JPH071442B2 - 多重化制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は制御装置に係り、特に多重化制御系に好適な制
御出力演算方式に関する。

〔発明の背景〕

閉ループ制御を行なう多重化制御系において、１つの系
の制御装置出力が、制御信号として操作端（アクチユエ
ータ）を動作させる場合、他の制御装置にとつては、出
力信号に操作端が追従しないため、その制御装置出力
は、飽和するか、あるいは発散してしまい、制御系とし
ての機能を維でできなくなるケースがある（積分要素を
含んだ自動制御系の場合）。

このため、制御信号を供給する制御装置の出力に、他の
制御装置の出力を追従させる機能を有する。多重化制御
装置を、システム的に構築する必要があつた。

なお、この種の装置として関連するものには、例えば、
特開昭57−36304号「多重化制御装置」がある。

しかし、上記特許は、各制御装置からの出力を受け、信
号選択回路を介して操作端へ出力する最終出力信号を再
度、各制御装置内にフイードバツクする必要があり、本
回路、及びフイードバツク系統の故障によつては、多重
化制御系が、システムダウンに至る可能性を有してい
る。このため高信頼化という観点からは限度があつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、閉ループ多重化制御系において、制御
信号が飽和することなくかつ制御信号に対し高信頼化を
図つた多重化制御装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

信号選択回路が２段階に設けられ、かつ各制御装置内部
でフイードバツク制御系としての演算補正が行なわれる
多重化制御装置である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細につき実施例を用いて、説明する。

実施例１ 第１図において、制御装置（1A），（1B），（1C）から
なる三重化制御装置は、入力信号i1〜inを受けて、各々
演算し、出力信号を外部信号選択回路SEL1〜SELnに供給
する。本SEL1〜SELn（11）は、３入力信号中、１つの信
号を選択し、アクチユエータ１〜アクチユエータＮに、
各々最終制御信号X1〜Xnを供給する、制御信号が複数必
要な場合の制御系である。

ここで各制御装置（1A），（1B），（1C）は、相互に自
己演算結果の各出力信号v11〜v1n,v21〜v2n,v31〜v3nを
伝送ライン（12）を介して送信し合つておりそのデータ
は、伝送エリア（13）に格納される。

次に、制御装置（1A）は、他の（1B）（1C）から自己演
算結果のデータと共に、（1A）内自己演算結果のデータ
を（1A）内にある内部信号選択回路SEL（14）に入力す
る。ここで３信号の選択値を、（1A）の出力信号v11〜v
1nとして用いる制御装置（1B），（1C）についても上記
（1A）と同様な演算処理を行なう。

第２図は、１台のアクチユエータへ制御信号を供給する
場合の、比例・積分演算結果フイードバツク型制御装置
の詳細構成を示す。

各制御装置（1A），（1B），（1C）中、例えば、（1A）
は、設定信号ｉとアクチユエータプロセス量Ｙとの偏差
信号（21）と、（1A）の出力信号v1と自己の演算結果と
の偏差（22）との和を、比例・積分し、出力v1（23）を
作る。

一方、伝送ライン（12）より、他制御装置から伝送され
たデータv1,v3と、前記出力信号v1（23）との中間値
を、信号選択回路MVG1（24）にて選択し、その出力v1
は、LCU（25）へ出力される。

他制御装置（1B），（1C）も、同様な演算処理を行な
う。

各制御装置の制御演算出力v1〜v3は、LCU（25）を経由
し、ここで制御信号Ｘを選択し、アクチュエータへ出力
する。

一方、各制御装置（1A），（1B），（1C）内には、独立
に、異常診断機能−DGA（20）,DGB（27）,DGC（28）−
を内蔵しており、それらの診断結果により信号D1〜D3
が、LCU（25）へ出力される。LCU（25）では、前記信号
D1〜D3に基づき、各制御装置出力信号v1〜v3を選択し、
制御信号Ｘとしてアクチユエータへ出力する。

異常診断機能（DGA〜DGC）、及び信号選択回路LCU（2
5）の具体的回路構成実施例につき、第３図に示す。

各制御装置演算出力信号vi（ｉ＝１〜３）と、各制御装
置内信号選択回路（第３図の場合はMVG1−中間値選択回
路−）の出力信号vi（ｉ＝１〜３）との偏差を監視し、
所定の偏差以上時、出力信号をLCU（25）に供給する偏
差モニター回路でよい。

尚、一般には、各異常診断機能DGA（26）〜DGC（28）
は、各制御装置内自己診断によるもであつても、又は、
伝送ライン（12）による伝送データをもとに、他制御装
置の異常をも診断する＜自己診断＞＋＜相互診断＞によ
るものであつてもかまわない。

さらに、LCU（25）内では、異常診断による異常検出信
号D1〜D3により、入力信号v1〜v3中、制御信号Ｘとして
出力する、信号選択，切替機能を持つ。

この実施例によれば、各制御装置が、それぞれ他制御装
置の出力信号と、自系演算信号との間での中間値を、出
力信号として用いており、制御演算及び、出力信号選択
機能が、独立した三重化構成となつている。

このため、最終制御出力信号Ｘを各制御装置へフイード
バツクするための回路を必要とせず、フイードバツクラ
インの故障によるシステムダウンはなくなる。さらに、
LCU（45）は、単なる信号切替回路であるため、切替誤
動作に対し、耐故障性を有し、制御系としての信頼性向
上も図られる。

実施例２ 第4,5図に、本発明の実施例２を示す。第４図は、第２
図と同様に、１台のアクチユエータへ制御信号を供給す
る場合の比例・積分演算結果フイードバツク型三重化制
御装置の詳細構成を示している。

各制御装置の制御演算は、第２図の場合と同様である
が、それらの出力v1〜v3は、中間値選択回路−MVG2−
（45）を経由して、制御信号Ｘとなり、アクチユエータ
へ出力される。

本発明によれば、各制御装置（1A），（1B），（1C）内
にMVGを有することにより、最終制御出力X1〜Xnを、各
制御装置に取り込まずに、三重化制御装置として適用可
能であるため最終制御出力信号フイードバツクラインが
コモンモードとならず、信頼性の高い多重化制御装置が
得られる。

又、制御信号が二重に中間値選択回路を通過するため、
信号の信頼性向上も図れる。

さらに、第３図に、第２図中のMVG2（15）の具体的回路
の一例を示す。

本回路は、入力信号v1,v2,v3に対し、MRY1〜３により、
３入力中２信号間の偏差比較を行なう。次に、v1〜v3
中、中間値を前記MRY1〜３により検出し、その信号を制
御信号Ｘとしてアクチユエータに出力する機能を有する
（MRY1〜３は、２入力偏差が正のとき、MRY1〜３の接点
を動作させるものとする。）。

本回路構成による中間値選択回路を用いれば、接点動作
がまちがつて中間値でない信号を通過させた場合でも、
各信号はMVG1（14）を通過した後のため、制御信号Ｘに
変化を及ぼさないことがわかる。

以上において、第３図中−LCU−、第５図中−MVG2−の
回路構成は、ハードロジツクによるものであつても、ソ
フトロジツクによるものであつても、問題はない。

さらに、これらは、制御対象であるアクチユエータ１台
に対し、１個有しており、完全な分散化構成となつてい
ることがわかる。

即ち、１個のアクチユエータ又は、信号選択回路（図中
LCU,MVG2）の異常を、他のアクチユエータ、又は、信号
選択回路に、全く影響を与えない、危険分散構成となつ
ている。

応用例１ 前記実施例1,又は２は、比例・積分演算結果フイードバ
ツク型三重化制御装置の場合であつたが、これに限定す
る必要はない。このことは積分演算要素を持つ自動制御
系全般について言える。

以下に、二重化制御装置の場合につき説明する。

但し、この場合の例も、比例・積分演算結果フイードバ
ツク型であるが、これについても、積分演算結果フイー
ドバツク型、比例・微分・積分演算結果フイードバツク
型としても、何ら、問題はない。

第6,7図に、比例・積分演算結果フイードバツク型二重
化制御装置の構成を示す。

各制御装置（6A），（6B）は、第２図にて示す制御装置
（1A）と、同様な機能を有するが、SEL1（64）は、第２
図中MVG1（14）に相当する信号選択回路を示している。

これは、具体的には、伝送ライン（12）を介して入力し
た他制御装置出力信号、及び、自系演算信号の２入力信
号の高値あるいは、低値選択機能を有するものである。

どちらとすべきか、アクチユエータ、及び、プラント側
のフユールセーフ方向による。

第6,7図中、その他の構成は、第2,3図及び、第4,5図に
準じている。

本応用例によれば、特に、三重化構成制御装置でない場
合でも、各制御装置内に、中間値選択回路あるいは、信
号選択回路を設け、本回路に伝送ラインより取り込ん
だ、他制御装置出力信号、及び、自系演算結果の信号を
入力させることにより、独立に各制御装置が出力信号を
作成できる。さらに、各制御器間の出力信号は、ほぼ完
全に、同一となる多重化比例積分制御装置を、構築する
ことが可能となる。したがつて制御信号の高信頼化、耐
故障性の向上が図られる。

応用例２ 前記多重化制御装置を、原子力発電所計測制御系統の代
表的な一つである、給水流量制御装置に適用した場合に
つき第８図に示す。給水流量制御装置は、原子炉水位を
一定に保つために給水流量を調節するフイードバツク制
御装置であるが、このために炉水位設定値と、実水位、
主蒸気流量、及び、給水流量の相関関係から、比例積分
演算を行ない、各操作端へ、最適な給水流量指令信号を
出力するものである。

本図は、制御装置を、三重化構成としており、出力信号
は、信号選択回路SEL1〜６にて選択された信号を各操作
端へ出力する構成を示している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多重化制御装置の制御信号を形成す
る、一つの制御装置出力信号に、他制御装置が追従する
こととなるため、本多重化制御装置は、出力信号共給外
制御装置の出力信号が、飽和あるいは発散せず、制御系
として適用可能となる。

さらに、各制御装置は、他制御装置出力を伝送ラインを
介して取り込み、独立に、信号選択回路を構成している
ため、信号の信頼性及び、他制御装置出力信号との互換
性がはかられる。

また、各制御装置内で、信号選択した出力信号を、外部
で一括、取り込む、MVG2（15）（第２図），あるいは、
LCU（45）（第４図）の機能を持たせることにより、尚
一層の高信頼化を図ることが可能となる。（たとえ、MV
G2又は、LCUが、誤つて、他の制御装置の出力信号を選
択した場合でも、３入力信号v1,v2,v3は、ほぼ同一信号
であるため、アクチユエータ、あるいは、プラントに対
し、悪影響を及ぼさない構成となつていない構成となつ
ていることがわかる。）

【図面の簡単な説明】

第１図は制御出力信号が複数個必要な場合の三重化制御
装置の説明図、第２図は比例・積分演算結果フイードバ
ツク型三重化制御装置（MVG回路外部付）の説明図、第
３図は中間値選択回路（MVG）の説明図、第４図は比例
・積分演算結果フイードバツク型三重化制御装置（LCU
回路外部付）の説明図、第５図は信号切替回路（LCU）
の説明図、第６図は比例・積分演算結果フイードバツク
型二重化制御装置（SEL回路外部付）の説明図、第７図
は比例・積分演算結果フイードバツク型二重化制御装置
（LCU回路外部付）の説明図である。第８図は本発明の
応用例である。 i1〜in……設定信号、v11〜v1n,v21〜v2n,v31〜v3n……
出力信号、X1〜Xn……制御信号、MVG,MVG1……中間値選
択回路、12……伝送ライン、13……データ格納エリア、
ｉ……設定信号、1A,1B,1C……各制御装置、v1,v2,v3…
…各制御装置の出力信号、21……（設定値）−（アクチ
ユエータプロセス値）、Ｘ……制御信号、Ｙ……アクチ
ユエータ実プロセス量、MRY1〜MRY3……偏差モニタ、DG
A,DGB,DGC……各制御装置内異常診断機能、LCU（45）…
…信号切替回路、D1〜D3……各制御装置正常で“1"、X,
Y,Z……切替機能（各制御装置正常でａ接点オン）、SEL
1,SEL2……信号選択回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】信号入力部と、信号制御演算部と、信号出
   力部と、該演算部の演算結果を相互に伝送するための信
   号伝送部とからなる制御装置を複数個有しかつ複数個の
   出力信号を受けてある信号を出力する外部信号選択手段
   を単数又は複数個有する多重化制御装置において、各制
   御装置内部に独立に内部信号選択手段を設けたことを特
   徴とする多重化制御装置。
2. 【請求項２】信号入力部と、信号制御演算部と、信号出
   力部と、該演算部の演算結果を相互に伝送するための信
   号伝送部とからなる制御装置を複数個有しかつ複数個の
   出力信号を受けてある信号を出力する外部信号選択手段
   を単数又は複数個有し、各制御装置内部に独立に内部信
   号選択手段が設けられた多重化制御装置において、各制
   御装置内部に診断手段を設け、該診断手段の出力信号に
   より上記外部信号選択手段が操作端への最終出力信号を
   選択することを特徴とする多重化制御装置。