JPH11238084A - プロセス制御装置のオブジェクト指向開発方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プロセス制御を行う装置またはシステムにお
けるオブジェクト指向の開発方法において、従来よりも
容易かつ網羅的にハードウェア構成部品からオブジェク
トを抽出できるとともに、ハードウェアオプション機能
の変更に対して容易に対応できるもの。 【解決手段】 前記装置またはシステムのハードウェア
構成部品を分類・抽出するステップ１と、前記プロセス
制御の目的を達成するに必要な全機能を各機能毎に分類
・抽出するステップ２とを実行し、前記ハードウェア構
成部品の抽出ステップにおいて抽出された各項目をオブ
ジェクトの候補とし、該各オブジェクト候補と、前記全
機能の抽出ステップにおいて抽出された各機能とをそれ
ぞれ対応させるステップ３を実行することにより各機能
に必要なオブジェクトを決定する（５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プロセス制御を行
う装置またはシステムにおけるオブジェクト指向開発方
法に係り、従来よりも容易かつ網羅的にハードウェア構
成部品からオブジェクトを抽出でき、かつ仕様の変更や
追加にも容易に対応できる開発方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば負荷、表示装置、センサ、スイッ
チ及び外部装置との通信手段などの入出力手段を備えた
プロセス制御装置における従来のオブジェクト指向開発
方法（以下、従来の開発方法）としては、例えば特開平
８−１８５４２４号公報がある。図１０は、前記公報に
よる従来の開発方法の一実施例を示す図である。図１０
における楕円は従来の開発方法における各ステップ、矢
印は各ステップにおける入出力情報を示す。

【０００３】ここで、図１から図１８において同じ符号
は同一のものを示し、オブジェクト指向の表記は、オブ
ジェクト指向手法の１つであるコード・ヨードン法の記
法を引用している。コード・ヨードン法においては、オ
ブジェクトは角丸の四角で表現され、前記四角の中の上
段にオブジェクトの名称、中段にオブジェクトの特徴や
固有の性質を示す属性、下段にオブジェクトが他のオブ
ジェクトに提供できるサービスを記述する。

【０００４】図１０において、ハードウェア分類ステッ
プ１では、負荷の機能、表示装置の機能、センサの検出
データの種類、負荷のモニタ信号の種類など、前記入出
力の機能をもとに制御装置に接続されるハードウェア構
成部品を分類し、ハードウェア構成分類図を作成する。
前記ハードウェア部品は後のステップでオブジェクトの
候補として用いる。

【０００５】図１１に、従来の開発方法におけるハード
ウェアブロック図の例を示す。図１１に示すように、缶
の自動販売機のコントローラ７８には、商品を選択する
ための商品選択スイッチ７１、入金操作により商品の購
入が可能なことを示す有効選択表示ＬＥＤ７２、缶の売
り切れを表示するための売り切れ表示ＬＥＤ７３、缶切
れを検出するための缶切れスイッチ７４、商品の売上情
報を管理する売上管理装置７５、入金された紙幣や硬貨
の種類を識別して合計金額を演算する入金検出装置７
６、選択された缶の搬出を行う缶搬出装置７７が接続さ
れている。

【０００６】また、図１２に、前記ハードウェア分類ス
テップ１において自販機のコントローラ７８に接続され
ているハードウェア構成を分類したハードウェア構成分
類図を示す。図１２は、図１１をもとにオブジェクト指
向の表記を用いてハードウェア構成部品を分類してい
る。図１２においては、動作や操作により信号を出力す
るスイッチオブジェクト８９の性質を継承しているの
が、商品選択スイッチオブジェクト候補８１と缶切れ検
出スイッチオブジェクト候補８４であり、表示を行うた
めのＬＥＤオブジェクト８８の性質を継承するのが、有
効選択表示ＬＥＤオブジェクト候補８２と売り切れ表示
ＬＥＤオブジェクト候補８３であり、他のハードウェア
構成部品として、売上管理装置オブジェクト候補８５、
入金検出装置オブジェクト候補８６及び缶搬出装置オブ
ジェクト候補８７があることを示しており、これらのハ
ードウェア構成部品が抽出されるオブジェクトの候補と
なる。

【０００７】また、図１０において、機能分類ステップ
２では、制御装置がその制御目的を果たすため、予測、
制御、診断等に必要な全要求機能を制御の目的を基準に
して分類し、機能分類図を作成する。次の要求機能詳細
化ステップ６では、前記機能分類図をもとに制御装置の
要求機能を機能単位にデータフローダイアグラム（以
下、ＤＦＤ）を使用して詳細分析し、機能単位でのＤＦ
Ｄを作成する。

【０００８】図１３に、図１０における機能分類ステッ
プ２において、要求機能を制御目的毎に分類した機能分
類図を示す。図１３においては、自販機における要求機
能として、入金制御９１には、紙幣や硬貨の種類を識別
するための金銭識別制御９２と入金された金銭の合計金
額を演算する入金金額演算制御９３があり、商品搬出制
御９４には、選択されたスイッチに相当する缶を搬出す
るための缶搬出装置９５があり、ＬＥＤ表示制御９６に
は、缶切れを検知して缶が売り切れであることをユーザ
に示すための売り切れ制御９７と入金操作により選択が
可能である缶をューザに知らせるための有効選択表示制
御９８があることを示している。また図１３において、
下段にある機能は上段にある機能を継承し、さらに特化
した機能であることを示し、下段にある機能（金銭識別
制御９２、入金金額演算制御９３、缶搬出制御９５、売
り切れ表示制御９７及び有効選択表示制御９８）が制御
目的毎に分類した機能単位となる。

【０００９】図１４に、図１０における要求機能詳細化
ステップ６において、図１３に示した缶搬出制御９５に
関して詳細化したＤＦＤを示す。図１４において、機能
単位の１つである缶搬出制御９５について詳細化したＤ
ＦＤ１０４には、自販機の動作を決定する機能を表すバ
ブル（楕円はバブルと呼ぶ）１０１と、商品の有効選択
表示を消灯する機能を表すバブル１０２と、選択された
缶を搬出する機能を表すバブル１０３のあることを示し
ている。さらに図１４においては、後工程の作業を更に
円滑にするために、選択された缶を搬出する機能を表す
バブル１０３に関連するオブジェクトの候補として、図
１２に示したハードウェア構成部品の中から缶搬出装置
８７を選択してＤＦＤに付記している。

【００１０】図１５に、図１０におけるオブジェクト抽
出ステップ７において、前記ハードウェア分類ステップ
１に分類したハードウェア構成部品の機能と、前記要求
機能詳細化ステップ６で作成したＤＦＤのバブルの関連
性をもとにオブジェクトを抽出して機能単位でのオブジ
ェクト交信図を作成する過程を示す。図１５では、図１
２に示した自販機のハードウェア構成部品の機能と、図
１４において詳細化した機能分析毎のＤＦＤの１つであ
る缶搬出制御９５におけるＤＦＤ１０４によりオブジェ
クトを抽出していく過程を示している。図１５におい
て、「商品有効選択表示を消灯する」というバブル１０
２は、前記ハードウェア構成部品の有効選択表示ＬＥＤ
に関連する機能であるため、「有効選択表示ＬＥＤ」と
いう名称のオブジェクト１０８を抽出する。また、「選
択された缶を搬出する」というバブル１０３はハードウ
ェア構成部品の缶搬出装置の持つ機能であるため、「缶
搬出装置」という名称のオブジェクト１０７を抽出す
る。

【００１１】図１５における残りの「自販機動作を決定
する」というバブル１０１は、入金情報や売り切れ情
報、あるいはユーザにより選択された缶の情報（缶選択
情報）をもとに缶搬出を行うべきかどうかを判断し、ま
た缶搬出の実行／非実行に伴うＬＥＤの点灯／消灯を判
断する機能を持つ。前記バブル１０１を割り付けるの
に、適当なハードウェア構成部品がないため、新規に
「自販機動作決定機構」という名称のオブジェクト１０
６を作成する。この３つのオブジェクトが必要なメッセ
ージの通信を行うことを記述した機能単位でのオブジェ
クト交信図１０９を作成することで、オブジェクトによ
る自販機の缶搬出制御の実行方法が明確になる。

【００１２】図１０のソフトウェア構造設計ステップ４
では、オブジェクトやメッセージの重複を避け、Ｈ／Ｗ
（ハードウェア）資源等による制約を考慮した上で、各
機能単位毎のオブジェクト交信図を統合化することによ
り全体オブジェクト交信図を作成する。前記オブジェク
ト交信図はソフトウェア構造の設計結果を示すものとな
る。

【００１３】図１６に、各機能単位毎に作成したオブジ
ェクト交信図から全体のオブジェクト交信図を作成する
過程の一実施例を示す。図１６においては、オブジェク
ト１１１に注目し、オブジェクト１１１、オブジェクト
１１２、オブジェクト１１３間のメッセージ通信が記述
されている機能単位毎のオブジェクト交信図１１５と、
オブジェクト１１１とオブジェクト１１４のメッセージ
通信が記述されている機能単位毎のオブジェクト交信図
１１６とを統合することにより、オブジェクト１１１、
オブジェクト１１２、オブジェクト１１３、オブジェク
ト１１４間のメッセージ通信が記述されたオブジェクト
交信図１１７を作成している。ここで、前記両オブジェ
クト交信図において、オブジェクト１１１は同一のオブ
ジェクトのため、統合する場合には１つのオブジェクト
として扱っている。前記オブジェクト交信図の統合化作
業を全ての機能について行い、全体オブジェクト交信図
１１８を完成させる。

【００１４】全体オブジェクト交信図の作成時には、ハ
ードウェア資源上の制限や各機能単位における関連性、
あるいはソフトウェアの処理フローといったソフトウェ
ア実装上の制約条件をもとにソフトウェア構造に直結す
るオブジェクトの配置方法を決定する。必要ならば図１
０のオブジェクト抽出ステップ７では抽出されなかった
オブジェクトを新規に追加しても良い。図１６では、図
１０のソフトウェア構造設計ステップ４において、前記
制約条件から必要と判断したオブジェクト１１９を新規
に作成し、全体オブジェクト交信図１１８に追加してい
る。

【００１５】そして、図１０のオブジェクト仕様化ステ
ップ５では、機能単位毎に作成した全てのオブジェクト
交信図をもとに各オブジェクトの動的仕様と機能仕様を
決定し、各オブジェクトの動的モデルと機能モデルを作
成する。

【００１６】図１７に、図１０のオブジェクト仕様化ス
テップ５において、オブジェクトの動的モデルを作成す
る過程の一実施例を示す。図１７の機能単位毎のオブジ
ェクト交信図１２４においては、オブジェクト１２１か
らオブジェクト１２２へメッセージが送信され、その後
オブジェクト１２２からオブジェクト１２３へ別のメッ
セージが送信されている。前記事項をメッセージの通信
順序についてより明確化して記述したのが機能単位毎の
イベントトレース図１２５である。

【００１７】図１７において、機能単位毎のイベントト
レース図１２５からオブジェクト１２１の状態を抽出し
て状態遷移図で記述したのが機能単位毎の動的モデル１
２６である。先に記述した機能単位毎のオブジェクト交
信図からイベントトレース図を作成し、イベントトレー
ス図から動的モデルを作成するまでの作業を、注目して
いるオブジェクト（ここではオブジェクト１２１）が関
係する全ての機能単位について行い、全ての機能単位毎
の動的モデルを統合化し、オブジェクト１２１の動的モ
デル１２７を完成させる。この動的モデル１２７を作成
することで、オブジェクトの持つ動的特性が明確にな
る。

【００１８】さらに図１８に、図１０のオブジェクト仕
様化ステップ５において、オブジェクトの機能モデルを
作成する過程の一実施例を示す。図１８においては、オ
ブジェクト１２１に着目し、まず機能単位毎のオブジェ
クト交信図１２４からデータフローダイアグラム（ＤＦ
Ｄ）を用いて機能単位毎の機能モデル１２８を作成して
いる。この作業をオブジェクト１２１が関連する全ての
機能単位について行った後、それらの機能モデルを統合
化して、オブジェクト１２１の機能モデル１２９を完成
させる。

【００１９】前記の手法は多数の機能を持ち、それらが
複雑に関係する制御装置には有効であるが、プラントの
プロセス制御装置のようにある程度機能とその関係が明
確化されているような制御装置においては、図１０にお
ける要求機能詳細化ステップ６及びオブジェクト抽出ス
テップ７によるオブジェクト抽出に時間と労力を要し、
オブジェクトの効率的な抽出ができないという問題点が
あった。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記問題点
を解決するもので、従来の制御装置のオブジェクト指向
の開発方法において、機能とその関係がある程度明確化
されたプラント等のプロセス制御装置のオブジェクトの
抽出を従来よりも少ない労力で効率的に行うとともに、
必要なオブジェクトを網羅的に抽出することが可能なオ
ブジェクト指向開発方法を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
プロセス制御装置のオブジェクト指向開発方法は、プロ
セス制御を行う装置またはシステムにおいて、該装置ま
たはシステムのハードウェア構成部品を抽出するステッ
プと、前記プロセス制御の目的を達成するに必要な全機
能を各機能毎に抽出するステップとを実行し、前記ハー
ドウェア構成部品の抽出ステップにおいて抽出された各
項目をオブジェクトの候補とし、該各オブジェクト候補
と、前記全機能の抽出ステップにおいて抽出された各機
能とをそれぞれ対応させるステップを実行することによ
り各機能に必要なオブジェクトを決定するものである。

【００２２】本発明の請求項２に係るプロセス制御装置
のオブジェクト指向開発方法は、前記請求項１に記載の
各オブジェクト候補と各機能とをそれぞれ対応させるス
テップにおいて、マトリックス形式の行と列に前記オブ
ジェクト候補と各機能とをそれぞれ配列し、該配列され
た行と列の各オブジェクト候補と各機能とをそれぞれ対
応させるものである。

【００２３】本発明の請求項３に係るプロセス制御装置
のオブジェクト指向開発方法は、前記請求項１または２
に記載の装置またはシステムのハードウェア構成部分を
抽出するステップにおいて、前記装置またはシステムの
コントローラを除くハードウェア構成部品から抽出した
オブジェクトをハードウェアオブジェクト群とし、また
前記装置またはシステムのコントローラ及び制御目的を
実現するために抽出したオブジェクトを制御エンジンオ
ブジェクト群とし、前記２種類に区分されたオブジェク
ト群をもとに各機能に必要なオブジェクトを決定するも
のである。

【００２４】本発明の請求項４に係るプロセス制御装置
のオブジェクト指向開発方法は、前記請求項３に記載の
ハードウェアオブジェクト群を、計測機器を含む各機器
からの信号を入力する入力オブジェクト群、アクチュエ
ータを含む各機器へ信号を出力する出力オブジェクト
群、ハードウェアの固有値を有する固有値オブジェクト
群及び他の機器と通信を行う通信オブジェクト群から任
意に選択した複数のオブジェクト群に分類するものであ
る。

【００２５】本発明の請求項５に係るプロセス制御装置
のオブジェクト指向開発方法は、前記請求項３に記載の
ハードウェアオブジェクト群を、前記請求項４に記載の
入力オブジェクト群、出力オブジェクト群、固有値オブ
ジェクト群及び通信オブジェクト群からそれぞれ任意の
オブジェクトを抽出して所望数のオブジェクト群に分類
するものである。

【００２６】本発明の請求項６に係るプロセス制御装置
のオブジェクト指向開発方法は、前記請求項３に記載の
制御エンジンオブジェクト群を、予測理論を用いて将来
予測を行う予測オブジェクト群、制御のための演算を行
う制御演算オブジェクト群、故障を診断する故障診断オ
ブジェクト群、入力値や制御値から制御の要否を判断す
る個別制御判定オブジェクト群及び複数の各制御の実行
可否やそれらの優先順位をもとに実行すべき制御状態を
決定する制御マネージャオブジェクト群から任意に選択
した複数のオブジェクト群に分類するものである。

【００２７】本発明の請求項７に係るプロセス制御装置
のオブジェクト指向開発方法は、前記請求項３に記載の
制御エンジンオブジェクト群を、請求項６に記載の予測
オブジェクト群、制御演算オブジェクト群、故障診断オ
ブジェクト群、個別制御判定オブジェクト群及び制御マ
ネージャオブジェクト群からそれぞれ任意のオブジェク
トを抽出して所望数のオブジェクト群に分類するもので
ある。

【００２８】

【発明の実施の形態】実施形態１．本発明に係る実施形
態１を水処理における間欠曝気装置を例にして説明す
る。図１は、本発明におけるオブジェクト指向開発方法
（以下、本発明）の一実施例を示す図である。図１にお
いて、ハードウェア分類ステップ１では、従来の発明と
同様、負荷の機能、表示装置の機能、センサの検出デー
タの種類、負荷のモニタ信号の種類など、前記入出力の
機能をもとに制御装置に接続されるハードウェア構成部
品を分類し、ハードウェア構成分類図を作成する。

【００２９】例えば、間欠曝気装置とコントローラ、セ
ンサ等の周辺装置、及びそれらを監視する監視モニタで
構成されている水処理装置についてハードウェア構成分
類図を作成する。図２に、前記条件を満たす水処理装置
のハードウェアブロック図の一実施例を示す。図２にお
ける水処理装置は、間欠曝気槽１８に本体とコントロー
ラを持ち、間欠曝気槽１８には、ＯＲＰ計（酸素還元電
位計）１１、ＤＯ計（溶存酸素濃度計）１２、ＭＬＳＳ
計（混合液浮遊物濃度計）１３、Ｔ−Ｎ計（全窒素計）
１４及びＢＯＤ計（生物化学的酸素要求量計）１５等の
センサが接続され、間欠曝気槽１８の操作部として有機
物投入機１０、曝気ブロア１６及び汚泥返送ポンプ１７
を持ち、また遠隔監視用として監視モニタ１９を持つ。

【００３０】図３に、図２のハードウェアブロック図を
もとに作成したハードウェア構成分類図の一実施を示
す。図３において、曝気槽の各計測器は一般のセンサオ
ブジェクト２１と氾化−特化関係（継承関係）にあると
してＯＲＰ計オブジェクト候補２２、ＤＯ計オブジェク
ト候補２３、ＭＬＳＳ計オブジェクト候補２４、Ｔ−Ｎ
計オブジェクト候補２５及びＢＯＤ計オブジェクト候補
２６と表現できる。また、他のハードウェア構成部品に
関しては、遠隔監視用のモニタは監視モニタオブジェク
ト候補２０、曝気槽本体は曝気槽オブジェクト候補２
７、曝気用のブロアは曝気ブロアオブジェクト候補２
８、汚泥返送用のポンプは汚泥返送ポンプオブジェクト
候補２９、脱窒時に窒素分に対する有機物量（Ｃ／Ｎ
比）を制御するための有機物投入機オブジェクト候補３
０、曝気槽のコントローラはコントローラオブジェクト
候補３１と表現できる。

【００３１】また、本発明における機能分類ステップ２
でも従来と同様に、プロセス制御装置がその制御目的を
果すため、予測、制御、診断等に必要とする全要求機能
を機能単位毎に分類し、全ての機能を網羅的に記述する
機能分類図を作成する。

【００３２】図４に、本発明における機能分類図の一実
施例を示す。図４においては、間欠曝気槽における機能
を分類すると、監視モニタ通信処理３２、有機物除去処
理３３及び窒素除去処理３６の３つに大分類できる。有
機物除去処理３３は、水中の有機物を除去するために必
要な微生物量を制御するための微生物量制御３４と、微
生物の活性に大きく関与する溶存酸素や酸化還元電位を
制御するための曝気量制御３５に分類できる。微生物量
を制御するためには後段の沈殿槽等から流出した汚泥を
返送するための汚泥返送量制御３８が必要となる。

【００３３】一方図４の窒素除去処理３６は、好気性の
硝化菌と通性嫌気性の脱窒菌の活性を制御するための曝
気量制御３５と、他栄養性の脱窒菌が硝酸性窒素を窒素
に変換するときに必要な有機物量を確保するためのＣ／
Ｎ比制御３７に分類できる。Ｃ／Ｎ比制御３７はさらに
脱窒時の有機物量を制御するための有機物投入量制御３
９に分類できる。

【００３４】前記のごとく、図１におけるハードウェア
分類ステップ１と機能分類ステップ２を完了した後に、
オブジェクト−機能対応ステップ３を実行する。本実施
形態においては、オブジェクト−機能対応ステップ３に
おける対応方法として、前記ハードウェア構成分類図か
ら抽出した各項目（前記オブジェクト候補）と前記機能
分類図から抽出した全機能とを、マトリックス形式の行
と列にそれぞれ配列して、オブジェクト候補と各機能単
位との対応を表現したオブジェクト−機能マトリクスを
作成する。そしてマトリックスの行と列との交差位置を
用いて機能単位毎に必要なオブジェクトを抽出するよう
にした。従来の発明では、オブジェクトを抽出するステ
ップが、図１０における要求機能詳細化ステップ６とオ
ブジェクト抽出ステップ７の２段階の工程を実施してい
たが、本発明ではこの部分を省力化している。

【００３５】図５に、本発明における一実施例としての
オブジェクト−機能マトリクスを示す。図５において
は、ハードウェア分類ステップ１で作成した図３記載の
ハードウェア構成分類図の各オブジェクト候補を横軸に
とり、機能分類ステップ２で作成した図４記載の機能分
類図の要求機能単位を縦軸にとっている。図５では、全
ての機能単位に対して関連するオブジェクトに丸印をつ
けて機能とオブジェクト候補との対応をとることで、各
機能を達成するのに必要なオブジェクトを漏れなく抽出
する。前記マトリクスを作成することで必要なオブジェ
クトを容易に抽出することができ、従来のＤＦＤ作成か
らオブジェクトの抽出作業の工程を省力化することが可
能となる。

【００３６】なお図５に示したオブジェクト−機能マト
リックスは、本発明における一実施例として示したもの
であり、本発明における対応方法はこのマトリックス形
式に限定されるものではない。例えば、第１列に全機能
の各項目を記載し、また第２列に全オブジェクト候補の
各項目を記載し、第１列の各項目と、第２列の各項目と
の間を線分でそれぞれ結合する等の方法で両者の対応関
係を表現するようにしてもよい。

【００３７】さらに、前記オブジェクト−機能マトリク
スをもとに機能毎にオブジェクトとオブジェクト間で行
うメッセージ通信で表現した機能単位毎のオブジェクト
交信図を作成することができる。図６に、機能の１つで
ある曝気量制御を実現するときのオブジェクト交信図の
一実施例を示す。

【００３８】図６においては、まずＯＲＰ計オブジェク
ト４１、ＤＯ計オブジェクト４２、ＭＬＳＳ計オブジェ
クト４３及びＢＯＤ計オブジェクト４５から各々の計測
値をコントローラオブジェクト５０にメッセージ送信す
る。次にコントローラオブジェクト５０は、曝気量を算
出するために必要な槽容積や槽内の滞留時間等のデータ
を曝気槽オブジェクト４６からメッセージ送信にて取得
した後、制御に必要な曝気風量を算出する。その後、コ
ントローラオブジェクト５０は、算出した曝気風量を曝
気ブロアオブジェクト４８にメッセージ送信し、曝気風
量を与えられた曝気ブロアオブジェクト４８は、曝気ブ
ロアのＨ／Ｗに必要な曝気風量を与えるための電流値等
の出力値を出力することで、曝気風量の制御が実現す
る。

【００３９】前記のような機能単位毎のオブジェクト交
信図を全ての機能について作成した後、図１のソフトウ
ェア構造設計ステップ４とオブジェクト仕様化ステップ
５を実施するが、この２つのステップは従来と同様の方
法で行うため、ここでは説明を省略する。

【００４０】前記のごとく、図１に示す全てのステップ
を踏むことにより、プロセス制御において必要なオブジ
ェクトの抽出とその仕様、及び各オブジェクト間の関係
を決定することが可能となる。

【００４１】実施形態２．図７に、本発明における間欠
曝気槽のコントローラを除くシステムのハードウェア部
品から抽出したオブジェクトをハードウェアオブジェク
ト群、コントローラ及び制御目的から抽出したオブジェ
クトを制御エンジンオブジェクト群として詳細化したソ
フトウェア構造図の一実施例を示す。

【００４２】図７では、各オブジェクト群を示す手段と
してコード・ヨード法のサブジェクトの表現を、また上
位のオブジェクトが下位のオブジェクトを含有する場合
の表現としてコード・ヨードン法の全体−部分関係を用
いている。図７において、全体を囲む単線の四角はハー
ドウェアオブジェクト群６１を、二重線の四角は制御エ
ンジンオブジェクト群６２を示す。ハードウェアオブジ
ェクト群６１に含まれるオブジェクトとしては、ＯＲＰ
計オブジェクト４１、ＤＯ計オブジェクト４２、ＭＬＳ
Ｓ計オブジェクト４３、Ｔ−Ｎ計オブジェクト４４、Ｂ
ＯＤ計オブジェクト４５、曝気槽オブジェクト４６、監
視モニタオブジェクト４７、曝気ブロアオブジェクト４
８、汚泥返送ポンプオブジェクト４９及び有機物投入機
オブジェクト５０を抽出している。

【００４３】また、図７の制御エンジンオブジェクト群
６２に含まれるオブジェクトとしては、コントローラオ
ブジェクト５１が挙げられる。コントローラオブジェク
ト５１は更に有機物除去演算５２や窒素除去演算５３等
のオブジェクトを含んでいる。

【００４４】一般にプロセス制御においては、入力→制
御→出力のフローを基本とし、入出力のハードウェアが
ハードウェアオブジェクト群に、制御部分のオブジェク
ト群が制御エンジンオブジェクト群に適合するケースが
多いため、オブジェクトの抽出や仕様決めが容易とな
り、前記２つのオブジェクト群をもとにオブジェクトを
抽出する手法は有効である。

【００４５】実施形態３．前記図７のハードウェアオブ
ジェクト群６１をさらに複数のオブジェクト群に分類し
た場合のソフトウェア構造図の一実施例を図８に示す。
図８においては、ハードウェアオブジェクト群６１をセ
ンサ等の入力データを検知する入力オブジェクト群６
３、大きさや形状などのシステム固有のデータを持つ固
有オブジェクト群６４、遠方からの監視装置や制御装置
等とネットワークや無線を使用して情報交換する通信オ
ブジェクト群６５及びポンプやブロア等のアクチュエー
タへの出力制御を行う出力オブジェクト群６６に分類し
ている。

【００４６】さらに図８においては、入力オブジェクト
群６３としてＯＲＰ計オブジェクト４１、ＤＯ計オブジ
ェクト４２、ＭＬＳＳ計オブジェクト４３、Ｔ−Ｎ計オ
ブジェクト４４及びＢＯＤ計オブジェクト４５があり、
固有オブジェクト群６４としては曝気槽オブジェクト４
６、通信オブジェクト群６５としては監視モニタオブジ
ェクト４７、出力オブジェクト群６６には曝気ブロアオ
ブジェクト４８、汚泥返送ポンプオブジェクト４９及び
有機物投入機オブジェクト５０がある。前記オブジェク
ト群の果たす役割には類似性があるため、個々のオブジ
ェクト間のメッセージ通信を１つのメッセージにて代表
させることが可能となり、ソフトウェアの全体の構造や
動作がより視覚的に理解しやすくなる。また、ソフトウ
ェア構造が具体化することで仕様の追加や変更がある場
合にも修正すべきオブジェクトを容易に仕様改定するこ
とが可能になる。

【００４７】図８においては、制御対象を図２の水処理
装置として、そのハードウェアオブジェクト群を、計測
機器を含む各機器からの信号を入力する入力オブジェク
ト群、アクチュエータを含む各機器へ信号を出力する出
力オブジェクト群、ハードウェアの固有値を有する固有
値オブジェクト群及び他の機器と通信を行う通信オブジ
ェクト群の４つに分類した例を示したものである。本発
明におけるハードウェアオブジェクト群の分類は、その
制御対象と制御目的に応じて、必要なものを選択して適
切なオブジェクト群に分類すればよい。例えば上記の分
類法を利用できるプロセス制御装置であっても、通信機
器がない場合には、３つのオブジェクト群に分類すれば
よい。また上記４つのオブジェクト群をさらに細分化し
て多数のオブジェクト群を形成してもよく、さらに上記
４つのオブジェクト群から、別の分類法により、任意の
オブジェクトを抽出して所望数のオブジェクト群に再分
類するようにしてもよい。

【００４８】実施形態４．図７、８における制御エンジ
ンオブジェクト群６２をさらに複数のオブジェクト群に
分割した一実施例を図９に示す。図７や図８におけるコ
ントローラオブジェクト５１は多数の機能を持つため、
図９ではコントローラオブジェクト５１を詳細化する形
態で各オブジェクト群を分類している。図９において
は、制御エンジンオブジェクト群６２を、センサ値や入
力負荷変動を予測するための予測オブジェクト群６７、
プロセス制御を実行するために必要な演算を実行するた
めの演算オブジェクト群６８、センサや機器の故障を診
断するための故障診断オブジェクト群６９、入力値やシ
ステムの状態から制御を実行すべきか否かを決定する個
別制御判定オブジェクト群７０及び個別制御判定オブジ
ェクト群７０の出力や、各機能間の優先順位や並行性を
もとに実行すべき制御状態（例えば自動／手動運転等も
含む）を決定する制御マネージャオブジェクト５８に分
類している。

【００４９】次に図９における各オブジェクト群に含ま
れるオブジェクトの具体例を述べる。制御演算オブジェ
クト群６８として、排水中の有機物除去を行うのに必要
な演算を行う有機物除去演算オブジェクト５２と、間欠
曝気により窒素除去を行うのに必要な演算を行うための
窒素除去演算オブジェクト５３に分類している。予測オ
ブジェクト群６７としては、間欠曝気槽への流入量予測
を行うための流入量予測オブジェクト５６と、流入水の
ＢＯＤ負荷予測を行うためのＢＯＤ変動予測オブジェク
ト５７に、故障診断オブジェクト群６９としては、曝気
ブロアの曝気能力チェックにより曝気ブロアの故障診断
を行うための曝気ブロア診断オブジェクト５４に、個別
制御判定オブジェクト群７０としては、ＢＯＤや全窒素
濃度等を考慮して曝気量制御を行うかどうかを判定する
曝気制御判定オブジェクト５５にそれぞれ分類してい
る。

【００５０】ここで、前記のオブジェクトには、図５に
おけるオブジェクト−機能マトリクス４０にないオブジ
ェクトや機能もあるが、これらの不足しているオブジェ
クトや機能単位は、オブジェクト−機能マトリクス４０
に随時追加、変更していくことで必要なオブジェクトや
機能のチェックを行うことができ、オブジェクトと機能
を網羅的に抽出しやすくなる。

【００５１】言い換えれば、制御エンジンオブジェクト
を分類することで、コントローラの機能を視覚的にわか
りやすい形態で分類できるとともに、仕様の追加や変更
があった場合に修正すべきオブジェクトを容易に仕様改
定することが可能となる。

【００５２】なお図９においては、制御対象を図２の水
処理装置として、その制御エンジンオブジェクト群を、
予測理論を用いて将来予測を行う予測オブジェクト群、
制御のための演算を行う制御演算オブジェクト群、故障
を診断する故障診断オブジェクト群、入力値や制御値か
制御の要否を判断する個別制御判定オブジェクト群及び
複数の各制御の実行可否やそれらの優先順位をもとに実
行すべき制御状態を決定する制御マネージャオブジェク
ト群に分類した例を示したものである。本発明における
制御エンジンオブジェクト群の分類は、その制御対象と
制御目的に応じて、必要なものを選択して適切なオブジ
ェクト群に分類すればよい。例えば上記の分類法を利用
できるプロセス制御装置であっても、予測機能を持たな
い場合には、４つのオブジェクト群に分類すればよい。
また上記５つのオブジェクト群をさらに細分化して多数
のオブジェクト群を形成してもよく、さらに上記５つの
オブジェクト群から別の分類法により、任意のオブジェ
クトを抽出して所望数のオブジェクト群に再分類するよ
うにしてもよい。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プロセス制御を行う装置またはシステムにおいて、該装
置またはシステムのハードウェア構成部品を抽出するス
テップと、前記プロセス制御の目的を達成するに必要な
全機能を各機能毎に抽出するステップとを実行し、前記
ハードウェア構成部品の抽出ステップにおいて抽出され
た各項目をオブジェクトの候補とし、該各オブジェクト
候補と、前記全機能の抽出ステップにおいて抽出された
各機能とをそれぞれ対応させるステップを実行すること
により各機能に必要なオブジェクトを決定するようにし
たので、プロセス制御装置のオブジェクト指向開発方法
において、プロセス制御装置のオブジェクトの抽出を従
来よりも少ない労力で効率的に行うことが可能となる。

【００５４】また本発明によれば、マトリックス形式の
行と列に前記各オブジェクト候補と各機能とをそれぞれ
配列し、該配列された行と列の各オブジェクト候補と各
機能とをそれぞれ対応させるステップを実行するように
したので、従来よりも容易かつ網羅的にハードウェア構
成部品からオブジェクトを抽出できるとともに、ハード
ウェアオプション機能の変更に対しても容易に対応する
ことができる。

【００５５】また本発明によれば、前記装置またはシス
テムのハードウェア構成部分を抽出するステップにおい
て、前記装置またはシステムのコントローラを除くハー
ドウェア構成部品から抽出したオブジェクトをハードウ
ェアオブジェクト群とし、また前記装置またはシステム
のコントローラ及び制御目的を実現するために抽出した
オブジェクトを制御エンジンオブジェクト群とし、前記
２種類に区分されたオブジェクト群をもとに各機能に必
要なオブジェクトを決定するようにしたので、この２種
類のオブジェクト群にそれぞれ対応した機能単位毎のオ
ブジェクトの設計が可能となる。

【００５６】また本発明によれば、前記ハードウェアオ
ブジェクト群を、計測機器を含む各機器からの信号を入
力する入力オブジェクト群、アクチュエータを含む各機
器へ信号を出力する出力オブジェクト群、ハードウェア
の固有値を有する固有値オブジェクト群及び他の機器と
通信を行う通信オブジェクト群から必要なものを任意に
選択して複数のオブジェクト群に分類するようにしたの
で、制御対象や制御目的に応じて適切に分類されたオブ
ジェクト群にそれぞれ対応する機能単位毎のオブジェク
トの設計が可能になり、かつ装置またはシステムの仕様
の追加や変更に対しても容易に対応することが可能とな
る。

【００５７】また本発明によれば、前記ハードウェアオ
ブジェクト群を、前記入力オブジェクト群、出力オブジ
ェクト群、固有値オブジェクト群及び通信オブジェクト
群からそれぞれ任意のオブジェクトを抽出して所望数の
オブジェクト群に分類するようにしたので、前記４種類
のオブジェクト群をさらに細分化した多数のオブジェク
ト群を形成したり、また制御対象や制御目的に応じて別
の分類法に基づく所望数のオブジェクト群を形成し、こ
れらのオブジェクト群毎にそれぞれ対応する機能単位毎
のオブジェクトを設計し、また仕様変更や追加に対して
容易に設計変更することが可能となる。

【００５８】また本発明によれば、前記制御エンジンオ
ブジェクト群を、予測理論を用いて将来予測を行う予測
オブジェクト群、制御のための演算を行う制御演算オブ
ジェクト群、故障を診断する故障診断オブジェクト群、
入力値や制御値から制御の要否を判断する個別制御判定
オブジェクト群及び複数の各制御の実行可否やそれらの
優先順位をもとに実行すべき制御状態を決定する制御マ
ネージャオブジェクト群から必要なものを任意に選択し
て複数のオブジェクト群に分類するようにしたので、制
御対象や制御目的に応じて適切に分類されたオブジェク
ト群にそれぞれ対応する機能単位毎のオブジェクトの設
計が可能になり、かつ装置またはシステムの仕様の追加
や変更に対しても容易に対応することが可能となる。

【００５９】また本発明によれば、前記制御エンジンオ
ブジェクト群を、前記予測オブジェクト群、制御演算オ
ブジェクト群、故障診断オブジェクト群、個別制御判定
オブジェクト群及び制御マネージャオブジェクト群から
それぞれ任意のオブジェクトを抽出して所望数のオブジ
ェクト群に分類するようにしたので、前記５種類のオブ
ジェクト群をさらに細分化した多数のオブジェクト群を
形成したり、また制御対象や制御目的に応じて別の分類
法に基づく所望数のオブジェクト群を形成し、これらの
オブジェクト群毎にそれぞれ対応する機能単位毎のオブ
ジェクトを設計し、また仕様変更や追加に対して容易に
設計変更することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明におけるプロセス制御装置のオブジェ
クト指向開発方法のフロー例を示す図である。

【図２】 本発明の一実施例における間欠曝気装置のハ
ードウェアブロック図である。

【図３】 本発明の一実施例におけるハードウェア構成
分類図である。

【図４】 本発明の一実施例における要求機能分類図で
ある。

【図５】 本発明の一実施例におけるオブジェクト−機
能マトリクスを示す図である。

【図６】 本発明の一実施例における機能単位毎のオブ
ジェクト交信図である。

【図７】 本発明の一実施例におけるハードウェアオブ
ジェクト群と制御ェンジンオブジェクト群に分類したソ
フトウェア構造図である。

【図８】 本発明の一実施例におけるハードウェアオブ
ジェクト群をさらに複数のオブジェクト群に分類したソ
フトウェア構造図である。

【図９】 本発明の一実施例における制御エンジンオブ
ジェクト群をさらに複数のオブジェクト群に分類したソ
フトウェア構造図である。

【図１０】 従来の発明における開発フローの例を示す
図である。

【図１１】 従来の発明における一例としてのハードウ
ェアブロック図である。

【図１２】 従来の発明における一例としてのハードウ
ェア分類構成図である。

【図１３】 従来の発明における一例としての要求機能
分類図である。

【図１４】 従来の発明における要求機能の詳細化の過
程を示す図である。

【図１５】 従来の発明における機能単位毎のオブジェ
クト交信図の作成過程の例を示す図である。

【図１６】 従来の発明におけるソフトウェア構造の設
計過程を示す図である。

【図１７】 従来の発明におけるオブジェクトの動的モ
デルの作成過程を示す図である。

【図１８】 従来の発明におけるオブジェクトの機能モ
デルの作成過程を示す図である。

【符号の説明】

１ ハードウェア分類ステップ、２ 機能分類ステッ
プ、３ オブジェクト−機能対応ステップ、４ ソフト
ウェア構造設計ステップ、５ オブジェクト仕様化ステ
ップ、６ 要求機能詳細化ステップ、７ オブジェクト
抽出ステップ、１０ 有機物投入機、１１ ＯＲＰ計、
１２ ＤＯ計、１３ ＭＬＳＳ計、１４Ｔ−Ｎ計、１５
ＢＯＤ計、１６ 曝気ブロア、１７ 汚泥返送ポン
プ、１８間欠曝気槽、１９ 監視モニタ、２０ 監視モ
ニタオブジェクト候補、２１ センサオブジェクト、２
２ ＯＲＰ計オブジェクト候補、２３ ＤＯ計オブジェ
クト候補、２４ ＭＬＳＳ計オブジェクト候補、２５
Ｔ−Ｎ計オブジェクト候補、２６ ＢＯＤ計オブジェク
ト候補、２７ 曝気槽オブジェクト候補、２８ 曝気ブ
ロアオブジェクト候補、２９ 汚泥返送ポンプオブジェ
クト候補、３０ 有機物投入機オブジェクト候補、３１
コントローラオブジェクト候補、３２ 監視モニタ通
信処理、３３ 有機物除去処理、３４ 微生物量制御、
３５ 曝気量制御、３６ 窒素除去処理、３７ Ｃ／Ｎ
比制御、３８ 汚泥返送制御、３９有機物投入量制御、
４０ オブジェクト−機能マトリクス、４１ ＯＲＰ計
オブジェクト、４２ ＤＯ計オブジェクト、４３ ＭＬ
ＳＳ計オブジェクト、４４Ｔ−Ｎ計オブジェクト、４５
ＢＯＤ計オブジェクト、４６ 曝気槽オブジェクト、
４７ 監視モニタオブジェクト、４８ 曝気ブロアオブ
ジェクト、４９ 汚泥返送ポンプオブジェクト、５０
有機物投入機オブジェクト、５１ コントローラオブジ
ェクト、５２ 有機物除去演算オブジェクト、５３ 窒
素除去演算オブジェクト、５４ 曝気ブロア診断オブジ
ェクト、５５ 曝気制御判定オブジェクト、５６ 流入
量予測オブジェクト、５７ ＢＯＤ変動予測オブジェク
ト、５８ 制御マネージャオブジェクト、６１ ハード
ウェアオブジェクト群、６２制御エンジンオブジェクト
群、６３ 入力オブジェクト群、６４ 固有オブジェク
ト群、６５ 通信オブジェクト群、６６ 出力オブジェ
クト群、６７ 予測オブジェクト群、６８ 制御演算オ
ブジェクト群、６９ 故障診断オブジェクト群、７０
個別制御判定オブジェクト群。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロセス制御を行う装置またはシステム
   において、該装置またはシステムのハードウェア構成部
   品を抽出するステップと、前記プロセス制御の目的を達
   成するに必要な全機能を各機能毎に抽出するステップと
   を実行し、前記ハードウェア構成部品の抽出ステップに
   おいて抽出された各項目をオブジェクトの候補とし、該
   各オブジェクト候補と、前記全機能の抽出ステップにお
   いて抽出された各機能とをそれぞれ対応させるステップ
   を実行することにより各機能に必要なオブジェクトを決
   定することを特徴とするプロセス制御装置のオブジェク
   ト指向開発方法。
2. 【請求項２】 マトリックス形式の行と列に前記各オブ
   ジェクト候補と各機能とをそれぞれ配列し、該配列され
   た行と列の各オブジェクト候補と各機能とをそれぞれ対
   応させるステップを実行することを特徴とする請求項１
   記載のプロセス制御装置のオブジェクト指向開発方法。
3. 【請求項３】 前記装置またはシステムのハードウェア
   構成部分を抽出するステップにおいて、前記装置または
   システムのコントローラを除くハードウェア構成部品か
   ら抽出したオブジェクトをハードウェアオブジェクト群
   とし、また前記装置またはシステムのコントローラ及び
   制御目的を実現するために抽出したオブジェクトを制御
   エンジンオブジェクト群とし、前記２種類に区分された
   オブジェクト群をもとに各機能に必要なオブジェクトを
   決定することを特徴とする請求項１または２記載のプロ
   セス制御装置のオブジェクト指向開発方法。
4. 【請求項４】 前記ハードウェアオブジェクト群を、計
   測機器を含む各機器からの信号を入力する入力オブジェ
   クト群、アクチュエータを含む各機器へ信号を出力する
   出力オブジェクト群、ハードウェアの固有値を有する固
   有値オブジェクト群及び他の機器と通信を行う通信オブ
   ジェクト群から任意に選択した複数のオブジェクト群に
   分類することを特徴とする請求項３記載のプロセス制御
   装置のオブジェクト指向開発方法。
5. 【請求項５】 前記ハードウェアオブジェクト群を、請
   求項４記載の入力オブジェクト群、出力オブジェクト
   群、固有値オブジェクト群及び通信オブジェクト群から
   それぞれ任意のオブジェクトを抽出して所望数のオブジ
   ェクト群に分類することを特徴とする請求項３記載のプ
   ロセス制御装置のオブジェクト指向開発方法。
6. 【請求項６】 前記制御エンジンオブジェクト群を、予
   測理論を用いて将来予測を行う予測オブジェクト群、制
   御のための演算を行う制御演算オブジェクト群、故障を
   診断する故障診断オブジェクト群、入力値や制御値から
   制御の要否を判断する個別制御判定オブジェクト群及び
   複数の各制御の実行可否やそれらの優先順位をもとに実
   行すべき制御状態を決定する制御マネージャオブジェク
   ト群から任意に選択した複数のオブジェクト群に分類す
   ることを特徴とする請求項３から５までのいずれかの請
   求項に記載のプロセス制御装置のオブジェクト指向開発
   方法。
7. 【請求項７】 前記制御エンジンオブジェクト群を、請
   求項６記載の予測オブジェクト群、制御演算オブジェク
   ト群、故障診断オブジェクト群、個別制御判定オブジェ
   クト群及び制御マネージャオブジェクト群からそれぞれ
   任意のオブジェクトを抽出して所望数のオブジェクト群
   に分類することを特徴とする請求項３から５までのいず
   れかの請求項に記載のプロセス制御装置のオブジェクト
   指向開発方法。