JP6158015B2 - 周波数検出装置及び周波数検出装置の較正方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、周波数検出装置の較正技術に関する。

火力プラントあるいは原子力プラントでは、周波数検出装置を用いてプラント機器から計測されたプロセス信号、例えば蒸気タービンの回転速度に係る速度信号等の周波数が検出される。検出された周波数は、保安員により常時モニターされて安定的なプラント運転に供せられる。このため、周波数検出装置の検出精度が維持されることは、プラントの保全上において重要となる。

一般的に、周波数検出装置における検出精度の計算は、基準となる信号を出力する周波数発生器を装置に接続して、この信号に対する検出周波数と期待値との誤差に基づいて行われる。そして、検出精度が規定範囲外である場合には、周波数発生器を用いて較正作業が実施される。

従来から、周波数検出装置の検出精度を維持するための様々な技術が検討されており、特許文献１では、異なる２点の検出部における周波数の検出結果から求められる近似式により、検出誤差を補正する技術が開示されている。

特許第３３４０２４４号公報

周波数検出装置における検出精度の計算及び較正作業は、前述のように周波数検出器への接続が作業の度に必要となり、多くの時間を要することから装置の稼働率を低下させるおそれがあった。

また、周波数検出装置がプラントのタービンの近接に設置されている場合には、検出精度の計算及び較正作業の度に、プラント保安員が設置場所に出向いて周波数発生器を接続する必要があるため、保安員の作業負担となっていた。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、基準となる信号を出力する周波数検出器との接続を必要とせずに、検出精度の計算及び較正を可能にする周波数検出装置を提供することを目的とする。

本実施形態の周波数検出装置は、プラントで計測されたプロセス信号を入力する計測信号入力部と、診断モード時に基準となる診断信号を発生する診断信号発生部と、通常モード時には前記プロセス信号を出力し、一方前記診断モード時には前記診断信号を出力する切替部と、前記通常モード時には前記切替部から出力された前記プロセス信号から補正値を用いて周波数を演算し、前記診断モード時には前記切替部から出力された前記診断信号から前記補正値を用いて周波数を演算する周波数演算部と、前記診断信号から演算された周波数と所定の期待値との誤差から検出精度を計算する精度計算部と、前記切替部から出力された前記診断信号を、周波数検出に係る一部の回路または素子を介さず前記周波数演算部に出力する経路とこの回路または素子を介して前記周波数演算部に出力する経路との切り替えを行うスイッチと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、基準となる信号を出力する周波数発生器との接続を必要とせずに、検出精度の計算及び較正を可能にする周波数検出装置が提供される。

第一実施形態に係る周波数検出装置の構成図。 第一実施形態に係る周波数検出装置における検出精度の診断動作を示すフローチャートの一部。 第一実施形態に係る周波数検出装置における検出精度の診断動作を示すフローチャートの一部。 第二実施形態に係る周波数検出装置の構成を例示した図。 第二実施形態に係る周波数検出装置における故障箇所の特定方法を示すフローチャート。 第三実施形態に係る周波数検出装置の構成図。

（第一実施形態）
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に示すように第一実施形態に係る周波数検出装置１０（以下、検出装置１０とする）は、プラントで計測されたプロセス信号ｓを入力する計測信号入力部１２と、診断モード時に基準となる診断信号ｔを発生する診断信号発生部１３と、通常モード時にはプロセス信号ｓを出力し、一方診断モード時には診断信号ｔを出力する切替部１４と、通常モード時には切替部１４から出力されたプロセス信号ｓから補正値を用いて周波数を演算し、診断モード時には切替部１４から出力された診断信号ｔから補正値を用いて周波数を演算する周波数演算部１６と、診断信号ｔから検出された周波数と所定の期待値との誤差から検出精度を計算する精度計算部１７と、を備えている。
さらに、精度計算部１７で計算した検出精度が規定範囲に無い場合は、誤差に基づいて補正値を更新する補正値更新部１８を備えている。

検出装置１０は、通常モード時にはプラントで計測されたプロセス信号ｓから周波数の検出を行う。一方、診断モード時には診断信号発生部１３で発生した診断信号ｔから周波数の検出を行う。そして、この検出した周波数を用いて検出精度の計算、さらに検出精度が規定範囲に無いときは補正値の更新を実施する。したがって、検出装置１０は、装置単独で検出精度の計算及び較正を実施することができる。

通常モードと診断モードとのモード変更は、入力表示部２３での保安員の選択操作により行われる。入力表示部２３は、図１で示すように検出装置１０内に設ける構成としても良いし、検出装置１０から離れた場所に設けて、ＬＡＮ等のネットワークを介して検出装置１０に接続される構成としても良い。入力表示部２３を検出装置１０から離れた場所に設けることで、保安員は通常モードと診断モードとのモード変更を遠隔操作することが可能となる。

また、検出装置１０は、タイマー２２を備える。タイマー２２は、一定期間ごとに通常モードから診断モードへの変更を診断信号発生部１３及び切替部１４に指令する。これにより、検出精度の計算及び較正が定期的に自動で実施されるため、高い検出精度を維持することができる。

通常モード時、診断モード時それぞれの動作について具体的に説明する。
まず、通常モード時の動作について説明する。
計測信号入力部１２は、プラントで計測された各種プロセス信号ｓ、例えばタービン近傍に設置された電磁ピックアップセンサ１１で検出された周波数信号あるいは速度検出器（図示省略）で検出されたタービンの回転速度に係る速度信号等を入力する。

切替部１４は、通常モード時、診断モード時のそれぞれに応じて周波数検出ユニット２４に出力する信号を切り替えるものである。通常モード時は、計測信号入力部１２から入力したプロセス信号ｓを接点Ａを介して周波数検出ユニット２４に出力する。

周波数検出ユニット２４は、切替部１４から出力された信号の周波数を検出するものであり、信号の波形整形を行う波形整形回路１５、周波数演算部１６を備えている。なお、周波数検出ユニット２４は、波形整形回路１５とは別にＡＤ変換回路等の信号処理に係る様々な回路あるいは素子を備えている（図示省略）。

周波数演算部１６は、波形整形回路１５等を介してプロセス信号ｓを入力して、補正値保持部２０で保持されている補正値を用いてプロセス信号ｓから周波数を演算する。補正値とは、周波数検出ユニット２４で検出した診断信号ｔの周波数と診断信号ｔに対応して期待される周波数（期待値）とのずれ量に基づいて設定された値である。この補正値を用いることでプロセス信号ｓから正確な周波数が演算される。
そして、演算された周波数は、入力表示部２３に出力されて、保安員によりモニターされる。

続いて、診断モード時の動作について説明する。
診断信号発生部１３は、基準となる診断信号ｔを発生して、この診断信号ｔを切替部１４に出力する。

なお、診断信号発生部１３は、単独で検出装置１０から取り外し可能の構成としても良い。この場合、診断信号発生部１３は定期的に取り外されて、単独で周波数発振精度が較正される。これにより、信頼性の高い検出精度の計算及び較正を実施することができる。

切替部１４は、診断モード時に接点Ａから接点Ｂに接続を切り替える。診断信号発生部１３から入力した診断信号ｔを、接点Ｂを介して周波数検出ユニット２４に出力する。

周波数検出ユニット２４に出力された診断信号ｔは、通常モード時と同様に、波形整形回路１５等を介して周波数演算部１６に入力される。周波数演算部１６は、補正値保持部２０で保持されている補正値を用いて診断信号ｔから周波数を演算する。そして、この演算された周波数は精度計算部１７に出力される。

精度計算部１７は、周波数演算部１６で演算された周波数と期待値格納部１９に予め格納されている期待値との誤差から検出精度を計算する。なお、期待値とは、前述の期待値と同一の値であり、診断信号ｔに対応して期待される周波数である。

そして、計算された検出精度は、入力表示部２３に出力されて、保安員により確認される。また、精度計算部１７は、診断信号ｔから演算された周波数と期待値との誤差が大きく検出精度が異常範囲にある場合には、精度エラーを入力表示部２３に出力して、保安員に検出精度の異常を報知する。

補正値更新部１８は、検出精度が異常範囲に無く、かつ規定範囲（スペック）に無い場合、言い換えると補正値の更新によって検出精度の較正が可能な場合に、診断信号ｔから演算された周波数と期待値との誤差に基づいて補正値を計算して求める。そして、この求めた補正値を補正値保持部２０に保持されている補正値に上書きして補正値を更新する。

補正値の更新後、精度計算部１７は、再度診断信号ｔから演算した周波数と期待値との誤差から検出精度を計算する。そして、計算した検出精度が規定範囲に入った場合、すなわち較正が完了した場合は、検出精度を入力表示部２３に出力する。

一方、検出精度が規定範囲に入らない場合は、再度誤差に基づいて補正値を計算して求め、補正値保持部２０に保持されている補正値を更新する。そして、検出精度が規定範囲に入るまで補正値の更新を繰り返す。

更新回数カウンタ２１は、補正値更新部１８により補正値が更新された回数をカウントする。そして、更新回数が所定の回数以上になった場合は、検出精度の較正は不可として更新回数エラーを入力表示部２３に出力して、保安員に異常を報知する。

図２、図３は、第一実施形態に係る検出装置１０の診断モード時の動作を示すフローチャートである（適宜、図１参照）。

まず、切替部１４は、周波数検出ユニット２４に出力する信号を診断信号発生部１３で発生した診断信号ｔに切り替える（Ｓ１０）。

そして、周波数演算部１６は、波形整形回路１５等を介して診断信号ｔを入力して、補正値保持部２０で保持されている補正値を用いて周波数を演算する（Ｓ１１）。

精度計算部１７は、演算された周波数と期待値との誤差から検出精度の計算する（Ｓ１２）。計算された検出精度が異常範囲に無く、かつ規定範囲に有る場合には、検出精度は入力表示部２３に出力され、保安員により確認される（Ｓ１３：ＮＯ、Ｓ１４：ＹＥＳ、Ｓ１５）。

一方、計算された検出精度が異常範囲に有る場合には、精度エラーを入力表示部２３に出力して終了する（Ｓ１３：ＹＥＳ、Ｓ１６）。

補正値更新部１８は、検出精度が規定範囲に無い場合には、誤差に基づいて補正値を計算して求める（Ｓ１４：ＮＯ、Ｓ１７）。そして、この求めた補正値を補正値保持部２０に保持されている補正値に上書きして補正値を更新する（Ｓ１８）。

更新回数カウンタ２１は、補正値更新部１８により補正値が更新された回数をカウントする（Ｓ１９）。そして、更新回数が所定回数の範囲で（Ｓ２０：ＮＯ）、検出精度が規定範囲に入るまで補正値の更新を繰り返す。

更新回数が所定の回数以上になった場合は、検出精度の較正は不可として更新回数エラーを入力表示部２３に出力して終了する（Ｓ２０：ＹＥＳ、Ｓ２１）。

以上のように、検出装置１０は、基準信号を出力する周波数発生器との接続を必要とせずに、装置単独で検出精度を計算することができる。そして、検出精度が規定範囲に無い場合には、自動で補正値の更新が行われ、検出精度を較正することができる。
このため、検出装置１０における検出精度の計算及び較正作業は、短時間で完了することができるため、稼働率の低下を抑制することができる。

また、入力表示部２３から通常モードと診断モードとの変更を遠隔操作することで、保安員は検出装置１０に出向いて作業を実施する必要がなくなるため、作業負荷を軽減することができる。

（第二実施形態）
図４は、第二実施形態に係る検出装置１０の構成例を示したものである。なお、第一実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、重複する動作について説明を省略する。

第二実施形態が第一実施形態と異なる点は、切替部１４から出力された診断信号ｔを、周波数検出ユニット２４の一部の回路または素子を介さず周波数演算部１６に出力する経路ｍとこの回路または素子を介して周波数演算部１６に出力する経路ｎとの切り替えを行うスイッチ２５をさらに備える点にある。なお、スイッチ２５の切り替えは、入力表示部２３での保安員の操作により行われる。

経路ｎは、周波数検出ユニット２４で通常の伝送経路となる。一方、経路ｍは、周波数検出ユニット２４の一部の回路または素子を含まない伝送経路として新たに設けられる。

ここでは、波形整形回路１５を周波数検出ユニット２４の一部の回路とした場合について説明する。

診断モード時に前述のエラー（精度エラーまたは更新回数エラー）が発生した際に、スイッチ２５の接点Ｃを接点Ｄに切り替えて、診断信号ｔの伝送経路を経路ｎから経路ｍに切り替える。なお、更新回数エラーの場合は、更新回数カウンタ２１でカウントされている回数をクリアしてから切り替えを行う。

伝送経路を経路ｎから経路ｍに切り替えた後に、エラーが発生しなくなった場合、エラー発生の原因は波形整形回路１５の故障によるものであると特定することができる。
一方、同様にエラーが発生する場合は、エラー発生の原因は波形整形回路１５とは別の回路または素子が故障していると推測することができる。

図５は、第二実施形態に係る検出装置１０における故障箇所の特定方法を示すフローチャートを示している（適宜、図４参照）。

保安員は、診断モード時にエラーが発生した際、スイッチ２５の接点Ｃを接点Ｄに切り替えて、診断信号ｔの伝送経路を経路ｎから経路ｍに切り替える（Ｓ３０）。

伝送経路を経路ｎから経路ｍに切り替えた後に、エラーが発生しなくなった場合、エラー発生の原因は波形整形回路１５の故障によるものであると特定される（Ｓ３１：ＮＯ、Ｓ３３）。

一方、同様にエラーが発生する場合は、エラー発生の原因は波形整形回路１５とは別の回路または素子が故障していると推測される（Ｓ３１：ＹＥＳ、Ｓ３２）。

このように、周波数検出ユニット２４の一部の回路を含まない経路ｍとこの回路を含む経路ｎとを切り替えて診断信号ｔを伝送させ、エラー発生の有無を確認する。これにより、エラーの発生箇所を特定することが可能となる。

（第三実施形態）
図６は、第三実施形態に係る検出装置１０の構成図を示している。なお、第一実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、重複する動作について説明を省略する。

第三実施形態が第一実施形態と異なる点は、プロセス信号ｓを入力して補正値を用いずに周波数を検出する簡易型周波数検出ユニット２６をさらに備え、精度計算部１７は、周波数演算部１６で演算された周波数と簡易型周波数検出ユニット２６から検出された周波数との誤差から検出精度を計算し、補正値更新部１８は、計算された検出精度が規定範囲に無い場合は、この誤差に基づいて補正値を更新する点にある。

簡易型周波数検出ユニット２６は、ＡＤ変換回路と、Ｆ／Ｖ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｏ Ｖｏｌｔａｇｅ）変換素子とを備えており（図示省略）、プロセス信号ｓから補正値を用いずに簡易的に周波数を検出する。

精度計算部１７は、この簡易型周波数検出ユニット２６から検出された周波数と周波数演算部１６で演算された周波数との誤差から検出精度を計算する。計算された検出精度は、入力表示部２３に出力される。
さらに、補正値更新部１８は、検出精度が規定範囲に無い場合は、誤差に基づいて補正値を更新する。したがって、通常モード時おいて検出精度の較正が行われる。

このように、簡易型周波数検出ユニット２６を用いることで、通常モード時において検出精度の計算及び較正を実施することが可能となるため、高い検出精度を維持することができる。

以上述べた各周波数検出装置によれば、診断モード時に基準となる診断信号を発生する診断信号発生部を備えることにより、基準となる信号を出力する周波数発生器との接続を必要とすること無く検出精度の計算及び較正を可能にする。

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１０ 周波数検出装置
１１ 電磁ピックアップセンサ
１２ 計測信号入力部
１３ 診断信号発生部
１４ 切替部
１５ 波形整形回路
１６ 周波数演算部
１７ 精度計算部
１８ 補正値更新部
１９ 期待値格納部
２０ 補正値保持部
２１ 更新回数カウンタ
２２ タイマー
２３ 入力表示部
２４ 周波数検出ユニット
２５ スイッチ
２６ 簡易型周波数検出ユニット
ｓ プロセス信号
ｔ 診断信号
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 接点
ｍ、ｎ 伝送経路

Claims (8)

1. プラントで計測されたプロセス信号を入力する計測信号入力部と、
   診断モード時に基準となる診断信号を発生する診断信号発生部と、
   通常モード時には前記プロセス信号を出力し、一方前記診断モード時には前記診断信号を出力する切替部と、
   前記通常モード時には前記切替部から出力された前記プロセス信号から補正値を用いて周波数を演算し、前記診断モード時には前記切替部から出力された前記診断信号から前記補正値を用いて周波数を演算する周波数演算部と、
   前記診断信号から演算された周波数と所定の期待値との誤差から検出精度を計算する精度計算部と、
   前記切替部から出力された前記診断信号を、周波数検出に係る一部の回路または素子を介さず前記周波数演算部に出力する経路とこの回路または素子を介して前記周波数演算部に出力する経路との切り替えを行うスイッチと、を備えることを特徴とする周波数検出装置。
2. 前記精度計算部で計算した前記検出精度が規定範囲に無い場合は、前記誤差に基づいて前記補正値を更新する補正値更新部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の周波数検出装置。
3. 一定期間ごとに前記通常モードから前記診断モードへの変更を前記診断信号発生部及び切替部に指令するタイマーをさらに備えること特徴とする請求項１または請求項２に記載の周波数検出装置。
4. 前記精度計算部は、計算した前記検出精度が異常範囲にある場合には精度エラーを出力することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の周波数検出装置。
5. 前記補正値更新部により前記補正値が更新された回数をカウントして、所定回数以上になった場合は更新回数エラーを出力する更新回数カウンタをさらに備えることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の周波数検出装置。
6. 前記診断信号発生部は、取り外し可能であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の周波数検出装置。
7. 前記プロセス信号を入力して前記補正値を用いず周波数を検出する簡易型周波数検出ユニットをさらに備え、
   前記精度計算部は、前記周波数演算部で演算された周波数と前記簡易型周波数検出ユニットから検出された周波数との誤差から前記検出精度を計算し、
   前記補正値更新部は、計算された前記検出精度が前記規定範囲に無い場合は、この誤差に基づいて前記補正値を更新することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の周波数検出装置。
8. プラントで計測されたプロセス信号を入力するステップと、
   診断モード時に基準となる診断信号を発生するステップと、
   通常モード時には前記プロセス信号を出力し、一方前記診断モード時には前記診断信号を出力するように出力を切替部によって切り替えるステップと、
   前記通常モード時には前記切替部から出力された前記プロセス信号から補正値を用いて周波数を演算し、前記診断モード時には前記切替部から出力された前記診断信号から前記補正値を用いて周波数を周波数演算部において演算するステップと、
   前記診断信号から演算された周波数と所定の期待値との誤差から検出精度を計算するステップと、
   計算された前記検出精度が規定範囲に無い場合は、前記誤差に基づいて前記補正値を更新するステップと、
   前記切替部から出力された前記診断信号を、周波数検出に係る一部の回路または素子を介さず前記周波数演算部に出力する経路とこの回路または素子を介して前記周波数演算部に出力する経路との切り替えを行うステップと、を含むことを特徴とする周波数検出装置の較正方法。

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