JP2023082751A - プラント運転シミュレーションシステム及びプラント運転シミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラントを制御する制御ロジックの変更が制御装置の出力値に与える影響を、プラントの運転中において制御ロジックの変更前に確認することができるプラント運転シミュレーションシステムを提供する。【解決手段】プラント運転シミュレーションシステムであって、制御装置は、任意の時刻における制御装置の制御機能による演算結果のスナップショットにタイムスタンプを付与してスナップショットをエミュレータに転送し、エミュレータは、制御装置から転送されたスナップショットに含まれる演算結果と、スナップショットに付与されたタイムスタンプが示す時刻以降のタイムスタンプが付与された入力データと、を用いて、制御装置における制御機能の現時点の演算時刻に追いつくまで、制御装置の制御機能による演算の周期よりも速い周期でエミュレータの制御モデルの演算を行うブースト演算を実行する。【選択図】 図３

Description

本開示は、プラント運転シミュレーションシステム及びプラント運転シミュレーション方法に関する。

特許文献１には、プラントの状態量に基づいてバルブやダンパ等の操作端を制御するプロセス制御装置と、プロセス制御装置の機能確認試験用のエミュレータとで構成されたオンラインシミュレーションシステムが記載されている。

このシステムでは、ユーザからの指令によってプロセス制御モードとシミュレーションモードとの切り替えがオンラインで行われ、制御装置と実プラントとの入出力と、制御装置とエミュレータ内のプラントモデルとの入出力との切替が行われる。

特開昭６２－２２１０１号公報

特許文献１に記載のシミュレーションシステムでは、制御装置が通常制御モードでプラントの運転を行っている間には、制御機能の動作確認が実施できないため、制御装置の制御ロジックの変更（例えば制御機能のパラメータ調整や回路変更等）によって制御装置からプラントへの出力値が急変するか否かを、事前に確認することができない。

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態は、プラントを制御する制御装置における制御ロジックの変更が制御装置の出力値に与える影響を、プラントの運転中において制御ロジックの変更前に確認することができるプラント運転シミュレーションシステム及びプラント運転シミュレーション方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るプラント運転シミュレーションシステムは、
プラントの状態量に関する入力データを入力されることにより、前記プラントを制御するための出力データを出力する制御機能を有する制御装置と、
前記制御装置の前記制御機能を模した制御モデルを含み、前記制御装置と時刻同期したエミュレータと、
を備え、
前記制御装置と前記エミュレータとは、前記入力データを前記制御装置と前記エミュレータとに共通の周期で受信し、
前記エミュレータは、前記エミュレータが受信した前記入力データにタイムスタンプを付与して記憶装置に記憶させ、
前記制御装置は、任意の時刻における前記制御装置の前記制御機能による演算結果のスナップショットにタイムスタンプを付与して前記スナップショットを前記エミュレータに転送し、
前記エミュレータは、前記制御装置から転送された前記スナップショットに含まれる前記演算結果と、前記スナップショットに付与された前記タイムスタンプが示す時刻以降のタイムスタンプが付与された前記入力データと、を用いて、前記制御装置における前記制御機能の現時点の演算時刻に追いつくまで、前記制御装置の前記制御機能による演算の周期よりも速い周期で前記エミュレータの前記制御モデルの演算を行うブースト演算を実行するように構成される。

上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るプラント運転シミュレーション方法は、
プラントの状態量に関する入力データを入力されることにより、前記プラントを制御するための出力データを出力する制御機能を有する制御装置と、
前記制御装置の前記制御機能を模した制御モデルを含み、前記制御装置と時刻同期したエミュレータと、
を用いたプラント運転シミュレーション方法であって、
前記制御装置と前記エミュレータとが前記制御装置と前記エミュレータとに共通の周期で前記入力データを受信するステップと、
前記エミュレータが受信した前記入力データにタイムスタンプを付与して保存するステップと、
任意の時刻における前記制御装置の前記制御機能による演算結果のスナップショットにタイムスタンプを付与して前記スナップショットを前記エミュレータに転送するステップと、
前記スナップショットに含まれる前記演算結果と、前記スナップショットに付与された前記タイムスタンプが示す時刻以降のタイムスタンプが付与された前記入力データと、を用いて、前記制御装置における前記制御機能の現時点の演算時刻に追いつくまで、前記制御装置の前記制御機能による演算の周期よりも速い周期で前記エミュレータの前記制御モデルの演算を行うブースト演算を実行するステップと、
を備える。

本開示の少なくとも一実施形態によれば、プラントを制御する制御装置における制御ロジックの変更が制御装置の出力値に与える影響を、プラントの運転中において制御ロジックの変更前に確認することができるプラント運転シミュレーションシステム及びプラント運転シミュレーション方法が提供される。

一実施形態に係るプラント運転シミュレーションシステム２（２Ａ）の概略構成図である。 制御装置４、エミュレータ６及びマンマシン装置８の各々のハードウェア構成の一例を説明するための図である。 プラント１００の運転状態をエミュレータ６によって再現する方法を説明するためのタイムチャートである。 他の実施形態に係るプラント運転シミュレーションシステム２（２Ｂ）の概略構成図である。 プラント運転シミュレーションシステム２（２Ｂ）についてプラント１００の運転状態をエミュレータ６によって再現する方法を説明するためのタイムチャートである。 他の実施形態に係るプラント運転シミュレーションシステム２（２Ｃ）の概略構成図である。 プラント運転シミュレーションシステム２（２Ａ）について、プラント１００の運転状態をエミュレータ６によって再現する方法の他の例を説明するためのタイムチャートである。

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。

例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。

例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。

一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係るプラント運転シミュレーションシステム２（２Ａ）の概略構成図である。

図１に示すプラント運転シミュレーションシステム２は、プラント１００を制御するための制御装置４、制御装置４の機能を模擬したエミュレータ６及びプラント１００の運転操作等を行うためのマンマシン装置８を備える。プラント１００の種類は限定されないが、例えば発電プラントや化学プラント等であってもよい。

制御装置４、エミュレータ６及びマンマシン装置８は、情報通信ネットワーク１０によって相互に接続されており、相互に通信可能に構成されている。また、制御装置４及びエミュレータ６は、情報通信ネットワーク１０とは別の制御通信ネットワーク１２によって相互に接続されており、制御通信ネットワーク１２には複数の入出力モジュール１４が接続されている。これらの構成の機能の詳細については後述する。

図２は、制御装置４、エミュレータ６及びマンマシン装置８の各々のハードウェア構成の一例を説明するための図である。ここでは、制御装置４、エミュレータ６及びマンマシン装置８の各々のハードウェア構成を便宜的に同一の図を用いて説明する。

図２に示すように、制御装置４、エミュレータ６及びマンマシン装置８の各々は、例えばプロセッサ７２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）７４、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）７６、ＨＤＤ （Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）７８、入力Ｉ／Ｆ８０、及び出力Ｉ／Ｆ８２を含み、これらがバス８４を介して互いに接続されたコンピュータを用いて構成される。なお、制御装置４、エミュレータ６及びマンマシン装置８の各々のハードウェア構成は上記に限定されず、制御回路と記憶装置との組み合わせにより構成されてもよい。また制御装置４、エミュレータ６及びマンマシン装置８の各々は、各機能を実現するプログラムをコンピュータが実行することにより構成される。以下で説明する制御装置４、エミュレータ６及びマンマシン装置８の各々の機能は、例えばＲＯＭ７６に保持されるプログラムをＲＡＭ７４にロードしてプロセッサ７２で実行するとともに、ＲＡＭ７４やＲＯＭ７６におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。なお、不揮発性メモリの例として示したＨＤＤ７８に代えて又はＨＤＤ７８とともに、ＳＤ／ＣＦ／ＳＳＤなどの他の不揮発性記憶媒体が用いられてもよい。また、ＲＯＭ７６に保持されるプログラムは、ＨＤＤ７８又は他の不揮発性記憶媒体に保持されていてもよく、ＲＡＭ７４にロードしてプロセッサ７２で実行される。

図１に示すように、制御装置４は、プラント１００を制御するための制御機能Ｍｃを備えており、制御機能Ｍｃを用いてプラント１００の制御を行う。制御装置４は、少なくとも１つの入出力モジュール１４（図示する例では複数の入出力モジュール１４）を介して、プラント１００と各種データの授受を行う。制御装置４の制御機能Ｍｃは、プラント１００から入出力モジュール１４を介してプラント１００の状態量を示す入力データを入力されることにより、プラント１００を制御するための出力データ（例えばプラント１００が備えるバルブやダンパ等の操作端を制御するための制御指令値等）を出力する。

エミュレータ６は、制御装置４の制御機能Ｍｃを模した制御モデルＭｄを備えており、制御装置４とエミュレータ６とは時刻同期している。制御装置４とエミュレータ６との時刻同期は、例えば高精度時刻合わせプロトコル（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｃｏｌ：ＰＴＰ）等を用いた時刻合わせによって行われてもよい。制御装置４の制御機能Ｍｃとエミュレータ６の制御モデルＭｄは、例えばマンマシン装置８からダウンロードされて制御装置４及びエミュレータ６にそれぞれインストールされてもよい。

制御装置４とエミュレータ６とは、プラント１００から入出力モジュール１４を介して入力された全ての入力データの各々を、制御装置４とエミュレータ６とに共通の周期で受信するように構成されている。また、エミュレータ６は、エミュレータ６が受信した全ての入力データの各々に受信時刻のタイムスタンプを付与してエミュレータ６の記憶装置（例えばエミュレータ６のＨＤＤ７８等）に記憶させる。

マンマシン装置８は、操作員がプラント１００の監視及び運転操作等を行うためのマンマシンである。マンマシン装置８は、制御ロジック変更部１６及び出力データ対比部１８を含む。

図３は、プラント１００の運転状態をエミュレータ６によって再現する方法を説明するためのタイムチャートである。

図３において、横軸ｔｉ（ｉは１以上の整数である。）は、制御装置４及びエミュレータ６の各々における演算時刻を示している。図３に示すように、プラント１００の運転中にエミュレータ６を起動し、時刻ｔ１においてエミュレータ６の起動が完了する（ステップＳ１１）。

次に、制御装置４は、エミュレータ６の起動後のある任意の時刻ｔｎにおける制御装置４の制御機能Ｍｃによる演算結果（制御機能Ｍｃによる演算の中間値）のスナップショットＱｎにその時刻ｔｎのタイムスタンプを付与して制御装置４の記憶装置（例えば制御装置４のＲＡＭ７４等）に記憶させるとともに、その時刻ｔｎのタイムスタンプが付与されたスナップショットＱｎをエミュレータ６に転送する（ステップＳ１２）。図示する例では、制御装置４は、時刻ｔｎのタイムスタンプを付与されたスナップショットＱｎを複数のデータに分割して、複数のデータをＮ回の演算周期をかけてエミュレータ６に転送する。ここで、Ｎは複数であり、制御装置４は、時刻ｔｎから時刻ｔ（ｎ＋Ｎ）までのＮ回の演算周期をかけてスナップショットＱｎをエミュレータ６に転送する。すなわち、エミュレータ６は、時刻ｔｎにおける制御装置４の演算結果の複製を時刻ｔｎに開始し時刻ｔ（ｎ＋Ｎ）に完了する。

次に、エミュレータ６は、制御装置４から転送されたスナップショットＱｎに含まれる上記演算結果（時刻ｔｎにおける制御機能Ｍｃの演算結果）と、スナップショットＱｎに付与されたタイムスタンプが示す時刻である時刻ｔｎ以降のタイムスタンプが付与された上記入力データ（エミュレータ６の記憶装置に記憶された上記入力データ）と、を用いて、制御装置４における制御機能Ｍｃの現在の演算時刻に追いつくまで、制御装置４の制御機能Ｍｃによる演算の周期よりも速い周期でエミュレータ６の制御モデルＭｄの演算を行うブースト演算を実行する（ステップＳ１３）。以下、「ブースト演算」とは上記ステップＳ１３におけるエミュレータ６のブースト演算をいうこととする。エミュレータ６は、制御装置４から転送されたスナップショットＱｎに含まれる時刻ｔｎにおける制御機能Ｍｃの演算結果をブースト演算の初期値として用いる。図示する例では、時刻ｔ（ｎ＋Ｎ）において、エミュレータ６は、時刻ｔｎにおける制御機能Ｍｃの演算結果（制御機能Ｍｃによる演算の中間値）と、時刻ｔｎのタイムスタンプが付与された上記入力データ（エミュレータ６の記憶装置に記憶された上記入力データ）とを用いてブースト演算を開始し、時刻ｔｍに制御装置４における制御機能Ｍｃの演算に追いつくことによりブースト演算を終了する。これにより、時刻ｔｍ以降において、エミュレータ６によってプラント１００の運転状態を再現することが可能となる。

時刻ｔｍにエミュレータ６によるエミュレーションが開始され、時刻ｔｍ以降、制御装置４による制御機能Ｍｃの演算周期とエミュレータ６による制御モデルＭｄの演算周期とは同一となる。そして、時刻ｔｍ以降すなわちブースト演算よりも後に、プラント１００の操作員が制御ロジック変更部１６を操作してエミュレータ６の制御モデルＭｄの制御ロジックが変更された場合に、出力データ対比部１８は、エミュレータ６の制御モデルＭｄから出力される出力データと制御装置４の制御機能Ｍｃから出力される出力データとを対比する。出力データ対比部１８は、例えば不図示の表示装置に制御装置４の出力データとエミュレータ６の出力データとを対比表示させるように構成されていてもよいし、制御装置４の出力値とエミュレータ６の出力値との差分値を算出して差分値が閾値を超えた場合に出力値の突変の恐れを報知するためのアラート音及び／又はアラート表示を出力するように構成されていてもよい。

ここで、上記プラント運転シミュレーションシステム２が奏する効果について説明する。

上記プラント運転シミュレーションシステム２では、制御装置４に対して時刻同期するとともに制御機能Ｍｃを模した制御モデルＭｄを有しているエミュレータ６が、制御装置４から転送されたスナップショットＱｎに含まれる時刻ｔｎの演算結果（制御機能Ｍｃによる演算の中間値）と、スナップショットＱｎに付与されたタイムスタンプが示す時刻である時刻ｔｎ以降のタイムスタンプが付与された入力データ（プラント１００から入出力モジュール１４を介してエミュレータ６に入力されてエミュレータ６の記憶装置に記憶された入力データ）と、を用いて、制御装置４における制御機能Ｍｃの現時点の演算時刻に追いつくまで、制御装置４の制御機能Ｍｃによる演算の周期よりも速い周期でエミュレータ６の制御モデルＭｄの演算を行うブースト演算を実行する。このため、プラント１００のある時点の運転状態が、制御装置４とは別の装置であるエミュレータ６によって再現することができる。したがって、この状態から制御装置４の制御ロジックに変更を加えた場合に制御ロジックの変更が制御装置４の出力値に与える影響（例えば制御装置４の出力値が突変しないかどうか等）を、プラント１００の運転中において制御装置４の制御ロジックを変更する前にエミュレータ６を用いて確認することができる。したがって、プラント１００の制御対象の緊急停止や、予期せぬ事故が発生するリスクを低減することができる。

図４は、他の実施形態に係るプラント運転シミュレーションシステム２（２Ｂ）の概略構成図である。図５は、プラント運転シミュレーションシステム２（２Ｂ）についてプラント１００の運転状態をエミュレータ６によって再現する方法を説明するためのタイムチャートである。

図４に示すプラント運転シミュレーションシステム２（２Ｂ）は、プラント１００を模擬したモデルであるプラントモデルＭｐをエミュレータ６が備えている点が図１に示したプラント運転シミュレーションシステム２（２Ａ）と異なり、その他の基本的構成はプラント運転シミュレーションシステム２（２Ａ）と同様である。図４に示す実施形態に係るプラント運転シミュレーションシステム２（２Ｂ）において、図１に示したプラント運転シミュレーションシステム２（２Ａ）の各構成と共通の符号は、特記しない限り図１に示したプラント運転シミュレーションシステム２（２Ａ）の各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。また、図５に示すタイムチャートにおいて、時刻ｔｍにブースト演算を完了するまでの制御装置４及びエミュレータ６の動作は、図３を用いて説明したものと同一であるため説明を省略する。

図４に示すプラントモデルＭｐには、エミュレータ６の制御モデルＭｄの出力データが入力される。プラントモデルＭｐは、エミュレータ６の制御モデルＭｄの出力データに応じて、エミュレータ６の制御モデルＭｄに入力するための入力データを生成する。プラントモデルＭｐは、エミュレータ６の制御モデルＭｄの制御演算の周期でエミュレータ６の制御モデルＭｄとインターフェイスする（データを授受する）。図５に示すように、時刻ｔｍにおいて、エミュレータ６は、プラントモデルＭｐが生成した入力データを用いてエミュレーションを開始する。

なお、図５に示す例においても、時刻ｔｍ以降、制御装置４による制御機能Ｍｃの演算周期とエミュレータ６による制御モデルＭｄの演算周期とは同一となる。そして、時刻ｔｍ以降すなわちブースト演算よりも後に、プラント１００の操作員が制御ロジック変更部１６を操作してエミュレータ６の制御モデルＭｄの制御ロジックが変更された場合に、出力データ対比部１８は、エミュレータ６の制御モデルＭｄから出力される出力データと制御装置４の制御機能Ｍｃから出力される出力データとを上述の方法で対比する。

上記プラント運転シミュレーションシステム２（２Ｂ）によれば、エミュレータ６の制御モデルＭｄの制御ロジックの変更がプラントモデルＭｐによって生成される入力データに与える影響を確認することにより、制御装置４の制御機能Ｍｃの制御ロジックの変更がプラント１００の出力に与える影響を把握することができる。このため、プラントモデルＭｐの生成する入力データを考慮して制御装置４の制御機能の制御ロジックを適切に調節することができる。

なお、図４に示した例示的形態では、プラントモデルＭｐがエミュレータ６の内部に設けられていたが、プラントモデルＭｐは、エミュレータ６の制御モデルＭｄに対して入出力データの授受を行うことができればエミュレータ６の外部に設けられていてもよい。エミュレータ６がプラントモデルＭｐを含む場合かつ、プラントモデルＭｐもスナップショットデータを持ち、制御モデルＭｃと同期して演算する構成とする場合においては、ブースト演算で現在のプラント運転状態に追いつかせる必要はなく、スナップショットを展開（制御演算結果の複製開始）した時点からシミュレーションを開始してもよく、また、実際の制御演算周期よりも速く演算させれば、現時点を超えた予測演算も可能となる。

図６は、他の実施形態に係るプラント運転シミュレーションシステム２（２Ｃ）の概略構成図である。

図６に示すプラント運転シミュレーションシステム２（２Ｃ）は、制御装置４及びエミュレータ６の機能の一部が図３に示したプラント運転シミュレーションシステム２（２Ａ）と異なり、その他の基本的構成はプラント運転シミュレーションシステム２（２Ａ）と同様である。図６に示す実施形態に係るプラント運転シミュレーションシステム２（２Ｂ）において、図１に示したプラント運転シミュレーションシステム２（２Ａ）の各構成と共通の符号は、特記しない限り図１に示したプラント運転シミュレーションシステム２（２Ａ）の各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。また、図３を用いて説明した制御装置４及びエミュレータ６の動作についても、特記しない限り図３を用いて説明したものと同一であるため説明を省略する。

プラント運転シミュレーションシステム２（２Ｃ）では、制御装置４は、制御装置４がプラント１００からの入力データの他に受信した受信データに、該受信データの受信時刻のタイムスタンプを付与してエミュレータ６に転送する。具体的には、例えば、プラント１００を操作するための操作指令を制御装置４がマンマシン装置８から受信した場合や、他の外部装置２０からの通信データを制御装置４が受信した場合に、制御装置４は、受信した受信データ（マンマシン装置８からの操作指令又は他の外部装置２０からの通信データ）に受信時刻のタイムスタンプを付与してエミュレータ６に転送する。この際、制御装置４からエミュレータ６へ上記受信データを転送する経路は、情報通信ネットワーク１０であってもよいし、制御通信ネットワーク１２であってもよい。

エミュレータ６は、制御装置４から受信した上記受信データをエミュレータ６の記憶装置（例えばエミュレータ６のＨＤＤ７８等）に記憶させ、ブースト演算の実行中において、上記受信データに付与されたタイムスタンプが示す時刻に上記受信データを再生する。図３に示したタイムチャートの例では、エミュレータ６は、時刻ｔ１以降、制御装置４と同様に、プラント１００からの入力データ、マンマシン装置８からの操作指令、及び外部装置２０からの通信データを取り込んでエミュレータ６の記憶装置に記憶させる。そして、エミュレータ６は、制御装置４から転送されたスナップショットＱｎに含まれる演算結果（時刻ｔｎにおける制御装置４の制御機能Ｍｃの演算結果）と、スナップショットＱｎに付与されたタイムスタンプが示す時刻である時刻ｔｎ以降のタイムスタンプが付与された上記入力データ（エミュレータ６の記憶装置に記憶されたプラント１００からの入力データ）と、エミュレータ６の記憶装置に記憶された上記受信データ（マンマシン装置８からの操作指令及び外部装置２０からの通信データ）と、を用いて、時刻ｔ（ｎ＋Ｎ）から時刻ｔｍにかけて上述のブースト演算を行う。

上記プラント運転シミュレーションシステム２（２Ｃ）によれば、ある時点のプラント１００の運転状態（制御装置４の内部状態を含む。）をエミュレータ６で複製する過程で、制御装置４が他の外部装置２０からの通信データやマンマシン装置８からの操作指令等を受信して制御装置４の制御機能の制御ロジックの状態が変化したとしても、エミュレータ６でプラント１００の運転状態を複製することができる。

図７は、上述したプラント運転シミュレーションシステム２（２Ａ）について、プラント１００の運転状態をエミュレータ６によって再現する方法の他の例を説明するためのタイムチャートであり、図３に示したタイムチャートの変形例を示している。

図７に示すタイムチャートにおいて、時刻ｔｍにブースト演算を完了するまでの制御装置４及びエミュレータ６の動作は、図３を用いて説明したものと同一であるため説明を省略する。

図７に示す例では、時刻ｔｍにおいてエミュレータ６がエミュレーションを開始した後に、ステップＳ１２とエミュレータ６内でのスナップショットデータの保存及びプラント１００から入出力モジュール１４を介して入力された入力データの保存とを繰り返す。Ｓ１２で保存されたスナップショットとスナップショットの保存間隔の間に保存した入力データ（入出力モジュール１４を介して入力された入力データ）をブースト演算の開始直前に再生（この再生をＳ１４とする。）し、Ｓ１４とＳ１３とを行う。Ｓ１４とＳ１３とは繰り返してもよく、トリップの要因を調査するための再生用データとして、Ｓ１３の結果をエミュレータ６内に保存してもよい。エミュレータ６は、エミュレータ６の記憶装置に記憶されたスナップショットの各々を用いてブースト演算を実行可能に構成されており、制御装置４から転送されたスナップショットの各々に含まれる演算結果（制御機能Ｍｃによる演算の中間値）と、Ｓ１３におけるブースト演算の演算結果の各々とをエミュレータ６の記憶装置（例えばエミュレータ６のＨＤＤ７８等）に保存させる。

これにより、制御装置４の制御機能Ｍｃの演算結果及びブースト演算の結果をエミュレータ６に逐次保存することができる。これにより、プラント１００がトリップした場合などに、エミュレータ６の記憶装置に記憶されたスナップショットを用いて制御装置４内の過去の演算状態を確認することが可能となり、トリップの要因を調査することが可能となる。

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）本開示の少なくとも一実施形態に係るプラント運転シミュレーションシステムは、
プラントの状態量に関する入力データを入力されることにより、前記プラントを制御するための出力データを出力する制御機能（例えば上述の制御機能Ｍｃ）を有する制御装置（例えば上述の制御装置４）と、
前記制御装置の前記制御機能を模した制御モデル（例えば上述の制御モデルＭｄ）を含み、前記制御装置と時刻同期したエミュレータ（例えば上述のエミュレータ６）と、
を備え、
前記制御装置と前記エミュレータとは、前記入力データを前記制御装置と前記エミュレータとに共通の周期で受信し、
前記エミュレータは、前記エミュレータが受信した前記入力データにタイムスタンプを付与して記憶装置に記憶させ、
前記制御装置は、任意の時刻（例えば上述の時刻ｔｎ）における前記制御装置の前記制御機能による演算結果のスナップショット（例えば上述のスナップショットＱｎ）にタイムスタンプを付与して前記スナップショットを前記エミュレータに転送し、
前記エミュレータは、前記制御装置から転送された前記スナップショットに含まれる前記演算結果と、前記スナップショットに付与された前記タイムスタンプが示す時刻以降のタイムスタンプが付与された前記入力データと、を用いて、前記制御装置における前記制御機能の現時点の演算時刻に追いつくまで、前記制御装置の前記制御機能による演算の周期よりも速い周期で前記エミュレータの前記制御モデルの演算を行うブースト演算を実行するように構成される。

上記（１）に記載のプラント運転シミュレーションシステムでは、制御装置に対して時刻同期するとともに制御機能を模した制御モデルを有しているエミュレータが、制御装置から転送されたスナップショットに含まれるある時点の演算結果（制御機能による演算の中間値）と、スナップショットに付与されたタイムスタンプが示す時刻以降のタイムスタンプが付与された入力データと、を用いて、制御装置における制御機能の現時点の演算時刻に追いつくまで、制御装置の制御機能の演算周期よりも速い周期でエミュレータの制御モデルの演算を行うブースト演算を実行する。このため、プラントのある時点の運転状態が、制御装置とは別のエミュレータによって再現することができる。したがって、この状態から制御装置の制御ロジックに変更を加えた場合に制御ロジックの変更が制御装置の出力値に与える影響（例えば制御装置の出力値が突変しないかどうか等）を、プラントの運転中において制御装置の制御ロジックを変更する前にエミュレータを用いて確認することができる。したがって、プラントの制御対象の緊急停止や、予期せぬ事故の発生が発生するリスクを低減することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のプラント運転シミュレーションシステムにおいて、
前記エミュレータは、前記制御装置から転送された前記スナップショットに含まれる前記演算結果を前記ブースト演算の初期値として用いるように構成される。

上記（２）に記載のプラント運転シミュレーションシステムによれば、スナップショットに含まれる制御装置の演算結果をブースト演算の初期値としてブースト演算を実行することにより、プラントの運転状態をエミュレータによって適切に再現することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載のプラント運転シミュレーションシステムにおいて、
前記制御装置は、前記スナップショットを複数のデータに分割して、前記複数のデータを複数の演算周期（例えば上述のＮ回の演算周期）をかけて前記エミュレータに転送するように構成される。

上記（３）に記載のプラント運転シミュレーションシステムによれば、スナップショットを演算の１周期のみでエミュレータに転送する場合と比較して、制御装置における転送に起因する負荷の上昇を抑制することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかに記載のプラント運転シミュレーションシステムにおいて、
前記エミュレータの前記制御モデルの制御ロジックが前記ブースト演算よりも後に変更された場合に、前記エミュレータの前記制御モデルから出力される出力データと前記制御装置の前記制御機能から出力される出力データとを対比するように構成された出力データ対比部（例えば上述の出力データ対比部１８）を更に備える。

上記（４）に記載のプラント運転シミュレーションシステムによれば、エミュレータの制御モデルの制御ロジックをブースト演算よりも後に変更することにより、エミュレータの制御モデルから出力される出力データと制御装置の制御機能から出力される出力データとで大きな差異が生じていないか（出力データに突変が生じていないか）を確認することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかに記載のプラント運転シミュレーションシステムにおいて、
前記プラントを模擬したプラントモデル（例えば上述のプラントモデルＭｐ）であって、前記エミュレータの前記制御モデルの出力データに応じて、前記エミュレータの前記制御モデルに入力するための入力データを生成するプラントモデルを前記エミュレータの内部又は外部に備える。

上記（５）に記載のプラント運転シミュレーションシステムによれば、エミュレータの制御モデルの制御ロジックの変更がプラントモデルによって生成される入力データに与える影響を確認することにより、制御装置の制御機能の制御ロジックの変更がプラントの出力に与える影響を把握することができる。このため、プラントモデルの生成する入力データを考慮して制御装置の制御機能の制御ロジックを適切に調節することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかに記載のプラント運転シミュレーションシステムにおいて、
前記制御装置は、前記制御装置が前記入力データの他に受信した受信データ（例えば上述のマンマシン装置８からの操作指令又は外部装置２０からの通信データ）に、受信時刻のタイムスタンプを付与して前記エミュレータに転送し、
前記エミュレータは、前記制御装置から受信した前記受信データを前記記憶装置に記憶させ、前記ブースト演算の実行中において、前記受信データに付与された前記タイムスタンプが示す時刻に前記受信データを再生するように構成される。

上記（６）に記載のプラント運転シミュレーションシステムによれば、ある時点のプラントの運転状態（制御装置の内部状態を含む。）をエミュレータで複製する過程で、制御装置が他の装置からの通信データやマンマシン装置からの操作指令等を受信して制御装置の制御機能の制御ロジックの状態が変化したとしても、エミュレータでプラントの運転状態を複製することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかに記載のプラント運転シミュレーションシステムにおいて、
前記制御装置は、前記制御装置の前記制御機能による演算結果のスナップショットにタイムスタンプを付与することと、前記タイムスタンプが付与された前記スナップショットを前記エミュレータに転送することとを含む動作を複数回繰り返し、
前記エミュレータは、前記制御装置から転送された前記スナップショットの各々を前記記憶装置（例えば上述のＨＤＤ７８等）に記憶させるように構成される。

上記（７）に記載のプラント運転シミュレーションシステムによれば、制御装置の制御機能の演算結果をエミュレータに逐次保存することができる。これにより、プラントがトリップした場合などに、記憶装置に記憶されたスナップショットを用いて制御装置内の過去の演算状態を確認することが可能となり、トリップの要因を調査することが可能となる。

（８）本開示の少なくとも一実施形態に係るプラント運転シミュレーション方法は、
プラントの状態量に関する入力データを入力されることにより、前記プラントを制御するための出力データを出力する制御機能（例えば上述の制御機能Ｍｃ）を有する制御装置（例えば上述の制御装置４）と、
前記制御装置の前記制御機能を模した制御モデル（例えば上述の制御モデルＭｄ）を含み、前記制御装置と時刻同期したエミュレータ（例えば上述のエミュレータ６）と、
を用いたプラント運転シミュレーション方法であって、
前記制御装置と前記エミュレータとが前記制御装置と前記エミュレータとに共通の周期で前記入力データを受信するステップと、
前記エミュレータが受信した前記入力データにタイムスタンプを付与して保存するステップと、
任意の時刻（例えば上述の時刻ｔｎ）における前記制御装置の前記制御機能による演算結果のスナップショット（例えば上述のスナップショットＱｎ）にタイムスタンプを付与して前記スナップショットを前記エミュレータに転送するステップと、
前記スナップショットに含まれる前記演算結果と、前記スナップショットに付与された前記タイムスタンプが示す時刻以降のタイムスタンプが付与された前記入力データと、を用いて、前記制御装置における前記制御機能の現時点の演算時刻に追いつくまで、前記制御装置の前記制御機能による演算の周期よりも速い周期で前記エミュレータの前記制御モデルの演算を行うブースト演算を実行するステップと、
を備える。

上記（８）に記載のプラント運転シミュレーションシステムによれば、制御装置に対して時刻同期するとともに制御機能を模した制御モデルを有しているエミュレータが、制御装置から転送されたスナップショットに含まれるある時点の演算結果（制御機能による演算の中間値）と、スナップショットに付与されたタイムスタンプが示す時刻以降のタイムスタンプが付与された入力データと、を用いて、制御装置における制御機能の現時点の演算時刻に追いつくまで、制御装置の制御機能の演算周期よりも速い周期でエミュレータの制御モデルの演算を行うブースト演算を実行する。このため、プラントのある時点の運転状態が、制御装置とは別のエミュレータによって再現することができる。したがって、この状態から制御装置の制御ロジックに変更を加えた場合に制御ロジックの変更が制御装置の出力値に与える影響（例えば制御装置の出力値が突変しないかどうか等）を、プラントの運転中において制御装置の制御ロジックを変更する前にエミュレータを用いて確認することができる。したがって、プラントの制御対象の緊急停止や、予期せぬ事故の発生が発生するリスクを低減することができる。

２ プラント運転シミュレーションシステム
４ 制御装置
６ エミュレータ
８ マンマシン装置
１０ 情報通信ネットワーク
１２ 制御通信ネットワーク
１４ 入出力モジュール
１６ 制御ロジック変更部
１８ 出力データ対比部
２０ 外部装置
７２ プロセッサ
７４ ＲＡＭ
７６ ＲＯＭ
７８ ＨＤＤ
８０ 入力Ｉ／Ｆ
８２ 出力Ｉ／Ｆ
８４ バス
１００ プラント
Ｍｃ 制御機能
Ｍｄ 制御モデル
Ｍｐ プラントモデル
Ｑｎ スナップショット

Claims (8)

1. プラントの状態量に関する入力データを入力されることにより、前記プラントを制御するための出力データを出力する制御機能を有する制御装置と、
   前記制御装置の前記制御機能を模した制御モデルを含み、前記制御装置と時刻同期したエミュレータと、
   を備え、
   前記制御装置と前記エミュレータとは、前記入力データを前記制御装置と前記エミュレータとに共通の周期で受信し、
   前記エミュレータは、前記エミュレータが受信した前記入力データにタイムスタンプを付与して記憶装置に記憶させ、
   前記制御装置は、任意の時刻における前記制御装置の前記制御機能による演算結果のスナップショットにタイムスタンプを付与して前記スナップショットを前記エミュレータに転送し、
   前記エミュレータは、前記制御装置から転送された前記スナップショットに含まれる前記演算結果と、前記スナップショットに付与された前記タイムスタンプが示す時刻以降のタイムスタンプが付与された前記入力データと、を用いて、前記制御装置における前記制御機能の現時点の演算時刻に追いつくまで、前記制御装置の前記制御機能による演算の周期よりも速い周期で前記エミュレータの前記制御モデルの演算を行うブースト演算を実行するように構成された、プラント運転シミュレーションシステム。
2. 前記エミュレータは、前記制御装置から転送された前記スナップショットに含まれる前記演算結果を前記ブースト演算の初期値として用いるように構成された、請求項１に記載のプラント運転シミュレーションシステム。
3. 前記制御装置は、前記スナップショットを複数のデータに分割して、前記複数のデータを複数の演算周期をかけて前記エミュレータに転送するように構成された、請求項１又は２に記載のプラント運転シミュレーションシステム。
4. 前記エミュレータの前記制御モデルの制御ロジックが前記ブースト演算よりも後に変更された場合に、前記エミュレータの前記制御モデルから出力される出力データと前記制御装置の前記制御機能から出力される出力データとを対比するように構成された出力データ対比部を更に備える、請求項１乃至３の何れか１項に記載のプラント運転シミュレーションシステム。
5. 前記プラントを模擬したプラントモデルであって、前記エミュレータの前記制御モデルの出力データに応じて、前記エミュレータの前記制御モデルに入力するための入力データを生成するプラントモデルを前記エミュレータの内部又は外部に備える、請求項１乃至４の何れか１項に記載のプラント運転シミュレーションシステム。
6. 前記制御装置は、前記制御装置が前記入力データの他に受信した受信データに、受信時刻のタイムスタンプを付与して前記エミュレータに転送し、
   前記エミュレータは、前記制御装置から受信した前記受信データを前記記憶装置に記憶させ、前記ブースト演算の実行中において、前記受信データに付与された前記タイムスタンプが示す時刻に前記受信データを再生するように構成された、請求項１乃至５の何れか１項に記載のプラント運転シミュレーションシステム。
7. 前記制御装置は、前記制御装置の前記制御機能による演算結果のスナップショットにタイムスタンプを付与することと、前記タイムスタンプが付与された前記スナップショットを前記エミュレータに転送することとを含む動作を複数回繰り返し、
   前記エミュレータは、前記制御装置から転送された前記スナップショットの各々を前記記憶装置に記憶させるように構成された、請求項１乃至６の何れか１項に記載のプラント運転シミュレーションシステム。
8. プラントの状態量に関する入力データを入力されることにより、前記プラントを制御するための出力データを出力する制御機能を有する制御装置と、
   前記制御装置の前記制御機能を模した制御モデルを含み、前記制御装置と時刻同期したエミュレータと、
   を用いたプラント運転シミュレーション方法であって、
   前記制御装置と前記エミュレータとが前記制御装置と前記エミュレータとに共通の周期で前記入力データを受信するステップと、
   前記エミュレータが受信した前記入力データにタイムスタンプを付与して保存するステップと、
   任意の時刻における前記制御装置の前記制御機能による演算結果のスナップショットにタイムスタンプを付与して前記スナップショットを前記エミュレータに転送するステップと、
   前記スナップショットに含まれる前記演算結果と、前記スナップショットに付与された前記タイムスタンプが示す時刻以降のタイムスタンプが付与された前記入力データと、を用いて、前記制御装置における前記制御機能の現時点の演算時刻に追いつくまで、前記制御装置の前記制御機能による演算の周期よりも速い周期で前記エミュレータの前記制御モデルの演算を行うブースト演算を実行するステップと、
   を備える、プラント運転シミュレーション方法。

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