JPS625402A

JPS625402A - プラント制御装置

Info

Publication number: JPS625402A
Application number: JP14263585A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Asami; 浅見　一夫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-07-01
Filing date: 1985-07-01
Publication date: 1987-01-12
Also published as: JPH0543121B2

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】〔発明の利用分野〕本発明はプラント制御装置に係り、特に原子力発電プラ
ントの給水制御系の様な高い信頼性を要求される制御系
に適用するのに好適な、小型で経済性の優れたプラント
制御装置に関する。

〔発明の背景〕

従来のプラント制御装置としては、例えば、特願昭５８
−８５８０３号明細書等に開示されたものが知′られて
いる。しかし、この様なプラント制御装置は一般に、高
い信頼性を満足するため、ハードウェア量が増え、装置
が大型化して実装スペースが広くなり、また価格的にも
高価になるという問題点がある。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたも
ので、高い信頼性を有する小型で安価なプラント制御装
置を提供することを目的としている。

〔発明の概要〕

本発明のプロセス制御装置は、制御対象からの複数種類
の多重化されたプロセス情義を受け、これらのプロセス
情報を複数の情報処理装置へ出力する複数のプロセス入
力装置と、各プロセス入力装置から入力された複数種類
のプロセス情報に基づいて、各種の制御信号を演算処理
によって求める複数の情報処理装置と、各情報処理装置
をループ状に接続する複数のデータ伝送路と、各情報処
理装置から出力される複数の制御信号を受け、あらかじ
め定められた論理に従って制御対象へ出力する制御信号
を決定する機能を有しているプロセス出力装置と、上記
複数の情報処理装置と上記複数のプロセス入力装置及び
プロセス出力装置とを接続する複数のデータ伝送路とか
ら構成されていることを特徴としている。

〔発明の実施例〕以下、添付の図面に示す実施例により、更に詳側に本発
明について説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である０図
示する様に、中央演算処理部１００は。

３台のＣＰＵＩ、２，３から構成され、三重化構成とな
っている。これに対して、プロセス入出力部２００は、
４台のプロセス入力装！１１，１２゜１３．１４と４台
のプロセス出力装置！１５，１６゜１７．１Ｂから構成
される装置即ち，中央演算処理部１００は多重化し（冗長化）され
、プロセス入出力部２００は分散化された多重分散型の
システム構成になっている。

中央演算処理部１００内のＣＰＵＩ，２，３は。

図示する様に、データ伝送部４，５．６でループ状に接
続されている．また、各ＣＰＵＬ，２．３と、プロセス
入出力部２００内の各プロセス入力装置１１，１２，１
３．１４及びプロセス出力装１１１５、１６．１７．１
８とは，図示する様に、データ伝送路７，８．９によっ
て接続されている。

制御対象であるプラント（図示せず）から出力される各
種のプラント情報（例えば、温度，圧力。

流量，オン・オフ信号等）は、プロセス入力装置１１、
１２，１３，１４によって取り込まれる。

ここで、プラント情報が制御に重要な数値である場合，
複数の検出器で検出された同一種類の異なるプラント情
報が，各プロセス入力装置に取り込まれる．例えば、プ
ラント情報として、圧力を入力する場合、プラントに設
置された複数の圧力検出器（同一部分の圧力検出を行な
う）から出力される複数の圧力情報が各プロセス入力装
置１１。

１２、１３．１４に取り込まれ、冗長化が図られている
。

プロセス入力装置１１，１２，１３．１４に取り込まれ
た各種のプラント情報は，データ伝送路７、８．９を介
して，中央演算処理部１００内のＣＰＵＩ，２．３に取
り込まれる．中央演算処理部１００では、あらかじめ定
められているロジック，アルゴリズムなどに従って，入
力されたプロセス情報を演算処理し、複数の制御信号を
算出する．これらの制御信号は，データ伝送路７，８。

９を介し、プロセス出力装［１５，１６．１７。

１８に送り込まれる．各プロセス出力装ｔｌｌ　５。

１６、１７．１８には，３重化された中央演算処理部１
００からの複数の制御信号が入力され，各プロセス出力
装ｆｌ！１５，１６，１７，１８はこれらの複数の制御
信号から「２　アウト　オフ　３ロジツク』や「中間値
選択ロジック』等のあらかじめ定められたロジック、ア
ルゴリズムに従い。

最も正しいと推定される制御信号を算出又は選択して出
力する。

本構成によれば，万一中央演算処理部１００内の３台の
ＣＰＵＩ，２．３のうちの１台に故障が発生したとして
も、残りの２台が正常動作さえしていれば、制御信号が
異常となることはない．また、さらにもう１台のＣＰＵ
に異常が発生しても。

プロセス出力装置の信号算出ロジックとして、残りの１
台のＣＰＵからの制御信号を出力信号とするアルゴリズ
ムとしておくことにより，やはり。

出力信号が異常となることはない．即ち、中央演算処理
部１００の３台のＣＰＵＩ，２．３のうち２台がダウン
しても、制御続行可能である。

また、前記した様に、制御に係わる重要なブラント情報
は多重化（冗長化）され、かつ各プロセス入力装［１１
１，１２，１３，１４に別々に分散して入力される。従
って、４台のプロセス入力装置１１，１２，１３．１４
のうちの、１台に異常が発生したとしても、制御続行不
能となることはない、熱論、重要なプロセス情報につい
て、三重化以上の冗長度をもたせれば、信号発信元のト
ラブルも含め、ダブルフエイラが発生したとしても。

各中央演算処理部１００には、少なくとも１つの正常な
プロセス情報が送り込まれるため、制御続行可能である
。なお、後述する様に、上記で言うプロセス情報の冗長
化の方法としては、必らずしも同一のプロセス情報を冗
長化するだけに限定するものではなく、類似の情報を利
用し、中央演算処理部１００内で推定算出することがで
きるものを利用してもよい、なお、入力されるプロセス
情報に３重化以上の冗長度があれば、４台のプロセス入
力装置１１，１２，１３．１４のうち２台が故障しても
、残りの正常なプロセス入力回路を介して、プラント情
報の取込が可能である。従って。

プロセス入力装置１１，１２，１３，１４のうち２台が
ダウンしても制御続行可能である。

また、中央演算処理部１００内の各ＣＰＵＩ。

２．３を接続するデータ伝送路１，２．３に異常が発生
し、相互に通信不能となっても、相互診断機能などが実
施できなくなるのみで、制御装置としての制御機能には
影響は与えない、ちなみに、ＣＰＵ１とＣＰＵ３を結ぶ
データ伝送路６にトラブルが発生した場合には、ＣＰＵ
２を経由してお互いのデータのやりとりを行なえるよう
にしておくことにより、相互診断機能を確保することが
可能になる。

また、中央演算処理部１．００とプロセス入出力部２０
０間の各データ伝送路７，８．９は、完全に独立してい
るため、少なくとも１つのデータ伝送路が正常であれば
、シングル系として動作できるため、制御上は問題ない
。

また、プロセス出力装！！１５，１６，１７゜１８は、
制御対象への制御信号を出力する回路でもある。従って
、そのうちの１台にトラブルが発生すると、その制御対
象への制御信号の正常性は保証されなくなり、全体とし
ての制御機能を限外する可能性が多分に発生する。従っ
て必要に応じ（プラント運転上重要と考えられる制御信
号には）、隣接する他のプロセス出力装置にも、同一の
制御信号を出力できるような構成とし、この二つの制御
信号を外部に設けた切換回路３１，３２゜３３．３４で
切り換えられるよう考慮しである。

これにより、プロセス出力装置１５，１６，１７゜１８
のうちの１台が故障しても、制御上は問題が発生しない
。また、制御対象システム自身が持つシステム冗長性を
有効利用することにより、さらに、耐故障性を強化する
ことが可能となる。

次に、ＢＷＲ［予力発電所給水制御系に本発明に係るプ
ラント制御装置を適用した場合の具体例について説明す
る。第２図は、ＢＷＲ原子力発電所の給水制御系の概要
を示す図である。この給水制御系は、原子炉水位をあら
かじめ設定された値に維持するために設けられたもので
、ＢＷＲ原子力発電所のプラント制御系の中でも特に重
要な制御系である。

第２図において、１０１は原子炉１２１の水位を検出す
るための原子炉水位検出器、１０２は原子炉１２０と復
水器１２１を結ぶ主蒸気配管１２２を流れる蒸気量を検
出する主蒸気流量検出器。

１０３は給水流量配管１２３を流れる給水流量を検出す
る給水流量検出器である。ここで１図示していないが、
原子炉水位検出器１０１は３個設けられている。また、
主蒸気配管１２２は４本あり、それぞれに１つの主蒸気
流量検出器１０２が設けられている。また、給水流量配
管１２３は２本設けられ、それぞれに２つの給水流量検
出器が設けられている。従って、３つの原子炉水位信号
と４つの主蒸気流量信号と４つの給水流量信号が、給水
制御系１０４に入力される。

給水制御系１０４は、第１図に示す構成を有しているが
、第２図においては、その制御動作の概略を示すブロッ
クとしている。即ち、給水制御系１０４は、上記した原
子炉水位信号、主蒸気流量信号、給水流量信号をとり込
み、炉水位設定値との偏差に基づき、比例積分制御１０
５を行なう。

比例積分制御１０５の出力は、下位のコントローラ、又
は１手動／自動切換器１０６〜１０９を介して、制御対
象であるタービン駆動給水ポンプ１１０．１１１及び給
水調整弁１１２，１１３に加えられ、各々タービン回転
数、給水調整弁開度が制御される。

さて、一般のＢＷＲ［予力発電所のプラントでは、ター
ビン駆動給水ポンプ１１０，１１１は５５％、モー゛夕
駆動給水ポンプ１１４，１１５は２７．５％の容量を持
っている。プラント起動・停止時には、モータ駆動給水
ポンプ１１４，１１５を起動し用いるが１通常の運転状
態では、２台のタービン駆動給水ポンプ１１０，１１１
が運転され、２台のモータ駆動給水ポンプ１１４，１１
５は、待機状態にある。万一、タービン駆動給水ポンプ
がトリップすると、モータ駆動給水ポンプ１１４．１１
５はほとんど瞬時に自動起動し、給水流量の減少を防ぐ
、このように、タービン駆動給水ポンプ１台に対し、モ
ータ駆動給水ポンプ２台がバックアップとして設けられ
ているシステムに対しては、多重分散型制御装置の出力
信号構成を以下に述べるよう組合せることにより、飛躍
的な耐故障性の向上が実現できる。

第１表は、第１図に示すプロセス入力装置１１゜１２．
１３．１４に入力されるプロセス入力信号の種類を示す
ものである。各プロセス入力装置１１．１２，１３．４
４にそれぞれ入力される原子炉水位信号、主蒸気流量信
号、給水流量信号は、前記した様に、それぞれ異なる原
子炉水位検出器、異なる主蒸気流量信号検出器、異なる
給水流量検出器から出力されるもので、多重化されてお
り、高い冗長性が付与されている。

第　　１　　表第２表は、第１図に示すプロセス出力袋［１１５゜１６
．１７．１８から出力される制御信号の種類を示すもの
である。第２表において、通常は第１図に示す切換回路
３１，３２，３３，３４により。

正の制御信号が出力され、障害が生じた場合には、必要
に応じて副の制御信号が出力される。尚、第１表中、Ｔ
Ｄはタービン駆動給水ポンプを意味し、ＭＤはモータ駆
動給水ポンプを意味する。

第　　２　　表第１表及び第２表に示す様に、プロセス情報及び制御信
号を割り当てることにより、４台のプロセス入力装置１
１，１２，１３，１４の内の２台が故障し、また４台の
プロセス出力装置１５゜１６．１７．１８の内の２台が
故障しても、制御続行可能である６例えば、プロセス入
力装置１１゜１２とプロセス出力装置１１１５．１６が
故障した場合について説明する。この時、ＩＭ子炉水位
信号としては、プロセス入力装置１１に入力されている
信号を単独で用い、総主蒸気流量、総給水流量はプロセ
ス入力装置１３．１４に入力されている主蒸気流量（信
号及び給水）流量信号より算出する。

また、制御信号としては、タービン駆動給水ポンプ（１
１０用）の゛制御信号が喪失してしまっているので、同
ポンプをトリップさせ、タービン駆動給水ポンプ１１１
及びモータ駆動給水ポンプ１１４゜１１５の３台のポン
プを、給水制御系１０４の制御下におくことにより、原
子炉１２０の水位は安定に制御される。

なお、上記の場合と同様に、プロセス入力装置１１．１
３及びプロセス出力装置１５．１７が故障した場合には
、プロセス入力装置１２．１４及びプロセス出力装置１
６．１８によって必要なプロセス情報は確保され、かつ
制御信号は−切喪失しないことから、タービン駆動給水
ポンプ１台をトリップする必要はない。

その他のケースについても、上記２ケースと同様であり
、プロセス入力装置１１〜−１４及びプロセス出力装！
１５〜１８の内各２台が故障しても制御続行可能である
。

以上の説明から明らかな様に、本実施例によれば、下記
の異常発生に対しても、制御機能の継続維持が可能であ
り、極めて高信詞な耐故障性の高いシステムが構築でき
る。

（イ）中央演算処理部！１００３台中２台のＣＰＵの異常に対しても運転継続可能。

（ロ）中央演算処理部１００内のデータ伝送路３台中２
台のデータ伝送路の異常に対しても運転継続可能。

（ハ）プロセス入力装置４台中２台のプロセス入力装置、プロセス出力装置の異
常に対しても運転継続可能。

（ニ）プロセス入出力装置と中央演算処理装置間のデー
タ伝送路３台中２台のデータ伝送路の異常に対しても運転可能。

さらに、上記（イ）−（ニ）のトラブルが複合的に発生
したとしても、はとんどの場合制御続行可能である。尚
、最悪の場合、中央演算処理部１００内のＣＰＵ１台、
及びこれとプロセス入出力装置間を結ぶデータ伝送路１
台、プロセス入力装置２台、プロセス出力装置２台が正
常でありさえすれば、制御機能は確保される。

なお、上記実施例では、中央演算処理部１００内に３台
のＣＰＵを設け（３重化）、プロセス入力装置４台、プ
ロセス出力装Ｗ４台として説明したが、これらの各装置
数が任意の値で良いことはもちろんである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、極めて耐故障性の高いシステムが、小
型にしかも安価に構築できる。

具体的には、対象とする制御システムによっても若干異
なるが、プロセス入力回路の入力点数が、公知例に述べ
た方式に比して、１／３〜１／２に減少し、出力点数も
、全点にバックアップを持たせたとしても２／３に減少
し、特に重要な制御信号にのみバックアップを持たせる
方式とすれば２１／３〜１／２に減少する。また、制御
信号の切換回路も、３点から１点を選択するのではなく
、２点のどちらかを選択する方式となるため、１／２以
下に減少する。

従って、全体としては、システム規模にもよるが、ＢＷ
Ｒ［予力発電所給水制御系レベルの場合には、約５０％
の小型化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本発明をＢＷＲ原子力発電所の給水制御系に適用した具
体例を示すブロック図である。１．２，３・・・ＣＰＵ、４，５，６，７，８，９・・
・データ伝送路、１１，１２，１３，１４・・・プロセ
ス入力装置、１５．１６．１７．１８・・・プロセス出
力装置、３１，３２，３３．３４・・・切換回路、１０
０・・・中央演算処理部、１０１・・・原子炉水位検出
器、１０２・・・主蒸気流量検出器、１０３・・・給水
流量検出器、１０４・・・給水制御系、１０５・・・比
例積分制御、１０６〜１０９・・・手動／自動切換器、
１１０．１１１・・・タービン駆動給水ポンプ、１１２
゜１１３・・・給水調整弁、１１４，１１５・・・モー
タ駆動給水ポンプ、１２０・・・原子炉、１２１・・・
復水器、２００・・・プロセス入出力部。

Claims

【特許請求の範囲】１、制御対象からの複数種類の多重化されたプロセス情
報を受け、これらのプロセス情報を複数の情報処理装置
へ出力する複数のプロセス入力装置と、各プロセス入力
装置から入力された複数種類のプロセス情報に基づいて
、各種の制御信号を演算処理によつて求める複数の情報
処理装置と、複数の情報処理装置を互いにループ状に接
続する複数のデータ伝送路と、各情報処理装置から出力
される複数の制御信号を受け、あらかじめ定められた論
理によつて制御対象へ出力する制御信号を決定する機能
を有しているプロセス出力装置と、上記複数の情報処理
装置と上記複数のプロセス入力装置及びプロセス出力装
置とを接続する複数のデータ伝送路とから構成されてい
ることを特徴とするプラント制御装置。２、前記複数のプロセス出力装置は、各プロセス出力装
置から出力される制御信号を選択して制御対象へ出力す
る手段を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のプラント制御装置。