JPH07151303A - プラント自動制御装置 - Google Patents

プラント自動制御装置

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JPH07151303A
JPH07151303A JP23876894A JP23876894A JPH07151303A JP H07151303 A JPH07151303 A JP H07151303A JP 23876894 A JP23876894 A JP 23876894A JP 23876894 A JP23876894 A JP 23876894A JP H07151303 A JPH07151303 A JP H07151303A
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Atsushi Takita
敦 滝田
Akira Sugano
彰 菅野
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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】プラントを構成する複数のプロセス系統間の相
互干渉を抑制する。 【構成】負荷要求信号により、発電量指令信号を作成す
るマスタコントローラと、複数のプロセス系統毎に設け
られ、上記発電量指令信号に基づいて、それぞれのプロ
セスを個別に操作するプロセス系統コントローラとを備
える。 【効果】プロセス系統間の相互干渉を防止でき、コント
ローラに異常が発生しても、他のプロセスへその影響が
波及することがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の利用分野】本発明は、火力発電プラントの自動
制御装置のシステム構成に係り、特に系統間の相互干渉
を軽減し系統単位分散制御システムの適用に好適なプラ
ント自動制御装置に関する。
【0002】
【発明の背景】まず、火力発電プラントの概略構成につ
いて、図2を参照して説明する。図において1はボイ
ラ、2はタービン、3は発電機、4は給水ポンプ、5は
スプレ弁、6は燃料弁、7は押込通風ファン、8はガス
再循環ファンである。
【0003】さらに図中301は燃焼排ガスにより燃焼
用空気を予熱する空気予熱器、302はバーナ部であり各
段毎に空燃比を調整して炉内脱硝を行うシステムであ
る。303はW/B入口空気ダンパであり各バーナ段の
燃焼用空気量を調整するものである。304はGMガス
ダンパであり燃焼用空気に注入する燃焼排ガス量を調整
するものである。305は1次ガスダンパでありバーナ
部に直接注入する燃焼排ガス量を調整するものである。
306は復水器、307は低圧給水加熱器、308は脱
気器、309は給水弁、310は高圧給水加熱器、31
1は蒸発器、312は1次過熱器、313は第1段減温
器、314は2次過熱器、315は第2段減温器、31
6は3次過熱器、317は再熱器である。また330は
タービン入口加減弁である。これをボイラ状態量に応じ
て系統に分類すると燃焼プロセス9,水蒸気プロセス1
0,燃料プロセス11,通風プロセス12の4つに分け
られる。
【0004】図3に係る従来システムの制御装置例を示
す。図において20は図2の発電プラント、21はプラ
ント自動制御装置である。22はプラントを構成する種
々のON−OFF制御補機のインターロック制御を行う
補体リレー盤、23はバーナの点消火制御を行うバーナ
制御装置、24は主タービンの調速制御を行う主タービ
ン制御装置、25は給水ポンプ駆動用タービン制御装置
である。プラント自動制御装置21は複数のマイクロコ
ントローラ31〜35によりハイアラーキ構成とされ
る。このうち、31はマスタコントローラでありプラン
トの総合出力の制御と各コントローラ32〜35への指
令値を作成している。40は中央給電所からのプラント
への負荷指令である。41はこの指令に負荷変化率,上
下限等の制限を加えて負荷指令Ld を作る回路である。
42は減算器であり前述の負荷指令Ld と43の発電量
を比較する。その出力は比例積分演算器44に入力さ
れ、その出力は後述するインターロックにより切替えら
れる切替器45を介して主タービン制御装置24に与え
られ図2のタービン入口加減弁330を制御する。46
は主蒸気圧力(ボイラ出口圧力)検出器であり減算器4
7,設定器48で設定された値と比較されその偏差出力
は比例積分演算器49に入力される。49の出力Lp
負荷指令Ld と加算器50にて加算されボイラ入力指令
B となる。また比例積分演算器49の出力4は切替器
45を介して主タービン制御装置24に与えられる。切
替器45はプラントの運転モードにより切替えられる。
すなわち主蒸気圧力を主タービン入力加減弁330で制
御するタービン追従モードでは切替器45の出力は比例
積分演算器49からの入力となる。通常の協調モードで
は切替器45の出力は比例積分演算器44からの入力と
なる。加算器50の出力であるボイラ入力指令LB は給
水コントローラ32に与えられ給水指令となり、一方関
数発生器51に入力される。この関数発生器51は給水
量に対する燃料量をプログラムしたものでありその出力
は燃料量指令LF となる。52は主蒸気温度検出器であ
り減算器53で設定器54で設定された値と比較されそ
の偏差は比例積分器55に入力され主蒸気温度補正指令
T となる。一方この偏差は図2のスプレ弁5を操作す
る為主蒸気温度コントローラ33に与えられる。比例積
分器55の出力は加算器56により関数発生器51の出
力と加算され修正された燃料量指令値LFAとなる。57
は関数発生器であり燃料量に対する最適空気量LA をプ
ログラムする。58は燃焼排ガス中の残存O2 濃度の検
出器であり、関数発生器59により燃料量に応じてプロ
グラムされた設定値と減算器60で比較され、その偏差
は比例積分演算器61に入力される。比例積分演算器6
1の出力は乗算器62に入力され修正された空気量指令
値LAAとなる。63はボイラに供給される合計空気流量
検出器であり減算器64で指令値LAAと比較され、その
偏差出力は比例積分演算器65に入力される。比例積分
演算器65の出力は各バーナ段毎の空気量指令値の補正
信号LABとなり各バーナ段毎の空気量制御コントローラ
34a〜34nに与えられる。また減算器64の出力であ
る空気量偏差は通風制御コントローラ35に与えられ
る。
【0005】次に各コントローラ32〜35について説
明する。
【0006】32は給水コントローラである。66はボ
イラへの合計給水流量の検出器であり減算器67で指令
値LB と比較されその偏差出力は比例積分器68に入力
される。比例積分器68の出力は各給水ポンプ4への流
量指令Lw となる。69は給水ポンプの流量検出器であ
り、減算器70で設定値Lw と比較されその偏差出力は
比例積分器71に入力される。比例積分器71の出力は
各ポンプの指令となり給水ポンプ駆動用タービン制御装
置25a,25bを介して給水ポンプタービン4a,4
bに、また給水弁309に与えられる。
【0007】33は温度コントローラである。ここで7
2はボイラ炉内脱硝の為のMバーナ燃料弁6bとPバー
ナ燃料弁6bの燃料量配分を行う回路である。73はM
バーナ燃料弁6b側の燃料流量検出器であり減算器74
で比較され、その偏差出力は比例積分器77に入力され
てMバーナ流量弁6bの操作信号となる。75はPバー
ナ燃料弁6a側の燃料流量検出器であり減算器76と比
較され、その偏差出力は比例積分器78に入力されてP
バーナ流量弁6aの操作信号となる。またコントローラ
33において78は比例演算器であり減算器53の出力
である主蒸気温度偏差を入力し図2の減温器313,3
15の出口温度の設定値を得る。80は減温器出口温度
検出器であり減算器81で設定値と比較され、その偏差
出力は比例積分器82に入力され図2スプレ弁5の操作
信号となる。83は加算器であり合計燃料流量である。
【0008】34a〜34nは各バーナ段毎の空気流量
制御コントローラである。ここでは34aを例にとり説
明する。84は当該バーナ段の点火中バーナ本数の全点
火中バーナに対する比率信号である。85は乗算器であ
り、この比率信号84と加算器83の出力(総燃料)よ
り当該バーナ段の燃料量を計算するものである。86は
関数発生器であり、当該バーナ段の燃料流量より同バー
ナ段の空気量をプログラムする。87は乗算器であり比
例積分器65の出力の合計空気流量補正信号LABにより
当該バーナ段の空気量指令値を修正するものである。8
8は当該バーナ段の空気流量検出器であり減算器89と
比較され、その偏差出力は比例積分器90に入力されて
当該バーナ段の空気量を制御するW/B入口ダンパ30
3の操作信号となる。まだ、91は関数発生器であり当
該バーナ段の空気量に対応した排ガス混合流量をプログ
ラムするものである。92は当該バーナ段の空気に混合
する排ガス流量検出器であり減算器93と比較され、そ
の偏差は比例積分器94に入力され排ガスの混合量を制
御するGMダンパ304の操作信号となる。95は関数
発生器であり当該バーナ段の空気量に対応した1次ガス
流量をプログラムするものである。96は当該バーナ段
のバーナに注入される排ガス(1次ガス)の流量検出器
であり、減算器97にて設定値と比較され、その偏差は
比例積分器98に入力され、1次ガスダンパ305の操
作信号となる。
【0009】35は通風制御コントローラである。99
は関数発生器であり合計空気流量指令LAAから押込通風
ファンの出口ドラフト設定をプログラムするものであ
る。100は押込通風ファンの出口ドラフト検出器であ
り、減算器101で比較されその偏差出力は切替器10
2を介して比例積分器103に入力され、更に負荷配分
回路104によりの押込通風ファン(7a,7b)の動
翼操作信号となる。102の切替器は押込通風ファンの
制御モードを切替えるものであり、通常は、減算器10
1からの入力を出力してファン出口ドラフト制御を行い
プラント起動時には減算器65からの入力を出力し合計
空気流量の制御を行うものである。105は関数発生器
であり合計空気流量指令LAAからガス再循環ファンの出
口ドラフト設定をプログラムするものである。106は
ガス再循環ファン出口ドラフトの検出器であり減算器1
07と比較され、その偏差出力は比例積分器108に入
力され更に負荷配分回路109によりガス再循環ファン
(8a,8b)の入口ダンパの操作信号となる。
【0010】以上に述べたように従来のプラント自動制
御装置は複数台のマイクロコントローラから構成され、
コントローラ故障時の危険分散が図られていたが、図か
ら判かるようにマスタコントローラ31の制御範囲が大
きく、マスタコントローラ31故障時には発電量の制御
のみならず、主蒸気圧力,主蒸気温度,排ガスO2,合計
空気流量の主要制御量の制御が不可能となりシステムに
対する波及効果が大きいのでマスタコントローラ31は
2重化しなければならないという問題があった。
【0011】また、マスタコントローラ31以外のコン
トローラ32〜35は給水,温度,空気,通風と分散さ
れているが、これらサブループコントローラの制御対象
範囲が大きくコントローラ故障がプロセス全体に波及す
る為、これらのコントローラも2重化または、N:1バ
ックアップ等の冗長化が必要であった。
【0012】サブループコントローラの機能分担は、制
御対象を中心とし決めており、例えば主蒸気温度制御の
場合、主蒸気温度制御はマスタコントローラ31が分担
し、その制御操作量である燃料流量弁6a,6bとSH
スプレ弁5は温度コントローラ33の範囲となる。とこ
ろで図2に示すように元来プラントの系統機器単位分散
構成形態より燃料流量弁6a,6bは燃料プロセスに属
し、SHスプレ弁5は水蒸気プロセスに属するが、これ
らを制御対象によって分類しているため温度コントロー
ラ33の故障が燃料プロセスと水蒸気プロセスの2系統
に影響を与える欠点があった。
【0013】排ガスO2 濃度制御の場合は、排ガスO2
濃度制御はマスタコントローラ31が分担し、その制御
操作量である各段の空気制御は各バーナ段単位に設けた
空気量コントローラ34a〜34nにより行われる。と
ころで各バーナ段の空気量制御と関連の深いバーナの点
消火制御は別のバーナ制御装置23に分担させていた。
このため、各段バーナコントローラ相互の信号取合い
や、バーナ制御装置23との取合いが増大するばかり
か、これら相互間の調整制御が極めて複雑になる欠点が
あった。
【0014】なお、このような従来システムの構成例と
して日立評論,VOL65,No.9(1983−9)
p.603〜608の605ページ図4にシステム構成
例,606ページ図7に基本制御ブロック線図を示す。
【0015】
【発明の目的】本発明の目的は、以上に述べた様に火力
発電プラントの制御において、プラントの系統に対応し
て最も相互の関連が少なく独立性の高い制御方法の実現
により設計が容易で、共通部の多重化を必要としないプ
ラント自動制御装置を提供することにある。
【0016】
【発明の概要】本発明の特徴は、マスタコントローラの
制御範囲を負荷制御と主蒸気圧力の制御だけとし、主蒸
気温度制御,排ガスO2 制御,合計空気流量制御を各
々、プロセスの系統と対応して設けられる系統コントロ
ーラに分担させ、マスタコントローラからは各々の系統
コントローラに対してボイラ入力指令だけを与える方式
としたことである。このシステムの特徴は、マスタコン
トローラのボイラ入力指令にもとづき各々のプロセス系
統は独立に制御される点である。即ちプロセス相互間の
結合が疎で相互干渉の少ない構成としシステム全体の耐
力強化を図りマスタコントローラの2重化を不要とし制
御の簡素化を可能ならしめたことである。
【0017】また、系統コントローラは下位の機器コン
トローラに指令を与えるが、機器コントローラは各系統
内でN:1設計ができるため設計の標準化ができ設計の
簡素化が可能となる。系統コントローラは各々の機器コ
ントローラに対して指令を与えるだけでよく各機器の負
荷配分制御に専念すればよく制御方式も簡潔にできる。
【0018】
【発明の実施例】以下、本発明の一実施例を図1により
説明する。
【0019】図1は本発明のプラント自動制御装置の制
御ブロック図である。図中201はマスタコントロー
ラ、202は水蒸気プロセス系統コントローラ、203
は燃料プロセス系統コントローラ、204は燃焼プロセ
スコントローラ、205は通風プロセスコントローラで
ある。これら201〜205は系統レベルのコントロー
ラである。また、206は主タービンの調速制御コント
ローラ、207は給水ポンプ制御コントローラ、208
は2次SHスプレ制御コントローラ、209は1次SH
スプレ制御コントローラ、210はMバーナ燃料流量制
御コントローラ、211はPバーナ燃料流量コントロー
ラ、212は各バーナ段毎の空気・ガス流量制御とバー
ナ制御を行うコントローラ、213は押込通風ファン制
御コントローラ、214はガス再循環制御コントローラ
である。これらの206〜214は機器コントローラで
ある。図1のマスタコントローラ201内の記号41〜
45及び、47〜50のものは図3と同じである。この
コントローラの働きは図3と同じなのでその説明を省略
する。加算器50の出力は中央給電所からのプラント負
荷指令Ld に主蒸気圧力の偏差による修正信号Lp を加
えたボイラ入力指令LB であり各系統コントローラ20
2〜205に与えられる。
【0020】次に、水蒸気プロセスコントローラ202
において、215は関数発生器であり、加算機器50の
出力であるボイラ入力指令LB より給水流量指令を作る
ようにプログラムされている。216は減算器であり給
水流量66を指令値(関数発生器215の出力)と比較
しその偏差を比例積分演算器217に与える。比例積分
演算器217の出力は給水ポンプ流量指令Lw であり、
負荷配分制御回路218により各給水ポンプ制御コントロ
ーラ207に分配され207の出力により給水ポンプ用
タービン4a,4b、給水弁309が制御される。この
水蒸気プロセスコントローラ202において219は関
数発生器でありボイラ入力指令LB より主蒸気温度の設
定値をプログラムするものである。220は減算器であ
り主蒸気温度52と設定値(関数発生器219の出力)
を比較しその偏差を比例積分演算器221に与える。2
22はボイラ入力指令LB から第2段減温器315の出
口温度の設定値をプログラムするものである。223は
加算器でありこの出力は関数発生器222出力に主蒸気
温度偏差からの修正信号(比例積分演算器221出力)
を加えた第2段減温器315の出口温度設定信号であり
減温器出口温度コントローラ208に与えられ208の
出力によりスプレイ弁5を介して第2段減温器315へ
の注水量が制御される。
【0021】また同コントローラ202において224
は関数発生器でありボイラ入力指令LB から2次SH
(図2中の314)出口温度の設定をプログラムするも
のである。225は主蒸気温度の偏差による第2段減温
器315の出口温度の修正量(比例積分演算器221の
出力)によって2次SH出口温度の設定値(関数発生器
224の出力)に修正を加え、第1段スプレ313と第
2段スプレ315のバランスをとる補正回路である。2
26は2次SH314の出口温度であり減算器227に
て補正回路225からの設定値と比較されその偏差は比
例積分演算器228に与えられる。229はボイラ入力
指令LB から第1段減温器313の出力温度の設定をプ
ログラムする関数発生器である。230は加算器であ
り、関数発生器229の出力に2次SH出口温度の偏差
からの修正信号(比例積分器228の出力)を加えて第1
段減温器出口温度の設定を作り減温器出口温度コントロ
ーラ209に与える。209の出力によりスプレ弁5を
介して第1段減温器313への注水量が制御される。
【0022】燃料プロセス制御コントローラ203にお
いて、231はボイラ入力指令LBから燃料流量指令L
F をプログラムする関数発生器である。233は第1段
減温器313の出口温度の設定値の修正量(比例積分演
算器228出力)からコンスタントスプレ制御の補正を
行う回路である。234はMバーナ燃料弁6bとPバー
ナ燃料弁6aの燃料指令配分を行う回路である。235
は減算器でありMバーナの燃料流量73と燃料配分回路
234からの指令値を比較し更に比例積分演算器236
によりMバーナの燃料流量制御コントローラ210への
制御指令を作る。また237は減算器でありPバーナ燃
料流量95と指令値を比較し比例積分演算器238によ
りPバーナの燃料流量コントローラ211への制御指令
を作る。燃焼プロセスコントローラ204において、2
39はボイラ入力指令LB から空気流量指令LA をプロ
グラムする関数発生器である。240はボイラ入力指令
B から排ガスO2 濃度の設定値をプログラムする関数
発生器、241は減算器であり排ガスO2 濃度58と関
数発生器240からの設定値を比較し比例積分演算器2
42に入力し補正回路243により空気流量指令値LA
に修正を加え修正空気流量指令LAAを得る。244は減
算器であり合計空気流量63と指令値を比較し比例積分
器245に入力し各バーナ段毎の空気流量補正値を作り
各バーナ段毎の空気・ガス流量制御コントローラ212
に与える。212の出力により、W/B入口空気ダンパ
303,GMダンパ304,1次ガスダンパ305が夫
々制御される。247はボイラ入力指令LB から最適バ
ーナ本数とパターンを求めて各段のバーナの本数制御を
行う回路である。248は各バーナの点消火時の空気量
と燃料のアンバランス発生を防止する為の回路である。
【0023】通風プロセスコントローラ205におい
て、249はボイラ入力指令LB から押込通風ファン7
の出口ドラフトの設定値をプログラムする関数発生器で
ある。250は減算器であり押込通風ファン7の出口ド
ラフト100と設定値を比較し比例積分演算器251に
より押込通風ファン7の動翼の指令を作成し、負荷配分
回路252を介して押込通風ファンコントローラ213
に指令を与える。213の出力によりファン7a,7b
が制御される。253はボイラ入力指令LB よりガス再
循環ファン8の出口ドラフトの設定値をプログラムする
関数発生器である。254は減算器でありガス再循環フ
ァン出口ドラフト106と設定値を比較し比例積分演算
器255によりガス再循環ファン8の入口ダンパの開度
指令を作成し、負荷配分回路256を介してガス再循環
ファンコントローラ214に指令を与える。214の出
力によりファン8a,8bが制御される。
【0024】本実施例の効果を以下に述べる。
【0025】マスタコントローラの制御対象範囲が負荷
制御と主蒸気圧力制御だけとなり、各系統コントローラ
にはボイラ入力指令のみを与え、各系統コントローラ
は、ボイラ入力指令を与えられると各々の系統を独立し
て制御することが可能となり、ひいてはマスタコントロ
ーラの2重化を不要とする。
【0026】系統コントローラはマスタコントローラか
らボイラ入力指令を受け、分担する系統の制御に専念
し、他の系統との相互干渉の少ない系統単位に独立した
制御システムの構築が可能となった。また各系統コント
ローラの下位には機器コントローラを分散配置し機器の
直接制御を担当させる為、系統コントローラは、機器コ
ントローラに指令を与えるだけでよく、各機器の負荷配
分制御だけの簡潔な構成となる。また機器コントローラ
により機器制御の独立性が確保され、系統コントローラ
の多重化は不要である。
【0027】機器コントローラは、系統内では複数の同
一機器が存在する為、1台の設計がN台分に適用できる
N:1設計が可能で設計の標準化,簡素化が実現でき
る。
【0028】各バーナ段毎の空気・ガス流量制御とバー
ナ制御を同一のコントローラに合体したので相互の信号
取合いが大幅に削減できた。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、火力発電プラントの制
御において、プラントの系統機器単位に最も相互の関連
が少なく、独立性の高い制御方法が実現できる。
【0030】すなわち、マスタコントローラは、負荷制
御と主蒸気圧力制御を担当し、各系統コントローラには
ボイラ入力指令のみを与える。各系統コントローラはボ
イラ入力指令から当該系統の独立した制御を行い、その
下位に設けられた機器コントローラの負荷配分制御を行
う。機器コントローラは各系統内でN:1設計ができ標
準設計が可能である。この為、マスタコントローラや系
統コントローラを冗長化することなく信頼性の高い、し
かも設計が容易な制御システムが構築できる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例。
【図2】火力発電プラント全体構成図。
【図3】従来システムを示す。
【符号の説明】
201…マスタコントローラ、202…水蒸気プロセス
系統コントローラ、203…燃料プロセス系統コントロ
ーラ、204…燃焼プロセス系統コントローラ、205
…通風プロセス系統コントローラ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも水・蒸気プロセス系統,燃料プ
    ロセス系統,燃焼プロセス系統及び前記各系統において
    動作する機器を有する発電プラントを制御するプラント
    自動制御装置において、 負荷要求及び主蒸気圧力の検出値に基づいて、ボイラ入
    力指令信号を作成して出力する手段と、 前記水・蒸気プロセス系統上に設置された水・蒸気系統
    機器の操作に関するプロセス量の目標信号を、前記ボイ
    ラ入力指令信号及び前記水・蒸気プロセスに関する複数
    の物理量の検出値に基づいて作成し、かつ前記水・蒸気
    系統機器に対する操作信号として出力する第1の制御手
    段と、 前記燃料プロセス系統上に設置された燃料系統機器の操
    作に関するプロセス量の目標信号を、前記ボイラ入力指
    令信号及び前記燃料プロセスに関する複数の物理量の検
    出値に基づいて作成し、かつ前記燃料系統機器に対する
    操作信号として出力する第2の制御手段と、 前記燃焼プロセス系統上に設置された燃焼系統機器の操
    作に関するプロセス量の目標信号を、前記ボイラ入力指
    令信号及び前記燃焼プロセスに関する複数の物理量の検
    出値に基づいて作成し、かつ前記燃焼系統機器に対する
    操作信号として出力する第3の制御手段とを設け、 前記第1乃至第3の制御手段のそれぞれは、他の制御手
    段とは独立して前記目標信号を作成し、かつ前記操作信
    号を出力するように構成したことを特徴とするプラント
    自動制御装置。
JP6238768A 1994-10-03 1994-10-03 プラント自動制御装置 Expired - Lifetime JP2565142B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015068586A (ja) * 2013-09-30 2015-04-13 中国電力株式会社 スプレー制御装置

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