JP2916189B2 - プロセスプラントのマンマシン対話装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 この発明は、発電プラントや石油精製プラントのよう
なプロセスプラントの操業において、機器の故障や誤動
作、運転員の誤操作あるいは外乱等を原因とするプロセ
スの擾乱を検出して、以上原因とプラントの状態を診断
するプラント運転システムと、運転員とを良好に対話さ
せるプロセスプラントマンマシン対話装置に関する。

（従来の技術） プロセスプラントの擾乱を放置すると、プラントの局
部に物質のアンバランスやエネルギの集中を生じ、プラ
ントの破損や有害物質の環境への放出をもたらす危険が
ある。

そこでこの擾乱を早期に検出してプラントの状態を診
断し、適切な処理を講ずる必要がある。プロセスプラン
トでは、中央制御室においてプラント内での必要な情報
を集め、この情報を監視することによって一般にプラン
ト内での異常の検出診断を行なっている。

すなわち、適当な情報に関するプラントからの計測値
について予め正常運転範囲を定め、この範囲から計測値
が逸脱した場合に運転員に警報を発する警報装置によっ
て、広くプラント全体を監視できるようにしている。そ
して、警報が発生した場合の異常診断の方法について
は、手順書を設けたり、運転訓練によって対処してい
る。

しかしながら、プロセスプラントが大型化し複雑化す
るに伴い、これら警報装置の規模も大きくなり、手順書
や訓練も複雑化して、擾乱時において運転員の処理能力
を遥かに超える警報が発生した場合に、運転員が対処で
きないおそれがある。そこで、計算機の情報処理技術を
利用して、真に価値ある適切な情報のみを運転員に提供
するシステムが開発されつつある。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記真に価値ある適切な情報のみを運転員
に提供するシステムでは、プラントの動作状態から異常
を判定しその状況を運転員に通報するだけで、情報の流
れが一方向のものが多く、設計者の意図と運転員の疑問
とを対話形式で結び付けた情報提供装置は少ない。運転
員の意図を推定し、必要とする情報を対話形式により適
確かつ迅速に流すことができるインタフェースの開発が
遅れている。

この発明は、上記事情を考慮してなされたものであ
り、運転員とプラント運転支援システムとの対話を通し
て、運転員にプラント状態を広範かつ迅速に理解させ、
適確なプラント運転を実行させることができるプロセス
プラントのマンマシン対話装置を提供することを目的と
する。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、プラントの目的並びに手段および全体並
びに部分の二次元階層構造が設定された画面選択装置
と、プラント系統の種類等のメニューが格納されたメニ
ューデータベースと、このメニューデータベースから画
面として表示されるべきメニューを決定するメニュー決
定装置と、このメニュー決定装置により決定されたメニ
ューを表示するメニュー表示装置と、このメニュー表示
装置に表示されたメニューから選択してメニュー信号と
して出力するメニュー入力装置と、前記画面選択装置の
選択信号および前記メニュー入力装置のメニュー信号を
統合して表示すべき画面を決定する対話端インタフェー
ス装置と、前記選択信号と前記メニュー信号の両方が存
在しているときにのみプラント運転支援システムの表示
機器に画面を表示させる対話制御システムとを備えたこ
とを特徴とするものである。

（作用） したがって、この発明に係るプロセスプラントのマン
マシン対話装置によれば、プラント運転支援システムの
表示機器に表示されるガイドについて、画面選択装置を
用いて運転員の思考過程を入力し、上記ガイドの前提条
件を上記表示機器に表示させることができる。このた
め、運転員の思考をプラント運転支援システムに対話を
通して系統的に伝えることができるので、プラント状態
を広範かつ迅速に運転員に理解させることができ、適確
なプラント運転を実行させることができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明に係るプロセスプラントのマンマ
シン対話装置の一実施例を、運転支援システムと共に示
すブロック図である。

一般に、プロセスプラントのような人工物は、はっき
りとした目的−機能をもって構築されている。この人工
物の構造は、プロセスプラントの最終目標を達成するた
めのシステムと、このシステムを構成し最終目標を達成
するため種々の副目標を持つサブシステムと、これらの
サブシステムを構成し、その機能を維持・発揮させるた
めの補助システムとを有し、階層化して構成されてい
る。したがって、このような人工物としての構造物に対
しては、全体−部分という階層分けが先ず考えられる。

また、このような全体−部分という階層構造に対し、
プロセスプラントを機能面で観察した階層分けも考えら
れる。すなわち、一般に、物理的な構造物の果す多くの
機能を、その実現手段と目的という観点から階層化す
る。この機能階層は、大きく分けて（１）対象の目的・
制約、（２）抽象化機能、（３）一般的機能、（４）物
理的機能、および（５）物理的形状の５階層に分けられ
る。

さて、物理的な構造物に発生した異常（故障）は、そ
の構造物の果す機能の幾つかに影響を与え、この影響は
前述した手段−目的；全体−部分の二次元階層構造を上
部に向って波及していくことになる。このように、異常
の伝播はボトムアップの過程をとる。

一方、運転員が異常を診断するとき、通常、階層の上
位からチェックしていき、異常を追いつつ次第に階層を
下がりながら、探索の範囲を狭めていくトップダウンの
過程を採るのが普通である。これは、目的をもって操業
しているプロセスプラントにとって、常にその最終目的
が達成されているか否かが最大関心事だからである。こ
の運転員のトップダウンの情報処理過程と、ボトムアッ
プの異常伝播とを対話を通じて結び付けるものが、第１
図に示すマンマシン対話装置である。

このマンマシン対話装置１は、プラントの目的並びに
手段および全体並びに部分の二次元階層構造が設定され
た画面選択装置としての対話パネル２と、選択した画面
を表示するための表示機器を指定するCRT（Cathord Ray
Tube）選択パネル３と、画面として表示されるべきメ
ニューをも決定するメニュー決定装置としての対話メニ
ュー選択システム４と、プラント系統の種類等のメニュ
ーが格納されたメニューデータベース５と、対話メニュ
ー選択システム４により決定されたメニューを表示する
メニュー表示装置としての対話用CRT6と、対話パネル2,
CRT選択パネル３および対話用CRT6に設定されたメニュ
ー入力装置としてのタッチセンシティブスクリーン11か
らの各信号を入力して表示すべき画面を決定し、かつ画
面が表示されるCRTを決定する対話端インタフェース装
置７と、CRT選択パネル３およびタッチセンシティブス
クリーン11の信号の両方が存在しているときにのみプラ
ント運転支援システム９の表示機器としてのCRT群10に
おいて上記のようにして決定されたCRTに画面を表示さ
せる対話制御システム８とを有して構成される。

対話パネル２には、第２図に示すように、プラントの
目的−手段と全体−部分との二次元階層構造が設定さ
れ、このうち、プラント毎に使用される領域が、多くの
認知実験から明示されている。第２図は原子力発電所で
使用される対話パネル２であり、原子力発電所の運転員
が、異常に対する意思決定過程において使用する領域を
○印で示している。

運転員が対話パネル２上の任意の箇所（例えば2B）を
選択すると、対話端インタフェース装置７によってこの
箇所が点灯し、この箇所が活性化された旨が表示され
る。運転員は、対話パネル２の二次元領域上で現在点灯
している箇所（2B）と、上下の箇所（例えば1B,3B）と
の関係を理解した上で対話を実行する。つまり、現在点
灯されている箇所が第３図のWHATで示されている箇所と
すると、その上下の各箇所がそれぞれWHY,HOWの箇所と
なる。運転員が現在選択されている情報画面に対し何故
と考えた場合にはWHYの箇所を押して選択し、またその
実現方法を知りたい場合にはHOWの箇所を押して選択す
る。

また、現在選択されている情報表示よりも、全体−部
分という次元でさらに詳細な情報（部分を拡大した情
報）を意図する場合には、対話パネル２上の点灯箇所を
右側（部分側）へ移動させることで、マンマシン対話装
置１に意思を伝える。反対に、縮小して全体図を希望す
る場合には、左側（全体側）の箇所を押して活性化させ
る。このようにして選択された情報画面の選択信号ａ
が、対話パネル２から対話端インタフェース装置７へ出
力される。

一方、表示選択装置としてのCRT選択パネル３は、CRT
群10においてどのCRTに情報を表示させるかを指定する
ものであり、このCRT選択パネル３の区画は実際のCRT群
10のCRTの配置と物理的に略同等に設定される。つま
り、第４図（Ａ）のように、CRT群10が２台の大型CRTの
下に３台の小型CRTが空間的に配置されている場合に
は、CRT選択パネル３の区画は、第４図（Ｂ）のよう
に、第４図（Ａ）と同等に設定される。このCRT選択パ
ネル３からのCRT選択信号ｂも対話端インタフェース装
置７へ出力される。

対話メニュー選択システム４は、対話パネル２上で現
に活性化している箇所（対話意図）と、運転員が対話パ
ネル２上でそれまでに活性化させた箇所（対話履歴）と
に基づいて、メニューデータベース５から対話用CRT6へ
表示すべきメニューデータを選択し、対話端インタフェ
ース装置７へ出力する。

ここで、メニューデータベース５にはプラント系統の
種類、例えば原子炉隔離時冷却系（RCIC）や高圧炉心ス
プレイ（HPCS）等の名称等のメニューが格納されてい
る。これらのメニューは、対話パネル２の活性化される
べき箇所毎にグループ化して格納される。グループ化さ
れたメニューの数が少数の場合には、画面イメージが用
意される。上記対話メニュー選択システム４は、選択さ
れたメニューの数が９以下になった場合には、メニュー
をテキストタイプから縮小された画面イメージで表示さ
せる。ここで、選択メニューの数を９以下とした理由
は、人間の一次記憶に保持できるチャンク（記憶単位）
が７±２といわれており、その最大値をとったためであ
る。

対話用CRT6の画面上には、対話端インタフェース装置
７からの信号に基づいて対話メニュー選択システム４に
より選択されたメニューが表示される。対話用CRT6に
は、タッチセンシティブスクリーン11が設定され、運転
員が指定したメニューは、このタッチセンシティブスク
リーン11によって検出され、メニュー信号ｃとして対話
端インタフェース装置７へ出力される。

対話端インタフェース装置７は、先ず、CRT選択パネ
ル３からのCRT選択信号ｂを入力し、対話制御システム
８へ出力する。すると、この対話制御システム８は、プ
ラント運転支援システム９の情報表示システム12を介し
て、CRT群10の中から指定されたCRTに対話端インタフェ
ース装置７からの情報を表示させる。

また、対話端インタフェース装置７は、対話パネル２
からの選択信号ａを入力し、タッチセンシティブスクリ
ーン11からのメニュー信号ｃを入力して統合して表示す
べき画面を決定し、運転員が知りたい情報を決定する。
対話制御システム８は、この決定された画面を情報表示
システム12を介してCRT群10の中から選択されたCRTに表
示させる。例えば、運転員が対話用CRT6の画面上でHPCS
を指定し、対話パネル２上で2B（第２図）を選択する
と、水源からの原子炉までの給水のマスバランスが抽象
的に表示される。そして、運転員が対話パネル２上で3B
（第２図）を指定すると、HPCSの系統図が示され、給水
のマスバランスが崩れている箇所が示される。さらに、
運転員が3C（第２図）を選択すると、HPCSの構成要素
（タンク、ポンプ、ノズル等）の状態が表示される。

対話端インタフェース装置７へタッチセンシティブス
クリーン11からメニュー信号ｃが出力されず、対話パネ
ル２からの選択信号ａのみに基づく信号が対話制御シス
テム８へ出力されたときには、この対話制御システム８
は、対話端インタフェース装置７の決定が不充分である
旨を対話端インタフェース装置７へ出力する。これを受
けると、対話端インタフェース装置７は、対話メニュー
選択システム４へ信号を出力し、対話パネル２からの運
転員の対話意思および対話履歴に基づいて、対話メニュ
ー選択システム４にメニューを選択させ、このメニュー
を対話用CRT6へ表示させる。

このように、運転員は、プラント運転支援システム９
のプラント診断ガイドシステム13によって、ユーザ端シ
ステム14および情報表示システム12を介しCRT群10上に
表示されたガイドに基づいてプラント15を運転するだけ
でなく、ガイドの出力された前提条件等をマンマシン対
話装置１を用いて理解することができるので、プラント
15の状態を広範かつ迅速に理解でき、プラント15を好適
に運転できる。

また、CRT選択パネル３が現実のCRT群10の物理的配置
（第４図（Ａ））と略同様に区画されたことから、利用
すべきCRTの選択と判断結果に関連する画面保持とを容
易に行なうことができ、運転員の記憶の負担を軽減でき
る。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係るプロセスプラントのマ
ンマシン対話装置によれば、プラントの目的並びに手段
および全体並び部分の二次元階層構造が設定された画面
選択装置と、プラント系統の種類等のメニューが格納さ
れたメニューデータベースと、このメニューデータベー
スから画面として表示されるべきメニューを決定するメ
ニュー決定装置と、このメニュー決定装置により決定さ
れたメニューを表示するメニュー表示装置と、このメニ
ュー表示装置に表示されたメニューから選択してメニュ
ー信号として出力メニュー入力装置と、前記画面選択装
置の選択信号および前記メニュー入力装置のメニュー信
号を統合して表示すべき画面を決定する対話端インタフ
ェース装置と、前記選択信号と前記メニュー信号の両方
が存在しているときにのみプラント運転支援システムの
表示機器に画面を表示させる対話制御システムとを備え
たことを特徴とすることから、このマンマシン対話装置
によって運転員の思考過程を運転支援システムへ入力で
き、その結果、運転員とプラント運転支援システムとの
対話を通して運転員にプラント状態を広範かつ迅速に理
解させ、適確なプラント運転を実行させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るプロセスプラントのマンマシン
対話装置の一実施例を運転支援システムと共に示すブロ
ック図、第２図は第１図の対話パネルを示す図、第３図
は第２図の対話パネル上に運転者の意図を仮想的に表示
した図、第４図（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ実際のCR
T群と第１図のCRT選択パネルとをそれぞれ示す図であ
る。 １…マンマシン対話装置、２…対話パネル（画面選択装
置）、４…対話メニュー選択システム（メニュー決定装
置）、５…メニューデータベース、６…対話用CRT（メ
ニュー表示装置）、７…対話端インタフェース装置、８
…対話制御システム、９…プラント運転支援システム、
10…CRT群（表示機器）、11…タッチセンシティブスク
リーン（メニュー入力装置）、15…プラント。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05B 23/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラントの目的並びに手段および全体並び
   に部分の二次元階層構造が設定された画面選択装置と、
   プラント系統の種類等のメニューが格納されたメニュー
   データベースと、このメニューデータベースから画面と
   して表示されるべきメニューを決定するメニュー決定装
   置と、このメニュー決定装置により決定されたメニュー
   を表示するメニュー表示装置と、このメニュー表示装置
   に表示されたメニューから選択してメニュー信号として
   出力するメニュー入力装置と、前記画面選択装置の選択
   信号および前記メニュー入力装置のメニュー信号を統合
   して表示すべき画面を決定する対話端インタフェース装
   置と、前記選択信号と前記メニュー信号の両方が存在し
   ているときにのみプラント運転支援システムの表示機器
   に画面を表示させる対話制御システムとを備えたことを
   特徴とするプロセスプラントのマンマシン対話装置。