JP2010097554A - データ模擬システム - Google Patents

Abstract

【課題】プラント制御システムにおける高負荷試験の試験工数短縮を図ることができるデータ模擬システムを得る。
【解決手段】データ収集処理計算機１００が有するプラント制御システムからプラントデータを収集する機能を試験する高負荷試験を行うための模擬データを作成するデータ模擬システムであって、シナリオ設定ＰＣ７１０のシナリオ設定ツール７１３により、試験シナリオデータを作成し、この試験シナリオデータに基づき、データ模擬装置７００が、模擬データを、フィールドネットワーク２００に接続されたノード装置２１０及び制御ネットワーク５００に接続されたスイッチ装置５１０を介して出力することにより、出力された模擬データが、データ収集処理計算機１００により収集されるかどうかを試験する。
【選択図】図１

Description

この発明は、火力／原子力発電プラントなどプラント制御システムにおける高負荷試験を模擬データを用いて行うデータ模擬システムに関するものである。

従来のプラント制御システムとしては、例えば特許文献１に記載されたものがある。
この従来のプラント制御システムでは、データ収集処理計算機は、ノード装置を通じて、フィールドネットワークに接続されている。また、プラント・補機に接続されたＰＩＯ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｉｎｐｕｔ Ｏｕｔｐｕｔ）が、プラント上のデータ（圧力／温度／流量や、ファン／ポンプなどの起動／停止状態、オン／オフ弁の開／閉状態など）をアナログ／デジタル入力信号として取得し、フィールドネットワークを通して、データ収集処理計算機に送信する。その結果、データ収集処理計算機では、ＰＩＯからの無数のプラント補機データが収集される。また、データ収集処理計算機は、スイッチ装置を通じて、制御ネットワークにも接続されており、同じく制御ネットワークに接続されている制御装置やその他計算機／コントローラから送信される制御データも収集する。

このようなプラント制御システムにおいては、事故が起きた時の解析のため、ＰＩＯからの入力データや制御データなどが欠落することなく収集できることが重要である。そのため、プラント出荷時には、データ収集処理計算機の負荷（ＣＰＵ使用率、メモリ使用率、ＩＯアクセス数、ネットワーク使用率などへの負荷）が上昇しても、ＰＩＯからの入力データや制御データなどが欠落することなく収集できることを確認するための試験（以降、高負荷試験と呼ぶ）が必要である。
従来の高負荷試験は、本来、プラント・補機に接続されていたＰＩＯを一台のシーケンサにまとめて接続する。このシーケンサにて、プラント・補機の各出力データの模擬を行う。また、同じく制御ネットワーク上の、その他計算機／コントローラも一台のシーケンサによって模擬する。

そして、従来の高負荷試験の試験手順では、まず、機材の準備を行う。そして、それらの配線作業を行い、高負荷試験の試験環境を構築する。次に、高負荷試験で使用する試験シナリオデータ（プラント・補機の出力する信号や制御データを模擬したシナリオ）を作成し、それをシーケンサが理解できるロジックの形に変換する。これで高負荷試験の準備は完了となる。
最後に、実際にシーケンサから模擬信号（ＰＩＯ／制御データ）を出力し、その収集状況をデータ収集処理計算機にて確認する。この「模擬データの出力」／「受信模擬データの確認」を高負荷試験が完了するまで繰り返す。以上が高負荷試験の流れである。

特開平１０−２０９２３号公報（第３〜５頁、図１）

上述のような従来の高負荷試験では、以下に示すような問題点があり、工事が輻輳した場合に、人員不足・機材不足などの問題が発生していた。
（１）工事が輻輳した際に、ＰＩＯなどの機材が不足してしまう場合がある。また、機材の数が多いため、機材の設置場所の確保も難しい。
（２）ＰＩＯとシーケンサの間の配線作業が困難であり、多大な時間がかかる。また、シーケンサでのロジック作成においても、ある程度の時間が必要である。

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、プラント制御システムにおける高負荷試験の試験工数短縮を図ることができるデータ模擬システムを得ることを目的としている。

この発明に係わるデータ模擬装置においては、データ収集処理計算機が有するプラント制御システムからプラントデータを収集する機能を試験するための模擬データを作成するデータ模擬システムであって、
試験シナリオデータを作成するシナリオ設定ツールを有するシナリオ設定用パソコン、
及びシナリオ設定ツールにより作成された試験シナリオデータにしたがって、試験を行うための模擬データをデータ収集処理計算機に送るデータ模擬装置を備えたものである。

この発明は、以上説明したように、データ収集処理計算機が有するプラント制御システムからプラントデータを収集する機能を試験するための模擬データを作成するデータ模擬システムであって、
試験シナリオデータを作成するシナリオ設定ツールを有するシナリオ設定用パソコン、
及びシナリオ設定ツールにより作成された試験シナリオデータにしたがって、試験を行うための模擬データをデータ収集処理計算機に送るデータ模擬装置を備えたので、プラント制御システムにおける高負荷試験の試験工数短縮を図ることができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１によるデータ模擬システムを示す構成図である。
図１において、本発明の高負荷試験環境では、データ収集処理計算機１００は、ノード装置２１０を通じて、フィールドネットワーク２００に接続されている。そして、従来、用いられた多数のＰＩＯの代わりに、一台のデータ模擬装置７００を用意し、これをノード装置２１０を通じて、フィールドネットワーク２００に接続する。
また、同じくデータ模擬装置７００を、制御ネットワーク５００上の従来の制御装置、その他計算機／コントローラの代わりになるよう、制御ネットワーク５００上のスイッチ装置５１０に接続する。さらに、データ模擬装置７００に対して、ＬＡＮなどの汎用ネットワークを用いて、シナリオ設定用ＰＣ（ＰＣ：パソコン）７１０を接続する。
なお、データ模擬装置７００、シナリオ設定用ＰＣ７１０は、別々に２台用意してもかまわない。

図２は、この発明の実施の形態１によるデータ模擬システムのシナリオ設定用ＰＣのソフトウェア構成を示す図である。
図２において、データ模擬装置７００上では、ＯＳ７０１と、模擬データ生成ツール７０２が動作する。また、シナリオ設定用ＰＣ７１０上では、汎用ＯＳ７１１と、汎用表計算ソフト７１２と、シナリオ設定ツール７１３とが動作する。

図３は、この発明の実施の形態１によるデータ模擬システムの高負荷試験の試験手順を示すフローチャートである。

図４は、この発明の実施の形態１によるデータ模擬システムのシナリオ定義の一例を示す図である。
図４において、シナリオ設定ツールによって定義されたシナリオを示している。シナリオ設定ツールは、一般的な表計算ソフトなどで動作するシートとして提供され、このシートに対して、経過時間、入力点番号、出力値などを１つの行へ記入し、この行を無数に記述することで、ありとあらゆるアナログ／デジタルデータを模擬する。

図５は、この発明の実施の形態１によるデータ模擬システムのシナリオ設定ツールの処理を示すフローチャートである。

次に、動作について説明する。
従来、多数のＰＩＯから入力されるデータや、制御装置及びその他計算機／コントローラから送信される制御データを、本発明では、一台のデータ模擬装置にて模擬出力する。
このとき、データ模擬装置７００にて出力される模擬データの値、発生タイミングなどの試験シナリオは、別途、シナリオ設定用ＰＣ７１０上で動作するシナリオ設定ツール７１３で作成する。

次に、実施の形態１における高負荷試験の試験手順を、図３に基づき説明する。
まず、機材の準備（Ｓ１０００）として、図１に示す各装置を用意し、試験環境を構築する。
次に、高負荷試験で使用する試験シナリオデータをシナリオ設定用ＰＣ７１０にて作成する（Ｓ１０２０）。このとき、使用されるシナリオ設定ツール７１３は、一般的な表計算ソフトなどで動作するシートとして提供される。このシートに対して、経過時間、入力点番号、出力値などを１つの行へ記入し、この行を無数に記述することで、ありとあらゆるアナログ／デジタルデータを模擬する。本シートの例を、図４に示す。
このシナリオ設定ツール７１３における動作の流れは図５により後述する。

ステップＳ１０２０で作成された試験シナリオデータは、データ模擬装置７００に送信される。データ模擬装置７００は、受信した試験シナリオデータに応じて、従来のＰＩＯや制御装置などの動作を模擬することによって、従来通りの高負荷試験を行う（Ｓ１０４０／Ｓ１０５０）。
すなわち、試験シナリオデータを受信したデータ模擬装置７００は、試験シナリオデータに基づき、模擬データ生成ツール７０２によって作成した模擬データを出力し（Ｓ１０４０）、その収集状況をデータ収集処理計算機１００にて確認する（Ｓ１０５０）。この「模擬データの出力」／「受信模擬データの確認」を高負荷試験が完了するまで繰り返す。

次に、図５により、シナリオ設定ツール７１３における動作の流れについて説明する。
最初に、表計算ソフトのシート上で（人が理解しやすいフォーマットにて）試験シナリオの記述を行う（Ｓ２０００）。次に、作成した試験シナリオを、シナリオ設定ツール７１３が、データ模擬装置７００上で模擬する際に理解しやすいバイナリ形式に変換する（Ｓ２０１０）。最後に、ｆｔｐなどの一般的な通信プロトコルを用いて、試験シナリオデータをデータ模擬装置７００上に送信する（Ｓ２０２０）。これで高負荷試験の準備は完了となる。

実施の形態１によれば、無数のＰＩＯ、シーケンサ、制御装置、その他計算機／コントローラを、一台のデータ模擬装置で模擬することによって、プラント制御システムの品質を保ちつつ、高負荷試験の試験工数短縮を図ることができる。

実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１において、シナリオ設定ツール７１３上にて、ネットワーク越しにシナリオを実行する機能と、実行中の機能を中止する機能を有する場合についてのものである。
図６は、この発明の実施の形態２によるデータ模擬システムのシナリオ設定ツールの処理を示すフローチャートである。

図７は、この発明の実施の形態２によるデータ模擬システムのシナリオ設定ツールのシナリオ実施状況表示画面の一例を示す図である。
図７の画面には、シナリオ実行状況として、経過時間と、経過ごとの状況が表示される。

実施の形態２におけるシナリオ設定ツール７１３の動作の流れは、図６に示すとおりである。
図６のステップＳ２０００、Ｓ２０１０、Ｓ２０２０は、図５における処理と同じ処理である。図６では、ネットワーク越しにシナリオを実行する機能（Ｓ２０３０）と、実行中の機能を中止する機能（Ｓ２０４０）が追加されている。
ステップＳ２０３０では、シナリオ設定ツール７１３は、ｒｓｈ（リモートシェル）のような一般的なコマンドを用いて、データ模擬装置７００上の試験シナリオを開始するためのコマンドを実行する。このコマンドを実行すると、シナリオ設定ツール７１３では、図７に示すような画面を表示し、この画面上でシナリオ実施状況（どのタイミングでどの入力点の出力値が変化したかどうかなど）を確認することができる。
ただし、シナリオ設定用ＰＣ７１０は、データ収集処理計算機１００と直接接続されていないため、データの収集状況を確認できるのではなく、模擬出力信号の状況確認となる。
また、ステップＳ２０４０で、試験シナリオの実行を中止する場合は、画面上から中止を実行すること（例えば、中止ボタンをクリックするなど）で、ｒｓｈ（リモートシェル）による、データ模擬装置７００上の試験シナリオの実行を中断するためのコマンドを実行する。

以上のように、実施の形態２によれば、試験者は、データ模擬装置７００上の操作が一切不要となるため、さらに高負荷試験の試験工数短縮を図ることができる。

実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態２において、データ収集処理計算機１００とシナリオ設定用ＰＣ７１０を、ＬＡＮなどの汎用ネットワークを用いて直接接続した場合についてのものである。
図８は、この発明の実施の形態３によるデータ模擬システムを示す構成図である。
図８において、１００、２００、２１０、５００、５１０、７００、７１０は図１におけるものと同一のものである。図８では、データ収集処理計算機１００とシナリオ設定用ＰＣ７１０がＬＡＮにより直接、接続されている。

実施の形態３では、データ収集処理計算機１００とシナリオ設定用ＰＣ７１０がＬＡＮにより直接接続され、ＴＣＰ／ＩＰなどの汎用的な通信プロトコルによって、シナリオ設定用ＰＣ７１０上のシナリオ設定ツール７１３が、データ収集処理計算機１００上のデータ収集状況を取得し、画面で試験者に表示する。
これによって、シナリオ模擬出力状況と、データ収集状況を照らし合わせて確認することができるため、試験者は、シナリオ設定ツール７１３上の操作だけで、高負荷試験を実行することができる。

実施の形態３によれば、データ収集処理計算機とシナリオ設定用ＰＣを、ＬＡＮなどの汎用ネットワークを用いて直接接続したので、試験者は、シナリオ模擬出力状況と、データ収集状況を照らし合わせて確認することができるとともに、シナリオ設定ツールの操作だけで、高負荷試験を実行することができる。

実施の形態４．
実施の形態４は、実施の形態１において、試験シナリオデータを実プラントから取得し、その試験シナリオデータを高負荷試験に使用することができる機能を有する場合についてのものである。
図９は、この発明の実施の形態４によるプラントデータ収集システムを示す構成図である。
図９において、１００、２００、２１０、５００、５１０は図１におけるものと同一のものである。データ収集処理計算機１００は、ノード装置２１０を通じて、フィールドネットワーク２００に接続されている。プラント・補機９００に接続されたＰＩＯ３００は、プラント上のデータ（圧力／温度／流量や、ファン／ポンプなどの起動／停止状態、オン／オフ弁の開／閉状態など）をアナログ／デジタル入力信号として取得し、フィールドネットワーク２００を通して、データ収集処理計算機１００に送信する。その結果、データ収集処理計算機１００では、ＰＩＯ３００からの無数のプラント補機データが収集される。
また、データ収集処理計算機１００は、スイッチ装置５１０を通じて、制御ネットワーク５００にも接続されており、同じく制御ネットワーク５００に接続されている制御装置６００やその他計算機／コントローラ６１０から送信される制御データも収集するようになっている。
また、データ収集処理計算機１００には、収集したプラントデータを保存する着脱式外部記憶装置８００が接続される。

図１０は、この発明の実施の形態４によるデータ模擬システムを示す構成図である。
図１０において、１００、２００、２１０、５００、５１０、７００、７１０は図１におけるものと同一のものである。図１０では、シナリオ設定用ＰＣ７１０に着脱式外部記憶装置８００が接続される。

図１１は、この発明の実施の形態４によるシナリオ設定ツールの動作の流れを示すフローチャートである。

実施の形態４では、まず、予め図９のように、実プラント上のデータ収集処理計算機１００に着脱式外部記憶装置８００を接続し、収集したプラントデータをこの着脱式外部記憶装置８００へ保存しておく。
ただし、この取得データは、実プラントのデータであり、機密情報に属するため、暗号化して保存するものとする。そして、復号化時に、数回パスワードを間違った場合は、データを削除するようにする。また、データ内部には、プラント名などがわかる情報を記録しない。

そして、実施の形態４における高負荷試験では、図１０に示すように、シナリオ設定用ＰＣ７１０に着脱式外部記憶装置８００を接続する。
次に、高負荷試験におけるシナリオ設定ツール７１３上の動作の流れを、図１１にしたがって、説明する。
まず、着脱式外部記憶装置８００から暗号化されたプラントデータを復号化して取得する（Ｓ２１００）。次に、取得したプラントデータをシナリオ設定ツール７１３上の汎用シートに変換する（Ｓ２１１０）。なお、実プラントのデータは、多数の入力点かつ長時間のデータであるため、変換する時間帯（例えば、プランと起動中の何時から何時までなど）を指定することで、変換データの時間を間引きすることができるものとする。
この後は、ステップＳ２０００〜Ｓ２０４０を実行するが、このステップＳ２０００〜Ｓ２０４０は図６における処理と同じものである。

以上のように、実施の形態４によれば、試験者は、実際のプラントに基づいた適切な試験シナリオデータによって、高負荷試験を行うことができる。

実施の形態５．
実施の形態５は、実施の形態４において、プラントデータ変換（Ｓ２１１０）時に、時間短縮機能を有する場合についてのものである。
図１２は、この発明の実施の形態５によるデータ模擬システムのシナリオ設定ツールでの時間短縮機能の一例を示す図である。
図１２では、図１２（ａ）のシナリオデータを時間短縮すると、２倍速の場合には、図１２（ｂ）のように、１０倍速の場合には、図１２（ｃ）のようにそれぞれ経過時間が短縮される。入力点番号と、その出力値は、図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）で同じである。

従来の実プラントのデータは、多数の入力点かつ長時間のデータであり、実際のプラント起動には、２週間程度の時間を要する。そのため、この際のデータ出力を模擬しようとすると、高負荷試験においても同じだけの多大な時間が必要となる。
そこで、実施の形態４におけるプラントデータ変換（Ｓ２１１０）時に、時間短縮を行うよう時間短縮機能をシナリオ設定ツールに追加することで、高負荷試験の時間短縮を図る。
時間短縮機能では、何倍に短縮するか（２倍速〜１０倍速など）をあらかじめ設定しておき、それに応じて、図１２のように、実プラントデータの経過時間を短縮する（例えば、２倍速の場合は、経過時間を半分にする）。

以上のように、実施の形態５によれば、試験者は、実際のプラントデータに基づいた適切な試験データかつ、より少ない試験時間によって高負荷試験を行うことができる。

この発明の実施の形態１によるデータ模擬システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるデータ模擬システムのシナリオ設定用ＰＣのソフトウェア構成を示す図である。 この発明の実施の形態１によるデータ模擬システムの高負荷試験の試験手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１によるデータ模擬システムのシナリオ定義の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１によるデータ模擬システムのシナリオ設定ツールの処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２によるデータ模擬システムのシナリオ設定ツールの処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２によるデータ模擬システムのシナリオ設定ツールのシナリオ実施状況表示画面の一例を示す図である。 この発明の実施の形態３によるデータ模擬システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態４によるプラントデータ収集システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態４によるデータ模擬システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態４によるシナリオ設定ツールの動作の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態５によるデータ模擬システムのシナリオ設定ツールでの時間短縮機能の一例を示す図である。

符号の説明

１００ データ収集計算機
２００ フィールドネットワーク
２１０ ノード装置
３００ ＰＩＯ
５００ 制御ネットワーク
５１０ スイッチ装置
６００ 制御装置
６１０ その他計算機／コントローラ
７００ データ模擬装置
７１０ シナリオ設定用ＰＣ
７０１ ＯＳ
７０２ 模擬データ生成ツール
７１１ 汎用ＯＳ
７１２ 汎用表計算ソフト
７１３ シナリオ設定ツール
８００ 着脱式外部記憶装置
９００ プラント・補機

Claims (5)

1. データ収集処理計算機が有するプラント制御システムからプラントデータを収集する機能を試験するための模擬データを作成するデータ模擬システムであって、
   試験シナリオデータを作成するシナリオ設定ツールを有するシナリオ設定用パソコン、
   及び上記シナリオ設定ツールにより作成された試験シナリオデータにしたがって、上記試験を行うための模擬データを上記データ収集処理計算機に送るデータ模擬装置を備えたことを特徴とするデータ模擬システム。
2. 上記シナリオ設定ツールは、上記試験を実行する機能及び実行中の上記試験を中止する機能を有し、
   上記シナリオ設定ツール上にて上記試験の実施状況を確認できるようにしたことを特徴とする請求項１記載のデータ模擬システム。
3. 上記シナリオ設定用パソコンは、上記データ収集処理計算機と直接接続され、上記シナリオ設定ツールは、上記データ収集処理計算機による上記模擬データの収集状況を確認できるようにしたことを特徴とする請求項２記載のデータ模擬システム。
4. 上記シナリオ設定ツールは、上記プラント制御システムから得られる実際のプラントデータを上記試験シナリオデータに変換することにより、上記試験シナリオデータを作成することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のデータ模擬システム。
5. 上記シナリオ設定ツールは、上記プラントデータの変換に際し、上記プラントデータが有している経過時間を短縮することを特徴とする請求項４記載のデータ模擬システム。

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