(57)【要約】【課題】渋滞発生時における補機の復旧動作を自動化することで、プラント設備の無人運転の継続を可能とするプラント設備制御システムおよびその制御方法を提供する。【解決手段】発電設備制御システム２は、発電設備１を構成する補機３の異常発生の有無を判定して補機３の動作を制御する補機制御手段１０を具備し、この補機制御手段１０は、補機３に動作指令を与える動作指令手段６から動作指令信号を受信する一方、補機３の動作状態を監視する補機監視手段７からは監視情報信号を受信し、受信した動作指令信号および監視情報信号に基づいて補機３の異常発生の有無を判定する補機異常判定手段１５と、補機異常判定手段１０が補機３を異常と判定した際に出力する異常判定信号を受信して異常と判定された補機の復旧を試みる補機復旧制御手段１６とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラント設備を構成する補機の異常発生の有無を判定して前記補機の動作を制御する補機制御手段を具備し、
前記補機制御手段は、前記補機に動作指令を与える動作指令手段から動作指令信号を受信する一方、前記補機の動作状態を監視する補機監視手段からは監視情報信号を受信し、受信した前記動作指令信号および監視情報信号に基づいて前記補機の異常発生の有無を判定する補機異常判定手段と、
前記補機異常判定手段が前記補機を異常と判定した際に出力する異常判定信号を受信すると、異常と判定された補機の復旧を試みる補機復旧制御手段とを備えることを特徴とするプラント設備制御システム。
【請求項２】
前記補機異常判定手段は、前記補機監視手段から受信した前記監視情報信号に対して否定論理演算を行い信号出力するＮＯＴ演算部と、
前記動作指令手段から受信した動作指令信号および前記ＮＯＴ演算部の出力信号について論理積を算出し信号出力するＡＮＤ演算部と、
入力された異常判定信号を一定時間経過後に出力するタイマとを有することを特徴とする請求項１記載のプラント設備制御システム。
【請求項３】
前記補機異常判定手段は、前記補機が電動弁である場合、前記補機監視手段から弁体の位置を示す位置信号を監視情報信号として受信するように構成されることを特徴とする請求項２記載のプラント設備制御システム。
【請求項４】
前記補機復旧制御手段は、前記補機異常判定手段から出力された異常判定信号を受信してトリガを生成し出力する復旧指令生成部と、
前記トリガが生成された回数をカウントし、カウントした回数が予め設定された回数以下の場合に前記復旧指令生成部から受信したトリガを復旧動作信号出力部に出力する復旧指令カウント部と、
前記復旧指令カウント部からトリガを受信すると復旧動作信号を生成して出力する復旧動作信号出力部とを有することを特徴とする請求項１記載のプラント設備制御システム。
【請求項５】
前記復旧指令カウント部は、前記トリガが生成された回数をカウントし、カウントした回数が予め設定された回数を超えた場合に前記復旧指令生成部から受信したトリガを警報手段に出力するように構成されることを特徴とする請求項４記載のプラント設備制御システム。
【請求項６】
前記復旧動作信号出力部は、前記補機が電動補機である場合、ＯＮの状態が短時間のパルスを一定時間間隔で複数回繰り返す復旧動作信号を生成して出力するように構成されることを特徴とする請求項４記載のプラント設備制御システム。
【請求項７】
前記復旧動作信号出力部は、前記補機が電動弁である場合、正方向と負方向とを交互に一定時間間隔で複数回繰り返す復旧動作信号を生成して出力するように構成されることを特徴とする請求項４記載のプラント設備制御システム。
【請求項８】
プラント設備を構成する補機の異常発生の有無を判定して前記補機の動作を制御する補機制御行程を具備し、
前記補機制御行程は、動作指令手段から動作指令信号を受信する動作指令信号受信ステップと、補機監視手段から監視情報信号を受信する監視情報信号受信ステップと、受信した前記動作指令信号および監視情報信号に基づいて前記補機の異常発生の有無を判定する補機異常判定ステップと、この補機異常判定ステップで異常と判定された補機の復旧を試みる補機復旧制御ステップとを備えることを特徴とするプラント設備の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラント設備の制御を無人化するシステムおよびその方法に係り、特に、補機が故障した際の復旧作業を無人化するプラント設備制御システムおよびプラント設備の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラント設備（例えば、発電設備）においては、ポンプ等の電動補機や電動または空気により作動する弁類（以下、補機とする）を多数有する。従来、プラント設備の起動時または停止時には、複数の補機を所定の順番に操作して動作させる補機動作プロセスが存在する。
【０００３】
補機動作プロセスでは、まず、発電設備の運転員が、補機に動作指令を与える動作指令入力ステップを行い、続いて、動作指令を与えた補機について動作が完了したことを確認する動作完了確認ステップを行う。そして、動作指令を与えた補機が動作した場合、次の補機について動作指令入力ステップおよび動作完了確認ステップを行う。そして、順次、動作指令入力ステップおよび動作完了確認ステップを繰り返し行い、全ての補機を動作させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、途中の１台の補機について、動作指令を発したにもかかわらず、動作の完了が確認されない場合が生じ得る。動作指令を発したにもかかわらず、動作の完了が確認されない場合、動作が完了しない補機を放置したまま次の補機を動作させることはできないので、次の補機に動作指令を発することができない。
【０００５】
従って、一連の補機動作プロセスが中断し、プラント設備そのものの起動または停止が行えなくなる（以下、渋滞と称する）。上記のような渋滞発生時には、運転員が渋滞発生の原因となった補機を点検および修理する等して渋滞を解消する。このような事情からプラント設備には、常に運転員が常駐しなくてはならない。
【０００６】
昼夜を分かたず運転するプラント設備の場合には、４交代、５交代の体制を採る必要がある。４交代、５交代の体制は、多くの運転員が必要となることから、人件費の増加を招来し、結果として、プラント設備の経済性を損なわせている。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、渋滞発生時における補機の復旧動作を自動化することで、プラント設備の無人運転の継続を可能とするプラント設備制御システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るプラント設備制御システムは、上述した課題を解決するため、請求項１に記載したように、プラント設備を構成する補機の異常発生の有無を判定して前記補機の動作を制御する補機制御手段を具備し、前記補機制御手段は、前記補機に動作指令を与える動作指令手段から動作指令信号を受信する一方、前記補機の動作状態を監視する補機監視手段からは監視情報信号を受信し、受信した前記動作指令信号および監視情報信号に基づいて前記補機の異常発生の有無を判定する補機異常判定手段と、前記補機異常判定手段が前記補機を異常と判定した際に出力する異常判定信号を受信すると、異常と判定された補機の復旧を試みる補機復旧制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
上述した課題を解決するため、本発明に係るプラント設備制御システムは、請求項２に記載したように、前記補機異常判定手段は、前記補機監視手段から受信した前記監視情報信号に対して否定論理演算を行い信号出力するＮＯＴ演算部と、前記動作指令手段から受信した動作指令信号および前記ＮＯＴ演算部の出力信号について論理積を算出し信号出力するＡＮＤ演算部と、入力された異常判定信号を一定時間経過後に出力するタイマとを有することを特徴とする。
【００１０】
また、上述した課題を解決するため、本発明に係るプラント設備制御システムは、請求項３に記載したように、前記補機異常判定手段は、前記補機が電動弁である場合、前記補機監視手段から弁体の位置を示す位置信号を監視情報信号として受信するように構成されることを特徴とする。
【００１１】
さらに、上述した課題を解決するため、本発明に係るプラント設備制御システムは、請求項４に記載したように、前記補機復旧制御手段は、前記補機異常判定手段から出力された異常判定信号を受信してトリガを生成し出力する復旧指令生成部と、前記トリガが生成された回数をカウントし、カウントした回数が予め設定された回数以下の場合に前記復旧指令生成部から受信したトリガを復旧動作信号出力部に出力する復旧指令カウント部と、前記復旧指令カウント部からトリガを受信すると復旧動作信号を生成して出力する復旧動作信号出力部とを有することを特徴とする。
【００１２】
さらにまた、上述した課題を解決するため、本発明に係るプラント設備制御システムは、請求項６および７に記載したように、前記復旧動作信号出力部は、前記補機が電動補機である場合、ＯＮの状態が短時間のパルスを一定時間間隔で複数回繰り返す復旧動作信号を生成して出力するように構成される一方、前記補機が電動弁である場合、正方向と負方向とを交互に一定時間間隔で複数回繰り返す復旧動作信号を生成して出力するように構成されることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るプラント設備の制御方法は、上述した課題を解決するため、請求項８に記載したように、プラント設備を構成する補機の異常発生の有無を判定して前記補機の動作を制御する補機制御行程を具備し、前記補機制御行程は、動作指令手段から動作指令信号を受信する動作指令信号受信ステップと、補機監視手段から監視情報信号を受信する監視情報信号受信ステップと、受信した前記動作指令信号および監視情報信号に基づいて前記補機の異常発生の有無を判定する補機異常判定ステップと、この補機異常判定ステップで異常と判定された補機の復旧を試みる補機復旧制御ステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るプラント設備制御システムによれば、プラント設備の補機の動作異常による渋滞発生を解消し、プラント設備の起動／停止を自動的に行わせることができるので、プラント設備の供給信頼度を低下させることなく、プラント設備の起動／停止に要する運転員の削減が可能となる。従って、運転員に要する人件費が節約できるので、発電の経済性を向上させることができる。
【００１５】
また、補機異常判定手段が補機を異常と判定すると、補機復旧制御手段の復旧動作信号出力部が、補機の種類に応じた復旧動作信号を生成し出力するので、各補機に適切な復旧動作を無人で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１に本発明に係るプラント設備制御システムの一実施形態である発電設備制御システムを具備する発電設備１の構成を概略的に表した構成概略図を示す。
【００１８】
発電設備１においては、給水・復水系統や冷却系統等に電動ポンプや電動弁等の各種の補機３が設けられており、本発明に係るプラント設備制御システムとしての発電設備制御システム２は、これらの補機３を制御するシステムである。
【００１９】
発電設備１は、発電設備制御システム２に加えてさらに、必要な状態量を取得する複数のセンサ５と、センサ５の情報を取得して各補機３に動作指令信号を出力する動作指令手段６と、複数の補機３と、各々の補機３を監視する補機監視手段７と、各々の補機３に異常が発生した際に異常状態を警告する警報手段８とを具備する。
【００２０】
発電設備１に具備される発電設備制御システム２は、複数の補機制御手段１０を備える。補機制御手段１０は、動作指令出力手段６から出力される動作指令（電気信号）を取得するとともに、補機監視手段７から制御対象となる補機３の監視情報（電気信号）を取得する。そして、補機監視手段７は、取得した２つ信号に基づき補機の異常の有無を判断し、異常と判断した場合に補機３を復旧するべく電源装置１１に補機復旧信号を出力する。
【００２１】
補機監視手段７は、監視対象となる補機３が何であるかにより異なる。一例としては、補機３が電動ポンプである場合には、例えば、圧力計が補機監視手段７となる。一方、補機３が電動弁ならば、リミットスイッチ等の弁体の開閉状態（位置）を検出し、検出結果を位置信号として出力する弁体位置検出手段が補機監視手段７となる。
【００２２】
このように構成される発電設備１では、複数の補機３を起動する補機動作プロセスにおいて、まず、最初の起動対象となる補機３を動作させる。補機３を動作させるには、運転員がセンサ５から取得される状態量を確認し、問題が無い場合、動作指令出力手段６に動作指令を入力（例えば、押しボタンスイッチ（ＰＢＳ）をＯＮ）する。すると、動作指令出力手段６は、動作指令信号（通常起動信号）を出力する。
【００２３】
動作指令出力手段６から出力された通常起動信号は、続いて、補機３の電源装置１１に入力される。電源装置１１は、入力される信号種類に応じて出力を制御する制御回路（図１において省略）を有しており、通常起動信号が一定時間入力されることで補機３への電源供給を定常的に行うＯＮ状態となる。従って、補機３は、電源装置１１から定常的に電力の供給を受けることができ、動作することができる。
【００２４】
補機３が電源装置１１から電力供給を受け動作すると、補機監視手段７が補機３の動作状態を示す状態量を取得する。補機監視手段７は取得した状態量を監視することで補機３の動作状態を監視し、この補機３を監視して取得した状態量に応じた監視情報信号を出力する。そして、出力された監視情報信号は、発電制御システム２に入力される。発電設備制御システム２に入力された監視情報信号は、発電設備制御システム２に備えられる補機制御手段１０の各々に入力される。
【００２５】
図２に発電設備制御システム２の補機制御手段１０について、その構成を概略的に表した構成概略図を示す。
【００２６】
補機制御手段１０は、制御対象となる補機３の動作状態を判別し、異常か否かを判別する補機異常動作判定手段１５と、この補機異常動作判定手段１５から異常判定信号を受信すると、異常と判定された補機３の復旧を試みるべく補機復旧信号を出力する補機復旧制御手段１６とを備える。
【００２７】
補機異常判定手段１５は、否定論理演算を行うＮＯＴ演算部としてのＮＯＴ回路１８と、論理積を算出するＡＮＤ演算部としてのＡＮＤ回路１９と、入力された信号を一定時間経過後に出力するタイマ２０とを有する。また、補機復旧制御手段１６は、異常判定信号を受信し復旧指令（トリガ）を生成し出力する復旧指令生成部２２と、復旧指令が生成された回数をカウントし、所定の回数以下の場合に復旧指令（トリガ）を出力する復旧指令カウント部２３と、復旧指令カウント部２３から復旧指令（トリガ）を受信して復旧動作信号を生成して出力する復旧動作信号出力部２４とを有する。
【００２８】
このように構成される補機制御手段１０は、補機３の異常発生の有無を判定して補機３の動作を制御する補機制御行程を行う。補機制御行程は、動作指令手段６から動作指令信号を受信する動作指令信号受信ステップと、補機監視手段７から監視情報信号を受信する監視情報信号受信ステップと、受信した前記動作指令信号および監視情報信号に基づいて前記補機の異常発生の有無を判定する補機異常判定ステップと、この補機異常判定ステップで異常と判定された補機３の復旧を試みる補機復旧制御ステップとを備える。
【００２９】
補機制御行程では、まず、動作指令出力手段６が出力した動作指令信号および補機監視手段７が補機３を監視して取得した監視情報信号が補機異常判定手段１５に入力される。つまり、最初に、動作指令信号受信ステップおよび監視情報信号受信ステップがなされる。
【００３０】
動作指令信号受信ステップでは、補機異常判定手段１５のＡＮＤ回路１９が動作指令信号を受信する。一方、監視情報信号受信ステップでは、補機異常判定手段１５においてＮＯＴ回路１８を介してＡＮＤ回路１９が受信する。
【００３１】
次に、補機異常判定手段１５のＡＮＤ回路１９が補機異常判定ステップを行い、入力される動作指令信号および監視情報信号の状態（０か１か）に応じて、異常判定信号を出力する。つまり、ＡＮＤ回路１９の出力が０か１により、制御対象となる補機３について異常判定がなされる。
【００３２】
補機異常判定手段１５の補機３の異常判定ステップでは、補機３が正常な状態にある場合、すなわち、補機３の動作完了条件が成立している場合、動作指令出力手段６から出力された動作指令通りに補機３が動作しているので、動作指令信号および監視情報信号は一致し、ＡＮＤ回路１９には、一方が０で他方が１といった異なる入力がなされる。従って、補機３が正常な状態にある場合には、ＡＮＤ回路１９の出力は０となり、異常判定信号は出力されない。
【００３３】
一方、例えば、電動補機に軸の噛り付きが発生している等の理由で補機３が起動しない状態（異常な状態）にある場合、すなわち、補機３の動作完了条件が成立していない場合には、動作指令信号と監視情報信号と一致せず、ＡＮＤ回路１９には、同じ入力がなされる。従って、補機３が異常な状態にある場合には、ＡＮＤ回路１９の出力は１となり、異常判定信号が出力される。
【００３４】
補機異常判定手段１５から出力された異常判定信号は、補機復旧制御手段１６に入力される。そして、補機復旧制御手段１６が補機復旧制御ステップを行う。補機復旧制御ステップでは、まず、復旧指令生成部２２が復旧指令としてトリガを生成する。生成されたトリガは、復旧指令カウント部２３でカウントされる。
【００３５】
復旧指令カウント部２３は、復旧指令生成部２２が復旧指令としてトリガを生成した回数（以下、生成回数ｊとする。ｊは自然数）をカウントし、予め設定した回数（以下、設定回数ｋとする。ｋは自然数）と比較する。そして、生成回数ｊが設定回数ｋ以下（ｊ≦ｋ）の場合には、入力されたトリガを復旧動作信号出力部２４に出力する。
【００３６】
復旧動作信号出力部２４は、トリガを受信すると、まず、電源装置１１に補機３の電源供給を停止する停止信号を出力し、続いて、復旧動作信号を出力する。電源装置１１は、停止信号を受信すると、補機３への電源供給を停止しているＯＦＦ状態となる。そして、電源装置１１が停止している状態において、続いて、復旧動作信号が入力される。
【００３７】
図３は復旧信号の信号波形の一例を説明する説明図である。復旧動作信号出力部２４は、制御対象となる補機３の種類に応じた復旧信号を出力する。例えば、補機３が電動補機の場合には、ＯＮの状態を短時間として補機（電動補機）３を動作させる。これを一定時間間隔で複数回程繰り返すと、噛り付きを解消することが多い事情を考慮して、図３（Ａ）に示すような復旧動作信号を出力する。尚、補機（電動補機）３が動作する短時間とは、過電流保護手段が動作しない程度の時間であり、電動機特有の起動制限に抵触しないように配慮して設定される。
【００３８】
また、補機３が電動弁の場合には、弁体のスティック等により弁が途中でひっかかっていることが多い。このため、弁の開閉を一定周期で数回程繰り返し復旧させることが多い事情がある。そこで、図３（Ｂ）に示すように極性、すなわち、プラス（＋）とマイナス（−）とを一定周期で反転させる復旧動作信号を出力する。
【００３９】
電源装置１１が復旧動作信号を受信すると、補機３に所定の復旧動作信号を送信し、補機３の復旧を試みる。そして、補機３が復旧した場合には、動作指令信号および監視情報信号が一致するので、補機異常判定手段１５のＡＮＤ回路１９は異常判定信号の出力を停止する（信号出力が０となる）。異常判定信号の出力が停止し、補機復旧制御手段１６の復旧指令生成部２２に入力される異常判定信号が０になると、補機復旧制御ステップは終了する。
【００４０】
一方、補機３の復旧を試みているにも関わらず、補機３が復旧しない場合には、異常状態が継続することになるので、再度、補機異常判定手段１５から異常判定信号が出力される。そして、補機復旧制御手段１６は、補機復旧制御ステップを行う。
【００４１】
補機復旧制御手段１６が補機復旧制御ステップを繰り返し、やがて、復旧指令生成部２２がトリガを生成した生成回数ｊが設定回数ｋを超過した（ｊ＞ｋ）場合、復旧指令カウント部２３は、入力されたトリガを復旧動作信号出力部２４に出力せずに、例えば、アラーム等の警報手段８に出力する。警報手段８は、補機制御手段１０からトリガを受信すると、警告音の発生や警告表示等の警告を行う。
【００４２】
尚、動作指令出力手段６は、センサ５から入力される状態量が異常値を示している場合であっても、運転員が動作指令を入力（ＰＢＳをＯＮ）すると、動作指令信号を出力することを前提として説明しているが、センサ５から入力される状態量が異常値を示している場合には、安全を考慮して動作指令信号を出力しない構成としていても構わない。
【００４３】
また、補機異常判定手段１５のＮＯＴ演算部およびＡＮＤ演算部をそれぞれＮＯＴ回路１８およびＡＮＤ回路１９として説明しているが、必ずしもＮＯＴ回路１８およびＡＮＤ回路１９（ハードウェア）に限定されるものではなく、同等の機能を有するソフトウェアであっても差し支えない。
【００４４】
以上、発電設備制御システム２によれば、補機３の動作を制御する補機動作制御手段１０を備えるので、補機３の動作に異常がある場合、補機３の動作異常を判定して補機復旧制御ステップを実行することができ、補機復旧制御ステップを実行することにより、自動的に補機３の動作復旧を試みることができる。
【００４５】
従って、発電設備１の供給信頼性を損なうことなく、従来、人が行っていた補機３の動作復旧作業を無人化することができる。補機３の動作復旧作業を無人化は、人件費の削減につながるので、発電コストの低減にもつながる効果がある。
【００４６】
また、補機動作制御手段１０は、動作指令出力手段６から動作指令信号を取得するとともに、補機監視手段７からは監視情報信号を取得するので、補機３の動作完了条件が成立しているか否かを確認することができ、補機３の動作異常有無を判定することができる。従って、例えば、電動補機に軸の噛り付きが発生しているような場合や弁体のスティック等で弁の開度が十分でない場合にも、補機３の動作異常の有無を適確にかつ簡便に判定できる。
【００４７】
さらに、制御対象となる補機３が何かによって、補機動作制御手段１０の補機復旧制御手段１６が出力する補機復旧動作信号を予め設定しておき、補機異常判定手段１５において補機３が異常と判定された場合に、予め設定された補機復旧信号を出力することができるので、各補機３に適切な復旧動作を無人で行うことができる。
【００４８】
さらにまた、補機復旧制御ステップを何度か実施しても補機３の異常（渋滞）が解消されない場合には、予め設定した回数を超えて補機復旧制御ステップを実施することはなく、トリガが警報手段８に出力されるので、警報手段８が警報を発して運転員に補機３の異常発生を警告することができる。
【００４９】
尚、本発明は、制御対象が発電設備１に限定されるものではない。例えば、上下水道プラントのように電動ポンプや電動弁等の補機３を有するプラントに対しても適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係るプラント設備制御システムを具備する発電設備の構成概略図。
【図２】本発明に係るプラント設備制御システムの補機制御手段について、その構成を概略的に表した構成概略図。
【図３】本発明に係るプラント設備制御システムの補機制御手段が出力する復旧信号の信号波形の一例を説明する説明図。
【符号の説明】
【００５１】
１  発電設備
２  発電設備制御システム（プラント設備制御システム）
３  補機
５  センサ
６  動作指令手段
７  補機監視手段
８  警報手段
１０  補機制御手段
１１  電源装置
１５  補機異常判定手段
１６  補機復旧制御手段
１８  ＮＯＴ回路（ＮＯＴ演算部）
１９  ＡＮＤ回路（ＡＮＤ演算部）
２０  タイマ
２２  復旧指令生成部
２３  復旧指令カウント部
２４  復旧動作信号出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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