JP2015109006A - プラント設計支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】計装機器配置設計を行うに当たり後日のトラブルを少なくすることができるプラント設計支援システムを提供する。【解決手段】プラントを構成する配管及び主要機器の配置についての３次元情報を備えた第１のデータベースと、プラントの制御ロジック、および制御ロジックで使用する計測器の情報を備えた第２のデータベースと、計測器をプラントに設置するときに順守すべき計装配置ルールを記憶している第３のデータベースとを含む記憶装置と、プラントを構成する配管及び主要機器の配置についての３次元情報を用いた処理を行う３次元ＣＡＤ機能と、計測器のプラントにおける計測点を決定する計測点配置機能とを含む演算装置と、演算装置での処理内容を表示する表示装置を備え、表示装置には、プラントを構成する配管及び主要機器が３次元表示され、かつ第３のデータベースに保持する計装配置ルールを順守することができる計測器配置位置に当該計測器が表示されている。【選択図】図１

Description

本発明は、発電プラントや、化学プラントなど大規模な３次元的構造物をもつ産業設備の設計支援システムに係り、特に計装機器配置に関する設計支援を可能とするプラント設計支援システムに関する。

大規模な３次元的構造物をもつ産業設備の設計支援を可能とするプラント設計支援システムについての背景技術として、特許文献１、特許文献２が知られている。

特許文献１には、「プラントの総合エンジニアリング支援を行うプラント総合エンジニアリング支援システムにおいて、プラントの見積もり、受注ネゴ、調達・購入、技術検討、先行設計、建設・土木工事、機器据付工事、配管工事、計装工事、電気設備工事、試験・調整、試運転、試験記録出力、総合運転のエンジニアリング、総合エンジニアリング情報のデータベースの構築を支援する総合運転エンジニアリング情報と、該総合運転エンジニアリング情報の該総合運転エンジニアリング情報データベースの構築を支援することを特徴とするプラント総合エンジニアリング支援システム」と記載されている。

また、特許文献２には、「例えば原子力発電所等の原子力施設のプロセス計装設計において、上流の系統設計仕様を元に、ＣＡＤ、解析ツールを使用し、前記設計支援手段により、上流の系統設計仕様データの各種解析結果を詳細仕様決定に反映させながら機器の自動設計を行うことで、仕様決定等の機器の自動設計が可能となり、設計効率と設計品質の向上を図ることができる原子力計装設計支援システムを提供できる。」と記載されている。

特開２００８−８４０５１号公報 特開２０００−２９２５８４号公報

背景技術に記載したように、上流設計で定まった系統情報を利用した、計装機器の設計支援は従来からおこなわれてきた。しかしながら、これまでは、設計支援の内容は系統の１次元的特徴である圧力、流量や、２次元的特徴である系統機器の配置順序など、２次元の系統図の情報をもとにした支援に限られてきた。

これは、近年、ＣＡＤなどの３次元設計が盛んになったとはいえ、設計の初期段階では、３次元設計は主要な機器・配管の配置設計に限られており、計装配管のような小径配管の配置位置決定は、プラント建設が終了してから現場において適宜実施されることがほとんどであった。仮に３次元データ化されるとしても、それはプラントのメインテナンスと管理のために、配置後の整理の目的で実施されることがせいぜいのところであったためである。

然るに係る設計では、計測点の３次元的位置を把握できないまま、計装機器の設計や、制御ロジックの設計が進むことになる。このため、机上での設計に基づいて実際にプラントを試運転する段階になって初めて、発注した計測機器が不適切なものであったり、制御ロジックで設定した設定値が不適切なものであったりするトラブルが発生し、現地での調整の長期化や、機器の変更によるコスト増をあらかじめリスクとして考慮する必要があった。

以上のことから本発明においては、計装機器配置設計を行うに当たり後日のトラブルを少なくすることができるプラント設計支援システムを提供することを目的とする。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、プラントを構成する配管及び主要機器の配置についての３次元情報を用いて表示装置にプラント構成を表示することによりプラント設計を支援するプラント設計支援システムであって、プラントを構成する配管及び主要機器の配置についての３次元情報を備えた第１のデータベースと、プラントの制御ロジック、および制御ロジックで使用する計測器の情報を備えた第２のデータベースと、計測器をプラントに設置するときに順守すべき計装配置ルールを記憶している第３のデータベースとを含む記憶装置と、プラントを構成する配管及び主要機器の配置についての３次元情報を用いた処理を行う３次元ＣＡＤ機能と、計測器のプラントにおける計測点を決定する計測点配置機能とを含む演算装置と、演算装置での処理内容を表示する表示装置を備え、表示装置には、プラントを構成する配管及び主要機器が３次元表示され、かつ第３のデータベースに保持する計装配置ルールを順守することができる計測器配置位置に当該計測器が表示されていることを特徴とする。

本発明により、３次元画面上で計装配置ルールを順守した計測器位置を決定することができるので、後日のトラブルを軽減することができる。

さらに詳細には、本発明の実施例によれば、計測点の３Ｄ上の位置を設計の初期段階で知ることができるため、適する計測機器の仕様を動作環境にあっているかを事前に確認でき、３Ｄ位置の情報を利用したシミュレーションにより、計測位置での流量の乱れや制御設定値を事前に設定することができる。これにより、プラント建設現地でのトラブルを低減することができる。また、事前のプレゼンとして顧客の要望に合わせて計測点を変更した際のレイアウト、制御の方法の妥当性を顧客に説明することができ、より顧客のニーズにあった設計を実現することができる。さらに、プラントの信頼性の要求レベルとコストとのトレードオフを考慮した、計装系統の多重度の自動設定処理を組み合わせることにより、プラントの信頼性の要求レベルにあった多重度をもつ計装系統の設計とその実現性の確認ができる。

計測点自動配置を行う実施例１に係る設計支援システムの構成例を示す図。 明細書中の説明において標準的に採用する系統構成例を示す図。 図２の配管系統を構成する主要機器の３次元的な配置関係の例を示す図。 図３の配置関係を表す３次元ＣＡＤにおける具体的なデータ表現の例を示す図。 図２の系統図における制御の基本ロジック図の例を示す図。 基本ロジック図の入出力部分における処理を示す図。 計測位置自動配置ルールの具体的な事例を示す図。 計測位置自動配置ルールの具体的な事例を示す図。 主要機器と計測器、弁などの設置位置の関係を示す図。 計測点自動配置機能Ｃ２の具体的な処理内容を示すフロー図。 図１０の処理ステップＳ１４を詳細に示した図。 温度計ＴＥＡ１を配置する際の３ＤＣＡＤにおける画面例を示す図。 計器配置完了時のレイアウトを３ＤＣＡＤにより表示した例を示す図。 ユーザが計測点配置を行う実施例２に係る設計支援システムの構成例を示す図。 ユーザが位置決定していくシステム支援の考え方を示す図。 制約を満たさない機器を３ＤＣＡＤ画面上に表示した例を示す図。 ユーザ確定機器の位置を３ＤＣＡＤ画面上に固定表示した例を示す図。 計装配管自動配置を行う実施例３に係る設計支援システムの構成例を示す図。 計測器位置からＢｏｘ位置まで計装配管を配置することを説明するための図。 最適計装機器・冗長／共用度設定を行う実施例４に係る設計支援システムの構成例を示す図。 計測器の冗長度設計の考え方の例を示す図。 最適計装機器・冗長／共用度設定機能の処理フロー例を示す図。 冗長度変更後の入力信号処理ロジック例を示す図。 冗長度変更後の機器―計測器配置対応表を示す図。 冗長度変更後の系統図を示す図。 冗長度変更後の３ＤＣＡＤ画面を示す図。 シミュレーションによる設定値設定支援を行う実施例５に係る設計支援システムの構成例を示す図。 カルマン流解析によりサーモウエル選定支援を行う実施例６に係る設計支援システムの構成例を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

最初に、本発明に係る計測点自動配置を行う設計支援システムの構成例について、図１を参照して説明する。

図１に示す設計支援システム１は、計算機システムを主体に構成されている。よく知られた計算機システムと同様に、記憶部ＤＢ、演算部Ｃ、画面出力部ＤＰ、システム操作部Ｋｂ、インターフェイス部Ｉ／Ｆ、ユーザインターフェイス部ＵＩ／Ｆなどで構成されている。

より詳細に説明すると、ユーザがシステムの入力を行うためのシステム操作部Ｋｂは、キーボード、マウス、タッチパネルデジタイザーなどで実現されている。表示装置（画面出力部）ＤＰは、ユーザがシステムからの出力を確認するために使用され、タッチパネル液晶のように、システム操作部Ｋｂと画面出力部ＤＰを同じ装置で実現することも可能である。ユーザインターフェイス部ＵＩ／Ｆは、これら外部入出力装置（画面出力部ＤＰ、システム操作部Ｋｂ）とシステムの演算処理の橋渡しをするためのものである。インターフェイス部Ｉ／Ｆは、記憶装置ＤＢと演算処理装置Ｃとの間のデータのやりとりを制御する。

演算処理装置Ｃ内には、計測点自動配置機能Ｃ２、および３次元ＣＡＤ機能Ｃ１が実装されている。記憶装置ＤＢは複数のデータベースで構成されており、ここには基本ロジック図を収納するデータベースＤＢ１、Ｉ−Ｏ基本信号対応ロジック図を収納するデータベースＤＢ２、計測対象格納機器・配管３Ｄレイアウトデータを収納するデータベースＤＢ３、機器−計測器配置対応表を収納するデータベースＤＢ４、計測位置配置ルールを収納するデータベースＤＢ５が格納されている。

以下本発明の実施例の説明を行うに当たり、最初に図２から図９を用いて、記憶装置ＤＢに備えた複数のデータベース（ＤＢ１からＤＢ５）の記憶内容を明らかにしておく。その後に演算処理装置Ｃ内の計測点自動配置機能Ｃ２の処理内容を説明する。かつ以下の説明は、標準的に採用する配管系統図を定義しておき、以後、本実施例では、この図２の系統図に記載された基本設計をもとに計測点を設定する例を説明する。

この標準系統図の例では、配管系統は２つのタンク（ＴａｎｋＡ、ＴａｎｋＢ）と、これらの間で水を循環させる２つのポンプ（ＰＭＰ１、ＰＭＰ２）と、４つのバルブ（ＶＡ１、ＶＡ２、ＶＢ１、ＶＢ２）および４つの温度計（ＴＥＡ１、ＴＥＡ２、ＴＥＢ１、ＴＥＢ２）、２つの流量計（ＦＲ１、ＦＲ２）、４つの水位計（ＬＴＡ１、ＬＴＡ２、ＬＴＢ１、ＬＴＢ２）、４つの配管（ＬＩＮＥ１、ＬＩＮＥ２、ＬＩＮＥ３、ＬＩＮＥ４、）から構成されている。

これにより、タンクＴａｎｋＡから配管ＬＩＮＥ３、ＬＩＮＥ４、タンクＴａｎｋＢ、配管ＬＩＮＥ１、ＬＩＮＥ２を経由してタンクＴａｎｋＡに至る循環系統を構成している。また図２の例では、２つのタンクＴａｎｋＡ、ＴａｎｋＢの間を循環する対象系統の他に、外部系統として、タンクＴａｎｋＡを循環するＯＵＴＡ系統、タンクＴａｎｋＢを循環するＯＵＴＢ系統がある。

なおタンクＴａｎｋＡとタンクＴａｎｋＢとの間を循環する対象系統としは、タンクＴａｎｋＢからタンクＴａｎｋＡへの流れの系統として、タンクＴａｎｋＢからポンプＰＭＰ２までの配管ＬＩＮＥ１と、ポンプＰＭＰ２からタンクＴａｎｋＡまでの配管ＬＩＮＥ２があり、タンクＴａｎｋＡからタンクＴａｎｋＢへの流れの系統としては、タンクＴａｎｋＡからポンプＰＭＰ１までの配管ＬＩＮＥ３とポンプＰＭＰ１からタンクＴａｎｋＢまでの配管ＬＩＮＥ４がある。

３次元ＣＡＤ機能（図１のＣ１）を用いた設計により、図２の主要機器（タンク、ポンプなど）の配管上の配置位置は決定されており、記憶装置ＤＢ内に格納されている。次に図２の配管系統を構成する配管及び主要機器の３次元的な配置関係の例を図３と図４を用いて説明する。

配管及び主要機器の３次元的な配置関係を示す図３において、Ｂｒは建屋である。これによればタンクＴａｎｋＡとタンクＴａｎｋＢはそれぞれ建屋Ｂｒ１、Ｂｒ２内に収納された屋内タンクである。またポンプＰＭＰ１は屋外設置のポンプであり、ポンプＰＭＰ２は建屋Ｂｒ３内に収納された屋内ポンプである。これらを結ぶ配管ＬＩＮＥ１からＬＩＮＥ４は基本的に同一高さ位置に設置されている。

図４は、図３の配置関係を表す３次元ＣＡＤにおける具体的なデータ表現の例を示している。左側にポンプＰＭＰ１、ＰＭＰ２の記載事例、右側に配管ＬＩＮＥの記載事例を示している。これらのデータが、記憶装置ＤＢ内の計測対象格納機器・配管３Ｄレイアウトデータを収納するデータベースＤＢ３に格納されている。

左側のポンプＰｕｍｐ１、Ｐｕｍｐ２は、その３次元中心位置座標を表すデータの例で、２行で、一つのポンプを表している。各データの１行目について、コンマで区切った、最初のデータ”ＰＭＰ１”は機器名を、２番目のデータ”Ｐｕｍｐ”は機器の大分類を、”ｔｙｐｅ１”は小分類を示している。この例では、大分類と小分類の組合せで２行目に記載される中心座標に配置される３次元の部品データが特定される。次に続く４つの数字のうち最初の２つは、部品データを配置する場合の向きを示す仰角と回転角”０”、”０”、次の”１”は、部品の拡大係数を示し、”１”は部品を１．０倍に拡大するものを示す。最後の数字”０”は、部品をＣＡＤ上で表する際のレイヤ番号を示している。また、２行目の３つの数字は部品の中心の３次元座標を示している。

一方、図４右側のデータは、ＬＩＮＥ１からＬＩＮＥ４までの系統を３ＤＣＡＤで表示するための情報を示したものである。１行目のコンマで区切られた各データは、”ＬＩＮＥ１”がライン名、“Ｉ／Ｆ”が口径、”１０”が配管肉厚、”６”が以後のデータ行数を示す。その次の行から始まるデータは、配管ラインの中心性を線分で区切って示したもので、２行一組で一つの線分を表す。それぞれの行の最初の番号は、各系統中の線分の番号をしめしている。次の３つの数字は、線分端点の３次元座標を、もし曲がりＲがある場合には、最後にその数字が記載される。

図５は、図２の系統図における制御の基本ロジック図の例であり、ポンプＵＭＰ１、ＰＵＭＰ２の制御ロジックを表している。また図６は基本ロジック図の入出力部分における処理を示す図である。図５の基本ロジック図は、図１の記憶装置ＤＢ内の基本ロジック図を収納するデータベースＤＢ１内に格納されている。図６の入出力部分における処理を示す図は、図１の記憶装置ＤＢ内のＩ−Ｏ基本信号対応ロジック図を収納するデータベースＤＢ２内に格納されている。

まず図６は、図２の計装関係機器が２重系を構成していることから、各計測器について平均値を求めて、図５の基本ロジック図に反映させることを表している。例えば２つの流量計（ＦＲ１、ＦＲ２）について、平均値回路ＡＶ１で平均値を求めてこれを流量の制御用計測信号ＦＲとする。同様に２つの水位計（ＬＴＡ１とＬＴＡ２、ＬＴＢ１とＬＴＢ２）について、それぞれ平均値回路ＡＶ２、ＡＶ３で平均値を求めてこれをそれぞれ水位の制御用計測信号ＬＴＡ、ＬＴＢとしている。また２つの温度計（ＴＥＡ１とＴＥＡ２、ＴＥＢ１とＴＥＢ２））について、それぞれ平均値回路ＡＶ４、ＡＶ５で平均値を求めてこれをそれぞれ温度の制御用計測信号ＴＥＡ、ＴＥＢとしている。

このことからも明らかなように、図６中の２重丸は、図２の系統図に示された計測器が検知した制御用計測信号値で、図６に示す平均値を求めるロジックに従って、センサからの信号を加工して制御ロジックに用いる入力信号としたものである。

図５は、図６の平均値を帰還値として図２のポンプ（ＰＭＰ１、ＰＭＰ２）を制御するロジックを示している。ここでは関数発生器Ｆ１Ａ、Ｆ１Ｂにおいて、水位信号ＬＴの温度信号ＴＥによる補償を実施する。その後、減算回路ＳＵＢ１、ＳＵＢ２において水位設定器ＬＳＡ、ＬＳＢからの偏差を求める。ポンプ制御ロジックＰＬでは、流量一定とすべくポンプ制御を実施するものであるが、先行制御信号として各タンクＴａｎｋの推移偏差信号を用いることを示している。

図５のロジックは全体としてタンクＴａｎｋＡ、ＴａｎｋＢの水位、およびタンクＴａｎｋＡ、ＴａｎｋＢを循環する系統の温度、流速（流量）の計測信号からポンプＰｕｍｐ１、Ｐｕｍｐ２の動作を定める制御ロジックを記載したものである。

図７、図８は、図１の記憶装置ＤＢ内の計測位置自動配置ルールについてのデータベースＤＢ５の具体的な事例を示した図である。

このうち図７は、計測機器の配置のルールの例として、電磁流量計を計測器として採用するときのルールに関するものである。この例では、電磁流量計の近傍に、モータ、変圧器など電磁波を発生する機器があると正確に計測できないため、モータ、変圧器から３メートル以上離して設置すべきことのルールである。

図８は、流量計、温度計、圧力計などの計測機器を設置する際の配管のレイアウト上の制約を記載したものである。なお図８において点線の矢印は流れの方向を示し、左から右に流体が流れる場合のルールを示している。また、Ｄは配管の口径を示す。

この例では、１４１０は流量計、温度計、圧力計のいずれかである。一番上の図の１４１１は、バルブを示し、計測機器１４１０の位置は、バルブ１４１１のフランジの下流側に口径Ｄの１０倍以上離れていなければならず、上流側に、口径Ｄの２倍以上離れていなければならない事を示す。

図８中央において１４１２は、一般に“Ｔ”と呼ばれる、Ｔ字型に配管を分岐させる配管部品（Ｔ字分岐配管）で、計測機器１４１０の位置は、”Ｔ（１４１２）”のフランジから下流側に口径の５倍以上離れていなければならないことを示す。これに対して、”Ｔ”の上流側には制約はない。

図８下の１４１３は、ベントと呼ばれる配管曲げ部品で、この場合も”Ｔ字分岐配管Ｔ”と同様、下流側では口径Ｄの５倍以上計測機器１４１０は離れていなければならいが、上流側には制約はない。

図２の系統図に示された基本設計結果では、配管ＬＩＮＥ１には、流れ方向順に、温度計ＴＥＢ２、バルブＶＢ２の順に機器が配置され、配管ＬＩＮＥ２には、流れ方向順に、バルブＶＡ２、温度計ＴＥＡ１が配置され、配管ＬＩＮＥ３には、流れ方向順に、温度計ＴＥＡ２、流量計ＦＲ１が、配管ＬＩＮＥ４には、流れ方向順に、バルブＶＢ１、流量計ＦＲ２、温度計ＴＥＢ１の順に配置されている。

図９は、配管及び主要機器と計測器、弁などの設置位置の関係を示している。例えば各ラインＬＩＮＥに対して、どの計器・バルブを設置するかを示したもので、流れ方向の順に設置する機器がラインごとに記載されている。例えば１行目は、”ＬＩＮＥ１”について、流れ方向に”ＴＥＢ２”、”ＶＢ２”の順に機器が設置されることを意味している。同様に２行目は、”ＬＩＮＥ２”について流れ方向に”ＶＡ２”、”ＴＥＡ１、”の順に機器が設置され、３行目は、”ＬＩＮＥ３”について流れ方向に”ＴＥＡ２”、”ＦＲ１”、”ＶＡ１”の順に機器が設置され、４行目は、”ＬＩＮＥ４”について流れ方向に”ＶＢ１”、”ＦＲ２”、”ＴＥＢ１”の順に機器が設置されていることを表している。また図９では、タンクＴａｎｋＡ、ＴａｎｋＢについて、ここに設置する計測器として水位計（ＬＴＡ１、ＬＴＡ２、ＬＴＢ１、ＬＴＢ２）との対応関係を保持している。

図９に示した主要機器と計測器、弁などの設置位置の関係は、図１の記憶装置ＤＢ内の機器−計測器配置対応表を収納するデータベースＤＢ４に格納されている。

以上、図２から図９を用いて記憶装置ＤＢに備えた複数のデータベース（ＤＢ１からＤＢ５）の記憶内容を明らかにした。図１の演算処理装置Ｃ内の計測点自動配置機能Ｃ２では、以上説明した各種のデータを用いて以下の処理を実行する。計測点自動配置機能Ｃ２の処理内容は、図１０に示されている。

図１０の計測点自動配置機能Ｃ２の処理フローでは、処理ステップＳ１０で処理を開始すると、最初に処理ステップＳ１１において、主要機器の３Ｄデータを図１の記憶装置ＤＢ内の計測対象格納機器・配管３Ｄレイアウトデータを収納するデータベースＤＢ３から読み込む。なおこの段階では他のデータベースの記憶内容も読み込んでおいてもよい。また適宜の場面で他のデータベースの記憶内容を読み込んでもよい。以下の説明では適宜のタイミングで記憶内容を参照して判断に使用するものとし、逐一何をどこから入手するのかを特に必要がない限り説明を省略する。

処理ステップＳ１２では、計測器配置の前にバルブの配置が可能であるかを確認する。またこの処理では、その前提として配置位置未決定のバルブが存在することを確認している。一般の３次元ＣＡＤを用いた設計では、配管及び主要機器については配置決定しているが、各配管のバルブまで配置決定することはしていないのが通例である。特に、主配管であればともかく、補機などの周辺機器に関する配管などでは、バルブ位置まで初期段階で決定することは稀である。このため、配置未決定のバルブがある場合には、バルブ配置の可能性を検証する。

バルブ配置が不可能である場合には、以降の計測器位置決定が行えないので、処理ステップＳ１６に移り、ここでの処理は終了する。この問題については、より上位の主要機器の配管設計に遡って対応しなおす必要がある。

バルブ配置が可能である場合には、処理ステップＳ１３に移り、バルブの位置を決定する。図２の配管事例では、配管ＬＩＮＥ１のバルブＶＢ２、配管ＬＩＮＥ４のバルブＶＢ１などについての配置位置を決定することになる。なおここでは記載しないが、バルブ配置を決定する場合にも位置上の制約条件が存在する。他方、次段処理で行う計測器の配置位置決定のためには、バルブ配置位置は許容範囲のどこでもよいわけではなく、計測器の配置位置を考慮した位置にしておくことが有効である。

さらにバルブ配置位置が決定すると、処理ステップＳ１４において計測器配置が可能であるかを確認する。処理ステップＳ１５では計測器配置を決定し、すべてのバルブとすべての計測器の配置が完了すると処理ステップＳ１６に移り、終了する。

以上図１０の処理内容を、順を追って説明したが、実際にバルブや計測器の配置を決定する場合には、処理ステップＳ１２から処理ステップＳ１５までの処理は、例えば以下のように一体として進められる。

例えば最初に、図３の配管レイアウトにおけるＴ字分岐配管Ｔやエルボウ（図８の中段および下段参照）の配置位置で、ラインを部分ラインに分断する。図４の計測対象格納機器・配管３Ｄレイアウトデータを収納するデータベースＤＢ３において、配管ＬＩＮＥ１について、１、２、３の番号を付して２行ごとに記述されているのが、部分ラインを意味していると考えてよい。

これにより、配管ラインは有限個に分断されるので、部分ラインに、図９の機器−計測器配置対応表を収納するデータベースＤＢ４に記載の順にバルブ、計装機器をおくとすると、置き方の組合せは有限個になる。例えば配管ＬＩＮＥ１では、温度計ＴＥＢ２とバルブＶＢ２をこの順に置くことになる。たとえばＬＩＮＥ１が２つの部分Ｌ１１．Ｌ１２にエルボウまたはＴ字分岐配管Ｔによって分割されたとすると、ここでの組合せは、Ｌ１１にＴＥＢ２とＶＢ２の双方をおくか、Ｌ１１にＴＥＢ２のみ置きＬ１２にＶＢ２をおくか、それとも全部をＬ１２に置くかの３つである。

組合せがきまると、部分ラインＬ１１．Ｌ１２の長さはきまっているので、その長さから図８の中段および下段に記述したルールを満たすことができるか判定できる。つまり中段のＴ字分岐配管Ｔのケースでは、長さが口径の５倍より短い場合には、計測機器をおくことができない。また、バルブを置くと仮定した部分ラインに計測器も置く場合には、部分ラインの長さが配管口径の１０倍より長くなければならない。

すべての配置の組合せに対して、ルールを満たすことができない場合、ＮＧを出力して処理ステップＳ１６にて終了する。

もし、ＯＫの場合には、ＯＫとなる部分ラインのどこかにバルブを人手または計算機により配置する。人手による配置の場合でも、図８の上段のルールを満たし得る位置の範囲を３ＤＣＡＤ上で表示するなどの支援が考えられる。また、計器を置いたあと計測機器の配置が可能な範囲の中から、どの位置に置くかを、バルブ配置ルール等であらかじめ設定することに依ってバルブを自動配置することも可能である。

なお、人手を介して配置決定する場合には、設計支援システムは適宜画面出力部ＤＰに現状の表示を行い、ユーザの判断を支援する。例えばバルブや配管の配置と、図７、８に示したルールをもとに、計測機器を配置することができる設置可能範囲を３Ｄ画面上で表示する。ユーザは表示された設置可能範囲の中から、人手によりバルブなどの配置を処理ステップＳ１５にて配置する。この場合も、配置可能な範囲のどこに計測機器を置くかのルールを別途組み込んでおけば、自動配置可能である。このように配置が成功すれば、ステップＳ１６において、配置処理は成功終了する。

図１２に、バルブＶＡ２配置後、温度計ＴＥＡ１を図１０の処理ステップＳ１５でＬＩＮＥ２上に配置する際の３ＤＣＡＤにおける設定支援機能の画面例を示している。計器ＴＥＡ１の設定位置は、ＬＩＮＥ２の中心線上の、制約条件範囲Ｒ（点線でかこった部分）に限定され、ユーザは容易に設定を行うことができる。

図１３に最終的に計器の３次元配置が完了した際のレイアウトを３ＤＣＡＤにより表示した例を示す。

以上の処理により、主要機器・配管の３次元配置を容易に実現することができる。

図１１は、図１０で説明した計器配置決定処理フローにおいて、処理ステップＳ１４を実行する際にさらに考慮すべき事項を定めた処理フローである。図１１では、計測器を設置する候補位置が定まったという前提で実行される。

例えば、配管ＬＩＮＥ２に温度計ＴＥＡ２を設置できる候補箇所が定まったとする。図１１では次になすべき事項として温度計として具体的に何を使用するのか、その候補を選択していく。処理ステップＳ１４Ａと処理ステップＳ１４Ｂが計器候補抽出処理に相当している。

計器候補抽出処理のうち、処理ステップＳ１４Ａでは計器性能チェックの観点から、使用する温度計ＴＥＡ２を絞り込んでいく。なお、この絞込みの前提として図１の記憶装置ＤＢ内の計測位置自動配置ルールのデータベースＤＢ５の一部として、計測器の仕様情報が登録されているものとする。これらの仕様内容は、計測器型式ごとの寸法（配管径、サイズなど）、電源、使用環境、測定範囲、接続方式、出力種別、計測方式、測定対象、材質、信号変換方式、本質安全対策、強度特性など、多岐にわたり準備されていることが望ましい。

処理ステップＳ１４Ａ１では、計器性能チェックとして運転時の計器環境を評価する。設計設定値を抽出し、あるいはシミュレーションによる評価を判断する。処理ステップＳ１４Ａ２では、計器性能チェックとして測定環境条件（温度、圧力、放射能）での使用に耐える条件を満たすかを判断する。処理ステップＳ１４Ａ３では、計器性能チェックとして測定範囲による絞り込みを行う。このようにして、選定箇所で使用可能な計器の型式が限定され、絞り込まれていく。

次に絞り込まれた計測器はさらに処理ステップＳ１４Ｂにおいて、空間条件からのチェックを受ける。温度計ＴＥＡ２を設置できる候補箇所に、絞り込んだ計測器を配置できるだけの空間が確保されていることをチェックする。このため、処理ステップＳ１４Ｂ１では、計測器本体を取り付けるための、あるいは付随的に使用することになる部品（付属部品）候補の情報を収集する。

そのうえで処理ステップＳ１４Ｂ２では、配置案を生成する。この配置案は、直間部距離制約、付属品配置制約、設置対象箇所でのヘッドクリアランス、人の体格が装置の近くに入れる空間についてのアクセスビリティなどの観点からも評価される。

計器性能面、あるいは空間条件の面から最終的に絞り込まれた計器は、さらにその上で処理ステップＳ１４Ｃにおいて、設置、運用開始後の定期点検などの場面での、保守環境面からもチェックされる。ここでは、作業対象箇所でのヘッドクリアランス、人の体格が装置の近くに入れる空間確保についてのアクセスビリティなどが考慮される。また運転中保守を行い、その場所で計器読み取り確認などの作業がある場合には、その場の温度、放射線、電磁波、明るさなどの運用保守条件を満たすことが要求される。また停止時における部品取替え、点検時の環境条件なども考慮される。

以上の各面において評価され、性能からも、空間条件からも、その後の保守環境の面からも妥当と判断された計測器と、その付属品の組み合わせが、最終的に選択されていく。

図１４に示す実施例２は、図１の実施例１にさらに計測点妥当性評価機能Ｃ３と計測点妥当性検証ルールのデータベースＤＢ６を組み込んだものである。図１の実施例１における計測点自動配置機能Ｃ２が自動的に計測点配置を決定していくものであるに対し、計測点妥当性評価機能Ｃ３では逐一の判断にユーザが介入し、システムからの支援による画面表示を参照しながらユーザが位置決定していくシステム支援の考え方を採用したものである。

この例でも、実施例１と同様、配管及び主要機器の配置（図３）、計装機器の配置順序と配管ラインの関係（図２、図９）が設定されているとする。このとき、人手で配置した計測点を、図７、および図８のルールによりチェックするもので、処理手順を図１５に示す。

図１５に示す処理手順では、処理ステップＳ２１において３Ｄ配置データをシステムに読込み、処理ステップＳ２２においてバルブ、計器のラインをユーザが確認（正しい順序で正しいラインに各機器が配置されているか）し、さらに処理ステップＳ２３において、すべてのラインについて図７および図８の配置制約をチェックして、ＯＫならば、処理ステップＳ２４で成功終了とし、図１３の最終配置を３ＤＣＡＤで表示し、ＮＧであれば、処理ステップＳ２５で終了とし、制約を満たさない機器を３ＤＣＡＤ画面上で図１６のＸのように枠で囲うなどして強調表示するとともに、みたさないルールを表示する。

図１４の実施例により、人手によるレイアウトチェックおよび自動レイアウトを並行して行うことができる。このとき、既にユーザによって確定した機器の位置が自動で動かないように、例えば、図１７に示す３ＤＣＡＤ画面上で、動かさない機器をピックして固定するようにするのがよい。また固定した機器であることが確認できるように、Ｙで示すように注意表示しておくのがよい。

実施例１、２においては、計測器の設置位置を定めるための手法を説明してきた。これに対し、次の段階では計測器からの信号を計測器盤などの設置箇所まで導くための計装配管を設置する必要がある。計測器から計測器盤までの間を無線で信号を飛ばすこともあるが、有線とするときにはケーブルを収納するダクトなどの計装配管のルートを定める必要がある。

図１８に示す実施例３は、さらに計装配管自動配置機能Ｃ４と計装配管自動配置ルールを収納したデータベースＤＢ７を追加したものである。上記実施例によって配置された計測機器には、無線で信号を飛ばすものもあるが、計装配管を通して図１９の計測器盤Ｂｏｘまで配線する場合には、上記実施例の機能により計装機器の位置を自動設定できるので、これをもとに２点の位置情報から従来技術として存在する配管自動レイアウト技術を利用して、自動的に計装配管のレイアウトを設定できる。これにより、設計の初期段階での配管物量の評価を、従来よりも正確にすることができる。

計装配管自動配置機能Ｃ４と計装配管自動配置ルールを収納したデータベースＤＢ７は、計装機器の位置と計測器盤Ｂｏｘ位置との２点の位置情報から、計装配管のルートを設定するものであり、従来公知の配管自動レイアウト技術を利用して実現が可能である。

図２０に示す実施例４は、上記実施例に、最適計装機器・冗長／共用度設定機能Ｃ５を追加したものである。

計測器の冗長度設計の考え方について図２１を用いて説明する。まず図２の配管系統では、計測器として温度計ＴＥＡ、ＴＥＢ、流量計ＦＲ、水位計ＬＴＡ、ＬＴＢを使用する。図２１では、信頼性とコストのバランスに基づき、制御用計測の冗長度を定める表の例を示している。左端の列が、コストと信頼性の重みのバランスの３つのケースを示したもので、真ん中が標準的なばあい、上がコスト重視の場合、下が、信頼性重視の場合である。
たとえば、コスト重視の場合、ＦＲ、ＬＴＡ、ＬＴＢは、標準の場合と同じ２重系であるが、ＴＥＡ、ＴＥ＝Ｂは、標準の場合が２重系であるのに対し、１重系となる。

これらの計測器の信頼性を高めるのであれば、多重系構成を採用すればよく、コスト重視するのであれば単重系構成を採用すればよい。またプラント全体が多重系とされるのではなく、配管系統などの重要度に応じて適宜コスト重視の設計が行われる。例えば図２１のコスト重視の考え方では、主要計測器である流量計ＦＲ、水位計ＬＴＡ、ＬＴＢは二重化するが、水位の補償用に使用される温度の計測器ＴＥＡ、ＴＥＢはその重要性からして単重系構成とすることが許容できる。

最適計装機器・冗長／共用度設定機能Ｃ５では、係る要望に応じて、適宜の単位ごとに多重系を選択可能とするものである。この場合の処理の流れを図２２に示す。

まず処理ステップＳ２１では冗長度設定処理を行う。冗長度設定処理は、あらかじめ対象プラントの信頼性の要求とコストの要求のバランスに基づき、各制御用計測信号の評価に用いる計測機器の冗長度を定めた表示を用意し、その表に基づいて各系統の計測機器の個数を設定する処理である。ここでは、例えば流量計ＦＲ、水位計ＬＴＡ、ＬＴＢは二重化するが、温度計ＴＥＡ、ＴＥＢは単重系とすることを指定する。

次の処理ステップＳ２１では、ライン構成設定処理を行う。ユーザが上記のコスト重視案をシステム操作部Ｋｂから指定、選択すると、標準の場合、図６のようになっていた入力信号処理ロジックは、自動的に、図２３のように変更される。温度計ＴＥＡ２、ＴＥＢ２が削除されている。

これに従って、図９に示した機器―計測器配置対応表のデータベースＤＢ４内の情報（各ラインに対する、計器・バルブの設置順）が、標準の図９から図２４のように変換される。温度計ＴＥＡ２、ＴＥＢ２が削除されている。さらに系統図も図２から、図２５のように変換される。

これに基づき、上記実施例と同様の処理で、計測機器のレイアウトが実行され（処理ステップＳ２３）、図２６に示すように３ＤＣＡＤ上に表示される。

図２７の実施例５は、シミュレーションによる設定値設定支援機能Ｃ６を追加したものである。

計測器が出力する値の中には、高さ位置に依存するものがある。例えば水位計の場合、その検出値は基準位置からの高さの信号である。このため、基準位置をどこに置くかによって計測器の検出値の意味する高さが相違することがある。特に水位検出値をその基準値と比較する場合に、設定値と検出値の双方が同一基準位置に合わせられている必要がある。

計測機器の位置がきまることにより、従来技術として存在する配管シミュレーションにより、図５の設定器ＬＳＡの値を１０００から９００に変更することにより、検出器との間の基準位置を修正することができる。このように、制御用設定値を設計の処理段階に設定することができ、現地での調整作業やロジックの実装の際の手間を減らすことができる。

図２８の実施例６は、カルマン流解析によりサーモウエル選定支援機能Ｃ７を追加したものである。

計測機器の位置がきまることにより、従来技術として存在するカルマン流解析機能により、流体解析の観点から計測点位置の妥当性を検証しさらに信頼性を高めるとともに、サーモウエルの選定の妥当性を事前にチェックすることにより現地でのトラブルを削減することができる。

Ｃ：演算装置
Ｃ１：三次元ＣＡＤ機能
Ｃ２：計測点自動配置機能
Ｃ３：計測点妥当性検証機能
Ｃ４：計装配管自動配置機能
Ｃ５：最適計装機器・冗長／共用度設定機能
Ｃ６：シミュレーションによる設定値設定支援機能
Ｃ７：カルマン流解析によるサーモウエル選定支援機能
ＤＢ：記憶装置
ＤＢ１：基本ロジック図のデータベース
ＤＢ２：Ｉ−Ｏ基本信号対応ロジック図のデータベース
ＤＢ３：計測対象格納機器配管３Ｄレイアウトデータのデータベース
ＤＢ４：機器―計測器配置対応表のデータベース
ＤＢ５：計測位置自動配置ルールのデータベース
ＤＢ６：計測点妥当性検証ルール
ＤＢ７：計装配管自動配置ルール
ＤＰ：システム画面出力装置
Ｉ／Ｆ：インターフェイス部
Ｋｂ：システム操作装置
ＬＩＮＥ：配管
ＬＳ：設定器
ＰＭＰ：ポンプ
Ｔａｎｋ：タンク
ＵＩ／Ｆ：ユーザインターフェイス部

Claims (9)

1. プラントを構成する配管及び主要機器の配置についての３次元情報を用いて表示装置にプラント構成を表示することによりプラント設計を支援するプラント設計支援システムであって、
   プラントを構成する配管及び主要機器の配置についての３次元情報を備えた第１のデータベースと、前記プラントの制御ロジック、および制御ロジックで使用する計測器の情報を備えた第２のデータベースと、前記計測器を前記プラントに設置するときに順守すべき計装配置ルールを記憶している第３のデータベースとを含む記憶装置と、
   前記プラントを構成する配管及び主要機器の配置についての３次元情報を用いた処理を行う３次元ＣＡＤ機能と、前記計測器の前記プラントにおける計測点を決定する計測点配置機能とを含む演算装置と、
   前記演算装置での処理内容を表示する表示装置を備え、
   前記表示装置には、プラントを構成する配管及び主要機器が３次元表示され、かつ前記第３のデータベースに保持する計装配置ルールを順守することができる計測器配置位置に当該計測器が表示されていることを特徴とするプラント設計支援システム。
2. 請求項１に記載のプラント設計支援システムであって、
   前記第３のデータベースに保持された計装配置ルールは、配管及び主要機器に対して所定距離を置いて計測器を配置することのルールを含むことを特徴とするプラント設計支援システム。
3. 請求項２に記載のプラント設計支援システムであって、
   前記第３のデータベースに保持された計装配置ルールは、前記配置ルールを順守して決定された計測器設置予定位置において、必要な計測器性能を発揮し得、かつ当該位置に十分な空間を持って設置可能な計測器を得るための仕様情報を含むことを特徴とするプラント設計支援システム。
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設計支援システムであって、
   前記演算装置は、前記表示装置に、前記第３のデータベースに保持する計装配置ルールを順守することができる計測器配置位置の候補を画面表示し、ユーザが選択した計測器配置位置を確定情報として取り込むことを特徴とするプラント設計支援システム。
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設計支援システムであって、
   前記表示装置には、前記配管上にバルブ位置が併せて表示されるとともに、該バルブ位置が特定されてから前記計装配置ルールを順守することができる計測器配置位置に計測器が表示されることを特徴とするプラント設計支援システム。
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設計支援システムであって、
   前記演算装置は、前記計測器配置位置が定められたときに、当該配置位置から計測器盤設置位置に至る計装配管の配置ルートを定める計装配管配置機能を備えていることを特徴とするプラント設計支援システム。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラント設計支援システムであって、
   前記演算装置は、ユーザからの計測器の冗長／共用度の設定を受けて、前記計測器配置位置の決定処理に反映させる最適計装機器・冗長／共用度設定機能を備えていることを特徴とするプラント設計支援システム。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラント設計支援システムであって、
   前記演算装置は、前記計測器配置位置が定められたときに、当該配置位置を前記第２のデータベースの制御ロジックで使用する計測器の設定値に反映させる設定値設定支援機能を備えていることを特徴とするプラント設計支援システム。
9. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラント設計支援システムであって、
   前記演算装置は、前記計測器配置位置が定められたときに、流体解析の観点から計測点位置の妥当性を検証し、サーモウエルの選定の妥当性をチェックする
   情報を備えたサーモウエル選定支援機能を備えていることを特徴とするプラント設計支援システム。

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