JP2003303004A - 制御用ソフトウエア、その作成方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基幹部のソフトウエアを容易に作成、管理可
能とする。 【解決手段】 各機器の指令が階層フローに従って機器
まで伝達されるように、制御システム全体の構成を階層
に分離し、各階層が、制御対象の状態に切替タイミング
を判断するセット階層１０と、定常状態への移行過程に
おける動作を定義し管理すると共に、切替状態時に動作
をする機器を管理するサブセット階層１２と、該サブセ
ット階層の中で動作させる機器を定義するユニット階層
１４と、各機器を動作するパーツ階層１６を含むように
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制御用ソフトウエ
ア、その作成方法及び装置に係り、特に、製鉄所におけ
る熱風炉制御システムのように、繰り返し動作を行う設
備を制御するための制御用ソフトウエアを開発する際に
用いるのに好適な、基幹部のソフトウエアを容易に構築
し、管理することが可能な、制御用ソフトウエア、その
作成方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】システムソフトウエアの開発において
は、産業分野特有の機能設計がなされているが、ユーザ
側のアクチュエータやセンサタイプ、運転方案要件に依
存する形となり、機能は多岐にわたり、ソフトウエア作
成は、機能仕様の決定後、行われることが多い。

【０００３】熱風炉のように繰り返し動作を行う設備に
おいては、運転方案的には自由度が少なく、一方で、実
際に現場で動作するアクチュエータやセンサの仕様にば
らつきがあるという特徴を持つ。このような設備に対す
るプログラム作成において、通常は、フィールド信号の
仕様に合わせて実際に、プログラム内部信号として割付
後、コーディングを進めている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ソフトウエア作成後に
信号仕様の変更が行われると、変更された信号を使用し
ているプログラムの検索や、変更による影響をプログラ
ム全体を通して確認する必要が生じるが、従来は、一々
手作業で確認する必要があり、大変な手間が掛かるだけ
でなく、洩れが発生する可能性もあった。

【０００５】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、制御用ソフトウエアの作成及び解析
や改造を容易にすることを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、繰り返し動作
を行う設備を制御するための制御用ソフトウエアであっ
て、各機器への指令が階層フローに従って機器まで伝達
されるように、制御システム全体の構成が階層に分離さ
れ、前記各階層が、制御対象の状態の切替タイミングを
判断するセット階層と、定常状態への移行過程における
動作を定義し管理すると共に、切替状態時に動作させる
機器を管理するサブセット階層と、該サブセット階層の
中で動作させる機器を定義するユニット階層と、各機器
を動作させるパーツ機能を含むようにして、前記課題を
解決したものである。

【０００７】又、前記ソフトウエア内の信号が、ハード
ウエアにつながり、パーツとして定義したプログラムを
介して入出力が行われるパーツ信号と、ヒューマンマシ
ンインターフェイス（ＨＭＩ）との間で入出力されるＨ
ＭＩ信号と、各信号を組み合わせて作成された補助的な
信号であるプログラム内部信号と、プログラムを階層化
することで内部的に作り出されたセット状態信号、サブ
セット状態信号及びユニット状態信号とを含むようにし
たものである。

【０００８】本発明は、又、制御用ソフトウェアを作成
する際に、予め用意された雛形に、必要条件を入力する
ことで基幹部のソフトウエアのスケルトンを完成させ、
そのライブラリとして登録された、実際に取り付けられ
るアクチュエータやセンサに対するプログラム部品を、
前記スケルトンとリンクさせるようにして、前記課題を
解決したものである。

【０００９】本発明は、又、各機器への指令が階層フロ
ーに従って機器まで伝達されるように、制御システム全
体の構成が階層に分離された制御用ソフトウエアを作成
するための装置であって、実際の制御システムと結合さ
れたハードウエアに対する出入力情報及び画面から入力
される情報、又、これらを組み合わせて作られる、機器
の状態情報や定義されたプログラムの状態を示すシステ
ム信号をデータベースとして管理し、各階層の定義体を
生成する際に参照する手段と、上位階層として定義可能
な雛形をリスト形式で持ち、上位階層からの指令がどの
信号にリンクするか、又は、システム信号を使っている
上位階層はどれに該当するのかを検索する手段と、ヒュ
ーマンマシンインターフェイス部分にシステム信号デー
タベースを持ち、制御プログラムとして必要な信号をそ
のまま入出力するのか、もしくは事前加工を必要とする
のかという情報を与えることで、新たに加工する必要が
あるシステム内信号のリストを生成する手段とを備える
ことにより、前記課題を解決したものである。

【００１０】制御システムのプログラムは、大きく、状
態認識、動作指令、異常管理に大別されるが、本発明で
は、次の特徴を持ったプログラムスケルトンと開発環境
を提案する。

【００１１】（１）制御システム全体の構成を階層に分
離し、各機器の指令は、階層フローに従って機器まで伝
達される。

【００１２】ここで、機器の状態情報及び各階層で定義
されたプログラムの状態情報は、どの階層からでもアク
セス可能とし、起動条件として取り込み可能とすること
ができる。

【００１３】特に、熱風炉の切替システムとしては、４
階層に階層化し、セット階層、サブセット階層、ユニッ
ト階層、パーツ階層として定義する。

【００１４】（２）実際の制御システムと結合されたハ
ードウエアに対する入出力情報及び画面から入力される
情報、又、これらを組み合わせて作られる、機器の状態
情報や定義されたプログラムの状態を示すシステム信号
を、データベースとして管理し、各階層の定義体を生成
する際に参照できる機能を持つ。

【００１５】（３）上位階層として定義可能な雛形をリ
スト形式で持ち、上位階層からの指令がどの信号にリン
クするか、又は、システム信号を使っている上位階層は
どれに該当するのかを、検索できる機能を持つ。

【００１６】（４）ヒューマンマシンインタフェイス
（ＨＭＩ）部分にシステム信号データベースを持ち、制
御プログラムとして必要な信号をそのまま入出力するの
か、もしくは、事前加工を必要とするのかという情報を
与えることで、新たに加工する必要があるシステム内信
号のリストを生成する機能を持つ。

【００１７】ここで、制御プログラムのシーケンスに関
わる信号とＨＭＩを独立した形とするのは、一般に制御
システムのＨＭＩの決定とタイミングがずれるため、整
合性を取る必要があるからである。

【００１８】このようにして、本信号割付を事前に確認
し、それを雛型化されたドキュメント上でチェック可能
とすることで、プログラムの作成及び解析、改造が容易
になる。

【００１９】即ち、プログラムを作成する際には、使用
するアクチュエータタイプの仕様が未決定であっても、
運転方案で動作させるアクチュエータの順番が決まって
いる場合には、設計をシステム信号レベルで行うことが
可能となり、作成効率を向上できる。又、運転方案の変
更により、一連の動作途中での割り込みを行う必要が発
生した場合でも、対象となるユニットを分割すること
で、プログラムを容易に修正することができる。

【００２０】又、プログラムの解析作業を行う場合に
は、関連するプログラムの記述がどこになされているの
かを検索する際にも、実動作イメージでプログラムを階
層化しているので、使用している項目番号（信号番号）
を容易に検索することができ、影響する範囲を雛形で管
理することができる。

【００２１】以上のように、制御システムにおけるプロ
グラムの作成を容易、且つ、一元管理することができる
ようになる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００２３】本実施形態は、熱風炉切替制御に関し、図
１に示すようなプログラムの階層化を行い、切替タイミ
ングを判断する機能を有するセット階層１０、「送
風」、「燃焼」、「休止」といった炉の定常状態の移行
過程における動作を定義し管理する機能及び切替状態時
に動作させる機器を管理する機能を有するサブセット階
層１２、該サブセット階層１２の中で管理させ動作させ
る機器（アクチュエータ）を定義する機能を有するユニ
ット階層１４、各機器を動作させる機能を有するパーツ
階層１６の４階層にプログラムを大別する。

【００２４】前記パーツ階層１６は、各アクチュエータ
タイプ毎、例えば電磁弁であるか電動弁であるかといっ
た機種と、状態入力情報が開のみか閉のみか両方あるか
等の仕様に応じて分類され、機器を手動単独で動作させ
るために必要なプログラムが記述される階層とする。

【００２５】又、センサ情報の取り込み方式について
も、センサのタイプ毎に、プログラムとして記述する必
要があり、このプログラムもパーツ階層１６に相当す
る。

【００２６】前記ユニット階層１４では、各アクチュエ
ータの一連の動作順序を、タイマ値又は各アクチュエー
タの状態信号を条件として記述する。アクチュエータの
タイプによらず、プロセスの切替に必要な状態移行で使
用する機器の動作は、一般的に一連の動作を伴うことが
多く、その最小単位をユニットと称する。本ユニット階
層１４では、各アクチュエータの状態と、アクチュエー
タへ与える指令の状態、及び、タイマによって記述可能
な一連の動作を記述するものとし、「圧力条件の成立」
といった、プロセスに依存する条件が間に入る場合や、
一連の動作の中で、一旦ある特定の状態維持を行う必要
がある場合、もしくは、異常発生時の緊急的動作を記述
する一連の動作部分は、ユニットを分けて定義する。

【００２７】前記サブセット階層１２は、例えば「燃焼
から休止」、「休止から送風」といった炉状態切替にお
ける各アクチュエータの一連の動作順序を、ユニットの
集合体として記述する。本サブセット階層１２内にユニ
ットの起動条件及びインターロック条件等を記述する。

【００２８】前記セット階層１０は、サブセットに相当
する切替開始タイミングを決定するロジックを決定する
プログラムを条件記述する。セットに関する条件の内部
には、切替モードに応じたタイマ値、熱風炉の熱状態、
及び、送風機又は高炉の状態から決定するロジックを内
包する。

【００２９】以下、本発明によるプログラム開発支援環
境について説明する。

【００３０】制御システムが扱う、プログラム内での信
号は、図２のように、ハードウエアとソフトウエア信号
を大きく分離して分類する。この考え方は、ソフトウエ
アとハードウエアのインターフェイスを明確にする上
で、実際に制御システムを構築する際に便利な考え方で
ある。

【００３１】ここでは、次のように用語を定義してい
る。即ち、アクチュエータやセンサといったハードウエ
ア的につながる信号は、パーツとして定義したプログラ
ムを介して入出力が行われるため「パーツ（状態）信
号」２０と称する。

【００３２】又、ＨＭＩとの間で入出力される信号を
「ＨＭＩ信号」２２と称する。

【００３３】又、プログラム設計上で複雑な条件文を構
成する場合、事前に各信号を組み合わせて補助的な信号
を作成する必要があり、これを「プログラム内部信号」
３０と称する。

【００３４】又、前記のプログラムを階層化すること
で、内部的に作り出した信号を「セット状態信号」３
２、「サブセット状態信号」３４、「ユニット状態信
号」３６として区別する。

【００３５】ここで、ＨＭＩ信号２２を内部信号として
割り付けないのは、ＨＭＩへの表示項目に関しては、機
能設計段階で決定が遅れる傾向があるからである。この
ようなシステムで扱う信号を総称して「システム信号」
と称する。

【００３６】図３に示す如く、条件と指令番号で記述さ
れるセット、サブセットの雛形４２、４４、１つのパー
ツは、１つのユニットに内包されるように定義されたユ
ニットの雛形４６、アクチュエータリスト５２とセンサ
リスト５４を含む機器リスト５０、プログラム作成時に
処理を行う内部システム信号定義リスト６０、ＨＭＩ項
目リスト６２を外部入力環境として定義する。

【００３７】図３において、７０はセット雛型４２、サ
ブセット雛型４４及びユニット雛型４６を含む内部信号
データベース７２と、パーツ信号データベース７４を含
むシステム信号データベース、７６はアクチュエータプ
ログラムライブラリ、７８はセンサプログラムライブラ
リである。

【００３８】セット階層からサブセット階層へ指令を行
う定義は、図４にセット階層の定義雛型の例を示す如
く、サブセット起動命令として管理され、その指令番号
定義は、ユニークな符号（番号）管理が行われる。本定
義は、予め用意された雛形に入力することで、データベ
ースとして管理され、自動的に発番される機能を有す
る。サブセット階層からユニット階層に対する指令に関
しても、図５にサブセット階層の定義雛型の例を示す如
く、同様である。図６に、一般的な機器の連動動作とユ
ニットの分け方の例を示し、図７にユニット階層の定義
の例を示す。

【００３９】パーツ階層に関しては、ユーザ側の要求後
に雛形管理し、記述する方式ではなく、アクチュエータ
やセンサタイプ毎に記述されるプログラムは統一するこ
とが可能であるため、予めプログラムを作成し、パーツ
ライブラリとして登録しておく。ユーザが使用する実際
の機器を図８に示す如くリストに入力することで、ユニ
ット階層とのインターフェイスは、タイプ毎に、プログ
ラム記述上の項目名が、実際のアクチュエータの指令及
び状態情報として、何を生成すべきか、本ライブラリを
参照することで自動的に生成される。例えば、機器種類
は、選択肢Ａから選ぶことにより、各機器種類毎のリス
ト定義を可能とし、機器使用は、選択肢Ｂから選ぶこと
により、リスト定義を行うことができる。

【００４０】選択肢Ａでは、例として、遮断弁、コント
ロール弁・・・電動機などの機器種類情報を、選択肢Ｂ
では、これら機器情報の仕様が定義された中での詳細選
択ができ、例えばソレノイドタイプの電磁弁回路であれ
ば、ソレノイドバルブの型式、電圧、電流等を定義して
いる情報の中からパターンＡ、パターンＢ、パターンＣ
等のパターン選択肢を選ぶことにより、各タイプ毎に定
義がなされ、これら機器番号と項目番号を合わせること
で、システム信号番号が決定される。

【００４１】このように、ユーザの使用する機器リスト
を入力することで、パーツを自動選択し、パーツ信号デ
ータベース７４を生成させる。上位階層の雛形において
は、本システム信号データベース７０から生成されるリ
ストを選択することで、判定条件項目を抽出することが
可能となる。この過程の中で、判断条件として必要とな
るシステム信号がない場合には、内部システム信号とし
て加工する必要があり、その信号の加工方法は、図９に
示す如く、内部システム信号シート雛形に記述する方式
をとる。即ち、必要なシステム信号は、ユーザ側から提
供される機器仕様とプログラム作成時に必要な内部的信
号、ＨＭＩの項目リストから生成されるデータベースで
一元管理されるようにする。又、本システム信号データ
ベース７０に書き込まれる信号は、プログラム資源の発
散を防ぐために、図２に示すように、ＨＭＩ信号２２及
びプログラム内部信号３０を、パーツ信号２０と１対１
に対応するか否かをチェックする参照機能を持つ。

【００４２】このような雛形及びデータベース管理を行
うことで、例えばセット階層からの指令で、下位のサブ
セット階層、ユニット階層、パーツ階層のどの部位が動
作するかを、順次ユニークに決められたセット指令番
号、サブセット指令番号、パーツ番号でトレースできる
機能が実現される。逆に、システム信号の番号を使用す
ることで、そのシステム番号を指定しているユニット、
サブセット、セットのトレースバックが可能となり、機
器仕様変更が生じた場合でも、機能のどの部分に影響す
るのかを簡単に検索できる。

【００４３】なお、前記実施形態においては、本発明
が、熱風炉制御システムのソフトウエア開発に適用され
ていたが、本発明の適用対象は、これに限定されず、制
御用ソフトウエア一般の開発にも同様に適用できる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、ソフトウエア作成に際
しては、使用するアクチュエータタイプの仕様が未決定
であっても、運転方案で動作させるアクチュエータの順
番が決まっている場合には、ユニットの定義に仮のアク
チュエータタイプを記述しておくことで、制御プログラ
ムを作成することが可能である。

【００４５】又、運転方案の変更により、一連の動作途
中での割り込みを行う設計の必要が発生した場合でも、
対象となるユニットを分割することで、プログラムを容
易に修正することができる。

【００４６】更に、プログラムの解析作業を行う場合に
も、関連するプログラムの記述がどこになされているの
かを検索する際に、実動作イメージでプログラムを階層
化しているので、使用している項目番号（信号番号）を
容易に検索することができ、影響する範囲を雛形上管理
することができる。

【００４７】以上のように、制御システムにおけるプロ
グラムの作成を容易且つ一元管理することができるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】制御用ソフトウエアの階層化の概念を示す線図

【図２】本発明による制御システム内の信号分類を示す
線図

【図３】本発明に係るプログラム作成装置の実施形態の
構成を示すブロック図

【図４】前記実施形態におけるセット階層の定義雛形の
例を示す線図

【図５】同じくサブセット階層の定義雛形の例を示す線
図

【図６】同じく一般的な機器の連動動作とユニットの分
け方の例を示す線図

【図７】同じくユニット階層の定義雛形の例を示す線図

【図８】同じく機器リストの入力のイメージを示す線図

【図９】同じくＨＭＩ項目リストの入力のイメージを示
す線図

【図１０】同じくプログラム信号内部リストの入力のイ
メージを示す線図

【符号の説明】

１０…セット階層 １２…サブセット階層 １４…ユニット階層 １６…パーツ階層 ２０…パーツ信号 ２２…ＨＭＩ信号 ３０…プログラム内部信号 ３２…セット状態信号 ３４…サブセット状態信号 ３６…ユニット状態信号 ４２、４４、４６…雛形 ５０…機器リスト ５２…アクチュエータリスト ５４…センサリスト ６０…内部システム信号定義リスト ６２…ＨＭＩ項目リスト ７０…システム信号データベース ７２…内部信号データベース ７４…パーツ信号データベース ７６…アクチュエータプログラムライブラリ ７８…センサプログラムライブラリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井野 勝己 岡山県倉敷市水島川崎通一丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 Ｆターム(参考） 5B076 DC01 DC03 DC07 DD05 DD06 DF06 DF09 5H220 AA01 BB12 BB15 CC07 CX01 DD01 JJ12 JJ32 JJ59 KK08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繰り返し動作を行う設備を制御するための
   制御用ソフトウエアであって、 各機器への指令が階層フローに従って機器まで伝達され
   るように、制御システム全体の構成が階層に分離され、 前記各階層が、制御対象の状態の切替タイミングを判断
   するセット階層と、 定常状態への移行過程における動作を定義し管理すると
   共に、切替状態時に動作させる機器を管理するサブセッ
   ト階層と、 該サブセット階層の中で動作させる機器を定義するユニ
   ット階層と、 各機器を動作させるパーツ階層を含むことを特徴とする
   制御用ソフトウエア。
2. 【請求項２】前記ソフトウエア内の信号が、 ハードウエアにつながり、パーツとして定義したプログ
   ラムを介して入出力が行われるパーツ信号と、 ヒューマンマシンインタフェイス（ＨＭＩ）との間で入
   出力されるＨＭＩ信号と、 各信号を組み合わせて作成された補助的な信号であるプ
   ログラム内部信号と、 プログラムを階層化することで内部的に作り出されたセ
   ット状態信号、サブセット状態信号及びユニット状態信
   号と、 を含むことを特徴とする請求項１に記載の制御用ソフト
   ウエア。
3. 【請求項３】予め用意された雛形に、必要条件を入力す
   ることで基幹部のソフトウエアのスケルトンを完成さ
   せ、 予めライブラリとして登録された、実際に取り付けられ
   るアクチュエータやセンサに対するプログラム部品を、
   前記スケルトンとリンクさせることを特徴とする制御用
   ソフトウエアの作成方法。
4. 【請求項４】各機器への指令が階層フローに従って機器
   まで伝達されるように、制御システム全体の構成が階層
   に分離された制御用ソフトウエアを作成するための装置
   であって、 実際の制御システムと結合されたハードウエアに対する
   出入力情報及び画面から入力される情報、又、これらを
   組み合わせて作られる、機器の状態情報や定義されたプ
   ログラムの状態を示すシステム信号をデータベースとし
   て管理し、各階層の定義体を生成する際に参照する手段
   と、 上位階層として定義可能な雛形をリスト形式で持ち、上
   位階層からの指令がどの信号にリンクするか、又は、シ
   ステム信号を使っている上位階層はどれに該当するのか
   を検索する手段と、 ヒューマンマシンインタフェイス部分にシステム信号デ
   ータベースを持ち、制御プログラムとして必要な信号を
   そのまま入出力するのか、もしくは事前加工を必要とす
   るのかという情報を与えることで、新たに加工する必要
   があるシステム内信号のリストを生成する手段と、 を備えたことを特徴とする制御用ソフトウエアの作成装
   置。