JPS6045723B2 - 速度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービンの速度制御装置に係り、開ル ープ
から閉ループ制御に切換わる蒸気制御弁の、開き始め点
の検出装置の誤動作を防止し、昇速制御を円滑に行なわ
しめる速度制御装置に関する。

従来タービン昇速制御系においては、蒸気制御弁の全
閉位置から蒸気が通過しだす弁の開き始め点までを制御
する第１の制御装置と、弁の開き始め点以降タービン最
終目標回転数が得られるまで フィードバック制御する
第２の制御装置を分離して設け、弁の開き始め点におい
て切換運転を行なつていた。従つて開き始め点が制御装
置の運転切換点として使用されるため、その検出は制御
上極めて重要となつている。 従来この弁の開き始め点
は、圧力スイッチにより検出を行なつていた。

すなわち、蒸気制御弁を開き始める時、蒸気制御弁油筒
の制御油に蒸気圧力に打つ勝つ為の負荷がかかり、制御
油圧力が増加することを利用した圧力スイッチで、開き
始め点の検出を行なつていた。この様な圧力スイッチは
所定の流体圧力で働くスイッチであるから、定・格負荷
における制御油圧を考慮した耐圧のものを選定しなけれ
ばならない。しカルタービン起動時は蒸気圧力が低いの
で、その圧力スイッチの動作点の誤差の影響を受け検出
精度が低いものであつた。すなわち、蒸気制御弁の開き
始め点検出用の・圧力スイッチは、その動作点設定範囲
の広いものが使用される。これに対し蒸気が弁を流れ始
める時点では、蒸気制御弁油筒中の制御油にかゝる負荷
は極めて小さい。このためその調整が困難であり、時に
はタービン回転数がかなりの回転数（例えば数百Ｒｐｍ
）に昇速されないと動作しないこともあつた。この様に
蒸気制御弁の開き始め検出点が、制御装置の切換操作に
使用される重要なポイントであり、しかもその開き始め
点の検出精度が、タービン昇速制御の特性にかなりの影
響を与える。

このため、円滑な昇速制御を行うための高信頼性の弁開
き始め点検出方法として、従来においては、更に制御対
象の微分値の変化率を監視し、その変化の度合によつて
弁の開き始め点を検出する試みがとられていた。以下図
面を参照してこの従来の方法を詳述する。

説明を簡単にするため、従来例においては、タービンの
回転数制御のための蒸気制御弁の開き始め点を、検出す
るものとして述べることにする。第１図は、蒸気制御弁
の開度と駆動モータ回転角の関係を例示したグラフであ
る。タービン昇速制御においては、その熱的ストレスや
、機械的強度から、予め定められた加速率で昇速する必
要があり、その加速率を制御するには、蒸気制御弁の開
度を操作し、タービンに流入する蒸気の流入制御をしな
ければならない。また蒸気制御弁は、タービンを停止さ
せるための蒸気しや断能力を持たねばならない。従つて
蒸気制御弁の開度は、弁駆動モータの回転角に対し、全
閉位置においてＡ部の如き遊び（締めしろ）を有し、し
や断の確実性を持たされ、弁開き始め点Ｂから全開位置
Ｃまでは、開度と回転角とは比例する特性になされて．
いる。第２図は、このような蒸気制御弁を備えた制御対
象であるタービンの閉ループ制御系を示し、指令回転数
（目標加速率と時間の関数）Ｒとフィードバックされた
タービン実回転数ｎとの偏差を、！ＰＩＤ制御要素１０
を介して比例・積分・微分演算処理を行ない、この出力
を蒸気制御弁に与えてタービン１１の昇速制御を行なう
。マイナループとして弁開度がＰＩＤ制御要素１０に帰
還されている。しかしながら、第１図のＡ部の如きあそ
びの部分では、連続的な一定の弁開操作信号が出されて
も弁は開かず、蒸気も流れないので、タービン回転数も
上昇しない。

従つて全閉位置より回転数を帰還する第２図の如き閉ル
ープ制御を行うと、弁開操作信号は出力し続ける。一方
指令回転数は、目標加速率と時間の関数で増大して、指
令回転数と帰還実回転数の差はますます開く。また、実
回転数ｎが実際に帰還されてくるまで、指令回転数Ｒを
ホールドしてもＰＩＤ制御要素１０の積分効果により、
弁駆動信号は増大し、弁が実際に開き始めても直ちに正
常な駆動信号に復さない。このため加速率や回転数のオ
ーバーシュートを生じ、夕）−ピンに機械的悪影響を与
えてしまう。このような不都合を解決するため、従来は
、前述の圧力スイッチにより弁開き始め点を検出し、弁
の全閉位置から開き始め点まで一定の連続開操作信号を
出す開ループ制御系と、開き始め点以・降、前記第２図
の如きＰＩＤ演算による操作信号により弁を駆動する。

そして目標回転数まで、昇速制御する閉ループ制御系を
切換運転させ、円滑な昇速制御をしようとした。しかし
、圧力スイッチに伴う不都合を必然的に含んでいるため
、圧力スイッチ検出方式とは全く異なる弁開き始め点検
出方式をもち、単独にあるいは圧力スイッチ検出方式と
弁用して、確実に開き始め点Ｂをとらえる試みがなされ
た。第３図は従来のタービン昇速系に従来の検出方法を
適用した速度制御装置のブロック図を示すものである。

同図において、１ａは蒸気制御弁３の全閉位置から開き
始め点（第１図Ｂ点）まで開ループ制御を行なう制御部
であり、１ｂは開き始め点以降目標回転数までを所定の
加速率で閉ループ昇速制御する制御部てある。上記制御
部１ａは昇速制御開始時点から蒸気制御弁開き始め検出
用圧力スイッチが動作するまで、一定の弁開操作信号を
駆動モータ２に与え、制御弁３の開操作をする。

また制御部１ｂは、第２図に示す如く、指令回転数と実
回転数の差にＰＩＤ演算操作を加えた信号によりモータ
２を駆動し、蒸気制御弁３の開度制御を行なう、そして
ボイラ８からタービン４に流入する蒸気の流量制御を行
ない、タービン４の昇速制御を行なう。５，６はセンサ
で、第１のセンサ５は駆動モータ２の回転角、すなわち
蒸気制御弁３の開度を検知して制御部１ａ，１ｂに帰還
する。

これは第２図の説明におけるマイナーループを形成して
いる。第２のセンサ６は、タービン４の実回転数を検知
して制御部１ｂに帰還する。これは第２図の説明におけ
る主フィードバック信号ループを形成している。従来例
においては、更に、制御対象の制御量の微分値、すなわ
ちタービン４の回転数の加速率を検知する第３のセンサ
７を有し、その加速率を制御部１ａ，１ｂに帰還し、弁
開き始め点を加速率の変化の度合いとしてとらえている
。ボイラ８で発生された蒸気は、蒸気制御弁３が開き始
めるとタービン４に流入して断熱膨脹し、熱エネルギー
が運転エネルギーに変換される。これによりタービン４
は、その運転エネルギーを受け、たとえば発電機９を回
転し始めるが、タービン回転数は制御弁３が開き始める
と、その微分値、第３のセンサ７により検出される加速
率も増大するように昇速される。したがつてこの加速率
の変化分を、ノイズ等を考慮して予め決められた設定値
と比較し、加速率の変化分が設定値以上となつたときに
、加速開始点、すなわち蒸気制御弁３の開き始め点とし
て検出する。弁の全閉位置では加速率≦Ｏであり、蒸気
が流れ始めれば加速−率の変化率が正となる。従つて、
加速率をサンプリングしたとき、前のサンプリング値よ
りも後のサンプリング値が大となる。この様に加速値の
変化が正となる時点を加速が始まつた、すなわち蒸気制
御弁が開き始めたとして検出を行なつていた。以上のよ
うに従来においては、開き始め点を圧力スイッチの動作
、又は加速率とから得ようとしたものである。

しかし閉ループ制御は、弁開度の開き始め点からの相対
値を基準とし制御していることを考慮すると、前記のよ
うな圧力スイッチ動作点で且つ加速率が規定値以上とつ
た時の弁開度実入力を開き始め点とし、それ以降の閉ル
ープ制御の基準値とする方法は、開き始め点弁開度のデ
ィジタルの値の妥当性を考慮していないと云う点で好ま
しくない。即ち、前記圧力スイッチの誤動作、或は加速
率検出装置の誤動作によつて得た前記弁開き始め点にお
ける前記弁開度実入力の値を基準とすることは、弁開き
始め点以降の閉ループ制御において、円滑な昇速制御に
支障を来す恐れがあるという点である。又、この速度制
御部１ａ，１ｂを用いることなく、別な方法で昇速制御
を行ない、既に蒸気制御弁が開いている時にこの速度制
御部１ａ，１ｂが投入され、前記閉ループ制御が開始さ
れる場合には、前記開き始め点における弁開度を入力し
、そのデータを閉ループ制御の基準値とすることができ
ない。

その場合には、第３図に示される予め決められている開
き始め点における弁開度設定値Ｘ１或は制御部１ａ，１
ｂに既に記憶されている前回の蒸気制御弁開操作時に検
出された弁開度ｙを代表値として用い、制御を行なつて
いた。しかしながらこの場合も、前記弁開度設定値、或
いは前回昇速時の開き始め点弁開度記憶値を、ディジタ
ルの値として妥当性の判定を行なわないで閉ループ制御
の基準値として使用している。したがつて設定値、或は
前回値が異常値を示していた時には、閉ループ制御に支
障を来す恐れが生ずる。本発明は上記事由に鑑みてなさ
れ、タービン昇速制御時、検出した蒸気制御弁開き始め
点の値に妥当性の判定を加え、妥当性の範囲内の時にの
み、蒸気制御弁開き始め点として設定する、前記欠点の
ない速度制御装置を提供することを目的とする。

以下本発明を図面に示す一実施例に基づいて説明する。

第４図は本発明の構成を示し、制御部１ａは、第１図の
Ｂ点に相当する蒸気制御弁開き始め点到達まで、開ルー
プ制御により蒸気制御弁駆動モータ２を操作して、蒸気
制御弁の開指令を出力する。前記のように従来は、開き
始め点における圧力スイッチの動作、あるいは加速率に
よつて開き始め点の検出を行なつていた。しかし本発明
゛においては、従来の加速率による判定に加えて次の比
較、判定動作を新たに追加するものである。すなわち、
開き始め点位置に相当する弁開度を規定する信号Ｍ，ｎ
（ｍ＞ｎ）を出力する設定器１６と、比較器１２を設け
、圧力スイッチの動作・にかかわりなく、弁開度センサ
５からフィードバック信号として得られる弁開度信号Ｓ
５と信号Ｍ，ｎとを比較する。そして前記弁開度信号Ｓ
５が、所定の範囲内（ｎ＜Ｓ５〈ｍ）にあれは、制御部
１ａにて蒸気制御弁開き始め点と診断する。なおここ）
で比較器１２の出力Ｐは制御部１ａに対し、比較結果の
情報として与えられるものてあり、制御部１ａは、この
比較器１２の出力Ｐに従い、開き始め点か否かの判定を
行なうものである。このような方法によれば、開き始め
検出用圧力スイッチ誤動作時に、タービンの加速率のみ
でなく、弁開度の絶対値をもとに、開き始め点を確実に
検出することができ、開き始め点以降の閉ループ制御に
よるタービン昇降制御を円滑に行なわしめることができ
る。

一方既に蒸気制御弁の開度は、制御部１ａを介さずに他
の方法で操作した結果、開き始め点を越えている段階で
制御部１ｂによる閉ループ制御を行う必要が生じた時に
、制御部１ｂはやはり開き始め点における弁開度を基準
値として制御動作を行なうものであり、そのために開き
始め点における弁開度値が確定していなければならない
。

この場合、制御部１ａを介さないために、開き始め点に
おける弁開度実測値は得られない。したがつて別の方法
で開き始め点における弁開度を制御部１ｂに与えること
が必要である。従来はこれを、前記のように設定器１５
による設定値Ｘ１或は前回起動時の実測値ｙを用いて開
き始め点における弁開度としていたものである。しかし
本発明において、開き始め点位置に相当一する開度を規
定する信号Ｒ，ｓ（ｒ＞ｓ）を出力する設定器１７と、
比較器１３を新たに設ける。

そして信号Ｒ，ｓと弁開度設定器１５の出力（ｘ或はｙ
）とを比較器１３にて比較し、弁開度設定器１５の出力
Ｘ或はｙが所定範囲内（Ｓ〈（ｘ或；はｙ）くｒ）であ
れば、制御部１ｂは与えられた設定値Ｘ或はｙを閉ルー
プ制御の基準値として、昇速制御を行なう。この方法に
よれば、Ｘ，ｙが仮に何らかのデータ誤設定により、誤
つた値であつた楊合にも、制御部１ｂにて、その誤りデ
ータニを基準値としての昇速制御を行なうという事態を
回避することができる。第５図は上記説明の開き始め点
設定機能の流れ図を示すものである。なお、上記におい
て、第４図の設定器１０，１１は同一の装置であつても
よい。又、本発明はアナログ制御装置でも、ディジタル
制御装置でも適用できるものであるが、特に開き始め点
基準値設定機能、及び比較機能を備えたタービン昇速制
御装置としてディジタル計算機を採用すると、極めて容
易に実施することができる。ノ このようにして本発明
によれば、タービン昇速制御のあらゆる場合において、
制御弁開き始め点における弁開度の検出・設定を確実に
行なうことのできる効果的な速度制御装置が提供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸気制御弁の開度と駆動モータ回転角の関係図
、第２図はタービン制御系のブロック図、第３図は従来
のタービン昇速系における速度制御装置のブロック図、
第４図は本発明の一実施例を示すブロック図、第５図は
本発明の動作を示すフローチャートである。 １ａ・・・・・・開ループ制御部、１ｂ・・・・・・閉
ループ制御部、２・・・・・・蒸気制御弁駆動モータ、
３・・・・・・蒸気制御弁、４，１１・・・・・・ター
ビン、５・・・・・・第１のセンサ、６・・・・・・第
２のセンサ、７・・・・・・第３のセンサ、８・・・・
・・ボイラ、９・・・・・・発電機、１０・・・・・・
ＰＩＤ制御要素、１２，１３・・・・・・比較器、１５
・・・・・開き始め点弁開度設定器、１６・・・・・・
規定値設定値、１７・・・・・・規定値設定器、ｘ・・
・・・・開き始め点弁開度設定値、ｙ・・・・・・前回
開き始め点弁開度実入力値、Ａ・・・・蒸気制御弁の遊
び、Ｂ・・・・・・蒸気制御弁開き始め点、Ｃ・・・・
・・蒸気制御弁全開位置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 予め設定された蒸気制御弁開き始め点における弁開
   度、又は前回蒸気制御弁開操作時の弁開度検出値を入力
   する第１の設定器と、全閉位置から開き始め点まで開ル
   ープ制御を行ない蒸気制御弁の開操作を行なう第１の制
   御部と、開き始め点以降目標回転数まで所定の加速率で
   閉ループ制御を行ない蒸気制御弁の開操作を行なう第２
   の制御部と、蒸気制御弁の開度を検知して前記第１及び
   第２の制御部に出力する第１のセンサと、タービンの実
   回転数を検知して前記第２の制御部に出力する第２のセ
   ンサと、タービンの回転数の加速率を検知して前記第１
   、第２の制御部に出力する第３のセンサとを備えタービ
   ンの昇速制御を行なう速度制御装置において、開き始め
   点位置に相当する弁開度を規定する信号を出力する第２
   の設定器と、この設定器の出力と前記第１のセンサの開
   度検出値を入力して比較し前記第１の制御部に開き始め
   点か否かの判定を行わしめる信号を出力する第１の比較
   器と、開き始め点位置に相当する弁開度を規定する信号
   を出力する第３の設定器と、この設定器出力と前記第１
   の設定器出力とを比較する第２の比較器とを具備し、蒸
   気制御弁開き始め点の妥当性を判定し妥当なときのみタ
   ービンの昇速制御を行なうことを特徴とした速度制御装
   置。