JPH01240897A - 発電所階層制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数の制御系によって、複雑で、巨大なシス
テムを制御する場合の、制御システムの構築に係り、特
に、沸騰水型原子炉（以下ＢＷＲと略記する）の制御シ
ステムに好適な構成に関する。

〔従来の技術〕

従来の発電所における制御系は、プラントのいくつかの
重要な状態量（たとえば圧力）を測定し、この状態量に
直接かかわる制御変数（例えば弁）を操作して、その状
態量を所望する値（例えば圧力設定点）に等しくなるよ
うな、いわゆるローカル制御系が複数個設置され、通常
時には、これら制御系の間には、密な情報交換が行なわ
れていない。むしろ、大幅な変化や、異常あるいは事故
が発生したとき、制御信号を切換えたり、ロジック回路
で発生したオン・オフ信号によって、制御系の機能を停
止（たとえば電源を切ってポンプを止める）するなどと
いう動作で行なわれている。しかも、これらのハードウ
ェアは、電子回路（いわゆるアナログ回路）や油圧回路
で構成されたものが多い。最近のプロセッサを用いたデ
イシイタル演算をベースにしたものも、その処理内容は
、従来のアナログで行なっていたものを単にデイシイタ
ル処理する範躊のものが多かった。

又、ローカル制御系の間で、信号を授受して、応答性を
向上させる努力も、特定のものに着目して考案された例
もある。

一方では、プロセッサの能力の向上と、記号処理に基づ
く、いゆわる人工知能の技術の進展によって、大量のデ
ータや、過去の運転経験から得られた知識を、比較的平
易に使用できる道が開けてきた。

しかしながら、従来は、発電所という、大規模かつ複雑
な特性を有し、かつ運転時の安全性と信頼性を確保する
ことが、必須のシステムに対し、これら諸技術を、どう
取込み、どのような構成で実現するのが、最良であるか
という点での、考案はなされていなかった。したがって
、発電所で要求される制御系の仕様を満足しつつ、デイ
シイタル計算機（プロセッサと称する）の持つ能力を最
大限に発揮させることができていなかった。

なお、従来の発電所の制御装置及び制御方式を示したも
のとして、 （１）若林他「原子力発電所の負荷追従運転」日本原子
力学会誌；　ＶｏＱ　、　２８　、　Ｎα１０　、１９
８６（２）特開昭５８−１８１９９号公報 （３）須田、「原子力発電所の計算機制御」オーム社 （４）計測自動制御学会編「自動制御ハンドブック−基
礎編」オーム社、及び （５）上野「知識工学入門」オーム社がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

原子力発電所では、各種の運転状能がある。即ち、起動
時、定常時、停止時に大別され、さらに定常的では、２
４時間周期で出力を数十％に亘って変更する日間負荷追
従運転や、数秒〜数七秒で数％の小幅な出力変更を行う
ＡＴＣ（自動周波数制御）やガバナーフリー運転とよば
れるものがある。さらに、これらの運転状態下において
発生した異常や事故に対応することも必要である。従来
からある複数個の制御系は、ローカル制御、すなわち、
巨大で８１雑なプラントの特定の場所の状態（たとえば
圧力）を測定し、その状態が所望の値（たとえば圧力設
定点）に等しくなるように、操作端（たとえば弁の開度
）を制御することを残本としており、上記の各種ある運
転状態に対し一種類の固定した（換言すれば制御構造の
変化のない）制御系で対処していた。そして、異常・事
故時には、安全保護のための動作指令（オン・オフ信号
）を受けて、特定の動作（たとえば弁を急閉する）を行
なっていた。

しかし、巨大で複雑であるが由に、複数個ある制御系の
間でお互い常時情報を交換すれば通常時の制御特性の向
上はもちろん、異常・事故時にもより一層の安全性を目
指すことができる。

本発明は、この点に鑑みて、巨大で複雑なシステムが、
高性能かつ高信頼で、さらに−層、安全性を高めた運転
を可能とするため、複数の制御系間で、情報交換を常時
行なう階層制御系の具体的構成を提供することを目的と
している。

〔課題を解決するための手段〕

上記、目的は、制御対象である原子力発電所、特に沸騰
水型発電所の各種の運転状態の評価と制御上の特性を考
え、次の（Ａ）〜（Ｇ）の技術手段によって達成される
。

（Ａ）　　運転状態によって、もたらされる運転目標を
実現するための制御系の機能を階層化する。

（Ｂ）　　上記、機能を実現するためのハードウェア群
（具体的にはマイクロプロセッサを中心とする制御装［
）は、制御目標毎に分割し自律化させ、制御機能毎に階
層化する。

（Ｃ）　　ハードウェアの信頼性を上げるために、同一
機能を分担するハードウェアを多重化する。

（Ｄ）　　ラフ１−ウェアの信頼性を上げるために、同
一あるいは同等機能を異なるアルゴリズムによって実現
する。

（Ｅ）　　運転状態に応じて、（Ａ）の機能と階層化の
内容を決定する。

（Ｆ）　　複雑であるが高い機能を有する制御系の構造
とシンプルであるが、高い制御処理の信頼性を持つ制御
系の構造を切り換えて用いる。

（Ｇ）　　制御系の動作状況を即時に運転貝が把握でき
るマンマシン方式の採用。

〔作用〕

技術手段（Ａ）は、階層化することで各種の制御手法を
取込むことができ、外乱に強く、高い制御特性にできる
。

技術手段（Ｂ）、（Ｃ）はマイクロプロセッサの分散化
と自律化によって、故障が少なく、父方が一故障した時
にも、最小限の影響しか発生せず、運転を継続できる可
能性が増す。

技術手段（Ｄ）は、ソフトウェア面で、バッタアップ機
能を持たせるもので、信頼性を向上させる。

技術羊膜（Ｅ）、（Ｆ）、異常や事故時はもちろん、通
常運転時においても、きめ細かく、機能と階層化を指定
し、高い出力と事故対応能力を各種の運転状態において
実現する。

技術手段（Ｇ）は、制御構造や制御系の状態が変化する
状況を運転員が正確かつ迅速に認識するために必須のも
ので、特に異常・事故時に運転員に役立つ。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

本実施例は沸騰水型原子力発電所であり、原子炉圧力容
器１．炉心２．制御棒３．制御捧駆グＪ系１５などによ
って構成される原子炉系と、タービン４．加減弁５．タ
ービン主塞止弁６．バイパス弁７１発電機８．復水器９
、等で構成されるタービン系と、給水ポンプ１０．給水
加熱器１１．油気弁１２、等によって構成される給水系
と、再循環ポンプ１３．再循環駆動モータ１４等で構成
される再循環系で構築され、それぞれに、制御棒操作制
御系１００．タービン制御系２ｏＯ１給水制御系３００
．再循環制御系４００、および、統括制御系５００が設
置される。

制御棒操作制御系１００は原子炉の炉心２の中性子束の
分布状況を監視しながら、多数ある制御棒群３の挿入度
を調節し、原子炉の核分裂の割合を制御し、中性子束の
炉内平均値φが、所望の目標値φ０になるようにする。

タービン制御系２００は、原子炉１の圧力ｐ。

あるいは、加減弁５の上流側で程遠くない主蒸気管１５
の圧力ＰＴが、所望の圧力Ｐ丁０になるように加減弁５
によって主蒸気流量ＶＭＳを調節する機能と、発電機８
の電気出力ＷＧを電力系統の要求する値Ｗｃｏに調節す
る機能を合わせて持っている。

このために、タービン加減弁、バイパス弁、さらには油
気弁を動作させる。

給水制御系３００は、原子炉１内の水位Ｌｍの値を、目
標値Ｌｗｏに保持するため、給水ポンプ１０の回転数を
調節し、給水配管１６を流れる給水流量ＷＦＷを調節す
る。

再循環系４００は、原子炉の冷却水流量Ｗｃを調節して
、炉心２内の泡の発生量を調節して、核分裂の割合を変
えることによって、やはり制御棒操作制御系１００と同
じく、中性子束の炉内平均値φを調節することができる
。すなわち、第１図の画成では、炉内中性子束の制御の
ために、２種類の手段（制御棒操作制御系と再循環制御
系）があることになり、両者の役割分担を明確にする必
要がある。

統括制御系５００は他の全ての制御系、すなわち制御棒
操作制御系１００．タービン制御系２００゜給水制御系
３００．再循環制御系４００から各制御系の動作に関す
る情報を受け、さらに運転員との入出力情報ＭＭを受授
することもできる。そして、各制御系へは、全体から見
て最適な情報を与える。各制御系は、統括制御系５００
を介して、他の制御系の情報及び自己の制御の目標を含
む情報を得て、制御動作を行なう。

以上が、本実施例の基本構成である。

次に、本実施例の具体的構成を述べる前に、原子力発電
所の運転状態にはどのようなものがあるかを第２図を用
いてレビューする。言葉の定義もここで行なう。

全ての運転状況は、（ｉ）正常時、（ｉｉ）異常時、（
ｍ）事故時に分けられ、これを″運転モード″と称する
ことにする（　（ｉｉ）、　（ｉｉｉ）を特に区別しな
い考え方もある）６一方、″運転フェーズ′”というの
は、（１）起動、（２）通常、（３）停止、（４）浮上
後に大別され、さらに、（１）起動は臨界近接と出力上
昇、（２）通常は定常運転と出力変更運転に分けられる
。もう−段深くわけると、起動は冷温起動と高温起動に
、出力変更は、日間負荷追従と、ＡＦＣ・カバナフリー
、などに分かれることを示している。当然のことながら
、各運転モードは、運転フェーズの各々に付随している
ものであり、ここでは、運転モードと運転フェーズをま
とめて、パ運転カテゴリー″と呼ぶことにする。

以下、前述の技術手段（Ａ）〜（Ｇ）の本実施例に対す
る具体化例を順次説明する。

技術手段（Ａ）： 第３図は制御機能を４層に階層化した情報処理構造を示
している。

最下部は、ローカル制御部１００１であり、次が多変数
協調制御部１０ｏ２であり、次が適応制御部１００３、
最上位は、エキスパートコントロール部１０ｏ４である
。上位は下位のどの制御機能にも、直接関与できる。た
とえば、多変数制御を実施していなくとも、適応制御部
はローカル制御の適応化を実施できるし、エキスパート
部も同様である。

各層の機能を述べると、ローカル制御部１００１は従来
とほとんど同じで、居所的な制御目標を直接的に関係す
る情報だけで制御するもので、第１図で言えば、圧力制
御系は、測定圧力ＰＴと目標設定圧力ＰＴＯの情報から
、主蒸気の加減弁５を動作させるだけで、このとき、他
の再循環系や、給水系の状況、あるいは中性子束φの状
態には一切関知しない。水位制御のために主蒸気流量、
給水流量炉水位の三種の信号を用いて、給水流量を制御
する三要素制御方式もローカル制御である。従来の制御
系構成がこの範囲に入る。制御アルゴリズムとしては、
目標値と現在値の間の誤差信号に対して、比例、積分、
微分演算を行なういわゆるＰＩＤ制御が基本となる。

多変数協調制御部１００２は、第１図の給水制御系３０
０．再循環流量制御系４００．タービン制御系２００、
および制御棒を自動的に駆動する制御棒操作制御系１０
０、自動制御系が設置されているものや、完全に手動の
ものもある。手動の場合には１手動の操作指示を示す装
置と考えてもよい）、さらには、将来の可能性として、
タービン４の給水加熱器１１への油気蒸気量を制御する
油気蒸気制御系（第１図では、タービン制御系２００の
一機能とした）など、個々のローカル制御系の間で、制
御操作量およびプラント状態量に関する信号の受授を行
ない、ローカル制御で実現することが難かしい、高性能
の制御特性を得ようとするものである。具体的には、評
価指標（あるいは評価関数）を定め、その評価値が最良
となるように、制御系の構造と制御定数を定める最適レ
ギュレータ制御（詳細は文献（４）のｐ２５３を参照）
を行なう。あるいは、特別のケースとして。

入力設定変数が変化しても、出力変数のち、入力設定に
対応した出力変数しか変化しない、非干渉制御（あるい
は分離制御ともいう）を実施する。

この状況を第４図を用いて示す。原子カプラント１００
５への第１の設定点をｕｌとし、第２の設定点をｕ２と
する。各設定点に対する実際のプラント状態量をｙｌ＋
　ｙｌとする。′制御系の目標は、ｙｌをｕｌに、ｙｌ
をｕ２にすみやかに応答させることである。第４図にお
いて、破線で示すブロック１０１６．１０１７を除いた
構成は、ローカル制御系を示す。即ち、状態量ｙ１は、
センサ特性やこれを補正する特性を示すフィードバック
ブロック１０ｏ９を通って、加算点１００６で、設定値
ｕ１との差ε１が求められ、制御器１ｏ０７でＰＩＤ演
算された出力で、アクチュエータを含む制御要素１００
８を動かし、その結果得られる状態が原子炉プラント１
００５に送られるという模式図を示している。さらに、
状態量ｙ２　、　ｕ２　。

ε２に関わるブロック１０１４，１０１２．１０１３も
ブロック１００９，１００７．１００８と同等の作用を
する。本図における２重実線と２重破線で示す矢印は数
種の状態量、あるいはその測定信号を示す。ローカル制
御では通常、設定点ｕ１　を変化させると、ｙｌはこれ
に追従して変化するが、これと同時にｙｌも、その影響
を受けて、過渡的に変化し、しばらくして、ｕ２の値に
戻る。設定点ｕ２を変化させたときのｙｌ　ｒ　３’ｌ
の変化も同様である。そこで、ブロック１００７，１０
０９゜１００８．１０１４，１０１２．１０１３等の内
部構造を変化させると共に、ブロック１０１６゜１０１
７を追加し、お互いの制御装置の作動状況を信号ライン
１０１８，１０１９，１０２０゜１０２１等（これだけ
ではなく、制御器１００７゜１０１２の内部の信号をお
互に参照することもある）を介して、お互いに情報交換
を行ない、設定値ｕｌの変更に対しては、状態Ｆｊｋ　
ｙ　ｌのみが、設定値ｕ２の変更に対しては状態量ｙ２
のみが応答するようにできる。（詳細は文献（４）のｐ
１５４参照） ＢＷＲの場合には、ｕｔ　、ｕｚとして、それぞれ圧力
設定点ＰＴＯ，水位設定点Ｌｗｏを選べば。

３’ｌ＋　ｙＺとして、圧力ＰＴ　、水位Ｌｗとなる。

ブロック１００７は、タービン制御器２００．ブロック
１００８は、加減弁５を表わし、ブロック１０１２は水
位制御器３００．ブロック１０１３は給水ポンプ１０を
表わす。水位三要素制御においては、給水制御器３００
への信号１ｏ１５の中に主蒸気流量ＷにＳ、給水流量Ｗ
Ｆｗが含まれる。ブロック１０１６および１０１７への
信号１０１８゜１０１９．１０２０．１０２１の中には
、圧力ＰＴ　、水位Ｌｗはもちろん、中性子束φ、炉心
流量Ｗｅ等も含まれ得る。非干渉のために必要な信号は
必らずしもセンサーによって検出されるとはかぎらず、
このときは、得られるセンサー信号から、必要な内部の
状態量を推定する″同定″の技術が必要となる場合もあ
る（文献（４）のｐ　７０Ｇ参照）。

第３図の適応制御部は、制御系の構造（ローカル制御に
しろ、多変数制御にしろ）が決ったとき、プラン１−の
状態や周囲の条件が変化する（特に異常・事故、起動・
停止などで）ため、ある時点で最も適切であるとして決
められた制御系内部の定数が最適な値からずれて、良好
な特性が得られなくなることを防ぐ。そこで重要なパラ
メータを監視したり、外乱に対して強く、又なるべく定
数値の変化に対して、望ましい特性が大きくずれないよ
うな、即ちロバスト性の高い制御系のパラメータを設定
する。具体的に対象となる技法としては、パラメータ推
定、セルフチューニング、最小分散制御、ファジー制御
等々が上げられる（文献（４）のｐ２１５．ｐ１０２．
ｐ７２４を参照）。

エキスパートコントロール部１００４は最上位の層（シ
ェル）で、原子カプラントの現在の運転カテゴリーにお
いて、最も適切な制御構造を下位の層（シェル）の中か
ら選定する。本例では、ローカル制御、多変数制御、ａ
応制御の機能の中から選定する。又、下位の層に対して
、必要な境界情報を提供する。このために、エキスパー
トコン１〜ロール部は、各下位層１００１，１００２゜
１００３の制御動作と、プラントの変化状況に関する履
歴（プロセスヒストリー）を収集し、ＢＷＲに関する基
礎的なデータ、各運転カテゴリーにおいて発生しうる可
能なかぎりの多くの事象のリストをＢＷＲに共通的なも
のと、当該プラントに個有なものとに分類整理して保有
する。この事象とは、異常・事故時についてはもちろん
、通常運転時におけるプラント応答に関するものも含む
。特に異常や事故時における、現象面からの原因に対す
る想定と、対応する処置の方法・手順についてのデータ
を仮説リスト１０２３の形で保有し、これらを、随時参
照可能な形の知識データベース１０２６として整理し、
管理し、保有する。当然、以上のデータは必要に応じて
、棄却され又は更新される。そして、この知識データベ
ース１０２６とプラントの現在の状態と、現在に至る運
転履歴を参照して、推論エンジン１０２７や人工知能技
術（文献（５）参照）を用いて、最良と思われる指示を
下位層ｆｏｏｌ、１００２．１００３に発令する。

技術手段（Ｂ）： 第５図は、制御用のプロセッサの配列を示したもので、
プロセッサ２０３０〜２０７２の第１群とプロセッサ２
０１０〜２０２１の第２群とプロセッサ２０００〜２０
０１の第３群から成っている例である。第１群は、ロー
カル制御を荷う部分で、例えば、プロセッサ２０３０〜
２Ｑ３２は第１図の再循環制御系４００、プロセッサ２
０７０〜２０７２は第１図の制御棒操作制御系１００等
に相当する。センサによって測定されたプラント状態の
時系列データは、信号線２０８０によって、各プロセッ
サに分配される（一部図示せず）。第１図に重ねて示し
たプロセッサは、多階構成を示しており、たとえば、プ
ロセッサ２０３０，２０３１゜２ｏ３２は三重系を構成
している、又プロセッサ２０１０．２０１１は、２重系
を構成している（以下、多重系の場合には最も若い番号
で多重プロセッサを代表する）。すなわち、少なくとも
各ローカル制御の機能は、独立したプロセッサによって
分散構成されることを示している。この例では、第２群
のプロセッサは、多変数協調制御を荷っており、プロセ
ッサ２０１０は、プロセッサ２０３０およびプロセッサ
２０４０が制御する状態量の間で多変数協調制御を行な
い、一方、プロセッサ２０２０はプロセッサ２０５０，
２０６０゜２０７０の制御する状態量の間で多変数協調
制御を行なっている。このことからも分るように、第１
群のプロセッサは、内部にローカル制御を行なっている
時の制御アルゴリズムと、多変数制御を行なっている時
にローカル制御の荷うべき制御アルゴリズムをあわせて
保有し、これを切換えて用いる。第３群のプロセッサ２
０００は、プロセッサ２０１０．２０２０に対し、適応
制御を実施し、最適な推定パラメータを教示している。

さらに、プロセッサ２０００は、エキスパートコントロ
ール部の機能も備えており、プラントデータの変化や通
常時には不用なデータでも、信号線２０８０を介して、
収集し、大所高所から、プロセッサ２０１０．２０２０
に状況に応じては、直接プロセッサ２０３０等の第１群
へも信号線７０９０によって指令を出す構成となってい
る。

このように、実際のプロセッサの配置は、各ローカル制
御の機能を独立したプロセッサで分担する点を除けば、
各群で用いるプロセッサの容量と能力に応じて、第３図
の機能の分散と統合が行なわれる。また、各ローカル制
御の定義も多様で、たとえばタービン制御系を圧力制御
系、タービン負荷制御系、油気弁制御系等に細分できる
ので、明確に定まるものではないが、制御装置の規模と
設置場所に応じて、相応に定めうる。これらの信号線は
光伝送ケーブルによるループ結線、スター結線が望まし
い。

技術手段（Ｃ）： プロセッサだけではなく、弁やモータなどの操作端に至
る真前までの、油圧系や電気系の多重化。

あるいはセンサーの多重化とこれを実現する技術は予示
面で実用化され、本実施例の実施に適用することは可能
である。

技術手段（Ｄ）： 第６図は、第５図でブロック２０３０等で示した１つの
プロセッサに収められるデータ処理手順を示したフロー
チャートで、この例では、２種類の制御用のアルゴリズ
ムＡとＢが処理され、一方が他方をバックアップするよ
うにしたものである。

簡単のためここでは、アルゴリズムＡとＢの２種類とす
るが、制御の目標が同じであれば必らずしも、同じアル
ゴリズムでなくてもよい。それぞれ、処理手順ブｏツク
３０００，３００１，３００２゜３００３で、必要なデ
ータを取込み、アルゴリズムにしたがって制御操作量Ｘ
＾（ｋ）、ＸＢ（ｋ）を出力する（ｋは時間の推移を示
す番号である）。

ブロック３００４はｋがＭ回更新されるごとに、アルゴ
リズムの妥当性をチエツクするための判断を行ない、妥
当性チエツクの不要の場合にはブロック３００８に飛び
、あらかじめ優先的に定められているアルゴリズムＡを
出力ＸＦ（ｋ　）としてブロック３００８で選択し、ブ
ロック３０１０にて操作端に出力する。妥当性をチエツ
クする場合には、ブロック３００５にて、チエツク用の
プラントデータを必要であれば取込む。このチエツク用
のプラントデータとは、たとえば操作端が弁を動かした
とき、その下流側の、流量に有意で妥当な変化が表われ
ているかどうかを判断するために取込む流量信号などが
相当する。ブロック３００６は、単純な変化幅や変化の
時間変化割合の上下限チエツク等の単純なものから、制
御操作量と測定量の間の相関係数を求めるような複雑な
機能を持たせることが出来る。そして、ブロック３００
７にて、現在実効中のアルゴリズムＡの妥当性を評価し
、もし十分な制御機能が得られていない時は。

ブロック３００９にて、出力変数としてアルゴリズムＢ
を選択する゛。このようにして、よく似た機能を持つが
、そのアルゴリズムが異なるものをバックアップとして
用いることにより、ソフトウェア上の潜在エラーに対処
しようとするものである。

他方、全く同じアルゴリズムを持ち、有意差のない出力
結果を示す三種類のプログラムを、異なるプログラム作
成環境下で、お互いに独立に作成し、この結果の”２　
ｏｕｔ　ｏｆ　３”　　（３つの内２つの結果の近いも
のをとる）による選択をブロック３００７に相当する部
分で行なわせる方法も、ソフトウェア潜在エラーに対処
する方法の１つである。

第６図には、これらのアルゴリズムが、順次、かつ交互
に進められるような表現となっているが、実際のプロセ
ッサでは、時分割処理により、あたかも、アルゴリズム
ＡとＢが、同時に、並列的に。

独立して進行し、妥当性チエツク部などに供する構成も
可能である。

技術手段（Ｅ） 第２図に示した各種の運転状態に対応するには、その運
転状態での制御目標に適した制御機能を選択することが
望ましい。たとえば、起動時の制御棒操作は間歇的なも
のが望ましく、出方変更時には、なめらかに、連続的に
動作するものが望ましい。制御アルゴリズムとして起動
時はファジー制御を用い、負荷追従時には最適レギュレ
ータ方式を用いること等も好ましい。

このように、特に起動から負荷追従運転のような、正常
時の運転でも、制御の目標や、それに伴って制御する対
象、範囲、特性が変化するので、各種の制御方式が適用
できるし、又そのようにした方が、良い特性が得られる
。このように、通常運転でも、制御機能のレベル（ロー
カル制御、多変数協調制御、適応制御）を切替えると共
に、その中で具体的に用いる制御方式を指定することは
、エキスパートコン１〜ローラの重要な役割である。

技術手段（Ｆ） 特に、軽度の異常が発生したときには、エキスパートコ
ントローラからの大域的視点からの、指示に基づいて、
制御を行なうため、原子炉プラントを正常な状態に引き
戻す可能性が高まり、原子炉ガスクラムする割合がへる
。すなわち、このように制御機能を階層化することによ
って、高い制御特性と、高稼動率達成と、異常・事故に
対する的確な判断と処置の実行が可能となる。

運転カテゴリーの内容に応じて、制御方式の構成を切換
えるのは、起動時、出方上昇時、定常運転時、負荷追従
運転時と正ｆ運転状況下で推移させてゆく場合には比較
的平易であるが、異常や事故の発生時での切換では、弁
やモータなどの操作端の状態が不連続的に大きく変化す
ることがあってはならない。

異常や事故時には、現在進行中の制御方式でうまく対処
しきれないことが、エキスパートコントローラで判断さ
れた場合には、より簡単な構成の制御方式に切換える（
たとえば、多変数協調制御からローカル制御へと切換え
る）ことを原則とする。このようにすれば、上位の制御
系の動作は、下位の制御系の動作に必要な情報を含んで
いるので、切換がスムーズに行なわれる。具体的な方法
の１つは、現在作動中の制御機能（例えば多変数協調制
御部１００２が作動中）よりも、少なくとも下位の制御
機能（ローカル制御部１００１）は、実際にその出力で
プラントを制御することはないが、全ての演算を並行し
て行なわせておく。切換が発生したときには、多変数協
調制御の演算で用いられている情報から、ローカル制御
の内部の状態を取出し、あるいは推定しておく。もしロ
ーカル制御がＰＩＤ演算で行なわれているならば、必要
な内部状態は、積分器の初期値、および誤差信号の傾き
である。これを直接ローカル制御器に送るか、切換直前
のローカル制御器の内部の積分器。

微分値との差の大きさを見て、順次時間推移と共に切換
えればよい。このようにすることは次の利点がある。多
変数協調制御は、第４図の例でも分るように、信号が複
雑に交叉する。したがって、特に、異常・事故時など運
転員の手動動作を含む場合には、ローカル制御に切換え
て、信号の流れが局所的に独立した方が運転員にとって
分かり易いし、制御機能も高度であるよりも、むしろ確
実である方が優先される状況である。

但し、異常や事故が発生した時の制御機能が第３図のロ
ーカル制御であったときには、異常や事故が発生したこ
との認識とその種類を推定した上で、多変数協調制御に
切り換えた方が、逆によい結果をもたらす場合がしばし
ばある。この場合には、異常状態の復帰や事故のより安
全な収束への道すじを、十分に評価したシナリオに基づ
く制御を行なう。

第７図は、本技術手段（Ｄ）が、異常事故時に機能する
状況を示したもので、エキスパートコントロール部がこ
の手順を監理・実施する。

ブロック４０００での異常検出は、本制御装置とは独立
した安全保護系によって検知され、その結果が送られて
来る場合もあるし、各ローカル制御系の動作状況を判定
して、ローカル制御系から。

異常・事故の信号が送られてくる場合もある。これらの
信号を全て受ける。異常・事故がなければブロック４０
０６で現状の制御を継続する。特に、異常の場合には、
その程度によっては、早急に対応することによって、正
常に回復できる可能性が高い。そのための異常状態の緊
急把握をブロック４００１で簡明に行ない、ブロック４
００２において、正常復帰の可能性を探り、結論を出す
。可能性があれば、それに応じた制御動作をブロック４
００３で実施する。このときの制御方式として、多変数
協調制御から、ローカル制御へ、又はその逆の切換を行
なうことによって、正常復帰への道が開けると判断した
時には、１制御系の設定点の変更だけではなく、これら
の切換も積極的に行う。

ブロック４００４で、その結果、プラントが正常復帰の
方向に行っているかどうかを監察し、もし。

効果がない時には、ブロック４００５で代替方法がある
かどうかを探し、あれば、これを新たにブロック４００
３で実施する。もしなければ、正常復帰をあきめら、異
常・事故の処理に移る。ブロック４００７では、ブロッ
ク４００１よりも、時間をかけ、使用するデータの種類
も増やして、現在のプラント状況をできるだけ詳しく分
析する。

そして、安全停止へのシナリオをブロック４００８で選
定して、それに合ったプラント制御を行なう段階がブロ
ック４００９である。

このときにも、多変数協調制御からローカル制御への切
換又はその逆の切換を実施して、より大きな余裕値をも
って、安全にプラントを停止する等の処置を実施する。

これも、エキスパートコントロール部の最も重要な役割
である。もちろん、現在の炉でも、異常事故時に原子炉
を確実に停止させるため、事故時に、ローカル制御系間
で１部ロジック信号の交換を行なっているが、本制御系
のように「ロジック信号、アナログ信号を、集約管理す
ると共に、判断用の情報を知識データベースとして収集
管理し、推論、演えき、等の人工知能の技法を利用して
、状況の判断をし、その結果得られる指令を、階層化し
た制御機能に対して与える」ことはやっていない。

技術手段（Ｇ） 第８図は、本発明になる機能を有する制御システムと、
運転員の間のマンマシン対話特性の向上を目指した。表
示・告知板の構成例である。従来は、制御系の機能が固
定されており、運転員も事前の学習によって、−度、制
御系の構成・機能を取得しておけばよかった。ところが
、本特許の構成では、技術手段（Ａ）〜（Ｆ）の説明で
も分るように、運転状況に応じてその構成と機能を変化
させる一種の可変構造を持った制御システムとなってい
る。このため、運転員にとっては、たとえ全部の系が完
全自動化されていても、まして、運転員が手動操作によ
って、制御系に各種の形で関与する局面においては、運
転員が全体の制御システムの状態を把握することは必須
である。

第８図は、制御システムの状態を画面に集中表示したも
ので、画面識別表示５０００の下に、運転モード表示部
５００１では、本制御システムが。

制御対象プラントの正常な運転状況下に対する制御を実
施中であるときには、″正常対応″を、また、プラント
が異常あるいは事故の処置に対応した制御を実施中であ
るときには、それぞれ１′異常対応′″、゛′事故対応
″の表示を、識別表示する。

又、運転フェーズの表示部５００２では、第２図で示し
た各種の運転状況に対応した運転フェーズを適切なレベ
ル（言いかえれば、起動−通常一停止一停止後でもよい
し、あるいは、冷温・臨界近接−日間負荷追従、などの
細分したレベルでもよい）で識別表示する。単独運転表
示部５００３は。

ローカル制御系の名前を表示部５００８に常時表示する
（第１図の例では、制御棒操作制御系、再結環制御系、
給水制御系など）。そして、表示部５００９．５０１０
等は１図の右側に位置するローカル制御系が、三重系で
構成されるときは、さらに、Ａ、Ｂ、Ｃの三個に分割さ
れた表示部５０１０を、２重系の場合は、Ａ、Ｂの二個
の表示部５００９を持つ。この５ｏ０９や５０１０（７
）表示枠内全体の色や表示濃度によって、左側に識別表
示された運転フェーズに対応して、どのローカル制御系
がハードウェアとして使用されているかどうかを識別表
示する。あるいは、接続表示線５０１４の表示の有無や
色によって、どのローカル制御が使用されているかどう
かを識別してもよい。あるいは、ローカル制御系の名称
表示部５００８を同様の目的で使用してよい。そして、
表示部５００９．５０１０では、三重系や二重系の場合
には、多重系のどの制御装置が現在制御中であり、バッ
クアップとなっている制御装置が正常であるかどうかも
合わせて表示することが可能です。

すなわち、単独運転表示部では（１）監視しようとして
いるローカル制御系の名称、（２）そのローカル制御系
が、現在接続されているかどうか。

（３）そのローカル制御系が全体として正常であるかど
うか、（４）そのローカル制御系が多重系である場合に
は、多重系のどの系が現在実質的に制御を行なっている
か、および、待機系となっている部分が正常であるかど
うか、を表示部の背景色あるいは濃度２表示文字の色あ
るいは濃度２表示部の点滅などを組合せて、識別表示す
ることを特徴としている。

一方、制御系機能レベル表示部５０ｏ４は、第３図に対
応した制御機能のレベルを表示する部分で、たとえば、
左から右に向って、ローカル制御。

多変数協調制御、適応制御、・・・、エキスパートコン
トローラと機能の順に配列し、これを制御機能表示部５
０ｏ５とする。この表示部の背景や文字の表示色や濃度
を変えて、−見して、どの制御機能が動作中であるかど
うかを、識別可能とする。

単独運転表示部５００３と制御機能レベル表示部５００
４の交叉する領域は、動作状態表示部５０１１として、
第８図のようにマトリックス表示する。マトリックスの
行と列の交叉点に存在する旗５０１２によって、各ロー
カル制御系がどういう機能の下に運転されているかを、
お互いの接続関係と共に表示する。たとえば、第８図で
は、制御棒制御系（第１図の制御棒操作制御系の略記表
現）は、現在ローカル制御の状態にあるが、その制御情
報はエキスパートコントロールの下に調整されている旗
５ｏ１２に斜線をほどこすことによって示す。また、再
循環制御系は、給水制御系との間で、現在多変数協調制
御系を構成しているが、適応制御や、エキスパートコン
トロールは行なわれていないことを表示している。多数
のローカル制御系が幾つかのグループに分かれて、その
グループ内で多変数協調制御を行なっている場合には１
旗の形や色又は濃度を、グループ毎に変化させて、表示
する。

当然のことながら、これらの表示内容が変更された時は
、ブザー音や、変更表示部のフラッシング表示を行なっ
たり、ローカル制御系にハードウェア、ソフトウェアの
異常が発生した時の警告表示を行なうこと、あるいは、
運転モード表示部の内容に応じて、画面全体の色調を全
く異なったものとすることは、マンマシン性を高める上
で、有用である。

さらに、第８図に示した制御系を指定選択することによ
って、さらにその制御系を構成するマイナーな制御系の
状態も集中表示することも便利である。たとえば、再循
環系は、さらに速度制御系。

電圧制御系、等々によって構成されるが、第８図の表示
部５０００に再循環系であることを示し、単独運転表示
部５００３に速度制御系、電圧制御系等を表示する。す
なわち、第８図を入口として、さらに詳細部分について
記述した表示を階層構成し、運転員が選択できるように
する。

第８図の説明では１表示技術として、説明したが、これ
を−層進めて、同じ画面を用いて、運転員が制御情報を
指定する入力手段としての機能を合わせて持たせること
も可能である。

第８図が入力可能な使用モードであることを表示５０１
３で確認した後、運転員が（１）運転フェーズ、（２）
ローカル制御系の接続と多重系の切換、（３）マトリッ
クスの交叉点の旗を指示することによる制御機能レベル
の選択もできるように構成し、選択した結果を第１図の
統括制御系５００に送る。統括制御系は、運転員が指定
した制御情報入力が、運転状況に則してみて、あるいは
、本来盛り込まれている機能に照らして、実施可能であ
るかどうかを判断し、諾否の結果を表示部５０１３に戻
すことも行なう。

なお、これらの情報入力において、入力画面をタッチパ
ネル（運転員が指先で、画面上に接触することによって
、情報が取込まれる方式で、第８図の例では、旗５ｏ１
２に触れることで、制御機能を切り換える方式）で構成
するやり方は最も適した方法である。

当然のことながら、第８図に示した対話機能は運転制御
盤に組込まれた表示装置（特にＣＲＴ）の１つの画面と
してもよいし、専用の表示パネルとして構成してもよい
。

本実施例は、制御棒操作が自動化され、がっ。

再循環ポンプを圧力容器１の中に内蔵した型のＢＷＲに
対しての適用について示したが、この他にも、制御棒操
作が手動で、再循環ポンプが圧力容器の外部に引きださ
れた配管に設置された型のものにも、全く同様に用いら
れる。このときには、ゆっくりとした制御棒操作指令を
、運転員に指示する形で、制御棒を操作する点を除けば
、本実施例と同じである。

さらに、再循環流量制御系を持たない第９図に示す自然
循環型ＢＷＲにも、再循環系を除いた形で同じように制
御システムを構成できる（第９図中と第１図中の同一記
号は第１図と同一部分を指す）。

〔発明の効果〕

本発明によれば、発電所の起動から通常運転。

日間負荷追従、ＡＦＣやガバナーフリー負荷追従運転、
さらに停止にわたる、広範囲の運転形態における制御特
性の向上がはかれると共に、従来の運転員の操作を軽減
し、プラント全自動運転への道を開くものである。

さらに、上記の各運転形態において発生するかも知れな
い異常においては、その正常復帰する割合を高め、プラ
ント高稼動率の実現と、事故時においては、高度な判断
機能によって、より一層の安全停止が保障される。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水型発電所に適用した本発明の実施例の構
成図、第２図は発電所の運転状態の分類を示すトリーの
説明図、第３図は第１図の実施例における機能階層化を
持つ情報処理構造の説明図、第４図は第１図の実施例に
おける多変数制御（非干渉系）の構成図、第５図は第１
図の実施例における機能階層化とプロセッサの階層化の
構成図、第６図は第５図のプロセッサにおけるアルゴリ
ズムの並列化の説明図、第７図は第１図の実施例におけ
る異常時・事故時の処理流れを示す説明図、第８図は第
１図の実施例における制御系状態集中表示例を示す説明
図、第９図は自然循環型の沸騰水型炉に適用した本発明
の他の実施例の構成図である。 １・・・原子炉圧力容器、２・・・原子炉炉心、３・・
・制御棒、４・・・タービン、５・・・加減弁、６・・
・止め弁、７・・・バイパス弁、８・・・発電機、９・
・・復水器、１０・・・給水ポンプ、１１・・給水加熱
器、１２・・・油気制御弁、１３・・・インターナルポ
ンプ、１４・・・ポンプモータ、１５・・・制御棒駆動
装置、１６・・・給水配管、１００・・・制御棒操作制
御系、２００・・・タービン制御系、３００・・・給水
制御系、４００・・・再循環制御系、５００・・・統括
制御系、１００１・・・ローカル制御部、１００２・・
・多変数協調制御部、１００３・・・適応制御部、１０
０４・・・エキスパートコントロール部、１００５・・
・制御対象プラント、１００６〜１ｏ２１・・・非干渉
制御用制御演算ブロック、２０００〜２０９０・・・プ
ロセッサ配列及び情報伝送路、３０００〜３０１０・・
・並列処理アルゴリズムの演算ブロック、４０００〜４
００９・・・異常時・事故時処理演算ブロック、５００
０〜５０１５・・・集中表示における表示文字・図形・
パターン群、５００１・・・制御系の運転目標（運転モ
ード）表示部、５００２・・・運転フェーズの表示部、
５００３・・・単独運転表示部、５ｏ０４・・・制御機
能レベル表示部。 塔′２−凹 第４−２ 第５日 第６図 弔′１区

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の制御系を備え、起動から定常運転を経て停止
   に到る、異常や事故を含むあらゆる運転状況に、前記制
   御系の全て、あるいは一部を用いて対処するプラントに
   おいて、他の全ての制御系と、直接に情報の授受が可能
   な統括制御系を有し、前記プラントの運転目標を達成す
   るために、前記運転状況に応じて全ての制御系の相互の
   情報の結合状態を指示する第１の役割と、各制御系の制
   御方式を選定する第２の役割と、前記制御方式で用いる
   情報の提供および更新を行う第３の役割と、第１、第２
   、第３の役割を実行する上で必要な前記プラントに関す
   る、過去、および現在の知識に関するデータを収得し、
   保管する第４の役割と、前記データを用いて、第１、第
   ２、第３の役割を実行する上で必要な検索、計算、評価
   、推論、予測を行なう第５の役割の全て、あるいは一部
   を荷う第１の機能部と第１の機能部の管理下にあつて、
   前記プラントの運転状況に応じて、各制御系で用いる制
   御方式の内部の定数を調節する第２の機能部と、第１お
   よび、第２の機能部の管理下にあつて、前記プラントの
   運転目標と運転状況に応じて、前記制御系間の情報伝達
   構造の変更、制御方式の変更と制御の実践を荷う第３の
   機能部と、第１、第２および第３の機能部の管理下にあ
   つて、前記プラントのそれぞれの操作部を前記の各制御
   器の出力が直接制御する第４の機能部の全て、あるいは
   一部から成ることを特徴とした、発電所階層制御システ
   ム。 ２、前記制御系の相互の情報を伝達する多変数制御の実
   施中に、異常あるいは事故が発生したとき、プラントの
   運転状況に基づき、前記制御系の間の情報伝達を切断し
   たローカル制御に切換えることを特徴とした請求項第１
   項記載の発電所階層制御システム。 ３、前記制御系の間の情報伝達を切断したローカル制御
   を実施中に、異常あるいは事故が発生したときプラント
   の運転状況に基づき、前記制御系の間で相互の情報を伝
   達する多変数制御に切換えることを特徴とした請求項第
   １項記載の発電所階層制御システム。 ４、請求項第１項記載の第１、第２、第３及び第４の機
   能部のうち、少なくとも、第４の機能の処理を独立した
   プロセッサに分担させ、残りの機能部の処理を分担する
   プロセッサと二層以上の階層構成を成す請求項第１項記
   載の発電所階層制御システム。 ５、同種の制御方式であり、かつアルゴリズムが異なる
   ２種以上の演算方式を、前記プラント状況に応じて、切
   換えて用いることを特徴とした請求項第１項記載の発電
   所階層制御システム。 ６、請求項第１項記載の第１の機能部において、異常の
   発生時には、正常復帰への道すじの探索と事故処置への
   移行の判断を、事故の発生時には、安全停止へのシナリ
   オ作成とこれに基づく制御を第２、第３及び第４の機能
   部に指令することを特徴とした請求項第１項記載の発電
   所階層制御システム。 ７、複数の制御系を備え、起動から定常運転を経て停止
   に到る、異常や事故を含むあらゆる運転状況に、前記制
   御系の全て、あるいは一部を用いて対処するプラントに
   おいて、前記プラントの運転状況に対応した制御目標と
   、前記制御目標の達成にたずさわる前記制御系の名称と
   、前記制御系および待機系も含めた系の正常あるいは異
   常の類別と、前記の複数の制御系の間の協調動作の具体
   的機能の名称と、さらに前記機能に係わる制御系の名称
   の全て、あるいは一部を集中表示することを特徴とした
   発電所階層制御システム。 ８、プラントの運転員の所望する複数の制御系の作動状
   況を、集中表示された結果に対して、再設定できる機能
   を有し、かつ再設定された情報を、前記制御系に与える
   ことを、前記プラントの運転状況に照らして、拒否し、
   この結果を運転員に告知する機能を備えたことを特徴と
   する請求項第７項記載の発電所階層制御システム。 ９、集中表示内容に変化があつた時、運転員に前記変化
   の発生および、内容の種別を音かつ、また、あるいは色
   に関する情報で区別することを特徴とした請求項第７項
   記載の発電所階層制御システム。