JP3572943B2 - Coil type servo valve automatic control circuit - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン・蒸気タービン制御装置の冗長化された制御システムにより操作されるコイル式サーボ弁自動制御系回路におけるサーボ弁の制御性向上、緊急時における火力プラントへの影響を改善し、火力コンバインド発電プラントの信頼性向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、コイル，サーボアンプ，コントローラの各コンポーネントからなる制御系を３重化してなる３コイルサーボ弁制御システムとして“多重系統制御装置”；特開昭５９−８５５０１号公報，“サーボ弁の制御装置及びその制御方法”；特開平４−２２８８３号公報，“タービン制御装置”；特開平５−１８９００２号公報がある。また、信頼性，メンテナンス性，視認性の高いプロセス入出力装置として“プロセス制御システム”；特開平９−１９８２６６号公報がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の方式では下記のような問題があった。
【０００４】
サーボ弁への操作指令は図３に示すように偏差と操作量の比例関係でしか操作ができずに、火力プラントの様々な状態において、緊急時や即応時に火力プラントの要求に追従できずに、異常診断回路が動作し、結果的にサーボコイル切離し、回路が強制動作してしまうことがあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、プロセス制御入出力装置内に操作部と検出部の偏差に応じて制御性を向上させる関数発生器，プロセス側の異常診断回路をプログラム化することによって、緊急時，即応時のサーボ弁の制御性を向上し、プロセス制御入出力装置の故障自体を異常診断回路の故障とすることにより解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施例を図面を用いて説明する。
【０００７】
図１は、本発明の実施の形態における一例として１軸型ガスタービンコンバインド発電プラントの一実施例を示している。１軸型ガスタービンコンバインド発電プラントは、図１のようにガスタービン５０，蒸気タービン６０及び発電機７０は同一の軸に構成されている。ガスタービン５０は燃料流量調節弁２０による燃料流量と入口案内翼８０による圧縮空気流量の関係により出力が特定される。
【０００８】
図１に示す１軸型ガスタービンコンバインド発電プラントでは、このガスタービンの廃熱を利用し、廃熱回収ボイラ４０により蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービン６０へ送る構成となっている。その蒸気流量は蒸気流量加減弁３０により調整される。これらは、制御装置１０にて、自動制御が行われている。
【０００９】
また、コイル式サーボ弁の故障，差動トランスの故障，サーボ弁ドライバーのハードウェア故障等の単一故障については、故障診断回路により検知が可能であるが、故障診断回路自体の故障については、検知することができず、仮に故障診断回路と前述の故障が複合して発生した場合には、火力プラントへ多大の影響を与えてしまう可能性があった。公共性の高い事業用火力プラントにおいては、どの様な故障モードにおいても、システム信頼性を高い水準に維持する必要があり、火力コンバインド発電プラントにおいて、主制御に係わっているサーボ弁への操作指令を突変させる要因であるコイル式サーボ弁自動制御系回路の故障診断回路の故障検知は、必須であった。
【００１０】
上記のような構成としたときに、制御装置１０として主に操作をしなければならないものは、燃料流量調節弁２０，入口案内翼８０及び蒸気加減弁３０となる。これらのサーボ弁はフィードバック制御を行っており、発電プラントの出力を安定させるために、各サーボ弁への操作指令の正確さ、高速な応答性が要求され、また、冗長化されたフィードバック制御系の１系異常時においても、プラント運転継続するなど、フィードバック制御系の異常監視回路の高信頼性も維持する必要がある。
【００１１】
サーボ弁の制御性を向上させるために、図２に示すようにサーボ弁ドライバーとサーボコイル切離し回路の間に緊急時・即応時に制御性を向上させる目的で、関数発生器２２０を設置する。この関数発生器の動特性は図３に示すように、火力プラント定常運転時には通常通りの操作量をサーボ弁へ出力し、緊急時（火力プラント保護的動作時）には、サーボ弁ドライバー１３０のゲイン機能を十分活用するように、高ゲインを与え、サーボ弁を高速に開閉動作を行うようにする。これにより、火力プラント異常時に速やかに要求されるサーボ弁開度へ移行ができ、コイル式サーボ弁自動制御系回路、すなわち、ガスタービン・蒸気タービン制御装置の制御性が向上できる。
【００１２】
しかし、前記の関数発生器の設置には問題があった。従来のコイル式サーボ弁自動制御回路のフィードバック系は即応性が求められていたため、ハードウエアにて構成されていた。図２内に示す位置に関数発生器２２０を設置すると大きく応答時間遅れが発生し、制御性の劣化が懸念されるため実現できなかった。
【００１３】
しかし、本発明では図４の２３０に示す範囲をプロセス制御入出力装置内に不揮発性書換可能型メモリ素子にソフトウェアを格納し、関数発生器２２０を図４内の示す位置に設置し、高速にフィードバック系を演算することにより解決される。フィードバック系の回路を不揮発性書換可能型メモリ素子にソフトウェアを格納に伴い、プロセス側の異常監視回路１６０，１７０，１８０も不揮発性書換可能型メモリ素子にソフトウェアを格納を行う。
【００１４】
この異常診断回路自体も高速に監視を行わなければならなかったため、従来はハードウェアにて構成されていたが、プロセス制御入出力装置が高速演算が可能なため異常監視回路の不揮発性書換可能型メモリ素子にソフトウェア格納が実現できる。
【００１５】
また、このプロセス制御入出力装置２３０はオンラインによるモニタが可能であり、時々刻々とフィードバック系の制御状態が監視できる。
【００１６】
フィードバック系回路の不揮発性書換可能型メモリ素子にソフトウェアを格納により、従来、サーボ弁ドライバーのゲイン、異常監視回路の設定値は可変抵抗によりモニターリレーの設定を行っていたものが、ディジタル値により設定が可能となる。また、異常監視回路の故障の定義自体がプロセス制御入出力装置の故障とすることができるため、従来の異常監視回路の故障検出が困難であったのに対して、本発明の異常監視回路、すなわち、プロセス制御入出力装置の故障時にはワンボードマイコンのハードウェア自体の異常監視により、アナログ出力，ディジタル出力のレジスタホールド／クリアが選択可能となる。よって、プロセス制御入出力装置異常時には出力が不定となることがないため、冗長化されたシステムに速やかに、移行が可能となる。これにより、火力プラントの出力を突辺させる要因がなくなる。
【００１７】
コイル式サーボ弁自動制御系回路のフィードバック系の不揮発性書換可能型メモリ素子にソフトウェアを格納による効果は、次の点もあげられる。従来ハードウェアにて構成されていたフィードバック系には多数の調整項目（可変抵抗）があり、サーボ弁の特性に合わせた調整はかなり困難であった。不揮発性書換可能型メモリ素子にソフトウェアを格納を行うことにより設定値は、ディジタル値とすることはできるが、不揮発性書換可能型メモリ素子には書込み回数の制限，高速に制御しなければならないフィードバック系では、書込み時間にも問題があるため、図４のようにオンラインチューニングが可能である調整制御コントローラ１００にサーボ弁操作量微調整項目２５０を設置し、プロセス制御入出力装置内２３０にて、サーボ弁操作量２４０と調整項目を掛け合わせる調整回路２６０により、高速フィードバック系のオンラインチューニングを可能にしている。
【００１８】
この設定値のディジタル化により、火力プラントで定期検査毎に調整していた調整項目（経年変化により精度が劣化していた）がディジタル値になることで、信頼性向上，工数低減に寄与することになる。
【００１９】
これまで述べた内容を待機冗長２重系システムでまとめると下記の如くなる。フィードバック系の調整時には、サーボ弁操作量微調整項目２５０によりサーボ弁ドライバーのゲイン調整を行い、オンラインチューニングによるマンマシン性の向上，保守性向上を図る。
【００２０】
また、ネットワークにより接続されたＡ系システム２７０とＢ系システム２８０は互いに冗長不均衡を是正する処理を行っており、Ａ系を主系にして火力プラントの運転を行い、Ａ系のプロセス入出力装置２３０が異常になると、速やかにＡ系の出力はプロセス入出力装置２３０のレジスタホールド／クリア処理が行われて、Ｂ系システムに移行される。
【００２１】
また、緊急時（操作量と実サーボ弁開度の偏差大の時等）には関数発生器２２０によりサーボ弁に高ゲインが与えられ、サーボ弁を高速に操作する。このようなシステムを構築することにより、火力プラントの信頼性向上を図ることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明により、ガスタービン・蒸気タービン制御装置の冗長化された制御システムにより操作されるコイル式サーボ弁自動制御系回路におけるサーボ弁の制御性向上，プロセス側の異常監視回路の信頼性の向上，調整項目のディジタル化により保守性の向上、また、異常監視回路自体の故障時における火力プラントへの影響を改善し、火力コンバインド発電プラントの信頼性向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である１軸型ガスタービンコンバインド発電プラントの構成図。
【図２】本発明の関数発生器を設置した例を示すブロック図。
【図３】本発明の関数発生器の特性図。
【図４】本発明の待機冗長２重化システム２コイルサーボ弁への実施例を示す構成図。
【符号の説明】
１０…ガスタービン・蒸気タービン制御装置、２０…コイル式サーボ弁（燃料流量調節弁）、３０…コイル式サーボ弁（蒸気加減弁）、４０…廃熱回収ボイラ、５０…ガスタービン、６０…蒸気タービン、７０…発電機、８０…入口案内翼、１００…調整制御コントローラ、１１０…サーボ弁操作指令、１２０…サーボ弁実開度、１３０…サーボ弁ドライバー、１４０…サーボコイル、１５０…差動トランス、１６０…サーボコイル異常診断回路、１７０…サーボ弁ドライバー異常診断回路、１８０…差動トランス異常診断回路、１９０…サーボコイル切離し回路、２００…選択回路（２重系切替スイッチ）、２１０…高値選択回路、２２０…関数発生器、２３０…プロセス制御入出力装置、２４０…サーボ弁操作量、２５０…サーボ弁操作量微調整項目、２６０…調整回路、２７０…Ａ系システム、２８０…Ｂ系システム。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention improves the controllability of a servo valve in a coil type servo valve automatic control system circuit operated by a redundant control system of a gas turbine / steam turbine control device, and improves the effect on a thermal power plant in an emergency. It relates to improving the reliability of thermal power plants.
[0002]
[Prior art]
As a prior art, a three-coil servo valve control system in which a control system composed of components of a coil, a servo amplifier, and a controller is tripled is referred to as a "multiple system controller"; Japanese Patent Application Laid-Open No. S59-85501; Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-229883, "Turbine Control Device"; Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-189002. As a process input / output device having high reliability, maintainability, and visibility, there is a "process control system";Japanese Patent Application Laid-OpenNo.9-198266 .
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional method as described above has the following problems.
[0004]
As shown in FIG. 3, the operationcommand to the servo valve can be operated only in a proportional relationship between the deviation and the operation amount, and in various states of the thermal power plant, it cannot follow the demand of the thermal power plant in an emergency or prompt response. In some cases, the abnormality diagnosis circuit operates, resulting in disconnection of the servo coil and forced operation of the circuit.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The above problem is solved by programming a function generator for improving controllability in accordance with a deviation between the operation unit and the detection unit and an abnormality diagnosis circuit on the process side in the process control input / output device, so that a servo in an emergency or a quick response can be realized. The problem is solved by improving the controllability of the valve and making the failure of the process control input / output device itself a failure of the abnormality diagnosis circuit.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0007]
FIG. 1 shows an example of a single-shaft gas turbine combined power generation plant as an example of an embodiment of the present invention. In the single-shaft gas turbine combined power generation plant, as shown in FIG. 1, thegas turbine 50, thesteam turbine 60, and thegenerator 70 are configured on the same shaft. The output of thegas turbine 50 is specified by the relationship between the fuel flow rate by the fuel flowrate control valve 20 and the compressed air flow rate by theinlet guide vanes 80.
[0008]
In the single-shaft gas turbine combined power generation plant shown in FIG. 1, the waste heat of the gas turbine is used to generate steam by the wasteheat recovery boiler 40, and the generated steam is sent to thesteam turbine 60. The steam flow is adjusted by the steamflow control valve 30. These are controlled automatically by thecontrol device 10.
[0009]
In addition, a single failure such as a failure of a coil-type servo valve, a failure of a differential transformer, and a failure of a servo valve driver hardware can be detected by a failure diagnosis circuit. If the failure cannot be detected and the failure diagnosis circuit and the above failure occur in combination, there is a possibility that the thermal power plant will be greatly affected. It is necessary to maintain a high level of system reliability in any type of failure mode in a business-use thermal power plant with high publicity, and in a thermal combined power generation plant, an operation command to a servo valve related to the main control is required. It is indispensable to detect a failure in the failure diagnosis circuit of the coil-type servo valve automatic control system, which is a factor that causes a sudden change in the temperature.
[0010]
In the above configuration, the main devices that must be operated as thecontrol device 10 are the fuelflow control valve 20, theinlet guide vane 80, and thesteam control valve 30. These servo valves perform feedback control, and in order to stabilize the output of the power plant, the accuracy of operation commands to each servo valve and high-speed response are required, and a redundant feedback control system is used. It is necessary to maintain high reliability of the abnormality monitoring circuit of the feedback control system, for example, by continuing the plant operation even in the case of the first system abnormality.
[0011]
In order to improve the controllability of the servo valve, afunction generator 220 is installed between the servo valve driver and the servo coil disconnecting circuit as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the dynamic characteristics of this function generator output a normal operation amount to the servo valve during the steady operation of the thermal power plant, and in the emergency (during the protective operation of the thermal power plant), theservo valve driver 130 In order to make full use of the gain function, a high gain is given to open and close the servo valve at high speed. As a result, it is possible to promptly shift to the required servo valve opening when the thermal power plant is abnormal, thereby improving the controllability of the coil-type servo valve automatic control system circuit, that is, the gas turbine / steam turbine control device.
[0012]
However, there was a problem with the installation of the function generator. The feedback system of the conventional coil-type servo valve automatic control circuit has been required to be responsive, and thus has been configured by hardware.If thefunction generator 220 is installed at theposition shown in FIG. 2, the response time is greatly delayed and controllability may be deteriorated.
[0013]
However, in the present invention, the range indicated by 230 in FIG. 4 is stored in a nonvolatile rewritable memory element in the process control input / output device, and thefunction generator 220 is installed at the position shown in FIG. The problem is solved by calculating the feedback system. With the software of the feedback system circuit stored in the nonvolatile rewritable memory element, theabnormality monitoring circuits 160, 170, and 180 on the process side also store the software in the nonvolatile rewritable memory element.
[0014]
Conventionally, the abnormality diagnosis circuit itself had to be monitored at high speed. Therefore, conventionally, the abnormality diagnosis circuit was configured by hardware. However, since the process control input / output device can perform high-speed operations, the abnormality monitoring circuit is a nonvolatile rewritable type. Software storage can be realized in the memory element.
[0015]
Further, the process control input /output device 230 can be monitored online, and the control state of the feedback system can be monitored every moment.
[0016]
The software is stored in the nonvolatile rewritable memory element of the feedback circuit, so that the gain of the servo valve driver and the setting value of the abnormality monitoring circuit, which used to be the setting of the monitor relay by a variable resistor, are now set by the digital value. Becomes possible. Further, since the failure itself of the abnormality monitoring circuit can be regarded as a failure of the process control input / output device, it is difficult to detect the failure of the conventional abnormality monitoring circuit. That is, when the process control input / output device fails, the analog output and digital output register hold / clear can be selected by monitoring the abnormality of the hardware of the one-board microcomputer. Therefore, when the process control input / output device is abnormal, the output does not become unstable, so that it is possible to promptly shift to a redundant system. Thus, there is no factor that causes the output of the thermal power plant to protrude.
[0017]
The effect of storing the software in the nonvolatile rewritable memory element of the feedback system of the coil-type servo valve automatic control system circuit also has the following effects. Conventionally, a feedback system composed of hardware has a large number of adjustment items (variable resistances), and it is quite difficult to adjust the characteristics according to the characteristics of the servo valve. By storing software in the nonvolatile rewritable memory element, the set value can be set to a digital value. However, in the nonvolatile rewritable memory element, the number of times of writing is limited, and feedback must be performed at high speed. In the system, since there is also a problem with the writing time, as shown in FIG. 4, a servo valve operation amountfine adjustment item 250 is installed in theadjustment controller 100 capable of online tuning, and in the process control input /output device 230, Theadjustment circuit 260 that multiplies the servovalve operation amount 240 by the adjustment item enables online tuning of the high-speed feedback system.
[0018]
By digitizing the set values, the adjustment items that had been adjusted for each periodic inspection at the thermal power plant (the accuracy had deteriorated due to aging) became digital values, contributing to improved reliability and reduced man-hours. become.
[0019]
The contents described so far are summarized as follows in a standby redundant dual system. At the time of adjusting the feedback system, the gain of the servo valve driver is adjusted by the servo valve operation amountfine adjustment item 250 to improve the man-machine property and the maintainability by online tuning.
[0020]
TheA-system 270 and the B-system 280 connected to each other by a network perform a process for correcting a redundant imbalance, and operate the thermal power plant with the A-system as a main system, and process input / output of the A-system. When thedevice 230 becomes abnormal, the output of the A system is immediately subjected to the register hold / clear processing of the process input /output device 230, and is transferred to the B system.
[0021]
In an emergency (when the deviation between the operation amount and the actual servo valve opening is large), a high gain is given to the servo valve by thefunction generator 220 to operate the servo valve at high speed. By constructing such a system, the reliability of the thermal power plant can be improved.
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, the controllability of a servo valve in a coil type servo valve automatic control system circuit operated by a redundant control system of a gas turbine / steam turbine control device is improved, and the reliability of a process side abnormality monitoring circuit is improved. Digitization of the adjustment items improves maintainability, improves the effect on the thermal power plant when the abnormality monitoring circuit itself fails, and improves the reliability of the thermal combined power plant.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a single-shaft gas turbine combined power generation plant according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an example in which a function generator according to the present invention is installed.
FIG. 3 is a characteristic diagram of the function generator according to the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram showing an embodiment of a standby redundant dual system with two coil servo valves according to the present invention;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OFSYMBOLS 10 ... Gas turbine / steam turbine controller, 20 ... Coil type servo valve (fuel flow control valve), 30 ... Coil type servo valve (steam control valve), 40 ... Waste heat recovery boiler, 50 ... Gas turbine, 60 ... Steam Turbine, 70: Generator, 80: Inlet guide vane, 100: Adjustment control controller, 110: Servo valve operationcommand , 120: Servo valve actual opening, 130: Servo valve driver, 140: Servo coil, 150: Differential transformer , 160: servo coil abnormality diagnosis circuit, 170: servo valve driver abnormality diagnosis circuit, 180: differential transformer abnormality diagnosis circuit, 190: servo coil disconnection circuit, 200: selection circuit (double system changeover switch), 210: high value selection Circuit, 220: Function generator, 230: Process control input / output device, 240: Servo valve operation amount, 250: Servo valve operation Fine adjustment item, 260 ... adjusting circuit, 270 ... A systems, 280 ... B systems.

Claims (1)

Translated fromJapanese

火力コンバインド発電プラントのコイル式サーボ弁自動制御系回路において、高速応答性を必要とするフィードバック系制御のサーボ弁操作部とサーボ弁開度検出部の突き合わせ回路として、関数発生器をプロセス制御入出力操作内部のマイクロプロセッサにソフトウエアを格納し、該ソフトウエアを不揮発性書換可能型メモリ素子に格納し、冗長化された制御システムの出力選択回路とサーボ弁ドライバーをハードウエアにて構成した回路とし、
前記フィードバック系制御のサーボ弁操作部とサーボ弁開度検出部の突き合わせ回路の後段に、操作部と検出部の偏差に応じて動作する関数発生器を設置することを特徴とするコイル式サーボ弁自動制御系回路。In the automatic control system circuit of the coil type servo valve of the thermal power plant, the function generator is used as the process control input / output as the matching circuitof the servo valve operation part and the servo valve opening detection part of the feedback system control requiring high-speed response.The software is stored in a microprocessor inside the operation, the software is stored in a nonvolatile rewritable memory element, and the output selection circuit and the servo valve driver of the redundant control system are constituted by hardware. ,
A coil-type servo valve, wherein a function generator that operates according to a deviation between the operation unit and the detection unit is provided at a stage subsequent to a matching circuit between the servo valve operation unit and the servo valve opening detection unit of the feedback system control. Automatic control system circuit.

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