃｂは、計測対象の設備から常時発信されているアナログの計測データである。

現場計器１ａ，１ｂ，１ｃからのデジタル信号６ａａ，６ｂａ，６ｃａとアナログ信号６ａｂ，６ｂｂ，６ｃｂがインターロックＣＰＵ部２に入力される。
インターロックＣＰＵ部２の内部には、２重化のために２つの同じモジュール、すなわち、インターロックモジュール３ａとインターロックモジュール３ｂを有している。入力されたデジタル信号６ａａ，６ｂａ，６ｃａとアナログ信号６ａｂ，６ｂｂ，６ｃｂは、両モジュールの前段で，例えば分配器（図示せず）により２つに分配されて、インターロックモジュール３ａとインターロックモジュール３ｂのそれぞれに入力される。両インターロックモジュール３ａ，３ｂは同じものなので、以下ではインターロックモジュール３ａにより説明する。なお、インターロックモジュール３ｂは、関連部の符号の添字をｂとして区別している。２重化については実施の形態２で説明する。

インターロックモジュール３ａには、波形解析ソフト４ａと、アナログ信号６ａｂ，６ｂｂ，６ｃｂに対応するデータを記憶するためのメモリ５ａとを有している。
インターロックＣＰＵ部２の後段には、インターロックＣＰＵ部２から出力される正常な現場計器からのデジタル信号に基づき、設備の異常時にトリップ指令を出力するインターロックリレー部１１（請求項のリレー部に相当）を備えている。インターロックリレー部１１は、２重化されたインターロックモジュール３ａ，３ｂの動作に関連するので、回路および動作の詳細については後述する。

次に、インターロックモジュール３ａの動作について説明する。
設備が正常に動作しているときは、現場計器１ａ，１ｂ，１ｃからアナログ信号６ａｂ，６ｂｂ，６ｃｂのみが、インターロックモジュール３ａの波形解析ソフト４ａに入力されている。波形解析ソフト４ａにおいて、アナログ信号６ａｂ，６ｂｂ，６ｃｂの推移を監視しておき、メモリ５ａで記憶した所定の設定値を外れる推移を示したアナログ信号があれば、その信号を発信した現場計器が異常であると判断する。
ここで、上記の設定値とは、例えば理論式により導出した波形に、誤差を考慮した範囲を指し、誤差とは現場計器の計測精度の不確からしさ、波形解析ソフトに入力処理されるアナログ信号の計算打切り誤差、安全上のマージンなどで、ユーザが任意に設定することができる。

更に、波形解析ソフト４ａにおいて、異常と判断したアナログ信号を発信した現場計器からのデジタル信号をインターロックモジュール３ａから出力しないようにする。すなわち、２ ｏｕｔ ｏｆ ３演算処理により、残りの２個の正常な現場計器からのデジタル信号を使用して設備の監視が行われる。したがって、図１に示すように、波形解析ソフト４ａからは、２つの正常な現場計器からの２つのデジタル信号の論理積（ＡＮＤ）が出力信号７ａとして出力される。デジタル信号は設備の異常時のみ発信されるので、設備の正常時には出力信号７ａは発信されないが、設備に異常があれば出力信号７ａが発信され、それを用いて設備に対してトリップ指令が出力される。

更に、インターロックモジュール３ａでは、インターロックモジュール３ａ自身の故障を検知するための故障検知手段８ａを有しており、故障検知手段８ａで故障が検知されればインターロックモジュール３ａから故障信号９ａが発信されるようになっている。したがって、出力信号７ａと故障信号９ａの論理和（ＯＲ）でトリップ出力するようにしてもよい。
上記のような構成により、正常信号のみをインターロック回路に使用することができ、インターロック回路の信頼性を向上させることができる。この機能を実現できれば、回路構成は図１の回路に限定するものではない。

以上のように、実施の形態１のインターロック回路によれば、設備の状態を監視する３重化された現場計器からの計測信号に基づいて設備を保護するためのトリップ指令を出力するインターロック回路であって、３個の現場計器のそれぞれから、計測データのアナログ信号と設備の異常時に異常を知らせるデジタル信号とが入力される波形解析ソフト、および計測データの基準値が記憶されたメモリを有するインターロックモジュールを備え、入力されたアナログ信号の推移と基準値とが波形解析ソフトで比較され、基準値から外れたアナログ信号が検出されたとき、そのアナログ信号を発信する現場計器からのデジタル信号が排除され、残りの現場計器からのデジタル信号を用いてトリップ指令が出力されるので、現場計器の状態を監視して正常な現場計器からの正常な信号のみを使用するため、インターロック回路の信頼性の向上を図ることができる。

実施の形態２．
実施の形態２によるインターロック回路は、実施の形態1の図１と同じである。実施の形態２は、図１で説明したインターロックモジュール３ａに加えて、２重化したインターロックモジュール３ｂの部分とインターロックリレー部１１の部分を含む全体である。

インターロックモジュール３ｂの構成および動作は実施の形態1で説明したインターロ
ックモジュール３ａと同じである。すなわち、インターロックモジュール３ｂにおいても、現場計器１ａ，１ｂ，１ｃからアナログ信号６ａｂ，６ｂｂ，６ｃｂが波形解析ソフト４ｂに入力され、アナログ信号６ａｂ，６ｂｂ，６ｃｂの推移を監視し、メモリ５ｂで記憶した設定値を外れる推移を示したアナログ信号を発した現場計器を異常と判断し、異常と判断した以外の残りの正常な2個の現場計器からのデジタル信号を利用する。
インターロックモジュール３ｂからは、２つの正常な現場計器からの２つのデジタル信号の論理積（ＡＮＤ）が出力信号７ｂとして出力される。
また、インターロックモジュール３ｂ自身の故障が故障検知手段８ｂで検知されればインターロックモジュール３ｂから故障信号９ｂが発信される。

インターロックリレー部１１には、インターロックモジュール３ａから故障信号９ａと出力信号７ａが入力され、インターロックモジュール３ｂから故障信号９ｂと出力信号７ｂが入力される。
インターロックリレー部１１では、基本的には出力信号７ａと出力信号７ｂの論理積（ＡＮＤ）でトリップ出力するが、更にこれに加えて、インターロックモジュール３ａ，３ｂが故障した場合に出力される故障信号９ａ，９ｂの読み返しを持ってトリップ指令を出力するように構成されている。

すなわち、故障信号９ａと故障信号９ｂのＮＯＴ出力との論理積（ＡＮＤ）による信号Ａと、出力信号７ａとの論理和（ＯＲ）で得られた信号Ｂと、同様に、故障信号９ｂと故障信号９ａのＮＯＴ出力との論理積（ＡＮＤ）による信号Ｃと出力信号７ｂとの論理和（ＯＲ）で得られた信号Ｄとの論理積（ＡＮＤ）でトリップ指令が出される。
このような構成により、２重化による信頼性の向上に加えて、インターロックモジュール３ａ，３ｂの内、いずれかのモジュール自身が故障した場合においてもトリップ出力が可能となる。
なお、この機能を実現するならば、回路構成は図１に限定するものではない。

以上のように、実施の形態２のインターロック回路によれば、インターロックモジュールは２重化されており、それぞれのインターロックモジュールには、インターロックモジュールの故障を検知して故障信号を発信する故障検知手段を有し、インターロックモジュールの後段には正常な現場計器からのデジタル信号と故障信号とを受けるリレー部を備え、リレー部において、２つのインターロックモジュールから発信される故障信号の読み返しが行われ、２つのインターロックモジュールのいずれかが故障した場合にもトリップ指令が出力されるように構成されているので、インターロックモジュールを２重化したことによる信頼性の向上に加えて、インターロックモジュール３ａ，３ｂの内、いずれかのモジュール自身が故障した場合においてもトリップ出力が可能となる。

実施の形態３．
図２は、実施の形態３によるインターロック回路を示す図である。
インターロックモジュール３ａ，３ｂまでの部分は、図１と同じである。また、図示は省略しているが、インターロックリレー部１１も図１と同じように設けられている。以下では、相違点を中心に説明する。
実施の形態３では、メモリ５ａ，５ｂ内に、実施の形態１の設定値に加えて、現場計器１ａ，１ｂ，１ｃが監視対象とする設備の基準の波形データを基準波形として記憶している。更に、波形解析ソフト４ａおよび４ｂの後段に、機器制御部１５に繋がるデータ処理部１３を備えている。

次に、図２に基づいて動作を説明する。
ボイラーやタービン等の設備の温度や圧力等を測定する現場計器１ａ，１ｂ，１ｃからのアナログ信号６ａｂ，６ｂｂ，６ｃｂは、波形解析ソフト４ａ，４ｂに取り込まれている。そこで、波形解析ソフト４ａ，４ｂでは、取り込んだアナログ信号６ａｂ，６ｂｂ，６ｃｂから実際に計測した計測データの波形を作成し、その計測データの波形と基準波形とを比較し、両波形の差異情報に基づいて、フィードバック信号１２ａ、およびフィード
バック信号１２ｂを生成し、データ処理部１３に送信する。
データ処理部１３では、フィードバック信号１２ａ，１２ｂに基づき、基準波形に近づくような補正信号を作成して、フィードバック補正信号１４として対象設備の機器制御部１５に受け渡す。

この場合、現場計器の異常により実測値と異なるフィードバックとなっている可能性がある。そこで、実施の形態１と同様な方法で異常な現場計器を検出することで、機器制御部１５に発信するフィードバック補正信号１４の信頼性を向上させることができる。これにより、設備の制御の効率化を実現することができる。

以上のように、実施の形態３のインターロック回路によれば、実施の形態１または２の構成に加えて、メモリには更に現場計器の監視対象の基準波形が記憶されており、波形解析ソフトにおいて計測データの波形と基準波形とが比較され、その差異情報に基づいて、監視対象の設備の機器制御部に対してフィードバック補正信号を出力するデータ処理部を備えたので、実施の形態１または２の効果に加えて、監視対象の設備の制御の信頼性を向上させることができる。

なお、本願発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略したりすることができる。

１ａ，１ｂ，１ｃ 現場計器、２ インターロックＣＰＵ部、３ａ，３ｂ インターロックモジュール、４ａ，４ｂ 波形解析ソフト、５ａ，５ｂ メモリ、６ａａ，６ｂａ，６ｃａ デジタル信号、６ａｂ，６ｂｂ，６ｃｂ アナログ信号、７ａ，７ｂ 出力信号、８ａ，８ｂ 故障検知手段、９ａ，９ｂ 故障信号、１１ インターロックリレー部、１２ａ，１２ｂ フィードバック信号、１３ データ処理部、１４ フィードバック補正信号、１５ 機器制御部

Claims (3)

1. 設備の状態を監視する３重化された現場計器からの計測信号に基づいて前記設備を保護するためのトリップ指令を出力するインターロック回路であって、
   ３個の前記現場計器のそれぞれから、計測データのアナログ信号と前記設備の異常時に異常を知らせるデジタル信号とが入力される波形解析ソフト、および前記計測データの基準値が記憶されたメモリを有するインターロックモジュールを備え、
   入力された前記アナログ信号の推移と前記基準値とが前記波形解析ソフトで比較され、前記基準値から外れた前記アナログ信号が検出されたとき、そのアナログ信号を発信する前記現場計器からのデジタル信号が排除され、残りの前記現場計器からのデジタル信号を用いて前記トリップ指令が出力されることを特徴とするインターロック回路。
2. 請求項１に記載のインターロック回路において、
   前記インターロックモジュールは２重化されており、それぞれの前記インターロックモジュールには、前記インターロックモジュールの故障を検知して故障信号を発信する故障検知手段を有し、
   前記インターロックモジュールの後段には正常な前記現場計器からのデジタル信号と前記故障信号とを受けるリレー部を備え、
   前記リレー部において、２つの前記インターロックモジュールから発信される前記故障信号の読み返しが行われ、２つの前記インターロックモジュールのいずれかが故障した場合にも前記トリップ指令が出力されるように構成されていることを特徴とするインターロック回路。
3. 請求項１または請求項２に記載のインターロック回路において、
   前記メモリには更に前記現場計器の監視対象の基準波形が記憶されており、前記波形解析ソフトにおいて前記計測データの波形と前記基準波形とが比較され、その差異情報に基づいて、前記監視対象の前記設備の機器制御部に対してフィードバック補正信号を出力するデータ処理部を備えたことを特徴とするインターロック回路。
   

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