(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定値と検出値との引算を行う引算器からの差の信号を入力して該差の信号がなくなるように流量調節弁に開度指令を出力する高低信号制限器付ＰＩ調節器と、セット側に１００％信号を入力しリセット側に０％信号を入力して信号を切換出力する第１の切換器と、該第１の切換器からの信号を入力して変化率付加信号を出力する変化率制限器と、セット側に前記変化率制限器からの変化率付加信号を入力しリセット側に１００％信号を入力して前記高低信号制限器の高信号側に切換出力する第２の切換器と、セット側に前記変化率制限器からの変化率付加信号を入力しリセット側に０％信号を入力して前記高低信号制限器の低信号側に切換出力する第３の切換器と、前記引算器からの差の信号がある設定値を越えた時にオン信号を出力する偏差信号モニタスイッチと、流量調節弁の下流に備えた流量計の検出値がある設定値を越えた時にオン信号を出力する流量信号モニタスイッチと、前記偏差信号モニタスイッチからのオン信号が入力されると前記第１、第２、第３の切換器を夫々セット側に切換え、前記流量信号モニタスイッチからのオン信号が入力されると前記第１、第２、第３の切換器を夫々リセット側に切換えるフリップフロップ回路とを備えたことを特徴とする流量調節弁の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流量調節弁の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より流量調節弁の開度を調節することによって流体の流量を制御する制御装置は種々の分野で実施されている。
【０００３】
例えば、ボイラの再熱蒸気温度調節装置においては、再熱器からの再熱蒸気に水を噴射混合することにより、再熱蒸気が設定温度以上にならないようにして蒸気タービンを保護する制御を行っている。
【０００４】
図２はその一例を示したもので、再熱蒸気１が流動する再熱蒸気管２にスプレー混合器３を設け、該スプレー混合器３に、流量調節弁４を備えた給水管５を接続して水６を供給することにより、再熱蒸気１の温度を調節するようにしている。
【０００５】
再熱蒸気１の温度を制御するために、再熱蒸気１の温度を温度計７により検出し、該温度計７からの温度の検出値８と、再熱蒸気温度の設定値９とを引算器１０に入力して引算するようにしており、該引算器１０にて引算した差の信号１１をＰＩ調節器（比例積分器）１２に入力して、前記差の信号１１がなくなるように流量調節弁４に開度指令１３を出力して流量調節弁４の開度を調節するようにしており、前記流量調節弁４により再熱蒸気１に混合させる水６の量を調節することによって再熱蒸気１の温度が設定値９以上にならないように制御している。
【０００６】
しかし、前記したような流量調節弁４の開度を制御する制御装置において、検出値８と設定値９との差の信号１１が発生することにより、流量調節弁４が閉じられた状態から徐々に開けられていく制御が行われる際に、図３に示すように流量調節弁４の開度が２０％前後の大きな開度になっても流体が全く流れない非流出開度Ａが存在する場合がある。
【０００７】
このように、弁開度がある程度大きくなっても流体が流れないという現象は、一般的には、供給流体（図２の例では水６）と被供給流体（図２の例では再熱蒸気１）との圧力差が小さいような場合に発生すると考えられるが、このように圧力差が小さいことに基づいた流体の流れ難さによる要因だけでなく、流量調節弁４自体のもっている性能（流量特性）が大きく関係していることが知られている。
【０００８】
図３に流量特性をＴで示しているように、流量調節弁４の開度が２０％前後の開度になっても流体の流れが生じないような大きな非流出開度Ａを有している流量特性が悪い流量調節弁４では、流量調節弁４の弁開作動の開始によって流量調節弁４が開き始めてから流体が実際に流れ出すまでの間に大きなむだ時間を生じることになり、このむだ時間による制御上の遅れによって、再熱蒸気１が設定温度を大きく越えてしまうような場合が考えられる。
【０００９】
このため、図２に示すように、前記ＰＩ調節器１２から流量調節弁４に出力されている開度指令１３を入力してＰＩ調節器１２のＰ（比例）分のゲインＧ1を出力する関数発生器１４と、開度指令１３を入力してＰＩ調節器１２のＩ（積分）分のゲインＧ2を出力する関数発生器１５とを備えて、流量調節弁４の開度に応じてＰＩ調節器１２のゲインを変えられるようにしたものが実施されている。
【００１０】
図４は前記関数発生器１４，１５による流量調節弁４の開度とゲインＧ1，Ｇ2との関係の一例を示したものであり、図４の場合では流量調節弁４の開度０％の時のゲインＧ1，Ｇ2は５であり、１５％開度の時のゲインＧ1，Ｇ2は０．２であり、２０％以上の開度ではゲインＧ1，Ｇ2は０．０５となっている。
【００１１】
前記関数発生器１４，１５のゲインＧ1，Ｇ2は、図４のように同一の値であっても、或いは違った値を有していてもよいが、図４に示すように流量調節弁４の開度が小さい時に大きなゲインＧ1，Ｇ2の値Ｂを出力する傾向を有している。
【００１２】
図２に示したように、ＰＩ調節器１２からの開度指令１３を関数発生器１４，１５に入力して、流量調節弁４が開き始めても流体が流れない非流出開度Ａの時に大きな値ＢのゲインＧ1，Ｇ2をＰＩ調節器１２に出力するようにした制御を行うと、流量調節弁４が閉の状態から弁開作動される際における弁開の作動速度が早められることになり、これにより前記したむだ時間が短縮されて、むだ時間による制御上の遅れが減少されるようになる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記したように、ＰＩ調節器１２からの開度指令１３を関数発生器１４，１５に入力して、流量調節弁４が開き始めても流体が流れない非流出開度Ａの時に大きな値ＢのゲインＧ1，Ｇ2をＰＩ調節器１２に出力させるという制御方式では、図３に示した非流出開度Ａの範囲に対して図４の大きな値ＢのゲインＧ1，Ｇ2を加えるタイミングを一致させることが困難であり、図３の非流出開度Ａと図４の大きな値ＢのゲインＧ1，Ｇ2のタイミングがずれていると、前述したようなむだ時間を生じたり、或いは図３の流体が流れ出す開度まで図４の大きな値ＢのゲインＧ1，Ｇ2が付加されることによって水６の供給量が急激に増加されて再熱蒸気温度の制御が不安定になってしまうといった問題を生じる。
【００１４】
また、流量調節弁４の流量特性Ｔがずれて図３の非流出開度Ａが変化した場合には、その都度関数発生器１４，１５における開度指令１３に基づいたゲインＧ1，Ｇ2を調節し直す必要があるという問題を有していた。
【００１５】
本発明は、斯かる実情に鑑みてなしたもので、流量調節弁の弁開作動の開始から実際に流体が流れ出すまでのむだ時間が大きいような流量特性の悪い流量調節弁においても、流量調節弁の流量特性に応じて流体が流れ出すまで流量調節弁を自動的且つ急速に弁開作動させてむだ時間を短縮し、安定した制御を行うことができる流量調節弁の制御装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、設定値と検出値との引算を行う引算器からの差の信号を入力して該差の信号がなくなるように流量調節弁に開度指令を出力する高低信号制限器付ＰＩ調節器と、セット側に１００％信号を入力しリセット側に０％信号を入力して信号を切換出力する第１の切換器と、該第１の切換器からの信号を入力して変化率付加信号を出力する変化率制限器と、セット側に前記変化率制限器からの変化率付加信号を入力しリセット側に１００％信号を入力して前記高低信号制限器の高信号側に切換出力する第２の切換器と、セット側に前記変化率制限器からの変化率付加信号を入力しリセット側に０％信号を入力して前記高低信号制限器の低信号側に切換出力する第３の切換器と、前記引算器からの差の信号がある設定値を越えた時にオン信号を出力する偏差信号モニタスイッチと、流量調節弁の下流に備えた流量計の検出値がある設定値を越えた時にオン信号を出力する流量信号モニタスイッチと、前記偏差信号モニタスイッチからのオン信号が入力されると前記第１、第２、第３の切換器を夫々セット側に切換え、前記流量信号モニタスイッチからのオン信号が入力されると前記第１、第２、第３の切換器を夫々リセット側に切換えるフリップフロップ回路とを備えたことを特徴とする流量調節弁の制御装置、に係るものである。
【００１７】
本発明では、流量調節弁の流量特性が変化しても、常に流量調節弁の非流出開度の間だけ弁開作動を急速に行うという操作を自動的に確実に実施することができ、よって何等の調節も要することなく、従来のようなむだ時間を生じたり或いは流体が急激に流れるといった制御上の問題を生じることもなく、常に安定して高精度の流量調節を行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図示例と共に説明する。
【００１９】
図１は、前記図２の装置に適用した本発明を実施する形態の一例を示したもので、再熱蒸気１の温度を温度計７により検出し、該温度計７からの温度の検出値８と再熱蒸気温度の設定値９とを引算器１０に入力して引算し、該引算器１０にて引算した差の信号１１を高低信号制限器付ＰＩ調節器１６に入力している。
【００２０】
高低信号制限器付ＰＩ調節器１６は、前記差の信号１１がなくなるように流量調節弁４に開度指令１７を出力して流量調節弁４の開度を制御するようになっている。
【００２１】
前記高低信号制限器付ＰＩ調節器１６は、比例積分の機能を備えていると共に、高信号側１８ａと低信号側１８ｂを有する高低信号制限器１８を一体に備えている。
【００２２】
また、セット側ａに信号発生器３３からの１００％信号を入力し、またリセット側ｂに信号発生器３４からの０％信号を入力して信号を切換出力するようにした第１の切換器１９と、該第１の切換器１９からの信号２０を入力して変化率付加信号２１を出力する変化率制限器２２と、セット側ａに前記変化率制限器２２からの変化率付加信号２１を入力し、リセット側ｂに信号発生器３５からの１００％信号を入力して前記高低信号制限器１８の高信号側１８ａに切換えて出力する第２の切換器２３と、セット側ａに前記変化率制限器２２からの変化率付加信号２１を入力し、リセット側ｂに信号発生器３６からの０％信号を入力して前記高低信号制限器１８の低信号側１８ｂに切換えて出力する第３の切換器２４を備えている。
【００２３】
更に、前記引算器１０からの差の信号１１を入力して、該差の信号１１がある小さな設定値を越えた時にオン信号２５を出力するようにした偏差信号モニタスイッチ２６を設けると共に、給水管５の流量調節弁４の下流に流量計２７を設け、該流量計２７の流量検出値２８を入力して該流量検出値２８がある小さな設定値を越えた時にオン信号２９を出力する流量信号モニタスイッチ３０を設ける。
【００２４】
図中３２は前記第１、第２、第３の切換器１９，２３，２４の切換を行うフリップフロップ回路であり、前記偏差信号モニタスイッチ２６からのオン信号２５がセットＳ側に入力されるとその信号をホールドして前記第１、第２、第３の切換器１９，２３，２４をセット側ａに切換え、また前記流量信号モニタスイッチ３０からのオン信号２９がリセットＲ側に入力されると前記第１、第２、第３の切換器１９，２３，２４をリセット側ｂに切換える切換信号３１を出力するようになっている。
【００２５】
以下、上記図１に示した実施の形態例の作用を説明する。
【００２６】
図１において、通常の状態では第１、第２、第３の切換器１９，２３，２４はリセット側ｂに切換えられており、再熱蒸気１の温度を検出している温度計７からの検出値８が設定値９より低いことにより差の信号１１は負の値を示し、よって高低信号制限器付ＰＩ調節器１６は流量調節弁４に閉じる（開度０％）の開度指令１７を出力している。
【００２７】
この状態から、再熱蒸気１の温度を検出している温度計７からの温度の検出値８が、再熱蒸気温度の設定値９より高くなると、引算器１０は正の値の差の信号１１を高低信号制限器付ＰＩ調節器１６に出力し、高低信号制限器付ＰＩ調節器１６は前記差の信号１１がなくなるように流量調節弁４に開度指令１７を出力して流量調節弁４を開くように調節しようとする。
【００２８】
この時、前記偏差信号モニタスイッチ２６に小さな値の設定値が設定されていることにより、前記差の信号１１が僅かに生じると、偏差信号モニタスイッチ２６は直ちにオン信号２５をフリップフロップ回路３２のセットＳ側に出力するようになり、これによりフリップフロップ回路３２はセットＳ側にホールドされた切換信号３１を第１、第２、第３の切換器１９，２３，２４の夫々に出力し、第１、第２、第３の切換器１９，２３，２４の夫々をセット側ａに切換える。
【００２９】
すると、第１の切換器は、信号発生器３３からの１００％信号を出力するように切換えられ、よって１００％信号は変化率制限器２２に入力され、変化率制限器２２は流量調節弁４を最大速度で急速に弁開作動させる変化率付加信号２１を出力する。
【００３０】
第２の切換器２３及び第３の切換器２４は夫々セット側ａに切換えられているので、前記変化率付加信号２１が高低信号制限器１８の高信号側１８ａと低信号側１８ｂの両方に入力されるようになり、これにより高低信号制限器付ＰＩ調節器１６は前記変化率付加信号２１の変化率で流量調節弁４を急速に弁開作動させるように制御する。
【００３１】
従って、図３に示したように流量調節弁４の流量特性Ｔが悪くて流量調節弁４が所定の開度（図３では２０％開度付近）まで水６の流出がないような弁においても、前記変化率付加信号２１によって非流出開度Ａにおける弁開作動が急速に行われることにより、むだ時間を確実に低減することができる。
【００３２】
流量調節弁４の弁開作動により水６が流れるようになると、流量計２７は直ちにその水６が流れたことを検出して流量検出値２８を流量信号モニタスイッチ３０に出力する。
【００３３】
流量信号モニタスイッチ３０には小さな値の設定値が設定されているので、水６が僅かに流れた状態でオン信号２９をフリップフロップ回路３２のリセットＲ側に出力するようになり、これによりフリップフロップ回路３２はリセットＲ側にホールドされた切換信号３１を第１、第２、第３の切換器１９，２３，２４の夫々に出力し、第１、第２、第３の切換器１９，２３，２４の夫々をリセット側ｂに切換える。
【００３４】
第１の切換器１９はリセット側ｂに切換えられたことにより信号発生器３４からの０％信号を出力するようになり、一方、第２の切換器２３は信号発生器３５からの１００％信号を高低信号制限器１８の高信号側１８ａに出力し、第３の切換器２４は信号発生器３６からの０％信号を高低信号制限器１８の低信号側１８ｂに出力するようになる。
【００３５】
従って、高低信号制限器付ＰＩ調節器１６は、以後は開度０％〜１００％の間において、引算器１０からの差の信号１１がなくなるように開度指令１７を流量調節弁４に出力するようになる。
【００３６】
上記したように、流量調節弁４の弁開作動時は、図３に示すように流体（水６）の流れが生じない大きな非流出開度Ａを有する流量特性Ｔの悪い流量調節弁４でも、図３の非流出開度Ａの間は第１、第２、第３の切換器１９，２３，２４をセット側ａに切換えて変化率付加信号２１により急速な弁開作動を行い、流量調節弁４の開度が大きくなって流体（水６）の流れが生じると直ちに第１、第２、第３の切換器１９，２３，２４をリセット側ｂに切換えて引算器１０からの差の信号１１をなくすようにした開度指令１７によって流量調節弁４の開度を制御するようにしているので、流量調節弁４の流量特性が変化しても、常に流量調節弁４の非流出開度Ａの間だけ弁開作動を急速に行うという操作を自動的に確実に実施することができ、よって何等の調節も要することなく、従来のようなむだ時間を生じたり或いは流体が急激に流れるといった制御上の問題を生じることもない。
【００３７】
尚、図示の場合では、再熱蒸気に水を噴射混合することにより、再熱蒸気が設定温度以上にならないように制御するボイラの再熱蒸気温度調節装置の場合を例にとって説明したが、本発明は上記以外のあらゆる流量調節弁の制御に適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、流量調節弁の流量特性が変化しても、常に流量調節弁の非流出開度の間だけ弁開作動を急速に行うという操作を自動的に確実に実施することができ、よって何等の調節も要することなく、従来のようなむだ時間を生じたり或いは流体が急激に流れるといった制御上の問題を生じることもなく、常に安定して高精度の流量調節を行うことができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示すブロック図である。
【図２】従来の流量調節弁の制御装置の一例を示すブロック図である。
【図３】流量調節弁の開度と流体の流量との関係を示す流量特性線図である。
【図４】図２に備えた関数発生器のゲインの例を示す線図である。
【符号の説明】
４          流量調節弁
８          検出値
９          設定値
１０          引算器
１１          差の信号
１６          高低信号制限器付ＰＩ調節器
１７          開度指令
１８          高低信号制限器
１８ａ        高信号側
１８ｂ        低信号側
１９          第１の切換器
２０          信号
２１          変化率付加信号
２２          変化率制限器
２３          第２の切換器
２４          第３の切換器
２５          オン信号
２６          偏差信号モニタスイッチ
２７          流量計
２８          検出値
２９          オン信号
３０          流量信号モニタスイッチ
３２          フリップフロップ回路
ａ          セット側
ｂ          リセット側
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003780590.tif 000004
【図４】
0003780590.tif 000005