JP2022178407A - プラント運転訓練システム、同期方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】よりリアリティの高いプラント運転の訓練環境を実現すること。
【解決手段】実施形態のプラント運転訓練システムは、シミュレーションにより対象プラントの仮想モデルである仮想プラントを生成するシミュレータ装置と、前記対象プラントを仮想現実空間に再現したＶＲプラントの映像を表示する端末装置と、を備え、前記シミュレータ装置は、前記仮想プラントの状態を前記端末装置に通知するための同期情報を生成して前記端末装置に供給する第１同期部を備え、前記端末装置は、前記シミュレータ装置から供給される前記同期情報に基づいて前記ＶＲプラントの状態を更新する第２同期部と、前記第２同期部によって管理される前記ＶＲプラントの状態に基づいて前記ＶＲプラントの映像を生成する表示制御部と、を備えるプラント運転訓練システムである。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラント運転訓練システム、同期方法、およびプログラムに関する。

従来、人間の３Ｄモデルデータに基づいて仮想空間内にアバターを表示するとともに、当該アバターをユーザの操作に応じて動作させ、仮想空間内の機器とアバターの位置関係に基づいて当該機器のインタフェース詳細画面を表示させるプラント運転訓練装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

国際公開第２０１５／０５３２６６号

しかしながら、特許文献１の技術によるプラント運転の訓練は、プラント運転の訓練を受ける者が、仮想空間が表示されたモニタを見ながらアバターを操作するものであるためリアリティに欠け、必ずしも効果的な訓練とならない可能性があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、よりリアリティの高いプラント運転の訓練環境を実現することができるプラント運転訓練システム、同期方法、およびプログラムを提供することを目的の一つとする。

本発明の一態様は、シミュレーションにより対象プラントの仮想モデルである仮想プラントを生成するシミュレータ装置と、前記対象プラントを仮想現実空間に再現したＶＲプラントの映像を表示する端末装置と、を備え、前記シミュレータ装置は、前記仮想プラントの状態を前記端末装置に通知するための同期情報を生成して前記端末装置に供給する第１同期部を備え、前記端末装置は、前記シミュレータ装置から供給される前記同期情報に基づいて前記ＶＲプラントの状態を更新する第２同期部と、前記第２同期部によって管理される前記ＶＲプラントの状態に基づいて前記ＶＲプラントの映像を生成する表示制御部と、を備えるプラント運転訓練システムである。

本発明の一態様は、上記のプラント運転訓練システムであって、前記端末装置は、前記ＶＲプラントの操作端に対する状態変更操作の入力を受け付ける入力部をさらに備え、前記第２同期部は、前記状態変更操作を示す同期情報を前記シミュレータ装置に供給するとともに、前記状態変更操作による前記操作端の状態変更が前記仮想プラントに反映されたことを示す同期情報が前記シミュレータ装置から受信されたことに応じて前記操作端の状態変更を前記ＶＲプラントの状態に反映する。

本発明の一態様は、上記のプラント運転訓練システムであって、前記シミュレータ装置および前記端末装置は、前記同期情報のフォーマットを定義したインタフェース情報を予め共有しており、前記第２同期部は、前記インタフェース情報に基づいて前記同期情報を生成し、前記第１同期部は、前記同期情報および前記インタフェース情報に基づいて前記状態変更操作の対象および操作の内容を認識する。

本発明の一態様は、上記のプラント運転訓練システムであって、前記シミュレータ装置および前記端末装置は、前記同期情報のフォーマットを定義したインタフェース情報を予め共有しており、前記第１同期部は、前記インタフェース情報に基づいて前記同期情報を生成し、前記第２同期部は、前記同期情報と前記インタフェース情報に基づいて前記仮想プラントの状態を認識する。

本発明の一態様は、上記のプラント運転訓練システムであって、前記インタフェース情報は、前記同期情報により通知される状態を示す情報と、前記状態の主体を示す情報と、前記同期情報の供給先または供給元を示す情報とを含む。

本発明の一態様は、上記のプラント運転訓練システムであって、前記第２同期部は、前記ＶＲプラントにおける利用者の位置情報を前記シミュレータ装置に供給し、前記第１同期部は、前記端末装置から供給された前記位置情報に基づき、前記ＶＲプラントにおいて前記利用者を含む所定の範囲内に存在する機器を特定し、前記仮想プラントの状態を示す情報のうち、特定した前記機器に関する情報を前記同期情報として前記端末装置に供給し、前記第２同期部は、前記シミュレータ装置から供給された前記同期情報に基づき、前記ＶＲプラントにおける前記機器の状態を更新する。

本発明の一態様は、上記のプラント運転訓練システムであって、前記第１同期部は、前記仮想プラントの状態を示す情報のうち、直前の計算結果から状態が変化した要素に関する情報を同期情報として前記端末装置に供給する。

本発明の一態様は、シミュレーションにより対象プラントの仮想モデルである仮想プラントを生成するシミュレータ装置と、対象プラントが仮想現実空間に再現されたＶＲプラントの映像を表示する端末装置とが、前記仮想プラントの状態と前記ＶＲプラントの状態とを同期する方法であって、前記シミュレータ装置が、前記仮想プラントの状態を前記端末装置に通知するための同期情報を生成して前記端末装置に供給する第１同期ステップと、前記端末装置が、前記シミュレータ装置から供給される前記同期情報に基づいて前記ＶＲプラントの状態を更新する第２同期ステップと、前記端末装置が、前記第２同期ステップによって管理される前記ＶＲプラントの状態に基づいて前記ＶＲプラントの映像を生成する表示制御ステップと、を有する同期方法である。

本発明の一態様は、シミュレーションにより対象プラントの仮想モデルである仮想プラントを生成するシミュレータ装置と、対象プラントが仮想現実空間に再現されたＶＲプラントの映像を表示する端末装置とを備えるプラント運転訓練システムにおいて、前記シミュレータ装置に、前記仮想プラントの状態を前記端末装置に通知するための同期情報を生成して前記端末装置に供給する第１同期ステップを実行させ、前記端末装置に、前記シミュレータ装置から供給される前記同期情報に基づいて前記仮想プラントの状態を更新する第２同期ステップを実行させ、前記端末装置に、前記第２同期ステップによって管理される前記仮想プラントの状態に基づいて前記仮想プラントの映像を生成する表示制御ステップを実行させるプログラムである。

本発明の一態様によれば、よりリアリティの高いプラント運転の訓練環境を実現することができる。

第１実施形態のプラント運転訓練システムの構成例を示す図である。 ＶＲデータに含まれる三次元データの一例を示す図である。 ＶＲプラントの各オブジェクトの状態を視覚的に識別することができるように構成されたＶＲ映像の一例を示す図である。 第１実施形態におけるＩＦ情報の一例を示す図である。 第１実施形態のＶＲ端末装置においてバルブＶ１の開度を変更する操作が入力された場合のＶＲ映像の表示例を示す図である。 第１実施形態のプラントシミュレータが実行する第１同期処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第１実施形態のＶＲ端末装置が実行する第２同期処理の流れの一例を示すフローチャートである。 ＶＲ端末装置とプラントシミュレータとの連携動作により、或る操作端について変更された状態がＶＲプラントと仮想プラントとの間で同期される流れの一例を示すシーケンスチャートである。 第２実施形態のプラント運転訓練システムの構成例を示す図である。 第２実施形態の同期部が同期情報により仮想プラントの状態変化を通知する範囲の一例を示す図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態のプラント運転訓練システム１Ａの構成例を示す図である。図１に示すプラント運転訓練システム１Ａは、対象プラントの仮想モデル（以下「仮想プラント」という。）を用いて対象プラントの運転操作を訓練するシステムである。プラント運転訓練システム１Ａは、例えばＶＲ端末装置１０およびプラントシミュレータ２０を備える。ＶＲ端末装置１０とプラントシミュレータ２０とはネットワークＮＷを介して通信可能である。ＶＲ端末装置１０およびプラントシミュレータ２０は、ネットワークＮＷを介して同期情報をやり取りすることにより、それぞれが管理する仮想プラントの状態を同期する。

例えば、ＶＲ端末装置１０は、いわゆるＶＲゴーグルであり、利用者に仮想現実（ＶＲ：Virtual Reality）を知覚させることができる頭部装着型の端末装置である。ＶＲ端末装置１０は、プラントシミュレータ２０によって管理される仮想プラントの状態に基づいて対象プラントを仮想現実空間に再現するとともに、対象プラントが再現された仮想現実空間の映像を（以下「ＶＲ映像」という。）をディスプレイに表示する。利用者（訓練対象者）は、ＶＲ端末装置１０を装着してＶＲ映像を視聴することにより、あたかも自身が実際の対象プラントに存在しているかのような感覚を持ちながら運転操作の訓練を行うことができる。

プラントシミュレータ２０は、対象プラントのシミュレーションモデルに基づいて仮想プラントを生成する装置である。プラントシミュレータ２０は、所定の計算周期ごとに仮想プラントの状態を更新し、更新結果を示す情報を同期情報としてＶＲ端末装置１０に供給する。この計算周期ごとに行われる同期情報の供給により、プラントシミュレータ２０は、諸条件によって時々刻々と変化する仮想プラントの状態変化を逐次、ＶＲ端末装置１０に通知することができる。

このように構成される第１実施形態のプラント運転訓練システム１Ａでは、利用者は、対象プラントにおいて様々な要因で生じ得る様々な経時的変化を視覚的に認知しながら仮想プラントを操作することが要求されるため、より実際の運用に近い感覚で対象プラントの操作を学習することができる。以下、このような効果を奏するＶＲ端末装置１０およびプラントシミュレータ２０の構成について詳細に説明する。まず先にプラントシミュレータ２０の構成について説明した後、ＶＲ端末装置１０の構成について説明する。

プラントシミュレータ２０は、記憶部２２０と、通信部２３０と、制御部２５０とを備える。これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。

記憶部２２０は、例えば、ＨＤＤやフラッシュメモリ、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により実現される。記憶部２２０は、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体により実現されてもよい。記憶部２２０は、プラントシミュレータ２０が実行するプログラムや設定情報などプラントシミュレータ２０の動作に関する各種情報を記憶する。

例えば、記憶部２２０は、対象プラントのプロセスモデルを示すプロセスモデルデータと、操作端モデルを示す操作端モデルデータと、プラント制御モデルを示すプラント制御モデルデータと、インタフェース情報（以下「ＩＦ情報」という。）とを記憶する。プロセスモデルは、対象プラントにおける操作量と制御量との関係を表現するモデルである。具体的には、プロセスモデルは、操作端モデルから仮想プラントに対する操作量を入力し、入力した操作量によって変化する制御量の時間応答を出力する。プロセスモデルの出力は、時間応答の時系列に同期してプラント制御モデルに入力される。ＩＦ情報は、ＶＲ端末装置１０とプラントシミュレータ２０との間で予め共有されている情報であり、両者の間でやり取りされる同期情報のフォーマットを規定する情報である。

操作端モデルは、操作端とプロセスモデルとの間の入出力を表現するモデルである。例えば、操作端モデルは、バルブ（操作端の一例）の開度の入力に対して、その開度に応じた流量を計算してプロセスモデルに出力する。このような操作端モデルの機能により、操作端に対して行われた操作をプロセスモデルに反映することができる。

プラント制御モデルは、対象プラントの制御方法を表現するモデルである。第１実施形態において、プラント制御モデルは特定の制御方法によるものに限定されないが、例えば、プラント制御モデルによって表される制御方法の一例として、フィードバック制御やフィードフォワード制御、ＰＩＤ制御などの制御方法が挙げられる。プラント制御モデルは、プロセスモデルによって計算された仮想プラントの状態に基づいて対象プラントの操作量を更新していくことにより、仮想プラントを制御目的に応じた状態に制御することができる。なお、プラント制御モデルは、操作端モデルを介してプロセスモデルに操作量を入力してもよいし、プロセスモデルに対して直接、操作量を入力してもよい。

通信部２３０は、プラントシミュレータ２０をネットワークＮＷに接続する通信インタフェースである。通信部２３０は、無線通信インタフェースであってもよいし、有線通信インタフェースであってもよい。具体的には、通信部２３０は、制御部２５０が出力する同期情報をＶＲ端末装置１０に送信するとともに、ＶＲ端末装置１０から同期情報を受信して制御部２５０に出力する。

制御部２５０は、プロセスシミュレータ２５１と、操作端シミュレータ２５２と、プラント制御シミュレータ２５３と、第１同期部２５４Ａとを備える。プロセスシミュレータ２５１は、プロセスモデルに基づいて対象プラントのシミュレーションを実行する機能部である。操作端シミュレータ２５２は、操作端モデルに基づいて操作端のシミュレーションを実行する機能部である。プラント制御シミュレータ２５３は、プラント制御モデルに基づいて対象プラントの制御をシミュレーションする機能部である。プロセスシミュレータ２５１と、操作端シミュレータ２５２と、プラント制御シミュレータ２５３とが連携して各シミュレーションを実行することにより仮想プラントが生成される。

第１同期部２５４Ａは、プラントシミュレータ２０が管理する仮想プラントの状態と、ＶＲ端末装置１０が管理するＶＲプラントの状態とを同期する機能を有する。具体的には、第１同期部２５４Ａは、シミュレーションの結果を示す同期情報を生成してＶＲ端末装置１０に供給する。ＶＲ端末装置１０では、第２同期部１５３Ａがプラントシミュレータ２０から受信された同期情報に基づいてＶＲプラントの状態を更新し、表示制御部１５２が更新後のＶＲプラントの状態に基づいてＶＲ映像を生成する。このような同期情報の連携により、第１同期部２５４Ａは、プラントシミュレータ２０が管理する仮想プラントの状態に同期したＶＲ映像をＶＲ端末装置１０に表示させることができる。

続いて、ＶＲ端末装置１０の構成について説明する。ＶＲ端末装置１０は、例えば、入力装置１１と、入力部１１０と、記憶部１２０と、通信部１３０と、映像出力部１４０と、制御部１５０とを備える。これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩやＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＧＰＵなどのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤやフラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。

入力装置１１は、利用者が仮想プラントに関する操作を入力する装置である。例えば入力装置１１は、ボタンやスティック、タッチセンサなどの入力素子を備え、これらの出力信号を利用者の操作を示す操作情報として入力部１１０に出力する。例えば、入力装置１１は、利用者が仮想プラントの操作端に対して行った操作や、仮想プラントにおける利用者の視点を変更する操作を入力し、これらの操作を示す情報を操作情報として出力する。

入力部１１０は、入力装置１１から利用者の操作情報を入力する。例えば、入力部１１０は、入力装置１１をＶＲ端末装置１０に接続する外部入力インタフェースとして構成される。入力部１１０は、入力装置１１から入力した操作情報を制御部１５０に出力する。

記憶部１２０は、例えば、ＨＤＤやフラッシュメモリ、ＳＳＤ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。記憶部１２０は、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体により実現されてもよい。記憶部１２０は、ＶＲ端末装置１０が実行するプログラムや設定情報などＶＲ端末装置１０の動作に関する各種情報を記憶する。

例えば、記憶部１２０は、ＶＲデータと、インタフェース情報（以下「ＩＦ情報」という。）とを記憶する。ＶＲデータは、仮想プラントの生成に用いられるデータである。例えば、ＶＲデータには、対象プラントの三次元構造を示す情報（以下「三次元データ」という。）や、対象プラントを構成する各種オブジェクトの画像データなどが含まれる。また、ＶＲデータには、ＶＲ映像とともに再生される音声データなどが含まれてもよい。

ＩＦ情報は、上述のとおり、ＶＲ端末装置１０とプラントシミュレータ２０との間で予め共有される情報であり、両者の間でやり取りされる同期情報のフォーマットを規定する情報である。記憶部１２０が記憶するＩＦ情報は、プラントシミュレータ２０が記憶部２２０に記憶するＩＦ情報と同じものであってよい。

通信部１３０は、ＶＲ端末装置１０をネットワークＮＷに接続する通信インタフェースである。通信部１３０は、無線通信インタフェースであってもよいし、有線通信インタフェースであってもよい。具体的には、通信部１３０は、制御部１５０が出力する同期情報をプラントシミュレータ２０に送信するとともに、プラントシミュレータ２０から同期情報を受信して制御部１５０に出力する。

映像出力部１４０は、ＶＲ映像を表示するディスプレイや、ＶＲ映像に関する音声を出力するスピーカなどを含む。ＶＲ映像の表示方式や音声出力の方式は、特定のものに限定されない。例えば、ＶＲ映像の表示方式は、網膜投影方式であってもよいし、虚像投影方式であってもよい。また、例えば、音声出力の方式は、空気伝導方式であってもよいし、骨伝導方式であってもよい。

制御部１５０は、入力部１１０、記憶部１２０、通信部１３０および映像出力部１４０との間で情報を入出力することにより、ＶＲ端末装置１０の動作を制御する。制御部１５０は、例えば、ＶＲプラント生成部１５１と、表示制御部１５２と、第２同期部１５３Ａとを備える。ＶＲプラント生成部１５１は、対象プラントを仮想現実空間に再現する機能を有する。以下、仮想現実空間に再現された対象プラントを「ＶＲプラント」と称し、プラントシミュレータ２０が生成する仮想プラントと区別することにする。

具体的には、ＶＲプラント生成部１５１は、ＶＲデータを参照し、対象プラントを構成する各オブジェクトの三次元構造を仮想現実空間の三次元座標に対応させてメモリ上に展開するとともに、各オブジェクトの状態を予め定められた初期状態に初期化することにより、初期状態のＶＲプラントを生成する。また、ＶＲプラント生成部１５１は、第２同期部１５３Ａを介してプラントシミュレータ２０とやり取りされる同期情報に基づいてＶＲプラントの状態を逐次更新する。

表示制御部１５２は、ＶＲプラント生成部１５１によって生成されたＶＲプラントを映像化することによりＶＲ映像を生成し、その映像信号を映像出力部１４０に出力する。具体的には、表示制御部１５２は、操作情報に基づいてＶＲプラントにおける利用者の視野範囲を特定し、特定した視野範囲に含まれる各オブジェクトをそれぞれの状態に応じて映像化することによりＶＲ映像を生成する。このようにして生成されるＶＲ映像が映像出力部１４０に表示されることにより、利用者は、あたかも自身が実際の対象プラントに存在しているかのような感覚で各オブジェクトの状態を確認したり、各オブジェクトの状態を変更する操作を入力したりすることができる。

図２は、ＶＲデータに含まれる三次元データの一例を示す図である。例えば、図２に示す三次元データは、対象プラントを構成するオブジェクトの三次元位置情報に、各オブジェクトの識別情報を対応づけることによって生成されたものである。この場合の三次元データは、例えば以下のような手順によって生成することができる。
（１）対象プラントを３Ｄスキャナによりスキャンする。（これにより、対象プラントを構成するオブジェクトの点群（三次元位置情報）が取得される。）
（２）（１）で取得された点群をオブジェクトごとのグループ分類する。
（３）（２）で分類された各グループの点群にオブジェクトの識別情報を対応づける。

ＶＲプラント生成部１５１は、このようにして取得された三次元データを仮想現実空間の座標に対応させてメモリ上に展開することによりＶＲプラントを生成することができる。また、ＶＲプラント生成部１５１は、各オブジェクトの状態を示す情報を各オブジェクトの識別情報に対応づけて記憶することにより、ＶＲプラントを構成する各オブジェクトの状態を管理することができる。

一方、表示制御部１５２は、ＶＲプラント生成部１５１によってメモリ上に展開された各オブジェクトの点群を利用者の視野範囲に応じた平面に投影することにより、利用者の視点から見たＶＲプラントの映像（ＶＲ映像）を生成することができる。また、表示制御部１５２は、ＶＲプラント生成部１５１によって管理される各オブジェクトの状態に基づき、各オブジェクトについてそれぞれの状態を示す画像を表示することにより、利用者が各オブジェクトの状態を視覚的に識別することができるようなＶＲ映像を生成することができる。

図３は、ＶＲプラントの各オブジェクトの状態を視覚的に識別することができるように構成されたＶＲ映像の一例を示す図である。例えば、図３は、ＶＲプラント内の計器Ｍ１の計測値を示す画像ＩＭ１を計器Ｍ１に対応づけて表示させたＶＲ映像の例を示す。このような表示は、表示制御部１５２が、仮想現実空間における各オブジェクトの三次元位置情報に基づいて利用者の視野範囲に計器Ｍ１が含まれることを認識し、計器Ｍ１の状態値（ここでは計測値）を計器Ｍ１の三次元位置に対応づけることによって実現することができる。

なお、図３は、計器Ｍ１の計測値を示す画像ＩＭ１を計器Ｍ１自体の画像ＩＭ２とは異なる画像として生成する場合の表示例を示しているが、計測値は他の態様で表示されてもよい。例えば、計器Ｍ１がメータなどの表示部を有している場合には、表示制御部１５２は、計測値を表示している状態の表示部の画像を生成し、その画像を計器Ｍ１の画像に合成して表示するように構成されてもよい。また、表示制御部１５２は、このような状態値の表示を利用者の視野範囲に含まれる全てのオブジェクトについて常に行うように構成されてもよいし、特定の条件が満たされたオブジェクトについて行うように構成されてもよい。

例えば、表示制御部１５２は、利用者が所定の操作を入力したオブジェクトについて状態表示を行うように構成されてもよい。例えば、所定の操作は、状態表示の対象としてオブジェクトを選択する操作であってもよいし、オブジェクトの状態を変更する操作であってもよいし、状態表示のオン・オフを切り替える操作であってもよい。

また、例えば、表示制御部１５２は、ＶＲプラントにおける利用者の視点位置に基づいて状態表示の有無を切り替えるように構成されてもよい。例えば、表示制御部１５２は、利用者の視点位置から所定の範囲内に存在するオブジェクトについて状態表示を行うように構成されてもよい。このような表示方法によれば、利用者は近くに存在するオブジェクトの状態を効率良く認識することができる。また、これとは逆に、表示制御部１５２は、利用者の視点位置から所定の範囲外に存在するオブジェクトについて状態表示を行うように構成されてもよい。このような表示方法によれば、利用者は視認が難しい遠方のオブジェクトの状態を正確に認識することができる。

また、ＶＲ端末装置１０が利用者の視線方向を検出する機能を有している場合、表示制御部１５２は、利用者の視線方向に存在するオブジェクトについて状態表示を行うように構成されてもよい。例えば、表示制御部１５２は、加速度センサなどにより検出されるＶＲ端末装置１０の向きを利用者の視線方向とみなしてもよいし、利用者の眼球が撮像された画像に基づいて利用者の視線方向を検出するように構成されてもよい。また、表示制御部１５２は、状態表示の有無をオブジェクトの種別や状態に応じて切り替えるように構成されてもよい。

図１に戻る。第２同期部１５３Ａは、入力装置１１から入力された操作情報のうち、仮想プラントの操作端の状態を変更する操作を示す操作情報を同期情報としてプラントシミュレータ２０に供給する機能を有する。一般に操作端とは、操作量の変更によりシステムの状態を直接的に制御することができる装置のことをいう。例えば、プラントにおける操作端の一例としてバルブやモータ、ポンプ、遮断機等の機器が挙げられる。操作端の操作は、手動によって行われてもよいし、プラント制御モデルに基づいて自動で行われてもよい。

また、第２同期部１５３Ａは、プラントシミュレータ２０から供給される同期情報に基づいてＶＲプラントの状態を更新する機能を有する。第２同期部１５３ＡがＶＲプラントの状態を更新することにより、仮想プラントに生じた状態変化がＶＲ映像に反映される。

図４は、第１実施形態におけるＩＦ情報の一例を示す図である。例えば、ＩＦ情報は、オブジェクトＩＤと、オブジェクト種別と、同期方向と、状態情報とが対応づけられた情報である。ここでオブジェクトＩＤは、仮想プラントを構成する各オブジェクトの識別情報である。オブジェクト種別は、オブジェクトＩＤによって識別されるオブジェクトの種別を表す。同期方向は、オブジェクトＩＤによって識別されるオブジェクトに関してＶＲ端末装置１０とプラントシミュレータ２０との間で同期情報がやり取りされる方向を表す。例えば、同期方向は、同期情報の供給先または供給元によって表されてもよい。状態情報は、オブジェクトＩＤにより識別されるオブジェクトの状態を表す情報であって、前記状態の主体となるオブジェクトについて、ＶＲ端末装置１０とプラントシミュレータ２０との間で同期されるべき状態を表す情報である。

例えば、図４の例において、ＩＦ情報ＩＮＦ１は、オブジェクトＩＤ“Ｖ１”で識別されるバルブ（以下「バルブＶ１」という。）に関し、ＶＲ端末装置１０がプラントシミュレータ２０に対して、バルブＶ１の開度を通知するために送信する同期情報のフォーマットを定義するものである。一方、ＩＦ情報ＩＮＦ２は、バルブＶ１に関し、プラントシミュレータ２０がＶＲ端末装置１０に対して、バルブＶ１の故障状態を示す故障フラグ（０：正常、１：故障）と、バルブＶ１の開度とを通知するために送信する同期情報のフォーマットを定義するものである。

このようなＩＦ情報に基づいて、操作対象に関する状態情報がＶＲ端末装置１０とプラントシミュレータ２０との間でリアルタイムに連携されることにより、仮想プラントのプロセス状態に同期したＶＲ映像を利用者に提供することができる。例えば、図５は、ＶＲ端末装置１０においてバルブＶ１の開度を変更する操作が入力された場合のＶＲ映像の表示例を示す図である。図５は、バルブＶ１～Ｖ６のうち、正常動作しているバルブＶ１が操作対象として選択され、バルブＶ１に対して開度を５０％とする操作情報が入力された状況を表している。この場合、第２同期部１５３Ａは、バルブＶ１のＩＦ情報ＩＮＦ１を参照し、バルブＶ１についてプラントシミュレータ２０に通知すべき状態情報が「開度」と「動作不良フラグ」であることを認識する。第２同期部１５３Ａは、バルブＶ１のオブジェクトＩＤと、オブジェクト種別と、バルブＶ１の開度の値（５０％）および動作不良フラグの値（０：正常）を示す状態情報と含む同期情報を生成し、プラントシミュレータ２０に送信する。

プラントシミュレータ２０では、第１同期部２５４Ａが、ＶＲ端末装置１０から受信された同期情報をプロセスシミュレータ２５１に出力する。プロセスシミュレータ２５１は、同期情報が示すオブジェクトＩＤに基づいて操作対象がバルブＶ１であることを認識し、仮想プラントのバルブＶ１について開度の値を５０％に、動作不良フラグの値を０に更新する。第１同期部２５４Ａは、同期情報が仮想プラントの状態に反映されると、バルブＶ１のＩＦ情報ＩＮＦ２を参照し、バルブＶ１についてＶＲ端末装置１０に通知すべき状態情報が「開度」であることを認識し、バルブＶ１のオブジェクトＩＤと、オブジェクト種別と、反映した開度の値（５０％）を示す状態情報とを含む同期情報を生成し、ＶＲ端末装置１０に送信する。

ＶＲ端末装置１０では、同期部１５３Ａが、プラントシミュレータ２０から受信された同期情報に基づいて、ＶＲプラントにおけるバルブＶ１の開度の値を５０％に更新する。これにより、ＶＲ端末装置１０において入力されたバルブ１に対する操作の内容がＶＲプラントの状態に反映される。表示制御部１５２は、更新後のＶＲプラントの状態に基づいてＶＲ映像を更新する。このように、ＶＲ端末装置１０が、自装置に入力された操作の内容がプラントシミュレータ２０側の仮想プラントの状態に反映された後に、ＶＲプラントの状態を更新することにより、プラント運転訓練システム１Ａは、仮想プラントのシミュレーション結果に同期してＶＲプラントの映像を更新することができる。

図６は、第１実施形態のプラントシミュレータ２０がＶＲ端末装置１０との間で同期情報を送受信することによりＶＲプラントの状態を仮想プラントの状態に同期させる処理（以下「第１同期処理」という。）の流れの一例を示すフローチャートである。まず、制御部２５０が、記憶部２２０から各種モデルデータを読み込み、対象プラントのシミュレーションを開始する（ステップＳ１０１）。

具体的には、プロセスシミュレータ２５１が、記憶部２２０からプロセスモデルデータを読み込み、対象プラントのプロセスモデルに基づいて対象プラントのシミュレーションを開始する。また、プラント制御シミュレータ２５３が、記憶部２２０からプラント制御モデルデータを読み込み、対象プラントの制御モデルに基づいて仮想プラントのプラント制御のシミュレーションを開始する。また、操作端シミュレータ２５２が、記憶部２２０から操作端モデルデータを読み込み、操作端モデルに基づいて仮想プラントの操作端のシミュレーションを開始する。これ以降、制御部２５０は、所定の周期で各シミュレーションを繰り返し実行することにより、仮想プラントの状態を随時更新していく。

仮想プラントのシミュレーションが開始されると、続いて、第１同期部２５４Ａが、ＶＲ端末装置１０から同期情報が受信されたか否かを判定する（ステップＳ１０２）。ここで、同期情報が受信されたと判定した場合（ステップＳ１０２－ＹＥＳ）、第１同期部２５４Ａは、受信された同期情報を操作端シミュレータ２５２に出力することにより、ＶＲプラントにおいて行われた操作端の状態変更を仮想プラントに反映させる（ステップＳ１０３）。一方、ステップＳ１０２において、同期情報が受信されていないと判定した場合（ステップＳ１０２－ＮＯ）、第１同期部２５４Ａは、ステップＳ１０３をスキップしてステップＳ１０４に処理を進める。

続いて、第１同期部２５４Ａは、シミュレーションにより仮想プラントの状態が更新されたか否かを判定する（ステップＳ１０４）。なお、ここで判定する仮想プラントの状態変更には、ステップＳ１０２での操作端の状態変更によって変化する仮想プラントの状態変更も含まれる。ここで、仮想プラントの状態が更新されていないと判定した場合（ステップＳ１０４－ＮＯ）、第１同期部２５４Ａは、ステップＳ１０２に処理を戻す。一方、ステップＳ１０４において、仮想プラントの状態が更新されたと判定した場合（ステップＳ１０４－ＹＥＳ）、第１同期部２５４Ａは、更新内容を通知するための同期情報を生成してＶＲ端末装置１０に送信する（ステップＳ１０５）。これにより、ＶＲ端末装置１０が管理するＶＲプラントの状態が、プラントシミュレータ２０が管理する仮想プラントの状態に同期される。

続いて、第１同期部２５４Ａは、対象プラントのシミュレーションが終了したか否かを判定する（ステップＳ１０６）。対象プラントのシミュレーションが終了していないと判定した場合（ステップＳ１０６－ＮＯ）、第１同期部２５４Ａは、ステップＳ１０２に処理を戻し、一連の処理を繰り返し実行する。一方、ステップＳ１０６において、対象プラントのシミュレーションが終了したと判定した場合（ステップＳ１０６－ＹＥＳ）、第１同期部２５４Ａは第１同期処理を終了する。

図７は、第１実施形態のＶＲ端末装置１０がプラントシミュレータ２０との間で同期情報を送受信することによりＶＲプラントの状態を仮想プラントの状態に同期する処理（以下「第２同期処理」という。）の流れの一例を示すフローチャートである。まず、ＶＲプラント生成部１５１が、ＶＲデータに基づいてＶＲプラントを生成する（ステップＳ２０１）。ＶＲプラントの生成は、プラントシミュレータ２０が対象プラントのシミュレーションを開始したことに同期して実施される。ＶＲプラントが生成されると、表示制御部１５２が、生成されたＶＲプラントに基づいてＶＲ映像の生成を開始し、生成したＶＲ映像を映像出力部１４０に出力する（ステップＳ２０２）。

続いて、第２同期部１５３Ａが、操作端に対して状態変更操作が入力されたか否かを判定する（ステップＳ２０３）。ここで、操作端に対して状態変更操作が入力されたと判定した場合（ステップＳ２０３－ＹＥＳ）、第２同期部１５３Ａは、入力された操作をプラントシミュレータ２０に通知するための同期情報をＩＦ情報に基づいて生成し、生成した同期情報をプラントシミュレータ２０に送信する（ステップＳ２０４）。一方、ステップＳ２０３において、操作端に対して状態変更操作が入力されていないと判定した場合（ステップＳ２０３－ＮＯ）、第２同期部１５３Ａは、ステップＳ２０４をスキップしてステップＳ２０５に処理を進める。

続いて、第２同期部１５３Ａは、プラントシミュレータ２０から同期情報が受信されたか否かを判定する（ステップＳ２０５）。ここで、プラントシミュレータ２０から同期情報が受信されたと判定した場合（ステップＳ２０５－ＹＥＳ）、第２同期部１５３Ａは、受信された同期情報に基づいてＶＲプラントの状態を更新する（ステップＳ２０６）。ＶＲプラントの状態が更新されると、これ以降では、更新後のプラント状態に基づいて生成されたＶＲ映像が映像出力部１４０に表示される。一方、ステップＳ２０５において、プラントシミュレータ２０から同期情報が受信されていないと判定した場合（ステップＳ２０５－ＮＯ）、第２同期部１５３Ａは、ステップＳ２０６をスキップしてステップＳ２０７に処理を進める。

続いて、第２同期部１５３Ａは、プラントシミュレータ２０による対象プラントのシミュレーションが終了したか否かを判定する（ステップＳ２０７）。ここでは、プラントシミュレータ２０は、対象プラントのシミュレーションを終了すると、その旨をＶＲ端末装置１０に通知するものとし、この通知により、第２同期部１５３Ａは、対象プラントのシミュレーションが終了したか否かを判定することができるものとする。ここで、対象プラントのシミュレーションが終了していないと判定した場合（ステップＳ２０７－ＮＯ）、第２同期部１５３Ａは、ステップＳ２０３に処理を戻し、一連の処理を繰り返し実行する。一方、ステップＳ２０７において、対象プラントのシミュレーションが終了したと判定した場合（ステップＳ２０７－ＹＥＳ）、第２同期部１５３Ａは第２同期処理を終了する。

図８は、ＶＲ端末装置１０とプラントシミュレータ２０との連携動作により、或る操作端について変更された状態がＶＲプラントと仮想プラントとの間で同期される流れの一例を示すシーケンスチャートである。図８のシーケンスは、第１同期処理および第２同期処理が連動することにより実現される。ここでは操作端の一例としてバルブを想定する。

まず、ＶＲ端末装置１０において、操作対象のバルブ（以下「対象バルブ」という。）に対して開度を５０％に変更する操作情報が入力される（ステップＳ３０１）。この操作の入力を受け、ＶＲ端末装置１０は、入力された操作の内容を通知するための同期情報をＩＦ情報に基づいて生成し（ステップＳ３０２）、生成した同期情報をプラントシミュレータ２０に送信する（ステップＳ３０３）。

続いて、プラントシミュレータ２０は、ＶＲ端末装置１０が送信した同期情報を受信し、受信した同期情報に基づいて、対象バルブに行われた操作を操作端モデルに適用することにより仮想プラントにおける対象バルブの状態を更新する（ステップＳ３０４）。プラントシミュレータ２０は、対象バルブの状態更新を完了すると、その更新内容を示す同期情報を生成してＶＲ端末装置１０に送信する（ステップＳ３０５およびＳ３０６）。ＶＲ端末装置１０は、プラントシミュレータ２０が送信した同期情報を受信し、受信した同期情報に基づいてＶＲプラントにおける対象バルブの状態を更新する（ステップＳ３０７）。ＶＲ端末装置１０は、更新後のＶＲプラントの状態に基づいてＶＲ映像を生成することにより、ＶＲ映像における対象バルブの表示を更新する（ステップＳ３０８）。

一方、プラントシミュレータ２０は、ステップＳ３０４において操作端モデルに適用した対象バルブの状態変更をプロセスモデルに適用する（ステップＳ３０９）。プラントシミュレータ２０は、対象バルブの操作によって変化した操作量が適用されたプロセスモデルに基づいて仮想プラントの時間応答を計算することにより仮想プラントの状態を更新する（ステップＳ３１０）。プラントシミュレータ２０は、時間応答の計算結果を通知するための同期情報をＩＦ情報に基づいて生成し（ステップＳ３１１）、生成した同期情報をＶＲ端末装置１０に送信する（ステップＳ３１２）。

続いて、ＶＲ端末装置１０は、プラントシミュレータ２０が送信した同期情報を受信し、受信した同期情報に基づいてＶＲプラントの状態を変更する（ステップＳ３１３）。ＶＲ端末装置１０は、変更後のＶＲプラントの状態に基づいてＶＲ映像を生成して映像出力部１４０に出力することにより、対象バルブの操作によって変化した仮想プラントの状態が反映されたＶＲ映像を表示することができる（ステップＳ３１４）。

以上説明した第１実施形態のプラント運転訓練システム１Ａによれば、プラントシミュレータ２０（シミュレータ装置）が、仮想プラントの状態を通知するための同期情報を生成してＶＲ端末装置１０に供給する第１同期部２５４Ａを備え、ＶＲ端末装置１０（端末装置）が、プラントシミュレータ２０から供給される同期情報に基づいてＶＲプラントの状態を更新する第２同期部１５３Ａと、第２同期部１５３Ａによって管理される仮想プラントの状態に基づいてＶＲ映像を生成する表示制御部１５２と、を備えることにより、よりリアリティの高いプラント運転の訓練環境を実現することができる。

＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態のプラント運転訓練システム１Ｂの構成例を示す図である。第１実施形態のプラント運転訓練システム１Ｂは、ＶＲ端末装置１０が第２同期部１５３Ａに代えて第２同期部１５３Ｂを備える点、および、プラントシミュレータ２０が第１同期部２５４Ａに代えて第１同期部２５４Ｂを備える点で第１実施形態のプラント運転訓練システム１Ａと異なる。プラント運転訓練システム１Ｂのその他の構成は、プラント運転訓練システム１Ａと同様である。そのため、図９では、プラント運転訓練システム１Ａと同様の構成について図１と同じ符号を付すことにより、説明を省略する。

第２同期部１５３Ｂは、利用者の操作情報に加えて、ＶＲプラントにおける利用者の位置情報を同期情報としてプラントシミュレータ２０に提供する点で第１実施形態の第２同期部１５３Ａと異なる。第２同期部１５３Ｂは、位置情報を定期的に送信するように構成されてもよいし、利用者の位置が変化した場合に位置情報を送信するように構成されてもよい。

第１同期部２５４Ｂは、第１実施形態の同期部２５４Ａと同様に、プラント状態の変化を通知する同期情報を生成してＶＲ端末装置１０に送信する機能を有する。ここで第１同期部２５４Ｂは、ＶＲプラントにおける利用者の位置に応じた範囲の状態変化を通知する同期情報を生成する点で第１実施形態の第１同期部２５４Ａと異なる。

図１０は、第１同期部２５４Ｂが同期情報により仮想プラントの状態変化を通知する範囲の一例を示す図である。図１０は、ＶＲプラントの一部の区域ＶＡを上から見た模式図である。図１０の例では、区域ＶＡにはバルブＶ１１～Ｖ１５と、流量計や圧力計、温度計などの各種計器Ｍ１１～Ｍ１５が設置されている。このようなＶＲプラントにおいて、利用者が例えば地点Ｐに位置している場合、第１同期部２５４Ｂは、地点Ｐから所定の距離ｒの範囲内にあるオブジェクトについての状態変更を示す同期情報を生成してＶＲ端末装置１０に送信する。例えば図１０の例において、第１同期部２５４Ｂは、計器Ｍ１１、計器Ｍ１２、およびバルブＶ１１の状態変化を通知する同期情報を生成する。

このように構成された第２実施形態のプラント運転訓練システム１Ｂによれば、プラントシミュレータ２０が、ＶＲプラントにおける利用者の位置に応じた範囲内のオブジェクトについてのみ同期情報を生成することにより、プラントシミュレータ２０がＶＲ端末装置１０に送信する同期情報のデータサイズを削減することができる。これにより、プラントシミュレータ２０は、同期情報の送信に要する時間を短縮することができ、ＶＲ端末装置１０との間でより高速にプラント状態を同期することが可能となる。この効果は、対象プラントが有する操作端の数が多くなるほどより顕著な効果として現れるものである。

＜変形例＞
上記の各実施形態において、プラントシミュレータ２０の第１同期部２５４Ａ（または２５４Ｂ）は、シミュレーションによって得られた仮想プラントの状態を示す情報のうち、直前の計算結果から状態が変化した要素に関する情報を同期情報としてＶＲ端末装置１０に供給するように構成されてもよい。この場合、例えば、第１同期部２５４Ａは、現在の計算周期におけるシミュレーション結果と、一つ前の計算周期におけるシミュレーション結果とを比較することにより、仮想プラントにおいて状態が変化した要素を検出するように構成されてもよい。

以上、本発明を実施するための形態について第１実施形態および第２実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

１Ａ，１Ｂ…プラント運転訓練システム、１０…ＶＲ端末装置、１１…入力装置、１１０…入力部、１２０…記憶部、１３０…通信部、１４０…映像出力部、１５０…制御部、１５１…ＶＲプラント生成部、１５２…表示制御部、１５３Ａ，１５３Ｂ…第２同期部、２０…プラントシミュレータ、２２０…記憶部、２３０…通信部、２５０…制御部、２５１…プロセスシミュレータ、２５２…操作端シミュレータ、２５３…プラント制御シミュレータ、２５４Ａ，２５４Ｂ…第１同期部

Claims (9)

1. シミュレーションにより対象プラントの仮想モデルである仮想プラントを生成するシミュレータ装置と、
   前記対象プラントを仮想現実空間に再現したＶＲプラントの映像を表示する端末装置と、
   を備え、
   前記シミュレータ装置は、
   前記仮想プラントの状態を前記端末装置に通知するための同期情報を生成して前記端末装置に供給する第１同期部を備え、
   前記端末装置は、
   前記シミュレータ装置から供給される前記同期情報に基づいて前記ＶＲプラントの状態を更新する第２同期部と、
   前記第２同期部によって管理される前記ＶＲプラントの状態に基づいて前記ＶＲプラントの映像を生成する表示制御部と、
   を備えるプラント運転訓練システム。
2. 前記端末装置は、
   前記ＶＲプラントの操作端に対する状態変更操作の入力を受け付ける入力部をさらに備え、
   前記第２同期部は、前記状態変更操作を示す同期情報を前記シミュレータ装置に供給するとともに、前記状態変更操作による前記操作端の状態変更が前記仮想プラントに反映されたことを示す同期情報が前記シミュレータ装置から受信されたことに応じて前記操作端の状態変更を前記ＶＲプラントの状態に反映する、
   請求項１に記載のプラント運転訓練システム。
3. 前記シミュレータ装置および前記端末装置は、前記同期情報のフォーマットを定義したインタフェース情報を予め共有しており、
   前記第２同期部は、前記インタフェース情報に基づいて前記同期情報を生成し、
   前記第１同期部は、前記同期情報および前記インタフェース情報に基づいて前記状態変更操作の対象および操作の内容を認識する、
   請求項２に記載のプラント運転訓練システム。
4. 前記シミュレータ装置および前記端末装置は、前記同期情報のフォーマットを定義したインタフェース情報を予め共有しており、
   前記第１同期部は、前記インタフェース情報に基づいて前記同期情報を生成し、
   前記第２同期部は、前記同期情報と前記インタフェース情報に基づいて前記仮想プラントの状態を認識する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のプラント運転訓練システム。
5. 前記インタフェース情報は、前記同期情報により通知される状態を示す情報と、前記状態の主体を示す情報と、前記同期情報の供給先または供給元を示す情報とを含む、
   請求項３または４に記載のプラント運転訓練システム。
6. 前記第２同期部は、前記ＶＲプラントにおける利用者の位置情報を前記シミュレータ装置に供給し、
   前記第１同期部は、前記端末装置から供給された前記位置情報に基づき、前記ＶＲプラントにおいて前記利用者を含む所定の範囲内に存在する機器を特定し、前記仮想プラントの状態を示す情報のうち、特定した前記機器に関する情報を前記同期情報として前記端末装置に供給し、
   前記第２同期部は、前記シミュレータ装置から供給された前記同期情報に基づき、前記ＶＲプラントにおける前記機器の状態を更新する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のプラント運転訓練システム。
7. 前記第１同期部は、前記仮想プラントの状態を示す情報のうち、直前の計算結果から状態が変化した要素に関する情報を同期情報として前記端末装置に供給する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載のプラント運転訓練システム。
8. シミュレーションにより対象プラントの仮想モデルである仮想プラントを生成するシミュレータ装置と、対象プラントが仮想現実空間に再現されたＶＲプラントの映像を表示する端末装置とが、前記仮想プラントの状態と前記ＶＲプラントの状態とを同期する方法であって、
   前記シミュレータ装置が、前記仮想プラントの状態を前記端末装置に通知するための同期情報を生成して前記端末装置に供給する第１同期ステップと、
   前記端末装置が、前記シミュレータ装置から供給される前記同期情報に基づいて前記ＶＲプラントの状態を更新する第２同期ステップと、
   前記端末装置が、前記第２同期ステップによって管理される前記ＶＲプラントの状態に基づいて前記ＶＲプラントの映像を生成する表示制御ステップと、
   を有する同期方法。
9. シミュレーションにより対象プラントの仮想モデルである仮想プラントを生成するシミュレータ装置と、対象プラントが仮想現実空間に再現されたＶＲプラントの映像を表示する端末装置とを備えるプラント運転訓練システムにおいて、
   前記シミュレータ装置に、前記仮想プラントの状態を前記端末装置に通知するための同期情報を生成して前記端末装置に供給する第１同期ステップを実行させ、
   前記端末装置に、前記シミュレータ装置から供給される前記同期情報に基づいて前記仮想プラントの状態を更新する第２同期ステップを実行させ、
   前記端末装置に、前記第２同期ステップによって管理される前記仮想プラントの状態に基づいて前記仮想プラントの映像を生成する表示制御ステップを実行させる、
   プログラム。

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