JPH11110005A - 分散制御システムのプロセスシミュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シミュレータのパラメータチューニングにおけ
る作業者の負担を軽減し、その開発期間を短縮する。 【解決手段】分散制御システムにおいて、シミュレーシ
ョン実行手段は、予め定義されたプロセスモデルの制御
演算を行う演算実行部と、プロセスモデルを構成する機
器単位の特性データを格納する特性データ格納部と、当
該特性データ格納手段内の特性データを任意に変更する
特性データ更新部と、を備え、上記演算実行部は上記特
性データ格納部内のデータを参照して演算を行う。 【効果】シミュレータのチューニングに要する作業者の
負担が軽減され、またその開発期間が大幅に短縮するこ
とが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラントの制御を行
う分散制御システムに係り、特に運転員の訓練を行うた
めのプロセスシミュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】プロセスオートメーションの分野におけ
る計測制御システムは、現在は分散制御システム（ＤＣ
Ｓ）を用いることが一般的である。この分散制御システ
ムを備えたプラントにおいては、制御の自動化が行われ
てはいるものの、信頼性を保つために運転員によるプラ
ントの操作も必要である。従って、運転員にも高信頼の
操作技術が要求される。そのためには運転員の技術を養
成することは必須の事項である。

【０００３】運転員の訓練には、実際のプラントの制御
を行うことで訓練を行うことが望ましいが、実際にはそ
のようなことは難しい上、緊急事態に対する訓練などは
実プラントを用いては到底行うことはできない。従っ
て、実プラントの制御は行わないものの、プラントの制
御を行うための実際の制御装置（オペレータズコンソー
ル）を用いて仮想的にシミュレーションを行うことが一
般的である。

【０００４】このようなシミュレータとしては、例えば
特開昭64−36302 号に示されるようなシステムがある。

【０００５】従来のシミュレータの機能を含めた分散制
御システムの概略を図８に示す。

【０００６】図８に示される構成は、分散制御システム
として一般的な構成であるが、通常の制御状態では、オ
ペレータズコンソール１とコントローラ２によってプラ
ントの制御が行われている。コントローラ２には、ここ
では図示しないが、プラント内の各構成要素（センサな
どの検出端や、バルブ等の操作端が主である）が接続さ
れ、検出端からデータを取り、所定の条件に従って操作
端へ操作データを送出するというような制御が行われ
る。オペレータズコンソール１では、コントローラの制
御状況をモニタし、必要に応じ、各種の設定値の変更な
どの操作を行う。この様な従来のシステムにおいては、
シミュレーション用計算機３で予めシミュレーションす
べきプラントのプロセスモデルを設定してプログラミン
グしておき、この設定されたプロセスモデルの特性に従
って、訓練生がオペレータズコンソール１から操作を行
っていた。

【０００７】具体的には、図５に示すイメージ図のよう
に、プラントの各構成要素（ボイラやバルブ等のプラン
ト内のシステムを形成する機器）の特性を機器モジュー
ルとして定義しておく。ここで、機器モジュールとは、
温度や流量などの入力変数に対するその構成要素固有の
出力変数を求めるために、各要素固有のパラメータを数
値化したものである。この機器モジュールでは、 ＯＵＴ＝ｆ(ＩＮ，Ｋ) Ｋ：パラメータ変数 という演算式で出力変数が求められる。上記式で、ｆ
(・)は、機器モジュールによって様々である。

【０００８】そして、この様な機器モジュールを組み合
わせることで、必要なシステムを定義することができ
る。図６に機器モジュールを接続した例を示す。

【０００９】このように、必要な機器モジュールを組合
せることで仮想的にプロセスモデルを表現し、プラント
内の入出力状態を全て数値化して演算できるようにす
る。図７に組み合わせたプロセスモデルの一例を示す。

【００１０】この様なプロセスモデルは、シミュレーシ
ョン用計算機３で構築され、プログラミングされ、コン
パイルされた後、一連のプログラムモジュールとして運
用されていた。

【００１１】訓練生がオペレータズコンソール１から操
作を行うと、一連のプログラムモジュールとして変換さ
れたプロセスモデルによって、所定の演算が行われ、表
示画面上で、仮想的にプラントの制御が行われているよ
うに出力が成されるものである。

【００１２】また、シミュレーション用計算機３から、
インストラクタが監視・操作できるようになっており、
外乱等の状況を設定操作を任意に行うことで、訓練生に
対して緊急事態に対する訓練を行うことができるように
なっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなシミュレ
ータにおいては、シミュレータのプロセスモデル自体は
変化させないが、シミュレーションの実行速度を速めた
り、様々なバリエーションのシミュレーションを行いた
いときは、各構成要素の特性を変化させる必要がある。
例えば、ボイラの容量を変化させる、バルブの口径を変
更するなどの変更を行いたい場合である。

【００１４】このような各構成要素の特性を変化させ
る、即ちチューニングを実施する場合は、その構成要素
の機器モジュールのパラメータのデータを変更しなけれ
ばならない。この様なとき、上記従来技術では、シミュ
レーションを一度停止し、プログラム中のパラメータを
オフラインで変更し、再度プログラミングを行いプログ
ラムのコンパイルを行う、と云った作業がその都度必要
であった。

【００１５】特性チューニングを行うには（パラメータ
の数）×（１つのパラメータのチューニングに要した変
更回数）の作業が必要であり、更にチューニングを行う
度に「シミュレーションの停止」・「プログラム変更」
・「シミュレーション起動」・「チューニング結果の判
定」という作業を行う必要があった。このため、パラメ
ータのチューニングに膨大な時間がかかり、作業者に多
大な負担がかかるという問題を有していた。

【００１６】本発明の目的は、パラメータチューニング
の際、上述したようなシミュレーションを停止しプログ
ラムを変更するという作業を行わず、シミュレーション
を実行しながら特性データを変更および保存することで
シミュレータのチューニングにおける作業者の負担を軽
減すると共に、シミュレータ開発期間を短縮することが
できるプロセスシミュレータを提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達するための
本発明の特徴は、プラントの状態監視及び操作を行う監
視／操作手段と、予め設定された設定値に基づきプラン
トのプロセス制御を行う制御手段と、予め定義された複
数の機器からなる仮想的なプロセスモデルについての稼
働状態を演算してシミュレーションを行うシミュレーシ
ョン実行手段とを有した分散制御システムにおいて、上
記シミュレーション実行手段は、予め定義されたプロセ
スモデルの制御演算を行う演算実行部と、上記プロセス
モデルを構成する機器単位の特性データを格納する特性
データ格納部と、当該特性データ格納手段内の特性デー
タを任意に変更する特性データ更新部と、を備え、上記
演算実行部は上記特性データ格納部内のデータを参照し
て演算を行うことである。上記構成によれば、シミュレ
ーション中にパラメータを変更してチューニングを行う
ことができる。これにより従来１つのパラメータをチュ
ーニングするごとにシミュレーションを停止し、プログ
ラムを変更しなおししていた作業がなくなるものであ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明における分散制御システム
の構成を図１に示す。基本的なシステム構成は従来のも
のと変わりはないが、本発明の特有の構成として、開発
用／インストラクタ用計算機１０をシミュレーション用
計算機３と同じ伝送路上に設けている。

【００１９】開発用／インストラクタ用計算機１０の主
な用途は、インストラクタがこの計算機より、オペレー
タズコンソール１で行われる訓練生の操作状況を監視し
たり、また特定の操作を行うことにより、シミュレーシ
ョン実行時に外乱等の緊急時の状況を入力することであ
る。また、シュミレーションを行うためのプロセスモデ
ルを作成する作業もここで行われる。構築されたプロセ
スモデルは、プログラム化され、シミュレーション用計
算機３でプロセスモデル２３１として運用される。尚、
本実施例においては、開発用と、インストラクタ用の計
算機を１台で実現しているが、これを個々に配置しても
何ら問題はない。

【００２０】次に図２を用いて、本発明のシミュレーシ
ョンの基本的なデータの流れについて説明する。

【００２１】まず、シミュレーション用計算機３内に格
納されているプロセスモデル２３１からオペレータズコ
ンソール１内の通信制御回路２１１に対して、データの
要求を行う（２０１）。

【００２２】次に、その要求を受けた通信制御回路２１
１はコントローラ２へアクセスし、コントローラ２上に
存在する制御データを取得する（２０２）。

【００２３】通信制御回路２１１は、取得した制御デー
タをプロセスモデル２３１へ送信する（２０３）。

【００２４】プロセスモデル２３１は、制御データを受
け取ると、受け取ったデータを利用し、プロセスの演算
を行う（２０４）。

【００２５】その後、プロセスモデル２３１は通信制御
回路２１１に対して、演算結果の書き込み要求を出す
（２０５）。

【００２６】上記要求を受けた通信制御回路２１１は、
プロセスモデル２３１が演算した結果をコントローラ２
に書き込む（２０６）。

【００２７】以上のように、２０１から２０６の処理を
繰り返すことによってシミュレーションが行われる。

【００２８】本発明では前述のように、図１のように開
発用／インストラクタ用計算機１０を配置し、この計算
機１０を用いてシミュレーション用計算機３内に構築さ
れたプロセスモデル２３１の特性データをシミュレーシ
ョン実行中にオンラインで変更できることに特徴があ
る。以下、その仕組みについて具体的に述べる。

【００２９】図３に、シミュレーション用計算機３と開
発用／インストラクタ用計算機１０のシステム構成の概
略を表したブロック図を示す。

【００３０】以下に、図３のシステム構成によって実現
される各機能について説明する。

【００３１】まず、シミュレーション時の動作について
説明する。

【００３２】シミュレーションが開始されると、初期値
として用いられるデータが格納された初期値用データフ
ァイルであるパラメータファイル(ＩＣ)２１のデータ
が、パラメータテーブル１６に設定される。ここで、パ
ラメータファイル(ＩＣ)２１に格納されているデータ
は、シミュレーションが行われるプロセスモデル内の各
機器モジュールのパラメータである。

【００３３】この処理が終了すると、プロセスモデル２
３１は一定周期ごと（即ち、上記シミュレーションの処
理手順の一巡毎）に、パラメータテーブル１６を２９に
より参照して演算を実行する。プロセスモデル２３１で
はあらかじめ定義されたパラメータテーブル１６のアド
レスに設定されているデータを用いて演算を行うように
設定されている。したがって、パラメータテーブル１６
に設定されているデータに変更がなければ（チューニン
グを行わなければ）、初めに設定されたプロセス特性で
シミュレーションが進行していく。

【００３４】次に、チューニング機能について述べる。

【００３５】シミュレーション用計算機３には、パラメ
ータテーブル１６で示すパラメータテーブル１６内の各
機器モジュール毎に指定されたアドレスの任意のデータ
を書き換えるチューニング用シェルコマンド１８が備え
られてる。

【００３６】そして、実際にチューニングする際には、
開発用／インストラクタ用計算機１０内に格納されてい
るチューニング用プログラム２６を起動し、操作者が、
書き換えたい機器モジュールのパラメータを入力する。
そして、チューニング用プログラム２６からリモートシ
ェル３９を利用して、チューニング用シェルコマンド１
８に対して起動の要求をかける。チューニング用プログ
ラム２６は、チューニング用シェルコマンド１８に対し
て変更後のパラメータと書き換えるべき機器モジュール
が該当するパラメータテーブル１６のアドレスを渡す。
これによりチューニング用シェルコマンド１８はパラメ
ータテーブル１６の所定のアドレスのデータを３５の処
理により変更する。

【００３７】上述したように、プロセスモデル２３１は
パラメータテーブル１６を一定周期ごとに２９の処理で
参照して演算を行っている。このため、チューニング用
シェルコマンド１８がチューニング用プログラム２６で
指定されたアドレスのデータを書き換えた後に、プロセ
スモデル２３１が２９の処理によってパラメータテーブ
ル１６を参照すると、前回参照した特性データとは違っ
たデータが設定されているのでプロセスの特性が変更さ
れたことになる。以上の動作によってシミュレーション
を実行したままでプロセスモデル２３１の特性がチュー
ニングされたこととなる。

【００３８】次に、チューニング結果の保存機能につい
て示す。

【００３９】シミュレーション用計算機３には、パラメ
ータテーブル１６のデータをパラメータファイル(ＳＶ)
２２に保存するように設定された保存用シェルコマンド
１９が備えられている。ここで、パラメータファイル
(ＳＶ)２２の構造は、パラメータファイル(ＩＣ)２１の
構造と同一のものとしている。

【００４０】そして、チューニングが終了した場合やチ
ューニング作業を一時中断する場合など、チューニング
結果を保存したい場合に、開発用／インストラクタ用計
算機１０から操作者が保存用プログラム２７を起動し、
更にリモートシェル４０で保存用シェルコマンド１９を
起動する。その結果、パラメータテーブル１６に設定さ
れている現時点でのデータが３６の処理によりパラメー
タファイル(ＳＶ)２２に保存される。

【００４１】次にパラメータファイルの書き換え機能に
ついて示す。

【００４２】この機能はパラメータファイル(ＩＣ)２１
とパラメータファイル(ＳＶ)２２の名称を入れ換えるこ
とで、あたかも２１と２２のファイルを書換えたかのよ
うにするものである。

【００４３】シミュレーション用計算機３には、パラメ
ータファイル(ＩＣ)２１とパラメータファイル(ＳＶ)２
２の名称を入れ換えるための書換え用シェルコマンド２
０が備えられている。

【００４４】上述した保存機能によって保存したパラメ
ータファイル(ＳＶ)２２内のデータを、以後初期値とし
て利用することになった場合等に、開発用／インストラ
クタ用計算機１０から操作者が書換え用プログラム２８
を起動し、リモートシェル４１で書換え用シェルコマン
ド２０を起動する。その結果、パラメータファイル(Ｉ
Ｃ)２１とパラメータファイル(ＳＶ)２２の名称が入れ
換わり、次回のシミュレーション起動時には、名称を書
換える以前にパラメータファイル(ＳＶ)２２に格納され
たデータが初期値データとしてパラメータテーブルに設
定されることとなる。

【００４５】また、次回のパラメータテーブル１６の保
存時には、それまでパラメータファイル(ＩＣ)２１とい
う名称で登録されていたファイルに現状のパラメータテ
ーブル１６のデータが上書きされることになる。

【００４６】最後に、パラメータテーブル１６の内容表
示機能について示す。

【００４７】シミュレーション用計算機３には、パラメ
ータテーブル１６のデータを表示用ファイル２３に保存
し、その後リモートコピー４２によって開発用／インス
トラクタ用計算機１０に転送するという処理が設定され
た表示用シェルコマンド１７が備えられている。

【００４８】パラメータテーブル１６のデータを確認す
る時、開発用／インストラクタ用計算機１０から操作者
が表示用プログラム２５を起動し、リモートシェル３８
で表示用シェルコマンド１７を起動する。この結果、開
発用／インストラクタ用計算機１０にはパラメータテー
ブル１６の現在値が保存された表示用ファイル２３の内
容が、表示用ファイル２４として転送されてくる。そし
て、表示用プログラム２５の４３の処理で、表示用ＣＲ
Ｔ４５に所定の表示形態で表示される。

【００４９】なお、ここでは開発用／インストラクタ用
計算機１０としてシミュレーション用計算機３と分けて
記述しているが、開発用／インストラクタ用計算機１０
とシミュレーション用計算機３を同一の計算機によって
構成しても、リモートコマンドの部分が変わるだけであ
り、上述した機能は同様に実現することができる。

【００５０】また、図４に開発用／インストラクタ用計
算機１０の表示画面の一例を示す。４８，４９，５０，
５１の各領域は、開発用／インストラクタ用計算機１０
に付属のポインティングデバイス等を用いて画面内を自
由に可動表示されるカーソル（図示しない）で指定する
ことにより、関連付けられたプログラムが起動する指定
ボタンである。

【００５１】ちなみに、「変更」領域４８はチューニン
グ用プログラム２６が、「保存」領域４９は保存用プロ
グラム２７が、「再表示」領域５０は表示用プログラム
２５が、「ファイル書換え」領域５１は書換え用プログ
ラム２８が関連付けられている。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、シミュレ
ーションを停止したりプログラムを変更したりせずに、
シミュレータのチューニングを容易に実施することが可
能となり、また、データの保存・ファイルの書換え・デ
ータの表示機能により、チューニングの操作性を向上さ
せることが可能となる。

【００５３】その結果、シミュレータのチューニングに
要する作業者の負担が軽減でき、また、様々なバリエー
ションのシミュレーションが簡単に行えるため、非常に
効率の良い訓練が行えるものである。

【００５４】また本発明のシミュレータをプラント開発
時のシミュレータとして用いれば、その開発期間を大幅
に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のハードウェア構成を示す図である。

【図２】本発明のシミュレーション時の動作を示す図で
ある。

【図３】本発明のシステム構成を示す概略ブロック図で
ある。

【図４】本発明の表示画面の一例である。

【図５】機器モジュールを示すイメージ図である。

【図６】機器モジュール連結時のイメージ図である。

【図７】プロセスモデルの構成例を示す図である。

【図８】従来のシステム構成を示す図である。

【符号の説明】

１，７…オペレータコンソール、２，８…コントロー
ラ、３，９…シミュレーション用計算機、１０…開発用
／インストラクタ用計算機、１６…パラメータテーブ
ル、１７…表示用シェルコマンド、１８…チューニング
用シェルコマンド、１９…保存用シェルコマンド、２０
…書換え用シェルコマンド、２１…パラメータファイル
（ＩＣ）、２２…パラメータファイル（ＳＶ）、２３，
２４…表示用ファイル、２５…表示用プログラム、２６
…チューニング用プログラム、２７…保存用プログラ
ム、２８…書換え用プログラム、３７…パラメータファ
イル名称書換え起動処理、４５…モニタ、２１１…通信
制御回路、２３１…プロセスモデル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 豪 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラントの状態監視及び操作を行う監視／
   操作手段と、予め設定された設定値に基づきプラントの
   プロセス制御を行う制御手段と、予め定義された複数の
   機器からなる仮想的なプロセスモデルについての稼働状
   態を演算してシミュレーションを行うシミュレーション
   実行手段とを有した分散制御システムにおいて、 上記シミュレーション実行手段は、 予め定義されたプロセスモデルの制御演算を行う演算実
   行部と、 上記プロセスモデルを構成する機器単位の特性データを
   格納する特性データ格納部と、 当該特性データ格納手段内の特性データを任意に変更す
   る特性データ更新部と、を備え、 上記演算実行部は上記特性データ格納部内のデータを参
   照して演算を行うことを特徴とする分散制御システムの
   プロセスシミュレータ。
2. 【請求項２】請求項１のプロセスシミュレータにおい
   て、 前記特性データ更新部による特性データの更新は、前記
   演算実行部が演算を実行中であっても行えることを特徴
   とする分散制御システムのプロセスシミュレータ。
3. 【請求項３】請求項１のプロセスシミュレータにおい
   て、 前記シミュレーション実行手段は、シミュレーション用
   計算機と、インストラクタ用計算機とからなることを特
   徴とする分散制御システムのプロセスシミュレータ。
4. 【請求項４】請求項３のプロセスシミュレータにおい
   て、 前記インストラクタ用計算機から、前記特性データ格納
   手段内の特性データの変更を行うことを特徴とする分散
   制御システムのプロセスシミュレータ。