JP2008276545A - Process simulation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コントローラからの操作量を入力し、プロセスの応答を模擬する制御量を前記コントローラに出力するプロセスシミュレーション装置に関するものである。 The present invention relates to a process simulation apparatus that inputs an operation amount from a controller and outputs a control amount that simulates a process response to the controller.
プロセスの制御に一般的に採用されている分散型制御システムについては、特許文献1に技術開示がある。図5は、プロセス制御系におけるコントローラとプロセスの一般的構成を示す機能ブロック図である。 Japanese Patent Application Publication No. JP-A-2001-259507 has a technical disclosure about a distributed control system that is generally employed for process control. FIG. 5 is a functional block diagram showing a general configuration of a controller and a process in the process control system.
プロセス1には、プロセス入力(プロセスに対して外部から設定されるもの)とプロセス出力(プロセス入力の値によるプロセスの動き)がある。夫々、操作端,検出端と呼ばれ、例えば、「タグ+アイテム(例:FIC001.PV)」の形で定義される。
The
コントローラ2は、プロセス出力の値(=制御量)が思い通りの値となるように,プロセス入力に値(=操作量)を出力する。プロセス入力とプロセス出力の数は、プロセスにより異なるが、ここでは簡単のため、3入力2出力のプロセスを例示している。
The
プロセス1の3個の操作端11(IN1.MV),12(IN2.MV),13(IN3.MV)には、コントローラ2より操作量21,22,23が入力されている。プロセス1の2個の検出端14(OUT1.PV),15(OUT2.PV)は、コントローラ1に制御量24,25として出力されている。
Operation amounts 21, 22, and 23 are input from the
図6は、プロセス入力とプロセス出力の関係を示すプロセスのモデルである。プロセスモデルは、一般的に「一次遅れ+むだ時間」または「二次遅れ+むだ時間」の伝達関数、更にそれらの和で近似して表現することができる。 FIG. 6 is a process model showing the relationship between process input and process output. In general, the process model can be expressed by approximating a transfer function of “first order delay + dead time” or “second order delay + dead time” and further a sum thereof.
図6のF1,F2,F3を伝達関数とすれば、プロセスの入出力関係は以下の演算式で表される。
OUT1.PV = F1 × IN1.MV
OUT2.PV = F2 × IN2.MV + F3 × IN3.MV。
If F1, F2, and F3 in FIG. 6 are transfer functions, the input / output relationship of the process is expressed by the following arithmetic expression.
OUT1.PV = F1 × IN1.MV
OUT2.PV = F2 x IN2.MV + F3 x IN3.MV.
実際のプロセスの制御では,安全性が強く求められる。設計したコントローラを実際のプロセスに初めて適用するときには、コントローラが正しく動作することを十分に確認する必要がある。 In actual process control, safety is strongly required. When the designed controller is first applied to an actual process, it is necessary to sufficiently confirm that the controller operates correctly.
特に、プロセスの最適運転と経済運転を同時に満足するように設計された多変数モデル予測制御パッケージ等では、運転前のチューニングを十分に実行して所定の制御結果が得られることを検証する必要がある。 In particular, in multivariable model predictive control packages designed to satisfy the optimum operation and economic operation of the process at the same time, it is necessary to verify that a predetermined control result can be obtained by sufficiently performing tuning before operation. is there.
コントローラの試運転時に、エンジニアが客先で実際のプロセスの挙動をみながら制御性を確認する作業では、大きな時間と費用を要するために、実際のプロセスへの接続をしないで、予めコントローラの制御性を確認するテストが行われている。 When a controller is commissioned, an engineer checks the controllability while observing the actual process behavior at the customer, so it takes a lot of time and money. A test has been performed to confirm.
このためには、実際のプロセスと同じ動きをする仮想的なシステムが必要となる。プロセスを仮想的に実現するためのプロセスシミュレータも提供されているが、そのアルゴリズムの作成と操作は習熟度とプログラミング技術を必要とし、相当の時間を要する。更に、作成者によりシミュレーション機能にばらつきが生ずる等の問題があり、普及されていない。 For this purpose, a virtual system that operates in the same manner as an actual process is required. A process simulator for virtually realizing the process is also provided, but the creation and operation of the algorithm requires proficiency and programming skills, and requires considerable time. Furthermore, there are problems such as variations in the simulation function depending on the creator, which is not widespread.
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、短時間で任意の入出力関係を定義できると共に、接続するコントローラに対して汎用性備えるプロセスシミュレーション装置の実現を目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to realize a process simulation apparatus that can define an arbitrary input / output relationship in a short time and has versatility with respect to a controller to be connected.
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
(1)コントローラからの操作量を入力し、プロセスの応答を模擬する制御量を前記コントローラに出力するプロセスシミュレーション装置において、
前記操作量を入力ポートに読み込み、これに対して所定の演算を実行した結果を制御量として出力ポートに書き込むデータ連携手段を備えることを特徴とする。
In order to achieve such a subject, the present invention has the following configuration.
(1) In a process simulation apparatus that inputs an operation amount from a controller and outputs a control amount that simulates a process response to the controller.
Data linkage means is provided for reading the manipulated variable into an input port and writing a result of executing a predetermined calculation on the input port as a controlled variable into the output port.
(2)前記データ連携手段の入力と出力の関係を定義する編集手段を備えることを特徴とする(1)に記載のプロセスシミュレーション装置。 (2) The process simulation apparatus according to (1), further comprising editing means for defining a relationship between input and output of the data linkage means.
(3)前記編集手段は、入力と出力の関係を定義するテーブル手段を備えることを特徴とする(2)に記載のプロセスシミュレーション装置。 (3) The process simulation apparatus according to (2), wherein the editing means includes table means for defining a relationship between input and output.
(4)前記編集手段は、前記出力ポートに書き込む演算式を記述する出力定義手段を備えることを特徴とする(2)または(3)に記載のプロセスシミュレーション装置。 (4) The process simulation apparatus according to (2) or (3), wherein the editing unit includes an output definition unit that describes an arithmetic expression to be written to the output port.
(5)前記データ連携手段は、OPCインターフェイスを介して読み込みおよび書き込みを実行することを特徴とする(1)乃至(4)のいずれかに記載のプロセスシミュレーション装置。 (5) The process simulation apparatus according to any one of (1) to (4), wherein the data linkage unit performs reading and writing through an OPC interface.
本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
(1)プロセスの動きを模擬する仕組みを視覚的に実現したので、習熟度を必要としないで入出力関係の定義作業を短時間で実行することができる。
According to the present invention, the following effects can be expected.
(1) Since the mechanism for simulating the movement of the process is visually realized, the input / output relation definition work can be executed in a short time without the need for proficiency.
(2)客先に納めるコントローラの制御性確認に要する時間を大幅に削減することができる。特に、多変数モデル予測制御パッケージ等では、製造現場で詳細な事前チューニングが可能である。 (2) The time required for checking the controllability of the controller to be delivered to the customer can be greatly reduced. In particular, in a multivariable model predictive control package or the like, detailed pre-tuning is possible at the manufacturing site.
(3)OPCインターフェイスを介してデータ連携手段への読み込みおよび書き込みを実行することにより、接続するコントローラに対して汎用性を備えることができるので、他社の制御システムが導入されたプロセスに対してもシミュレーションが可能である。 (3) By performing reading and writing to the data linkage means via the OPC interface, it is possible to provide versatility to the controller to be connected, so even for processes in which other companies' control systems have been introduced Simulation is possible.
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図1は、本発明を適用したプロセスシミュレーション装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。図5,図6で説明した構成要素と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of a process simulation apparatus to which the present invention is applied. The same components as those described in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
本発明のプロセスシミュレーション装置は、入力データと出力データの関係が定義されたデータ連携手段100と、その入出力関係を定義する編集手段200よりなる。データ連携手段100は、図6で例示したプロセスに適用することを前提に3個の入力ポート101,102,103および2個の出力ポート104,105を備える。
The process simulation apparatus of the present invention comprises a
入力ポート101,102,103には、コントローラ(図示せず)より操作量IN1.MV’IN2.MV’,IN3.MV’が読み込まれる。出力ポート104,105には、定義された関数関係で演算された結果である制御量OUT1.PV’,OUT2.PV’が書き込まれる。
Operation amounts IN1.MV′IN2.MV ′ and IN3.MV ′ are read into the
データ連携手段100での定義内容は、F1,F2,F3を、伝達関数で定義するとき、以下の演算式で表される。
OUT1.PV’ = F1 × IN1.MV’
OUT2.PV’ = F2 × IN2.MV’ + F3 × IN3.MV’
The definition contents in the data linkage means 100 are expressed by the following arithmetic expressions when F1, F2, and F3 are defined by transfer functions.
OUT1.PV '= F1 × IN1.MV'
OUT2.PV '= F2 × IN2.MV' + F3 × IN3.MV '
この入出力関係は、図6に示すプロセスと同じであり、このデータ連携手段100を使用することで、図6のプロセスの動きを仮想的に実現することができる。 This input / output relationship is the same as the process shown in FIG. 6, and by using this data linkage means 100, the movement of the process of FIG. 6 can be virtually realized.
編集手段200は、入出力情報テーブル201および出力定義手段202を備えている。
図2は、入出力情報テーブル201の表示画面である。オペレータは、この表示画面の閲覧によって入出力関係を一覧で把握することができる。
The
FIG. 2 is a display screen of the input / output information table 201. The operator can grasp the input / output relationship in a list by browsing the display screen.
図3は、出力定義手段202の定義画面である。図3(A)は、演算式を関数Fで抽象表現して出力を定義する画面、(B)は演算式を伝達関数表示して出力を定義する画面である。オペレータは、画面上部のドロップダウンリストボックスから出力ポートを選択し、その出力に対する演算式を記述する。 FIG. 3 is a definition screen of the output definition means 202. 3A is a screen for defining an output by abstractly expressing an arithmetic expression with a function F, and FIG. 3B is a screen for defining an output by displaying the arithmetic expression as a transfer function. The operator selects an output port from the drop-down list box at the top of the screen, and describes an arithmetic expression for the output.
図4は、データ連携手段100をコントローラ2に接続してシミュレーションを実行する場合の機能ブロック図である。コントローラ2は、実際のプロセス1を制御する前段階として、データ連携手段100で実現している仮想プロセスを制御している。
FIG. 4 is a functional block diagram when the data linkage means 100 is connected to the
コントローラ2の操作端21,22,23および検出端24,25は、実際のプロセス1とは切り離されてデータ連携手段100の入力ポート101,102,103および出力ポート104,105に接続されている。
The operation ends 21, 22 and 23 and the detection ends 24 and 25 of the
この接続状態で仮想プロセスに対して制御動作を確認し、正しい動作を確認した上で実際のプロセスに適用する。コントローラの操作端および検出端は、実際のプロセスとは切り離されているため、試作したコントローラの制御性がよくない場合でも、安全にその制御性を確認し、再設計することができる。 In this connection state, the control operation is confirmed for the virtual process, and after confirming the correct operation, it is applied to the actual process. Since the operation end and the detection end of the controller are separated from the actual process, even when the controllability of the prototype controller is not good, the controllability can be safely confirmed and redesigned.
また、データ連携手段の読みこみ,書きこみ処理は、PCS(Process Control System)業界標準のOPC(OLE for Process Control)インターフェイス経由で実行すれば、コントローラへの接続に汎用性を備えることができるので、他社の制御システムが導入されたプロセスに対しても本発明のシミュレーション装置を適用することが可能となる。 In addition, if the data link means reading and writing processes are executed via the PCS (Process Control System) industry standard OPC (OLE for Process Control) interface, the connection to the controller can be versatile. The simulation apparatus of the present invention can be applied to a process in which a control system of another company is introduced.
100 データ連携手段
101,102,103 入力ポート
104,105 出力ポート
200 編集手段
201 入出力情報テーブル
202 出力定義手段
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記操作量を入力ポートに読み込み、これに対して所定の演算を実行した結果を制御量として出力ポートに書き込むデータ連携手段を備えることを特徴とするプロセスシミュレーション装置。 In a process simulation apparatus that inputs an operation amount from a controller and outputs a control amount that simulates a process response to the controller.
A process simulation apparatus comprising: a data linkage unit that reads the operation amount into an input port and writes a result of executing a predetermined operation on the input port as a control amount to the output port.
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