JP3180170B2

JP3180170B2 - プラント運転訓練用シミュレータ

Info

Publication number: JP3180170B2
Application number: JP30691892A
Authority: JP
Inventors: 孝生秋山; 茂男橋本; 正之小川; 俊彦中尾
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-11-17
Filing date: 1992-11-17
Publication date: 2001-06-25
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: JPH06161344A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火力発電所、原子力発
電所及び各種化学プラント等の起動・停止操作や異常・
事故時対応操作を運転員に対して訓練するための、プラ
ント運転訓練シミュレータに係わるもので、多数の種類
の訓練を繰り返して、同一の運転員に適用する場合、あ
るいは、次々と運転員が交代して訓練を受ける場合に、
運転員が混乱せず、かつ臨場感を失わない表示と記録方
式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】火力発電所や原子力発電所等は、高稼働
の達成、異常事故時の安全処置の確実化を目指し、ます
ます運転訓練の必要性が高まり、全く実機と同一の操作
室・操作盤を備え、臨場感を備え高度な訓練を実施する
方向にあり、例えば文献「導入が進む運転訓練シミュレ
ータ」日立評論 Vol．７４．No.２、Ｐ７９〜Ｐ８６、
１９９２には、これらを実現するためのハード、ソフト
の種々の技術が紹介されている。しかし、実際に訓練が
多数連続して、実施される場合の視点からの改善につい
ての検討は見当らない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、通常の訓練は、
計算機内の数式モデルで算出した温度・圧力・流量等の
物理量を各種計器、画面表示装置、記録計、警報器に時
々刻々表示し、運転員の操作結果を取り込んで、新たな
物理量を計算し、表示することを繰り返えす。

【０００４】ところが、訓練が終了し、次の別の訓練を
開始するために、計算機内のモデルを初期化した時点
で、記録計を除く、ＣＲＴ等の表示装置の表示は、前回
の状態では全てクリアされ、その痕跡を残さない。一
方、記録計にはチャートの形で、前回の訓練の応答が残
されているため、今回の訓練時には、運転員は注意深く
その状況を把握する必要がある。これらのことは、シミ
ュレータであるが故の特有の問題である。

【０００５】運転員にとっては、シミュレータの訓練で
最も必要かつ重要なことは、（１）新しい訓練に切り替
わった後も、前回の訓練内容の結果が記録計にはチャー
トの形で連続的に残るというシミュレータであるが故の
特有の問題があるが、それによる混乱や判断ミスを運転
員に誘起させることが無いこと、すなわち入手情報が正
確で、混乱しないような仕組となっていること、（２）
臨場感が持てること、すなわちシミュレータの訓練では
多種類の訓練をするが、新たな訓練に切り替わる際にも
実機の通常運転に近い状態で行えること、である。運転
員を指導する教師（インストラクタともいう）は、一定
の時間内に各種の本質的な操作対応を含む事象を、体系
的に運転員に体験させ、基礎力と応用力をつけてもらう
よう指導訓練する。

【０００６】本発明の目的は、教師側より繰り出される
一連の訓練内容（シナリオ）に対し、シミュレータであ
るが故の混乱や判断ミス（前回の訓練内容の結果が記録
計にはチャートの形で連続的に残る）を運転員に誘起さ
せることが無く、かつ臨場感を向上させたプラント状態
の表示が可能なプラント運転訓練用シミュレータを提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、訓練中にチャート記録を見た運転員に判断
ミスを誘起させないようにするために、選定されたシナ
リオに基づくプラントの運転状態を各種計器、画面表示
装置、記録計及び警報器等の表示手段を通じて運転員に
表示し、対応すべき操作を運転員に学習させるプラント
運転訓練用シミュレータにおいて、新たな訓練シナリオ
が選定され、シミュレータが初期状態に設定される度
に、訓練内容が切り替わったことを示す表示を前記記録
計チャート紙に記す切り替わり表示手段を備えたことを
特徴とするものである。ここで、切り替わり表示手段
は、記録計に対し記録用の信号の振幅を特定の大きさに
設定することにより訓練内容が切替ったことを表示する
ものがよい。また、切り替わり表示手段は、記録計に対
し記録計のチャート紙を送る速度を通常の設定値から一
定時間の間変更することにより訓練内容が切替ったこと
を表示するものがよい。また、切り替わり表示手段は、
記録計に対し記録用の信号の振幅を特定の大きさに設定
すると共に、記録計のチャート紙を送る速度を通常の設
定値から一定時間の間変更することにより訓練内容が切
替ったことを表示するものがよい。

【０００８】また本発明は、少なくとも訓練が開始され
た時点では、記録計がハードウェアとして正常に動作し
ているか否かを確認させることにより、プラント状態の
正確な把握が可能となるように、訓練内容が切替ったこ
とを意味する前記表示がその記録計の動作の健全性確認
マークを兼ねるようにしたものである（もちろん、訓練
内容によっては途中で記録計が故障するようなシナリオ
もある）。

【０００９】また本発明は、監視装置としてＣＲＴ表示
装置が多用される場合に臨場感を増すようにするため
に、選定されたシナリオに基づくプラントの運転状態を
各種計器、画面表示装置、記録計及び警報器等の表示手
段を通じて、運転員に表示し、対応すべき操作を運転員
に学習させるプラント運転訓練用シミュレータにおい
て、新たな訓練シナリオが選定されシミュレータが初期
状態に設定される度に、前記画面表示装置にプラントの
初期状態が画面表示枠内で過去から継続している形で表
示する手段を備えたことを特徴とするものである。ここ
で、新たな訓練を開始した時点を示す表示を付加する開
始時点表示手段を備えたものがよい。

【００１０】

【作用】本発明によれば、各記録計の特徴である物理量
信号を表示しかつ記録するという特徴を活用し、訓練が
切替ったときには、その初期状態の設定の段階で、ある
いは訓練が終了した段階で、仮想物理量信号として特徴
的なものを記録計に送り、その結果、チャート紙に記録
されるパターンの特徴から、運転員が容易に訓練内容の
切替わり点を判定できる。

【００１１】特に、このような記録計としては、事故時
や非常時にしか使わず、またチャート紙の送り速度が遅
いものについて、運転員の混乱が発生しやすいと思われ
るので、このような種類の記録計だけに本発明を適用し
ても効果は大である。

【００１２】教師が、１つの訓練を終了し、次の訓練シ
ナリオを選定し、シミュレータを初期化する指令を計算
機に与えると、内部の数式モデルを調整して、所望の初
期状態を求め（通常、数秒〜数分の時間を要する。）、
しかるのち、各計器、画面表示装置、記録計、警報器等
に設定信号を発する。こののち、教師はさらに細かな、
異常状態が発生するようマルファンクション（プラント
の異常発生要因）を設定する場合もある。これらの諸設
定が完了した後、シミュレータの起動指令を発し、訓練
に入る。

【００１３】各種記録計やＣＲＴに、訓練の区切を示す
信号を送るタイミングとしては、次のような方法が考え
られる。（１）教師が訓練を終了する信号を発した時に、所定の
記録計に特定の訓練区切信号を発する。（２）教師がシミュレータを初期化する指令を計算機に
与えた時点で、所定の記録計に特定の訓練区切信号を与
え、シミュレータが内部の数式モデルを初期化するのに
必要な空時間を活用して、各チャートに区切信号を記録
する。（３）教師がシミュレータを初期化する指令を与え、シ
ミュレータが内部の初期化を終了した時点で、記録計に
訓練区切信号を与える。（４）教師がシミュレータの起動指令を発した時点で、
訓練切換信号を発する。これらのタイミングで、チャー
ト上に記録されたパターンを見ることにより、運転員
は、前回の訓練と混同することなく、現在の訓練に関す
るプラント情報を効果的に収集できる。

【００１４】また、ＣＲＴ型表示装置の訓練開始時の臨
場感の増大を狙ったものでは、これから始まる訓練の初
期状態（たとえば出力値等）が、ずっと以前から続いて
きているという気持を運転員に持ってもらうと同時に、
今回の事象が何分前から始まったのかも分るように表示
するものである。ＣＲＴ等の表示装置に、過去のトレン
ドデータを書き込むタイミングとしては、シミュレータ
の初期化完了時点が最も望ましく、初期値が求められた
後、そのまわりにそにプラント変数特有のノイズ信号を
加算して過去のデータを発生させ、これを表示すること
により一層の臨場感を持たせることが出来る。

【００１５】

【実施例】ペンレコーダに対する本発明の一実施例を図
１に示す。シミュレータでは、ペンレコーダは、計算機
２内の数式モデルによって算出された物理量（この場合
は温度とする）の数値データＳをプロセス入出力部３に
て、アナログ信号Ｓ＊に実機プラントと同じ単位で電圧
値として変換し、ペンレコーダに送る。ペンレコーダ
は、サーボ機構４にて、入力温度Ｓ＊に等しくなるよう
にペン５を上下に動かし、駆動機構６にて、一定のスピ
ードで送られるチャート７上に温度の記録をとる。訓練
用シミュレータでは、臨場感を増すため、実際のプラン
トで用いられているものと同じ仕様のレコーダを用いる
ことも多い。

【００１６】教師は、専用のコンソール１Ａ又は専用
の画像対話装置（以下ＣＲＴと言う）１Ｂより、訓練目
的に合致したシナリオを選定し、計算機２内のモデルを
初期化する。初期化が終了すると、再びＣＲＴ１Ｂ又
は、コンソール１Ａより起動指令を出し、訓練が始ま
る。訓練中は、運転員の操作するスイッチや弁の開閉状
態Ｍ＊を入出力装置３を介して、ディジィタル信号Ｍと
して計算機２に取込み、実際のプラントの動的な挙動を
模擬する。

【００１７】終了信号は、再び教師によってコンソール
１Ａ又は、ＣＲＴ１Ｂより送られる。図１では、温度
曲線８に沿うＡ点で、訓練が切り換わっている。チャー
ト上には、横軸の時刻、縦軸の温度目盛が表示されてお
り、厳密には、今回の訓練が開始されてからの経過時刻
を考えれば、運転員は今回の訓練に相当する記録はＡ点
以後であることは分る。しかし、実際上は、このような
計器は、操作室内に多数（数十〜百個以上）備えられて
おり、異常や事故の発生時にはプラントの全体の状況
を、即座に把握することを迫られ、場合によっては、運
転員がＡ点以前の応答の記録をも今回の訓練内容の記録
と判断してしまう危険性がある。

【００１８】そこで、本発明に基づき、今回の訓練シナ
リオに基づく初期化が終了した時点で、計算機２よりペ
ンレコーダに、記録用チャートの上限値および下限値に
相当する０℃及び１６０℃の信号をペンレコーダの移動
する速度を考慮して、順次指令値として送信した結果を
Ａ点で書かせたもので、結果的にはチャート７上に、直
線９なるスケールの上下限値に到る“訓練切替のサイ
ン”が表示された（この場合紙送りのスピードが早い場
合には、紙送り信号を停止させるとよい）。すなわち、
訓練内容が切り替わったことを示す表示を前記記録計チ
ャート紙に記す切り替わり表示手段は、今回の訓練シナ
リオに基づく初期化が終了した時点で、計算機２よりペ
ンレコーダに、記録用チャートの上限値および下限値に
相当する０℃及び１６０℃の信号をペンレコーダの移動
する速度を考慮して、順次指令値として送信し、その結
果をＡ点に書かせるペンレコーダと計算機２とから成
る。運転員は、視覚的に十分に、前回と今回の訓練の区
切を容易に認識できて、効率的な訓練が可能となる。ま
た訓練開始後、操作室内にあるレコーダ類をチェックさ
せることにより、訓練目的であるプラント状況の正確・
迅速な把握と、前記“訓練切替のサイン”をチェックす
ることにより各レコーダの動作の健全性を確認できると
いう副次的効果もある。

【００１９】図１には、一点式のペンレコーダの例を示
したが、多点式のペンレコーダも広く用いられる。この
多点式ペンレコーダに、図１の本考案を適用することも
可能である。このときは、図１中の直線９に相当する線
が、曲線８の本数（ペン先の数）だけ、ペン先設定位置
ずれに相当した幅だけズレて、表示されることになる。
複数本の直線９を表示する必要の無い場合には、多点の
測定量のうちの１つ（たとえば、ペン先位置が最も先行
するもの）を代表として、表示させることも表示がスッ
キリとして、有効である。

【００２０】他の実施例として、図２に示す打点式記録
計を取上げる。打点式は１台で多種類の信号を記録する
ためのもので、原理的には図２に示す回転可能な円盤１
０の周上に、多種類のペン５（型や色が異なるもので図
２では８種類）を配置し、種類を識別する信号で円盤１
０を回転させ、所望のペンをチャート紙７の直上に向
け、その種類の信号の大小に応じて、図２のＸ軸方向
に、円盤１０をそのまま移動させ、次に、円盤１０をＹ
軸方向に落して、チャートにペン先５の印と色を記録す
るという一連の流れをペン先の種類の数だけ繰返えすこ
とによって、図２のような記録を得る。

【００２１】図２の場合には、訓練の区切を示す信号と
して、一例としてＡ点に全ての打点パターンを、Ｘ軸の
特定の位置に集めた場合を示す。このパターンは、一見
して区切点Ａが識別できればどんな形でもよい。

【００２２】表示の形態の異なる他の実施例３につい
て、図３に示す。通常のレコーダ類の紙送り速度は固定
のものが多いが、可変のものでは、スイッチ類を運転員
が操作することによって、数倍〜数十倍程度にすること
が可能である。実例としては、２０mm／ｈと２０mm／mi
nの切替レコーダが挙げられる。そこで、計算機より通
常速度（２０mm／ｈ）から、高速（２０mm／min）へ切
替える信号を、一定時間Ｔに亘ってレコーダに送信し、
図３に示すような、パターンを記録することによって、
訓練切替時点Ａを認識させることも可能である。このよ
うな、外部信号により紙送り速度を変更できる機能を持
つレコーダでは、図１に示すように、信号の大きさを変
える機能と組合せ、ランプ状、サイン状等の色々の図形
を表示して、これを訓練の区切の印として利用すること
が可能である。

【００２３】訓練の切替信号たとえば初期化完了信号を
活用する他の実施例４として、画面表示装置に適用した
場合を示す。最近は運転操作に、ＣＲＴを活用する場合
が増大している。時系列トレンドを表示するやり方は各
種の方法が考えられている。実機プラントで用いられて
いる１つの方法は、図４に示されるように、ＣＲＴ１１
に横軸１２を時間軸として表示し、これを、縦軸１３〜
１７等で数分割する。実機では、微少時間間隔△ｔごと
に新たな状態量（この場合はメタル温度）が測定される
毎に、縦軸１６と横軸１７の間の曲線８が追加、延長さ
れてゆく。そして、最後の縦軸１７に近づいた時点でグ
ラフ全体が左方向にシフトし、縦軸１３から１４のデー
タは切り捨てられ、今まで縦軸１４から１７の間で表示
されていたデータが縦軸１３から１６に表示される。即
ち、運転員は常に縦軸１６から１７に遂次追加表示され
るデータを特に監視し、過去のトレンドを縦軸１３から
１６の間で見る形になっている。即ち、図１の計算機２
は縦軸１６から１７の間に、新規データを遂次表示する
方式を持っている。

【００２４】これを、そのまま訓練用シミュレータに採
用すると、図４の形で表示される。即ち、訓練が切替っ
て、シミュレータが初期化され、始動すると前記の機能
により、縦軸１５から応答曲線８が表示され始める。そ
して、前記の図形シフトが何度か行なわれて（図４の例
では３回）はじめて、ＣＲＴ１１の時間軸１２の全体
にわたって、曲線８が表示されることになる。実機プラ
ントでは、常にデータが連続しているために、このよう
ないことは発生しない。かといって、新しく訓練が切り
替わる度に、時間軸１２の左端の縦軸１３から、曲線８
を表示したのでは、やはり、実機のプラントとは異なっ
たものとなり、訓練には適さない。

【００２５】そこで、訓練が切替って、シミュレータが
初期化され、各部の初期状態が決まった後、この初期値
Ｘｏに、測定ノイズＮを上乗せする形で、縦軸１５から
１３までのデータＸを作成し、表示する。すなわち、Ｘ(ｔ)＝Ｘｏ＋Ｎ(ｔ) ……………（１）ここで、ｔは時間で、この場合は縦軸１３から縦軸１６
の間を示す。Ｎ(ｔ)は、ノイズ成分。通常、シミュレー
タでは、計算機２が数式モデル等を用いて、算出した値
であるＹ(ｔ)をそのままＣＲＴ画面上に出力する場合
と、Ｙ(ｔ)にそのプラント状態量が持つ特有の振動値を
上乗せした値Ｙ＊(ｔ)、すなわち、Ｙ＊(ｔ)＝Ｙ(ｔ)＋Ｎ(ｔ) …………（２）を特に平衡状態では表示する場合が多い。したがってＮ
(ｔ)の発生方法は既知である場合が多いので、上記Ｘ
(ｔ)は、訓練切換時点Ａよりも以前の時間に対し、計算
機２で作成することが可能である。

【００２６】図５は本発明になる表示例（時間軸シフト
１回発生後）であり、訓練切換時点Ａよりも、ずっと以
前からこの状態が続いている状態で、事象が発生した形
となり、臨場感が増大する。さらに、訓練開始時点を明
示したい場合には、矢印１９等によって、明示すること
も有用である。

【００２７】これら一連の実施例を図１に示す計算機２
の機能を処理手順の形で示すと図６のようになる。ま
ず、開始ステップ２０にて、計算機は電源や周辺機器の
状態をチェックし、ハードウェア、ソフトウェア等の全
ての状態をリセットする。次に、インストラクタ（教
師）の指定（図１のＣＲＴ１Ｂ又はコンソール１Ａの
押しボタン等）により、出力状態及び異常／事故の発生
要因を取込む。（さらに動作中にマルファクションを設
定することも可能である）。これがステップ２１であ
る。ステップ２２では、所望の初期状態を異常／事故の
要因を内含した形で、算出する。ステップ２３は、この
時点でレコーダ類に訓練区切信号を発生した場合であ
る。又、同時平行的にステップ２４でＣＲＴ画面に、図
５に示した過去の平衡データを表示する“連続処理信
号”を送る。通常はこの時点でＣＲＴ画面、レコーダ
類、計器類は、全く通常の運転状態となり、運転員から
見ると、操作室が“生きた”状態となる。ステップ２５
のインストラクターの指定にもとづき、実際の訓練内容
を含んだマルファクションが投入され、訓練が始まるの
がステップ２６である。途中のシミュレータ保持、加
速、低速等の各種機能は省略する。事故ゃ異常が収束
し、インストラクターが訓練を終了する信号をステップ
２７で受取り、そのままの状態を保持し、時間の更新を
停止する。

【００２８】訓練をＳｔｏｐａｎｄＧｏ形式で進め
るときには、ステップ２５〜２８を繰返すことになる。
尚、ステップ２３の位置は、比較的自由に変えられ、こ
れ以外にもステップ２１の直前、ステップ２７の直後な
どが考えられる。しかし、ステップ２４は、プラントの
初期状態が算出されたあとに実行する必要がある。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果が期待でき
る。（１）レコーダ類のチャート紙に、前回の訓練と今回の
訓練の区切のパターンが記録・表示されるため、運転員
は、計器監視の段階で混同することなく、また頭の切換
が明確にできるため、臨場感も増す。（２）インストラクタ側やシステム保修側からは、各レ
コーダ類が正常な機能（インク切れを含む）を有するか
否かを、各訓練実施毎にチェックできる。（３）画像表示装置の表示内容が実機と同等となり、運
転員の臨場感が増大する。前記各効果により、同一運転
員に、一連の訓練内容を連続的に実施する場合や、運転
員が次々と交代する場合に、訓練内容の切替りが、明確
に認識でき、また臨場感も増すため、訓練効果が強化さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るペンレコーダの記録様式を示す構
成図である。

【図２】本発明に係る打点式記録計の記録様式を示す構
成図である。

【図３】本発明に係る高速紙送り機能付ペンレコーダの
記録様式を示す構成図である。

【図４】従来方式によるＣＲＴ画面の起動時表示様式を
示す構成図である。

【図５】本発明に係るＣＲＴ画面の起動時表示様式を示
す構成図である。

【図６】本発明に係るシミュレータ用計算機の具備すべ
き機能と処理手順を示すフロー図である。

【符号の説明】

２計算機３プロセス入出力装置（P I/O ）７チャート８温度曲線９訓練切り替わりのサイン１１ＣＲＴ（陰極線型画面表示装置）Ａ訓練の内容が切換った時点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中尾俊彦茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献特開平５−27661（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−91475（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G09B 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】選定されたシナリオに基づくプラントの
運転状態を各種計器、画面表示装置、記録計及び警報器
等の表示手段を通じて運転員に表示し、対応すべき操作
を運転員に学習させるプラント運転訓練用シミュレータ
において、新たな訓練シナリオが選定され、シミュレー
タが初期状態に設定される度に、訓練内容が切り替わっ
たことを示す表示を前記記録計チャート紙に記す切り替
わり表示手段を備えたことを特徴とするプラント運転訓
練用シミュレータ。
【請求項２】請求項１に記載のプラント運転訓練用シ
ミュレータにおいて、切り替わり表示手段は、記録計に
対し記録用の信号の振幅を特定の大きさに設定すること
により訓練内容が切替ったことを表示するものであるこ
とを特徴とするプラント運転訓練用シミュレータ。
【請求項３】請求項１に記載のプラント運転訓練用シ
ミュレータにおいて、切り替わり表示手段は、記録計に
対し記録計のチャート紙を送る速度を通常の設定値から
一定時間の間変更することにより訓練内容が切替ったこ
とを表示するものであることを特徴とするプラント運転
訓練用シミュレータ。
【請求項４】請求項１に記載のプラント運転訓練用シ
ミュレータにおいて、切り替わり表示手段は、記録計に
対し記録用の信号の振幅を特定の大きさに設定すると共
に、記録計のチャート紙を送る速度を通常の設定値から
一定時間の間変更することにより訓練内容が切替ったこ
とを表示するものであることを特徴とするプラント運転
訓練用シミュレータ。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載のプラン
ト運転訓練用シミュレータにおいて、訓練内容が切替っ
たことを意味する前記表示がその記録計の動作の健全性
確認マークを兼ねていることを特徴とするプラント運転
訓練用シミュレータ。
【請求項６】選定されたシナリオに基づくプラントの
運転状態を各種計器、画面表示装置、記録計及び警報器
等の表示手段を通じて、運転員に表示し、対応すべき操
作を運転員に学習させるプラント運転訓練用シミュレー
タにおいて、新たな訓練シナリオが選定されシミュレー
タが初期状態に設定される度に、前記画面表示装置にプ
ラントの初期状態が画面表示枠内で過去から継続してい
る形で表示する手段を備えたことを特徴とするプラント
運転訓練用シミュレータ。
【請求項７】請求項６に記載のプラント運転訓練用シ
ミュレータにおいて、新たな訓練を開始した時点を示す
表示を付加する開始時点表示手段を備えたことを特徴と
するプラント運転訓練用シミュレータ。