(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水−蒸気循環路（２２）におけるヒドラジン注入装置であって、
ａ）凝縮器（２６）への給水内酸素濃度（第1の測定値、６c）を測定するための第1の測定要素（１４）を有し、
ｂ）蒸気発生器（２４）の前方における給水内酸素濃度（第２の測定値、６ａ）を測定するための第２の測定要素（１２）を有し、
ｃ）蒸気発生器（２４）の前方における給水内ヒドラジン濃度（第３の測定値、６ｂ）を測定するための第３の測定要素（１３）を有し、
ｄ）エキスパートシステム（３１）が知識ベース（２９）内の徴候（Ｓ）と規則（Ｒ）とによって水―蒸気循環路への有害な酸素流入に関する故障診断を行うために、少なくとも測定要素（１４，１２，１３）による測定値（６ｃ，６ａ，６ｂ）を受け取り、
ｅ）少なくとも第１、第２および第３のファジィ調節器（１８ｃ，１８および，１８ｂ）を有し、
第１のファジィ調節器（１８ｃ）には第１の測定値（６ｃ）およびこれに対応する第１の目標値（３２ｃ）が入力され、
第２のファジィ調節器（１８ａ）には第２の測定値（６ａ）およびこれに対応する第２の目標値（３２ａ）が入力され、
第３のファジィ調節器（１８ｂ）には第３の測定値（６ｂ）およびこれに対応する第３の目標値（３２ｂ）が入力され、
ｆ）このファジィ調節器（１８ｃ，１８ａ，１８ｂ）により、少なくとも第１、第２および第３の測定値（６ｃ，６ａ，６ｂ）を用いてエキスパートシステム（３１）により行われた故障診断に基づき、ヒドラジン注入装置（２３）の操作要素（１７）への制御干渉（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）が知識ベース（２９）中の徴候（S）と規則（R）を適用して計算され、
最大値形成のための要素（３３）が制御干渉（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）のいずれかを用いて数値的な最大値を選び、操作要素（１７）に作用する
ことを特徴とするヒドラジン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は技術的設備の運転状態を診断するためのエキスパートシステムを有する技術的設備、特にヒドラジン注入装置に関する。
【０００２】
多くの最近の技術的設備、例えば発電所では、特に障害の際に、オペレータに発電所の運転のための支援を与えるべく、運転状態を診断するためのエキスパートシステムを使用する。エキスパートシステムにより作成される診断は、通常障害の形式、その生起の場所およびその除去のための可能な措置に関する報知を与える。オペレータはそれにより、可能な作用関連を認識する際の負担が軽減され、かつ障害除去がそれにより容易になる。エキスパートシステムはその際に、いわゆるエキスパート知識を、引き続いて診断を行うために利用する知識ベースとして含む。
【０００３】
ドイツ特許出願公開第43 38 237号明細書には、技術的設備の運転状態の診断を解析するための方法と装置が示されている。その際、徴候ツリーが作成され、障害の状況に応じパスが能動化され、かつ診断テキストが出力される。データメモリ内に規則、徴候定義および診断テキストが記憶される。診断およびその結合構造の全ての論理的な構成要素の表示は、診断を逆にたどり、こうして解析することをも可能にする。こうして診断の完全な追跡が、それに寄与する全ての能動的な規則に関して可能である。オペレータは、それにより、現在生じている障害の作用関連に関する可能な限り包括的な展望を持ち、かつ手動操作による障害の除去を目的に則して行える。この方法の欠点は、障害を除去するための適切なストラテジーを開発し、かつ対策を講じることがオペレータの責任とされており、特に時間的に緊急な事象の際、当人に過大な負担が掛かり易いことである。
【０００４】
ドイツ特許出願公開第44 21 245号明細書には、技術的設備の運転をシミュレートする装置が開示されている。この装置は技術的設備に関する、プログラム制御されるシミュレーションモジュールと規則を含んでいる。シミュレーション入力データから徴候が発見され、これら徴候がシミュレーションモジュールに供給され、かつこのシミュレーションモジュールがそれから診断を行う。装置内のデータの処理は、その際ステップバイステップで観察される。提示された診断に関係し、続いてフィードバックが行われる。その際個々に、技術的設備の作動状態のどの変化が、診断に相応して惹起されたフィードバック措置によりもたらされたかを跡付け可能である。
【０００５】
上記文献には、シミュレートされたプロセスへの診断のフィードバックの際、所望の正常作動状態に戻すために適用可能な方策に関する指摘は存在しない。
【０００６】
本発明の課題は、技術的設備の運転状態を診断するためのエキスパートシステムを有する技術的設備であって、オペレータをインテリジェントな手作業による切換操作により障害に対して確実かつ迅速な措置をする課題から解放する装置を提供することである。
【０００７】
本発明によれば、冒頭に挙げた装置は下記の構成から成る。
水−蒸気循環路（２２）におけるヒドラジン注入装置であって、
ａ）凝縮器（２６）への給水内酸素濃度（第1の測定値、６c）を測定するための第1の測定要素（１４）を有し、
ｂ）蒸気発生器（２４）の前方における給水内酸素濃度（第２の測定値、６ａ）を測定するための第２の測定要素（１２）を有し、
ｃ）蒸気発生器（２４）の前方における給水内ヒドラジン濃度（第３の測定値、６ｂ）を測定するための第３の測定要素（１３）を有し、
ｄ）エキスパートシステム（３１）が知識ベース（２９）内の徴候（Ｓ）と規則（Ｒ）とによって水―蒸気循環路への有害な酸素流入に関する故障診断を行うために、少なくとも測定要素（１４，１２，１３）による測定値（６ｃ，６ａ，６ｂ）を受け取り、
ｅ）少なくとも第１、第２および第３のファジィ調節器（１８ｃ，１８および，１８ｂ）を有し、第１のファジィ調節器（１８ｃ）には第１の測定値（６ｃ）およびこれに対応する第１の目標値（３２ｃ）が入力され、
第２のファジィ調節器（１８ａ）には第２の測定値（６ａ）およびこれに対応する第２の目標値（３２ａ）が入力され、
第３のファジィ調節器（１８ｂ）には第３の測定値（６ｂ）およびこれに対応する第３の目標値（３２ｂ）が入力され、
ｆ）このファジィ調節器（１８ｃ，１８ａ，１８ｂ）により、少なくとも第１、第２および第３の測定値（６ｃ，６ａ，６ｂ）を用いてエキスパートシステム（３１）により行われた故障診断に基づき、ヒドラジン注入装置（２３）の操作要素（１７）への制御干渉（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）が知識ベース（２９）中の徴候（S）と規則（R）を適用して計算され、最大値形成のための要素（３３）が制御干渉（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）のいずれかを用いて数値的な最大値を選び、操作要素（１７）に作用する
ことを特徴とするヒドラジン注入装置。
【０００８】
技術的設備内の診断と制御干渉に対するエキスパートシステムの知識ベースの同時使用で、存在するエキスパート知識を首尾一貫して利用し、かつ診断および制御干渉の別々の実現時に必要となったであろう複線的な考察が略不要となり、かつそれに伴い場合により生ずる障害原因が排除される。更に、診断および制御干渉の統一的な解決により、両者間の関連が、例えば技術的設備のオペレータのコントロールディスプレイ装置上に非常に判り易くかつ良好に表示可能である。診断可能性の拡大は、更に同時に制御干渉の改善のためにも利用できる。
【０００９】
本発明の別の実施例では、エキスパートシステムが診断を、測定値を用いて作成し、かつ制御干渉が少なくとも１つの測定値および／又は測定値から導き出された量から決定される。こうして診断を下し、かつ制御干渉を決定するために測定値の同一のデータベースが利用できる。
【００１０】
測定値から導き出す量として、制御偏差および／又はその変化を求めると有利である。ここでも測定値のデータベースが、診断の作成および制御干渉の決定のために利用される。
【００１１】
知識ベースが制御干渉を完全に決定することは有利である。このことは、両方の課題、即ち診断および障害を除去するための制御干渉に対し、只１つの単一の知識ベースを解決のために利用すべきであること意味する。
【００１２】
本発明の好ましい実施例では、エキスパートシステムの知識ベースがファジィ論理の方法に従って数式化される。このような方法による知識のモデル化が可能なエキスパートシステムは市販されている（例えばSiemensAGのDIWA又はDigest）。このようなエキスパートシステムの使用は、テクノロジー的な知識ベースを準備する重要な課題への集中を許し、かつ知識ベースの数式化の際のフォルマリスムを顧慮しての熟慮から解放する。
【００１３】
ファジィ論理が、特有の言語的なIF・・・THEN規則を含んでいると有利である。このような規則の数式化時の進め方は公知である。診断のための知識も制御干渉のための知識も、こうして統一的に把握され、かつ処理される。
【００１４】
制御偏差および／又はそれから導き出した量をファジィ化すると有利である。
ファジィ化とは、所謂従属値への物理的に重要な入力値の変換を意味する。従属値は再び制御アクチベーションの度合いを決定する。ファジィ論理の詳細と基礎は、例えばHans‐Heinrich Bothe著："Neuro‐Fuzzy法"Springer社刊、ベルリン他、１９９８に記載されている。他の文献として、例えばDimiter Driankov他著、"An  Introduction  to  Fuzzy  Control"，Springer社、ベルリン、ハイデルベルグ、１９９３も挙げられる。前記の量のファジィ化は、こうして前処理した量を次いでファジィ調節器内で制御干渉を決定するために処理できるという利点を有する。この方法で両方の課題、診断および制御干渉の決定を統一的な段により解決できる。その際に制御干渉を決定するために必要な量も、好ましい形態で存在している。
【００１５】
本発明の３つの実施例を添付図面により説明する。
【００１６】
図１は、技術的設備２と接続されたエキスパートシステム１を示す。ここにエキスパートシステムは運転状態を診断する課題と、障害を自動的に除去するための制御干渉を決定する課題とを引き受ける。この技術的設備は、１つ又は複数の制御対象ＲＳ、１つ又は複数の測定要素ＭＧおよび１つ又は複数の操作要素ＳＧを含む。符号３は、擾乱量を示すもので、制御対象ＲＳに操作要素ＳＧから予め定められた操作量だけでなく、場合によっては１回も測定技術的に捕捉されていない擾乱量も作用することを示している。測定要素ＭＧは測定値６をエキスパートシステム１に供給し、測定値６はそこでデータベースＭＷ内に記憶される。測定値は公知の方法により処理段ＦＺ内でファジィ化される。知識ベースＷＢは、テクノロジー的なエキスパート知識に基づき、ファジィ論理の公知の方法に従って数式化される徴候Ｓと規則Ｒを含んでいる。現在存在するファジィ化された測定値と、知識ベースＷＢの徴候Ｓおよび規則Ｒとに基づき、診断論理Ｄ内で技術的設備の現在の運転状態に関する診断９が作成され、かつ診断テキストとして指示ユニット、例えば画像スクリーン像の診断領域ＤＴ内に指示される。データベースＭＷは診断ユニットＤに対し並列にファジィ調節器の前処理段ＶＶにも測定値８を与える。これら測定値はファジィ調節器ＦＲにより技術的設備への制御干渉に処理される。
前処理段ＶＶ内で、制御のために使用される量である制御偏差ｅと制御偏差の変化ｄｅとが形成され、その際制御すべき量の目標値ｗも使用される。制御偏差ｅと制御偏差の変化ｄｅは、続いて公知の方法に従って別の処理段ＦＺＺ内でファジィ化され、又はファジィ化された量ｅ′又はｄｅ′として調節器ＦＲに供給される。この調節器ＦＲは、診断９を下すべく使用される同じ知識ベースＷＢにアクセスするファジィ調節器として構成されている。ファジィ調節器ＦＲはファジィ化された操作量ｕ′を供給し、この操作量ｕ′は別の処理段ＤＦＺ内でデファジィ化によりあいまいさの無い出力値ｕに変換される。このあいまいさの無い出力値ｕは技術的設備の操作要素ＳＧの少なくとも１つを駆動するために使用される。技術的設備への制御干渉は、所望の正常状態に達する迄行われる。
【００１７】
図２は、技術的設備が複数個の測定および操作要素ＭＧ又はＳＧを持つ通常の場合を示す。この技術的設備はエキスパートシステム１と接続されている。エキスパートシステム１は技術的設備の運転状態を診断し、かつ障害時には技術的設備への１つ又はそれ以上の制御干渉ｕを行う。技術的設備の運転状態は、測定要素ＭＧから技術的設備２に供給される測定値により、エキスパートシステム１に伝達される。
【００１８】
エキスパートシステム１は、主構成要素としての診断ユニットＤ、知識ベースＷＢおよび１つ又はそれ以上のファジィ調節器ＦＲ１〜ＦＲｎから成る。エキスパートシステム１は、知識ベース内に含まれた徴候Ｓおよび規則Ｒに基づき技術的設備２の運転状態の診断を下す。障害が識別されると、自動的に１つ又はそれ以上の制御干渉ｕが、ファジィ調節器ＦＲ１〜ＦＲｎの少なくとも１つにより技術的設備に惹き起こされる。ファジィ調節器は１つ又はそれ以上の操作量を形成すべく、診断を作成するためにも使用される同じ知識ベースＷＢにアクセスする。ファジィ調節器で発生される操作量ｕは、通常状態が再び得られるよう、技術的設備２の操作要素ＳＧに作用する。全技術的設備２がこうしてエキスパートシステム１により監視され、運転状態に関する診断が作成され、かつ障害が識別されたときは、自動的に技術的設備２への１つ又はそれ以上の制御干渉ｕが、再び通常状態に戻る迄、ファジィ調節器により行われる。この方法で、技術的設備２内の障害により惹き起こされた障害が自動的に除去される。
【００１９】
図３は技術的設備の水・蒸気循環路２２を示し、その際エキスパートシステムによる有害な酸素流入の診断の後に、水・蒸気循環路２２内の重要な構成要素の腐食を阻止すべくヒドラジンを供給する自動的なドージング装置２３が運転される。水・蒸気循環路２２は主構成要素としての蒸気発生器２４、タービン２５、凝縮器２６、１つ又は複数のポンプ２７、給水容器２８、測定要素１０〜１６およびドージング装置２３の操作要素としてのドージング弁１７から成っている。水・蒸気循環路２２内の漏れの結果として生じる酸素流入は、水・蒸気循環路２２の重要な設備部分の腐食の問題を惹起する故障である。酸素の流入は、水・蒸気循環路２２内に漏れの結果として存在する酸素と結合し、かつそれにより化学的な腐食反応の進行を阻止するヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）の適量供給で除かれる。ヒドラジンの供給時、過剰なヒドラジンを供給しないよう注意せねばならない。何故なら、過剰のヒドラジンは別の問題、即ち特に蒸気発生器２４内への懸濁物質である鉄の侵入と、それに伴う鉄懸濁粒子の急速な堆積を生ずるからである。従って、十分なヒドラジン添加による酸素の腐食作用の確実な中和と、懸濁粒子の堆積の可能な限り確実な防止との間で妥協を図る必要がある。
【００２０】
技術的設備の水・蒸気循環路２２内に分布して位置する測定要素１０〜１６は運転状態に関する測定値をエキスパートシステムに供給する。技術的設備の水・蒸気循環路２２内への有害な酸素流入を診断するため、主に測定要素１２で取り出し可能な、蒸気発生器２４前方の給水内酸素濃度の測定値６ａと、等しい個所で測定要素１３において得られる、水・蒸気循環路２２内に位置するヒドラジンの濃度に対する尺度であるレドックス電位の測定値６ｂと、測定要素１４において得られる凝縮器２６後方の酸素濃度の測定値６ｃとが使用される。
【００２１】
他の測定要素は、主に陽イオン伝導度測定の役割をする。即ちそこで得られた測定値は、水・蒸気循環路２２内への酸素流入を確認し、かつ酸素流入の場所を局限する追加的な情報である。正常作動中はヒドラジンの比較的高い濃度が低い酸素含有量をもたらし、かつバッファとして酸素含有量を空気流入の場合にも低く保つ。このヒドラジンストック（"ヒドラジンバッファ"）は、技術的設備の運転経験により決定される大きさを有する。障害発生時にも重要な水・蒸気循環路の構成要素の腐食を確実に防ぐヒドラジンバッファを維持することは、腐食を可能な限り確実に避ける上で重要である。
【００２２】
エキスパートシステムは先に挙げた測定値を受け取る。測定要素１２、１４内で、正常運転の値より高い酸素濃度６ａ〜６ｃが測定され、かつ測定要素１３におけるレドックス電位の測定値６ｂが低下すると、このことは水・蒸気循環路２２内への酸素流入障害に対する徴候である。エキスパートシステムはこれらの測定値から、測定要素１０、１１、１５および１６における水・蒸気循環路２２内の陽イオン伝導度の追加的な測定値を用いて障害診断を下し、その際に診断を下すため知識ベース２９内に含まれている徴候と規則を用いる。酸素濃度とレドックス電位の測定値６ａ、６ｂ及び６ｃは、並列に３つのファジィ調節器１８ａ、１８ｂ及び１８ｃにも与えられる。これらファジィ調節器は、有害な酸素流入の識別後に、エキスパートシステムにより自動的に適量供給装置２３の操作要素１７への制御干渉を計算する。必要とされる目標値３２ａ、３２ｂおよび３２ｃを供給される全ての３つのファジィ調節器は、その際各制御干渉を発生すべく、知識ベース２９内に存在する徴候および規則を使用する。これらの徴候と規則は、障害診断を作成するためにも使用される。
【００２３】
第１のファジィ調節器１８ｃは、凝縮器２６の後の水・蒸気循環路内の酸素濃度の測定値６ｃを処理し、かつ障害の識別後にヒドラジン適量供給装置２３に対する操作要素１７への制御干渉を計算する。この第１のファジィ調節器１８ｃにより調節すべき制御対象の考察から、この第１の調節器の前処理段３４ｃ内で制御偏差３５ｃを形成し、処理段３６ｃ内でファジィ化し、かつ調節器内で更に処理すれば、制御干渉２１ｃを起すに十分である。調節器はファジィ化された操作量４１ｃを計算し、この操作量４１ｃは続いて処理段３７ｃ内でデファジィ化される。即ち制御干渉２１ｃのためのあいまいさの無い値に変換される。
【００２４】
第２のファジィ調節器１８ａは、蒸気発生器前方の給水内酸素濃度の測定値６ａを処理する。この第２のファジィ調節器１８ａにより、制御すべき制御装置対象の若干複雑な構造に基づき、付属の前処理段３４ａ内で制御偏差３５ａとその変化３８ａが計算され、続いて処理段３６ａ内でファジィ化される。制御偏差３５ａの変化３８ａは、その際過去における制御偏差３５ａの挙動に関する情報を与える微分された成分と積分された成分とから成る。第２のファジィ調節器１８ａは、ファジィ化された制御偏差３９ａとファジィ化された制御偏差の変化、即ち４０ａからヒドラジン適量供給装置２３の操作要素１７への制御干渉２１ａを計算する。その際第２のファジィ調節器１８ａは、先ずファジィ化された操作量４１ａを計算し、この操作量４１ａを次いで処理段３７ａ内で制御干渉２１ａのためのあいまいさの無い値に変換する。制御干渉２１ａを決定する第２のファジィ調節器は、知識ベース２９内で、障害診断のためにも使用される徴候と規則を使用する。
【００２５】
第３のファジィ調節器１８ｂは、蒸気発生器２４前方の給水内の、レドックス電位の測定値６ｂを受け取る。この測定値６ｂの測定は、同じく有害な酸素流入の指標を与える他形式の測定値を使用しつつ、等しい個所で測定要素１２において酸素濃度を測定するための冗長性測定である。この第３のファジィ調節器１８ｂに属する前処理段３４ｂ内で第２のファジィ調節器１８ａの際のように制御偏差３５ｂとその変化３８ｂが形成され、かつ続いて処理段３６ｂ内でファジィ化される。知識ベース２９内に存在する障害の診断のためにも使用される徴候および規則の援助の下に、第３のファジィ調節器１８ｂはヒドラジン適量供給装置２３の操作要素１７への制御干渉２１ｂを計算する。その際に第３のファジィ調節器１８ｂは、先ずファジィ化された操作量４１ｂを計算し、この操作量４１ｂが次いで処理段３７ｂ内で制御干渉２１ｃのためのあいまいさの無い値に変換される。
【００２６】
３つのファジィ調節器１８ａ、１８ｂおよび１８ｃにより計算されたファジィ化された操作量４１ａ、４１ｂおよび４１ｃは、続いて処理段３７ａ、３７ｂおよび３７ｃ内でデファジィ化され、かつあいまいさの無い操作量２１ａ、２１ｂおよび２１ｃとして３つのファジィ調節器の後に対応付けられている最大値形成のための要素３３に与えられる。制御干渉の値からのこの要素３３に生ずる最大の値が通過接続され、ヒドラジン適量供給装置２３の操作要素１７に作用する。腐食耐性に関する確実さを高めるため前以てもう１つのヒドラジン過剰成分を追加する。次いで３つの計算された制御干渉からの最大値の選択と追加的なヒドラジン過剰成分の選択により、既に正常運転中に不必要に大きいヒドラジンバッファを水・蒸気循環路２２内に保つ必要なしに、技術的設備の水・蒸気循環路２２の重要な構成要素の腐食に対する安全性が十分に得られる。ヒドラジン適量供給は、水・蒸気循環路内のヒドラジンバッファの大きさが予め定められた値に到達し、又はこれからなお許容される偏差を有する迄行われる。
【００２７】
ここに調節とは、監視すべき量を予め定められた許容帯内に留まらせるための技術的設備への干渉を意味する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  同時に技術的設備の運転状態の診断を作成し、また技術的設備への制御干渉を決定するため、技術的設備と接続されているエキスパートシステムの特に重要な構成要素の概要図。
【図２】  付属の調節器および診断システムを有する技術的設備。
【図３】  有害な酸素流入の診断の後にエキスパートシステムにより水・蒸気循環路の重要な構成要素の急速な腐食を阻止するためヒドラジンの自動的な追加適量供給が行われる技術的設備の水・蒸気循環路。
【符号の説明】
１  エキスパートシステム
２  技術的設備
６  測定値
９  診断
ｄｅ  制御偏差の変化
ｅ  制御偏差
ｕ  制御干渉
ＷＢ  知識ベース
【図１】
0003996772.tif 000002
【図２】
0003996772.tif 000003
【図３】
0003996772.tif 000004