(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各種プラント及び装置の状態を二重化された第１及び第２の検出器で計測し、その一方の検出器で計測した制御量が目標とする設定値になるように制御器にて演算を行い、その出力にて操作器を調節する自動制御装置において、
前記第１及び第２の検出器の出力信号を切換えて制御部へ送る切替器と、該切替器から前記制御部への出力信号を固定し保持する信号保持回路と、前記第１及び第２の検出器夫々の出力信号から各検出器の異常を判定する異常判定回路と、前記第１及び第２の検出器の出力信号間の偏差を検出する偏差検出回路と、前記異常判定回路によって夫々の検出器の異常信号が出力されていない場合においても前記偏差検出回路による検出信号の偏差があらかじめ定められた設定値を越えているときに前記信号保持回路を一時的に作動させるための信号を発生する一時保持信号発生回路とを備え、前記信号保持回路による一時保持の間に前記異常判定回路によって異常な検出器が判定された場合には前記切替器によって正常な検出器からの信号が選択され、異常な検出器が判定されない場合には手動モードに移行するように構成されてなることを特徴とする二重化された検出器を具えた自動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種プラント及び装置において、状態量を二重化された検出器で計測して制御操作を行う自動制御装置に係り、特に自動制御を継続しながら二重化された検出器を切替える為の自動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種プラント等の制御装置において、制御対象の状態量を検出器で検出し、その検出信号に基づいてフィードバック制御を中心とした自動制御が広く使用されているが、全ての運転制御操作が自動制御に適しているものではないので、運転員による手動操作も併用されている。プラント及び装置における典型的なフィードバック制御は図４に示すように、検出器４５の検出部４１、制御部４２、操作部４３、手動設定部４４からなる。
【０００３】
検出器４５によって検出された制御対象の状態量は検出部４１に取り込まれ、ノイズや異常信号等を除去して正常な検出器４５の信号のみを検出信号として制御部４２に送る。制御部４２では検出信号を取り込み所定の設定値になるようにコンロトーラの出力信号を調節する。制御部４２の出力信号は操作部４３に送られ操作端４７を動かす。ここで検出部４１において正常な検出信号がないと判断された場合は、制御部４２においてコントロールを継続することは出来ないので、操作部４３への出力信号を切換スイッチ４６を介して手動設定部４４からの信号に切り替える。切り替わった状態を一般に「手動モード」と呼称し、運転員が直接操作端４７を調節制御する。
【０００４】
従って前記フィードバック制御システムにおいては、検出器４５が故障した時には正常な自動制御が出来ないので、同じ検出器２個を同一の場所に設け、検出器の異常発生時までは自動制御を行い、故障が発生したら一旦手動モードに移行させ、正常側の検出器に人為的に切替え後、再度自動制御を再開する二重化方式がよく採用されている。
【０００５】
その従来二重化方式の検出部４１の制御回路を図２に示す。
図２において、同一の検出器１、２は、夫々出力信号線１１、１３を介して信号切替器３に接続され、信号切替器３は選択された検出信号を制御部４２に送るようになっている。
先ず、検出器１、２からの検出信号は夫々出力信号線１１、１３を介して比較上下限検出器７に入り、検出器異常信号（Ｂ）、（Ｃ）が出力されていない場合でも両方の検出器１、２に所定以上の差（偏差）が有る場合は、オンディレイタイマ−１５で設定された時間後に検出器異常信号（Ｄ）を出力する。
【０００６】
更に、検出器異常信号（Ｂ）、（Ｃ）が出力されておらず、両方の検出器１、２に所定以上の差（偏差）が有る場合には、アンドゲート６２と反転回路５１、５２により偏差信号が出力され、更にオンディレイタイマ−１５で設定された時間後に検出器異常信号（Ｄ）を出力されて手動モードに移行する。
【０００７】
一方、検出器１、２からの検出信号は、それぞれ出力信号線１１、１３を介して上下限検出器５及び突変検出器６に入るようになっており、検出器１、２の異常が検出される。すなわち上下限検出器５は、検出信号があらかじめ設定された範囲から外れると出力信号を出し、又突変検出器６も検出信号の急激な変化を検出すると出力信号を出す。これらの出力信号が検出器１、２毎に出るとオアゲート６１、６０を介して検出器異常信号（Ｂ）、（Ｃ）が出される。
【０００８】
そして、切替器３にて検出器１が選択されている時に検出器異常信号（Ｂ）が出された時、切替器３にて検出器２が選択されている時に検出器異常信号（Ｃ）が出された時、及び検出器異常信号（Ｄ）が出された時に検出器に異常が発生したと判断され、自動制御は中断され手動モードに移行する。
ここで、検出器１または２のいずれを選択するかは、検出器１選択信号Ａを成立させるか否かで決める。
【０００９】
即ち、図において、切換器３に検出器１の選択信号（Ａ）が成立されているときは、アンドゲート６３により異常信号（Ｂ）と選択信号（Ａ）とのアンドを取って手動モードに移行する。
切換器３に検出器１の選択信号（Ａ）が成立されていないとき、言換えれば切換器３で検出器２が選択されているときは、アンドゲート６４と反転回路５３により異常信号（Ｃ）と反転させた選択信号（Ａ）とのアンドを取って手動モードに移行する。
【００１０】
尚、手動操作では検出器異常信号（Ｂ）、（Ｃ）が夫々反転回路５４、５５を介して夫々対応するアンドゲート６５、６６に入力されており、従って検出器異常信号（Ｂ）が出力されていない場合に手動操作にて検出器１を選択することにより信号成立器１７を介して検出器１の選択信号（Ａ）が出力され、逆に検出器異常信号（Ｃ）が出力されていない場合に手動操作にて検出器２を選択することにより信号成立器１７を介して検出器１の選択信号（Ａ）が出力されない、言換えれば検出器２が選択される。
【００１１】
従って、かかる上記の従来制御方法であれば、いずれかの検出器１、２に異常が発生した場合、手動操作に移行することになるため、自動制御が継続されない。
そこで、所定の時間前まで検出器１、２の信号に差がない場合に限って、かつ、検出器１、２のいずれの検出器が異常であるかの判断が自動的に可能な場合に限って、手動操作を経ずに制御装置が自動的に制御器に送る検出信号を選択、切替え出来る制御方法が実用化されている。
【００１２】
かかる制御方法を図３に従って説明をする。
図３において図２と同一符号は同一機能回路若しくは部材を示す。
図中２０は自動切替許可判定回路で、減算器２１と無駄時間遅れ要素２３によって検出器１と検出器２の所定時間前の差を算出し、上下限検出器２５にてあらかじめ設定された差が発生していない時のみ自動切換信号（Ｅ）を出力する。
そして自動切換信号（Ｅ）が出力されると検出器異常信号（Ｃ）が出力されている場合にアンドゲート６７、オアゲート６９及び信号成立器１７を介して検出器１の選択信号（Ａ）が出力され、逆に検出器異常信号（Ｂ）が出力されている場合に同様にアンドゲート６８、オアゲート７０及び信号成立器１７を介して検出器１の選択信号（Ａ）が出力されない、言換えれば検出器２が選択される。
【００１３】
従ってかかる従来技術は、上下限検出器２５にてあらかじめ設定された差が発生していない時のみ自動切換信号（Ｅ）を出力し、自動制御を継続した状態で切替器３にて切替えを行う手法である。ただし、この手法を使用した場合でも自動的に検出信号が切り替えられる機会は飛躍的には増大しない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように２重化方式で２個の検出器１、２を使用した場合、これらが同時に異常になることは稀である。仮に一方の検出器１が異常になっても他方の検出器２が正常であれば、正常な検出器２の信号を選択使用して自動制御の継続が可能であり、直ちに切替器３で選択信号を切り替えればよい。
【００１５】
しかし、これには次のような問題が有る。すなわち、異常となった検出器１の検出信号が異常と判断されるまでには、その値は正常な検出器２の検出信号からかなり離れてしまっている可能性が有る。検出器１が異常と判断されるまでは、検出器１の信号に基づいて自動制御されるので操作器は正常な位置からかなり離れてしまっている恐れが有る。
従って、検出器１の異常が判断された時点で、自動制御を検出器２の検出信号に基づくものに切り替えた時、操作端４７は正常な検出信号に基づく位置まで強制的に引き戻される結果、制御系に外乱が引き続き加えられ、制御系の安定性を大きく損なう原因となる。従って、前述のように、検出器が二重化されている場合でも、検出器が異常となった場合は、図２に示すように一旦手動モードに移行させるのが一般的な手法である。あるいは、図３に示すように所定の時間前まで両方の検出器の検出信号に差がなかった場合に限って手動操作を経ずに自動的な切替えを行っているが、自動的に検出信号が切り替えられる機会は飛躍的には増大しない。
【００１６】
しかしながら前記従来の制御方式において、いつ生じるか不明の異常発生に対し、異常発生時に適切な手動操作を行うことは、運転員にとって極めて負担の大きいものである。
従って、本発明は検出器の異常が発生した場合、出来るだけ手動モード移行を経ずに、正常側の検出器の信号に切替えを行う検出部を具備した制御装置を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明は、図１に示すように第１の検出器１と第２の検出器２と、前記第１及び第２の検出器１、２を同一の切替器３にそれぞれ連絡する第１及び第２の出力信号線１１、１３と、第１及び第２の検出信号の切替後の信号を保持するための回路３１と、第１及び第２の出力信号線１１、１３にそれぞれ設けられた異常判定回路５、６と、前記第１及び第２の出力信号線１１、１３に共に連絡し第１及び第２の検出器１、２の信号を受けて信号の偏差を検出する回路７と、偏差が出ている時に自動制御回路を一時的に保持するための信号を発生する一時保持信号発生回路３２を有して構成される。
【００１８】
かかる発明によれば、各種プラント及び装置の状態を二重化された検出器で計測し、その一方の検出器で計測した制御量が目標とする設定値になるように制御器にて演算を行い、その出力にて操作器を調節する自動制御装置において、二重化された一方の検出器が故障した時に、自動制御を継続した状態で他方の検出器に切替えても、操作器が変動して各種プラント及び装置に外乱とならない切替制御方式を得ることが出来る。
【００１９】
尚、最近の検出器には、検出器が故障したことを検出器自体が検出するいわゆる自己診断機能を備えたものがある。検出器が自己診断で故障（異常）を判定した場合、所定の信号範囲を外れた信号を自動制御装置に対して出力するので、自動制御装置側は、先に述べた検出器異常信号によって検出器の異常を知ることができる。このような、検出器側の進歩を取り入れることによって、本発明の供する範囲はさらに拡大される。
又、有線で行なう場合は前記第１及び第２の出力信号線が必要であるが、検出器が自己診断で異常判定機能を有する場合や無線で信号の授受を行なう場合には、前記した第１及び第２の出力信号線は不要である。
【００２０】
そこで請求項１記載の本発明は、各種プラント及び装置の状態を二重化された第１及び第２の検出器で計測し、その一方の検出器で計測した制御量が目標とする設定値になるように制御器にて演算を行い、その出力にて操作器を調節する自動制御装置において、
前記第１及び第２の検出器の出力信号を切換えて制御部へ送る切替器と、該切替器から前記制御部への出力信号を固定し保持する信号保持回路と、前記第１及び第２の検出器夫々の出力信号から各検出器の異常を判定する異常判定回路と、前記第１及び第２の検出器の出力信号間の偏差を検出する偏差検出回路と、前記異常判定回路によって夫々の検出器の異常信号が出力されていない場合においても前記偏差検出回路による検出信号の偏差があらかじめ定められた設定値を越えているときに前記信号保持回路を一時的に作動させるための信号を発生する一時保持信号発生回路とを備え、前記信号保持回路による一時保持の間に前記異常判定回路によって異常な検出器が判定された場合には前記切替器によって正常な検出器からの信号が選択され、異常な検出器が判定されない場合には手動モードに移行するように構成されてなることを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品や回路の種類及びその相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は本発明の実施例に係わる制御系の、特に図４の検出部に該当する部分の回路図である。
以下の説明において図２及び図３に示す同一機能部分には、同一の記号を付し、本発明の理解に供するものとしている。
図１において、検出器１、２はそれぞれ出力信号線１１、１３を介して切替器３に連結している。切替器３は、後述するような形態で検出器１、２の出力する検出信号の一つを選択し、これを制御操作を行なう制御部４２（図４参照）に送る。
出力信号線１１、１３にはそれぞれ上下限検出器５、突変検出器６が接続されている。
【００２２】
検出器１、２の検出すべき制御量は、プラント及び装置の作動条件によって変動する範囲が合理的に予測できる。従って、その変動範囲に対応した検出信号の値の範囲を信号レンジとし、この信号レンジを外れた検出信号を上下限検出器５にて異常と判定することが出来る。
また、前述の制御量の変動の速度も所定の範囲で予測できる。従って、突変検出器６は、検出信号の変化の度合い、例えば、その微分値などを設定値と比較し、大きければ異常と判定することが出来る。これらの異常検出回路５、６は、検出器１、２が用いられるプラント及び装置の制御量の特性を考慮して決められるものである。
【００２３】
そして前記上下限検出器５、突変検出器６の出力信号は検出器１、２毎に区分されてオアゲート６１、６０を介して検出器異常信号（Ｂ）、（Ｃ）となる。
そして前記（Ｂ）、（Ｃ）の検出器異常信号の出力によりいずれの検出器１、２の異常が判別出来る。
【００２４】
一方、比較上下限検出器７は、検出器１、２のそれぞれの検出信号を出力信号線１１、１３を介して常時比較し、その２つの検出信号の偏差があらかじめ定められた設定値を越えれば、検出器異常信号（Ｂ）、（Ｃ）が出力されていない場合においても反転回路５１、５２及びアンドゲート６２を介して偏差信号を出すとともに、その偏差信号がオンディレイタイマ１５で設定された時間を経過しても尚連続して出力し続けている場合、いずれか一方の検出器１、２が異常であるとの異常信号（Ｄ）を出力する。
この時点では前記（Ｂ）、（Ｃ）の検出器異常信号が出力されていないために、いずれの検出器１、２の異常が判別されていない。
【００２５】
即ち、検出器１、２の間に偏差が発生した場合だけでは、どちらの検出器１、２が異常であるかの判断は即座に行うことはできない。そこで、比較上下限検出器７によって、検出器１、２の間に偏差が発生した時点で、ワンショットタイマ３２を介して制御出力固定指令（Ｆ）を切換器３１に送り、制御部４２に送る検出信号を固定し保持する。
すなわち、切替器３１に切替え後の信号を通すことによって検出信号が保持され、該信号が保持することによって、異常側の検出器１、２の信号を用いて制御し、操作器が正常な位置から離れるようなことはない。
【００２６】
しかし、制御部４２に送られる検出信号が保持されているので、その間、自動制御は継続されるとはいえ、制御量に応じて操作器が調節制御されているわけではない。したがって、制御部４２に送られる信号の保持可能なワンショットタイマ３２の時間は、プラント及び装置の制御対象によって適宜決定される。
保持可能時間の間に前記（Ｂ）、（Ｃ）の検出器異常信号が出力されず異常な検出器を判別できなかった場合、前記したように検出器異常信号（Ｄ）が成立し、制御系は手動モードに移行する。
このケースは、従来通りであり、現在の技術では自動的に切り替えることはできない。
【００２７】
次に、異常な検出器が判定でき、切替器３で検出信号を切り替える時も操作器への外乱を回避する回路について説明する。
オンディレイタイマ１５の時間はワンショットタイマ３２による所定の保持時間より大幅に小さいために、制御部４２に制御出力固定指令（Ｆ）の成立後、ほぼ同時に検出器異常信号（Ｄ）が成立する。
この制御出力固定指令（Ｆ）によって、制御部４２は操作部４３への出力信号をワンショットタイマ３２による所定の保持時間保持する。
【００２８】
前述したワンショットタイマ３２の検出信号の保持時間以内に上下限検出器５または突変検出器６にて、いずれかの検出器１、２の異常が前記５、６の回路にて判別された場合は、切替器３にて正常側の信号が選択される。それと同時に、検出器異常信号（Ｂ）または（Ｃ）が成立することで、アンドゲート６２は（Ｄ）信号とともに反転回路５１、５２により（Ｂ）と（Ｃ）の反転信号のアンドを取っているために、検出器異常信号（Ｄ）が不成立となるとともに、その直後にワンショットタイマ３２の出力も不成立となり、切替器３１の信号が切替器３の信号を通すことで制御部４２へは正常な検出器の信号が送られる。さらに、切替器３１が切替器３の信号を通した直後に制御出力固定指令（Ｆ）が不成立となって、制御部４２の制御出力の固定を解除し操作器の保持を解除する。
【００２９】
以上の切替えをシリーズに行うことにより、検出信号を正常側に切り替える過程においても無用に操作器を変動させてプラント及び装置に外乱を与えることを防止することができる。勿論、これらの操作は、運転員の介在なしに行われることから、運転員の負担は軽減される。
【００３０】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明による制御方法によれば、２個の検出器のいずれかに異常が発生した時、異常側の検出器が特定できるまでの間、制御部への検出信号と操作器への信号を一時的に保持することにより、プラント及び装置など制御対象への外乱を少なくでき、操作器を手動モードに切り替えることなく自動制御を継続できるので、運転員の負担を軽減することが可能であり、ひいてはプラント等制御対象の信頼性、安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施例に係わる制御系の、特に図４の検出部に該当する部分の回路図である。
【図２】図４の検出部に該当する部分の従来の回路図である。
【図３】図４の検出部に該当する部分の従来の他の回路図である。
【図４】典型的なフィードバック制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、２    検出器
３        切替器
５        上下限検出器
６        突変検出器
７        比較上下限検出器
１１、１３  出力信号線
１５        オンディレイタイマ
１７        信号成立器
３１        切替器
３２        ワンショットタイマ
４１        検出部
４２        制御部
４３        操作部
４４        手動設定部
Ａ        検出器１選択信号
Ｂ、Ｃ、Ｄ  検出器異常信号
Ｅ        自動切替許可信号
Ｆ        制御出力固定指令
【図１】
0003868085.tif 000002
【図２】
0003868085.tif 000003
【図３】
0003868085.tif 000004
【図４】
0003868085.tif 000005