JP2013164550A - プラント運転訓練シミュレート装置、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】プラント運転訓練の品質を向上させるプラント運転訓練シミュレート技術を提供する。
【解決手段】プラントの制御機器の状態信号３を可変させる操作信号１を訓練員端末１１から受信する第１インターフェイス１３と、指示信号２をインストラクタ端末１２から受信する第２インターフェイス１４と、状態信号３又は指示信号２に基づいてプラントのプロセス信号４をシミュレートするデータプロセッサ１７と、プロセス信号４を状態信号３とともに一定期間保持し複数のなかから保存条件に合致するプロセス信号４を選択するプロセス信号選択部２０と、このプロセス信号選択部２０で選択されるプロセス信号４を対応する状態信号３とともに保存するバックトラック保存部３４と、このバックトラック保存部３４で保存されている複数のプロセス信号４のなかからいずれかを起点としてこのプロセス信号４の再生を実行するバックトラック再生部３１と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラントの運転員を訓練するためのプラント運転訓練シミュレート技術に関する。

プラント運転訓練シミュレート装置は、発電所等の運転制御を模擬した訓練装置で、ボイラ、タービン、発電機などのプロセス信号をデータプロセッサにより仮想実現し、実際の発電所で運転しているのと同じ感覚でプラント操作ができるようになっている。
そして、このシミュレート装置を使用することにより、実際の運転ではほとんど経験できないような事故に対応した訓練を繰返し行えるため、運転員の訓練が短期間で効果的に実施できる。

従来のプラント運転訓練シミュレート装置では、運転訓練中のプラント状態（プロセス信号／制御装置の状態信号）を一定周期でバックトラックデータとして保存している。そして、保存されたバックトラックデータを復元することにより過去のプラント状態を再生することができるようになっている。

そして、訓練員が操作する操作信号によりこの状態信号を可変してプラント状態がコントロールされる。さらに、この操作信号は、操作履歴データとして時系列に保存される。そして、バックトラックデータを復元しプラント状態を過去の状態に戻した上で、操作履歴データを時系列に復元し、過去の訓練の運転状況を再生するリプレイ機能が実現される（例えば、特許文献１）。

特開２００６−９１９１４号公報

このように、従来技術においては、バックトラックデータは一定周期で保存処理されることとなっているため、所望する時点に再生時の起点を合わせることが不可能となる場合があった。
また、従来のリプレイ機能は過去の訓練を忠実に再生する機能のみを有しており、過去の操作を見直すといった添削的な学習を行うことができなかった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、プラント運転訓練の品質を向上させるプラント運転訓練シミュレート技術を提供することを目的とする。

プラント運転訓練シミュレート装置において、プラントの制御機器の状態信号を可変させる操作信号を訓練員端末から受信する第１インターフェイスと、指示信号をインストラクタ端末から受信する第２インターフェイスと、前記状態信号又は前記指示信号に基づいて前記プラントのプロセス信号をシミュレートするデータプロセッサと、前記プロセス信号を前記状態信号とともに一定期間保持し複数のなかから保存条件に合致するプロセス信号を選択するプロセス信号選択部と、前記選択されるプロセス信号を対応する状態信号とともに保存するバックトラック保存部と、前記保存されている複数のプロセス信号のなかからいずれかを起点として前記プロセス信号の再生を実行するバックトラック再生部と、を備えることを特徴とする。

本発明により、プラント運転訓練の品質を向上させるプラント運転訓練シミュレート技術が提供される。

本発明に係るプラント運転訓練シミュレート装置の実施形態を示すブロック図。 本実施形態に適用されるプロセス信号選択部の詳細を示すブロック図。 本実施形態に適用されるバックトラック削除部の詳細を示すブロック図。 本実施形態に係るプラント運転訓練シミュレート装置の動作を説明するフローチャート。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すようにプラント運転訓練シミュレート装置１０（以下、単に「装置１０」という）は、プラントの制御機器（図示略）の状態信号３を可変させる操作信号１を訓練員端末１１から受信する第１インターフェイス１３と、指示信号２をインストラクタ端末１２から受信する第２インターフェイス１４と、状態信号３又は指示信号２に基づいてプラントのプロセス信号４をシミュレートするデータプロセッサ１７と、プロセス信号４を状態信号３とともに一定期間保持し複数のなかから保存条件に合致するプロセス信号４を選択するプロセス信号選択部２０と、このプロセス信号選択部２０で選択されるプロセス信号４を対応する状態信号３とともに保存するバックトラック保存部３４と、このバックトラック保存部３４で保存されている複数のプロセス信号４のなかからいずれかを起点としてこのプロセス信号４の再生を実行するバックトラック再生部３１と、を備えている。

このように装置１０が構成されることにより、プラント運転訓練にとって重要なイベントに対応するバックトラックデータのみを選択的にバックトラック保存部３４に保存することができる。このために、バックトラック保存部３４の保存領域をバックトラックデータに無駄に占有されることが無く、システムの構築面においても有利である。

また、保存されるバックトラックデータが限定されているために、インストラクタや訓練員にとって有意なバックトラックデータを容易に探し出すことができる。これにより、プラント運転訓練においてバックトラックデータを有効活用することができ、訓練の反省及び復習や訓練シナリオの作成及び検証をより効率的に実施することができる。

ここで訓練員端末１１は、実プラントの制御盤を模擬したものであり、プラントの制御機器（例えば、ポンプや弁等）の制御状態（ポンプ出力や弁開閉等）を示す状態信号３を可変する操作信号１を出力する。
つまり、この操作信号１は、原子炉モードスイッチ起動操作、ポンプ起動操作、弁全開操作、又はこれらの組合せ等といった訓練員の操作イベントに同期して出力される。
さらに、訓練員端末１１は、そのような操作に伴うプラントのプロセス信号４（例えば、温度、圧力、流量）の経時変化を表示して監視するためのモニタ（図示略）が備えられている。

インストラクタ端末１２は、インストラクタの要求に基づいてプラント運転訓練の開始／停止や初期状態設定／保存といったシミュレート全体をコントロールするものである。
また、インストラクタ端末１２から指示信号２がデータプロセッサ１７に入力されると、仮想的にプラント事故を生じさせ、事故内容を反映したプロセス信号４が出力される。
ここで、指示信号２は、シミュレーション開始操作、マルファンクション実行操作、又はこれらの組合せ等といったインストラクタの操作イベントに同期して出力される。

状態信号設定部１６は、プラントを構成する複数の制御機器（例えば、ポンプや弁等）の各々の制御状態（ポンプ出力や弁開閉等）を設定し、この制御状態を示す状態信号３をデータプロセッサ１７に送信している。そして、訓練員端末１１の操作信号１を入力すると変更された制御機器の状態を示す状態信号３がデータプロセッサ１７に送信される。

データプロセッサ１７は、インストラクタ端末１２の指示信号２が示す仮想事故情報、訓練員端末１１の操作信号１（状態信号３）が示すプラントの制御機器の制御状態に基づいて、プラントの動的特性を示すプロセス信号４を演算するものである。
ここで演算されたプロセス信号４は、訓練員端末１１やインストラクタ端末１２に送られて各々のモニタ（図示略）で監視されるとともに、プロセス信号選択部２０に送られる。

プロセス信号選択部２０は、図２に示すように、信号保持部２１と、この信号保持部２１のなかから操作信号１（図１）又は指示信号２といったイベントの発生時に対応するプロセス信号４を検出するイベント検出部２２と、インストラクタ端末１２で設定された保存条件を登録する保存条件登録部２３と、イベント検出部２２で検出されたプロセス信号４をこの保存条件に照らし信号保持部２１のなかから選択されてバックトラック保存部３４に保存されるプロセス信号４を判定する保存判定部２４と、を有している。

信号保持部２１は、データプロセッサ１７で演算されたプロセス信号４及びその時の状態信号３を逐次入力し、一定期間保持するものである。そして、信号保持部２１の容量を超えたところで、古いプロセス信号４から順番に削除されていく。
プロセス信号４のサンプリング間隔は、データプロセッサ１７の演算周期と同程度であることが望ましいが、信号保持部２１の容量と求められる保持時間との関係から適宜変更することができる。

信号保持部２１に保持されるプロセス信号４は、複数の制御機器の各々に対応するものが一つのファイルにまとめられ、サンプリングタイム毎に保存されることになる。そして、各ファイルの名称は、実時刻(2010/10/30 12:30:45_001等)を基に設定される。

イベント検出部２２は、信号保持部２１に保持される信号情報のなかからイベント発生時に対応するプロセス信号４を検出するものである。ここでイベント発生時とは、操作信号１又は指示信号２の発生時である場合の他に、例えばプラント状態（スクラム、タービントップ、原子炉臨界、タービン回転数１５００ｒｐｍ到達、発電機出力７００ＭＷ到達、又はこれら複数の組合せ等）の時点が挙げられる。

保存条件登録部２３は、インストラクタ端末１２で作成された保存条件を登録する。ここで保存条件には、例えば、イベント検出部２２で検出されたプロセス信号４よりも６０秒前のプロセス信号４を信号保持部２１のなかからバックトラック保存部３４に保存させるといったような条件が記載されている。

つまり、保存条件とは、信号保持部２１に保持されているプロセス信号４（及びそのファイル）のうちいずれをバックトラック保存部３４に保存させるかを判定するための条件である。

なお、前記した６０秒といった設定時間は、任意に設定でき、基準となるプロセス信号４の前だけでなく後にも設定することができる。また、イベント検出部２２で検出されたプロセス信号４に基づくことなく、例えば、信号保持部２１に保持されている信号データ（ファイル）を間引いて（例えば、１０ファイル毎に１回等）バックトラック保存部３４に保存させるといった保存条件にすることもできる。

保存判定部２４は、保存条件に合致する信号が信号保持部２１に存在するか否かを判定し、存在していれば該当する信号データ（ファイル）を信号保持部２１からバックトラック保存部３４に転送する。

また、保存判定部２４は、そのような保存条件に依らずに、インストラクタ端末１２からの直接の指示により、信号データ（ファイル）をバックトラック保存部３４に転送させることができる。この場合、インストラクタ端末１２から、ファイル名称（又は実時刻）をキー情報として、例えば［2010/10/30_12:30:45〜2010/10/30_3:15:15］等といった指示を送れば、該当する信号データ（ファイル）がバックトラック保存部３４に直接転送される。

このようにプロセス信号選択部２０が構成されることにより、あらかじめバックトラックやリプレイにおける使用頻度の高いイベントを保存条件として登録しておけば、プラント運転訓練の過程において自動的にバックトラックデータが保存される。
そして、実際にバックトラック・リプレイ機能を要求する際は、バックトラック保存部３４に保存されているファイル数が無駄に多くならないので、所望するファイルを容易に探し出すことができる。

そして、バックトラック保存部３４内の信号データ（バックトラックデータ）もしくはバックトラック検索部４１で検索された信号データは、インストラクタ端末１２のモニタ（図示略）で一覧される。
バックトラック再生部３１は、インストラクタ端末１２で指定された信号データ（バックトラックデータ）をバックトラック保存部３４からデータプロセッサ１７に転送し、プロセス信号４として再生させる。

図１に示すように装置１０は、バックトラック再生部３１による再生の起点となるプロセス信号４をこのプロセス信号４に付帯する情報をインデックスとしてバックトラック保存部３４のなかから検索するバックトラック検索部４１と、バックトラック保存部３４に保存されるプロセス信号のうち、一定期間、前記起点として再生が実行されないものを削除するバックトラック削除部５０と、を備えている。

バックトラック保存部３４に保存されるデータの総数は、保存条件の設定にもよるが、短時間で膨大になる可能性が高い。このために、バックトラックを選択するためにインストラクタ端末１２のモニタ上に全てのバックトラックデータを羅列させるとなると、選択に膨大な労力を要する。

バックトラック検索部４１に対し、インストラクタ端末１２を通じてバックトラックしたいプロセス信号４に付帯する情報、例えば保存した日付、保存条件で設定した条件名称、プラント状態(例:出力が500〜600MW)、操作イベント状態(例:XXポンプ起動中、△△マルファンクション実行中等)を入力する。これにより、バックトラック検索部４１は、バックトラック保存部３４に保存されるデータの中から入力情報をもとに絞り込みを行い、絞り込まれたデータのみをモニタ上に表示する。

図３に示すようにバックトラック削除部５０は、削除条件登録部５１と、削除判定部５２とを有している。
バックトラック保存部３４は、保存条件の設定にもよるが、保存されるデータの総数が膨大となり短期間のうちに容量オーバーになる可能性が高く、手動によりバックトラックを削除するには限界がある。
そこで、削除条件登録部５１で登録される削除条件に基づいてバックトラック保存部３４に保持されている信号データ（バックトラックデータ）を自動的に削除することとする。

削除判定部５２では、削除条件（例えば一定期間以前に保存された信号データで１度もバックトラックされなかったものは削除する等)の条件が成立する信号データ（バックトラックデータ）を判定し、バックトラック保存部３４から自動削除する。

図１に示すように、装置１０は、バックトラック保存部３４に保存されるプロセス信号４を起点として再び操作信号１又は指示信号２に基づいてそのシミュレートができるようにデータを構築する初期化部４２と、この初期化部４２で構築されたデータを保存する初期化データ保存部３５と、を備えている。

インストラクタ端末１２から初期化部４２にバックトラックの初期化要求をすると、バックトラック保存部３４に保存されている信号データの一覧をモニタに表示する。表示された信号データの一覧から、日時やキーワードを指定して検索することにより絞込みを行い、初期化を実行する信号データを決定する。そして、初期化部４２は、該当する信号データをバックトラック保存部３４から取得して初期化した後に初期化データ保存部３５に保存する。

初期化データ保存部３５は、インストラクタ端末１２で指定された信号データ（バックトラックデータ）をデータプロセッサ１７に転送し、過去の状態を起点としてプロセス信号４を再生させる。そして、訓練員端末１１ではこの再生したプロセス信号４をモニタ表示し、同じプラント状態における運転訓練を繰り返し実施することができる。
これにより、当初想定していなかった事象の運転訓練用の初期データをバックトラックデータから作成することができ、インストラクタの負荷を軽減することができると共に、訓練のバリエーションが増え、運転訓練の量および質の向上を図ることができる。

さらに装置１０は、バックトラック再生部３１で再生されるプロセス信号４に対し過去のシミュレートを再現させる操作信号１を保存する操作信号保存部３６と、この操作信号保存部３６で保存される操作信号１を編集しこの再現されるシミュレートに反映させる操作履歴編集部４３と、このシミュレートを再現させるのに必要な操作履歴を保持する操作履歴保持部４４と、を備えている。

操作信号取得部３２は、プロセス信号選択部２０に入力したプロセス信号４との対応が把握できるように操作信号１を取得し、操作信号保存部３６に保存し、操作履歴データを生成するものである。

リプレイ部３３は、再生されるプロセス信号４に対し、未編集の操作履歴データを適用すれば、訓練員端末１１又はインストラクタ端末１２のモニタに過去のシミュレートをそのまま再現させることができる。
また、再生されるプロセス信号４に対し、操作履歴編集部４３で編集した操作履歴データを適用すれば、過去とは異なるシミュレートを訓練員端末１１又はインストラクタ端末１２のモニタに再現させることができる。

これにより、単純な過去状態の再現だけでなく、違った操作をしていたらどうなるのか、実機では到底実施不可能なタラレバの状況を把握することができる。また、過去の操作を見直して添削的な学習をすることができ、運転訓練の量および質の向上を図ることができる。

図４（適宜、図１参照）のフローチャートを参照して装置１０の動作説明を行う。
インストラクタ端末１２からの要求に従いプラント制御のシミュレートが開始される（Ｓ１１）。訓練員端末１１から操作信号１が発せられると、制御機器の状態信号３が変更され、演算されるプラントのプロセス信号４の動きに反映される。

そして、操作信号１は操作信号保存部３６に、プロセス信号４及び状態信号３はプロセス信号選択部２０の信号保持部２１（図２）に時系列に取得されていく（Ｓ１２，Ｓ１３）。ここで、プロセス信号４及び状態信号３は所定の保持時間だけこの信号保持部２１に保持されているがこの保持時間が経過すると破棄される（Ｓ１４；ＮＯ，Ｓ１８）。

そして、イベント発生時に対応するプロセス信号４が検出されると（Ｓ１４；ＹＥＳ）、保存条件登録部２３（図２）内の保存条件を参照し（Ｓ１５）、信号保持部２１のなかからこの保存条件に合致するプロセス信号４を選択し（Ｓ１６）、バックトラックデータとして保存する（Ｓ１７）。

そして、このＳ１１からＳ１８のフローを、インストラクタ端末１２からの停止要求があるまで繰り返す（Ｓ１９；ＮＯ）。そして、シミュレートが停止された後は（Ｓ１９；ＹＥＳ）、訓練員の操作の問題箇所を指摘するためにインストラクタは、当該問題箇所を再現するリプレイを開始する（Ｓ２０；ＹＥＳ）。
まず、インストラクタ端末１２からバックトラック検索部４１に打診して該当する問題箇所のバックトラックデータを検索する（Ｓ２１）。

ここでは、インストラクタ端末１２が指示した仮想事故情報（指示信号２）をイベント検索キーとする。そして、保存条件が指示イベント発生の６０秒前と設定されていれば、仮想事故が発生する６０秒前からバックトラックが再生する。そして、対応する操作履歴が時系列に復元され（Ｓ２３）、問題箇所のプロセス状況がそのまま再現される。

一方において、違った操作をしていたらプロセス状況はどのようになっていたかを検証することができる。つまり、操作信号保存部３６内の操作履歴を、操作履歴編集部４３で編集し、操作履歴保持部４４に保持させたものを適用し（Ｓ２２）、操作の見直しを行うといった添削的な学習をすることができる。
このように、リプレイ機能により、訓練員は、自分の失敗事例を再現して確認し、どのタイミングでいかなる操作をすればよかったかを学習することができる。

次に、訓練員は、リプレイ機能で学習したとおりの操作ができることを確認するために、当該問題箇所の時点に戻って、再シミュレートを開始する（Ｓ２４；ＹＥＳ）。
まず、再現させるバックトラックデータ（仮想事故の指示イベントに対応するデータ）を検索し（Ｓ２５）、初期化部４２で初期化して初期化データ保存部３５に保存する（Ｓ２６）。

そして、インストラクタ端末１２からバックトラックの再生指示があると、保存条件の設定（仮想事後が発生する６０秒前）に戻って、プロセス信号４が再生される（Ｓ２７）。そして、訓練員は、訓練員端末１１から制御機器の操作信号１が発して、訓練を再開し、インストラクタが終了させるまでプラント状態のシミュレートを続ける（Ｓ２８；ＮＯ）。
なお、リプレイ機能や、再シミュレート機能の実行は、任意であるのでとばして終了してもよい（Ｓ２０；ＮＯ、Ｓ２４；ＮＯ、Ｓ２８；ＹＥＳ）。

本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、共通する技術思想の範囲内において、適宜変形して実施することができる。
例えば、プラント運転訓練シミュレート装置は、コンピュータによって各手段を各機能プログラムとして実現することも可能であり、プラント運転訓練シミュレートプログラムとして発明を実施することも可能である。

１…操作信号、２…指示信号、３…状態信号、４…プロセス信号、１０…プラント運転訓練シミュレート装置、１１…訓練員端末、１２…インストラクタ端末、１３…第１インターフェイス、１４…第２インターフェイス、１６…状態信号設定部、１７…データプロセッサ、２０…プロセス信号選択部、２１…信号保持部、２２…イベント検出部、２３…保存条件登録部、２４…保存判定部、３１…バックトラック再生部、３２…操作信号取得部、３３…リプレイ部、３４…バックトラック保存部、３５…初期化データ保存部、３６…操作信号保存部、４１…バックトラック検索部、４２…初期化部、４３…操作履歴編集部、４４…操作履歴保持部、５０…バックトラック削除部、５１…削除条件登録部、５２…削除判定部。

Claims (7)

1. プラントの制御機器の状態信号を可変させる操作信号を訓練員端末から受信する第１インターフェイスと、
   指示信号をインストラクタ端末から受信する第２インターフェイスと、
   前記状態信号又は前記指示信号に基づいて前記プラントのプロセス信号をシミュレートするデータプロセッサと、
   前記プロセス信号を前記状態信号とともに一定期間保持し複数のなかから保存条件に合致するプロセス信号を選択するプロセス信号選択部と、
   前記選択されるプロセス信号を対応する状態信号とともに保存するバックトラック保存部と、
   前記保存されている複数のプロセス信号のなかからいずれかを起点として前記プロセス信号の再生を実行するバックトラック再生部と、を備えることを特徴とするプラント運転訓練シミュレート装置。
2. 請求項１に記載のプラント運転訓練シミュレート装置において、
   前記プロセス信号選択部は、
   イベントの発生時に対応するプロセス信号を検出するイベント検出部と、
   前記インストラクタ端末で設定された前記保存条件を登録する保存条件登録部と、
   前記検出されたプロセス信号を前記保存条件に照らし前記選択されるプロセス信号を判定する保存判定部と、を有することを特徴とするプラント運転訓練シミュレート装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のプラント運転訓練シミュレート装置において、
   前記再生の起点となるプロセス信号をこのプロセス信号に付帯する情報をインデックスとして検索するバックトラック検索部を備えることを特徴とするプラント運転訓練シミュレート装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラント運転訓練シミュレート装置において、
   前記バックトラック保存部に保存されるプロセス信号のうち、一定期間、前記起点として再生が実行されないものを削除するバックトラック削除部を備えることを特徴とするプラント運転訓練シミュレート装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラント運転訓練シミュレート装置において、
   前記バックトラック保存部に保存される前記プロセス信号を起点として再び前記操作信号又は前記指示信号に基づいて前記シミュレートができるようにデータを構築する初期化部と、
   前記初期化部で構築された前記データを保存する初期化データ保存部と、を備えることを特徴とするプラント運転訓練シミュレート装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラント運転訓練シミュレート装置において、
   前記再生されるプロセス信号に対し過去のシミュレートを再現させる前記操作信号を保存する操作信号保存部と、
   前記保存される前記操作信号を編集し前記再現されるシミュレートに反映させる操作履歴編集部と、
   前記シミュレートを再現させるのに必要な操作履歴を保持する操作履歴保持部と、を備えることを特徴とするプラント運転訓練シミュレート装置。
7. コンピュータを、
   プラントの制御機器の状態信号を可変させる操作信号を訓練員端末から受信する手段、
   指示信号をインストラクタ端末から受信する手段、
   前記状態信号又は前記指示信号に基づいて前記プラントのプロセス信号をシミュレートする手段、
   前記プロセス信号を前記状態信号とともに一定期間保持し複数のなかから保存条件に合致するプロセス信号を選択する手段、
   前記選択されるプロセス信号を対応する状態信号とともに保存する手段、
   前記保存されている複数のプロセス信号のなかからいずれかを起点として前記プロセス信号の再生を実行する手段、として機能させることを特徴とするプラント運転訓練シミュレートプログラム。

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