(57)【要約】【課題】複数コイルサーボ弁の故障制御系を運転中に復帰させる切り替えを、複数コイルサーボ弁の安定動作を損なわずに行う。【解決手段】サーボ弁を駆動する複数のサーボコイルの駆動電流の制御指令値をそれぞれ生成する複数のコントローラ３１〜３３と、各コントローラから出力される制御指令値とサーボ弁位置検出フィードバック値２７との差に基づいて各サーボコイルの駆動電流をそれぞれ制御する複数のサーボアンプ１８〜２０とからなる多重制御系を有する複数コイルサーボ弁の制御装置おいて、各コントローラの出力段にバンプレス復帰手段６３を設け、バンプレス復帰手段６３は、制御指令値２６ａとサーボ弁位置検出フィードバック値２７とを入力とし、自己の制御系の故障が復旧して多重制御系への復帰指令５５が入力されたとき、その復帰指令の入力時におけるサーボ弁位置検出フィードバック値２７を初期値として徐々に制御指令値２６ａに変化する値を出力することを特徴とする。【選択図】    図１
2005105912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボ弁を駆動する複数のサーボコイルの制御指令値をそれぞれ生成する複数のコントローラと、該各コントローラから出力される前記制御指令値とサーボ弁位置検出フィードバック値との差に基づいて前記各サーボコイルの駆動電流をそれぞれ制御する複数のサーボアンプとからなる多重制御系を有する複数コイルサーボ弁の制御装置おいて、
前記各コントローラの出力段にバンプレス復帰手段を設け、該バンプレス復帰手段は、前記制御指令値と前記サーボ弁位置検出フィードバック値とを入力とし、自己の制御系の故障が復旧して前記多重制御系への復帰指令が入力されたとき、該復帰指令の入力時における前記サーボ弁位置検出フィードバック値を初期値として徐々に前記制御指令値に変化する値を出力することを特徴とする複数コイルサーボ弁制御装置。
【請求項２】
前記バンプレス復帰手段は、前記初期値から前記制御指令値まで一定率で変化させることを特徴とする請求項１に記載の複数コイルサーボ弁制御装置。
【請求項３】
前記制御指令値は、前記サーボ弁の機械的反力にバランスさせるバイアス電流を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の複数コイルサーボ弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数コイルサーボ弁の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電や原子力発電のプラントなどにおける主要機器（例えば、タービンなど）を制御するサーボ弁は高い信頼性が要求されることから、サーボ弁を複数のサーボコイルにより駆動制御するサーボ弁が知られている。例えば、３コイルサーボ弁は、個々のサーボコイルに対応させてコントローラを設け、各コントローラの出力をサーボアンプを介して各サーボコイルに出力し、各コイルのアンペアターンの合計でサーボ弁を駆動制御している。このような３重制御系によれば、コントローラ、サーボアンプ及びコイルからなる１系統の制御系に故障が発生した場合でも、残りの正常な２系統によって運転継続を補償することができる。
【０００３】
しかし、残りの正常な２系統にさらに故障が発生する可能性があるから、速やかにプラントなどを停止して故障系統を復旧することが望ましいが、プラントの運転停止ないし負荷低減（負荷降下）を伴う復旧作業は、プラントの重要度から許容できない場合がある。このような場合、プラントの運転を継続しながら故障系統を修理して、３系統の制御に復旧することになるが、２系統から３系統あるいは１系統から２系統に切り替える復旧時にプラントに変動を与えないことが必要である。つまり、復旧前にサーボコイルに供給されていた駆動電流に、復旧されたコントローラからの駆動電流がいきなり加わると、サーボ弁の開度が例えば増加してプラントの動作が変動するので好ましくない。
【０００４】
そこで、復旧時に各コントローラの設定器の出力を合わせこむタイバック（信号追従）手段を設け、復旧対象のコントローラの設定値を残りの２系統の設定値の平均値にするようにすることが提案されている（例えば、特許文献１）。つまり、健全な２系統により制御されているサーボ弁が所定の位置に制御されていれば、通常、それら２系統の設定値の平均値は零になっていることに鑑み、復旧に係る制御系の駆動電流を零から開始するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３４６７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、復旧に係る制御系の設定値を、健全な２系統の設定値の平均値から独自の設定値への切り替えを所定時間経過時に行うようにしている。その結果、その切り替え時に健全な２系統の設定値の平均値と復旧に係る制御系の独立した設定値とに差があると、サーボコイルの駆動電流が突変して３コイルサーボ弁の開度が変動してしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は、複数コイルサーボ弁の故障制御系を運転中に復帰させる切り替えを、複数コイルサーボ弁の安定動作を損なわずに行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するため、サーボ弁を駆動する複数のサーボコイルの駆動電流の制御指令値をそれぞれ生成する複数のコントローラと、該各コントローラから出力される制御指令値と前記サーボ弁位置検出フィードバック値との差に基づいて前記各サーボコイルの駆動電流をそれぞれ制御する複数のサーボアンプとからなる多重制御系を有する複数コイルサーボ弁の制御装置おいて、各コントローラの出力段にバンプレス復帰手段を設け、該バンプレス復帰手段は、前記制御指令値と前記サーボ弁位置検出フィードバック値とを入力とし、自己の制御系の故障が復旧して前記多重制御系への復帰指令が入力されたとき、該復帰指令の入力時における前記サーボ弁位置検出フィードバック値を初期値として徐々に前記制御指令値に変化する値を出力することを特徴とする。
【０００９】
すなわち、復帰に係るコントローラからは、復帰当初は、バンプレス復帰手段によってサーボ弁位置検出フィードバック値が制御指令値の初期値として出力される。その結果、サーボアンプに入力される制御指令値とサーボ弁位置検出フィードバック値の差は零となり、サーボアンプからサーボコイルには駆動電流が供給されないので、復帰前と同じ状態を保持できる。次いで、入力される制御指令値に徐々に変化する値の制御指令値が出力される。その結果、その増加に応じてサーボアンプからサーボコイルに供給される駆動電流が増加し、復帰に係るコントローラの制御が働き出し、最終的に復帰に係るコントローラの制御系が突変などの外乱を及ぼすことなく、いわゆるバンプレスで多重制御系に組み込まれる。なお、復帰に係るコントローラの制御系が働き出すにつれて、他の健全な制御系は自己のサーボコイルに供給する駆動電流を徐々に減らし、安定して正常な多重系に移行する。
【００１０】
上記の場合において、バンプレス復帰手段は、初期値から制御指令値まで一定率で変化させることができる。また、制御指令値には、サーボ弁の機械的反力にバランスさせるバイアス電流（ヌルバイアス電流）を含ませることができる。
【発明の効果】
【００１１】
複数コイルサーボ弁の故障制御系を運転中に復帰させる切り替えを、複数コイルサーボ弁の安定動作を損なわずに行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を説明する。図１に本発明の特徴部のバンプレス復帰手段に係る一実施の形態の構成図を示し、図２に本発明の３コイルサーボ弁が適用されるガスタービンシステムの全体構成図、図３及び図４に本発明の一実施の形態の３コイルサーボ弁の制御装置の全体構成図を示す。
【００１３】
図２に示すように、ガスタービンシステムは、燃料ポンプ１により供給される燃料と、圧縮機２にて圧縮された高圧の空気を燃焼器３で燃焼し、高温高圧のガスを発生させ、そのエネルギでガスタービン４を高速で回転させ、タービン４に連結された発電機５を駆動して電気エネルギを供給する。ガスタービン４の出力エネルギは燃料流量によって決まり、燃料流量は燃料ポンプ１のバイパス量を制御する３コイルサーボ弁６によって制御できる。
【００１４】
３コイルサーボ弁６の制御装置は、図３及び４に示すように構成されている。図３に示すように、３コイルサーボ弁６のアクチュエータ１１は、弁体を直接駆動する油圧シリンダ１２を油圧サーボ弁１３を介して油圧駆動される。油圧サーボ弁１３は、３つのサーボコイル１４、１５、１６を有してなるトルクモータ１７によって制御される。各サーボコイル１４、１５、１６の駆動電流(サーボ電流)は、それぞれサーボアンプ１８、１９、２０からスイッチ２１、２２、２３を介して供給される。各サーボアンプ１８、１９、２０は、減算器２５により後述するコントローラから出力される制御指令値２６から、サーボ弁の位置検出フィードバック回路２４から出力されるサーボ弁位置検出フィードバック値２７を引いた差に基づいて各サーボ電流を制御する。サーボ弁の位置検出フィードバック回路２４は、油圧シリンダ１２の制御量である位置検出信号を取り込み、サーボ弁位置検出フィードバック値２７を出力するようになっている。
【００１５】
サーボアンプ１８、１９、２０に係る制御指令値２６は、それぞれ対応するＡ系、Ｂ系、Ｃ系の各コントローラ３１、３２、３３によって生成されるようになっているが、図では、Ｂ系及びＣ系のコントローラ３２，３３の図示を省略している。それらのＡ系、Ｂ系、Ｃ系の各コントローラ３１、３２、３３は同一の機能構成を有していることから、Ａ系コントローラ３１について説明する。
【００１６】
Ａ系コントローラ３１は、速度センサ３４及び排気温度センサ３５の検出信号を入力し、それぞれの速度設定値３６、排気温度設定値３７と比較し、それらの検出信号が設定値となるように、速度・負荷制御系３８と排気温度制御系３９により制御する。これらの速度・負荷制御系３８と排気温度制御系３９の制御信号は、制御信号選択部４３に入力されている。また、Ａ系コントローラ３１には、起動、停止、保安時の重要信号４０がシーケンス制御系４１に入力されている。このシーケンス制御系４１の制御信号は、起動制御系４２の制御信号と合わせて、制御信号選択部４３に入力されている。制御信号選択部４３は、入力される制御信号のうちの最も小さい値の制御信号を選択して、制御指令値演算部４４に出力する。制御指令値演算部４４は入力される制御信号に基づいて制御指令値２６を演算して図３の減算器２５に出力する。また、制御信号選択部４３で選択されなかった制御信号は、制御指令値２６のバックアップ信号として保持される。
【００１７】
図５に、制御信号選択部４３の選択処理に係るフローチャートを示す。まず、ガスタービンは起動指令により起動される（Ｓ１）。次いで、自力で回転できる一定速度以上に達するまでは、制御指令値２６として起動制御による指令値４５を選択する（Ｓ２）。この時、速度は設定値まで達していないため、速度／負荷制御による指令値４６は、起動制御による指令値４５より大きい値となる。同様に、排気温度も設定値まで達していないから（Ｓ３）、排気温度制御による指令値４７は、速度／負荷制御による指令値４６および起動制御による指令値４５より大きい値となっている。このため、最小の信号を選択する制御信号選択部４３では、起動制御による指令値４５が制御指令値２６として選択される。次に、ガスタービンが自力回転数まで達すると、設定速度となったため速度／負荷制御による指令値４６が選択される。この時の起動制御による指令値４５は、速度／負荷制御値による指令値４６よりも高い値に設定される。更に、排気温度が設定値よりも高くなると、制御指令値２６として、による指令値４７が選択される。このようにして選択された制御指令値２６は、制御指令値演算部４４と減算器２５を介してサーボアンプ１８に入力される。
【００１８】
また、Ａ系コントローラ３１は、異常検出機能５０を有している。異常検出機能５０は、コントローラ異常検出機能５１と、サーボコイル電流のフィードバック値の診断機能５２と、サーポ位置のフィードバック値診断機能５３とから構成されている。コントローラ異常検出機能５１は、コントローラ自体の異常を検出するＣＰＵの異常診断機能である。サーボコイル電流のフィードバック値の診断機能５２は、コントローラの制御指令値２６とサーボコイル電流のフィードバック値２８を比較して、サーボコイル１４又はサーボアンプ１８の異常を診断するものである。サーボコイル異常とは、例えば、サーボコイルが断線したときであり、このときのコイル電流のフィードバック値２８は０となる。また、サーボアンプ１８の故障時は、コイル電流のフィードバック値２８は飽和電流値となる。サーポ位置のフィードバック値診断機能５３は、制御指令値２６とサーボ弁位置検出フィードバック値２７を比較して、サーボ位置検出器の異常を診断するものである。異常の時は、制御指令値２６とサーボ弁位置検出フィードバック値２７は異なった値となる。この異常検出機能５０により、Ａコントローラ３１によって、制御系内の各コンポーネントの異常、例えば、コントローラ異常、サーボアンプ異常、サーボコイル異常、サーボ位置検出異常を診断できる。異常が発見された場合は、サーボアンプの出力側に設けられたスイッチ２１を開いて、Ａ系の制御を切り離すようになっている。Ｂ系及びＣ系のコントローラ３２，３３も同様に構成されている。
【００１９】
次に、本発明の特徴部に係る制御指令演算部４４の出力段に設けられたバンプレス復帰手段の構成について、図１を参照して説明する。制御指令演算部４４は制御信号選択部４３から出力される制御信号に基づいて制御指令値２６aを生成し、加算器６１においてヌルバイアス設定器６２から出力されるヌルバイアス値（例えば、０．６ｍＡ）を加算し、制御指令値２６ｂとして出力段に設けられたバンプレス復帰手段６３の入力端Ｘ１に入力する。また、バンプレス復帰手段６３の入力端Ｘ２には、サーボ弁の位置検出フィードバック値２７が入力されている。また、バンプレス復帰手段６３には、異常検出機能５０から自己の制御系であるＡ系コントローラが故障状態から復旧し、多重制御系への復帰指令５５が入力されるようになっている。
【００２０】
バンプレス復帰手段６３は、制御指令演算部４４と同様にプログラムによる演算手段により構成されており、正常動作時は、ヌルバイアス値が加算された制御指令値２６を単に通過させて減算器２５に出力するようになっている。このヌルバイアス値は、サーボ弁の機械的反力にバランスさせるための駆動電流であり、例えば、０．６ｍＡである。一方、バンプレス復帰手段６３は、多重制御系に復帰させる復帰指令５５が入力されたとき、その復帰指令５５に応動してサーボ弁位置検出フィードバック値２７を初期値として、徐々に制御指令値２６bに変化させて減算器２５に出力するようになっている。この徐々に変化させる率は、例えば、０．０５％／秒の一定率とすることができるが、これは３コイルサーボ制御系の応答性に応じて、任意の変化率に適宜設定することができる。減算器２５には、サーボ弁位置検出フィードバック値２７がネガティブフィードバック値として入力されており、制御指令値２６bとサーボ弁位置検出フィードバック値２７の差がサーボアンプ１８に入力される。サーボアンプ１８の出力であるサーボ電流は、スイッチ２１を介してサーボコイル１４に供給される。スイッチ２１は、後述する復帰指令５５によってＯＮされるようになっている。
【００２１】
このように構成されるバンプレス復帰手段の動作について、従来法と対比して説明する。図６に従来法による故障制御系統の復帰時のタームチャートを示し、図７に本発明による故障制御系統の復帰時のタームチャートを示す。図６において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれＡ系、Ｂ系、Ｃ系の各サーポアンプ１８〜２０から出力されるサーボ電流、同図（ｄ）はそれらのサーボ電流の合計、（ｅ）は燃料流量、（ｅ）は排気温度を示している。また、横軸は時間である。いま、図のｔｌの時においてＡ系コントローラ３１にて異常が発生すると、Ａ系のサーボ電流が０ｍＡになる。その後、Ａ系コントローラ３１の電源を切り、異常原因の調査を行って原因が判明した時点で修復を行い、その後に電源を投入してｔ２時にＡ系コントローラ３１を再スタートさせる復帰指令５５が出力され、これによりＡ系のサーボ電流が瞬時に流れ始める。
【００２２】
つまり、Ａ系コントローラ３１にて異常が発生した時ｔ１において、Ａ系コントローラ３１の異常検出機能５０が動作し、スイッチ２１が開いてサーボアンプ１８からサーボコイル１４に供給されていたＡ系のサーボ電流が０ｍＡになる。Ａ系のサーボ電流が０ｍＡになることにより、合計サーボ電流が１．８ｍＡから１．２ｍＡまで下がるため、トルクモータ１７の力が弱まり３コイルサーボ弁６が閉方向に動作して燃料が減少する。同時に、サーボ弁位置検出フィードバック値２７が下がってくるため、Ｂ系のサーボアンプ１９及びＣ系のサーボアンプ２０の合計電流が増加し、それまで流れていた合計サーボ電流と同じ電流１．８ｍＡになった時点で制御は安定する。
【００２３】
その後、異常内容が判明し、その修復が済んだ後に、Λ系コントローラ３１をプラント運転状態を継続したまま復旧し、３重制御系に組み込む場合について説明する。図のｔ２時にＡ系コントローラ３１が復帰されたとすると、その再スタートと共にスイッチ２１が閉じられる。このとき、Ａ系のサーボアンプ１８からは、他の正常なＢ系とＣ系のサーボアンプ１９，２０と同じ値のサーボ電流が瞬時に供給され、合計サーボ電流が２．７ｍＡに突変する。そのため、トルクモータ１７の力が強まり、３コイルサーボ弁６が開方向に急激に動作し、燃料流量が急増して排気温度も増加する。この温度上昇値がガスタービン４のサーマルストレスに深刻な影響を与えるトリップ値に達すると、ガスタービンプラントトリップ（プラントトリップ）に至ってしまう。ガスタービン４の運転状態が、定格負荷運転の場合には、通常、排気温度はトリップ値まで一定の温度差（例えば、２２℃）を持った状態で運転しているため、定格負荷運転時にコントローラの復帰を行うと、プラントトリップに至ってしまう。例えば、排気温度のトリップ値が５８５℃であり、５６３℃で定格負荷運転している状態のときに、コントローラの再スタートを行って５９０℃まで温度上昇してしまうと、トリップに至ってしまう。なお、コントローラ復帰時の排気温度の上昇分（サーボ電流の上昇分）は、ガスタ−ビンの負荷（プラントの負荷）が小さいほど少なくなるため、負荷が低いところで復旧作業を行うと、ガスタービンのトリップ値までは上昇しない。
【００２４】
本発明は、定格負荷運転時であってもコントローラ復帰時のサーボ電流の突変を抑えて、例えば排気温度の上昇を抑えるため、復旧したコントローラからのサーボ電流を突変させずに、復帰時に徐々に流していくバンプレス復帰手段６３をコントローラの出力段に追加したものである。このバンプレス復帰手段６３の動作を図１の構成図及び図7のタームチャートを参照して説明する。図７において、（ａ）はバンプレス復帰手段６３の出力、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれＡ系、Ｂ系、Ｃ系の各サーポアンプ１８〜２０から出力されるサーボ電流、同図（ｅ）はそれらのサーボ電流の合計、（ｆ）は燃料流量、（ｇ）は排気温度を示している。また、横軸は時間である。
【００２５】
バンプレス復帰手段６３は、復帰信号５５がＯＦＦからＯＮに変化した場合に、制御指令値２６b（出力Ｙ）の値をサーボ弁位置検出フィードバック値２７（Ｘ２）を初期値として、入力された制御指令値２６a（Ｘ１）の値に一定のレート（例えば、０．０５％／ｓ）をもって徐々に、つまりバンプレスに切り替える機能を有する。復帰信号５５は、例えば、異常検出手段５０からコントローラのイニシャル完了信号として出力される。コントローラ復旧前は、復帰信号５５はＯＦＦである。この場合、バンプレス復帰手段６３の出力Ｙは、サーボ弁位置検出フィードバック値と同じ値を出力する。そして、コントローラの復旧操作が行われ、コントローラ内部でイニシャル動作が完了した時点で復帰信号５５ＯＮすると、出力Ｙを徐々に制御指令値２６ａの値に切替えていく。
【００２６】
その結果、サーボアンプ１８から出力されるサーボ電流は、次のようになる。
（１）復帰前及び復帰時のサーボ電流
＝（サーボ弁位置検出フィードバック値２７）
−（サーボ弁位置検出フィードバック値２７）
＝０ｍＡ
（２）復帰中のサーボ電流
＝（制御指令値２６ｂ）−（サーボ弁位置検出フィードバック値２７）
＝一定レートで徐々に変化する値
（３）復帰完了時のサーボ電流
＝（制御指令値２６ｂ）−（サーボ弁位置検出フィードバック値２７）
復帰完了時のサーボ電流は、実際には、３系統のコントローラの制御がバランスしているはずであるから、ヌルバイアス電流の０．６ｍＡになる。なお、Ａ系コントローラ３１が異常となった時は、Ｂ系コントローラ３２、Ｃ系コントローラ３３の制御指令値２６ｂはＡ系コントローラ３１が異常となる前の値よりも高くなっている。これは、３コイルで制御していた状態から、残りの２コイルだけで制御しなければならなくなったために、制御指令演算回路４４が制御指令値２６ａを高くするためである。
【００２７】
以上のバンプレス復帰手段６３の機能により、Ａ系コントローラ３１からのサーボ電流は０ｍＡから開始し、一定のレートにてＢ系コントローラ３２及びＣ系コントローラ３３のサーボ電流と同じ値になるまで変化する。そして、Ａ系のサーボ電流が増加することによりＢ系及びＣ系のサーボ電流が減少し、結果的に合計電流を一定にするように制御される。そのため、燃料流量の変化は無くなり、排気温度の変化も無くなり、定格負荷運転中であっても復旧作業が可能となる。
【００２８】
以上のように、本実施の形態によれば、３重化コントローラ３１、３２，３３により制御する３コイルサーボ弁制御において、プラントが定格負荷にて運転されている場合でも１制御系の故障の復旧作業が可能となり、復旧作業における制約（プラント停止、プラント負荷降下）を受けずにすむという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の特徴部に係るバンプレス復帰手段及び周辺部の一実施の形態の構成図である。
【図２】本発明に係る３コイルサーボ弁が適用されてなる一実施の形態のガスタービンプラントの全体構成図である。
【図３】本発明に係る３コイルサーボ弁制御装置のサーボ弁周りの一実施の形態の構成図である。
【図４】本発明に係る３コイルサーボ弁制御装置のコントローラ周りの一実施の形態の構成図である。
【図５】図４実施の形態の制御信号選択部の選択処理に係るフローチャートである。
【図６】従来法による故障制御系統の復帰時の各部の電流等の変化を説明するタームチャートである。
【図７】本発明による故障制御系統の復帰時の各部の電流等の変化を説明するタームチャートである。本発明の一実施例に係る３コイルサーボ弁制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１８  サーボアンプ
２１  スイッチ
２５  減算器
２６a、２６ｂ 制御指令値
２７  サーボ弁位置検出フィードバック値
４４  制御指令値演算部
５５  復帰指令
６１  加算器
６２  ヌルバイアス設定器
６３  バンプレス復帰手段
【図１】
2005105912.tif 000003
【図２】
2005105912.tif 000004
【図３】
2005105912.tif 000005
【図４】
2005105912.tif 000006
【図５】
2005105912.tif 000007
【図６】
2005105912.tif 000008
【図７】
2005105912.tif 000009