JP2014174476A - プラント運転訓練のシミュレーション装置及びそのシミュレーションプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】中央制御室から離れた現場に設置された計器の監視や操作端の操作を伴うプラント運転訓練において、より現実に近い状況を再現することができるシミュレーション技術を提供する。
【解決手段】シミュレーション装置１０は、インターフェイス１４が受信した信号に基づいてプラントの運転状態を示すプロセス信号Ｐのシミュレーションをする実行部１５と、現場操作模擬盤１３から受信した選択信号Ｓに基づいてプラントの現場に分散して存在する複数の操作端のうちいずれか一つを選択する選択部１６と、現場操作模擬盤１３に画像表示されバーチャル操作される操作端の画像ファイル１７を保存するデータ保存部と、選択信号Ｓを受信してから所定の遅延時間が経過した後に操作端の画像ファイル１７の現場操作模擬盤１３への表示によるこの現場操作模擬盤１３を操作可能とする表示遅延設定部１８と、現場操作模擬盤１３の表示に対するバーチャル操作をシミュレーションに反映させる現場操作反映部１９と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラントの運転訓練を実施するためのシミュレーション技術に関する。

プラントの運転訓練は、プラントの運転状態を示すプロセス信号をコンピュータでシミュレーションし、稀有な事故を仮想現実的に発生させることができる。
そして、プラントの中央制御室に設置されている監視操作盤のレプリカ（中央制御模擬盤）を用いて、プロセス信号を監視し現場機器を遠隔操作する訓練を繰り返すことにより、プラント運転員の技術向上を図っている。

この運転訓練は、中央制御室における監視・操作だけでなく、中央制御室から離れた現場に設置された計器の監視や操作端の操作を含む訓練を行なう必要がある。
従来では、訓練上のニーズの高さに基づいて選択された現場の操作端のレプリカを用いた訓練を実施していた。
もしくは、ソフトウェアによりコンピュータ上に表示した現場操作端の画像に対し、監視や操作を実施する訓練が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−５６６６６号公報

ところで、上述の技術においては、ソフトウェアにより実現される現場盤の機能（画面上での操作端の検索、表示及び操作）を訓練員の意のままに実行させるだけで訓練が遂行される。
この場合、苛酷事故の発生を想定した訓練で、現場に到着して実際に作業を開始するまでに要する時間や、プラントの内部状況に応じて余計にかかる時間等を考慮した訓練を遂行することができない。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、中央制御室から離れた現場に設置された計器の監視や操作端の操作を伴うプラント運転訓練において、より現実に近い状況を再現することができるシミュレーション技術を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係るプラント運転訓練のシミュレーション装置において、インストラクタ端末、中央制御模擬盤及び現場操作模擬盤に対し信号を送受信するインターフェイスと、前記インターフェイスが受信した前記信号に基づいてプラントの運転状態を示すプロセス信号のシミュレーションをする実行部と、前記現場操作模擬盤から受信した選択信号に基づいて前記プラントの現場に分散して存在する複数の操作端のうちいずれか一つを選択する選択部と、前記現場操作模擬盤に画像表示されバーチャル操作される前記操作端の画像ファイルを保存するデータ保存部と、前記選択信号を受信してから所定の遅延時間が経過した後に前記操作端の前記画像ファイルの前記現場操作模擬盤への表示による前記現場操作模擬盤を操作可能とする表示遅延設定部と、前記現場操作模擬盤の表示に対する前記バーチャル操作を前記シミュレーションに反映させる現場操作反映部と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態により、中央制御室から離れた現場に設置された計器の監視や操作端の操作を伴うプラント運転訓練において、より現実に近い状況を再現することができるシミュレーション技術が提供される。

本発明に係るプラント運転訓練のシミュレーション装置の実施形態を示すブロック図。 実施形態に係るプラント運転訓練のシミュレーション装置の動作を説明するシーケンス図。

（第１実施形態）
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のシミュレーション装置１０は、インストラクタ端末１１、中央制御模擬盤１２及び現場操作模擬盤１３に対し信号を送受信するインターフェイス１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）と、これらインターフェイス１４が受信した信号に基づいてプラントの運転状態を示すプロセス信号Ｐのシミュレーションをする実行部１５と、現場操作模擬盤１３から受信した選択信号Ｓに基づいてプラントの現場に分散して存在する複数の操作端のうちいずれか一つを選択する選択部１６と、現場操作模擬盤１３に画像表示されバーチャル操作される操作端の画像ファイル１７を保存するデータ保存部（図示略）と、選択信号Ｓを受信してから所定の遅延時間が経過した後に操作端の画像ファイル１７の現場操作模擬盤１３への表示によるこの現場操作模擬盤１３を操作可能とする表示遅延設定部１８と、現場操作模擬盤１３の表示に対するバーチャル操作をシミュレーションに反映させる現場操作反映部１９と、を備えている。

プラント運転訓練のシミュレーション装置１０は、膨大な機器から構成され運転操作や保守に高度な技術や知識が要求されるプラントの動特性を、コンピュータによりシミュレーションするものである。
実プラントの動特性は、プラントを構成する機器に設けられている各種センサ等から出力されるプロセス信号等を監視することにより判断される。
シミュレーション装置１０は、プロセス信号及びこのプロセス信号に基づくプラントの挙動をシミュレートするものである。

インストラクタ端末１１は、中央制御模擬盤１２にバーチャル表示されるプロセス信号のシミュレーションのシナリオを設定したり、中央制御模擬盤１２及び現場操作模擬盤１３において訓練員がしたバーチャル操作を観察したりするものである。
このシミュレーションのシナリオは、プラントの構成機器の故障、表示されるプロセス信号の異常、事故（天災を含む）の発生を訓練用に模擬したファイル３３として予め作成され保存されている。

インストラクタ端末１１は、訓練シナリオ選択部３１を介して訓練シナリオファイル３３を選択し、その初期状態を設定する。なお、この初期状態は予め作成され保存されているファイル３４を選択して設定することもできる。

中央制御模擬盤１２は、プラントの監視・制御を集中的に行う中央制御室に設置されている監視操作盤のレプリカであり、シミュレーションされたプロセス信号Ｐを表示するとともにプラントをバーチャル操作するための指令信号Ｄを出力する。
この中央制御模擬盤１２は、実物の中央制御盤をリアルに再現したものであるので、あたかも実プラントを運転しているように監視、操作の訓練を行えるようになっている。

現場操作模擬盤１３は、中央制御模擬盤１２の近傍又は実プラントと同様の配置で中央制御模擬盤１２とは別室の遠方に配置されているもので、プラントの現場の操作端（例えば、回転ハンドル、トグルスイッチ、ボタンスイッチ）の模擬画像をバーチャル操作したり、計器類の模擬画像を視認したりできるように表示する。
そして現場操作模擬盤１３は、表示した操作端をバーチャル操作した際の操作信号Ｎを出力する。

この中央制御模擬盤１２及び現場操作模擬盤１３は、複数名の訓練員により編成されたチームにより連携操作され、インストラクタ端末１１で設定した訓練シナリオに則ったシミュレーションに対応する。

本実施形態において、インストラクタ端末１１、中央制御模擬盤１２及び現場操作模擬盤１３は、インターフェイス１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を介してシミュレーション装置１０に物理的に接続し、プロセス信号Ｐ、指令信号Ｄ、選択信号Ｓ、操作信号Ｎ等の信号を送受信している。

しかし、このような実施形態に限定されることはなく、インストラクタ端末１１、中央制御模擬盤１２及び現場操作模擬盤１３のうちいずれか一つが有するデータプロセッシング機能によりシミュレーション装置１０の機能を実現させてもよい。
また、シミュレーション装置１０に含まれる機能要素を、インストラクタ端末１１、中央制御模擬盤１２及び現場操作模擬盤１３のいずれかのデータプロセッシング機能により実現させることもできる。

操作端選択部１６は、現場の操作端を選択するための選択画面（図示略）を現場操作模擬盤１３に表示させる。そして、訓練員がこの選択画面の中からいずれか一つの選択肢を選ぶと、対応する操作端の選択信号Ｓが操作端選択部１６に送信される。
位置認識部２１は、送信された選択信号Ｓに基づいて対応する実プラントの操作端が存在する現場の位置を認識する。

ここで、初期状態ファイル３４の設定において、現場操作を担当する訓練員が、中央制御室に在室と設定されていたとする。
この場合、表示遅延設定部１８は、この中央制御室から選択された操作端が存在する現場までの経路情報に基づいて推定される訓練員の移動時間を、遅延時間として設定する。
そして、選択信号Ｓが送信されてから設定された遅延時間が経過した後に、選択された現場の操作端の画像ファイル１７が現場操作模擬盤１３に表示される。
または、画像ファイル１７は常時表示されるが、遅延時間が経過した後に、操作を受け付ける構成としてもよい。

現場操作反映部１９は、現場操作模擬盤１３に表示された操作端の画像ファイル１７に対し訓練員が操作して出力される操作信号Ｎを、シミュレーション実行部１５に転送する。
センタ指令反映部３２は、訓練員が操作することにより中央制御模擬盤１２から出力された指令信号Ｄをシミュレーション実行部１５に転送する。
そしてシミュレーション実行部１５は、これら操作信号Ｎ及び指令信号Ｄを訓練シナリオファイル３３に反映させてシミュレーションしたプロセス信号Ｐを出力する。

このようにして、中央制御模擬盤１２及び現場操作模擬盤１３の表示に対し、訓練員がバーチャル操作を行うことにより、プラント運転訓練のシミュレーションが進行する。
そして、中央制御模擬盤１２及び現場操作模擬盤１３で実施されたバーチャル操作の履歴ファイル２４は、インストラクタ端末１１に表示される。

次に、訓練が進行して、現場操作を担当する訓練員が、既にいる現場から連続して次の現場に直接移動して、そこの操作端を操作する場合を検討する。
この場合も、訓練員は、現場操作模擬盤１３に表示された選択画面（図示略）の中から次の現場に存在する操作端を選択する。すると対応する実プラントの現場の操作端の選択信号Ｓが操作端選択部１６に送信される。
位置認識部２１は、現場マップファイル２０に基づいて、選択信号Ｓの受信時点における訓練員の位置（既にいる現場）と次の現場の位置との間の経路情報を認識する。

そして、表示遅延設定部１８は、この二つの現場を結ぶ経路情報に基づいて推定される訓練員の移動時間を、遅延時間として設定する。
なお、この遅延時間は、二点間の経路情報に基づくことなく、移動先の現場に基づいて一意的に設定してもよい。
そして、選択信号Ｓが送信されてから設定された遅延時間が経過した後に、選択された現場の操作端の画像ファイル１７が現場操作模擬盤１３に表示される。

なお操作端の画像ファイル１７が表示されるまでの待ち時間において現場操作模擬盤１３は、カウントダウン表示をしたり、現場に向かう経路にそって移動する画像を表示したりする。
位置認識部２１は、選択信号Ｓの受信時点を訓練員の移動開始時点とみなし、その後の時間経過に伴って仮想移動する訓練員の経路上の位置を現場マップ２０で認識する。
そして画像生成部２２は、この認識された現場マップ２０上の位置に対応するバーチャル画像を生成し現場操作模擬盤１３に表示する。
このように、現場に向かう経路上の移動画面が表示されることで、臨場感のある訓練を実施することができる。

これにより、プラントの現場の操作端を操作したり現場の計器類を視認したりする必要が生じた場合、訓練員が現在居る場所からその現場に到達するまでの時間遅れを考慮した訓練を実施することができる。
そして、その時間で発生する苛酷事象の進展を含めた影響を考慮した訓練を実施することができる。

また、苛酷事象のように刻々とプラント状態が変化することを前提とした対応訓練では、監視及び操作対象となる現場の計器及び操作端を変更したり、現場に移動する途中経路の放射線量が高く危険判断がなされて引き返したりする場合をシミュレーションに反映させることができる。
これにより、苛酷事象の進展を含めた影響を考慮して、操作の優先度が高い現場の計器類や操作端への移動変更を想定した訓練を実施することができる。

さらに表示遅延設定部１８は、現場操作模擬盤１３から入力される移動条件２３に基づいて遅延時間を短縮及び延長させたり、経路の通行禁止表示又は遅延時間の延長を含む障害情報ファイル３５を現場操作模擬盤１３に表示させたりすることができる。

苛酷事故の対応訓練では、放射能漏洩、地震によるプラント施設の崩壊をシミュレーションに反映させる必要がある。
具体的には、放射線量マップ、瓦礫マップを含む障害情報ファイル３５を導入する。
インストラクタ端末１１は、障害情報ファイル３５から放射線量マップ、瓦礫マップを設定することができる。
そして、高放射線量のために通行不能であるポイントが現場に向かう経路上に存在する場合は、その旨の警告が現場操作模擬盤１３に表示され、訓練員は、迂回路を検討することになる。

また、瓦礫が現場に向かう経路上に存在する場合は、その旨の警告が現場操作模擬盤１３に表示されるとともに、この瓦礫を撤去するのに必要な時間が遅延時間に延長設定されることになる。

また苛酷事象の対応訓練では、刻々と変化するプラント状態に合わせて、現場への移動を急ぐ必要が発生する場合がある。この場合、通常は徒歩による移動を、駆け足により移動する必要がある。
または、放射線防御服を着用したり、停電により経路が暗闇であったりして通常より移動速度が遅くなる場合もある。

そこで、そのような状況をシミュレーションに再現するために、インストラクタ端末１１又は現場操作模擬盤１３において、表示遅延設定部１８で設定された遅延時間を短縮又は延長する再設定を可能にする。
これにより、苛酷事象の発生を前提とした訓練では、現場に移動する経路に障害が発生したことをシミュレーションに反映させることができる。

図２に示すシーケンス図を参照して実施形態に係るプラント運転訓練のシミュレーション装置の動作を説明する。
このシミュレーション装置の動作に関与するのは、インストラクタ端末１１を操作するインストラクタ、及び中央制御模擬盤１２及び現場操作模擬盤１３を操作する複数名の訓練員である。
この複数名の訓練員は、中央制御模擬盤１２の操作の担当者と、現場操作模擬盤１３の担当者とに分類される。

まず、インストラクタ端末１１において訓練シナリオが選択されると（Ｓ１１）、この選択された訓練シナリオに基づいてシミュレーション装置１０はプラント運転のシミュレーションを開始する（Ｓ１２）。
シミュレーションされたプロセス信号Ｐは、中央制御模擬盤１２に表示され、訓練員はプラントが正常な運転状態を維持するように中央制御模擬盤１２を監視・操作する（Ｓ１３）。

この訓練の過程において、訓練員が、中央制御模擬盤１２のみに頼る監視・操作では対処しきれないと判断したとする。
そこで、プラント内の指定した現場に向かって、そこにある操作端を直接操作するか計器類を直接監視するかについての指示がなされる（Ｓ１５）。

現場作業を担当する訓練員は、現場操作模擬盤１３に表示される選択画面の中から対象とする操作端を選択する（Ｓ１６）。
すると、シミュレーション装置１０では、この訓練員が現在居ることが想定されている中央制御室からこの操作端が設けられている現場までの移動時間に対応した遅延時間を導出する。

そして、操作端が選択されてから、導出された遅延時間が経過した後に（Ｓ１７）、この操作端の画像が現場操作模擬盤１３に表示される（Ｓ１８）。
現場作業を担当する訓練員は、現場操作模擬盤１３に表示される操作端をバーチャル操作して（Ｓ１９）、シミュレーションに反映させる。

ところで、中央制御模擬盤１２の操作を担当する訓練員と、現場作業を担当する訓練員とは、互いに離れていても無線交信が可能な状況にある。
このために、現場作業を担当する訓練員は、一つの現場の作業を終了した後に、追加の指示を受けて他の現場に向かうことができる。
もしくは、一つの現場に向かう途中で切り上げて、他の現場に向かう設定にすることができる。

この場合、現場作業を担当する訓練員は、再度、現場操作模擬盤１３に選択画面を表示させ、その中から次の操作対象とする操作端を選択する（Ｓ１６）。
すると、シミュレーション装置１０では、この訓練員が現在居ることが想定されている一つの現場（もしくは移動経路の途中位置）から次の操作端が設けられている他の現場までの移動時間に対応した遅延時間を導出する。
その後、前述と同様に（Ｓ１７）から（Ｓ１９）のフロー及び（Ｓ１３）及び（Ｓ１５）のフローが繰り返されて、シミュレーションに反映される。

なお、訓練員が中央制御模擬盤１２及び現場操作模擬盤１３で実施した操作の履歴は、インストラクタ端末１１において監視されている（Ｓ１４）。
そして、シミュレーションが終了し（Ｓ２０）、操作履歴から訓練員による対応の妥当性を評価した後に訓練が終了する（Ｓ２１）。

以上述べた実施形態のプラント運転訓練のシミュレーション装置によれば、プラントの中央制御室から離れた現場に移動して操作端を操作する訓練を伴う場合、訓練員の移動時間が考慮されるために、より現実に近い状況を再現することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

また、プラント運転訓練のシミュレーション装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、プラント運転訓練のシミュレーションプログラムにより動作させることが可能である。

１０…シミュレーション装置、１１…インストラクタ端末、１２…中央制御模擬盤、１３…現場操作模擬盤、１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）…インターフェイス、１５…シミュレーション実行部（実行部）、１６…操作端選択部（選択部）、１７…操作端画像ファイル（画像ファイル）、１８…表示遅延設定部、１９…現場操作反映部、２０…現場マップファイル、２１…位置認識部、２２…画像生成部、２３…移動条件、２４…操作履歴ファイル、３１…訓練シナリオ選択部、３２…センタ指令反映部、３３…訓練シナリオファイル、３４…初期状態ファイル、３５…障害情報ファイル、Ｐ…プロセス信号、Ｄ…指令信号、Ｓ…選択信号、Ｎ…操作信号。

Claims (7)

1. インストラクタ端末、中央制御模擬盤及び現場操作模擬盤に対し信号を送受信するインターフェイスと、
   前記インターフェイスが受信した前記信号に基づいてプラントの運転状態を示すプロセス信号のシミュレーションをする実行部と、
   前記現場操作模擬盤から受信した選択信号に基づいて前記プラントの現場に分散して存在する複数の操作端のうちいずれか一つを選択する選択部と、
   前記現場操作模擬盤に画像表示されバーチャル操作される前記操作端の画像ファイルを保存するデータ保存部と、
   前記選択信号を受信してから所定の遅延時間が経過した後に、前記操作端の前記画像ファイルの前記現場操作模擬盤への表示による前記現場操作模擬盤を操作可能とする表示遅延設定部と、
   前記現場操作模擬盤の表示に対する前記バーチャル操作を前記シミュレーションに反映させる現場操作反映部と、を備えることを特徴とするプラント運転訓練のシミュレーション装置。
2. 請求項１に記載のプラント運転訓練のシミュレーション装置において、
   前記プラントの中央制御室及び前記操作端が存在する現場の間の経路情報を含む現場マップファイルに基づいて、前記選択信号の受信時点における訓練員の位置と、前記選択された前記操作端の位置とを認識する認識部をさらに備え、
   前記表示遅延設定部は、この二つの位置を結ぶ経路に基づいて前記遅延時間を設定することを特徴とするプラント運転訓練のシミュレーション装置。
3. 請求項２に記載のプラント運転訓練のシミュレーション装置において、
   前記表示遅延設定部は、前記経路の通行禁止表示又は前記遅延時間の延長を含む障害情報ファイルを前記現場操作模擬盤に表示させることを特徴とするプラント運転訓練のシミュレーション装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載のプラント運転訓練のシミュレーション装置において、
   前記経路にそって前記操作端に移動するまでの画像を前記現場操作模擬盤に生成する生成部をさらに備えることを特徴とするプラント運転訓練のシミュレーション装置。
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のシミュレーション装置において、
   前記表示遅延設定部は、前記現場操作模擬盤から入力される移動条件に基づいて前記遅延時間を短縮及び延長させることを特徴とするプラント運転訓練のシミュレーション装置。
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のシミュレーション装置において、
   前記インストラクタ端末は、前記中央制御模擬盤及び前記現場操作模擬盤で実施された操作の履歴ファイルが表示されることを特徴とするプラント運転訓練のシミュレーション装置。
7. コンピュータに、
   インストラクタ端末、中央制御模擬盤及び現場操作模擬盤に対し信号を送受信するステップ、
   受信した前記信号に基づいてプラントの運転状態を示すプロセス信号のシミュレーションをするステップ、
   前記現場操作模擬盤から受信した選択信号に基づいて前記プラントの現場に分散して存在する複数の操作端のうちいずれか一つを選択するステップ、
   前記現場操作模擬盤に画像表示されバーチャル操作される前記操作端の画像ファイルを保存するステップ、
   前記選択信号を受信してから所定の遅延時間が経過した後に、前記操作端の前記画像ファイルの前記現場操作模擬盤への表示による前記現場操作模擬盤を操作可能とするステップ、
   前記現場操作模擬盤の表示に対する前記バーチャル操作を前記シミュレーションに反映させるステップ、を実行させることを特徴とするプラント運転訓練のシミュレーションプログラム。

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