(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
0003581313.tif 000002
【図２】
0003581313.tif 000003
【図３】
0003581313.tif 000004
【図４】
0003581313.tif 000005
【図５】
0003581313.tif 000006
【図６】
0003581313.tif 000007
【図７】
0003581313.tif 000008