DE69131495T2

DE69131495T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Servoventils

Info

Publication number: DE69131495T2
Application number: DE69131495T
Authority: DE
Inventors: Tadahiko Iijima; Takeshi Iwamiya; Takumi Kawai; Yukiyoshi Tani; Sadao Yanada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-05-24
Filing date: 1991-05-23
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2011-05-24
Also published as: US5214913A; EP0458639B1; EP0458639A2; DE69131495D1; EP0458639A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Servoventils und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Servoventils, wobei eine Dreifach-Steuerung als eine Einheit zum Steuern eines Dreispulen-Servoventils, welches der zu steuernde Gegenstand ist, verwendet wird, wobei das Verfahren und die Vorrichtung zum Steuern des Servoventils in der Lage sind, die Turbine in einem Wärmekraftwerk, einem Atomkraftwerk oder dergleichen zufriedenstellend zu steuern.
Es ist ein Verfahren zum Steuern des Dreispulen-Servoventils bekannt, das so ausgestaltet ist, wie in "The SPEEDTRONIC MARK IV control (tm), a distributed fault tolerant gas turbine control system.", ASME 83-GT-106 offenbart ist, wobei sein Steuersystem, welches Spulen, einen Servoverstärker und Steuerungen aufweist, dreifach ausgebildet ist.
Das Steuersystem für das Dreispulen-Servoventil wurde so angeordnet, daß die Ausgabe von jeder der Steuerungen über den Servoverstärker jeder der Spulen zugeführt wird, um das Dreispulen-Servoventil durch die zusammengenommenen stromführenden Wicklungen der Spulen zu steuern. Wenn daher in einem der drei Systeme ein Fehler auftritt, kompensieren die weiteren zwei Systeme das fehlerhafte System, um den gewünschten Betrieb fortzusetzen. Falls jedoch in den zwei Systemen Fehler auftreten, wird entschieden, daß das System ausgeschaltet wurde.
Ein ähnlicher Inhalt wurde in "Turbine Digital Control and Monitoring (DCM) system", ASME 88-JPGC/PWR-33 offenbart.
Ein 2-aus-3-Logiksystem wurde in "DIGITAL 2-OF-3 SELECTION AND OUTPUT CIRCUIT", US-Patent 4 857 762 offenbart. In diesem Literaturdokument ist ein Verfahren zum Ansteuern des Relais einer Schaltung offenbart, wobei ein Optokoppler mit der 2-aus-3-Logikstruktur, also einer digitalen 2-aus-3- Logikstruktur, verwendet wird. In der oben beschriebenen Offenbarung ist nichts über ein Einstellungssteuersignal beschrieben, wenngleich ein Fehlersignal ausgewählt wird, wenn in den beiden Systemen Fehler gefunden wurden.
In EP-A-0 275 362 ist ein Sicherheitssteuersystem offenbart, das vier Signalverarbeitungskanäle aufweist zwei unabhängige Schaltkreise sind derart an jeden der vier Signalverarbeitungskanäle angeschlossen, daß sie eine 2-aus-4- Logikschaltung bilden. Wenn durch zwei der vier Verarbeitungskanäle ein Fehler erkannt wird, betätigen die Schaltkreise einen Notabschalter, um das Kernkraftwerk abzuschalten.
In EP-A-0 202 052 ist ein Schutzsystem offenbart, in dem Signale auf redundante Ausschalt-Logikprozessoren verteilt werden. Jeder von diesen führt vorgegebene Logikfunktionen aus und erzeugt nach geeigneten Eingaben ein Ausschaltsignal, das Überwachungsgeräten zugeführt wird. Die Überwachungsgeräte erzeugen auf der Grundlage einer Abstimmung ihrer Eingaben ein Betätigungssignal, um eine Reaktorschutzvorrichtung zu aktivieren.
Weiterhin wurde für das Dreispulen-Servoventil in "Triple REDUNDANT ELECTROMECHANICAL LINEAR ACTUATOR AND METHOD", US- Patent 4 521 707 eine Anordnung offenbart, die so eingerichtet ist, daß ihr Stellglied die Form eines Dreifach-Systems aufweist.
Weiterhin ist in "MULTISYSTEM CONTROL APPARATUS" (siehe das offengelegte japanische Patent 59-85501) ein Servoventil- Steuersystem offenbart, das so angeordnet ist, daß seine Steuerung dreifach ausgebildet ist. Die oben offenbarte Anordnung ist so eingerichtet, daß sie die Dreifach-Steuerung aufweist, so daß das Servoventil gesteuert werden kann, falls die zwei Systeme fehlerhaft geworden sind. In diesem Zustand wird an Stelle des aktiven Systems ein Bereitschaftssystem, das zuvor bereitgestellt worden ist, ausgewählt. Weiterhin ist in "Digital Electric Hydraulic Control Apparatus for Atomic Turbine", Band 36, Nr. 347, August 1985, "Thermal &. Atomic Power Generation" eine Anordnung des Dreispulen-Servoventil-Steuerverfahrens offenbart, die so eingerichtet ist, daß die weitere Spule dann, wenn die zwei Spulen abgekoppelt sind, den Betrieb fortsetzt. In dem oben beschriebenen Literaturdokument ist jedoch keine spezielle Einrichtung offenbart. Weiterhin wurde nichts über den Betrieb, der dann auszuführen ist, wenn der Servoverstärker oder die Steuerung fehlerhaft geworden ist, oder wenn ein durch Kombinieren der oben beschriebenen Komponenten gebildetes System fehlerhaft geworden ist, beschrieben.
Bei einer der oben beschriebenen herkömmlichen Anordnungen wurde der Betrieb des Kraftwerks dann unterbrochen, wenn die zwei Systeme von allen Steuersystemen fehlerhaft geworden sind und das weitere System normal funktioniert oder wenn das fehlerhafte System teilweise eine normal funktionierende Komponente enthält.
Weil das zentrale Steuerventil eines Kraftwerks das Dreispulen-Servoventil verwendet, um die Zuverlässigkeit zu verbessern, bewirkt das Auslösen des Dreispulen-Servoventils gewöhnlich das Abschalten des Kraftwerks. Das Abschalten eines Kraftwerks wurde in jüngster Zeit jedoch gewöhnlich vermieden, um den gesellschaftlichen Einfluß auszuschalten.
Weil das herkömmliche Verfahren des Steuerns des Dreispulen-Servoventils eine in seinem Steuersystem erzeugte Störung vorfindet, wenn die Steuerung fehlerhaft geworden ist, wird der Servoverstärkerausgang von dem Steuersystem, das die fehlerhafte Steuerung aufweist, vom Gesamtsystem getrennt. Wenn die Steuerung normal funktioniert und der Servoverstärker fehlerhaft geworden ist, wird der Servoverstärkerausgang jedoch nicht getrennt, weil die Steuerung normal funktioniert. Folglich tritt das Problem auf, daß im Steuersystem eine Störung erzeugt wird.
Es wäre vorteilhaft, das Fortsetzen des Betriebs eines Kraftwerks selbst dann zu ermöglichen, wenn zwei Steuersysteme gestört sind, indem ein weiteres normal funktionierendes System so kompensiert wird, daß ein Dreispulen-Servoventil betätigt wird.
Es wäre auch vorteilhaft, das Fortsetzen des Betriebs eines Kraftwerks selbst dann zu ermöglichen, wenn ein Teil der Komponenten des Steuersystems fehlerhaft geworden ist, indem die weiteren normal funktionierenden Komponenten kombiniert werden oder indem sie so kompensiert werden, daß ein Dreispulen-Servoventil betätigt wird.
Eine weitere bevorzugte Aufgabe besteht darin, dann, wenn ein Servoverstärker oder eine Steuerung gestört ist, den Ausgang vom Servoverstärker des die Störung aufweisenden Steuersystems abzutrennen, nachdem die Störung des Servoverstärkers oder der Steuerung erkannt wurde, um das Steuersystem vor einer Störung zu schützen.
Die Erfindung löst die oben erwähnten Probleme durch die Vorrichtung und die Verfahren, die in den anliegenden unabhängigen Ansprüchen definiert sind. Weitere Erscheinungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung besser verständlich werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

In den Fig. 1A, 1B und 1C ist die Anordnung einer Ausführungsform einer Dreispulen-Servoventil-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt,
Fig. 2 ist ein Flußdiagramm zum Auswählen eines Steuerbefehlswerts,
in Fig. 3 sind die Eigenschaften einer herkömmlichen Dreispulen-Servoeinrichtung dargestellt,
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm zum Diagnostizieren von Störungen und zum Trennen des Ausgangs vom Servoverstärker, die Fig. 5A und 5B sind ein Flußdiagramm zum Auswählen der Eingabe in einen Unterverstärker und der Ausgabe aus diesem,
in Fig. 6 sind die Eigenschaften einer Dreispulen-Servoeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt,
in den Fig. 7A und 7B ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt,
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm zur Eingabe in einen Verstärker eines Systems A, und
die Fig. 9A, 9B, 9C und 9D zeigen ein Flußdiagramm zur Ausgabe aus dem Verstärker des Systems A.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun beschrieben.
Die Fig. 1A-1C zeigen eine Ausführungsform der Anordnung einer Servoventil-Steuervorrichtung 200 eines Gasturbinensystems 100. Das Gasturbinensystem 100 weist einen Brenner 3 auf, der von außen durch eine Kraftstoffübertragungspumpe 1 eingeführten Kraftstoff und durch einen Kompressor 2 komprimierte unter hohem Druck stehende Luft verbrennt, wodurch unter hohem Druck stehendes heißes Gas erzeugt wird. Die Energie des erzeugten Gases versetzt eine Turbine 4 mit hoher Geschwindigkeit in Drehung, wodurch das Antreiben eines Generators 5 bewirkt wird. Folglich kann elektrische Energie geliefert werden. Die von der Gasturbine ausgegebene Energie ist durch die Kraftstoff-Durchflußrate bestimmt, welche durch Steuern eines Dreispulen-Servoventils 6 zum umleitenden Steuern der Kraftstoff-Durchflußrate geändert wird.
Das Dreispulen-Servoventil 6 zum umleitenden Steuern der Kraftstoff-Durchflußrate wird durch ein Dreifach-Steuersystem einer Servoventil-Steuervorrichtung 200 gesteuert, wobei das Dreifach-Steuersystem aus einer Steuerung 7 eines Systems A, einer Steuerung 8 eines Systems B und einer Steuerung 9 eines Systems C besteht. Jede der oben beschriebenen Steuerungen 7, 8 und 9 führt die gleichen Berechnungen aus. Demgemäß wird die Arbeitsweise des Servoventils 6 in Übereinstimmung mit dem Ergebnis des Synthetisierens der aus den oben beschriebenen Berechnungen erhaltenen Werte gesteuert.
Jede der Steuerungen 7, 8 und 9 weist ein Geschwindigkeit/Last-Steuersystem 14 und ein Abgastemperatur-Steuersystem 15 auf, die jeweils Signale von einem Geschwindigkeitssensor 10 und einem Abgastemperatursensor 11 empfangen, die am Hauptteil der Gasturbine befestigt sind. Daraufhin führen das Geschwindigkeit/Last-Steuersystem 14 und das Abgastemperatur-Steuersystem 15 Vergleiche zwischen den durch empfangene Signale angegebenen Werten und einem vorgegebenen Geschwindigkeitsniveau 12 sowie einem vorgegebenen Abgastemperaturniveau 13 aus, um die Steuerung so vorzunehmen, daß die vorgegebenen Niveaus verwirklicht werden. In jeder der Steuerungen 7, 8 und 9 werden wichtige Signale, die beim Starten, Herunterfahren und Sichern des Systems verwendet werden, einem Ablaufsteuersystem 17 zugeführt und nachfolgend zusammen mit einem von einem Startsteuersystem 18 gesendeten Steuersignal von einem Steuersignal-Auswahlabschnitt 19 empfangen. Der Steuersignal-Auswahlabschnitt 19 wählt das Signal mit dem minimalen Niveau aus, und ein Steuerbefehlswert- Berechnungsabschnitt 45 verarbeitet einen Steuerbefehlswert 20 entsprechend dem ausgewählten Signal. Die bei der Auswahl übrigbleibenden Signale dienen hinsichtlich des Steuerbefehlswerts 20 als Reservesignale.
Ein Flußdiagramm für einen Betrieb, bei dem der Steuerbefehlswert 20 durch den Steuersignal-Auswahlabschnitt 19 ausgewählt wird, ist in Fig. 2 dargestellt.
Die Gasturbine wird in Reaktion auf einen ausgegebenen Startbefehl so gestartet, daß eine Startsteuerung als der Steuerbefehlswert 20 verwendet wird, bis sich die Gasturbine drehen kann. Weil die Geschwindigkeit nicht auf das vorgegebene Niveau erhöht worden ist, ist der Wert einer Geschwindigkeit/Last-Steuerung höher als derjenige der Startsteuerung. Weil die Abgastemperatur in ähnlicher Weise nicht auf ein vorgegebenes Niveau erhöht worden ist, ist der Wert der Abgastemperatursteuerung höher als derjenige der Geschwindig keit/Last-Steuerung und der Startsteuerung. Daher wählt der Steuersignal-Auswahlabschnitt 19 zum Auswählen des Signals mit dem minimalen Niveau die Startsteuerung als den Steuerbefehlswert 20 aus.
Wenn die Umdrehung der Gasturbine die Eigendrehung erreicht, wird die Geschwindigkeit/Last-Steuerung ausgewählt, weil die Geschwindigkeit auf den vorgegebenen Wert angehoben worden ist. Weil der Wert der Startsteuerung zu diesem Zeitpunkt höher ist als der Wert der Geschwindigkeit/Last-Steuerung, wird der zugewiesene Wert der Geschwindigkeit/Last- Steuerung, der der Minimalwert ist, ausgewählt.
Wenn die Abgastemperatur über das vorgegebene Niveau angehoben wird, wird die Abgastemperatursteuerung als der Steuerbefehlswert ausgewählt. Zu diesem Zeitpunkt dienen die Startsteuerung und die Geschwindigkeit/Last-Steuerung als Reserve.
Die oben beschriebene Unterscheidung wird entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Flußdiagramm im Steuersignal-Auswahlabschnitt 19 der Steuerung durch Software ausgeführt.
Auf die Fig. 1A-1C zurück verweisend, in denen die Servoventil-Steuervorrichtung 200 dargestellt ist, sei bemerkt, daß der von jeder der Steuerungen 7, 8 und 9 zugeführte Steuerbefehlswert 20 von den Servoverstärkern 21, 22 und 23 von jedem der Systeme empfangen wird. Jeder der Servoverstärker 21, 22 und 23 empfängt ein Rückkopplungssignal 25 und den Steuerbefehlswert 20 für jedes der Systeme, wobei das Rückkopplungssignal 25 ein von einem Servoventil-Positionsdetektor 25, der die Steuergröße eines Stellglieds 24 des Dreispulen-Servoventils 6 zurückführt, zugeführtes Signal ist. Die Servoverstärker 21, 22 bzw. 23 verstärken die Signale auf Niveaus, die in der Lage sind, die Servospulen 26, 27 und 28 zu betätigen, bevor sie zu diesen übertragen werden. Das Dreispulen-Servoventil 6 betätigt einen Drehmomentmotor 29 durch das in jeder der Servospulen 26, 27 und 28 erzeugte Gesamt-Antriebsdrehmomeht. Auf diese Weise steu ert das Dreispulen-Servoventil 6 das Stellglied 24 durch Betätigen eines Zylinders 30.
Jede der Steuerungen weist eine Störungserkennungseinrichtung 31 auf, die aus einem Steuerungs-Störungserkennungsabschnitt 32, einem Rückkopplungswert-Diagnoseabschnitt 33 zum Untersuchen des Rückkopplungswerts des elektrischen Stroms einer Servospule und einem Rückkopplungswert-Diagnoseabschnitt 34 zum Untersuchen des Rückkopplungswerts der Servoposition besteht.
Der Steuerungs-Störungserkennungsabschnitt 32 besitzt eine Funktion einer CPU zum Untersuchen der Störung der Steuerung.
Der Rückkopplungswert-Diagnoseabschnitt 33 zum Untersuchen des elektrischen Stroms einer Servospule führt einen Vergleich zwischen dem Steuerbefehlswert 20 der Steuerung und einem Rückkopplungswert 47 des elektrischen Stroms der Servospule aus, um die Störung der Servospule oder des Servoverstärkers zu diagnostizieren. Ein Beispiel für eine Störung der Servospule ist ein Abkoppeln von dieser. In diesem Fall ist der Rückkopplungswert 47 des elektrischen Stroms der Spule 0. Wenn der Servoverstärker fehlerhaft geworden ist, ist der Rückkopplungswert 47 des elektrischen Stroms der Spule ein Sättigungswert des elektrischen Stroms.
Der Rückkopplungswert-Diagnoseabschnitt 34 zum Untersuchen des Rückkopplungswerts der Servoposition führt einen Vergleich zwischen dem Steuerbefehlswert 20 der Steuerung und einem Rückkopplungswert 46 des Servopositionsdetektors 25 aus, um die Störung des Servopositions-Erkennungsabschnitts zu diagnostizieren. Das heißt, daß der Steuerbefehlswert 20 und der Rückkopplungswert 46 unterschiedlich sind, falls ein Fehler auftritt.
Die Störungserfassungsvorrichtung 31 bewirkt, daß jede der Steuerungen die Störung von jeder der Komponenten in dem Steuersystem, beispielsweise die Störung der Steuerung, des Servoverstärkers, der Servospule und des Servopositionsdetektors, diagnostiziert.
In Tabelle 1 sind die Störungsdiagnoseeinrichtung und der Inhalt der Störungsdiagnosen dargestellt. Tabelle 1
Nun werden die Eigenschaften der Dreispulen-Servoeinrichtung des in Fig. 3 dargestellten herkömmlichen Systems und die beim herkömmlichen System auftretenden Probleme mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben.
Die Ordinate von Fig. 3 zeigt den Steuerbefehlswert 20 von jeder der Steuerungen der Systeme A, B und C, die Servoposition 46, den Wert des elektrischen Stroms der Dreifach- Servospule und die Temperatur des Abgases von der Gasturbine, während die Abszisse für die Zeit steht. In Fig. 3 ist die Tatsache dargestellt, daß der Servoverstärker des Systems A bei t1 gesättigt ist, daß die Leistungsversorgung für den Servoverstärker des Systems A bei t2 unterbrochen ist und daß der Servoverstärker des Systems B bei t3 gesättigt ist. Das Sättigen des Servoverstärkers ist ein Beispiel für den gestörten Zustand des Servoverstärkers.
Wenn der Servoverstärker A gesättigt ist (also bei t1) zeigen die Ausgabe des Servoverstärkers B und diejenige des Servoverstärkers C negative Werte, wodurch der elektrische Sättigungsstrom des Servoverstärkers A kompensiert wird, oder es wird infolge der mechanischen Verzögerung des Servozylinders 30 oder dergleichen ein Abweichungsbetrag erzeugt, der größer ist als der Steuerbefehlswert 20, wenngleich dies nicht dargestellt ist. Folglich wird die Servoposition stärker angehoben als der Steuerbefehlswert 20, wodurch bewirkt wird, daß die Dreispulen-Servoeinrichtung 6 zum umleitenden Steuern der Kraftstoff-Durchflußrate größer gemacht wird als der mit dem Steuerbefehlswert 20 bezeichnete Öffnungsgrad. Daher steigt die Kraftstoff-Durchflußrate in der Gasturbine an, und die Temperatur des Abgases von der Gasturbine wird vorübergehend angehoben.
Falls die Abgastemperatur 11 jedoch höher ist als das vorgegebene Abgastemperaturniveau 13 der Abgastemperatursteuerung 15, wählt die Abgastemperatursteuerung 15 entsprechend der Steuersignalauswahl 19 zum Übertragen eines Verringerungssignals das Signal der Abgastemperatursteuerung 15 aus, das das minimale Signal ist. Folglich wird der Steuerbefehlswert 20 verringert, wodurch bewirkt wird, daß das Dreispulen-Servoventil 6 zum umleitenden Steuern der Kraftstoff-Durchflußrate geschlossen wird. Daher wird die Steuerung so ausgeführt, daß die Abgastemperatur verringert wird.
Wenngleich die Temperatur des Abgases daher vorübergehend erhöht wird, erreicht sie nicht ein Abschaltniveau, das die thermische Beanspruchung der Gasturbine kritisch beeinflußt, wodurch beim Betrieb kein Problem erzeugt wird.
Daraufhin erkennt ein Bediener den Fehler durch die Störungserkennungsvorrichtung 31 der Steuerung und schaltet die dem gesättigten Servoverstärker des Systems A zuzuführende Leistung ab. Das heißt, daß jede der Komponenten zu einem Zeitpunkt t2 in einen Zustand gebracht wird und daß der Betrieb danach fortgesetzt wird.
Falls der Servoverstärker B jedoch im oben beschriebenen Zustand gesättigt wurde, sind zwei Systeme fehlerhaft geworden. Das heißt, daß eine zeitliche Verzögerung, die etwa zweimal so lang ist wie diejenige bei der Störung eines Systems, trotz des Ausgleichvorgangs des weiteren Servoverstärkers C erzeugt wird, weil ein Zustand zu einem Zeitpunkt t3 verwirklicht wird. Folglich wird das Kraftstoff-Durchflußraten-Umgehungssteuerventil 6 durch den Abweichungsbetrag zwischen dem während der oben beschriebenen zeitlichen Verzögerung erzeugten Steuerbefehlswert 20 und dem tatsächlichen Öffnungsgrad geöffnet. Daher wird die Kraftstoff-Durchflußrate erhöht, und die Temperatur des Abgases der Gasturbine übersteigt den Abschaltwert. Es war folglich unmöglich, das Kraftwerk kontinuierlich zu betreiben, wenn die beiden von allen Systemen fehlerhaft geworden sind.
Gemäß dieser Ausführungsform sind die in den Fig. 1A- 1C dargestellten Servoventil-Steuervorrichtungen 200 so angeordnet, daß die Störung der Steuerung, derjenigen des Servoverstärkers, derjenigen, die durch das Abkoppeln der Servospule hervorgerufen wird, und derjenigen des Servopositionsdetektors von der Störungserkennungsvorrichtung 31 von jeder der Steuerungen erkannt werden. Weiterhin sind Servoverstärker-Ausgangstrennschalter 35, 36 und 37 zum Übergehen der fehlerhaften Komponente beim Betrieb des Steuerns des Kraftwerks vorgesehen. Weiterhin ist zum wirksamen Betreiben der normal funktionierenden Systeme eine Ausleichs-einrichtung mit einem Unterverstärker-Eingangsauswahlschalter 38, einem Unterverstärker 39 und einem Unterverstärker-Ausgangsauswahlschalter 40 vorgesehen.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Diagnostizieren der Störung und zum Trennen des Ausgangs vom Servoverstärker gemäß dieser Ausführungsform mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben. Die Störungsdiagnose wird so ausgeführt, daß zuerst durch den Steuerungs-Störungserkennungsabschnitt 32 bestimmt wird, ob die Steuerung normal funktioniert. Falls die Steuerung gestört ist, wird der Ausgang vom Servoverstärker des fehlerhaften Systems durch denjenigen der Schalter 35, 36 und 37, der an das fehlerhafte System angeschlossen ist, vom Gesamtsystem getrennt.
Falls die Steuerung normal funktioniert, wird die Tatsache, daß der Servopositionsdetektor gestört/normal funktioniert, durch den Steuerbefehlswert 20 und den Abschnitt 24 zum Untersuchen des Rückkopplungswerts der Servoposition bestimmt. Falls bestimmt wurde, daß sie gestört ist, wird bestimmt, daß die Rückkopplungs-Servoposition des betreffenden Systems gestört ist.
Falls der Rückkopplungswert der Servoposition normal funktioniert, wird durch den Servo-Diagnoseabschnitt 33 für den Rückkopplungswert des elektrischen Stroms bestimmt, ob der Steuerbefehlswert 20 und der Rückkopplungswert 47 des elektrischen Spulenstroms einander gleichen. Falls der Rückkopplungswert 47 des elektrischen Spulenstroms stets "0" ist, wenngleich der Steuerbefehlswert 20 geändert worden ist, wird bestimmt, daß die Störung durch das Abkoppeln der Spule vom betreffenden System erzeugt worden ist. Falls der Betrag der Abweichung zwischen dem Rückkopplungswert 47 des elektrischen Spulenstroms und dem Steuerbefehlswert 20 den Sättigungswert des elektrischen Stroms zeigt, wenngleich der Rückkopplungswert 47 des elektrischen Spulenstroms oder der Steuerbefehlswert 20 geändert worden ist, wird bestimmt, daß der Servoverstärker des betreffenden Systems gestört ist. Gleichzeitig wird jeder beliebige der Schalter 35, 36 und 37 zum Trennen des Ausgangs vom Servoverstärker des fehlerhaften Systems betätigt, um den Ausgang vom Servoverstärker des fehlerhaften Systems zu trennen.
Die oben beschriebene Bestimmung wird in Übereinstimmung mit einem in Fig. 4 dargestellten Flußdiagramm und zuvor geladener Software durch die in der Steuerung enthaltene Störungserkennungsvorrichtung vorgenommen.
Als nächstes wird ein Ablauf des Auswählens der Eingabe in den Unterverstärker und der Ausgabe aus diesem mit Bezug auf die Fig. 5A und 5B beschrieben. Zuerst wird bestimmt, ob das System A normal funktioniert (die Steuerung des Systems A, der Servoverstärker des Systems A, der Servopositionsdetektor des Systems A und die Spule des Systems A funktionieren alle normal). Falls es im System A einen Fehler gibt, wird bestimmt, ob das System B normal funktioniert. Falls das System B gestört ist, kann gesagt werden, daß beide Systeme A und B gestört sind. Daher wird der Unterverstärker- Eingangsauswahlschalter 38 umgeschaltet, um den Ausgang vom normal funktionierenden System C auszuwählen. Daher wird der Eingang in den Unterverstärker ausgewählt, wenn nur eines der Systeme A, B und C normal funktioniert und wenn die weiteren zwei Systeme gestört sind. Folglich wird stets ein normaler Wert in den Unterverstärker 39 eingegeben, und der Ausgang des Unterverstärkers 39 zeigt einen normalen Wert. Daraufhin wird der Ausgang vom Unterverstärker 39 vom Verstärker-Ausgangsauswahlschalter 40 ausgewählt, und der Ausgang des Systems mit der normal funktionierenden Spule wird ausgewählt, um die Ausgabe auszugeben. Falls nur das System A normal funktioniert, wird zu diesem Zeitpunkt in sequentieller Reihenfolge von B und C eine Auswahl des Systems mit einer normal funktionierenden Spule vorgenommen. Eine normale Aus gabe vom normal funktionierenden System A wird über den Unterverstärker 39 zur Servospule B oder C übertragen. Folglich wird vom normal funktionierenden System A und der Ausgangs-Servospule des Systems B oder C ein Betrieb ausgeführt, der einem Fall ähnelt, in dem zwei der drei Spulen normal funktionieren, wenngleich die Systeme B und C gestört sind. Daher kann das Fortsetzen des Betriebs des Kraftwerks ermöglicht werden.
Falls ein Abkoppeln der Spulen B und C zu diesem Zeitpunkt auftritt, wählt der Unterverstärker-Ausgangsauswahlschalter 40 die weitere normal funktionierende Spule A aus. Die Ausgabe der Servospule des normal funktionierenden Systems A und die Ausgabe vom Unterverstärker, die vom Unterverstärker-Ausgangsauswahlschalter ausgewählt wurde, werden zu derjenigen der normal funktionierenden Spule A addiert. Daher wird veranlaßt, daß ihr Drehmoment das zweifache des normalen Drehmoments ist, wodurch bewirkt wird, daß die Reaktion der einen Servospule des Systems A derjenigen gleicht, die bei dem Betrieb auftritt, bei dem die beiden Spulen wirken. Wenngleich die Spulen der Systeme B und C abgekoppelt wurden, ist folglich nur die Spule des normal funktionierenden Systems A in der Lage, ähnlich wie in dem Fall zu wirken, in dem die zwei von den drei Spulen normal funktionieren. Folglich kann das Fortsetzen des Betriebs des Kraftwerks ermöglicht werden.
Nachfolgend wird in ähnlicher Weise wie in dem oben beschriebenen Fall bestimmt, ob die Systeme A, B und C normal funktionieren, wobei die Eingabe des normal funktionierenden Systems in den Unterverstärker 39 durch den Unterverstärker- Eingangsauswahlschalter 38 und den Unterverstärker-Ausgangsauswahlschalter 40 so ausgewählt wird, daß sie zum System mit der normal funktionierenden Servospule ausgegeben wird.
Die oben beschriebene Auswahl wird entsprechend dem in den Fig. 5A und 5B dargestellten Flußdiagramm und zuvor geladener Software vom Unterverstärker-Eingangsauswahlschal ter 38 oder vom Unterverstärker-Ausgangsauswahlschalter 40 vorgenommen.
Nun werden die Eigenschaften der Dreispulen-Servoeinrichtung mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben.
Wenn der Servoverstärker A gesättigt ist (t1), wurde die Störung entsprechend dem Ergebnis der Diagnose des Rückkopplungswerts des elektrischen Stroms der Servospule erkannt, die vom Diagnoseabschnitt 33 der Störungserkennungsvorrichtung 31 der Steuerung des Systems A vorgenommen wurde. Die Steuerung A trennt mit dem Ausgangstrennschalter 35 sofort den Ausgang vom Servoverstärker (t2). Daher kann der Einfluß der Störung auf das Kraftwerk infolge der Sättigung des Servoverstärkers des Systems A im Vergleich zum in Fig. 3 dargestellten herkömmlichen Fall verringert sein. Wenn der Servoverstärker des Systems B im oben beschriebenen Zustand gesättigt ist, also in einem bei t3 auftretenden Fall, gibt die Steuerung des normal funktionierenden Systems C ihre Ausgabe über den Steuerungsschalter 38 in den Unterverstärker 39 ein. Weiterhin wird die Ausgabe vom Unterverstärker 39 zum System A übertragen, das ein System mit der normal funktionierenden Servospule ist (wenngleich die Ausgabe in diesem Zustand zum System A oder B übertragen werden kann, wird angenommen, daß die Ausgabe zum System A erfolgt). Daher kompensiert der elektrische Strom der Servospule des Systems A den elektrischen Sättigungsstrom des Systems B sowie den elektrischen Strom der Servospule des Systems C, wenn der Servoverstärker des Systems B gesättigt ist. Folglich kann das Fortsetzen des Betriebs sicher ermöglicht werden.
Wenn die Servospulen der beiden Systeme getrennt sind, wird die Ausgabe vom Unterverstärker zur Ausgabe zur Servospule des weiteren normal funktionierenden Systems ausgewählt. Folglich wird die Ausgabe, mit der das Drehmoment der beiden Spulen von einer Servospule erhalten werden kann, vorgenommen, wodurch das Fortsetzen des Betriebs ermöglicht wird.
Eine weitere Ausführungsform wird nun mit Bezug auf Fig. 7 beschrieben. Diese Ausführungsform ist so angeordnet, daß der Unterverstärker, der dem oben beschriebenen Unterverstärker entspricht, durch einen Verstärkereingangsschalter 41 ersetzt ist, der den Steuerbefehlswert 20 der normal funktionierenden Steuerung auswählt. Weiterhin ist der Servoverstärker gemäß dieser Ausführungsform mit einem Verstärkungsschalter 42 versehen, der dazu dient, zwischen der normalen Verstärkung (der Verstärkung bei einer Spule) und einer Zwei-Spulen-Verstärkung, die den elektrischen Spulenstrom erzeugt, der einem von zwei Spulen erzeugten Strom entspricht, umzuschalten, um das Kraftwerk mit einer Spule zu betreiben. Der Servoverstärker ist weiter mit einem Verstärkerausgangsschalter 43 versehen, um einen Auswahlvorgang vorzunehmen, um die Ausgabe des Servoverstärkers einer normal funktionierenden Spule zuzuführen.
Der Servoverstärker ist für jedes der Systeme A, B und C vorgesehen. Die Eingabe wird zu diesem Zeitpunkt so ausgeführt, daß der Eingang der normal funktionierenden Steuerung durch den Eingangsschalter 41 ausgewählt wird. Als nächstes wird ein Ablauf der im Verstärker des Systems A vorgenommenen Eingabe mit Bezug auf Fig. 8 beschrieben.
Der Verstärker des Systems A wählt die Steuerung des Systems A aus. Wenn die Steuerung des Systems A gestört ist, wird aufeinanderfolgend bestimmt, ob die Steuerung des Systems B und diejenige des Systems C normal funktionieren oder nicht. Folglich wird die Eingabe der normal funktionierenden Steuerung vom Verstärkereingangsschalter 41 ausgewählt. Der Verstärker des Systems B empfängt in ähnlicher Weise den Steuerbefehlswert 20 der normal funktionierenden Steuerung, nachdem aufeinanderfolgend die Bestimmungen hinsichtlich der Systeme < B> , < C> und < A> ausgeführt worden sind. Auch der Verstärker des Systems C empfängt in ähnlicher Weise den Steuerbefehlswert 20 der normal funktionierenden Steuerung, nachdem die Bestimmungen hinsichtlich der Systeme < C> , < A> und < B> ausgeführt worden sind.
Folglich wird der Steuerbefehlswert 20 der normal funktionierenden Steuerung durch die Wirkung des Schalters 41 von jedem der Servoverstärker empfangen.
Die oben beschriebenen Auswahlen werden entsprechend dem in Fig. 8 dargestellten Flußdiagramm und Software durch die Wirkung des Schalters 41 ausgeführt.
Als nächstes wird die Arbeitsweise des Verstärkungsschalters 42 und diejenige des Verstärkerausgangsschalters 43 mit Bezug auf ein Flußdiagramm beschrieben, in dem die Ausgabe vom Verstärker des Systems A veranschaulicht ist, wie in Fig. 9 dargestellt ist.
Wenn der Verstärker des Systems A gestört ist, wird seine Ausgabe vom Ausgangstrennschalter 35 getrennt. Wenn der oben beschriebene Verstärker normal funktioniert, wird der Zustand von jeder der Spulen A, B und C und derjenige des Verstärkers bestimmt, um die Spule zu bestimmen, der die Ausgabe des oben beschriebenen Verstärkers zugeführt wird. Wenn jedoch zwei der drei Spulen A, B und C gestört sind, ist es erforderlich, der weiteren Spule das Drehmoment für die zwei Spulen zu geben. Daher wird dann als Verstärkung eine Verstärkung für zwei Spulen ausgewählt. In ähnlicher Weise wird der Verstärkerausgangsschalter 43 betätigt, um entsprechend dem Zustand von jedem der Verstärker A, B und C zu veranlassen, daß der normal funktionierende Verstärker an Stelle des gestörten Verstärkers ausgibt.
Wenn beispielsweise die Spule des Systems A normal funktioniert und die Spulen der Systeme B und C gestört sind, wird die Verstärkung für zwei Spulen durch den Verstärkungsschalter 42 ausgewählt, um zu veranlassen, daß das Kraftwerk lediglich durch die Spule des Systems A normal betrieben wird. Weiterhin wird die Ausgabe zur Spule des Systems A durch den Ausgangsschalter 43 des Verstärkers des Systems A vorgenommen.
Wenn die beiden Spulen der Systeme B und C oder eine der beiden im oben beschriebenen Zustand normal funktioniert, wird eine Verstärkung für eine Spule durch den Verstärkungs schalter 42 ausgewählt, so daß eine Ausgabe zur Spule des Systems A durch den Verstärkerausgangsschalter 43 vorgenommen wird. Nachfolgend werden die Verstärker der Systeme B und C in ähnlicher Weise betrieben.
Die oben beschriebene Auswahl wird entsprechend dem in Fig. 9 dargestellten Flußdiagramm und Software durch den Schalter 43 ausgeführt.
Wenngleich die Steuerung des Dreispulen-Servoventils entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben wurde, kann durch Vorsehen einer Ausgleichsschaltung eine ähnliche Steuerung bei Servoventilen ausgeführt werden, die vier oder mehr Spulen aufweisen.
Wie oben beschrieben wurde, kann das Dreispulen-Servoventil-Steuerverfahren mit einer Dreifach-Steuerung und Dreispulen-Servoventilen am Arbeitsende nach den beschriebenen Techniken so eingerichtet werden, daß Ausgaben von den Servospulen erhalten werden, die ausreichend groß sind, um das Kraftwerk selbst dann zu betreiben, wenn zwei Steuersysteme, beispielsweise die beiden Steuerungen, gestört sind oder wenn zwei Servospulen gestört sind.
Weiterhin können eine Turbinensteuervorrichtung und eine Vielzahl von Kraftwerken, die mit einer Dreispulen-Servoventil-Steuervorrichtung versehen sind, welche die beschriebenen Konzepte aufweist, in der Lage sein, den Betrieb fortzusetzen, während eine Störung verhindert wird. Daher kann die Verfügbarkeit im Vergleich zum herkömmlichen Betriebsverfahren erheblich verbessert sein.
Die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen können einfach durch Hinzufügen der oben beschriebenen Ausgleichsvorrichtung verwirklicht werden, so daß im Vergleich zur herkömmlichen Anordnung ein Anstieg der Gesamtkosten verhindert werden kann, während die Arbeitsfähigkeit im Vergleich dazu erheblich verbessert ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Steuern eines Dreispulen-Servoventils (6) mit einer Steuereinheit, die dreifach Steuersysteme (A, B, C) umfaßt, jedes Steuersystem die Komponenten enthaltend:

eine Steuerung (7, 8, 9), die ein Steuerbefehlssignal (20) zur Kontrolle mehrerer Betriebszustände eines Kraftwerkes in Übereinstimmung mit einem jeweils vorbestimmten Wert ausgibt,

einen Servoverstärker (21, 22, 23) zum Verstärken des Steuerbefehlssignals (20), um das Dreispulen-Servoventil (6) betätigen zu können, und

eine Spule (26, 27, 28) zum Betätigen des Servoventils (6), um mehrere Betriebszustände auf das verstärkte Steuersignal abzustimmen, und

bei dem im Normalbetrieb alle drei Spulen (26, 27, 28) zusammen das Servoventil (6) betätigen;

die Vorrichtung umfaßt weiterhin:

Störungserkennungseinrichtungen (31), um Störungen eines Bauteils irgendeines der Steuersysteme (A, B, C) zu erkennen;

Trenneinrichtungen zum Abkoppeln des Ausgangs des gestörten Servoverstärkers oder der gestörten Steuerung von der Spule des dazugehörigen Steuersystems (A, B, C) als Antwort auf das Erkennen einer Störung bei mindestens einem Servoverstärker (21, 22, 23) oder mindestens einer Steuerung (7, 8, 9);

und ist dadurch gekennzeichnet, daß

bei Ausgleichseinrichtungen, die in Reaktion auf die Störungserkennungseinrichtungen betätigbar sind und einen Schaltkreis (38, 40; 41, 43) zum Schalten von Verbindungen zwischen den Komponenten der Steuersysteme (A, B, C) enthalten;

der Schaltkreis wenigstens in dem Fall eine Verbindung zwischen mindestens einer normal funktionierenden Komponente eines gestörten Steuersystems und einer normal funktionierenden Komponente eines anderen Steuersystems schalten kann, in dem gestörte Komponenten in zwei der Steuersysteme erkannt wurden,

wobei die Ausgleichseinrichtung so betätigbar ist, daß

(a) im Falle zweier als gestört erkannter Spulen (26, 27, 28) das Steuersignal entsprechend der übrigen normal funktionierenden Spule eingestellt wird, um eine normale Funktion des Servoventils (6) zu ermöglichen, und

(b) im Falle zweier als gestört erkannter Servoverstärker (21, 22, 23) der übrige normale Servoverstärker oder ein Unter-Servoverstärker (39) so verbunden werden, daß diese zusätzlich die normal funktionierende Spule (26, 27, 28) des Steuersystems (A, B, C) in dem der Servoverstärker (21, 22, 23) gestört ist, betätigen, oder eine einzige normal funktionierende Spule (26, 27, 28) mit einem erhöhten Steuersignal betätigen.

2. Vorrichtung zur Kontrolle der Kraftstoff-Durchflußrate, enthaltend:

ein Dreispulen-Servoventil (6) für eine Gasturbine (4);

eine Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Steuerung des Servoventils (6);

einen Drehmomentmotor (29), der so angeordnet ist, daß er durch die Spulen (26, 27, 28) betätigt wird;

einen Stellantrieb (24), der so angeordnet ist, daß er vom Drehmomentmotor (29) betätigt wird; und

ein Steuerventil für die Treibstoffdurchflußrate, das so angeordnet ist, daß es vom Stellantrieb 24 geöffnet/geschlossen wird;

mehrere Betriebszustände, die dem Öffnungsgrad des Steuerventils für die Treibstoffdurchflußrate entsprechen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Ausgleichseinrichtung einen Unter-Servoverstärker (39) enthält und der Schaltkreis so betätigbar ist, daß dieser als Antwort auf das Erkennen einer Störung im Servoverstärker (21, 22, 23) aus einem der Steuersysteme (A, B, C) die normale Steue rung (7, 8, 9) des Steuersystems (A, B, C) mit dem Unter-Servoverstärker (39) verbindet und den Unter-Servoverstärker (39) mit der normal funktionierenden Spule aus einem der Kontrollsysteme (A, B, C) verbindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Ausgleichseinrichtung Mittel (42) enthält, um die Verstärkung des Servoverstärkers (21, 22, 23) aus einem übrigen normal funktionierenden Steuersystems (A, B, C), als Antwort auf das Erkennen einer Störung in und das Trennen von einem anderen der Steuersysteme (A, B, C), zu erhöhen.

5. Verfahren zum Steuern eines Dreispulen-Servoventils (6) mit einer Steuereinheit, die dreifach Steuersysteme (A, B, C) umfaßt, jedes Steuersystem die Komponenten enthaltend:

das Verfahren umfaßt weiterhin:

das Erkennen einer Störung eines Bauteils irgendeines der Steuersysteme (A, B, C);

das Abkoppeln des Ausgangs des gestörten Servoverstärkers oder der gestörten Steuerung von der Spule des dazugehörigen Steuersystems (A, B, C) als Antwort auf das Erkennen einer Störung bei mindestens einem Servoverstärker (21, 22, 23) oder mindestens einer Steuerung (7, 8, 9);

und ist dadurch gekennzeichnet, daß

es in Reaktion auf die Erkennung einer Störung in zwei der Steuersysteme diese kompensiert,

indem eine Verbindung zwischen mindestens einer normal funktionierenden Komponente eines gestörten Steuersystems und einer normal funktionierenden Komponente eines anderen Steuersystems geschaltet wird;

und dabei

(a) im Falle zweier als gestört erkannter Spulen (26, 27, 28) das Steuersignal entsprechend der, übrigen normal funktionierenden Spule eingestellt wird, um eine normale Funktion des Servoventils (6) zu ermöglichen, und

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem mehrere Betriebszustände dem Öffnungsgrad des Steuerventils für die Treibstoffdurchflußmenge entsprechen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Ausgleichen die Verstärkung eines der Steuerbefehlssignale durch einen Unter-Servoverstärker (39) einschließt.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Ausgleichen die Verstärkung eines der Steuerbefehlssignale durch Verändern der Verstärkungsleistung des Servoverstärkers (21, 22, 23) einschließt.