JPH0821891A - 原子炉出力制御システムおよび制御棒位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原子炉の炉心部の制御棒位置をモーター駆動
により制御する原子炉出力制御装置において、位置検出
精度を向上することにより、制御性を向上する。 【構成】 制御棒の位置を検出するための、性能の異な
るシンクロ発振器６ａ₁，６ａ₂，６ｂを設置する。６ａ
₁，６ａ₂は２個１組として使う。これらの信号を、コン
トローラ１０Ａ，１０Ｂの比較手段１２ａ，１２ｂに導
き、常時は検出精度の良い信号を取りだし、制御演算手
段１０ａ，１０ｂ匂いて、目標生成装置９ａ，９ｂから
の目標値と制御棒の現在位置とで、操作信号を生成し
て、電力制御装置１１を制御し、モータ４を運転して、
制御棒の引抜／挿入を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子力発電プ
ラントの原子炉出力制御システムおよび制御棒位置検出
装置に係り、特に、電動駆動で制御棒を駆動するプラン
トにおける制御棒位置の検出装置と、それにより検出さ
れた制御棒位置を用いて制御棒を制御して、原子炉出力
を制御する制御システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電動駆動で制御棒を駆動する沸騰水型原
子力発電プラントの原子炉出力制御は、日立評論Vol.７
２ No.１０(１９９０年１０月）に示されるように、モ
ータ軸に２個のシンクロ発振器を取り付け、これらによ
って制御棒位置を検出することにより制御していた。そ
の方法を次に述べる。

【０００３】原子炉圧力容器の炉心部に設けられた制御
棒は、モータの回転方向により上下に駆動される制御棒
駆動機構によって、炉心部に対する引き抜き／挿入がで
きるようになっている。従って、制御棒を、炉心部に対
して引き抜き／挿入することによって、原子炉の出力を
制御することができる。この目的のためには、制御棒が
炉心部のどの位置にあるかを検出する必要がある。そこ
で、シンクロ発振器が２台、モータ軸に連結されてい
て、それにより位置の現在値がわかるようになってい
る。

【０００４】シンクロ発振器が、２台設置されている理
由は、制御棒駆動機構が原子炉格納容器の内部にあるた
め、プラント運転中は、万一故障が発生しても点検修理
ができないことを考慮して、多重性を持たせて検出に対
する信頼性を向上させているためである。従って、シン
クロ発振器は、全く同じ性能を有するものが２台設置さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記の構成による原子
炉出力制御方式では、位置を一意に定めるため、シンク
ロ発振器が、制御棒が炉心部の上端位置（全挿入位置）
から下端位置（全引抜位置）まで動く間に、１回転する
ようにモータ軸とシンクロ軸とのギア比を決めて使用す
る構成となっている。このため、位置検出性能が不十分
という問題があった。運転員が要求した目標位置に対し
てシンクロ位置との偏差を測定しながらモータを駆動制
御する場合、シンクロ位置の検出性能によって誤差を生
じ、モータの駆動制御機構が複雑になる、あるいは、あ
る程度、精度を犠牲にした制御をおこなわざるを得ない
などの問題があった。

【０００６】シンクロ位置の検出性能をあげるために
は、シンクロ発振器の数を倍にするなどの手法が考えら
れるが、制御棒駆動機構の寸法が大きくなるなどの問題
があり、実用的でない。つまり、制御棒駆動機構の寸法
が大きくなると、それによって、原子炉を収容する格納
容器を大きくせざるを得なくなり、原子炉の建造コスト
を増大大させるという問題がある。しかも、シンクロ発
振器の数が増えた分、コストが増大する。従って、可能
な限りシンクロ発振器の増加を少なくして、精度を上げ
たいという要請がある。

【０００７】本発明の目的は、上記したような制御棒位
置の検出性能を上げて、モータの駆動制御機構を単純化
できる原子炉出力制御システムおよび制御棒位置検出装
置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ために、本発明の一態様によれば、原子炉の炉心部の制
御棒位置をモータ駆動により変更して出力を制御する原
子炉出力制御システム装置において、制御棒位置をモー
タ軸の回転角度から検出する、２つ以上の制御棒位置検
出機構と、それらの制御棒位置検出機構からそれぞれ出
力される位置検出信号の比較を行うことにより、常時
は、１つの位置検出信号により制御棒位置を示す信号を
得るための比較手段と、与えられた目標位置と、前記比
較手段から出力される制御棒位置を示す信号とから、モ
ータを駆動するための操作信号を生成して出力する制御
演算手段とを備え、２つ以上の制御棒位置検出機構は、
それらの制御棒位置検出機構のうち、少なくとも１つ
は、他のものより高い精度で位置の検出を行うものであ
り、前記比較手段は、各制御棒位置検出機構から出力さ
れる各々の位置検出信号の比較を行って、位置検出信号
に異常がなければ、精度の高い制御棒位置検出機構から
出力される位置検出信号を制御棒位置を示す信号として
得るものであることを特徴とする原子炉出力制御システ
ムが提供される。

【０００９】また、本発明の他の態様によれば、原子炉
の炉心部の制御棒位置を検出する装置であって、制御棒
位置をモータ軸の回転角度から検出する、２つ以上の制
御棒位置検出機構と、それらの制御棒位置検出機構から
それぞれ出力される位置検出信号の比較を行うことによ
り、常時は、１つの位置検出信号により制御棒位置を示
す信号を得るための比較手段とを備え、２つ以上の制御
棒位置検出機構のうち、少なくとも１つは、他のものよ
り高い精度で位置の検出を行うものであり、前記比較手
段は、各制御棒位置検出機構から出力される各々の位置
検出信号の比較を行って、位置検出信号に異常がなけれ
ば、精度の高い制御棒位置検出機構から出力される位置
検出信号を制御棒位置を示す信号として出力するもので
あることを特徴とする制御棒位置検出装置が提供され
る。

【００１０】これらの態様において、制御棒位置検出機
構は、２つ設けられ、そのうち１つは、粗な測定精度を
有する検出器と、密な測定精度を持つ検出器とで構成さ
れ、高精度の制御棒位置信号を出力するものとすること
ができる。また、他の一つは、粗な測定精度を有し、低
精度の制御棒位置信号を出力する検出器で構成されるも
のであることができる。

【００１１】また、上記比較手段は、上記高精度の制御
棒位置信号をＩＮ₁とし、上記低精度の制御棒位置信号
をＩＮ₂とし、予め与えられる判定値をε₀として、 ε₀≧｜（ＩＮ₁−ＩＮ₂）｜ が成立するとき、ＩＮ₁を制御棒位置信号として出力す
る構成とすることができる。

【００１２】すなわち、本発明は、性能の異なるシンク
ロ発振器を２組準備して、常時は、両方のシンクロ発振
器の信号を比較することにより異常の有無を検出して、
異常のない場合には性能の良いシンクロ発振器の信号の
みを制御に用いるようにすることにより、駆動部の単純
化を図り、あるいは精度を向上させ、かつ、小型な制御
棒駆動機構を提供するものである。

【００１３】

【作用】本発明では、制御棒位置をモータ軸の回転角度
から検出する、２つ以上の制御棒位置検出機構を有する
ので、制御棒位置検出において二重系を構成することが
でき、信頼性が向上する。そして、２つ以上の制御棒位
置検出機構は、それらの制御棒位置検出機構のうち、少
なくとも１つは、他のものより高い精度で位置の検出を
行うものであるので、高精度の位置検出信号を検出すれ
ば、常時は、高い精度で制御棒の位置の検出が行える。

【００１４】比較手段は、それらの制御棒位置検出機構
からそれぞれ出力される位置検出信号の比較を行うこと
により、常時は、１つの位置検出信号により制御棒位置
を示す信号を得ている。そして、比較手段は、各制御棒
位置検出機構から出力される各々の位置検出信号の比較
を行って、位置検出信号に異常がなければ、精度の高い
制御棒位置検出機構から出力される位置検出信号を制御
棒位置を示す信号として出力する。従って、異常がない
かぎり、高精度の位置検出が行える。また、仮に異常が
あっても、少なくとも低精度での制御棒位置検出が行え
るので、原子炉を停止させることを防ぐことができる。

【００１５】また、本発明では、高精度の制御棒位置検
出機構を、高精度のシンクロ発振器と低精度のシンクロ
発振器とで構成し、低精度の制御棒位置検出機構を低精
度のシンクロ発振器で構成している。したがって、最低
３台のシンクロ発振器で構成することができ、スペース
メリットを確保しつつ、高精度の検出を可能とする。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の原子炉出力制御システムおよ
びこれに用いられる制御棒位置検出装置の実施例につい
て、図面を参照して詳細に説明する。

【００１７】図１は、本発明による原子炉出力制御シス
テム全体構成と、本制御システムが適用される原子炉の
概要を示している。

【００１８】図１に示すように、原子炉は、炉心部２お
よび複数本の制御棒３と、これらを収容する圧力容器１
と、圧力容器１の外部にあって、制御棒対応に設けら
れ、それぞれの制御棒３の挿入／引抜を行なうための制
御棒駆動機構５と、各制御棒駆動機構５を駆動させるた
めの駆動力を発生させるモータ４と、制御棒３の位置を
検出するための制御棒位置検出装置６とを有する。これ
らは、原子炉格納容器７に収容されている。なお、本実
施例では、１３５０ＭＷｅ級の原子力発電所における原
子炉を想定している。もちろん、本発明は、これに限定
されるものではない。

【００１９】制御棒位置検出機構６は、性能の異なる２
種類のシンクロ発振器６ａ₁，６ａ₂からなる第１の機構
と、シンクロ発振器６ｂからなる第２の機構とが設置さ
れている。シンクロ発振器６ａ₁および６ｂは、同じ性
能で、制御棒３の全引抜位置と全挿入位置との間で０°
から３６０°の範囲で位置を示す信号を出力する。一
方、シンクロ発振器６ａ₂は、０°から１８００°の範
囲で位置を示す信号を出力する。すなわち、精度におい
て比較すると、シンクロ発振器６ａ₁および６ｂは粗
く、シンクロ発振器６ａ₂は密であるということができ
る。シンクロ発振器６ａ₁と６ａ₂は、２個で１組の使い
方をする。なお、これらのシンクロ発振器６ａ₁，６ａ₂
と、シンクロ発振器６ｂとによる測定の原理について
は、後述する。

【００２０】また、本実施例のシステムは、図１に示す
ように、原子炉の運転に関する指令を出力する運転指令
装置８と、それぞれの制御棒３ごとの駆動目標値を生成
する目標生成装置９ａ，９ｂと、上記目標値および上記
シンクロ発振器６ａ₁，６ａ₂，６ｂからの出力信号に基
づいて上記モータ４を制御するための操作信号を生成し
て出力する二重化されたコントローラ（Ａ）１０Ａおよ
びコントローラ（Ｂ）１０Ｂと、コントローラ（Ａ）１
０Ａおよびコントローラ（Ｂ）１０Ｂの出力が一致した
時、操作信号を出力する出力回路２０と、出力回路２０
から出力された操作信号を受けて、モータ４に対する駆
動電流を制御する電力制御回路１１とを有する。

【００２１】ここで、運転指令装置８は、システムにお
いて１台設けられる。目標生成装置９ａ，９ｂは、互い
に同一の構成を有し、かつ、同一に機能して、二重系を
構成し、システムにおいて１組設けられる。すなわち、
１の原子炉ごとに１組設けられる。コントローラ１０
Ａ，１０Ｂについても、同様に、構成および機能が同一
で、二重系を構成する。コントローラ１０Ａ，１０Ｂの
二重系と、出力回路２０と、電力制御回路１１とは、制
御棒３ごとに設けられる。

【００２２】ここで、炉心２には、１３５０ＭＷｅ級の
原子力発電所の場合、制御棒３が２０５本設置されてい
る。従って、図１において、目標生成装置９ａ，９ｂを
除く、他の構成要素は、２０５本の制御棒３の各々の１
本に対して１組ずつ設置される。なお、図１では、表記
の便宜上、制御棒１本の代表表記としている。

【００２３】運転指令装置８は、具体的には、コンピュ
ータで構成される。このコンピュータは、図８に示すよ
うに、各種処理を実行する中央処理ユニット（ＣＰＵ）
８１と、ＣＰＵ８１のプログラム等を記憶するリードオ
ンリメモリ（ＲＯＭ）８２と、データ等を記憶するラン
ダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３と、インタフェース
（Ｉ／Ｆ）８４と、指示等の入力を受け付ける入力装置
８５と、原子炉の状態、システムの状態等を表示する表
示装置８６とを主たる要素として構成される。

【００２４】入力装置８４は、例えば、各種の操作スイ
ッチ、キー類が配置された操作パネルで構成される。ま
た、このパネルに加えて、または、パネルに代えて、キ
ーボードを設けるようにしてもよい。また、本実施例で
は、この他に、タッチパネル８７が表示装置８６の表示
画面の前面に設置されている。表示装置８５は、例え
ば、ＣＲＴディスプレイ、パネルディスプレイ等のディ
スプレイ装置とその表示コントローラとを含む。ディス
プレイ装置は、例えば、上記操作パネルの一部に嵌め込
むようにすることができる。

【００２５】運転指令装置８は、原子炉の運転に関する
指令、特に、制御棒操作指令を生成して、これを出力す
る。そして、予め作成された運転計画またはオペレータ
からの操作指示に基づいて、制御棒操作指令を生成し
て、これを出力する。また、運転指令装置８は、各制御
棒ごとに設けられるコントローラＡ，Ｂの起動、停止等
の動作を、総括的に制御する。また、運転指令装置８
は、目標生成装置９ａ，９ｂを介して、制御棒３の状態
を示す情報を収集して、表示する等の処理をも実行す
る。

【００２６】目標生成装置９ａ，９ｂは、具体的には、
コンピュータで構成される。このコンピュータは、図９
に示すように、制御棒操作指令と、コントローラから取
り込んだ制御棒の現在位置の情報とに基づいて、制御棒
の駆動目標値を作成する。また、目標生成装置９ａおよ
び９ｂは、互いに同一の構成を有し、９ａはコントロー
ラ１０Ａ系に、９ｂはコントローラ１０Ｂ系にそれぞれ
対応している。目標生成装置９ａ，９ｂは、運転指令装
置８からの制御棒操作指令と、各コントローラ１０Ａ，
１０Ｂから取り込んだ制御棒の現在位置の情報とに基づ
いて、制御棒の駆動目標値を作成する。

【００２７】コントローラ１０Ａおよび１０Ｂは、共に
同じ構成を持つ、ハードウエア資源、すなわち、コンピ
ュータ、より具体的には、マイクロコンピュータで構成
される。それらのハードウエア資源構成は、例えば、図
１０に示すように、各種処理を実行する中央処理ユニッ
ト（ＣＰＵ）１０１と、ＣＰＵ１０１のプログラム等を
記憶するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０２と、デー
タ等を記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０
３と、インタフェース（Ｉ／Ｆ）１０４とを主たる要素
として構成される。コントローラ１０Ａおよび１０Ｂ
は、それぞれ上記目標値および上記シンクロ発振器６ａ
₁，６ａ₂，６ｂからの出力信号に基づいて上記モータ４
を制御するための操作信号を生成して出力する。

【００２８】このコントローラ１０Ａ（１０Ｂ）は、上
記シンクロ発振器６ａ₁，６ａ₂，６ｂからの出力信号を
位置信号に変換すると共に、有効な信号を選択する手段
として機能する比較手段１２ａ（１２ｂ）と、上記比較
手段の出力信号と、目標生成装置９ａ，９ｂからの目標
値とを比較して、目標とする位置と実際の位置との偏差
がなくなるまで、電力制御装置１１に対して操作信号を
出力する制御演算手段１０ａ（１０ｂ）とを備える。

【００２９】この比較手段１２ａ（１２ｂ）は、例え
ば、図３に示すような機能を有する。すなわち、上記シ
ンクロ発振器６ａ₁，６ａ₂からの出力信号を受けて、制
御棒位置信号（ＩＮ₁）１３ａを算出する信号変換手段
１５と、上記シンクロ発振器６ｂからの出力信号を受け
て、制御棒位置信号（ＩＮ₂）１３ｂを算出する信号変
換手段１６と、算出された制御棒位置信号（ＩＮ₁）１
３ａおよび制御棒位置信号（ＩＮ₂）１３ｂのうち一方
を選択して制御棒位置信号１４として出力する選択手段
１７とを有する。制御棒位置信号１４は、それぞれ対応
する制御演算手段１０ａ（１０ｂ）に送られる。

【００３０】制御演算手段１０ａおよび１０ｂは、それ
ぞれ独立に、非同期に動作し、制御棒位置信号１４と目
標位置との偏差を求め、それに基づいて操作信号を出力
する。また、制御棒位置信号１４を、ＲＡＭ１０３に記
憶すると共に、対応する目標生成装置９ａおよび９ｂに
送る。なお、制御演算手段１０ａ（１０ｂ）の詳細につ
いては、動作と共に後述する。

【００３１】出力回路２０は、制御演算手段１０ａおよ
び１０ｂからそれぞれ出力される操作信号をそれぞれ受
けて、一定の時間保持し、両者から出力される操作信号
が揃ったとき、当該操作信号を電力制御装置１１に送
る。上記一定の時間は、制御演算手段１０ａおよび１０
ｂが非同期で動作するため、出力の時間差を吸収するた
めの時間である。通常、１００ｍｓ−３００ｍｓ程度設
定される。なお、コントローラ１０Ａ，１０Ｂと出力回
路２０とは、例えば、ケーブルで接続することができ
る。また、コントローラ１０Ａ，１０Ｂと、この出力回
路２０との距離が長い場合には、図示していない通信シ
ステムを介して両者間での信号の授受を行うようにすれ
ばよい。

【００３２】電力制御装置１１は、例えば、遮断器で構
成され、操作信号が送られている間、図示しない遮断器
を閉じて、電力をモータ４に供給する構成とすればよ
い。同様の機能を持つ他のものとしては、例えば、スイ
ッチング素子としては、例えば、サイリスタ等が挙げら
れる。また、電力制御装置１１は、インバータで構成す
ることもできる。

【００３３】次に、図２を用いて、シンクロ発振器６ａ
₁，６ａ₂，６ｂからの出力信号を用いて制御棒位置を検
出する原理について説明する。

【００３４】本実施例において、シンクロ発振器６
ａ₁，６ｂの動作は、図２（ａ）に示すとおりである。
すなわち、シンクロ発振器６ａ₁，６ｂの出力は、制御
棒３が炉心部２の下端（全引抜）位置にある場合に０°
の出力値を出し、炉心部２の上端（全挿入）位置にある
場合に３６０°の出力を行うよう設定してある。これ
は、モーター軸とシンクロ軸のギヤ機構の比を調整する
ことで設定されている。従って、シンクロ発振器の出力
の角度を知ることで、制御棒位置が一意に定まる。

【００３５】一方、シンクロ発振器６ａ₂の動作は、図
２（ｂ）に示すとおりである。すなわち、シンクロ発振
器６ａ₂の出力は、制御棒３のフルストローク（全挿入
から全引板まで）に対して０°から１８００°と、シン
クロ軸が５回転するように設定されている。従って、こ
のシンクロの設定のみでは、制御棒位置が一意に定まら
ない。すなわち、３６０°，７２０°，１０８０°など
は、いずれもシンクロ出力としては同位相である。しか
し、シンクロ発振器６ａ₁の出力と組み合わせて使うこ
とにより、検出精度を向上している。

【００３６】すなわち、シンクロ発振器６ａ₁または６
ｂ単独で用いる場合の制御棒位置は、下式により求め
る。

【００３７】

【数１】 ＰＯＳ＝Ｋ×（θ₁±θ_ε） …（１) ここで ＰＯＳ：制御棒位置 θ₁ ：６ａ₁ または６ｂの位相出力 θ_ε ：６ａ₁ または６ｂの位相検出誤差 Ｋ ：位相角（０°〜３６０°）を制御棒位置に換算
する定数 また、シンクロ発振器６ａ₁と６ａ₂の組み合わせによる
制御棒位置は、下式により求める。

【００３８】

【数２】

【００３９】以上により、（１）式の右辺の誤差の項は
Ｋ・θ_εであり、（２）式の右辺の誤差の項はＫ／５・
θ_εであり、５倍の精度改善が得られる。

【００４０】なお、本実施例では、シンクロ発振器６ａ
₁，６ｂは全挿入で０°，全引抜で３６０°と設定して
いるが、これに限られない。例えば、全挿入で（０°＋
α）、全引抜で（３６０°−α）と、余裕をもって設定
することが、より実用的である。また、シンクロ発振器
６ａ₂は、５回転の設定としているが、必ずしも整数倍
する必要もなく、５回転以外に設定されても同様に演算
が可能である。

【００４１】次に、本実施例の制御システムの動作の概
要について、図１を参照して説明する。

【００４２】シンクロ発振器６ａ₁，６ａ₂，６ｂで検出
された制御棒位置信号は、比較手段１２ａ，１２ｂに入
力され、ここで、演算され比較された正常な信号が、常
時は、制御演算手段１０ａ，１０ｂ、および、目標生成
装置９ａ，９ｂに送られる。一方、運転指令装置８によ
る制御棒操作指令は、目標生成装置９ａ，９ｂに入力さ
れる。目標生成装置９ａ，９ｂは、それぞれ独立に、こ
の制御棒操作指令と制御棒位置信号とに基づいて、制御
棒目標位置が生成する。この制御棒目標位置が、制御演
算手段１０ａ，１０ｂに入力される。制御演算手段１０
ａ，１０ｂでは、電力制御装置１１に対して、目標位置
と実際の位置の偏差がなくなるまで、モーター４を駆動
させる操作信号が、それぞれ独立に生成されて、出力さ
れる。これに応じて、電力制御装置１１は、モーター４
に駆動電流を供給して、これを駆動させる。

【００４３】次に、本実施例の制御システムの動作の詳
細について、上記各図、および、図１１および図１２に
示すフローチャートを参照して説明する。なお、ここで
は、運転指令装置８により、制御棒を２０mm引抜く操作
指令が入力された場合の各部の作用について説明する。

【００４４】この場合、この操作指令は、運転指令装置
８において、入力装置８５にあるスイッチ群のうち、特
定の制御棒３を２０mm引抜くように指定されたスイッチ
が運転員によって押されて生成されるか、または、予め
定められた運転計画のプログラムに従って、自動的に生
成される。生成された操作指令は、目標生成部９ａ，９
ｂに入力される。

【００４５】目標生成装置９ａ，９ｂは、それぞれ対応
する比較手段１２ａ，１２ｂから出力される制御棒現在
位置ＰＯＳの入力を監視し、入力されると、その信号を
読み込む（ステップ１００１）。次に、運転指令装置８
から送られる操作指令の入力を監視する（ステップ１０
０２）。制御棒を２０mm引抜くように指定されていれ
ば、制御棒３の現在位置から２０mm引抜かれた位置（Ｐ
ＯＳｔ（ｎ）：今回の目標位置）を、（ＰＯＳｔ（ｎ）
＝ＰＯＳ＋ε₁₀）なる演算によって算出する（ステップ
１００３）。一方、引抜要求指令がない場合、挿入要求
指令があるか否かを判定する（ステップ１００４）。挿
入要求指令があると、目標位置ＰＯＳｔ（ｎ）を、（Ｐ
ＯＳｔ（ｎ）＝ＰＯＳ−ε₁₀）なる演算によって算出す
る（ステップ１００５）。なお、ここで、ε₁₀は、目標
位置演算用定数であって、通常、数ミリメートルから数
十ミリメートルの範囲で設定される。

【００４６】このようにして算出された、制御棒３の目
標位置ＰＯＳｔ（ｎ）が、当該制御棒についてのコント
ロールを行うコントローラ１０Ａおよび１０Ｂの制御演
算手段１０ａ，１０ｂに出力される。また、演算終了
後、および、演算を行わなかった場合の、いずれの場合
も、他の制御棒についての目標位置ＰＯＳｔ（ｎ）の処
理に移行する。そして、駆動が必要な全ての制御棒につ
いての目標位置設定が終了したとき、この処理を終了す
る。

【００４７】次に、図３および図１２を用いて、比較手
段１２ａ，１２ｂおよび制御演算手段１０ａ，１０ｂの
動作について、詳細に説明する。比較手段１２ａ，１２
ｂおよび制御演算手段１０ａ，１０ｂは、それぞれ、図
１０に示すＣＰＵ１０１がＲＯＭ１０２に格納されるプ
ログラムを実行することにより実現される。

【００４８】図３は、比較手段１２ａ，１２ｂの、より
具体的な機能を示す。図３において、信号変換手段１
５，１６は、各々、図２、（１）式および（２）式によ
り説明した動作原理により、シンクロ出力（角度）から
制御棒位置（ＰＯＳ）を算出する（ステップ１１０
１）。信号変換手段１５は、（２）式によって制御棒位
置を演算し、１６の方は（１）式により演算を行ってい
る。その結果、信号変換手段１５，１６の出力である制
御棒位置信号１３ａ，１３ｂは、精度が異なっている。
すなわち、制御棒位置信号１３ａの方が制御棒位置信号
１３ｂに比べて、より正確な位置を示している。これら
両方の制微棒位置信号１３ａ，１３ｂは、選択手段１７
に入力される。

【００４９】選択手段１７では、以下のような処理を
行、健全性をチェックする（ステップ１１０２）。

【００５０】

【数３】 ε₀≧｜（ＩＮ₁−ＩＮ₂）｜ …（３)

【００５１】

【数４】 ε₀＜｜（ＩＮ₁−ＩＮ₂）｜ …（４) ここで、ＩＮ₁ ：精度の良い信号変換手段１５の出力信
号１３ａ ＩＮ₂ ：信号変換手段１６の出力信号１３ｂ ＯＵＴ：選択手段１７の出力信号１４ ε₀ ：信号比較誤差の判定値 上記（３）式が成立しているならば、正常と判定して、
ＯＵＴ＝ＩＮ₁を出力する。そして、図示していないフ
ラグレジスタにフラグをセットする。一方、（４）式が
成立しているならば、異常と判定する。この場合、処理
は、ステップ１１１０に飛び、モータ４を停止させる処
理が行なわれる。なお、フラグレジスタは、ＲＡＭ１０
３内に設定することができる。

【００５２】このように、本実施例では、シンクロ発振
器６ａ₁，６ａ₂，６ｂからの信号に基づいて、それらの
健全性についても、併せてチェックすることができる。
また、本実施例では、シンクロ発振器６ａ₁，６ａ₂，６
ｂからの信号は、それぞれ位置信号に変換された値が、
表示装置８６で表示される。

【００５３】ところで、異常と判定された場合、ＯＵＴ
は、ＩＮ₁およびＩＮ₂のうちいずれかをオペレータの指
定により出力する。この場合、オペレータは、出力信号
１４と共に表示される位置信号を見て、シンクロ発振器
６ａ₁，６ａ₂，６ｂのうち、いずれが異常であるかを判
断して、いずれの位置信号を用いるかの選択を行う。こ
の選択は、運転指令装置８の入力装置８５で行われ、そ
の信号が、対応するコントローラ１０Ａ，１０Ｂに送ら
れる。

【００５４】これにより、シンクロ発振器６ａ₁，６
ａ₂，６ｂが正常に動作している時には、前述した図１
の制御演算手段１０ａ，１０ｂには、常に、位置検出精
度の良いシンクロ発振器６ａ₁，６ａ₂の組み合わせによ
る信号が入力されることになり、また、万一、一方のシ
ンクロ発信器が故障した場合にも、他のシンクロ発振器
を用いた制御を継続することができる。

【００５５】なお、シンクロ発振器６ａ₁，６ａ₂，６ｂ
のうち、いずれの発振器が異常であるのか、についての
判断は、例えば、次のようにして行う。すなわち、

【００５６】

【数５】 ε₀＜｜（ＩＮ₁−ＩＮ₂）｜ …（５) が成立している場合において、まず、シンクロ発振器６
ａ₁と、シンクロ発振器６ａ₂の１回転分との位相差が大
きいか否かを調べる。この差が予め許容された範囲に含
まれるのであれば、これらのシンクロ発振器６ａ₁と６
ａ₂とには、異常がないものと考える。その場合には、
シンクロ発振器６ｂに異常があると判断する。また、上
記差が予め許容された範囲外であれば、シンクロ発振器
６ａ₁と６ａ₂とのうちのいずれかに異常があると判断す
る。そこで、次に、シンクロ発振器６ａ₁と６ｂの出力
を比較する。ここで、両者の出力に差があれば、シンク
ロ発振器６ａ₁に異常があると判断する。一方、両者の
出力に差がなければ、シンクロ発振器６ａ₂に異常があ
るものと考える。

【００５７】このようにして、オペレータは、ＩＮ₁お
よびＩＮ₂のうち、異常がないと判断されるほうを選択
する。なお、この判断に際して、オペレータを助けるた
め、推論を自動的に行うようにしてもよい。

【００５８】次に、制御演算手段１０ａ，１０ｂの動作
について説明する。制御演算手段１０ａ，１０ｂは、そ
れぞれ対応する目標生成装置９ａ，９ｂで生成された、
今回の制御棒目標位置ＰＯＳｔ（ｎ）を読み込み（ステ
ップ１１０３）、目標位置を更新するか否か、すなわ
ち、ＲＡＭ１０３に格納されている前回値ＰＯＳｔ（ｎ
−１）を読みだして、これと今回値ＰＯＳｔ（ｎ）とが
相違するか否か調べる（ステップ１１０４）。相違があ
る場合には、ＲＡＭ１０３内の前回値ＰＯＳｔ（ｎ−
１）を今回値ＰＯＳｔ（ｎ）に書き替える（ステップ１
１０５）。相違がない場合には、そのまま前回値を用い
る。

【００５９】次に、制御演算手段１０ａ，１０ｂは、そ
れぞれ上記により与えられた制御棒目標位置（ＰＯＳｔ
（ｎ））と、現在の制御棒位置（ＰＯＳ）により、下式
のように位置偏差ε₁を求める（ステップ１１０６）。

【００６０】

【数６】 ε₁＝ＰＯＳｔ（ｎ）−ＰＯＳ …（６) そして、制御演算手段１０ａ，１０ｂは、それぞれ、位
置偏差ε₁について、予め定めた設定値ε₁₁と比較して
（ステップ１１０７）、ε₁≧ε₁₁であれば、制御棒３
を引き抜くようにモータを駆動させる操作信号を生成し
て、出力する（ステップ１１１１）。一方、ε₁≧ε₁₁
でなければ、位置偏差ε₁と予め定めた設定値−ε₁₁と
を比較し（ステップ１１０８）、ε₁≦−ε₁₁であれ
ば、制御棒を挿入するようにモータを駆動させる操作信
号を生成して、出力する（ステップ１１０９）。ε₁≦
−ε₁₁でなければ、モータを停止させる操作信号を生成
して、出力する（ステップ１１０）。なお、ここで、ε
₁₁は、目標位置と実際の位置が一致したとする幅を決め
るための定数である。

【００６１】上記の演算によって、電力制御装置１１に
よって、モーター４が制御棒３を引抜く側に回転し、そ
れに従い、制御棒の位置がシンクロ発振器６ａ₁，６
ａ₂，６ｂによって検出され、最終的に制御演算手段１
０ａ，１０ｂの演算によって、目標位置（当初の制御棒
位置プラス２０mm）と現在位置との偏差ε₁がε₁₁以内
になったところで、制御棒の引抜きが完了する。

【００６２】図４は図３を用いて示した本発明の一変形
例を示している。本例は、上記実施例のうち、比較手段
の構成を代えたものである。

【００６３】本実施例の比較手段１２ａ（１２ｂ）は、
シンクロ発振器６ａ₁，６ａ₂の出力から上記（２）式に
よって制御棒位置ＩＮ₁を演算する信号変換手段１５ａ
と、シンクロ発振器６ｂ，６ａ₂の出力から（２）式に
よって制御棒位置ＩＮ₂を演算する信号変換手段１５ｂ
と、シンクロ発振器６ａ₁の出力から上記（１）式によ
って制御棒位置ＩＮ₁′を演算する信号変換手段１６ａ
と、シンクロ発振器６ｂの出力から（１）式によって制
御棒位置ＩＮ₂′を演算する信号変換手段１６ｂと、Ｉ
Ｎ₁，ＩＮ₂，ＩＮ₁′，ＩＮ₂′から出力信号を選択する
選択手段１７とを備える。

【００６４】ここで、ＩＮ₁，ＩＮ₂は、精度の良い制御
棒位置を得るために用いられ、ＩＮ₁′，ＩＮ₂′は、万
一シンクロ発振器６ａ₂が故障した場合でも、制御棒位
置が導出できるようにするため、バックアップとして用
いられる。

【００６５】以下に、図４のように構成した場合の選択
手段１７の処理を示す。

【００６６】

【数７】 ε_I≧｜ＩＮ₁−ＩＮ₂｜ …（７ａ) ε_II≧｜ＩＮ₁−ＩＮ₂′｜ …（７ｂ) ε_II≧｜ＩＮ₂−ＩＮ₁′｜ …（７ｃ) ε_I ：信号比較誤差の判定値 ε_II ：信号比較誤差の判定値 選択手段１７は、上記（７ａ)式、（７ｂ)式および（７
ｃ)式の全てが成立している場合には、ＩＮ₁を選択し
て、出力する。

【００６７】

【数８】 ε_I＜｜ＩＮ₁−ＩＮ₂｜ …（８ａ) ε_II＜｜ＩＮ₁−ＩＮ₂′｜ …（８ｂ) ε_II＜｜ＩＮ₂−ＩＮ₁′｜ …（８ｃ) 一方、上記（８ａ)式、（８ｂ)式および（８ｃ)式のう
ち、いずれかが成立している場合には、ＩＮ₁、ＩＮ₂、
ＩＮ₁′およびＩＮ₂′のいずれかをオペレータの指定に
より出力する。

【００６８】以上に説明した本発明を、制御棒を駆動す
るモーターとしてステップモーターを用いる原子炉の出
力制御システムに適用した例について、図５を用いて説
明する。

【００６９】ステップモーターの場合、電力制御装置１
１は、図５（Ａ）に示すように、インバータ１１ａ、お
よびインバータコントローラ１１ｂとで構成される。本
例では、図５（Ｂ）に示すように、制御棒の位置制御の
ために、あらかじめ目標位置の手前からモーター速度を
減速して制御を行う。シンクロ発振器の精度を向上した
本発明によって、目標位置への制御が±１mm以内の精度
で行うことができる。これは、同図から、モータの停止
時の位置精度が、従来の技術による位置精度に比べて、
よいことが明らかである。

【００７０】また、本発明を制御棒を駆動するモーター
としてインダクションモーターを用いる原子炉の出力制
御システムに適用した場合の効果について、図６を用い
て説明する。

【００７１】インダクションモーターの場合、電力制御
装置１１の構成は、ステップモーターと同じく、インバ
ータおよびインバータコントローラを用いて行う他、図
６（Ａ）に示すように、しゃ断器１１ｃと、しゃ断器の
開閉制御回路１１ｄとで構成することができる。この場
合にも、制御棒の位置制御のために、図６（Ｂ）に示す
ように、あらかじめ目標位置の手前からモーター速度を
減速して位置決めを行う。シンクロ発振器の精度を向上
した本実施例によって、目標位置への制御が±５mm以内
の精度で行うことができる。これは、従来の技術と比べ
ると、精度が向上している。

【００７２】次に、図７は、シンクロの精度向上のため
に、シンクロ発振器を４個（２組）用いた場合（ｂ）
と、本発明の３個の場合（ａ）の大きさの比較を示して
いる。なお、本図において、ケーブルコネクタ１８は、
シンクロ発振器の信号を外部に取り出すために必要であ
り、各シンクロ発振器に対して１個のケーブルコネクタ
の設置スペースを確保する必要がある。従って、余分の
シンクロ発振器自体の存在と、そのためのケーブルとを
収容するスペース分、大きくならざるを得ない。本実施
例により、従来技術の大きさと同等の制御棒駆動機構部
の小型化を達成される。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明よれば、あ
らかじめ目標位置の手前からモーター速度を減速して制
御を行うときに、減速開始を判断する時の信号に含まれ
る誤差が改善されるため、制御性能を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すシステム構成を示す
ブロック図である。

【図２】上記実施例において用いられるシンクロ発振器
の動作特性を示すグラフである。

【図３】上記実施例において用いられる、シンクロ発振
器からの信号を比較して、正しい信号を出力するための
の比較手段の機能を示すブロック図である。

【図４】本発明の変形例の比較手段の機能を示す図ブロ
ック図である。

【図５】（Ａ）は本発明の実施例のシステムをステップ
モータに適用した場合の構成の概要を示すブロック図、
（Ｂ）は、モータの停止制御と制御棒位置との関係を示
すグラフである。

【図６】（Ａ）は本発明の実施例をインダクションモー
タに適用した場合の構成の概要を示すブロック図、
（Ｂ）は、モータの停止制御と制御棒位置との関係を示
すグラフである。

【図７】シンクロ発振器を３台用いる場合と、４台用い
る場合とのスペースメリットの比較を示す説明図であ
る。

【図８】本発明の実施例に用いられる運転指令装置のハ
ードウェハシステム構成を示すブロック図である。

【図９】本発明の実施例に用いられる目標生成装置のハ
ードウェハシステム構成を示すブロック図である。

【図１０】本発明の実施例に用いられるコントローラの
ハードウェハシステム構成を示すブロック図である。

【図１１】目標生成部の動作を示すフローチャートであ
る。

【図１２】コントローラの動作を示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１…原子炉圧力容器、２…炉心部、３…制御棒、４…モ
ータ、５…制御棒駆動機構、６…シンクロ発振器、７…
原子炉格納容器、８…運転指令装置、９ａ，９ｂ…目標
生成装置、１０Ａ，１０Ｂ…コントローラ、１０ａ，１
０ｂ…制御演算手段、１１…電力制御装置、１２ａ，１
２ｂ…比較手段、２０…出力回路。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子炉の炉心部の制御棒位置をモータ駆動
   により変更して出力を制御する原子炉出力制御システム
   装置において、 制御棒位置をモータ軸の回転角度から検出する、２つ以
   上の制御棒位置検出機構と、 それらの制御棒位置検出機構からそれぞれ出力される位
   置検出信号の比較を行うことにより、常時は、１つの位
   置検出信号により制御棒位置を示す信号を得るための比
   較手段と、 与えられた目標位置と、前記比較手段から出力される制
   御棒位置を示す信号とから、モータを駆動するための操
   作信号を生成して出力する制御演算手段とを備え、 ２つ以上の制御棒位置検出機構のうち、少なくとも１つ
   は、他のものより高い精度で位置の検出を行うものであ
   り、 前記比較手段は、各制御棒位置検出機構から出力される
   各々の位置検出信号の比較を行って、位置検出信号に異
   常がなければ、精度の高い制御棒位置検出機構から出力
   される位置検出信号を制御棒位置を示す信号として用い
   るものであることを特徴とする原子炉出力制御システ
   ム。
2. 【請求項２】請求項１において、制御棒位置検出機構
   は、２つ設けられ、 そのうち１つは、粗な測定精度を有する検出器と、密な
   測定精度を持つ検出器とで構成され、高精度の制御棒位
   置信号を出力するものであり、 他の一つは、粗な測定精度を有し、低精度の制御棒位置
   信号を出力する検出器で構成されるものであることを特
   徴とする原子炉出力制御システム。
3. 【請求項３】請求項２において、上記制御棒位置検出機
   構は、共に、制御棒位置を回転角度として検出するもの
   であり、粗な測定精度を有する検出器は、１回転以内の
   角度範囲で制御棒位置を検出し、密な測定精度を持つ検
   出器は、１回転より多い回転数の角度範囲で制御棒位置
   を検出するものであって、 精度の高い制御棒位置検出機構は、密な測定精度を持つ
   検出器の回転角度が、何回転目の回転角度であるかを、
   粗な測定度を有する検出器の回転角度から判定して、位
   置信号を検出するものであることを特徴とする原子炉出
   力制御システム。
4. 【請求項４】請求項２または３において、上記比較手段
   は、上記高精度の制御棒位置信号をＩＮ₁とし、上記低
   精度の制御棒位置信号をＩＮ₂とし、予め与えられる判
   定値をε₀として、 ε₀≧｜（ＩＮ₁−ＩＮ₂）｜ が成立するとき、ＩＮ₁を制御棒位置信号として出力す
   るものである原子炉出力制御システム。
5. 【請求項５】原子炉の炉心部の制御棒位置を検出する装
   置であって、 制御棒位置をモータ軸の回転角度から検出する、２つ以
   上の制御棒位置検出機構と、 それらの制御棒位置検出機構からそれぞれ出力される位
   置検出信号の比較を行うことにより、常時は、１つの位
   置検出信号により制御棒位置を示す信号を得るための比
   較手段とを備え、 ２つ以上の制御棒位置検出機構のうち、少なくとも１つ
   は、他のものより高い精度で位置の検出を行うものであ
   り、 前記比較手段は、各制御棒位置検出機構から出力される
   各々の位置検出信号の比較を行って、位置検出信号に異
   常がなければ、精度の高い制御棒位置検出機構から出力
   される位置検出信号を制御棒位置を示す信号として出力
   するものであることを特徴とする制御棒位置検出装置。
6. 【請求項６】請求項５において、制御棒位置検出機構
   は、２つ設けられ、 そのうち１つは、粗な測定精度を有する検出器と、密な
   測定精度を持つ検出器とで構成され、高精度の制御棒位
   置信号を出力するものであり、 他の一つは、粗な測定精度を有し、低精度の制御棒位置
   信号を出力する検出器で構成されるものであることを特
   徴とする制御棒位置検出装置。
7. 【請求項７】請求項６において、上記制御棒位置検出機
   構は、共に、制御棒位置を回転角度として検出するもの
   であり、粗な測定精度を有する検出器は、１回転以内の
   角度範囲で制御棒位置を検出し、密な測定精度を持つ検
   出器は、１回転より多い回転数の角度範囲で制御棒位置
   を検出するものであって、 精度の高い制御棒位置検出機構は、密な測定精度を持つ
   検出器の回転角度が、何回転目の回転角度であるかを、
   粗な測定度を有する検出器の回転角度から判定して、位
   置信号を検出するものであることを特徴とする制御棒位
   置検出装置。