JPH0756495A - 仮想コントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、可搬性があり小形化が可能でしかも
汎用性を損なうことなく大規模なシミュレーションも実
現できる仮想コントローラの提供を目的とする。 【構成】本発明の仮想コントローラ１２は、プラントの
プロセス制御を実行するコントローラを仮想化し、前記
コントローラを介して前記プラントを運転するオペレー
タステーション１０に対して模擬的な運転環境を提供す
るものである。この仮想コントローラ１２は、シミュレ
ーション環境を設定するためのツール１９と、前記ツー
ルに含まれ実行すべきシミュレーションの種別を示す識
別子と、前記識別子から実行すべきシミュレーションの
種別を判断しその種別に応じたシミュレーション環境を
準備する手段１５〜１８とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラントを運転するオ
ペレータの運転訓練に用いられるシミュレーション装置
に係り、さらに詳しくはプロセス制御を実行するための
プロセスコントロールステーション（以下、ＰＣＳと呼
ぶ）を仮想化した仮想コントローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】石油化学，鉄鋼，紙パルプ，上下水道等
の各種プラントでは、そのプロセス制御に分散型制御装
置を適用している場合がある。図４は、ある種のプラン
トに適用された分散型制御装置の構成例を示している。

【０００３】この分散型制御装置は、プラント運転員が
駐在するオペレータ・インターフェース・ステーション
（以下、ＯＩＳと呼ぶ）１に複数のＰＣＳ２−１〜２−
ｎがＬＡＮ３を介して接続されており、各ＰＣＳ２−１
〜２−ｎが各プロセスＩ／Ｏカード４−１〜４−ｎ（４
−１のみ図示）を介して対応するフィールドに接続され
ている。

【０００４】ＰＣＳ２−１〜２−ｎは、各々独立して動
作することにより、各自のプロセスＩ／Ｏカード４を通
じて対応するフィールド機器を制御し、フィールド機器
のプロセスデータ等をＯＩＳ１へ送信する。

【０００５】この様な分散型制御装置において、オペレ
ータはＯＩＳ１から特定のＰＣＳ２へパラメータの変更
指示等の指令を与えてフィールドに対して所望の制御を
与えることとなる。

【０００６】ところで、上記した各種プラントの運転
は、高度の熟練を要すること、および非常事態又は非定
常状態の如き状態での運転経験は希なこと等から、事前
にオペレータに種々の運転訓練を施す必要があった。

【０００７】また、プラント設備を構築する場合、試験
の効率化，工期短縮のため、実際のフィールド機器を装
備する前に、ＯＩＳ１上でプラントの運転状況を確認す
る必要性があった。

【０００８】そこで、図５に示すように、フィールド構
成に対応させたプロセスＩ／Ｏカード４と、ＣＲ回路，
接点用スイッチ，ランプ等からなるフィールド側の動作
を模擬する模擬回路５とを予め作成しておき、プロセス
Ｉ／Ｏカード４を介してＰＣＳ２と模擬回路５を接続す
る。そしてＯＩＳ１からＰＣＳ２に指令を与えて訓練運
転を行っていた。

【０００９】また、ダイナミックなシミュレーションを
行う場合は、ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コン
トローラ）を、プロセスＩ／Ｏカード４へ模擬回路５に
代えて接続し、ＰＬＣを相手にＯＩＳ１で試験運転を行
っていた。

【００１０】一方、フィールド側のみならずＯＩＳ１の
オペレータコンソールまで含めた全体構成を模擬した運
転訓練シミュレータを、実際のプラント設備とは全く別
に構築して、その運転訓練シミュレータで試験運転，運
転訓練を行うというようなことも行われている。

【００１１】上述した模擬回路５やＰＬＣを用いてシミ
ュレーションを行う場合は、実際のプラント設備のオペ
レータコンソール（ＯＩＳ１）を使って実施できるとい
う利点がある。しかし、各フィールド毎にＰＣＳおよび
プロセスＩ／Ｏカード４を作成しなければならず、その
作成作業に多大な手間が掛かると共に、プロセスＩ／Ｏ
カード４を実装すると装置が大型化するため、可搬性が
低下するという問題があった。

【００１２】また、大規模な運転訓練シミュレータは、
ＰＬＣ等よりも高度なシミュレーションを実現できると
いう利点はあるが、シミュレーションするプラント設備
が異なる場合はオペレータコンソールも作り替えなけれ
ばならず、汎用性に欠けていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のプ
ラント運転訓練用の又はプラント設備設計支援用のシミ
ュレータは、作成作業に多大な手間が掛かり、装置が大
型化して可搬性に劣り、または汎用性に欠けるといった
問題があった。

【００１４】本発明は、以上のような実情に鑑みてなさ
れたもので、ＰＣＳおよびプロセスＩ／Ｏカードの作成
前にプロセス制御のシミュレーションを行うことがで
き、試験，アセンブル工程を大幅に短縮でき、また汎用
性の低下を伴うことなく大規模な運転訓練シミュレータ
を用いたシミュレーションまで可能にする仮想コントロ
ーラを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の仮想コントローラは、プラントのプロセス制
御を実行するコントローラを仮想化し、前記コントロー
ラを介して前記プラントを運転するオペレータステーシ
ョンに対して模擬的な運転環境を提供するものにおい
て、シミュレーション環境を設定するためのツールと、
前記ツールに含まれ実行すべきシミュレーションの種別
を示す識別子と、前記識別子から実行すべきシミュレー
ションの種別を判断しその種別に応じたシミュレーショ
ン環境を準備する手段とを具備する構成とした。

【００１６】

【作用】本発明の仮想コントローラでは、ツールに含ま
れた識別子からシミュレーションの種別が判断され、そ
の種別に応じたシミュレーション環境が自動的に準備さ
れる。従って、小規模シミュレーションの場合には、簡
易シミュレーション機能を準備するようにすることがで
き、大規模シミュレーションの場合には、プロセス制御
のシミュレーション機能を持つ計算機とオペレータステ
ーションと接続して計算機でシミュレーションするよう
にすることができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は、分散制御装置に仮想コントローラを備えた本発明
の一実施例を示している。

【００１８】本実施例は、ＯＩＳ１０と複数のＰＣＳと
を接続するＬＡＮ１１に仮想コントローラステーション
（以下、ＶＰＣＳと呼ぶ）１２−１〜１２−ｎを接続し
ている。ＶＰＣＳ１２は、ＬＡＮ１１と内部バス１３と
をＬＡＮインターフェース１４で整合しており、その内
部バス１３にメインＣＰＵ１５，制御用ＣＰＵ１６，記
憶部１７，伝送用インターフェース１８を接続してい
る。このＶＰＣＳ１２には、ツール１９によってシミュ
レーション環境が設定される。

【００１９】ＬＡＮインターフェース１４およびメイン
ＣＰＵ１５は、実際の分散制御装置に用いられるＰＣＳ
のＬＡＮインターフェースおよびＣＰＵと同じものを使
っている。メインＣＰＵ１５には、シミュレーション対
象のＰＣＳと同様のプロセス制御を実行する機能を持た
せている。制御用ＣＰＵ１６は、簡易シミュレータとし
て機能する。記憶部１７は、メインＣＰＵ１５および制
御用ＣＰＵ１６の作業領域として機能すると共に、メイ
ンＣＰＵ１５にプロセスデータベースを提供する。伝送
用インターフェース１８は、例えばＲＳ２３２Ｃ，ＧＢ
−ＩＰ等のインターフェースからなり、ＶＰＣＳ１２に
対して着脱自在となっている。伝送用インターフェース
１８は、大規模なシミュレーションを行う場合に、ＶＰ
ＣＳ１２に取付けられて、ＶＰＣＳ１２とコントローラ
／プラントシミュレータ用計算機２０（以下、ＳＩＭと
呼ぶ）とを通信可能に接続する。

【００２０】ツール１９は、制御ＣＰＵ１６を使っての
小規模シミュレーション用のものと、ＳＩＭ２０を使っ
ての大規模シミュレーション用のものとがある。小規模
シミュレーション用のツール１９ａは、Ａ種情報とＢ種
情報とを有している。Ａ種情報とは、対象となるＰＣＳ
のプロセスＩ／Ｏカードの構成、アナログ／デジタル入
出力機構、タグ情報、プロセス制御機能等を実現するた
めのデータである。Ｂ種情報とは、簡易シミュレーショ
ン機能，小規模な簡易シミュレーションであることを示
す識別子等である。大規模シミュレーション用のツール
１９ｂは、上記Ａ種情報からプロセス制御機能を除いた
各機能のデータと、Ｃ種情報とを有している。Ｃ種情報
は、大規模な簡易シミュレーションであることを示す識
別子である。

【００２１】なお、実際の分散制御装置におけるＰＣＳ
は、上記Ａ種情報のみを有するツールで環境設定され
る。また、ＳＩＭ２０は、対象となるＰＣＳのプロセス
制御およびフィールドの動作を模擬するプログラムが予
め設定されている。

【００２２】図２は、仮想コントローラ１２の内部機能
構成を示している。ＬＡＮ１１との間でデータの送受信
を行うためのＬＡＮ伝送処理をＬＡＮインターフェース
１４が行っている。プロセスデータの収集，プロセスデ
ータベースの作成及びＯＩＳ１０に対する応答等の制御
処理はメインＣＰＵ１５が実行し、フィールドの簡易シ
ミュレーションは制御ＣＰＵ１６が実行する。またシミ
ュレーションの結果得られるプロセスデータ，パラメー
タ，プロセス変数などを保存するため記憶部１７の一部
を使用して実現したプロセスデータベースを、メインＣ
ＰＵ１５がプロセスＩ／Ｏカードの構成、アナログ／デ
ジタル入出力機構、タグ情報等のデータに基づいて管理
している。

【００２３】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について、図３を参照して説明する。分散制御装置
が立ち上げられた後に、ツール１９を使ってシミュレー
ション環境が設定される。例えば、ツール１９ａを使え
ば小規模な簡易シミュレーションを行うためのシミュレ
ーション環境が設定される。すなわち、ツールデータが
ＶＰＣＳ１２に読み込まれると、ツール１９ａに含まれ
ている識別子が判別される。判断した識別子が小規模の
シミュレーションを示していれば、Ａ種情報をメインＣ
ＰＵ１５の作業領域に保存すると共に、Ｂ種情報の簡易
シミュレーション機能のプログラムを制御ＣＰＵ１６の
作業領域に保存する。この保存処理により制御処理及び
簡易シミュレーションの各機能が立ち上げられる。

【００２４】ＶＰＣＳ１２内の簡易プロセスシミュレー
ション処理／制御処理が作り出してプロセスデータベー
スにセットされたＰＶ，ＳＶ，ＭＶ等のプロセスデータ
又はそのステータス、或いはＤＩ／ＤＯ等のステータス
は、このデータベースからＬＡＮ伝送処理を通じてＯＩ
Ｓ１０に伝送されてＯＩＳ１０上に表示される。

【００２５】一方、ＯＩＳ１０からＶＰＣＳ１２に対し
てプロセス変数，パラメータの変更指示があると、その
変更指示がＬＡＮ伝送処理により受信され、プロセスデ
ータベースに書き込まれる。小規模のシミュレーション
の場合には、制御処理／簡易シミュレーションはプロセ
スデータベースを参照しながら行われるため、これら変
更データは自動的に処理に反映される。

【００２６】また、ツール１９ｂを使えば大規模なシミ
ュレーションのためのシミュレーション環境が設定され
る。ＶＰＣＳ１２では、ツール１９ｂの識別子から大規
模シミュレーションであることを認識すると、伝送用イ
ンターフェース１８が取り付けられているか否か判断
し、伝送用インターフェース１８が取り付けられていな
ければ準備勧告を行う。そして伝送用インターフェース
１８が取付けられていることを確認できると、ＶＰＣＳ
１２とＳＩＭ２０との間の通信環境を整えて通信可能な
状態にする。

【００２７】次に、ＶＰＣＳ１２の記憶部１７にＡ種情
報のうちのプロセスＩ／Ｏカードの構成、アナログ／デ
ジタル入出力機構、タグ情報等のデータを保存し、伝送
処理が管理するプロセスデータベースを作成する。

【００２８】ＳＩＭ２０でのシミュレーションで作成さ
れたプロセスデータはＶＰＣＳ１２のプロセスデータベ
ースに逐次格納され、伝送処理を通じてＯＩＳ１０に伝
送され表示される。

【００２９】またＯＩＳ１０からパラメータの変更等が
指示されると、ＬＡＮ伝送処理がパラメータ変更データ
をＶＰＣＳ１２のプロセスデータベースに格納すると同
時に伝送用インターフェース１８に対して変更内容を通
知する。伝送用インターフェース１８は変更内容を直ち
にＳＩＭ２０へ伝送する。

【００３０】なお、大規模シミュレーションでは伝送ラ
イン２１を介してＳＩＭ２０と連結されるため、伝送速
度が最も重要となる。本実施例では、例えばＧＰ−ＩＢ
の２回線を使って、複数ポートでＳＩＭ２０との接続を
行っている。これにより一方のラインが伝送中に新たな
トランザクションが発生した場合に、他ラインを使用す
ることにより伝送速度の高速性を維持している。

【００３１】また大規模シミュレーションでは、通常の
シミュレーションに加えて、プレイバック，途中休止等
の機能が要求される。そのため、オペレータの操作内容
を、その都度ＳＩＭ側へ時刻情報と共に伝送しＳＩＭ側
からのプロセスデータは少なくとも１秒周期でＶＰＣＳ
１２のプロセスデータベースへ書込み更新している。

【００３２】プレイバックの場合は、今までのシミュレ
ーションの間にＳＩＭ側に保存されたＯＩＳ操作内容及
び一括保存データ（初期条件設定として使用）が、ＳＩ
Ｍ側からＶＰＣＳ１２を介してＯＩＳ１０へ伝送され
る。このため、初期条件設定時の大量データの受信時お
よび時刻設定された場合、その時刻をＯＩＳ１０を含め
て他の全ステーションへ同報送信する。

【００３３】このように本実施例によれば、ＯＩＳ１０
からＶＰＣＳ１２を見たときにＶＰＣＳ１２がＰＣＳと
仮想化されるようにしたので、プロセスＩ／Ｏカードを
備えたＰＣＳを作成する前に分散制御のシステム結合試
験を実施することができる。またプロセスＩ／Ｏカード
を備えていないことから装置を小形化することができ、
可搬性を持たせることができる。

【００３４】また、記憶部１７に保存されるプロセス制
御機能のプログラムを変更するだけで、他のシミュレー
ションを実現することができるので、簡易シミュレーシ
ョンの作成が容易であり、試験，アセンブル工程を大幅
に短縮することができる。

【００３５】また、ＶＰＣＳ１２にシミュレーション環
境を設定するためのツール１９にシミュレーションの種
別を指示する識別子を持たせ、その識別子に応じたシミ
ュレーション環境となるようにしたので、簡易シミュレ
ーションとＳＩＭ２０を使った本格的なシミュレーショ
ンとの双方をＯＩＳ１０上で実施することができる。本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、Ｐ
ＣＳおよびプロセスＩ／Ｏカードの作成前にプロセス制
御のシミュレーションを行うことができ、試験，アセン
ブル工程を大幅に短縮でき、また汎用性の低下を伴うこ
となく大規模な運転訓練シミュレータを用いたシミュレ
ーションまで可能にする仮想コントローラを提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】図１に示す実施例に備えたＶＰＣＳの機能構成
図である。

【図３】図１に示す実施例の動作説明図である。

【図４】分散制御装置の構成図である。

【図５】分散制御装置のシミュレーション状況を示す図
である。

【符号の説明】

１０…オペレータ・インターフェース・ステーション、
１１…ＬＡＮ、１２…仮想プロセス・コントローラ・ス
テーション、１４…ＬＡＮインターフェース、１５…メ
インＣＰＵ、１６…制御用ＣＰＵ、１７…記憶部、１８
…伝送用インターフェース、１９…ツール、２０…コン
トローラ／プラントシミュレータ用計算機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラントのプロセス制御を実行するコン
   トローラを仮想化し、前記コントローラを介して前記プ
   ラントを運転するオペレータステーションに対して模擬
   的な運転環境を提供する仮想コントローラにおいて、 シミュレーション環境を設定するためのツールと、前記
   ツールに含まれ実行すべきシミュレーションの種別を示
   す識別子と、前記識別子から実行すべきシミュレーショ
   ンの種別を判断しその種別に応じたシミュレーション環
   境を準備する手段とを具備したことを特徴とする仮想コ
   ントローラ。