問題 12

次の各文章及び図の【1】～【18】の中に入れるべき最も適切な字句又は式をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。なお、【1】、【3】、【4】及び【11】は2箇所以上あるが、それぞれ同じ記号が入る。(配点計50点) (1) 図は水管ボイラの制御系を示したものである。水管ボイラは、燃焼熱を発生する火炉と水管群やドラムのボイラ本体から構成されている。ボイラは燃焼、伝熱、圧力及び温度などの変化が同時並行し、関連しながら蒸気を発生するため、多変数制御系とみることができる。 その主な制御としては、蒸気需要の変動により変化するドラム圧力を一定に保つ「圧力制御」とドラム液面を維持する「液面制御」がある。 (図は省略) 1) ドラム圧力制御では、火炉の燃焼量を増減することによりドラム圧力を一定としている。具体的には、ドラム圧力調節計の出力により燃料流量調節計の設定値を与えている。このような調節計の階層構造を【 1 】と呼ぶ。ここで、ドラム圧力調節計を【 2 】調節計、燃料流量調節計を【 3 】調節計と呼ぶ。 また、【 1 】を採用することにより、燃料系の供給圧の変動といった外乱を【 3 】調節計で吸収することにより、それがドラム圧力の変動に及ぶことを防止できる。 2) 燃焼においては、燃焼用空気を過大に供給すると排ガス量が増え、排ガスの持ち出す熱損失が増大する。そこで適正な空気比になるように、【 4 】を適用することにより燃焼用空気量を調節している。 3) こういった【 1 】や【 4 】は一般に、目標値が時間とともに変化する【 5 】の中の一つである。

(2) 燃焼用空気は、ブロワにより送気される。その流量を制御するのに、一般にはブロワの【 6 】で調整することが多いが、この図の例ではブロワ動力の低減を図るため、広範な流量で低減効果が最も優れるとされるブロワの回転速度制御による流量調整方式が適用されている。 電動ブロワの回転速度制御には【 7 】が一般的に使用される。

(3) 水管ボイラのようにドラムで保持するボイラ水の容量が小さい場合、蒸気負荷が急激に増えたときに、ドラム圧力が下がり、その結果、ボイラ水中の気泡が増え、一時的にドラム水位が上がり、その後下降する【 8 】現象が見られる。一時的な水位上昇に対して液面制御で給水流量を絞ってしまうと、その後の水位の下降に追従できずドラム水位が大きく乱れる。その対策として、給水流量と【 9 】流量の差分と、ドラム水位設定値とドラム水位計測値の差分の二つの偏差を小さくするように給水流量を制御する【 10 】制御が適用されている。

(4) ドラム圧力制御やドラム液面制御等のフィードバック制御の調節計には、一般にPIDアルゴリズムが適用される。 i) PID制御のP動作とは【 11 】動作のことで、偏差に【 11 】した制御出力を出す。 P動作の調整パラメータPB(%表示)は【 12 】と呼ばれる。制御アルゴリズムとしてP動作だけを使用した場合に、目標値と制御量の最終値に差が残ることがある。これを【 13 】という。 ii) 【 13 】を解消するには、【 14 】動作を加える必要がある。その調整パラメータTᵢは【 15 】と呼ばれる。Tᵢを小さくしていくと【 13 】は速く解消できる。 iii) 一方、制御量が変化したときに、その変化速度に比例した出力を出すのが【 16 】動作であり、その調整パラメータTᴅは【 17 】と呼ばれる。 iv) PID動作のラプラス変換表示は、これらの調整パラメータを使用して【 18 】と表示される。