JP5783944B2

JP5783944B2 - 多重化制御システム

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Publication number: JP5783944B2
Application number: JP2012073894A
Authority: JP
Inventors: 想板倉; 睦郎足原; 豊博明比; 正信厚海; 卓兒田原; 周子久富; 要英須藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: JP2013206087A

Description

本発明は原子力発電プラント等の各種プラントに用いられている多重化制御システムに関する。

従来の原子力発電プラント等の各種プラントの制御システムでは、安全性及び信頼性の向上のために多重化制御システムが用いられている。このような多重化システムの例として、３重化制御システムを用いた多重化制御システムを図１１により説明する。

この制御システムは、センサ101〜103からの信号が外部ケーブル104〜106、端子台120〜122、入力ケーブル123〜125を介して入力される入力部307〜309と、入力部307〜309からの出力信号により演算を行う演算部117〜119及び出力部310〜312を備えた制御装置108〜110と、各制御装置108〜110から出力ケーブル111〜113を介して出力された出力信号から１つの信号を選択または作成する出力処理部114と、出力処理部114から出力された制御信号が出力ケーブル115、端子台126、外部ケーブル127を介して入力される制御対象116と、から構成される。

このように構成された多重化制御システムにおいて、この制御システムが制御を実行する上で必要な情報がセンサ101〜103から外部ケーブル104〜106、端子台120〜122、入力ケーブル123〜125を介し各制御装置108〜110の入力部307〜309より演算部117〜119に入力される。演算部117〜119はその情報を元に制御演算を実行し、演算結果を出力部310〜312に出力する。出力部310〜312はこれらの信号を、出力ケーブル111〜113を介して共通の出力処理部114に出力し、出力処理部114で信号が１つの信号へと選択処理された後、制御信号として出力ケーブル115、端子台126、外部ケーブル127を介して制御対象116へ出力され、制御対象116が有効な状態へと遷移する。

このような多重化制御システムの健全性等を確認するために多重化制御システムの試験が行われているが、従来の試験では、３つの制御装置のうち１台を機能停止し、入力模擬、出力模擬を実施しその結果を測定することにより多重化制御システムの試験を実施している（特許文献１）。また、出力処理部114の試験を実施する場合は全機能を停止し、入力模擬を実施後、出力を測定することで試験を実施している。

その際、制御装置の入出力試験及び出力処理部の試験を実施する場合、少なくとも１台の機能停止をすることから、定期検査期間のようなプラント停止中に確認試験を実施する必要があった。

特開平９−４４２０３号公報

ところで、原子力発電プラントのようなプラントでは、運転期間の長期化や稼働率の向上のために定期検査期間の短縮化が求められているが、定期検査期間を短縮するためには検査項目の削減や定期検査の合理化・効率化が必要である。

しかしながら、上述した従来の多重化制御システムの試験方法は、少なくとも１台の制御装置の機能を停止する必要があるため、定期検査期間等のプラント停止中に実施しなければならず、定期検査項目の削減や合理化・効率化につながらなかった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、プラント運転中に多重化制御システムの試験を実施可能とすることにより、プラントの稼働率の向上及び運転期間の長期化を図ることができる多重化制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る多重化制御システムは、センサからの信号が入力される入力部と前記入力信号により演算を行う演算部と前記演算結果を出力する出力部から構成される複数の制御装置と、前記複数の制御装置から出力された信号を処理し１つの制御信号を制御対象に出力する出力処理部とを有する多重化制御システムにおいて、前記各制御装置と出力処理部との間のケーブルに設けられた第１の入力信号切替部と、前記出力処理部と制御対象との間のケーブルに設けられた第１の出力信号切替部と、前記第１の入力信号切替部を介して模擬信号を前記出力処理部に出力し、当該模擬信号に対応する出力信号を前記第１の出力信号切替部を介して受信する試験器と、を備え、前記試験器は、模擬信号を発生させる模擬信号発振部と、前記模擬信号に対応する出力信号を測定する測定部と、前記第１の入力信号切替部及び第１の出力信号切替部への切替タイミングを作成するタイミング生成部と、前記模擬信号と前記測定部で測定した前記出力信号を比較する判定部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、プラント運転中に多重化制御システムの試験を実施することが可能となり、プラントの稼働率の向上及び運転期間の長期化を図ることができる。

第1の実施形態に係る多重化制御システムの構成図。第1の実施形態に係る試験器の構成図。第1の実施形態に係る多重化制御システムの要部構成図。第２の実施形態に係る多重化制御システムの構成図。第２の実施形態に係る多重化制御システムの要部構成図。第３の実施形態に係る多重化制御システムの構成図。第３の実施形態に係る出力保持回路の構成図。第４の実施形態に係る多重化制御システムの構成図。第５の実施形態に係る多重化制御システムの構成図。第５の実施形態の変形例に係る多重化制御システムの構成図。従来の多重化制御システムの構成図。

以下、本発明に係る多重化制御システムの実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る多重化制御システムを、図１乃至図３を用いて説明する。なお、上述した従来の多重化制御システムと同一の構成には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

（構成）
本第１の実施形態に係る多重化制御システムは、制御装置108〜110と出力処理部11との間の入力ケーブル111〜113と、出力処理部114と制御対象116との間の出力ケーブル115の途中にそれぞれ第1の入力信号切替部201〜203と第1の出力信号切替部209を設け、第1の入力信号切替部201〜203から出力処理部114に模擬信号を出力し、出力処理部114からの出力信号が第1の出力信号切替部209を介して入力される試験器207を備えた構成としている。

試験器207は、図２に示すように、出力処理部114への模擬信号を出力するための模擬信号発振部210と、出力処理部114からの出力信号を測定する測定部211、測定結果の自動判定を行う判定部214、データを記録し外部に出力可能な記録部215と、模擬信号発振器210と測定部211の同期を取る伝送路213と、模擬信号の出力タイミングと測定部211における測定タイミングを同期させるタイミング生成部212とを備える。

この試験器207は多重化制御システムの制御対象116への指令信号に対する応答時間より短い時間の信号の発振と受信／測定が可能な機能を有し、信号切替部201〜203、209は試験器207が発振する信号時間より短い時間でオン／オフ可能な機能を有する。

（作用）
このように構成された本第１の実施形態において、多重化制御システムの稼働中又は停止中に、試験器207のタイミング生成部212を動作させることにより、試験器207から第１の入力信号切替部201〜203を通して出力処理部114へ、多重化制御システムの制御対象116の指令信号に対する応答時間より短い時間の模擬信号を出力し、出力処理部114がその信号を処理する。そして、出力処理部114から出力された模擬信号に対応する信号は第１の出力信号切替部209を通して試験器207へ入力される（図３参照）。

試験器207内部の模擬信号発振部210と測定部211は伝送路213により信号出力／入力の同期を取る。これにより、測定部211は模擬信号発振器210からの模擬信号に対する出力処理部114の出力信号を正確に受信する。

また、判定部214は、模擬信号発振器210からの模擬信号に対して、受信した信号が適正な値となっているか否かを判定し記録部215に記録する。模擬信号発振器210の模擬信号発振は、出力処理部114からの出力信号の測定後速やかに停止される。この模擬信号発振器210における模擬信号の出力から測定部211における測定までの時間が、制御対象116の応答時間よりも十分に短い時間で処理されることにより、制御対象116が試験実施により変化した出力信号に追従することなく、プラントの運転状態に影響を与えることはない。これにより、プラントが運転中であっても出力処理部114の健全性確認等の試験を実施することが可能となる。

（効果）
本第１の実施形態によれば、従来、プラントを停止しなければ実施できなかった多重化制御システムの健全性確認等の試験をプラントの運転中に実施することが可能となるため、定期検査期間を大幅に短縮することが可能となり、これによりプラントの稼働率の向上、運転期間の長期化を図ることができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る多重化制御システムを、図４及び図５を用いて説明する。
本第２の実施形態では、第１の実施形態における共通の出力処理部114の試験に加え、制御装置108〜110の試験を実施可能とする。なお、上述した実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

（構成）
本第２の実施形態では、第１の実施形態の構成に加え、入力ケーブル123〜125にそれぞれ第２の入力信号切替部301〜303を設け、第２の入力信号切替部301〜303と試験器207を出力ケーブル304〜306で接続している。また、図５に示すように、制御装置108〜110内の入力部307〜309と演算部117〜119の間、及び演算部117〜119と出力部310〜312の間に、それぞれ第２の出力信号切替部319〜321と第３の入力信号切替部322〜324を設け、第２の出力信号切替部319〜321及び第３の入力信号切替部322〜324と試験器207をそれぞれケーブル313〜315、316〜318に接続している。
この制御装置108〜110の入力部307〜309と出力部310〜312に試験器207から制御装置の演算周期より短い信号が出入力される。

（作用）
このように構成された本実施形態において、入力部307〜309の試験を実施する場合は、試験器207のタイミング生成部212を動作させることで、試験器207からケーブル304〜306、第２の入力信号切替部301〜303、外部ケーブル104〜106を介して制御装置108〜110の入力部307〜309へ模擬信号を出力し、入力部307〜309で処理した信号を第２の出力信号切替部319〜321からケーブル313〜315を介して試験器207へ出力することにより、入力部307〜309の試験をそれぞれ実施する。

また、出力部310〜312の試験を実施する場合は、試験器207からケーブル316〜318、第３の入力信号切替部322〜324を介して出力部310〜312へ模擬信号を出力し、出力部310〜312からの出力信号を第1の入力信号切替部201〜203、ケーブル204〜206を介して試験器207で測定することにより、の出力部310〜312の試験を実施する。

この入力部307〜309及び出力部310〜312の試験は、制御装置108〜110の演算周期より短い時間で実施するため、制御装置108〜110の演算処理へ影響を与えることもないため、制御システムの機能を停止する必要がないことから、プラント運転中であっても試験が実施することが可能となる。

（効果）
本第２の実施例実施によれば、上記第１の実施形態の効果に加え、制御装置の機能を維持した状態で制御装置の試験を行うことができるため、この試験をプラントの運転中に実施することが可能となり、定期点検期間を大幅に短縮することが可能となり、これによりプラントの稼働率の向上、運転期間の長期化を図ることができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る多重化制御システムを、図６及び図７を用いて説明する。なお、上述した実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

（構成）
本第３の実施形態では、第１の実施形態の構成に加え、出力処理部114と制御対象116との間の外部ケーブル127に、試験器207のタイミング生成部212から出力される切替信号402に同期して作動する出力保持回路401を設けた構成としている。

この出力保持回路401は、図７に示すように、記憶部403と第３の出力信号切替部404で構成され、記憶部403は切替信号402の非入力時は出力処理部114から出力される制御信号405に追従し、切替信号402の入力時は、その時点の追従信号を記憶保持する。

また、第３の出力信号切替部404は切替信号402によって出力処理部114から制御対象116への接続を切り離す機能を有する。記憶部403は、通常時は出力処理部114から制御対象116への制御信号405を記憶し、切替信号402によって第3の出力信号切替部404が制御信号405を切り離した際には、記憶部403に記憶した制御信号を出力し始める機能を有する。

（作用）
上述した第１の実施形態では、試験器207は、多重化制御システムの制御対象116が指令信号に対して追従動作する時間より短い時間の模擬信号を発振することで、システムの運転中に出力処理部114の試験の実施を可能としているが、模擬信号の発振時間が非常に短いため、実施可能な試験が単純なイン／アウトの確認試験に限られていた。

本第３の実施形態では、試験器207のタイミング生成部212の動作により切替信号402が出力され、これにより第３の出力信号切替部404と記憶部403が動作し、出力処理部114からの制御信号405が切り離される。そして、記憶部403に記憶された制御信号が出力され、制御対象116の制御が維持される。これにより、試験を実施しても出力変動がなくなることから、長時間の試験が可能となり、模擬信号を変化させる等の時間を要する試験も実施することが可能となる。

（効果）
本第３の実施形態によれば、多重化制御システムに対し長時間にわたる試験が実施可能となることにより、種々の試験をプラントの運転中に実施することが可能となるため、定期点検期間を大幅に短縮することが可能となり、これによりプラントの稼働率の向上、運転期間の長期化を図ることができる。

［第４の実施形態］
第４の実施形態に係る多重化制御システムを、図８を用いて説明する。なお、上述した実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

（構成）
本第４の実施形態では、図８に示すように、第２の実施形態の構成に加え、出力処理部114と制御対象116との間の外部ケーブル127に、試験器207のタイミング生成部212から出力される切替信号402に同期して作動する出力保持回路401を設けた構成としている。

（作用）
上述した第２の実施形態では、試験器207から多重化制御システムの制御対象が指令信号に対して追従動作する時間より短い時間の信号を発振することで、システムの運転中に制御装置108〜110の入力部307〜309と、出力部310〜312の試験を実施可能としているが、模擬信号の発振時間が非常に短いため、実施可能な試験が限られていた。

本第４の実施形態では、試験器207のタイミング生成部212の動作により切替信号402が出力され、これにより第３の出力信号切替部404と記憶部403が動作し、出力処理部114からの制御信号405が切り離される。そして、記憶部403に記憶された制御信号が制御対象116に出力され、制御対象116の制御が継続される。これにより、試験を実施しても制御信号の出力変動がなくなることから、長時間の試験が可能となり、従来、制御装置の機能停止を行わなければ実施できなかった長時間にわたり制御装置108〜110の試験も実施可能となる。

（効果）
本第４の実施形態によれば、上記第３の実施形態と同様に、多重化制御システムに対し長時間にわたる試験が実施可能となることにより、種々の試験をプラントの運転中に実施することが可能となるため、定期点検期間を大幅に短縮することが可能となり、これによりプラントの稼働率の向上、運転期間の長期化を図ることができる。

［第５の実施形態］
第５の実施形態に係る多重化制御システムを、図９及び図１０を用いて説明する。なお、上述した実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

（構成）
本第５の実施形態では、第３及び第４の実施形態の構成に加え、制御装置108〜110の演算部117〜119に、試験器207のタイミング生成部212からの切替信号500に同期して作動する記憶素子504〜506を備えた構成としている。なお、図９は第3の実施形態の構成に本実施形態の記憶素子504〜506を配置した図で、図１０は第４の実施形態の構成に記憶素子504〜506を配置した図である。

（作用）
上述した第３及び第４の実施形態では、出力保持回路401によって試験時には記憶部403に記憶された制御信号を用いて制御対象116を継続的に制御可能とすることにより、従来まで制御装置の機能停止を行わなければ実施できなかった制御装置108〜110の試験を可能とするものであるが、試験終了時には演算部117〜119の演算結果は試験前とは異なり、保持されていた信号も異なってくるため、制御対象116に変動を与える可能性がある。

本第５の実施形態では、試験器207のタイミング生成部212の動作により出力される切替信号500が記憶素子504〜506に入力されると、記憶素子504〜506は試験前の演算状態を記憶する。そして、試験終了時には記憶した演算状態を演算部117〜119に上書きすることで、試験前を同等の状態を作り出し、出力保持回路401で保持していた制御信号405と同等の信号を出力することで、制御変数の変動を生ずることなくバンプレスに制御を再開することが可能となる。

（効果）
本第５の実施形態によれば、上記第３及び第４の実施形態の効果に加え、各制御装置の演算部に記憶素子を設けることにより、試験後の運転再開を円滑に実施することができる。これによりプラントの稼働率、運転期間の長期化をさらに向上させることができる。

以上、本発明の実施形態の例を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的な対象となる液体金属冷却炉等は、適宜変更可能である。また、実施形態やその変更例に記載された作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用および効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

101〜103…センサ、104〜106…外部ケーブル、108〜110…制御装置、111〜113…出力ケーブル、114…出力処理部、115…出力ケーブル、116…制御対象、117〜119…演算部、120〜122…端子台、123〜125…入力ケーブル、126…端子台、127…外部ケーブル、201〜203…第1の入力信号切替部、204〜206…ケーブル、207…試験器、208…ケーブル、209…第1の出力信号切替部、210…模擬信号発振器、211…信号測定器、212…タイミング生成部、213…伝送路、214…判定器、215…記録器、301〜303…第２の入力信号切替部、304〜306…出力ケーブル、307〜309…入力部、310〜312…出力部、313〜318…ケーブル、319〜321…第２の出力信号切替部、322〜324…第３の入力信号切替部、401…出力保持回路、402…切替信号、403…記憶部、404…第3の出力信号切替部、405…制御信号、500…切替信号、501〜503…伝送路、504〜506…記憶素子。

Claims

センサからの信号が入力される入力部と前記入力信号により演算を行う演算部と前記演算結果を出力する出力部から構成される複数の制御装置と、前記複数の制御装置から出力された信号を処理し１つの制御信号を制御対象に出力する出力処理部とを有する多重化制御システムにおいて、
前記各制御装置と出力処理部との間のケーブルに設けられた第１の入力信号切替部と、前記出力処理部と制御対象との間のケーブルに設けられた第１の出力信号切替部と、前記第１の入力信号切替部を介して模擬信号を前記出力処理部に出力し、当該模擬信号に対応する出力信号を前記第１の出力信号切替部を介して受信する試験器と、を備え、
前記試験器は、模擬信号を発生させる模擬信号発振部と、前記模擬信号に対応する出力信号を測定する測定部と、前記第１の入力信号切替部及び第１の出力信号切替部への切替タイミングを作成するタイミング生成部と、前記模擬信号と前記測定部で測定した前記出力信号を比較する判定部と、を有することを特徴とする多重化制御システム。
前記センサと各制御装置との間のケーブルに設けられた第２の入力信号切替部と、前記各制御装置の入力部の出力側に設けられた第２の出力信号切替部とを備え、前記試験器は第２の入力信号切替部を介して模擬信号を前記入力部に出力し、当該模擬信号に対応する出力信号を前記第２の出力信号切替部を介して受信することを特徴とする請求項１記載の多重化制御システム。
前記各制御装置の演算部と出力部との間に設けられた第３の入力信号切替部とを備え、前記試験器は前記第３の入力信号切替部を介して模擬信号を前記出力部に出力し、当該模擬信号に対応する出力信号を前記第１の出力信号切替部を介して受信することを特徴とする請求項１又は２記載の多重化制御システム。
前記出力処理部と前記制御対象との間のケーブルに出力保持回路を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多重化制御システム。
前記出力保持回路は前記出力保持部から出力される制御信号を記憶する記憶部と、前記記憶部からの制御信号と前記出力保持部から出力される制御信号とを切替え可能に前記制御対象に出力する第３の出力信号切替部とを有し、前記記憶部と第３の出力信号切替部は前記試験器から出力される切替信号によって動作することを特徴とする請求項４記載の多重化制御システム。
前記各制御装置の演算部に演算状態を記憶する記憶素子を設け、前記記憶素子は前記試験器から出力される切替信号によって動作することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の多重化制御システム。