JP6383310B2 - 燃焼制御装置および燃焼システム - Google Patents
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Description
ここで、上記異常検出素子とは、監視対象の状態に応じて2つの接点間の短絡および開放の何れかの状態をとる構造を有するものであり、例えば、インターロックやリミットと一般に呼ばれているものである。上記インターロックとしては、例えば、燃焼用空気の供給の有無を監視するエアー圧力下限インターロックや、燃料の供給状態を監視するガス圧力上限インターロックおよびガス圧力下限インターロック等が知られている。
例えば、プラント等における鉄鋼炉のような大型の燃焼炉を備えた燃焼システムでは、夫々のインターロックと燃焼制御装置とを接続する配線が数百メートルにも及ぶ場合があり、上記配線の寄生インピーダンス成分の増大により、配線に近接した動力源やインバータ等からの強いノイズの影響を受け易い。また、上記配線は、複数本束ねられて敷設される場合が多いため、一つの配線にパルス信号が伝搬すると、そのパルス信号が他の配線に誘導し、それがノイズ成分となるおそれがある。このようなノイズが上記配線に伝搬した場合に、従来のインターロックの判定手法では、十分な判定精度が得られるとは言い難い。
図1は、本実施の形態に係る燃焼制御装置を備えた燃焼システムの構成を示す図である。
同図に示される燃焼システム500は、バーナによって燃焼室内を燃焼させるシステムである。燃焼システム500としては、脱臭炉および加熱炉等の小型の工業用燃焼炉や、プラント等における鉄鋼炉等の大型の工業用燃焼炉を例示することができる。
具体的に、燃焼システム500は、燃焼装置4と、燃料流路2と、空気流路3と、コントローラ5と、異常検出素子としての過昇温リミット6およびインターロック7〜9と、燃焼制御装置1とを備えている。
燃焼制御装置1は、燃焼室40内のバーナによる燃焼を安全に制御するための装置である。図1に示されるように、燃焼制御装置1は、バーナコントローラ11と安全制御装置10とから構成されている。
具体的に、安全制御装置10は、パルス信号が第1論理レベルである期間における、各リミット・インターロックからの入力信号の論理レベルに基づいて各リミット・インターロックの状態を判定するインターロック入力判定処理を行う。また、安全制御装置10は、パルス信号が第2論理レベルである期間における各リミット・インターロックからの入力信号の論理レベルに基づいて、後述する出力回路102および入力回路103の故障を判定する回路故障判定処理を行う。
以下、安全制御装置10の構成とその動作について詳細に説明する。
なお、本願明細書では、一例として、第1論理レベルを“ハイ(H)レベル”とし、第2論理レベルを“ロー(L)レベル”として説明する。
図2は、実施の形態に係る燃焼制御装置1における安全制御装置10の構成を示す図である。
図2に示されるように、安全制御装置10は、複数の外部端子と、マイクロコントローラ(MCU)101と、出力回路102と、n(nは1以上の整数)個の入力回路103_1〜103_nとから構成されている。なお、図2では、上記複数の外部端子として、リミット・インターロックの状態監視に関係する端子COM、IN_1〜IN_nのみを図示している。
例えば、インターロック入力判定部1061によってリミット・インターロックが“正常”と判定された場合には、バーナの運転の“許可”を示す通知信号14を生成する。また、回路故障判定部1062によって“回路故障無し”と判定された場合には、バーナの運転の“許可”を示す通知信号14を生成する。一方、インターロック入力判定部1061によってリミット・インターロックが“異常”と判定された場合には、バーナの運転の“不許可”を示す通知信号14を生成する。また、回路故障判定部1062によって“回路故障有り”と判定された場合には、バーナの運転の“不許可”を示す通知信号14を生成する。
次に、燃焼制御装置1によるインターロックに関連する判定処理(インターロック入力判定処理および回路故障判定処理)について具体的に説明する。
なお、本実施の形態に係る燃焼制御装置1では、各リミット・インターロックに対して同様の判定処理が行われるため、以下の説明では、インターロック7に関連する判定処理について代表的に説明し、その他のリミット・インターロックに関連する判定処理については、説明を省略する。
出力信号VOUTが端子COMから出力されているとき、インターロック7のスイッチ70がオン(接点が短絡)していれば、出力信号VOUTがスイッチ70を経由して入力回路103_1に入力される。この場合、例えば図3の時刻t0からt1までの期間に示されるように、出力信号VOUTに同期した信号VIN_1が端子IN_1に入力され、入力回路103_1により、出力信号VOUTと反対の論理の入力信号DIN_1が生成される。
サンプリング部105は、出力電圧VOUT(基準クロック信号)が“Hレベル”である期間T1に、入力信号DIN_1をサンプリングする。例えば、図3に示すように、一回目の期間T1におけるサンプリングタイミングSI1で入力信号DIN_1をサンプリングし(サンプリング値:L)、二回目の期間T1におけるサンプリングタイミングSI2で入力信号DIN_1をサンプリングし(サンプリング値:L)、…というように、夫々の期間T1においておける入力信号DIN_1をサンプリングする。
インターロック入力判定部1061は、サンプリング部105による期間T1における入力信号DINのサンプリング値がN(Nは2以上の整数)回連続して一致した場合に、その一致した論理レベルに応じて、リミット・インターロックの監視対象が“正常”であるか“異常”であるかを判定する。
回路故障判定部1062は、期間T2における入力信号DINのサンプリング値がM(Mは2以上の整数)回連続して“Lレベル”となった場合に、入力回路103および出力回路102の少なくとも一方が“故障”していると判定する。より具体的には、回路故障判定部1062は、期間T2における入力信号DINのサンプリング値が連続して“Lレベル”となる回数をカウントし、その回数が“M”となったら、入力回路103および出力回路102の少なくとも一方が“故障”していると判定する。
図4は、実施の形態に係る燃焼制御装置によるインターロックに関する判定処理の流れを示すフローチャートである。
上述したように、燃焼制御装置1によるインターロックに関する判定処理には、期間T1のサンプリング値に基づく判定処理(インターロック入力判定処理)と、期間T2のサンプリング値に基づく判定処理(回路故障判定処理)とが含まれる。
図4に示されるように、燃焼制御装置1によるインターロックに関する判定処理が開始されると、先ず、パルス生成部104が基準パルス信号PSを生成し、出力回路102がその基準パルス信号PSに同期した出力信号VOUTを生成する(S1)。ここで、インターロックに関する判定処理が実行されるタイミングは、リミット・インターロック毎に設定されている。例えば、一部のリミット・インターロックの判定処理は、燃焼システム500が起動されてから常時行われ、その他のリミット・インターロックの判定処理は、燃焼システム500が起動後、予め設定されたタイミングにおいて行われる。
初めに、ステップS3のインターロック入力判定処理の流れについて説明する。
図5は、実施の形態に係る燃焼制御装置によるインターロック入力判定処理の流れを示すフローチャートである。
図6は、実施の形態に係る燃焼制御装置による回路故障判定処理の流れを示すフローチャートである。
ステップS2によって、サンプリング部105によるサンプリングが開始されると、回路故障判定部1062が、期間T2におけるサンプリング値が連続して“L”となる回数をカウントする(S41)。このとき、回路故障判定部1062は、期間T2におけるサンプリング値が“H”となった場合には、カウント値をリセットしてからカウント動作を再開する。
以上、本発明に係る燃焼制御装置によれば、各リミット・インターロックに供給する出力信号VOUT(パルス)のハイレベル期間にインターロック入力判定を行い、出力信号VOUTのローレベル期間に回路故障判定を行うので、インターロックによる監視対象の異常とインターロックの周辺回路の異常とを区別して判定することができ、インターロックに関する判定精度を高めることができる。
図7は、実施の形態に係る燃焼制御装置における安全制御装置を複数のマイクロコントローラで実現した場合の構成例を示す図である。
同図に示されるように、メインのマイクロコントローラ(MCU_M)101aとサブのマイクロコントローラ(MCU_S)101bとを設け、夫々のマイクロコントローラ101a,101bにサンプリング部105、判定部106、および通知部107を設けることにより、リミット・インターロックの入力判定および回路故障判定のための機能ブロックを冗長化構成とする。
Claims (9)
- 監視対象の状態に応じて2つの接点間の短絡および開放の何れかの状態をとる異常検出素子の一方の前記接点に2値の出力信号を供給する出力回路と、
前記出力信号が供給される前記異常検出素子の他方の前記接点から出力された信号を入力とし、入力された信号の論理レベルに応じた2値の入力信号を生成する入力回路と、
前記出力信号が第1論理レベルとなる第1期間内に前記入力信号のサンプリングを行うとともに、前記出力信号が第2論理レベルとなる第2期間内に前記入力信号のサンプリングを行うサンプリング部と、
前記サンプリング部による前記第1期間のサンプリング結果に基づいて前記異常検出素子による監視対象の状態を判定する異常検出素子状態判定部と、
前記サンプリング部による前記第2期間のサンプリング結果に基づいて前記出力回路および前記入力回路の故障の有無を判定する回路故障判定部と、
を有し、
前記異常検出素子状態判定部は、
連続するN(Nは2以上の整数)回分の前記第1期間のサンプリング値を参照することにより、前記入力回路に入力された信号の前記第1期間における論理レベルがN回連続して前記第1論理レベルであることを検出した場合に、前記異常検出素子による監視対象が正常であると判定し、前記入力回路に入力された信号の前記第1期間における論理レベルがN回連続して前記第2論理レベルであることを検出した場合に、前記異常検出素子による監視対象が異常であると判定する
ことを特徴とする燃焼制御装置。 - 請求項1に記載の燃焼制御装置において、
前記回路故障判定部は、
連続するM(Mは2以上の整数)回分の前記第2期間のサンプリング値を参照することにより、前記入力回路に入力された信号の前記第2期間における論理レベルがM回連続して前記第2論理レベルであることを検出した場合に、前記出力回路および前記入力回路の少なくとも一方が故障していると判定する
ことを特徴とする燃焼制御装置。 - 請求項2に記載の燃焼制御装置において、
M≧Nである
ことを特徴とする燃焼制御装置。 - 請求項1乃至3の何れか一項に記載の燃焼制御装置において、
前記サンプリング部は、前記出力信号が前記第2論理レベルから前記第1論理レベルに切り替わってから第1時間が経過した後に、前記第1期間におけるサンプリングを行う
ことを特徴とする燃焼制御装置。 - 請求項4に記載の燃焼制御装置において、
前記サンプリング部は、前記出力信号が前記第1論理レベルから前記第2論理レベルに切り替わってから第2時間が経過した後に、前記第2期間におけるサンプリングを行う
ことを特徴とする燃焼制御装置。 - 請求項5に記載の燃焼制御装置において、
前記第1時間は、前記第2時間以下である
ことを特徴とする燃焼制御装置。 - 請求項1乃至6の何れか一項に記載の燃焼制御装置において、
前記サンプリング部、前記異常検出素子状態判定部、および前記回路判定部からなる機能ブロックを複数組有し、
夫々の前記機能ブロックは、異なる複数のプログラム処理装置によって別個に構成されている
ことを特徴とする燃焼制御装置。 - 請求項1乃至6の何れか一項に記載の燃焼制御装置において、
前記異常検出素子状態判定部および前記回路故障判定部の判定結果に基づいて、バーナの運転を制御する制御部を更に有する
ことを特徴とする燃焼制御装置。 - 請求項8に記載の燃焼制御装置と、
燃焼室内に設けられ、前記燃焼制御装置によって制御される前記バーナと、
を備える燃焼システム。
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