(57)【要約】【課題】制御用センサの狭い計測レンジを超えても制御を継続でき、かつ制御用センサから監視用センサに切り替える際のタイムラグと検出誤差によるプロセス変動を抑制し、ハンチング現象を防止することができるレンジオーバー対応制御方法及び装置を提供する。【解決手段】計測精度が高く計測レンジが狭い制御用センサ１と、制御用センサより計測精度が低く計測レンジが広い監視用センサ２とを用いて同一の制御対象を検出し、制御用センサの精度保証範囲Ａを超えた場合に、制御用センサの使用可能範囲Ｂ内で制御用センサの検出値を制御信号として出力し、監視用センサの検出値が制御用センサの使用可能範囲Ｂを超えた場合に警報を発する。【選択図】　　　図１
2004139211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測精度が高く計測レンジが狭い制御用センサ（１）と、制御用センサより計測精度が低く計測レンジが広い監視用センサ（２）とを用いて同一の制御対象を検出し、
制御用センサの精度保証範囲Ａを超えた場合に、制御用センサの使用可能範囲Ｂ内で制御用センサの検出値を制御信号として出力し、
監視用センサの検出値が制御用センサの使用可能範囲Ｂを超えた場合に警報を発する、ことを特徴とするレンジオーバー対応制御方法。
【請求項２】
計測精度が高く計測レンジが狭い複数の制御用センサ（１ａ，１ｂ）と、制御用センサより計測精度が低く計測レンジが広い監視用センサ（２）と、複数の制御用センサ（１ａ，１ｂ）から１つを選択する切替器（３）と、前記制御用センサの出力が所定の上下限Ｃを逸脱する場合に該センサの異常を検出するレンジオーバー検出機能を有する異常判定回路（６）と、該異常判定回路のレンジオーバー検出機能を停止又は作動させる機能制限回路（１０）を備え、
同一の制御対象を複数の制御用センサ（１ａ，１ｂ）と監視用センサ（２）で検出し、
切替器（３）で選択された制御用センサの出力が、精度保証範囲Ａ内にあるときは、異常判定回路（６）のレンジオーバー検出機能を作動させ、かつ制御用センサの検出値を制御信号として出力し、
前記制御用センサの出力が、その精度保証範囲Ａを超えた場合、異常判定回路（６）のレンジオーバー検出機能を停止させて該制御用センサの検出値を継続して制御信号として出力し、
監視用センサの検出値が制御用センサの使用可能範囲Ｂを超えた場合に警報を発する、ことを特徴とするレンジオーバー対応制御装置。
【請求項３】
前記異常判定回路（６）は、前記レンジオーバー検出機能の他に、前記所定の上下限Ｃ内で検出信号が急激に変化する「信号突変」を検出する機能と、検出信号間の偏差が異常に大きくなる「偏差大」を検出する機能とを有する、ことを特徴とする請求項２に記載のレンジオーバー対応制御装置。
【請求項４】
前記機能制限回路（１０）は、切替器（３）で選択された制御用センサの出力が、精度保証範囲Ａ内にあるときに「通常状態信号」をＯＮし、精度保証範囲Ａを超えるときにＯＦＦする通常状態検出器（１１）と、
監視用センサの検出値が制御用センサの精度保証範囲Ａを僅かに超える範囲Ｂ’　　を超えるときに「使用不可信号」をＯＮにし、範囲Ｂ’内にあるときにＯＦＦにする使用可能検出器（１２）と、
異常判定回路のレンジオーバー検出機能を停止させる「機能停止信号」をＯＮ／ＯＦＦする回路機能判別器（１３）とを有し、該回路機能判別器（１３）により、
「通常状態信号」ＯＮのとき、「機能停止信号」をＯＦＦにし、
「使用不可信号」ＯＮのとき、「機能停止信号」をＯＮにし、
その中間の「通常状態信号」ＯＦＦで「使用不可信号」ＯＦＦのときには、「機能停止信号」をその直前信号に維持する、ことを特徴とする請求項３に記載のレンジオーバー対応制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、制御用センサの狭い計測レンジを超えても制御を継続できるレンジオーバー対応制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラや発電プラントにおいて、プラント全体の信頼性向上を目的として、ボイラ内圧力（ドラフト）、蒸気圧力、等を検出する制御用センサを多重化することが行われている。
しかし、制御用センサが多重化されている場合には、複数ある制御用センサのどれかが故障した場合に、どの制御用センサが故障したかを判別し、残りの制御用センサで運転継続する必要がある。この目的を達成するために、特許文献１が出願されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３４３０３号公報
【０００４】
［特許文献１］の「多重化センサ検出信号選択回路の異常発生時切換方法」は、複数のセンサから出力される検出信号のうち正常な一つの検出信号を選択して制御系へ出力するようにした多重化センサ検出信号選択回路の異常発生時切換方法であって、各センサについて検出信号の異常検出を行い、検出信号が予め設定されている上下限を逸脱する「レンジオーバー」、前記上下限の範囲内で検出信号が急激に変化する「信号突変」、或いは検出信号間の偏差が異常に大きくなる「偏差大」が発生した場合、異常が発生したと求められるセンサを除外し、残りのセンサを使用するものである。
【０００５】
図２は、上述した方法を行う切替器を備えたレンジオーバー対応制御装置の従来例である。この図において、１ａ，１ｂは制御用センサ、２は監視用センサ、３は制御用センサの切替器、４は制御用と監視用のセンサの切替器、５はレンジオーバー検出器である。制御用センサ１ａ，１ｂは、計測精度・分解能は高いが、計測レンジが狭く、監視用センサ２は、制御用センサよりは精度・分解能は低いが、計測レンジが広いものを使用している。
【０００６】
図２のレンジオーバー対応制御装置において、制御用センサ１ａ，１ｂと監視用センサ２は同一の制御対象（例えば炉内圧力）を検出する。また、切替器３は、制御用センサ１ａ，１ｂのどちらかを選択しこれに切り替えるようになっている。
プラントが正常運転中には、制御用センサ１ａ，１ｂの検出値（例えば炉内圧力）がレンジオーバー検出器５の設定値内にあり、切替器４は制御用センサ（１ａ又は１ｂ）の出力を選択し、制御用センサの出力が制御信号として出力される。この制御信号は制御対象の制御に用いられる。
また、プラントが正常運転を外れ、制御用センサ１ａ，１ｂの検出値（例えば炉内圧力）がレンジオーバー検出器５の設定値を超える（レンジオーバー）と、切替器４により監視用センサ２の検出値が選択され、その検出値を制御信号として出力する。これにより、制御用センサ１ａ，１ｂの狭い計測レンジを超えても監視用センサ２により制御を継続できるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
切替器４により、制御信号を制御用センサ１ａ，１ｂの検出値から監視用センサ２の検出値に切り替える際に、若干のタイムラグが発生する。また、制御用センサ１ａ，１ｂは、計測精度・分解能は高いが計測レンジが狭く、監視用センサ２は、逆に精度・分解能は低いが計測レンジが広いため、同一制御対象（例えば炉内圧力）を検出しているにもかかわらず、センサの特性の違いによって検出誤差が発生する。
【０００８】
このタイムラグと検出誤差のため、プロセス変動がほとんどないにもかかわらず、切替器４の切替時に検出値がステップ状に変化し、これを元に戻すフィードバック制御が働くため、プロセス変動を逆に引き起こすことがあった。
特に、制御用センサ１ａ，１ｂの計測レンジをわずかに超えたような場合、切替時に検出値が計測レンジ内にあると、すぐさま切替器４を制御用センサに戻す再切替が行われるため、ハンチング現象を引き起こし、最悪の場合には、正常なプロセス変動によってプラント停止を引き起こしてしまうおそれがあった。
【０００９】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、制御用センサの狭い計測レンジを超えても制御を継続でき、かつ制御用センサから監視用センサに切り替える際のタイムラグと検出誤差によるプロセス変動を抑制し、ハンチング現象を防止することができるレンジオーバー対応制御方法及び装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、計測精度が高く計測レンジが狭い制御用センサ（１）と、制御用センサより計測精度が低く計測レンジが広い監視用センサ（２）とを用いて同一の制御対象を検出し、
制御用センサの精度保証範囲Ａを超えた場合に、制御用センサの使用可能範囲Ｂ内で制御用センサの検出値を制御信号として出力し、
監視用センサの検出値が制御用センサの使用可能範囲Ｂを超えた場合に警報を発する、ことを特徴とするレンジオーバー対応制御方法が提供される。
【００１１】
本発明の方法によれば、制御用センサの精度保証範囲Ａを超えた場合でも、制御用センサの使用可能範囲Ｂ内で制御用センサの検出値を制御信号として継続して出力するので、タイムラグや検出誤差の発生を本質的に防止しながら制御を継続できる。
また、監視用センサの検出値が制御用センサの使用可能範囲Ｂを超えた場合に警報を発するので、計測レンジが広い監視用センサにより制御用センサによる制御の限界を正確に検知できる。また、この警報に応じて、一旦操作側を手動操作に移行させ、安定状態に戻った後に自動制御に復帰させることにより、プロセス変動を抑制し、ハンチング現象を防止しながら継続した制御ができる。
【００１２】
また、本発明によれば、計測精度が高く計測レンジが狭い複数の制御用センサ（１ａ，１ｂ）と、制御用センサより計測精度が低く計測レンジが広い監視用センサ（２）と、複数の制御用センサ（１ａ，１ｂ）から１つを選択する切替器（３）と、前記制御用センサの出力が所定の上下限Ｃを逸脱する場合に該センサの異常を検出するレンジオーバー検出機能を有する異常判定回路（６）と、該異常判定回路のレンジオーバー検出機能を停止又は作動させる機能制限回路（１０）を備え、同一の制御対象を複数の制御用センサ（１ａ，１ｂ）と監視用センサ（２）で検出し、切替器（３）で選択された制御用センサの出力が、精度保証範囲Ａ内にあるときは、異常判定回路（６）のレンジオーバー検出機能を作動させ、かつ制御用センサの検出値を制御信号として出力し、前記制御用センサの出力が、その精度保証範囲Ａを超えた場合、異常判定回路（６）のレンジオーバー検出機能を停止させて該制御用センサの検出値を継続して制御信号として出力し、監視用センサの検出値が制御用センサの使用可能範囲Ｂを超えた場合に警報を発する、ことを特徴とするレンジオーバー対応制御装置が提供される。
【００１３】
上記切替器（３）により、複数の制御用センサ（１ａ，１ｂ）から１つを選択することができる。また異常判定回路（６）のレンジオーバー検出機能により、制御用センサの出力が所定の上下限Ｃを逸脱する場合に該センサの異常を検出することができ、この異常検出によって切替器（３）により、正常な制御用センサに切り替えることができる。また、異常判定回路（１０）により異常判定回路のレンジオーバー検出機能を停止又は作動させることができる。
【００１４】
更に、切替器（３）で選択された制御用センサの出力が、精度保証範囲Ａ内にあるときは、異常判定回路（６）のレンジオーバー検出機能を作動させ、かつ制御用センサの検出値を制御信号として出力するので、レンジオーバー検出機能で複数の制御用センサの異常をチェックしながら精度の高い制御用センサの検出値で制御を継続することができる。
【００１５】
また、制御用センサの出力が、その精度保証範囲Ａを超えた場合に、異常判定回路（６）のレンジオーバー検出機能を停止させるので、短時間の間、レンジオーバー検出機能によるチェックは中断されるが、精度の高い制御用センサの検出値を継続して制御信号として出力するので、タイムラグや検出誤差の発生を本質的に防止しながら制御を継続できる。
【００１６】
更に、監視用センサの検出値が制御用センサの使用可能範囲Ｂを超えた場合に警報を発するので、計測レンジが広い監視用センサにより制御用センサによる制御の限界を正確に検知できる。また、この警報に応じて、一旦操作側を手動操作に移行させ、安定状態に戻った後に自動制御に復帰させることにより、プロセス変動を抑制し、ハンチング現象を防止しながら継続した制御ができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記異常判定回路（６）は、前記レンジオーバー検出機能の他に、前記所定の上下限Ｃ内で検出信号が急激に変化する「信号突変」を検出する機能と、検出信号間の偏差が異常に大きくなる「偏差大」を検出する機能とを有する。
この構成により、「信号突変」と「偏差大」の検出機能を、レンジオーバー検出機能の停止中にも作動させることができ、レンジオーバー検出機能の停止を補うことができる。
【００１８】
また、前記機能制限回路（１０）は、切替器（３）で選択された制御用センサの出力が、精度保証範囲Ａ内にあるときに「通常状態信号」をＯＮし、精度保証範囲Ａを超えるときにＯＦＦする通常状態検出器（１１）と、監視用センサの検出値が制御用センサの精度保証範囲Ａを僅かに超える範囲Ｂ’　　を超えるときに「使用不可信号」をＯＮにし、範囲Ｂ’内にあるときにＯＦＦにする使用可能検出器（１２）と、異常判定回路のレンジオーバー検出機能を停止させる「機能停止信号」をＯＮ／ＯＦＦする回路機能判別器（１３）とを有し、該回路機能判別器（１３）により、「通常状態信号」ＯＮのとき、「機能停止信号」をＯＦＦにし、「使用不可信号」ＯＮのとき、「機能停止信号」をＯＮにし、その中間の「通常状態信号」ＯＦＦで「使用不可信号」ＯＦＦのときには、「機能停止信号」をその直前信号に維持する。
【００１９】
この構成により、通常状態検出器（１１）により「通常状態信号」をＯＮ／ＯＦＦでき、使用可能検出器（１２）により「使用不可信号」をＯＮ／ＯＦＦでき、回路機能判別器（１３）により「機能停止信号」をＯＮ／ＯＦＦすることができる。
また、回路機能判別器（１３）により、「通常状態信号」ＯＮのとき、「機能停止信号」をＯＦＦにするので、異常判定回路（６）のレンジオーバー検出機能を作動させることができる。
また、「使用不可信号」ＯＮのとき、「機能停止信号」をＯＮにするので、異常判定回路（６）のレンジオーバー検出機能を停止させることができる。
更に、その中間の「通常状態信号」ＯＦＦで「使用不可信号」ＯＦＦのときに、「機能停止信号」をその直前信号に維持するので、直前信号がＯＮのときはＯＮ、ＯＦＦのときはＯＦＦを維持し、ハンチング現象を防止しながら継続した制御ができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図１は、本発明のレンジオーバー対応制御装置の全体構成図である。この図に示すように、本発明のレンジオーバー対応制御装置は、複数（この例で２つ）の制御用センサ１（１ａ，１ｂ）、監視用センサ２、切替器３、異常判定回路６、及び機能制限回路１０を備える。
【００２１】
この例において、制御対象はボイラ内圧力（ドラフト）であり、同一の制御対象を複数の制御用センサ１ａ，１ｂと監視用センサ２で検出するようになっている。ドラフトは、この例では、制御用センサの精度保証範囲Ａ内にあるように制御することを制御目標とする。
【００２２】
複数の制御用センサ１ａ，１ｂは、計測精度が高く計測レンジが狭い制御用発信器である。この例において、制御用センサ１ａ，１ｂの精度保証範囲Ａを±１．３ｋＰａ、精度保証範囲Ａを僅かに超える範囲Ｂ’を±１．４ｋＰａ、使用可能範囲Ｂを±１．５９ｋＰａとする。なおこれらの圧力範囲は、制御対象に応じて自由に変更できる。
【００２３】
監視用センサ２は、制御用センサ１ａ，１ｂより計測精度が低く計測レンジが広い監視用発信器である。この例において、例えば精度保証範囲が±５　ｋＰａのものを使用する。
【００２４】
切替器３は、複数の制御用センサ１ａ，１ｂから１つを選択する機能を有する。
異常判定回路６は、制御用センサ１ａ，１ｂの出力が所定の上下限Ｃを逸脱する場合にそのセンサの異常を検出するレンジオーバー検出機能を有する。所定の上下限Ｃは、使用可能範囲Ｂ内において例えば±１．５７５ｋＰａに設定する。このレンジオーバー検出機能は、機能制限回路１０からの「機能停止信号」により停止又は作動させることができる。
【００２５】
異常判定回路６は、レンジオーバー検出機能の他に、前記所定の上下限Ｃ内で検出信号が急激に変化する「信号突変」を検出する機能と、検出信号間の偏差が異常に大きくなる「偏差大」を検出する機能とを有する。これらの検出機能は、レンジオーバー検出機能の停止中にも作動し、レンジオーバー検出機能の停止を補うようになっている。
【００２６】
機能制限回路１０は、異常判定回路６のレンジオーバー検出機能を停止又は作動させる機能を有する。
【００２７】
機能制限回路１０は、図１の例において、通常状態検出器１１、使用可能検出器１２、及び回路機能判別器１３を備える。
【００２８】
通常状態検出器１１は、精度保証範囲Ａの上限と下限を設定する設定器とＡＮＤ回路からなり、切替器３で選択された制御用センサ１の出力が、精度保証範囲Ａ内にあるときに「通常状態信号」をＯＮし、精度保証範囲Ａを超えるときにＯＦＦする。
【００２９】
使用可能検出器１２は、制御用センサの精度保証範囲Ａを僅かに超える範囲Ｂ’　　（この例で±１．４ｋＰａ）を設定する設定器とＯＲ回路とＡＮＤ回路からなり、監視用センサ２の検出値が範囲Ｂ’内にあるときに「使用不可信号」をＯＮし、範囲Ｂ’を超えるときにＯＦＦする。
また別個に使用可能範囲Ｂ（±１．５９ｋＰａ）が設定され、監視用センサ２の検出値が制御用センサ１の使用可能範囲Ｂを超えた場合に警報を発するようになっている。
【００３０】
回路機能判別器１３は、フリップフロップ回路を有し、異常判定回路６のレンジオーバー検出機能を停止させる「機能停止信号」をＯＮ／ＯＦＦする機能を有する。
この回路機能判別器１３は、「通常状態信号」ＯＮのときに「機能停止信号」をＯＦＦにし、「使用不可信号」ＯＮのときに「機能停止信号」をＯＮにし、その中間の「通常状態信号」ＯＦＦで「使用不可信号」ＯＦＦのときには、「機能停止信号」をその直前信号に維持するようになっている。
【００３１】
上述した構成により、通常状態検出器１１により「通常状態信号」をＯＮ／ＯＦＦでき、使用可能検出器１２により「使用不可信号」をＯＮ／ＯＦＦでき、回路機能判別器１３により「機能停止信号」をＯＮ／ＯＦＦすることができる。
また、回路機能判別器１３により、「通常状態信号」ＯＮのとき、「機能停止信号」をＯＦＦにするので、異常判定回路６のレンジオーバー検出機能を作動させることができる。
また、「使用不可信号」ＯＮのとき、「機能停止信号」をＯＮにするので、異常判定回路６のレンジオーバー検出機能を停止させることができる。
更に、その中間の「通常状態信号」ＯＦＦで「使用不可信号」ＯＦＦのときに、「機能停止信号」をその直前信号に維持するので、直前信号がＯＮのときはＯＮ、ＯＦＦのときはＯＦＦを維持し、ハンチング現象を防止しながら継続した制御ができる。
【００３２】
上述した装置を用い、本発明の方法では、切替器３で選択された制御用センサ１の出力が、精度保証範囲Ａ内にあるときは、異常判定回路６のレンジオーバー検出機能を作動させ、かつ制御用センサの検出値を制御信号として出力する。
また、制御用センサ１の出力が、その精度保証範囲Ａを超えた場合、異常判定回路６のレンジオーバー検出機能を停止させて制御用センサ１の検出値を継続して制御信号として出力する。
更に、監視用センサ２の検出値が制御用センサ１の使用可能範囲Ｂを超えた場合に警報を発する。
【００３３】
上述した方法及び装置により、異常判定回路６のレンジオーバー検出機能により、制御用センサの出力が所定の上下限Ｃを逸脱する場合にセンサの異常を検出することができ、この異常検出によって切替器３により、正常な制御用センサ１に切り替えることができる。
【００３４】
また、切替器３で選択された制御用センサの出力が、精度保証範囲Ａ内にあるときは、異常判定回路６のレンジオーバー検出機能を作動させ、かつ制御用センサの検出値を制御信号として出力するので、レンジオーバー検出機能で複数の制御用センサの異常をチェックしながら精度の高い制御用センサの検出値で制御を継続することができる。
【００３５】
また、制御用センサの出力が、その精度保証範囲Ａを超えた場合に、異常判定回路６のレンジオーバー検出機能を停止させるので、短時間の間、レンジオーバー検出機能によるチェックは中断されるが、精度の高い制御用センサの検出値を継続して制御信号として出力するので、タイムラグや検出誤差の発生を本質的に防止しながら制御を継続できる。
【００３６】
更に、監視用センサの検出値が制御用センサの使用可能範囲Ｂを超えた場合に警報を発するので、計測レンジが広い監視用センサにより制御用センサによる制御の限界を正確に検知できる。また、この警報に応じて、一旦操作側を手動操作に移行させ、安定状態に戻った後に自動制御に復帰させることにより、プロセス変動を抑制し、ハンチング現象を防止しながら継続した制御ができる。
【００３７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００３８】
【発明の効果】
上述したように、本発明のレンジオーバー対応制御方法及び装置は、制御用センサの狭い計測レンジを超えても制御を継続でき、かつ制御用センサから監視用センサに切り替える際のタイムラグと検出誤差によるプロセス変動を抑制し、ハンチング現象を防止することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレンジオーバー対応制御装置の全体構成図である。
【図２】従来のレンジオーバー対応制御装置の全体構成図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ　制御用センサ、２　監視用センサ、
３　切替器、４　切替器、５　レンジオーバー検出器、
６　異常判定回路、１０　機能制限回路、
１１　通常状態検出器、１２　使用可能検出器、
１３　回路機能判別器
【図１】
2004139211.tif 000003
【図２】
2004139211.tif 000004