JP3581313B2 - シミュレーション機能を有する制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば蒸気タービン発電プラント、ガスタービン発電プラント、圧縮機プラントおよび風洞設備などの各種のプラントを制御し、かつシミュレートすることができるシミュレーション機能を有する制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、プラントの建設においては、制御対象となるプラントを先に建設し、その後に配線工事を含む計装工事が行われる。このため、プラントに接続された制御装置の調整は、プラントの建設工事の影響を受けるために調整期間を自由にとることができないという問題がある。また制御装置の調整には、プラントを運転する必要があるため、制御装置を調整するためのコストが多大になってしまうという問題がある。
【0003】
このような問題を解決するための手段として、プラントを模擬し、制御に必要な信号を発生するシミュレータが用いられる。この場合、シミュレータを使用するときには、制御装置とシミュレータとを、電気配線によって接続し、実際にプラントを制御するときには、また制御装置とプラントとを電気配線によって接続する必要があるため、電気配線をつなぎ変えなければならないという問題がある。
【0004】
このようなシミュレータに関する問題を解決するために、シミュレータをコンピュータによって実現し、前記伝送路のラインの接続状態の切換えをなくした技術が多く用いられており、このような従来の技術は、たとえば特開平11−324610号公報に示されている。
【0005】
この従来の技術では、制御部と、シミュレーション部と、2つの切換手段とを備えるシミュレーション機能を有する制御装置が開示される。前記制御部は、タービン速度、弁開度および負荷などの外部入力から、所定の制御演算を行い、その演算結果としてプラントへの制御指令を出力する。また前記シミュレーション部は、制御部から入力した制御指令に応答して、実プラントを模擬したプラント模擬状態信号を出力する。
【0006】
制御装置は、プラントの通常運転時には、一方の切換手段によって、外部入力を制御部に入力させ、他方の切換手段によって、制御部から出力される制御指令をプラントへ入力させる。またシミュレーション時には、一方の切換手段によって、シミュレーション部の出力を制御部へ入力させ、他方の切換手段によって、制御部から出力される制御指令をシミュレーション部へ入力させる。このようにして上記の制御装置は、実運転時とシミュレーション時とを切換えるにあたって、ラインをつなぎ変えることなしに、制御部に対するプラントとシミュレーション部との接続状態を切換えることができるように構成されている。
【0007】
上記の特開平11−324610号公報に開示されるようなシミュレータの利用方法としては、単に制御装置の調整に留まらず、プラントの異常時の原因追求、オペレータのトレーニング、さらにはプラントの起動前の動作確認などの各種の用途があるが、各用途に応じて制御装置に要求される条件が異なり、たとえばシミュレータによってプラントの設備全体の動作を模擬するのではなく、プラント中の実際の機器の一部を使用して、実機とシミュレータとを組み合わせた状態で、そのプラントの機能を模擬することができないという問題がある。
【0008】
また上記の制御装置は、自動化の進展に伴って構成が複雑化する傾向がある。このような自動化の進展は、正常な運転のときには、オペレータの負担を軽減することにはなるが、逆にプラントに異常が発生したときには、オペレータはプラントのみならず、自動化した制御装置の動作を理解していなければ、前記異常に対して対処することができず、かえってオペレータへの負担を増大することになる。このような異常の発生は、制御装置とプラントとを組み合わせた構成では、実際の通常時のプラントの運転となるため、現実にはプラントを運転してから、前記異常が判明することになり、したがってこのような設備構成を有するプラントに対して、運転前に異常を検知することができないという問題がある。
【0009】
図7は、典型的な従来の技術のシミュレーション機能を有する制御装置1を示すブロック図である。このシミュレーション機能を有する制御装置1(以下、制御装置1と記す)が制御対象とするプラント2は、複数のアクチュエータ3,4と、各アクチュエータ3,4の動作量を電気信号に変換する検出器5,6と、プラント設備を構成するプラント機器7とを有する。前記アクチュエータ3,4は、入力した制御指令に対して動作量を変化させ、その結果としてプラント機器7の各種の設備を制御指令に応じた状態にするための作動装置であって、たとえば電磁弁、電動モータ、駆動装置およびそれらの制御機器などによって実現される。
【0010】
前記制御装置1は、プラント2の動作を模擬するシミュレータ部8と、プラント2の制御を行う制御部9と、制御部9およびシミュレータ部8間で信号の伝送路を構成する接続部10とを含む。シミュレータ部8は、制御部9から出力された信号を接続部10を経由して受信し、その信号に応じたアクチュエータ3,4および検出器5,6の動作を模擬し、アクチュエータ3,4の動作量に相当する信号を出力するアクチュエータモデル11,12と、アクチュエータ3,4からの信号に応じたプラント機器7の動作を模擬するプラントモデル13とによって構成される。
【0011】
前記制御部9は、プラント2からラインL1〜L5を経由して伝送される信号と、シミュレータ部8からラインL6〜L10を経由して伝送される信号とを切換える第1切換手段14と、第1切換手段14からの信号に応答してプラント2の制御のための演算を行う演算指令部15と、演算指令部15の出力をプラント2およびシミュレータ部8のいずれか一方に切換える第2切換手段16とを有する。接続部10は、シミュレータ部8から制御部9へ、およびその逆方向に制御部9からシミュレータ部8へ信号を伝送することができるように構成され、たとえばLAN(Local Area Network)などによって実現される。
【0012】
このような従来の制御装置1において、前記制御部9の第1および第2切換手段14,16は、相互に連動して動作し、実際にプラント2を制御するときには、プラント2に接続する側、すなわちラインL1〜L5およびL11,L12側に導通するように切換えられ、シミュレータ部8で模擬するときには、シミュレータ部8に接続する側、すなわちラインL6〜L10およびL13,L14に導通する側に切換えられる。このようにして演算指令部15およびプラント2間が接続された状態と、演算指令部15およびシミュレータ部8間が接続された状態とを、選択的に切換えることができるように構成されている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の技術では、実際にプラント2を制御する場合には、演算指令部15とプラント2とを接続し、シミュレーションによる模擬動作を選択する場合には、演算指令部15とシミュレータ部8とを接続する。このような構成では、実機の各アクチュエータ3,4の動作状態は確認することができないとともに、前記演算指令部15に対するプラント2とシミュレータ部8との切換えは、一括して行われることになり、制御部9は、プラント2側へ接続するか、シミュレータ部8側へ接続するかのいずれか一方だけが選択される二者択一となり、プラント2の複数のアクチュエータ3,4の中から任意に選択して、希望するアクチュエータについてだけシミュレーションを行うことができず、選択上の自由度が低いという問題がある。
【0014】
また第1および第2切換手段14,16は、プラント2からシミュレータ部8への切換え、およびその逆方向のシミュレータ部8からプラント2への切換えを、自由に行うことができ、したがって実際の制御状態からシミュレーション状態への切換え、およびシミュレーション状態から実際の制御状態への切換えが可能であるが、実際にプラント2が運転されている途中であっても前記切換えが可能であるため、安全性に劣るという問題がある。
【0015】
本発明の目的は、プラントを構成するプラント機器のうち、複数のアクチュエータおよびアクチュエータの動作量を検出するアクチュエータ検出器だけを実機として取り込み、複数のアクチュエータから任意に選択し、プラントの運転中に制御状態からシミュレーション状態への切換えを阻止して安全性が向上されたシミュレーションを行うことができるシミュレーション機能を有する制御装置を提供することである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の本発明は、プラント機器を操作するための複数のアクチュエータと、各アクチュエータの動作量を検出するアクチュエータ検出器とが設けられるプラントの運転を制御し、かつプラントの運転と、このプラントの運転状態を模擬したシミュレーション状態とを選択的に切換えるシミュレーション機能を有する制御装置において、
各アクチュエータの運動量、およびプラントの状態に応答して、プラントの各アクチュエータに制御指令を出力して、各アクチュエータを動作させる演算指令部と、
アクチュエータ検出器からの検出信号に応答して、プラントを模擬した状態を表すプラント状態模擬信号を出力するプラントモデル部を持つシミュレータ部と、
プラントの状態を検出した信号、あるいはシミュレータ部から出力されたプラント状態模擬信号のいずれか一方を、演算指令部に選択的に導く切換手段と、
プラントが運転状態にあるか否かを判断し、プラントが運転状態にあると判断したとき、前記切換手段のシミュレータ部側への切換え動作を阻止する選択判定手段とを含み、
前記シミュレータ部は、アクチュエータへの制御指令からアクチュエータの動作量を模擬した信号を出力するアクチュエータモデルと、各アクチュエータ検出器からの検出信号とアクチュエータモデルからの出力信号のいずれか一方をプラントモデル部に選択的に出力する第2の切換手段を有し、
前記プラントの状態を検出した信号、あるいはシミュレータ部から出力されたプラント状態模擬信号のいずれか一方を演算指令部に選択的に導く切換手段は、前記シミュレータ部の第2の切換手段に連動して、アクチュエータ検出器からの検出信号と、それを模擬したアクチュエータ検出器からの出力信号とのいずれか一方を選択して、演算指令部に出力し、
各アクチュエータ毎にプラントとシミュレータ部とを個別に切換えて、シミュレーションを行うことを特徴とするシミュレーション機能を有する制御装置である。
【0020】
本発明に従えば、制御対象となるプラントは、プラント機器と、プラント機器を操作するための複数のアクチュエータと、各アクチュエータの動作量を検出するアクチュエータ検出器とを備える。制御装置は、プラントの運転を制御し、かつプラントの運転と、このプラントの運転状態を模擬したシミュレーション状態とを選択的に切換えることができるように構成される。演算指令部は、入力した各アクチュエータの動作量およびプラントの状態に応答して、プラントの各アクチュエータの動作を制御する。またプラントモデル部は、前記アクチュエータ検出器からの検出信号に応答して、プラントを模擬した状態を表す信号を出力する。切換手段は、プラントの状態を検出した信号、あるいはシミュレータ部から出力されたプラント状態模擬信号のいずれか一方を演算指令部に選択的に導く。この切換手段によってプラントの状態を検出した信号が選択されたときには、演算指令部は、各アクチュエータ検出器の検出信号とプラントの状態を検出した信号とに基づいて、各アクチュエータの動作を操作し、プラント機器を制御する。また切換手段によってプラント状態模擬信号が選択されたときには、演算指令部は、各アクチュエータ検出器の検出信号とプラント状態模擬信号とに基づいて、各アクチュエータの動作を操作し、プラント機器を制御する。
【0021】
このようにして、プラントに設けられている実機の各アクチュエータの制御指令に応答した動作をプラントモデル部に取り込んでシミュレートすることができるので、プラント機器のうちプラントに設けられる複数のアクチュエータだけを実機としてシミュレーションを行うことができ、各アクチュエータの作動不良および調整などの動作状態を、実機のプラント機器を稼動させずに確認することができる。
また、選択判定手段によって、プラントが実際に運転されているときには、前記切換手段のプラントモデル側への切換えが阻止されるので、プラントが実際に運転されているにも拘らず、シミュレーション状態に切換えられてしまうという不具合が防がれ、安全性が向上される。
【0023】
また第2の切換手段は、アクチュエータの動作量として、アクチュエータ検出部からの検出信号とアクチュエータの動作量を模擬した信号とを個別に切換えて、前記演算指令部に選択的に導くことができるので、複数のアクチュエータを任意に選択して、作動不良および調整などの動作を確認することができる。
【0026】
請求項2記載の本発明は、前記プラントは、蒸気タービン、圧縮機、ガスタービンおよび風洞のうちの1つであることを特徴とする。
【0027】
本発明に従えば、前記プラントは蒸気タービン、圧縮機、ガスタービンおよび風洞のうちの1つであり、これらのプラントの設備に応じてシミュレートすることができ、広く産業上の利用性を達成することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の一形態が前提とする構成を示すシミュレーション機能を有する制御装置21のブロック図である。本実施の形態の制御装置21は、プラント機器22と、このプラント機器22の運転状態を変化させるための複数のアクチュエータ23,24と、各アクチュエータ23,24の動作量を検出するアクチュエータ検出器25,26とが設けられるプラント27の運転状態と、そのプラント27の運転状態を模擬したシミュレーション状態とを選択的に切換えることができるように構成される。
【0029】
前記制御装置21は、各アクチュエータ23,24の動作量、およびプラント機器22の運転状態に応答して、プラント27の各アクチュエータ23,24の動作を制御する制御部28と、各アクチュエータ検出器25,26からの検出信号に応答して、プラント27を模擬した状態を表す信号を出力するプラントモデル部29とを有する。前記制御部28には、プラント27の各アクチュエータ23,24に前記制御信号を出力する演算指令部30と、この演算指令部30に、プラントの状態を検出した信号L29〜L31あるいはプラントモデル部29から出力されるプラントの状態を模擬した信号L32〜L34のいずれか一方を選択的に導く切換手段31とが設けられる。
【0030】
前記制御部28は、プラント27が運転状態にあるか否かを判断する選択判定手段32を含み、この選択判定手段32は、プラント27が運転状態にあると判断したとき、前記切換手段31のプラントモデル部29側への切換え動作を阻止することができるように構成される。
【0031】
演算指令部30からの制御信号は、ラインL21,L22を経由して、直接、プラント27のアクチュエータ23,24に伝送される。各アクチュエータ23,24の操作量に相当する信号がアクチュエータ検出器25,26からラインL23,L24を経由して、制御部28に伝送される。この信号は、制御部28の演算指令部30に伝達されるとともに、分岐してラインL23a,L24aを経由して、シミュレータ部33に伝達される。前記分岐したラインL23a,L24aは、前記接続部34に含まれる。この接続部34は、たとえばバスラインなどによって実現されてもよい。
【0032】
切換手段31は、選択判定手段32からラインL25を経由して伝達される実機か模擬かを示す選択信号に応答して、スイッチング態様を切換えるように構成され、選択信号が「実機」を選択しているときには、各共通接点35がプラント27側の個別接点36に接続するように切換えられ、選択信号が「シミュレータ」を選択してシミュレータ部33で模擬するときには、各共通接点35がシミュレータ部33側の各個別接点37にそれぞれ接続するように切換えられる。
【0033】
このような切換によって、演算指令部30およびプラント27がラインL21〜L24,L29〜L31によって接続された制御状態と、演算指令部30およびシミュレータ部33およびプラント27が、ラインL21〜L24,L23a,L24a,L32〜L34によって接続されたシミュレーション状態とを切換えることができる。
【0034】
選択手段38は、プラント27を選択するか、シミュレータ部33を選択するかを示す要求信号を出力し、出力された要求信号は、ラインL26を経由して、選択判定手段32に伝達される。
【0035】
選択判定手段32は、プラント27からラインL27,L28を経由して伝達される信号および選択手段38から伝達される要求信号を入力し、これらの入力した信号に応答して、選択信号を出力する。ここで、プラント27から伝達される信号は、プラント27に運転のためのエネルギが供給されていないことを示し、たとえば蒸気および空気などの作動流体の遮断弁全閉信号、発電機、電動機を電気系統から切り離す遮断器が解放されていることを示す信号などである。
【0036】
選択判定手段32では、選択手段38から伝達される要求信号によってシミュレータ部33を要求し、かつプラント27からの信号がプラント27へのエネルギの供給が遮断されている状態にあることを示しているときにのみ、シミュレータ部33を選択する信号を出力し、その他の状態、すなわち前記プラント27へのエネルギの供給が遮断されていない状態であることを示しているときには、実機のプラント27を選択する信号を出力する。
【0037】
本実施の形態の制御装置21では、演算指令部30の出力は、常時アクチュエータ23,24に導出されているため、切換手段31がシミュレータ部33を選択しているか、実機のプラント27を選択しているかに拘らず、動作している。またシミュレータ部33は、常時アクチュエータ23,24の動作に追従して、プラント27の状態を模擬している。このように切換手段31の動作によって、実機のアクチュエータ23,24を動作させながら、シミュレータ部33による模擬運転とプラント27による実機運転とを切換えることができる。
【0038】
さらに選択判定手段32では、プラント27にエネルギが供給されていないときにのみ、シミュレータ部33側への切換えを許容するので、プラント27が作動しているときには、必ず実機運転となり、安全性が向上される。
【0039】
このような模擬運転は、アクチュエータ23,24の異常を発見するために有効であるだけでなく、オペレータの操作訓練などの教育にも好適に用いることができる。この場合、各アクチュエータ23,24だけを動作させるのであるから、プラント27を運転するためのエネルギは不要であり、経済的であるとともに、異常が生じても、安全である。また通常のプラントでは、ポンプおよび圧縮機などの動力機器を除くと、大半がアクチュエータとなるため、アクチュエータに実機を使用することによって、実際に近い運転状態を模擬することができる。さらにアクチュエータ23,24は、プラント27の運転中に頻繁に動作するため、故障を起こす頻度が高く、アクチュエータ23,24だけの実機利用は,異常を検知する点から見て、極めて有益である。
【0040】
このような本実施の形態によれば、制御対象となるプラント27は、プラント機器22と、プラント機器22を操作するための複数のアクチュエータ23,24と、各アクチュエータ23,24の動作量を検出するアクチュエータ検出器25,26とを備える。制御装置21は、プラント27の運転を制御し、かつプラント27の運転と、このプラント27の運転状態を模擬したシミュレーション状態とを選択的に切換えることができるように構成され、演算指令部30は、アクチュエータ検出器25,26からのラインL23,L24を介する検出信号およびプラント22からのラインL29〜L31を介するプラントの状態の検出信号に応答して、プラント27の各アクチュエータ23,24の動作を制御する。またプラントモデル部29は、アクチュエータ検出器25,26からのラインL23,L24を分岐させたラインL23a,L24aからの検出信号に応答してプラント27を模擬した状態を表す信号を出力する。切換手段31は、プラントの状態を検出したラインL29〜L31の検出信号、あるいはプラント27の状態を模擬したラインL32〜L34の検出信号のいずれか一方を、演算指令部30に選択的に導く。
【0041】
このような切換手段31によってプラント27が選択されたときには、演算指令部30は、各アクチュエータ検出器25,26の検出信号とプラント27の状態の検出信号とに基づいて、各アクチュエータ23,24の動作を操作し、プラント機器22を制御する。また切換手段31によってシミュレータ部33が選択されたときには、演算指令部30は、各アクチュエータ検出器25,26のラインL23,L24から分岐したラインL23a,L24aを介するプラント27を模擬した状態を表す信号に基づいてアクチュエータ23,24を駆動する。
【0042】
このようにして、プラント27に設けられている実機の各アクチュエータ23,24の制御指令に応答した動作を、プラントモデル部29に取り込んでシミュレートすることができるので、プラント27に設けられる複数のアクチュエータ23,24だけを実機としてシミュレーションを行うことができ、各アクチュエータ23,24の作動不良および調整などの動作状態を、実機のプラント機器22を稼動させずに確認することができる。
【0043】
また選択判定手段32によって、プラント27が実際に運転されているときには、前記切換手段31のプラントモデル部29側への切換えが阻止されるので、プラント27が実際に運転されているにも拘らず、シミュレーション状態に切換えられてしまうという不具合が防がれ、安全性が向上される。
【0044】
図2は、本発明の実施の一形態を示すシミュレーション機能を有する制御装置21aのブロック図である。なお、前述の実施の形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。前述の実施の形態では、常に全てのアクチュエータ23,24が作動するが、たとえばアクチュエータが故障したとき、修理した後に機能確認したい場合などのように、特定のアクチュエータを作動させたくない場合、または特定のアクチュエータだけを作動させたい場合などの種々の要求があり、そのような要求を満足するために、本実施の形態の制御装置21aが好適に用いられる。
【0045】
シミュレータ部33には、各アクチュエータ23,24および各アクチュエータ検出器25,26の各アクチュエータモデル41,42と、各アクチュエータ23,24毎に個別に対応して、実機のアクチュエータ23,24およびアクチュエータ検出器25,26の各組と、各アクチュエータモデル41,42とのいずれか一方を選択するための切換手段43とが設けられる。この切換手段43は、複数の個別切換スイッチ44,45から成る。
【0046】
さらに各アクチュエータ23,24の動作量を検出する信号についても、実機とモデルとの選択が必要となるため、制御部28内の切換手段31によって各アクチュエータ23,24に付設する各アクチュエータ検出器25,26からラインL23,L24を経由して伝達される信号と、シミュレータ部33からラインL41,L42を経由して伝達される信号とを切換える。このような構成によって、切換手段43の各切換スイッチ44,45を、実機およびモデルのいずれか一方に切換えることによって、実機とシミュレータとの自由な組み合わせによるシミュレーションが可能となる。
【0047】
このような本実施の形態によれば、切換手段43は、各アクチュエータ検出器25,26の検出信号を個別に切換えて、前記演算指令部30とプラントモデル部29とに選択的に導くことができるので、複数のアクチュエータ23,24を任意に選択して、作動不良および調整などの動作を確認することができる。
【0048】
図3は、本発明の実施のさらに他の形態を示すシミュレーション機能を有する制御装置21bのブロック図である。本実施の形態のプラント27は、蒸気タービン発電プラントであり、蒸気タービン51、この蒸気タービン51に蒸気を導入する配管52、この配管52に付設され、配管52内の蒸気圧力を電気信号に変換して出力する圧力検出器53、蒸気タービン51に供給される蒸気を遮断するための遮断弁54、この遮断弁54の開閉状態を検出する遮断弁検出器55、蒸気タービン51に流入する蒸気の流量を調整するための流量調整弁56、流量調整弁56の開度を電気信号に変換して出力する弁開度検出器57、蒸気タービン51から流出する排気を外部へ導く排気ダクト58、蒸気タービン51によって回転駆動される発電機59、発電機59を外部の電力供給系統60から遮断するための遮断器61、蒸気タービン51の回転数を電気信号に変換して出力する回転数検出器62、発電機59の出力を電気信号に変換して出力する電力検出器63、および前記遮断器61が開いている状態、すなわち電力供給系統60から切り離されている状態を検出するための電力遮断検出器64を含む。
【0049】
この蒸気タービン発電プラント27は、配管52を経由して送られてくる蒸気によって蒸気タービン51を回転させ、その蒸気タービン51によって発電機59を回転駆動することによって発電する設備である。発電機59で発生した電力は、遮断器61を経由して、外部の電力供給系統60へ供給する。このプラント27においては、運転条件に応じて蒸気タービン51の回転数、発電機59の出力および蒸気圧力のいずれか1つが、設定された値となるように、流量調整弁56の開度を弁開度検出器57による検出値に基づいて調整するが、所要の弁開度を計算し、流量調整弁56の指令は、制御部28の演算指令部30からラインL51を経由して出力される。
【0050】
この蒸気タービン発電プラント27では、遮断弁54が全閉であり、かつ遮断器61が開のときには、外部からエネルギが供給されることはないので、選択判定手段32では、ラインL52を経由して伝送されてくる遮断弁54が全閉であることを示す信号と、ラインL53を経由して伝送されてくる遮断器61が開であることを示す信号との両方が成立したときにのみ、制御部28の切換手段31がシミュレータ部33側に接点が導通するように構成される。
【0051】
このプラント27には、アクチュエータとしては流量調整弁56が設けられ、そのアクチュエータモデル65は流量調整弁56の応答を模擬し、計算によって流量調整弁56の状態を示す信号を出力するシミュレータとして構成される。またプラントモデル部29は、前述の各プラント機器22を構成する前記蒸気タービン51および発電機59を含むプラント27の状態の応答を模擬する演算を行う部分であり、蒸気の各検出器53,62,63によって検出された各検出信号に相当する模擬信号を出力するシミュレータとして構成される。
【0052】
シミュレータ部33に設けられる切換手段66は、蒸気量を調整する流量調整弁56の実機およびアクチュエータモデル65のいずれを使用するかを選択するためのものである。すなわち切換手段66は、実機側個別接点67に共通接点68が接続されたときには、プラントモデル部29に実際の流量調整弁56の応答信号が入力されるため、プラントモデル部29は流量調整弁56に等価の応答信号を示すことになるが、実際には、遮断弁54によって蒸気は遮断されているため、蒸気タービン51を運転することにはならない。またこれとは逆に、切換手段66がシミュレータ側、すなわちモデル側個別接点69と共通接点68とが接続されたときには、プラントモデル部29にアクチュエータモデル65の応答信号が入力されるため、全てがシミュレータ部33によって模擬されることになる。
【0053】
図4は、本発明の実施のさらに他の形態を示すシミュレーション機能を有する制御装置21cのブロック図である。なお、前述の実施の各形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施の形態は、圧縮機プラント27に本発明の制御装置21cを適用した例である。この圧縮機プラント27は、内部へのガスの流入量を調整する可変静翼73を有する圧縮機74、圧縮機74の入口側の配管75、この配管75に設けられ配管75内の圧力を電気信号に変換して出力する圧力検出器76、配管75に設けられ配管75内のガスの温度を電気信号に変換して出力する温度検出器77、配管75に設けられ配管75内のガスの流量を電気信号に変換して出力する流量検出器78、圧縮機74の出口側の配管79、および出口側配管79に設けられ、この配管79内の圧力を電気信号に変換して出力する圧力検出器80を含む。
【0054】
入口側配管75と出口側配管79とは、サージ用圧力調整弁81を介して接続されており、サージ用圧力調整弁81が開くと、その開度に応じて出口側配管79の内部の流体を入口側配管75に還流させ、圧縮機74を通過する流量が増加する。圧縮機74は、電動機82によって駆動される。電動機82への電力は、外部の電力供給系統60から、電力を遮断するための遮断器61を経由して供給される。
【0055】
圧縮機プラント27では、入口側の配管75によって供給される流体を、電動機82によって駆動される圧縮機74によって昇圧して、出口側の配管79へ供給するのであるが、その際、出口側の配管79の圧力、すなわち圧力検出器80によって検出された圧力が、所定の値となるように、圧縮機74の内部に設けられる可変静翼73によって、圧縮機74を通過する流体の流量を調整する。すなわち、圧力検出器80によって検出した圧力に応じた所要の可変静翼角度を演算指令部30で演算し、その結果を可変静翼73の駆動手段83に伝達する。可変静翼駆動手段83は、ラインL22を経由して演算指令部30から伝送される信号に応答して、可変静翼73のピッチ角を変化させるとともに、翼角度検出器84によって、そのときの角度を制御部28の演算指令部30に伝達する。
【0056】
このような構成において、圧縮機74を運転するときには、流体の圧力に対して圧縮機74を通過する流量が少ないときには、圧縮機74の動作が不安定になるサージングと呼ばれる問題を引き起こす。このため、一部の流体を出口側の配管79から入口側の配管75へ還流させ、圧縮機74を通過する流体の流量を増加させて、安定した運転を継続させる。サージ用圧力調整弁81は、そのためのアクチュエータであり、演算指令部30では、入口側の配管75内の前記圧力検出器76によって検出される圧力、温度検出器77によって検出される温度、流量検出器78によって検出される流量、および出口側の配管79内の前記サージ用圧力検出器80によって検出される圧力から、所要の弁開度を演算し、サージ用圧力調整弁81を制御する。
【0057】
シミュレータ部33は、圧縮機プラント27を構成するプラント機器である圧縮機74の応答信号を演算するためのプラントモデル部29、アクチュエータとしての可変静翼駆動手段83および翼角度検出器84のシミュレータモデル86、サージ用圧力調整弁81およびその弁開度検出器85のシミュレータモデル87を含む。
【0058】
制御部28の切換手段31によるシミュレータ部33への選択は、圧縮機74を駆動する電動機82の遮断器61が開となっていることが条件となるため、遮断器61が開状態であることを検出する検出器64から出力される信号によって、遮断器61が開状態のときのみ、切換えを許容する。その他のアクチュエータの切換えについては、前述の実施の各形態と同様である。
【0059】
図5は、本発明の実施のさらに他の形態を示すシミュレーション機能を有する制御装置21dのブロック図である。なお、前述の実施の形態と対応する部分には、同一の参照符号を付す。本実施の形態のプラント27は、ガスタービン発電プラントであり、ガスタービン91、ガスタービン91によって駆動される発電機92、発電機92によって発生した電力が給電される外部の電力供給系統60、および発電機92と電力供給系統60との間を遮断するための遮断器61を含む。
【0060】
ガスタービン91に供給される燃料は、配管93から遮断弁94および流量調整弁95を経由して、ガスタービン91に供給される。遮断弁94には、全閉であることを検出するための遮断弁検出器96が設けられ、流量調整弁95には、弁開度を電気信号に変換して出力する弁開度検出器97が設けられ、前記遮断器61には、開であること、すなわち電気的に遮断状態であることを検出する電力遮断検出器64が設けられる。
【0061】
さらにガスタービン91の制御のための検出器として、燃料を燃焼させた後のガスの温度を検出する温度検出器98、ガスタービン91の回転数を検出して電気信号に変換して出力する回転数検出器99、および発電機92の発生電力を電気信号に変換して出力する電力検出器100が設けられる。ガスタービン91は、運転状況に応じて、ガス温度、回転数および電力の各制御を選択し、その結果に応じて流量調整弁95を駆動し、燃料の流量を調整することによって制御される。
【0062】
上記のような構成を有する制御装置21dにおいて、遮断器61が開であり、かつ遮断弁94が全閉のときには、ガスタービン91が運転されることはないので、それらの条件に検出器96,97による検出結果がみたされているときにのみ、シミュレータ部33への切換えが可能となるように、選択判定手段32が構成されている。また前記シミュレータ部33には、ガスタービン発電プラント27内にアクチュエータとして設けられる前記流量調整弁95およびその弁開度検出器97を模擬するためにアクチュエータモデル101が設けられ、切換手段66によって実際のアクチュエータである流量調整弁95と、この流量調整弁95を模擬したアクチュエータモデル101とを選択的に切換えてプラントモデル部29へ接続することができる。
【0063】
図6は、本発明の実施のさらに他の形態を示すシミュレーション機能を有する制御装置21eのブロック図である。なお、前述の実施の各形態と対応する部分には、同一の参照符号を付す。本実施の形態のプラント27は、吹出し式風洞であって、高圧の空気を貯蔵する貯気槽112、貯気槽112に貯留されている空気を遮断するための遮断弁113、および風洞本体114を含む。遮断弁113には、その遮断弁113が全閉であることを検出するための遮断弁検出器115が設けられる。
【0064】
風洞本体114は、高圧空気を所定の圧力に整定させる集合胴116、高圧空気を加速させ、所要の速度を得るための可変ノズル117、風洞試験を行うための測定部118、および高速の気流を減速させるためのスロート119を含む。
【0065】
前記集合胴116の内部には、空気流量を調整するための流量調整弁120および集合胴116における空気圧力を検出する圧力検出器121が設けられる。可変ノズル117は、左右または上下に設けられる可撓性を有する壁(図示せず)をノズル駆動手段122によって変形させることによって、所定の形状を得ることができるように構成される。ノズル駆動手段122は、演算指令部30からラインL62を経由して伝達される指令信号に応じて、ノズルの形状を調整することができるように構成され、その結果をノズルマッハ数、すなわちノズルが適合する気流のマッハ数として、ラインL73を経由して出力する。
【0066】
前記測定部118には、模型支持装置123が設置され、測定対象となる模型を測定部内で支持するとともにね模型支持装置123に設けられる複数のアクチュエータ124〜126によって、高速気流中での模型の位置および姿勢を制御することができるように構成される。各アクチュエータ124〜126には、その位置を検出する位置検出器128〜130が設けられ、それぞれの位置を電気信号に変換して出力する。
【0067】
前記スロート119は、左右の壁を移動させて、通路断面積を変化させるように構成され、風洞設備の試験条件に応じて開口面積を調整することができ、アクチュエータ127によって駆動される。このアクチュエータ127には、位置検出器131が設けられ、位置を電気信号に変換して出力する。
【0068】
前記演算指令部30では、集合胴116の圧力、すなわち圧力検出器121によって検出された圧力が所定の値となるように、流量調整弁120の開度を調整する。またノズル駆動手段122へ指令を出力して、可変ノズル117を所定の形状に変化させる。さらに模型支持装置123に設けられる各アクチュエータ124〜126に指令を出力し、模型の位置および姿勢を制御する。さらにスロート119に設けられるアクチュエータ127に指令を出力し、スロート119の開口面積を所定の値に制御する。
【0069】
上記の吹出し式風洞プラント27では、アクチュエータとして流量調整弁120、ノズル駆動手段122、模型支持装置123に設けられるアクチュエータ124〜126およびスロート119に設けられるアクチュエータ127が具備され、それぞれに対応してアクチュエータモデル133〜138がシミュレータ部33に設けられ、シミュレータ部33側の切換手段43によって実機のアクチュエータ124〜127または各アクチュエータモデル133〜138を個別に選択して、実制御状態とシミュレーション状態とを切換えることができる。
【0070】
さらに制御部28の切換手段31によるシミュレータ部33への切換えは、遮断弁113が全開のときにのみ可能とし、シミュレータ部33が選択されているときに、高圧の気流が風洞本体114内に供給されることを防止している。
【0071】
上記の実施の各形態ように、シミュレータ部33を利用する方法として、シミュレータ部33を制御装置21,21a〜21eの一部として組み込むとともに、制御装置21,21a〜21eによって制御される弁などのアクチュエータは、実際の機器を使用し、そのアクチュエータによって制御される作動系統の処理後の応答を模擬装置によって演算すれば、蒸気タービン、圧縮機、ガスタービンおよび風洞などの各種のプラント27に対して、起動前にアクチュエータだけは実際の機器を使用して、模擬運転することができ、汎用性ないしは高い産業上の利用性を達成することができる。
【0072】
【発明の効果】
請求項1記載の本発明によれば、プラントに設けられている実機の各アクチュエータの制御指令に応答した動作を、プラントモデル部に取り込んでシミュレートすることができるので、プラントに設けられる複数のアクチュエータだけを実機としてシミュレーションを行うことができ、各アクチュエータの作動不良および調整などの動作状態を、実機のプラント機器を稼動させずに確認することができる。
また、選択判定手段によって、プラントが実際に運転されているときには、前記切換手段のプラントモデル部側への切換えが阻止されるので、プラントが実際に運転されているにも拘らず、シミュレーション状態に切換えられてしまうという不具合が防がれ、安全性が向上される。
【0073】
また第2の切換手段によって各アクチュエータ検出器の検出信号を個別に切換えて、前記演算指令部とプラントモデル部とに選択的に導くことができるので、複数のアクチュエータを任意に選択して、作動不良および調整などの動作を確認することができる。
【0075】
請求項2記載の本発明によれば、前記プラントは蒸気タービン、圧縮機、ガスタービンおよび風洞のうちの1つであり、これらのプラントの設備に応じてシミュレートすることができ、広く産業上の利用性を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態が前提とする構成を示すシミュレーション機能を有する制御装置21のブロック図である。
【図2】本発明の実施の一形態を示すシミュレーション機能を有する制御装置21aのブロック図である。
【図3】本発明の実施のさらに他の形態を示すシミュレーション機能を有する制御装置21bのブロック図である。
【図4】本発明の実施のさらに他の形態を示すシミュレーション機能を有する制御装置21cのブロック図である。
【図5】本発明の実施のさらに他の形態を示すシミュレーション機能を有する制御装置21dのブロック図である。
【図6】本発明の実施のさらに他の形態を示すシミュレーション機能を有する制御装置21eのブロック図である。
【図7】典型的な従来の技術のシミュレーション機能を有する制御装置1を示すブロック図である。
【符号の説明】
21,21a〜21e 制御装置
22 プランと機器
23,24;124〜127 アクチュエータ
25,26 アクチュエータ検出器
27 プラント
28 制御部
29 プラントモデル部
30 演算指令部
31 制御部28の切換手段
32 選択判定手段
33 シミュレータ部
38 選択手段
41,42 アクチュエータモデル
43 シミュレータ部33の切換手段
51 蒸気タービン
73 可変静翼
91 ガスタービン
114 風洞本体
Claims (2)
- プラント機器を操作するための複数のアクチュエータと、各アクチュエータの動作量を検出するアクチュエータ検出器とが設けられるプラントの運転を制御し、かつプラントの運転と、このプラントの運転状態を模擬したシミュレーション状態とを選択的に切換えるシミュレーション機能を有する制御装置において、
各アクチュエータの運動量、およびプラントの状態に応答して、プラントの各アクチュエータに制御指令を出力して、各アクチュエータを動作させる演算指令部と、
アクチュエータ検出器からの検出信号に応答して、プラントを模擬した状態を表すプラント状態模擬信号を出力するプラントモデル部を持つシミュレータ部と、
プラントの状態を検出した信号、あるいはシミュレータ部から出力されたプラント状態模擬信号のいずれか一方を、演算指令部に選択的に導く切換手段と、
プラントが運転状態にあるか否かを判断し、プラントが運転状態にあると判断したとき、前記切換手段のシミュレータ部側への切換え動作を阻止する選択判定手段とを含み、
前記シミュレータ部は、アクチュエータへの制御指令からアクチュエータの動作量を模擬した信号を出力するアクチュエータモデルと、各アクチュエータ検出器からの検出信号とアクチュエータモデルからの出力信号のいずれか一方をプラントモデル部に選択的に出力する第2の切換手段を有し、
前記プラントの状態を検出した信号、あるいはシミュレータ部から出力されたプラント状態模擬信号のいずれか一方を演算指令部に選択的に導く切換手段は、前記シミュレータ部の第2の切換手段に連動して、アクチュエータ検出器からの検出信号と、それを模擬したアクチュエータ検出器からの出力信号とのいずれか一方を選択して、演算指令部に出力し、
各アクチュエータ毎にプラントとシミュレータ部とを個別に切換えて、シミュレーションを行うことを特徴とするシミュレーション機能を有する制御装置。 - 前記プラントは、蒸気タービン、圧縮機、ガスタービンおよび風洞のうちの1つであることを特徴とする請求項1記載のシミュレーション機能を有する制御装置。
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