JP2009277010A - プラントシミュレーションシステム構築方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数台のシミュレーターＰＣにより実際のプラントを模擬したシミュレーションシステムを短時間で容易に構築することを可能とするプラントシミュレーションシステム構築方法及びその装置を提供する。
【解決手段】複数台のパーソナルコンピュータにより、実際のプラントシステムを仮想的に模擬するシミュレーションシステムとして構築するプラントシミュレーションシステム構築方法において、プラント設備毎のシミュレーションモデルプログラムを演算処理する複数台のパーソナルコンピュータそれぞれの負荷に対する重み付けを行い、その重み付けに基づいて複数台のパーソナルコンピュータそれぞれに割り付けるシミュレーションモデルプログラムの割付優先順位を決定し、その割付優先順位によりシミュレーションモデルプログラムを割り付ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、プラント制御システムにおいて、実際のプラントシステムを仮想的に模擬するシミュレーションシステムとして構築するプラントシミュレーションシステム構築方法及びその装置に関するものである。

プラント制御システムを構築する場合には、シミュレーターを用いて実際のシステムを模擬する仮想システムとして構築する手法が一般的であるが、大規模プラントを模擬する場合は、稼動させるシミュレーターの負荷も大きくなるため、シミュレーションシステムの規模に応じて、例えば、特許文献１にも開示されているように、複数台のパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという。）を投入する必要がある。

ところで、複数台のＰＣを使用してシミュレーションシステムを構築するには、複数台のＰＣにシミュレーターの負荷を効率良く割り付ける必要があり、模擬対象となるプラント設備のシミュレーターを実行した際におけるＰＣ負荷を把握する必要がある。このため、通常、出来上がったシミュレーターＰＣを稼動させた後で、各シミュレーターＰＣの負荷状況を確認し、負荷バランスが悪い場合は再度割り付けをし直す、といった試行錯誤と負荷平準化のための調整作業が必要となり、大規模シミュレーションシステムの構築作業においてはかなりの時間が掛かっていた。

また、プラント制御システムにおいて、実際のプラント側を模擬するためには、プラントを制御するコントローラーとアクチュエータ、あるいはセンサー等の入出力（以下、Ｉ／Ｏという。）とのインターフェース（以下、Ｉ／Ｆという。）をシミュレーターＰＣとのＩ／Ｆに切り替える必要があり、リモートＩ／Ｏ化されたシステムの場合、リモートＩ／Ｏ側の伝送装置のノード出力となっている箇所を、シミュレーターＰＣ側のノード出力に変更することにより、シミュレーターＰＣとのＩ／Ｆに切り替えていた。

上記システムのような伝送系の出力割り付けの変更により、実際のシステムからシミュレーションシステムへの移行を行うケースでは、分散した複数台のシミュレーターＰＣからの出力が、同じ送信ブロック（送信最小単位）内の出力となる場合には、伝送装置の制約から複数ノードからの出力とすることができないため、複数台のシミュレーターＰＣに処理を分割しており、シミュレーションシステムの構築作業を煩雑化する要因となっていた。

特開平５−２９６８０４号公報

上記のように、従来、大規模プラントのシミュレーションシステムを構築する場合であって、複数台のシミュレーターＰＣを用いてシミュレーションシステムを構築する際、各シミュレーターＰＣへシミュレーション対象のプラント設備を割り付ける作業には、負荷配分の平準化や送信ブロックの統一化といった注意点や試行錯誤要素が多く、シミュレーションシステムの構築作業を煩雑化し、シミュレーションシステムの構築工数を大幅に増加させる要因となっていた。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、複数台のシミュレーターＰＣにより実際のプラントを模擬したシミュレーションシステムを短時間で容易に構築することを可能とするプラントシミュレーションシステム構築方法及びその装置を提供するものである。

この発明に係るプラントシミュレーションシステム構築方法は、複数台のＰＣにより、実際のプラントシステムを仮想的に模擬するシミュレーションシステムとして構築するプラントシミュレーションシステム構築方法において、プラント設備毎のシミュレーションモデルプログラムを演算処理する上記複数台のＰＣそれぞれの負荷に対する重み付けを行い、上記重み付けに基づいて上記複数台のＰＣそれぞれに割り付ける上記シミュレーションモデルプログラムの割付優先順位を決定し、上記割付優先順位により上記複数台のＰＣそれぞれに上記シミュレーションモデルプログラムを割り付けるものである。

この発明に係るプラントシミュレーションシステム構築方法によれば、複数台のシミュレーターＰＣにより実際のプラントを模擬したシミュレーションシステムを短時間で容易に構築することが可能となる。

以下、添付の図面を参照して、この発明に係るプラントシミュレーションシステム構築方法及びその装置について好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るプラントシミュレーションシステム構築装置の概念を示すブロック図である。図１において、プラントシミュレーションシステム構築装置１は、プラント制御の対象となる設備の仕様情報をパターン化して格納するプラント制御仕様情報格納部２と、プラント制御仕様情報格納部２に格納されている制御対象設備の仕様情報に対応するプラント設備毎のシミュレーションモデルプログラム（以下、シミュレーションモデルという。）をパターン化し、データベース化して格納するプラント設備シミュレーションモデルデータベース部３と、プラント制御仕様情報格納部２においてパターン化された対象設備の仕様情報を適宜選択することにより、選択された仕様情報に対応するプラント設備シミュレーションモデルデータベース部３に格納されたシミュレーションモデルを順次割り付ける割付モデルテーブル部４と、割付モデルテーブル部４に割り付けられたシミュレーションモデルの順位を定義された順位で並べ替える並べ替え優先順位テーブル部５とを備えている。

並べ替え優先順位テーブル部５には、図２にその一例を示すように、例えば、制御コントローラー側のプログラム実行サイクル時間の高速／低速、伝送系適用の有無の順（入出力信号Ｉ／Ｆと制御するコントローラー間に伝送系を用いて接続しているか否かで、適用の無い場合を優先する）と、適用している場合の伝送速度設定の速い順、及び実行時における重みの順（対象モデルプログラム実行時におけるＰＣ側の負荷の大きい順）等のように、シミュレーションモデルの順位を並べ替えるための優先順位が定義されている。なお、並べ替え優先順位テーブル部５に定義される実行時における重みは、実際にＰＣ上でプログラムを実行させ、ＰＣ側のＣＰＵ負荷の実績値等を測定することにより求められる。

上記のように構成されたプラントシミュレーションシステム構築装置１を用いて、後述する方法により構築されたシミュレーションモデルプログラムは、シミュレーターＰＣ６を構成するシミュレーターＰＣ６ａ、６ｂ、６ｃに順次割り付けられる。なお、プラント制御仕様情報格納部２には、例えば、プラントの駆動系がモーターか油圧か、油圧の場合はサーボ弁制御か固定圧弁の制御か、フィードバック系のセンサー信号はＢｉｔか数値か、位置検出か、圧力検出か、流量検出かなどの情報がパターン化されて格納されている。また、プラント設備シミュレーションモデルデータベース部３には、例えば、プラントの駆動系とフィードバック系に分類し、駆動系のアクチュエータの種類や数、その動作速度、フィードバック系ではセンサーの種類やデータタイプとその数という情報に分類してプラント設備のシミュレーションモデルがデータベース化されて格納されている。

実施の形態１に係るプラントシミュレーションシステム構築装置１は上記のように構成されており、次に、複数台のシミュレーターＰＣを用いて、実際のプラントシステムを仮想的に模擬するプラントシミュレーションシステムを構築する方法について説明する。

図３は、プラントシミュレーションシステムの構築方法を説明するフローチャートである。図３において、まず、ステップＳ３１で、プラント制御仕様情報格納部２からシミュレーション対象設備のパターン情報を抽出し、プラント設備シミュレーションモデルデータベース部３から対応するシミュレーションモデルを選択する。

次に、ステップＳ３２において、プラント制御仕様情報格納部２により選択されたシミュレーションモデルを選択した順に割付モデルテーブル部４の割付モデルテーブルに出力する。

ステップＳ３３において、シミュレーションモデルを実行した時の重みを含んだ並べ替え優先順位テーブル部５の定義に従って、割付モデルテーブル部４に割り付けされたシミュレーションモデルの並べ替えを実施してモデル割り付けの順位を決定する。

ステップＳ３４において、並べ替えの結果、決定した割り付け順位に従って、割付モデルテーブル部４に割り付けされたシミュレーションモデルを、対象となるシミュレーターＰＣ６を構成するそれぞれのシミュレーターＰＣ６ａ、６ｂ、６ｃに対し、例えばシミュレーターＰＣ６ａ、シミュレーターＰＣ６ｂ、シミュレーターＰＣ６ｃの順に割り付けを行う。

ステップＳ３５において、割り付けられたモデルに従って、それぞれのシミュレーターＰＣ６ａ、６ｂ、６ｃへプログラムの実装を行う。

以上のようにして実際のプラントシステムを模擬するシミュレーションシステムを構築するのであるが、次に、シミュレーションシステムを構築する時点で、新規作成のシミュレーションモデルを適用する場合など、適用するシミュレーションモデルの重みが予め把握できていない場合について説明する。

シミュレーションシステムを構築する時点で、適用するシミュレーションモデルの重みが予め把握できていない場合は、シミュレーションモデルの重みデータ、即ち、シミュレーションモデルプログラム実行時のＰＣにおけるＣＰＵ負荷の実績値、処理時間等のデータの採取処理を行うことにより、実測により求めることが可能である。この重みデータは、実際にシミュレーターＰＣにシミュレーションモデルを実装し、テストデータによるシミュレーションモデル実行時のＣＰＵの実績値をサンプリングして最大値を求め、プログラム処理時間を計測して、ＣＰＵ負荷の平均値を求める。次に、その求め方について説明する。

図４は、実測によるシミュレーションモデルの重みデータの求め方を説明するフローチャートで、この図４において、ステップＳ４１で、シミュレーションに必要なシミュレーションモデルを全て選択してシミュレーターＰＣ６への仮割り付けを行う。

次に、ステップＳ４２において、シミュレーションモデルの仮割り付け設定に従い、シミュレーターＰＣ６へシミュレーションモデルの仮実装を行う。

ステップＳ４３において、シミュレーションプログラムを実行し、シミュレーションモデルの演算を実行する。

ステップＳ４４において、実際のシミュレーションモデル毎のＣＰＵ負荷を実測する。そして、ステップＳ４５において、シミュレーションモデル毎の負荷の重み付けと係数化を行い、テーブル情報として処理の重い順に並べて保存することで、重み情報の採取、割り付ける際の優先順位付けのためのデータ化が出来る。なお、シミュレーションモデル毎の負荷の重み付けと係数化とは、モデル毎に計測したＣＰＵ負荷の平均値と最大値及び１サイクル実行時の処理時間からモデルプログラム毎の重み係数を求めることであって、具体的には、０．８×ＣＰＵ負荷（平均値）％＋０．１×ＣＰＵ負荷（最大値）％／１００＋０．１×処理時間／１サイクル時間、等の重み付けの係数を掛けた演算式により数値化する。

実施の形態１に係るプラントシミュレーションシステム構築方法及びその装置によれば、上記のようにしてシミュレーターＰＣ６を構成する複数台のシミュレーターＰＣ６ａ、６ｂ、６ｃに対してシミュレーションモデルの割り付けを行うことにより、複数台のシミュレーターＰＣ６ａ、６ｂ、６ｃを用いた大規模プラントのシミュレーションシステムを短時間で容易に構築することが可能となる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係るプラントシミュレーションシステム構築方法及びその装置について説明する。

実施の形態２に係るプラントシミュレーションシステム構築装置は実施の形態１の図１と同様であり、その説明は省略する。図５は実施の形態２に係るプラントシミュレーションシステムの構築方法を説明するフローチャートである。なお、図５のフローチャートを説明するに際し、図１を参照する。

図５において、ステップＳ５１で、プラント制御仕様情報格納部２からシミュレーション対象設備のパターン情報を抽出し、プラント設備シミュレーションモデルデータベース部３から対応するシミュレーションモデルを選択する。

次に、ステップＳ５２において、複数のシミュレーターＰＣの伝送装置のノード出力が、同一送信ブロック（伝送装置の送信最小単位）とならないように、一つのシミュレーションモデルと見なすためのグループ化処理を行い、ステップＳ５３において、割付モデルテーブル部４の割付モデルテーブルに出力する。このグループ化処理は、伝送上のメモリの同一送信ブロックに対して、２台以上の異なるシミュレーターＰＣから出力となるような割り付けを避けるために行われるもので、同一送信ブロックへの出力となる複数のシミュレーションモデルを一つのシミュレーションモデルと見なす処理である。具体的には、同一送信ブロックとしたい複数のシミュレーションモデルが持つ、並べ替え優先順位テーブル部５の各列の項目中で優先順位の最も高い値を、グループ化したシミュレーションモデルの値として決めて割付モデルテーブル部４へ出力することにより、一つのシミュレーションモデルとするものである。

ステップＳ５４以降は、実施の形態１と同様である。即ち、ステップＳ５４において、シミュレーションモデルを実行した時の重みを含んだ並べ替え優先順位テーブル部５の定義に従って、割付モデルテーブル部４に割り付けされたシミュレーションモデルの並べ替えを実施してモデル割り付けの順位を決定する。

ステップＳ５５において、並べ替えの結果、決定した割り付け順位に従って、割付モデルテーブル部４に割り付けされたシミュレーションモデルを対象のシミュレーターＰＣ６を構成するそれぞれのシミュレーターＰＣ６ａ、６ｂ、６ｃに対し、例えばシミュレーターＰＣ６ａ、シミュレーターＰＣ６ｂ、シミュレーターＰＣ６ｃの順に割り付けを行う。

ステップＳ５６において、割り付けられたモデルに従って、それぞれのシミュレーターＰＣ６ａ、６ｂ、６ｃへプログラムの実装を行う。

以上のように、実施の形態２に係るプラントシミュレーションシステム構築方法及びその装置によれば、実施の形態１の効果を奏すると共に、シミュレーターＰＣ６へのモデル割り付け時の複数台のＰＣ６ａ、６ｂ、６ｃから、同一送信ブロックへの出力の無い、複数台のシミュレーターＰＣ６ａ、６ｂ、６ｃを用いた大規模プラントのシミュレーションシステムの構築が可能となる。

この発明の実施の形態１に係るプラントシミュレーションシステム構築装置の概念を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係るプラントシミュレーションシステム構築装置に使用される並べ替え優先順位テーブル部の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るプラントシミュレーションシステムの構築方法を説明するフローチャートである。 実測によるシミュレーションモデルの重みデータの求め方を説明するフローチャートである。 実施の形態２に係るプラントシミュレーションシステムの構築方法を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ プラントシミュレーションシステム構築装置
２ プラント制御仕様情報格納部
３ プラント設備シミュレーションモデルデータベース部
４ 割付モデルテーブル部
５ 並べ替え優先順位テーブル部

Claims (3)

1. 複数台のパーソナルコンピュータにより、実際のプラントシステムを仮想的に模擬するシミュレーションシステムとして構築するプラントシミュレーションシステム構築方法において、
   プラント設備毎のシミュレーションモデルプログラムを演算処理する上記複数台のパーソナルコンピュータそれぞれの負荷に対する重み付けを行い、
   上記重み付けに基づいて上記複数台のパーソナルコンピュータそれぞれに割り付ける上記シミュレーションモデルプログラムの割付優先順位を決定し、
   上記割付優先順位により上記複数台のパーソナルコンピュータそれぞれに上記シミュレーションモデルプログラムを割り付けることを特徴とするプラントシミュレーションシステム構築方法。
2. 上記複数台のパーソナルコンピュータそれぞれに割り付けられる上記シミュレーションモデルプログラムは、同一送信ブロックへの出力となる複数のシミュレーションモデルプログラムを一つのシミュレーションモデルプログラムと見なすグループ化を行い、上記グループ化処理により見掛け上一つになった複数のシミュレーションモデルプログラムを一括して割り付けたシミュレーションモデルプログラムであることを特徴とする請求項１に記載のプラントシミュレーションシステム構築方法。
3. 複数台のパーソナルコンピュータにより、実際のプラントシステムを仮想的に模擬するシミュレーションシステムとして構築するプラントシミュレーションシステム構築装置において、
   プラント制御の対象となる設備の仕様情報をパターン化して格納するプラント制御仕様情報格納部と、
   上記プラント制御仕様情報格納部に格納されている制御対象設備の仕様情報に対応するプラント設備毎のシミュレーションモデルプログラムをパターン化し、データベース化して格納するプラント設備シミュレーションモデルデータベース部と、
   上記プラント制御仕様情報格納部においてパターン化された対象設備の仕様情報を適宜選択することにより、選択された仕様情報に対応する上記プラント設備シミュレーションモデルデータベース部に格納されたシミュレーションモデルプログラムを順次割り付ける割付モデルテーブル部と、
   上記割付モデルテーブル部に割り付けられたシミュレーションモデルプログラムの順位を定義された順位で並べ替える並べ替え優先順位テーブル部と、
   を備えたことを特徴とするプラントシミュレーションシステム構築装置。

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