JP3848074B2

JP3848074B2 - 原子炉手動操作装置

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Publication number: JP3848074B2
Application number: JP2000332598A
Authority: JP
Inventors: 一彦石井; 茂鵜殿; 晃二桝井; 正裕松田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2020-10-31
Also published as: US20030128792A1; US20030161432A1; US6873671B2; US20020122520A1; US6590952B2; US20050013398A1; JP2002139591A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は原子炉制御棒手動操作装置の信頼性向上とリプレース方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、沸騰水型原子炉において、制御棒の水圧駆動制御を行う原子炉手動操作装置及び位置指示装置にコントローラを適用し、ソフトウェア処理により機能を実現するシステムが提案されている。例えば、Advanced RMCS and RPIＳ（ICON，71997^th International Conference on Nuclear Engineering，Tokyo,Japan,April 19−23,1999)である。また、ソフトウェア処理を前提とした制御棒操作コントーラと位置監視コントローラを具備する制御棒位置監視装置におけるサーベランス機能については、特開平10−319171に提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の既設プラントにおいては、制御棒の駆動方式は水圧駆動が適用されている。したがって、制御棒の水圧駆動制御を行う原子炉手動操作装置及び位置指示装置にコントローラを適用し、ソフトウェア処理により機能を実現するシステムは、既設プラントを前提としている。しかし、上記した従来技術では、ソフトウェア処理により機能を実現するシステムを、原子力プラントに導入する際の具体的な考慮がなされていない。
【０００４】
また、制御棒の水圧駆動制御を行うために、現在稼動している従来型のシステムは、その機能を実現するために専用の電子回路、すなわちハードウエアのみで構成されている。しかし、従来型のハードウエアからソフトウェア処理を前提とした制御棒制御監視装置への合理的なリプレースについては、充分な検討がされていない。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、従来型のシステムからソフトウェア処理により機能を実現するシステムへのリプレースを容易にする原子炉手動操作装置を提供することにある。また、自動／手動切り替えに応じた制御棒の制御が行なえる原子炉制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、原子炉制御棒の操作装置のソフトウエア化に際して、２重系の範囲を抑制してコンパクト化を図ると共に、制御棒駆動装置の機械系との取合い部は従来のままにして部分的なリプレースを可能にしている。
【０００７】
すなわち、駆動シーケンスのタイミングを２重化演算部で処理（決定）する操作制御手段と、該２重化されたデータを別の２重化演算部で受信し互いに交信して所定時間内での論理積を実行し、該論理積が成立するときに該データを択一して送信する伝送制御手段と、該データを受信してプロトコル変換してシリアルの伝送指令を生成し、下流の複数の伝送分岐部にシリアルに伝送する伝送手段と、前記分岐部から分岐して制御棒を駆動する制御棒駆動手段を有している。
【０００８】
なお、前記シリアルの伝送指令には、同期ビット、制御棒のアドレス、電磁弁の励磁命令を含んで制御棒毎に弁別されるので、前記制御棒駆動手段、すなわち制御棒駆動機構のインターフエースを従来と同様にできる効果がある。
【０００９】
制御棒位置監視システムも基本的に同様の構成となる。位置入力装置は位置検出機構からの制御棒位置を入力し、各位置入力装置を分岐部を経由して接続した位置伝送手段は位置信号をさらに上流に送信し、演算部で互いに交信することにより分配され、２重系の位置監視装置でソフトウエア処理した制御棒位置の一方を表示している。ここでも、位置検出装置、すなわち位置検出機構のインターフエースは従来と同様である。
【００１０】
また、本発明の原子炉手動操作装置は、前記制御棒制御装置は前記２重化されたマイコンの演算部を持つ制御盤によって一新するとともに、前記制御棒駆動装置の制御盤中で前記プロトコル変換を行なう伝送装置のみを部分的に更新していることを特徴とする。また、制御棒位置監視システムも同様で、制御棒監視装置の盤は一新し、位置入力装置の盤は位置伝送装置のみが更新されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。各図を通して、同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００１２】
図１に、本発明の一実施例による原子炉手動操作装置のシステム構成を示す。原子炉１内には原子炉出力に対応した数の制御棒２が、例えば１１００ＭＷｅ級の原子力プラントでは１８５本が設置され、原子炉の出力制御に用いられる。
【００１３】
制御棒制御系の制御棒駆動装置３は、制御棒１本毎に対応したカードとしての電磁弁駆動回路３１のトランジスタ接点により、制御棒駆動機構２１に取り付けられた４つの方向制御電磁弁の開閉を制御する。制御棒２は水圧に応じてノッチ（機械的にロックされる制御棒の移動単位）または連続での挿入、あるいは引抜が行われる。
【００１４】
この操作は、中央操作盤（中操）の主盤に設置された表示・操作装置７２及びスイッチ・ランプ回路７３を用いて行われる。例えば、タッチオペレーション機能を有する表示・操作装置７２には、全炉心の制御棒選択スイッチが表示され、タッチ操作により操作対象の１本が選択される。その後、ハードスイッチとしてのスイッチ・ランプ回路７３のスイッチにより、ノッチ操作の場合は制御棒監視装置６からの情報である位置情報を見ながら任意の時間、挿入または引抜のスイッチを押下する。また、連続挿入操作の場合は緊急挿入のスイッチを押下し、連続引抜操作の場合は連続引抜スイッチと引抜スイッチを同時操作する。
【００１５】
以上の操作情報は、表示制御装置７１を介して制御棒制御装置４にデータ伝送され、２重化された演算部としての各々の操作制御手段４１で中性子計装系等の関連系統から入力されたインターロック信号により、制御可能か制御阻止かの判定がなされた後、操作情報に基づいて方向制御電磁弁の開閉制御のためのタイミングシーケンスパターンとしての操作命令が出力される。
【００１６】
このタイミングシーケンスパターンに基づいて、伝送制御手段４２で操作対象制御棒のアドレス情報、方向制御弁の励磁情報（引抜供給弁励磁命令，挿入弁励磁命令，引抜排出弁励磁命令）を命令ワードとする伝送データのフレームが生成される。伝送データのフレームは、２重化された伝送制御手段４２ａ，ｂの間で相互伝送され、パラメータ比較により一致した場合には、各伝送制御手段４２ａ，ｂから制御棒駆動装置３の伝送装置３２に高速でサイクリック伝送される。
【００１７】
伝送装置３２では、受信した伝送データをプロトコル変換し、下流側伝送の専用のプロトコルとしての伝送フレーム内に伝送の同期ビット情報と、制御棒と１：１の関係にある電磁弁駆動回路を識別するアドレス情報と、電磁弁の励磁情報を含んで制御棒毎のシリアル信号にし、例えば制御棒１本毎に対応したカードを備える電磁弁駆動回路３１に伝送する。電磁弁駆動回路３１は、シリアル信号に含まれる操作対象制御棒のアドレス情報に対応するカードを選択する。電磁弁駆動回路３１は、同じくシリアル信号に含まれる方向制御弁の励磁情報（引抜供給弁励磁命令，挿入弁励磁命令，引抜排出弁励磁命令）により、方向制御電磁弁の開閉を制御するためのトランジスタ接点信号を出力する。
【００１８】
次に、制御棒監視系について説明する。制御棒２の位置検出機構２２は、ノッチの偶数位置を示す２５個のリードスイッチ他、合計５４個のリードスイッチを有し、それらの接点信号が１１芯のケーブルに対応したコード化された情報として、位置入力装置５の位置入力回路５１に入力される。
【００１９】
この位置情報は、位置伝送装置５２が有している全炉心の制御棒座標マップに基づき、制御棒毎に対応した位置入力回路５１のレジスタのアドレスにプロトコル変換された後、シリアル信号としてアクセスされ、コード化されたリードスイッチの情報が取り込まれる。この位置情報は、２重化された伝送制御装置６２にデータ伝送され、２重化された演算部としての位置監視装置６１に取り込まれる。さらに、表示制御装置７１に伝送され、画面データとして編集された後、中操の主盤に設置された表示・操作装置７２等に位置表示される。
【００２０】
上記の操作及び状態表示は、中操の主盤に設置された表示・操作装置７２及びスイッチ・ランプ回路７３を用いて行われる。なお、制御棒制御装置４または制御棒監視装置６の盤内にも、中操と同様機能の表示制御装置８及び表示・操作装置９が実装されていて、これらの利用も可能である。
【００２１】
図２に、演算部の制御指令データの一例を示す。本例は１ノッチ操作の場合である。１ノッチ引抜操作は、制御棒監視装置６からの情報である位置情報を見ながら任意の時間、引抜のスイッチが押下される。この情報は２つの系から成る操作制御装置４の演算部に入力され、１ノッチの制御棒の引抜きに対応した方向制御電磁弁の開閉制御のための制御棒駆動タイマのシーケンス動作が開始する。
【００２２】
（ａ）は１ノッチ引抜操作の例で、シーケンスは現在の位置で機械的にラッチされた状態からラッチを外すために、あらかじめ決められた短時間の挿入タイマが動作する。次いで、１ノッチに対応した引抜タイマが動作する。さらに、制御棒位置を機械的にラッチさせるためのセトルタイマが動作する。
【００２３】
このように、一連のシーケンスではソフトウェアによりタイミイグ制御される。（ｂ）のように、挿入タイマ、引抜タイマ、セトルタイマが動作している時間だけ、操作対象制御棒のアドレス情報に対応した、方向制御弁の励磁情報（引抜供給弁励磁命令，挿入弁励磁命令，引抜排出弁励磁命令）がメモリ上にセットされる。
【００２４】
以上の動作は、連続引抜等の他の操作パターンについても同様であり、操作パターンに応じて、機械系の動作が可能なように制御棒駆動タイマのシーケンス動作が定められており、同様に、ソフトウェアによりタイミイグ制御されて方向制御弁の励磁情報がメモリ上にセットされる。
【００２５】
図３に、一実施例による制御棒操作制御システムのハードウェア構成を示す。制御棒制御装置４の２重化された演算部である操作制御手段４１ａ，ｂと、その各々に伝送制御手段４２ａ，ｂ及び伝送制御手段４２ｃ，ｄが接続される。
【００２６】
制御棒駆動機構２１の関連機器は２グループに分けられ、原子炉を中心にプラントの反対エリアにそれぞれ配置されている。このため、ケーブル接続上、制御棒駆動装置３も２つのグループに分けられて配置されている。制御棒駆動装置３を実装する盤の構成は後述する図１７に示す通りで、実際のプラントにおいてはＡグループとＢグループの配置に分けられる。
【００２７】
図３では、伝送制御手段４２ａ，４２ｃから２つの光伝送ラインによる制御棒駆動装置３の一方のグループへの伝送のみを示している。実際には、伝送制御手段４２ｂ，４２ｄからの光伝送ラインによる制御棒駆動装置３の別のグループとの接続も存在する。送受信ポート付き伝送装置３２１は伝送制御手段４２からのデータを受信すると、プロトコル変換を行い、下流側伝送の専用のプロトコルとしての伝送フレーム構成を有するシリアル信号にして、マルチドロップで接続された各電磁弁駆動回路３１へ送信する。伝送装置３２２ａ〜３２２ｎは伝送装置３２１からの信号を下流の伝送装置に中継するとともに自身のグループに属する複数の電磁弁駆動回路に分配接続する分岐部である。以下では、操作制御手段４１と伝送制御手段４２ａ，４２ｃから、制御棒駆動装置３の１つのグループへの伝送方式について説明する。
図４に、伝送制御装置の内部メモリと系間接続を示す。伝送制御手段４２ａ（１系）と４２ｃ（２系）はそれぞれ内部メモリを有している。伝送制御手段４２ａの内部メモリには、自系の演算部の制御指令データである１系伝送データと、伝送制御手段４２ｃの内部メモリから系間接続を介して伝送された制御指令データである２系伝送データが記憶される。
【００２８】
これら２つの系の伝送データは、伝送制御手段４２ａ，ｃの演算部で論理的には２つの制御指令データのＡＮＤ（積論理）処理が実行され、具体的には各々非同期で生成されたデータであるがゆえに、非同期によるズレを除きデータ内容が一致していると判断されれば、４２ａ，ｃの一方が択一され、伝送制御手段４２ａに接続された光伝送ラインを通して、伝送装置３２１へ、例えば、ＨＤＬＣの通信プロトコルでサイクリックに光伝送される。
【００２９】
このＡＮＤ論理により、例えば、上流側の演算部に異常が発生した場合には、伝送データが伝送装置３２１へ送信されないことになる。この場合、本実施例ではバイパス操作が行なわれ、正常な片系で生成した制御指令データである伝送データを用いて、ポート付き伝送装置３２１へ送信する。バイパス情報は伝送装置３２１でも監視され、バイパス操作に応じて伝送されたデータの監視が行なわれる。
【００３０】
２つの送受信ポートが設けられたポート付き伝送装置３２１は、２つの伝送制御手段４２ａ，ｃで択一された系で伝送されたデータ（命令ワード）あるいはバイパス操作に応じて伝送されたデータを受信する。受信された命令ワードは、プロトコル変換処理が行われた後、マルチドロップ方式で接続された下流側の伝送装置３２２ａ〜ｎ及び電磁弁駆動回路３１ａ１〜３１ａｎに、シリアル信号として伝送される。
【００３１】
図５に、１系のＡＮＤ（積論理）処理のフローチャートを示す。１系伝送データを内部メモリにセットし（ｓ１０１）、系間接続経由で１系データを２系に送信し（ｓ１０２）、系間接続経由で２系データを受信し（ｓ１０３）、１系伝送データと２系伝送データを比較する（ｓ１０４）。比較の結果、１系伝送データと２系伝送データが一致すれば、タイマストップ、タイマ値クリアをし（ｓ１０５−（１））、データが不一致でタイマ停止中であればタイマスタートし（ｓ１０５−（２））、データ不一致でタイマ動作中であればタイマ継続する（ｓ１０５−（３））。
【００３２】
次に、タイマ値とあらかじめ設定された規定時間を比較し（ｓ１０６）、タイマ値が規定時間内であれば１系伝送データを伝送装置３２１に送信する（ｓ１０７−（１））。タイマ値が規定時間を超過していれば、異常処理を行なう（ｓ１０７−（２））。すなわち、図４の伝送制御手段４２ａに接続された伝送ラインを通して、伝送装置３２１へ１系伝送データが伝送される。この場合、伝送制御手段４２ｃに接続された伝送ラインにはデータが送信されない。規定時間内に１系伝送データと２系伝送データが一致しない場合、１系の演算部に異常が伝送され、自己診断処理により警報出力がされる。上記一連のＡＮＤ処理は、２系においても同様に実行される。
【００３３】
図６に、制御棒制御装置と制御棒駆動装置間を伝送する伝送データのフオーマットを示す。伝送制御手段４２ａ〜伝送装置３２１間で、このフオーマットによるデータが、例えばＨＤＬＣの通信プロトコルでサイクリックに光伝送される。このフオーマットは、伝送制御手段４２ａから伝送装置３２１への伝送データと、その逆方向の伝送データを含んでいる。
【００３４】
伝送制御手段４２ａから伝送装置３２１への伝送データには、例えば、表示・操作装置７２及びスイッチ・ランプ回路７３での操作に基づき、制御棒駆動機構２１の方向制御電磁弁を制御するための命令ワードと、全制御棒の方向制御電磁弁を順次断線チェック等するためのテストワードが含まれている。
【００３５】
また、逆方向の伝送データには、命令ワードの選択制御棒に対応した状態情報として、フレーム内に、制御棒のアドレスを示すビット情報や方向制御電磁弁の励磁状態を示すビット情報等を有する確認ワードと、全制御棒の座標マップ情報に基づいてスキャンして取り込まれた制御棒駆動機構２１のスクラム動作に関わる機器の状態情報を有するスキャンワードが含まれる。
【００３６】
図７に、伝送装置と電磁弁駆動回路間のシリアル信号のフレーム構成を示す。命令ワードのフレーム内は、基本的に伝送の同期をとるための同期ビット，制御棒のアドレスを示すビット情報、方向制御電磁弁の励磁命令を示すビット情報を含んでいる。
【００３７】
確認ワードも同様なフレーム構成であり、フレーム内は、基本的に伝送の同期をとるための同期ビット，制御棒のアドレスを示すビット情報，方向制御電磁弁の励磁状態を示すビット情報，制御棒駆動機構２１のスクラム動作に関わる機器の状態情報などから構成される。
【００３８】
図８に、ポート付き伝送装置３２１の回路構成を示す。シリアル信号のフレームは、ポート付き伝送装置３２１によるプロトコル変換処理がなされる。たとえば、ＨＤＬＣプロトコルによる伝送制御手段４２ａからの伝送データは、光伝送ポートで受信された後、通信インタフェースを介してＲＡＭメモリに転写される。このメモリ上の関連データは、バイト等のデータ単位で決められた周期タイミングで、プロトコル変換回路に転送される。プロトコル変換回路では、シリアル信号のフレーム構成に合わせて、ビット情報の配列が再構成される。このプロトコル変換されたデータは、シリアル信号として下流側の伝送装置３２２ａ，．．．３２２ｎ及び電磁弁駆動回路３１ａ１，．．．３１ａｎに伝送される。
【００３９】
ここで、ポート付き伝送装置３２１におけるプロトコル変換について説明する。図９は送信部の構成、図１０は受信部の構成を示す。伝送装置３２１のプロトコル変換・シリアル伝送処理は、ポート付き伝送装置３２１のＲＯＭに格納されたプログラムに基いて、ＭＰＵで実行される。図１１は、このプログラムを処理フローで表わしたものである。
ポート付き伝送装置３２１の下流側にあって、自身のグループにマルチドロップ接続されて属する電磁弁駆動回路への分配と、さらに下流の伝送装置に中継する機能を有する伝送装置３２２ａ．．．３２２ｎは、第１０図に示すのと同様のシリアル伝送ポートを３つ有しており、上流からの制御命令としての命令ワードはそのうちの１つのポートを介して受信され、分配回路を通し、他の１つのポートを介して自身のグループに属する複数の電磁弁駆動回路に分配送信されるとともに、もう１つのポートを介して下流側の伝送装置３２２へ送信される。
【００４０】
また、逆方向の伝送データである確認ワードとスキャンワードは、３つのシルアル伝送ポートのうちの１つのポートを介して、自身のグループに属する複数の電磁弁駆動回路から受信されるとともに、他の１つのポートを介して下流側の伝送装置から受信され、合成（論理的にはＯＲ）回路を通し、もう１つのポートを介して上流側の伝送装置３２２または３２１へ送信される。
【００４１】
まず、上記の図８の３２２ａと同一回路へ送信の場合は、第ｎ制御棒を指定されると（ｓ２０１）、制御番号の行・列アドレスに対応するＲＡＭより、第ｎ制御棒への方向制御弁励磁命令コードを取り込み（ｓ２１１）、シフトレジスタに列アドレス、行アドレス、方向制御弁励磁命令コードをセットする（ｓ２１２）。そして、該シフトレジスタから、３２２ａと同一回路シリアルに送信し（ｓ２１３）、応答受信待ちタイマーがスタートする（ｓ２１４）。
【００４２】
すなわち、制御棒毎の方向制御弁励磁命令コードが、図７に示した伝送データフォーマットに対応したシフトレジスタに、クロックサイクルのあるタイミングで同時ロードされるとともに、クロック動作に応じて要素としてのビットデータがシフトされ、シリアル信号として３２２ａと同一回路へ送信される。
【００４３】
一方、３２２ａと同一回路から受信の場合は、応答を受信すると、応答受信待ちタイマを停止し、シフトレジスタより列アドレス、行アドレス、方向制御弁励磁応答の取り込みを行なう（ｓ２２１）。そして、制御棒番号の行・列アドレスに対応するＲＡＭに、方向制御弁励磁応答を格納し（ｓ２２２）、次制御棒を指定してｓ２１１に戻る（ｓ２２３）。なお、応答受信がなく、応答受信待ちの規定時間を超えると異常処理が行なわれる（ｓ２２４）。
【００４４】
このように、図７に示した伝送データフォーマットのシリアル信号がクロック動作に応じて、順次、シフトレジスタに取り込まれるが、同期ビット検出回路により伝送データフォーマットに対応したデータがシフトレジスタにセットされたタイミングで、伝送データフォーマットに対応して意味のあるデータが、ポート付き伝送装置３２１のＲＡＭ上に制御棒毎に対応して、制御棒毎の方向制御弁励磁命令コードとして格納される。
【００４５】
この伝送分岐部に伝送されるシルアル信号は、ソフトウェア処理を全く含むことなく構成された専用の電子回路と互換性のあるデータ構成を有しているので、制御棒駆動機構２１とのインタフェースを従来と同一にできる。言い換えれば、インタフェースのプロトコルを従来型と同一としている。
【００４６】
プロトコル変換伝送処理では、全制御棒に対応して順次、送信処理と受信処理を実行するとともに、下流側からの応答受信待ちの規定時間を超過した場合には、異常処理が実行される。その異常情報は上流側の演算部に伝送され、自己診断により警報出力がされる。
【００４７】
本発明のシステムは、２重化された演算部の各々で制御指令データが生成され、積論理演算により１つの制御指令データが選択されて、最終的に各制御棒毎の駆動制御に用いられることを基本思想としているが、２重化された部分の異常を想定して片系のバイパスによる１つの系による制御指令データが生成と各制御棒毎の駆動制御機能も有している。
【００４８】
図１２は、伝送制御手段４２におけるバイパス機能を示している。バイパススイッチは制御棒制御装置４内に設けられ、バイパススイッチの選択状態は１系の伝送制御手段４２ａと２系の伝送制御手段４２ｃに（同様に４２ｂと４２ｄにも）取り込まれる（ｓ３１１）。バイパススイッチの選択は、強制送信要求入力を意味し、システムが正常である通常状態ではニュートラル位置にあり、どちらの系も強制送信要求入力信号を取り込まず（ｓ３１２−（１））、ＡＮＤ（積論理）処理が行なわれる。
【００４９】
ここで、操作制御手段４１ａ（１系）に異常が発生した場合を考える。異常の発生は、自己診断により検出して警報出力がされ、運転員に認識される処となり、バイパス操作（２系に対する強制送信要求入力）が行われる。２系に対する強制送信入力処理は、２系の伝送制御手段４２ｃに取り込まれ、図４に示す内部メモリの２系伝送データのみが、伝送制御手段４２ｃに接続された伝送ラインを介して、伝送装置３２１へ伝送される。
【００５０】
この伝送制御手段４２ａ及び４２ｃ（同様に４２ｂ及び４２ｄ）に設定されるバイパス状態は、図１３（ｂ）に示すように、ポート付き伝送装置３２１でも監視される。通常状態では１系からの受信状態が１系受信監視タイマーによって監視され（ｓ３２１）、サイクリック伝送による定周期で伝送データが更新される場合、この監視タイマーはリスタートを繰り返すことになる（ｓ３２２−（１））。
【００５１】
操作制御手段４１ａに異常が発生した場合、１系伝送データは中断されることになり、監視タイマーはタイムアップする（ｓ３２２−（２））。この条件で、２系受信監視タイマーがスタートし（ｓ３３１）、２系としての受信データを確認した時点より、２系受信監視タイマーのリスタートを繰り返すことになる（ｓ３２２−（１））。この１系受信監視と２系受信監視はタスキ掛けになっており、たとえば、２系の強制送信要求入力位置からニュートラル位置にスイッチ選択が復旧された時点で、１系伝送の監視にもどる。
【００５２】
図１４に、制御棒位置監視システムの構成を示す。制御棒監視装置６では、２重化された演算部である位置監視装置６１ａ，ｂの各々に、伝送制御装置６２ａ，ｂ及び伝送制御装置６２ｃ，ｄが接続される。
【００５３】
制御棒駆動機構２１の関連機器は、上述のように２グループに分けられ、ケーブル接続上、位置入力装置５も２つのグループに分けられて配置されることが多い。このグループ化された位置入力装置５と光伝送する伝送制御装置６２も、伝送制御装置６２ａ（１系），ｃ（２系）のグループと伝送制御装置６２ｂ（１系），ｄ（２系）のグループに分けられる。
【００５４】
伝送制御装置６２ａ（１系），６２ｃ（２系）には、図４と同様の内部メモリを有し系間接続がされている。伝送制御装置６２ａの内部メモリには、２つの送受信ポートが設けられた位置伝送装置５２１から伝送制御装置６２ａに接続された光伝送ルートで、図６に示す伝送データのフオーマットで、制御棒位置情報としてのコード化されたリードスイッチ情報が位置ワードとして、例えばＨＤＬＣの通信プロトコルでサイクリックに光伝送される。
【００５５】
伝送制御装置６２ａの内部メモリには、位置ワードとしての１系伝送データが記憶されるとともに、系間接続を介して伝送制御装置６２ｃの内部メモリにも記憶される。
【００５６】
上記の位置伝送装置５２１から伝送され、１系の伝送制御装置６２ａと２系の伝送制御装置６２ｂの内部メモリに記憶された位置ワードとしてのデータは、１系の位置監視装置６１ａと２系の位置監視装置６１ｂの各々の演算部に読み取られ、各々の内部メモリに記憶される。
【００５７】
本実施例の制御棒監視装置及び位置入力装置では、制御棒制御装置及び制御棒駆動装置と基本的なデータの流れが逆であるが、２重化された位置監視の演算部で、単一系の伝送装置５２−位置入力回路５１からの位置情報を分配して処理することを基本思想としているので、２重化された部分の異常を想定して、片系のバイパスによる１つの系による制御棒位置データの処理を可能とするバイパス機能は同様である。
【００５８】
バイパススイッチは制御棒位置監視装置６内に設けられ、図１２に示すのと同様の機能で、バイパススイッチの選択状態は１系の伝送制御手段６２ａと２系の伝送制御手段６２ｃに（同様に６２ｂと６２ｄにも）取り込まれる。バイパススイッチの選択は、強制送信要求入力を意味し、システムが正常である通常状態ではニュートラル位置にあり、どちらの系も強制送信要求入力信号を取り込まず、伝送制御手段６２ａに接続された光伝送ラインを通して伝送装置５２１から伝送されたデータが、伝送制御手段６２ａで受信され、伝送制御手段６２ａと伝送制御手段６２ｃとの交信により伝送制御手段６２ｃにも受信される。
【００５９】
ここで、位置監視手段６１ａ（１系）に異常が発生した場合、異常の発生は、自己診断により検出して警報出力がされ、運転員に認識される処となり、バイパス操作（２系に対する強制送信要求入力）が行われる。２系に対する強制送信入力処理は、２系の伝送制御手段６２ｃに取り込まれ、伝送制御手段６２ｃに伝送装置５２１と接続された光伝送ラインを通して、図１５に示す位置ワードとしてのデータが伝送制御手段６２ｃで受信され、内部メモリに記憶される。
【００６０】
この伝送制御手段６２ａ及び６２ｃ（同様に６２ｂ及び６２ｄ）に設定されるバイパス状態は、図１３（ｂ）に示すのと同様に、伝送装置５２１でも監視され、１系と２系の光伝送ラインの選択が行われる。
【００６１】
一方、位置入力装置５側の位置伝送装置５２１では、内部メモリに記憶される全制御棒の座標マップ情報に基づいて順次スキャンされ、基本的に伝送の同期をとるための同期ビット，制御棒のアドレスを示すビット情報を含む、図１６に示すフレーム構成のプローブワード（位置情報）として、マルチドロップ方式で接続された伝送装置５２，位置入力回路５１の下流側からシリアル信号として伝送される。
【００６２】
プローブワード（位置情報）のフレーム構成は、基本的に上述の命令ワードと同様である。位置入力回路５１，伝送装置５２の下流側からシリアル信号として送信されたプローブワード（位置情報）の伝送フレームは、位置伝送装置５２１にてプロトコル変換処理が行われ、上位の伝送制御装置６２へ送信される。
【００６３】
このプロトコル変換処理は、制御棒制御システムの場合と同様に、図１６に示した伝送データフォーマットのシリアル信号がクロック動作に応じて順次シフトレジスタに取り込まれ、同期ビット検出回路により伝送データフォーマットに対応したデータがシフトレジスタにセットされたタイミングで、伝送データフォーマットに対応して意味のあるデータが伝送装置５２１のＲＡＭ上に、たとえば制御棒毎の１１芯のケーブルに対応したコード化された位置情報として、Ｈ軸プローブデータ、Ｖ軸プローブデータのコードが格納される。
【００６４】
上記の一連のプロトコル変換・シリアル伝送処理は、位置伝送装置５２１のＲＯＭに格納されたプログラムの制御によりＭＰＵで実行される。このＨ軸プローブデータ、Ｖ軸プローブデータは、ＭＰＵの制御により５４個のリードスイッチの接点信号としての位置ワードに変換される。
【００６５】
位置監視装置６１ａ、６１ｂでは、位置伝送装置５２より伝送された同一位置情報としての制御棒位置データが各々の内部メモリに記憶されており、さらに各々独立の処理により、さらに上位の表示制御装置７１、８に伝送され、論理的には２つの位置データの非同期ＯＲ（和論理）処理される。具体的には、例えばあらかじめ定義したマスター／スレーブの優先制御により自己診断による異常が検出されない場合はマスター系のデータを、マスター系に異常が検出された場合はスレーブ系のデータを選択することにより、択一された位置データが表示・操作装置７２、９に表示される。
【００６６】
以上、本実施例による原子炉手動操作装置によれば、２重化された演算部を持つ制御棒制御装置を備えているので、制御指令を２重化し、その論理積の演算結果に基いて出力するので、システムの信頼性を向上できる。さらに、論理積が成立しない異常時に、バイパス処理によって正常な一方のみを出力するので、処理効率を向上できる。さらに、伝送制御手段にプロトコル変換を行なって制御棒毎の対応をとるので、制御棒駆動装置とのインターフエースが容易である。
【００６７】
次に、本実施例に基く盤構成のリプレース（設備更新）について説明する。まず、従来の盤構成を説明する。従来型のシステムは、専用の電子回路で実現しており、それを実現するカード（プリント基板）は３９種類程度である。
本実施例の表示・操作装置７２及びスイッチ・ランプ回路７３に相当する制御棒選択操作パネルは、トランスミッタ・カード、データ・ドライバ・カード、抵抗カード、ダイオード・アレイ・カード、フル・コア・ＬＥＤ（Ａ〜Ｃ）・カードから構成されている。一方、本実施例では、例えばタッチオペレーション機能の表示・操作装置をベースとした異なるハードウェアで実現しており、リプレースには関連ハードウェアの一式が対象となる。
【００６８】
制御棒制御装置４に相当するところは、例えば入力アイソレータ・カード、動作制御（Ａ・Ｂ）カード、駆動タイマ・カード、アナライザ（Ａ〜Ｄ）カード、フォールトマップ（Ａ〜Ｃ）カード、出力アイソレータ（Ａ〜Ｃ）カードから構成されている。ここで、駆動タイマ・カードは、制御棒の挿入あるいは引抜のための方向制御電磁弁の開閉のシーケンスタイミングを発生させるものである。一方、本実施例では演算部をベースとした、異なるハードウェアにより実現しており、リプレースは関連ハードウェア一式を対象とする。
【００６９】
制御棒駆動装置３に相当するところは、例えば、ブランチ・ジャンクション・カード、トランスポンダ・カードから構成されている。本実施例では、上位との伝送装置以外は従来のシステムと同一にしており、後述するリプレース方式の適用が可能である。
【００７０】
表示制御装置８に相当するところは、例えば、バッファ・カード、ディスプレイ・クロック・カード、ソース・セレクタ・カード、データ・メモリ・カード、ファイル・モニタ・カード、ランプ・テスト・ＰＩ・カード、抵抗・カードから構成されている。本実施例では、演算部をベースとした異なるハードウェアにより実現しており、リプレースは関連ハードウェア一式を対象とする。
【００７１】
制御棒監視装置６に相当するところは、例えば、ファイル・インタフェース・カード、スキャン・コントロール・カード、サンプリング・バッファ・カード、コンピュータ・メモリ・カード、アイソレート・ラッチ付ＤＯカード、プローブ・データ・プロセッサ・カードから構成されている。本実施例では、演算部をベースとした異なるハードウェアにより実現しており、リプレースは関連ハードウェア一式を対象とする。
【００７２】
位置入力装置５に相当するところは、例えば、ファイル・コントロール・カード、プローブ・マルチプレクサ・カードから構成されている。本実施例では、上位との伝送装置以外は従来のシステムと同一にしており、後述するリプレース方式の適用が可能である。
【００７３】
このような従来構成に対して、本実施例の構成を導入する場合に、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の制御棒駆動装置の方式は、基本的に不変であることを前提にする。計装制御システムにおける既設設備のリプレースにおいては、既設の制御盤一式を新規の制御盤に置き換えるのが一般的である。
【００７４】
しかし、本実施例のシステムでは、上述のように制御棒駆動機構２１を駆動する電子回路部３１及び制御棒位置を入力する電子回路部５１を従来型と同一にしているので、既設設備に合わせて、制御盤の部分リプレースが可能になる。すなわち、本実施例のシステムでは、基本的に制御棒駆動装置を駆動する電子回路部を実装している制御盤（駆動補助盤）は、技術的には更新しなくても良い。
【００７５】
図1７に、本実施例によるリプレース後のシステム全体の盤構成を示している。制御棒制御装置４と制御棒監視装置６は演算装置をベースとする２重系で、全て新規の盤を示している。制御棒駆動装置３に相当する駆動補助盤と、位置入力装置５に相当するマルチプレクサ盤は、配置Ａと配置Ｂの２つのグループに分かれている。それぞれの盤内では、ポート付き伝送装置３２１とポート付き位置伝送装置５２１のみが新規に導入され、制御棒制御装置４及び制御棒監視装置６と伝送ラインで接続される。
【００７６】
以下、制御棒駆動装置３を駆動する電子回路部を実装している制御盤（駆動補助盤）を例に、２通りのリプレース方法を説明する。制御棒位置を入力する電子回路部を実装している制御盤（マルチプレクサ盤）についても同様である。
【００７７】
第一の方法は、制御棒駆動装置３を駆動する電子回路部を実装している制御盤において、電子回路部を含む制御盤一式の更新ではなく、上流の演算部とデータ伝送でインタフェースするための電子回路部（図１のシステム構成図において、伝送制御部と電磁弁駆動回路）を更新する（基本的に制御盤筐体と電気回路部を除く）ケースである。
【００７８】
図１８は駆動補助盤の実装構成図を示す。トランスポンダユニット内に実装される電子回路部としてのプリント基板一式を、３２１，３２ａ１，３２ａ２，・・３２ａｎ，３２２ａ，３２ｂ１，３２ｂ２，・・３２ｂｎ，・・として新規製作したものに更新する。
【００７９】
図１９はマルチプレクサ盤の実装構成図を示す。盤実装上は機能を実現するためのカードを収納し、カードへの電源電圧の供給とカード間の電気信号の接続を行うユニットが存在し、ここでは従来のシステムとしてマルチプレクサユニットと呼んでいるユニット内に実装される電子回路部としてのプリント基板一式を、５２１，５２ａ１，５２ａ２，・・５２ａｎ，５２２ａ，５２ｂ１，５２ｂ２，・・５２ｂｎ，・・として新規製作したものに更新する。
【００８０】
第二の方法は、制御棒駆動装置３を駆動する電子回路部を実装している制御盤のうち、ポート付き伝送装置のみを更新するケースである。この方法では、図１８の制御棒駆動装置盤の実装構成図において、ポート付き伝送装置３２１に相当し、トランスポンダユニット内に実装される電子回路部としてのプリント基板３２１のみを、新規製作したものに更新する。
【００８１】
同様に、図１９の位置入力装置盤において、マルチプレクサユニット内に実装される電子回路部としてのプリント基板５２１のみを新規製作したものに更新する。これによれば、制御盤筐体と電子回路部のリフレッシュを実施しないので、低コストでリプレースできる。
【００８２】
次に、本発明の原子炉制御装置の実施例を説明する。上記の実施例では、制御棒の水圧駆動を前提とした原子炉手動操作装置について述べている。制御棒駆動装置はディジタルのＯＮ／ＯＦＦ信号により制御されている。そこで、上記の実施例は手動操作のみならず自動操作も可能で、モータのＯＮ／ＯＦＦ制御で微駆動する制御棒制御装置にも適用することができる。
【００８３】
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）における制御棒制御のインターロックとしては、１本の同時駆動しか許可していない。したがって、ソフトウェア処理により機能を実現する演算部を含まず、電子回路のみで機能を実現する従来型システムにおける制御指令のデータフレームは、制御棒1本のデータしか有しておらず、方向制御電磁弁を駆動制御する電子回路で制御出力信号のホールドをしていない。一方、改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）における制御棒制御のインターロックとしては、複数本の同時駆動（ギャング駆動）が許可されている。
【００８４】
本発明の制御棒制御装置には以下の二つの方式が考えられる。第一の方式は、制御指令データのフレームには同時駆動本数分のデータを伝送できるようにするとともに、例えば方向制御電磁弁を駆動制御する電子回路で制御出力信号をホールドし、駆動対象回路の仕様に合わせて駆動回路を構成する。
【００８５】
第二の方式は、制御指令データのフレームは同時駆動１本分のデータを伝送できるようにしかしない。そして、同時駆動本数分のデータをソフトウェア演算でサイクリックに伝送フレームに載せるとともに、例えば方向制御電磁弁を駆動制御する電子回路で制御出力信号を同時駆動本数分ホールドし、駆動対象回路の仕様に合わせて駆動回路を構成する。
【００８６】
【発明の効果】
本発明によれば、２重化された演算部でのソフトウェア処理によりシステムの機能の向上を図るとともに、各制御棒毎の制御棒駆動装置を駆動する手段と制御棒駆動機構とのインタフェースを、専用の電子回路から構成された原子炉手動操作装置の場合と同一にしたため、部分的なリプレースを可能とし、システム機能の高度化を低コストで実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による原子炉手動操作装置の構成図。
【図２】制御棒操作のタイムチャート。
【図３】制御棒操作制御システムのハードウェア構成の一実施例を示すブロック図。
【図４】伝送制御装置（４２）の内部メモリと系間接続を示す構成図。
【図５】ＡＮＤ（積論理）処理を示すフローチャート。
【図６】伝送制御装置〜伝送装置間の伝送データテーブルの説明図。
【図７】伝送装置〜電磁弁駆動回路間のシリアル信号のフレーム構成の説明図。
【図８】伝送装置（３２１）の構成図。
【図９】伝送装置（３２１）のプロトコル変換の送信部の構成図。
【図１０】伝送装置（３２１）のプロトコル変換の受信部の構成図。
【図１１】プロトコル変換伝送処理のフローチャート。
【図１２】伝送制御装置（４２）のバイパス処理手段を示す構成図。
【図１３】バイパス処理のフローチャート。
【図１４】制御棒位置監視システムのハードウェア構成の一実施例を示すブロック図。
【図１５】制御棒位置監視システムにおける伝送制御装置〜伝送装置間の伝送データテーブルの説明図。
【図１６】伝送装置〜位置入力回路間のシリアル信号のフレーム構成の説明図。
【図１７】本実施例によるリプレース後のシステム全体の盤構成図。
【図１８】制御棒駆動装置盤の実装構成図。
【図１９】位置入力装置盤の実装構成図。
【符号の説明】
１…原子炉、２…制御棒、２１…制御棒駆動機構、２２…位置検出機構、３…制御棒駆動装置、３１…電磁弁駆動回路、３２…伝送装置、３２１…ポート付き伝送装置、４…制御棒制御装置、４１…操作制御手段、４２…伝送制御手段、５…位置入力装置、５１…位置入力回路、５２…位置伝送装置、５２１…ポート付き位置伝送装置、６…制御棒監視装置、６１…位置監視装置、６２…伝送制御装置、７１…表示制御装置、７２…表示・操作装置、７３…スイッチ・ランプ回路、８…表示制御装置、９…表示・操作装置。

Claims

制御棒を電磁弁駆動による水圧で制御する沸騰水型原子炉の手動操作装置において、
手動の操作情報による駆動シーケンスのタイミングからシーケンスパターンを生成する２重化された演算部をもつ操作制御手段と、該シーケンスパターンに基づいて操作対象制御棒毎の命令コードを作成するとともに、該命令コードの各々を２重化された別の演算部で相互に交信して、予め決められた時間ずれ内での論理積を求め、一致した場合に択一した命令コードを伝送する伝送制御手段と、該命令コードを受信してプロトコル変換し、下流の複数の伝送分岐部に制御指令として伝送する、制御棒番号毎に制御信号を取り込み、シリアル送信し、応答信号待ちの処理を行う伝送装置と、該伝送分岐部から分岐して１本毎の制御棒駆動装置を駆動する専用電子回路の電磁弁駆動回路を設け、
前記伝送装置のプロトコル変換伝送処理は、前記伝送制御手段から受信した命令コードに含まれる制御棒番号を指定すると、制御棒毎に対応する電磁弁駆動回路を識別するアドレス情報と電磁弁の励磁情報を予め命令コードに対応させて格納している記憶手段から読み出し、シリアル信号に変換して下流に送信すると共に下流からの応答を受信し、下流からの応答が受信待ちの規定時間を超過した場合は異常処理を行うことを特徴とする原子炉手動操作装置。
請求項１において、
前記伝送制御手段は、前記命令コードの一方が異常な場合に出力される強制送信要求に応じて、他方の命令コードのみを出力するバイパス手段を設けていることを特徴とする原子炉手動操作装置。
請求項１または２において、
制御棒毎に設けられた位置検出機構のコード化された複数のオン／オフ信号を入力する位置入力回路と、該複数の位置入力回路から上流の伝送分岐部にシリアル信号としての位置情報を伝送し、該位置情報をさらに上流にデータ伝送する位置伝送装置と、該データを受信して２重化された演算部で相互に交信して、制御棒位置情報を２重化された別の演算部でソフトウェア処理する位置監視装置と、２重化された制御棒位置データから選択して表示する手段を含む制御棒位置監視装置を設けたことを特徴とする原子炉手動操作装置。
制御棒を電磁弁駆動による水圧で制御する沸騰水型原子炉の手動操作装置において、
手動の操作情報からシーケンスパターンを生成する２重化された演算部をもつ操作制御手段と、該シーケンスパターンに基づいて操作対象制御棒毎の命令コードを作成するとともに、該命令コードの各々を２重化された演算部で相互に交信して論理積を求め、一致した場合に択一した命令コードを伝送する伝送制御手段を含む制御棒制御装置としての盤と、
前記命令コードを受信してプロトコル変換し、下流の複数の伝送分岐部に制御指令として伝送する、制御棒番号毎に制御信号を取り込み、シリアル送信し、応答信号待ちの処理を行うとともに下流からの応答が受信待ちの規定時間を超過した場合は異常処理を行う伝送装置と、該伝送分岐部から分岐して１本毎の制御棒駆動装置を駆動する専用電子回路による電磁弁駆動回路を含む制御棒駆動装置としての駆動補助盤を備え、
前記駆動補助盤はポート付き伝送装置のリプレースにより構成されてなることを特徴とする原子炉手動操作装置。
請求項４において、
データを受信して制御棒位置情報を２重化された演算部でソフトウェア処理する位置監視装置と、２重化された制御棒位置データから選択して表示する手段を含む制御棒監視装置としての盤と、
制御棒毎に設けられた位置検出機構のコード化された複数のオン／オフ信号を入力する専用電子回路による位置入力回路と、該複数の位置入力回路から上流の伝送分岐部を経由し、さらに２分岐して前記制御棒監視装置にデータを伝送する、全炉心の制御棒座標マップに基づき制御棒毎にシリアル信号としてアクセスする位置伝送装置を含む、位置入力装置としてのマルチプレクサ盤を備え、
前記マルチプレクサ盤はポート付き位置伝送装置のリプレースにより構成されてなることを特徴とする原子炉手動操作装置。