JP3439288B2 - シミュレーション機能付き監視制御システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工場や公共施設等
の各種プラントの動作を監視制御する監視制御システム
に係わり、特に、プラントを構成する各種機器の動作を
直接制御する制御装置の動作を試験するシミュレーショ
ン機能付き監視制御システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば浄水場，下水処理場，清掃工場等
の各プラントの各施設は広範囲に分散している。したが
って、各施設の各機器の動作を直接制御する制御装置も
広範囲に分布している。その結果、各制御装置の各制御
対象（機器）に対する制御状態を集中監視する監視装置
と各制御装置とをＬＡＮ等のネットワークを介して接続
している。

【０００３】図６はネットワークを利用した一般的な監
視制御システムの概略構成図である。ＬＡＮの伝送路１
に対して１台の監視装置２と複数台の制御装置３が接続
されている。各制御装置３にはそれぞれ制御対象４が接
続されている。

【０００４】各制御装置３は、制御対象４に設けられた
センサ４ｂから機器４ａの動作状態を示すプロセス値Ｐ
Ｖを取込んで、内部に記憶している制御プログラムに従
って制御演算を実行する。そして、その演算結果を操作
量ＭＶとして制御対象４の機器４ａへ印加する。一方、
監視装置２は、ＬＡＮの伝送路１を介して各制御装置３
の各制御対象４に対する制御状態を監視する。

【０００５】このような監視制御システムにおいて、プ
ラントに新規の機器が導入された場合や、機器の仕様が
変更になった場合や、各機器に対する制御仕様が変更に
なった場合は、当然各制御装置３に組込んでいる制御プ
ログラムを変更したり、新規に作成する必要がある。

【０００６】この変更又は作成された制御プログラムが
正常に動作することを検証する手法として、制御装置３
の制御対象４の信号線が接続される接続端子からこの制
御対象４の信号線を取外して、この接続端子に信号発生
器及び信号解析装置を接続する。そして、信号発生器か
らプロセス値ＰＶに対応する信号を制御装置３へ印加
し、制御装置３から出力される演算結果としての操作量
ＭＶを信号解析装置で観察して、プロセス値ＰＶと操作
量ＭＶとが正しく対応しているか否かを調べていた。

【０００７】しかし、このようなマニアル手法で制御装
置３の動作を検証するためには多大の労力と時間が必要
である。そこで、図７に示すように、制御装置３に対し
て切換スイッチ６ａ，６ｂを介してシミュレータ５を接
続する手法が提唱されている。

【０００８】このシミュレータ５は、例えば特開平５−
１０８４１１号公報にも記載されているように、一種の
コンピュータで構成されており、制御対象４の動作をシ
ミュレート（模擬演算）する。すなわち、実際の制御対
象４にほぼ等しい動作特性が記憶されており、入力され
た操作量ＭＶに対応したプロセス値ＰＶを動作特性から
求めて出力する。

【０００９】制御装置３はあたかも実際の制御対象４が
接続されていた場合と同様の制御動作を行うので、信号
発生器及び信号解析装置を用いずに自動的に制御装置３
の動作試験を実行でき、監視装置２で制御装置３のシミ
ュレータ５が代行する制御対象４に対する制御状況を確
認できる。その結果、制御装置３の制御動作試験の作業
能率を大幅に向上できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示すシミュレータ５を用いて制御装置３の動作試験を行
う手法において、まだ解消すべき次のような課題があ
る。前述したように、各制御装置３は広範囲に分散して
いるので、各制御装置３毎にシミュレータ５を取付ける
作業が繁雑になり、試験作業能率が低下する。

【００１１】また、図７に示すように、制御装置３の制
御対象４の信号線が接続された信号端子から各信号線を
取外して切換スイッチ６ａ，６ｂを取付けて、この切換
スイッチ６ａ，６ｂを介してシミュレータ５を接続する
必要がある。

【００１２】すなわち、試験者は、各制御装置３に対す
る試験を実施する毎に、各制御装置３の設置現場に赴
き、接続作業を実施する必要があり、試験を行うための
準備作業が大掛かりになる。

【００１３】なお、近年、各制御装置３に対してホスト
コンピュータから伝送路１を介して制御プログラムをダ
ウンロードすることも考えられ、各制御装置３の設置場
所に全く赴かなくても、試験を実施できることが望まれ
ている。

【００１４】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、制御装置に対して伝送路を介してシミュレ
ータを接続することによって、制御装置に対して実際に
接続作業を行うことなく、シミュレータと制御対象との
制御装置に対する接続切換を遠隔操作で実施でき、制御
装置に対する試験作業能率を大幅に向上できるシミュレ
ーション機能付き監視制御システムを提供することを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に本発明のシミュレーション機能付き監視制御システム
においては、ネットワークの伝送路に対して、制御対象
の動作を制御する制御装置と、この制御装置の制御対象
に対する制御状態を監視する監視装置と、制御対象の動
作をシミュレートするシミュレータとが接続されてい
る。

【００１６】さらに、制御装置に対して、入力されたプ
ロセス値に対して制御プログラムに従って制御演算を実
施して演算結果を操作量として出力する制御装置本体
と、外部指令に応じて動作モードを実動モード又は試験
モードに設定する動作モード設定手段と、動作モードが
試験モードに設定されているとき、シミュレータから伝
送路を介して受信した模擬プロセス値を制御装置本体へ
入力し、この制御装置本体から出力された操作量を伝送
路を介してシミュレータへ送信する模擬試験手段と、動
作モードが実動モードに設定されているとき、制御対象
から入力された実プロセス値を制御装置本体へ入力し、
この制御装置本体から出力された操作量を制御対象へ出
力する実制御手段とを付加し、さらに、制御装置本体に
対して入出力されるプロセス値及び操作量を制御対象と
シミュレータとの間でソフト的に切換えている。

【００１７】さらに、監視装置に対して、伝送路を介し
て制御装置における実動モード設定時及び試験モード設
定時における制御対象及びシミュレータに対する制御状
態を監視する監視手段を付加している。

【００１８】また、別の発明のシミュレーション機能付
き監視制御システムにおいては、前記制御装置に対し
て、入力されたプロセス値に対して制御プログラムに従
って制御演算を実施して演算結果を操作量として出力す
る制御装置本体と、制御対象から入力された実プロセス
値を一時記憶する入力バッファと、シミュレータから伝
送路を介して受信した模擬プロセス値を一時記憶する受
信バッファと、外部指令に応じて動作モードを実動モー
ド又は試験モードに設定する動作モード設定手段と、動
作モードが試験モードに設定されているとき、受信バッ
ファに記憶された模擬プロセス値を制御装置本体へ入力
し、この制御装置本体から出力された操作量を伝送路を
介してシミュレータへ送信する模擬試験手段と、動作モ
ードが実動モードに設定されているとき、入力バッファ
に記憶された実プロセス値を制御装置本体へ入力し、こ
の制御装置本体から出力された操作量を前記制御対象へ
出力する実制御手段とを付加し、さらに、制御装置本体
に対して入出力されるプロセス値及び操作量を制御対象
とシミュレータとの間でソフト的に切換えている。

【００１９】さらに、監視装置に対して、伝送路を介し
て制御装置における実動モード設定時及び試験モード設
定時における制御対象及びシミュレータに対する制御状
態を監視する監視手段を付加している。

【００２０】このように構成されたシミュレーション機
能付き監視制御システムにおいては、制御対象の動作を
制御する制御装置は、制御対象の動作を制御する通常の
実動モードと、シミュレータを用いて動作試験を行う試
験モードとの２種類の動作モードが設定可能である。

【００２１】そして、動作モードが実動モードの場合
は、制御対象から入力された実プロセス値に対して制御
演算か実施され、得られた操作量ＭＶは制御対象へ出力
される。一方、動作モードが試験モードの場合は、伝送
路を介してシミュレータから受信した模擬プロセス値に
対して制御演算か実施され、得られた操作量ＭＶは伝送
路を介してシミュレータへ送信される。

【００２２】したがって、結果的にシミュレータと制御
対象との制御装置に対する接続切換がソフト的に遠隔操
作で切換え可能となる。また、制御対象の動作をシミュ
レートするシミュレータは伝送路に接続されているの
で、必ずしも、制御装置の近傍位置に設ける必要はな
く、監視装置近傍に設けることによって、試験作業を効
率的に実施できる。

【００２３】また、別の発明においては、制御装置内
に、制御対象から入力された制御対象の動作状態を示す
実プロセス値を一時記憶する入力バッファと、伝送路を
介してシミュレータから受信した模擬プロセス値を一時
記憶する受信バッファが設けられている。

【００２４】そして、動作モードが実動モードの場合は
入力バッファに記憶されている実プロセス値を用い、動
作モードが試験モードの場合は受信バッファに記憶され
てる模擬プロセス値を用いる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施形態を図面を
用いて説明する。図１は実施形態に係わるシミュレーシ
ョン機能付き監視制御システムの概略構成を示すブロッ
ク図である。

【００２６】例えばＬＡＮ（ローカル・エリア・ネット
ワーク）の伝送路１１に対して、１台の監視装置１２と
複数台の制御装置１３と１台のシミュレータ１４とが接
続されている。

【００２７】制御装置１３は制御装置本体１５と入出力
制御部１６とで構成されている。入出力制御部１６には
制御対象１７及びＬＡＮの伝送路１１が接続されてい
る。この制御対象１７は、図２に示すように、電動弁や
ポンプ等の複数の機器１８と、開度，速度，流量等の各
機器１８の動作状態を検出する複数のセンサ１９とで構
成されている。各機器１８は制御装置１３の入出力制御
部１６の接続端子２０を介して出力される開／閉，増／
減等の各操作量ＭＶに基づいて動作する。また、各セン
サ１９は検出した開度，速度，流量等を実プロセス値Ｐ
Ｖとして制御装置１３の入出力制御部１６の接続端子２
１へ送出する。

【００２８】シミュレータ１４内には、図２に示すよう
に、各制御装置１３毎に、該当制御装置１３に接続され
た制御対象１７を構成する各機器１８及び各センサ１９
の動作を模擬する複数の単位シミュレータユニット１４
ａ，１４ｂが収納されている。具体的には、各単位シミ
ュレータユニット１４ａ，１４ｂ内には該当する機器１
８の動作特性が記憶され、操作量ＭＶが入力されると、
この操作量ＭＶに対応する模擬プロセス値ＰＶを前記動
作特性から読取って出力する。

【００２９】すなわち、シミュレータ１４は伝送路１１
を介して制御装置１３から操作量ＭＶが入力されると、
この操作量ＭＶに対応する模擬プロセス値ＰＶを伝送路
１１を介して操作量ＭＶの送信元の制御装置１３へ返信
する。

【００３０】前記各制御装置１３は、図３に示すよう
に、コンピュータ等の一種の情報制御装置で構成されて
いる。バスライン２２に対して、ＬＡＮの伝送路１１に
接続された送受信部２３、制御対象１７からの信号線が
接続される接続端子２１に接続された入力Ｉ／Ｆ（イン
タフェース）２４、同じく信号線を介して制御対象１７
に接続される接続端子２０に接続された出力Ｉ／Ｆ（イ
ンタフェース）２５，制御プログラムが記憶された制御
プログラムメモリ２６，各種制御処理を実行するＣＰＵ
２７、各種可変データを記憶するＲＡＭ２８及びタイマ
２９が接続されている。

【００３１】前記ＲＡＭ２８内には、動作モードが試験
モードに設定されていることを示す試験モードフラグを
記憶するフラグメモリ３０、実際の制御対象１７から接
続端子２１を介して入力Ｉ／Ｆ２４を介して入力された
実プロセス値ＰＶを一時記憶する入力バッファ３１、シ
ミュレータ１４から伝送路１１を介して送受信部２３で
受信した模擬プロセス値ＰＶを一時記憶する受信バッフ
ァ３２等が形成されている。

【００３２】前記送受信部２３はシミュレータ１４から
模擬プロセス値ＰＶを受信すると、直ちにＲＡＭ２８の
受信バッファ３２へ書込む。また、入力Ｉ／Ｆ２４は接
続端子２１を介して制御対象１７から実プロセス値ＰＶ
が入力されると、直ちにＲＡＭ２８の入力バッファ３１
へ書込む。すなわち、入力バッファ３１及び受信バッフ
ァ３２には制御対象１７及びシミュレータ１４から得ら
れる最新のプロセス値ＰＶが記憶されている。

【００３３】そして、制御プログラムメモリ２６及びＣ
ＰＵ２７は、入力されたプロセス値ＰＶに対して制御プ
ログラムに従って制御演算を実施して演算結果を操作量
ＭＶとして出力する制御装置本体１５を構成する。

【００３４】また、送受信部２３，入力Ｉ／Ｆ２４，出
力Ｉ／Ｆ２５，ＲＡＭ２８及びＣＰＵ２７は、制御装置
本体１５に対する入出力値（ＰＶ，ＭＶ）を、制御対象
１７とシミュレータ１４との間でソフト的に切換える入
出力制御部１６を構成する。

【００３５】そして、前記ＣＰＵ２７は、監視装置１２
又はシミュレータ１４から各種指令が入力すると、図４
に示す流れ図に従って動作を行う。すなわち、流れ図が
開始され、Ｐ（プログラム・ステップ）１にて指令が入
力され、その指令が試験開始指令の場合は（Ｐ２）、フ
ラグメモリ３０の試験モードフラグを１に設定する（Ｐ
３）。また、入力指令が試験終了指令の場合は（Ｐ
４）、フラグメモリ３０の試験モードフラグを０に解除
する（Ｐ５）。

【００３６】また、前記ＣＰＵ２７は、タイマ２９から
例えば１秒等の規定微小時間ΔＴ毎の時間割込信号が入
力すると、図５に示す時間割込処理を実行する。時間割
込処理が開始されると、Ｓ（ステップ）１にてフラグメ
モリ３０の試験モードフラグの状態を調べる。１に設定
されていれば、この制御装置１３の動作モードは試験モ
ードであるので、受信バッファ３２に記憶されている模
擬プロセス値ＰＶを読取り（Ｓ２）、この模擬プロセス
値ＰＶを送受信部２３及び伝送路１１を介して監視装置
１２へ送信して、監視装置１２上にモニタ表示させる
（Ｓ３）。

【００３７】次に、制御プログラムメモリ２６に記憶さ
れている制御プログラムを用いてこの模擬プロセス値Ｐ
Ｖに対して制御演算を実行する（Ｓ４）。演算結果を操
作量ＭＶとして送受信部２３及び伝送路１１を介してシ
ミュレータ１４へ送信する（Ｓ５）。その後、同一操作
量ＭＶを送受信部２３及び伝送路１１を介して監視装置
１２へ送信して、監視装置１２上にモニタ表示させる
（Ｓ６）。

【００３８】Ｓ１にて、フラグメモリ３０から読取った
試験モードフラグが０に解除された状態であれば、この
制御装置１３の動作モードは実動モードであるので、入
力バッファ３１に記憶されている実プロセス値ＰＶを読
取り（Ｓ７）、この実プロセス値ＰＶを送受信部２３及
び伝送路１１を介して監視装置１２へ送信して、監視装
置１２上にモニタ表示させる（Ｓ８）。

【００３９】次に、制御プログラムメモリ２６に記憶さ
れている制御プログラムを用いてこの実プロセス値ＰＶ
に対して制御演算を実行する（Ｓ９）。演算結果を操作
量ＭＶとして出力Ｉ／Ｆ２５及び接続端子２０を介して
制御対象１７へ出力する（Ｓ１０）。その後、同一操作
量ＭＶを送受信部２３及び伝送路１１を介して監視装置
１２へ送信して、監視装置１２上にモニタ表示させる
（Ｓ１１）。

【００４０】このように構成されたシミュレーション機
能付き監視制御システムにおいては、制御対象１７の動
作をシミュレートするシミュレータ１４は、この制御対
象１７を直接制御する制御装置１３に直接接続されてい
なくて、ＬＡＮの伝送路１１に接続される。

【００４１】そして制御対象１７の動作を制御する制御
装置１３は、制御対象１７の動作を制御する通常の実動
モードと、シミュレータ１４を用いて制御動作試験を行
う試験モードとの２種類の動作モードが設定可能であ
る。

【００４２】そして、動作モードが実動モードの場合
は、入力バッファ３１に記憶されている実プロセス値Ｐ
Ｖに対して制御演算が実施され、得られた操作量ＭＶは
接続端子２０を介して制御対象１７へ出力される。

【００４３】一方、動作モードが試験モードの場合は、
受信バッファ３２に記憶されている模擬プロセス値ＰＶ
に対して制御演算が実施され、得られた操作量ＭＶは伝
送路１１を介してシミュレータ１４へ送信される。

【００４４】したがって、制御装置１３を実際の制御対
象１７に対して接続端子２０，２１を介して信号線で接
続した状態で、この制御装置１３に対する入出力信号を
制御対象１７とシミュレータ１４との間で自由に接続変
えが可能となる。

【００４５】したがって、操作者としては、制御装置１
３の動作モードを例えば監視装置１２から遠隔操作で、
試験モードに変更することによって、自動的に制御装置
１３の制御動作試験を実施できる。そして、監視装置１
２の画面上で試験結果を観察できる。

【００４６】すなわち、従来手法のように、試験者が、
各制御装置１３に対する試験を実施する毎に、各制御装
置１３の設置現場に赴き、接続作業を実施する必要がな
いので、試験を行うための準備作業が簡素化され、試験
作業が簡略化される。

【００４７】また、シミュレータ１４を必ずしも制御装
置１３近傍に設置する必要はなく、監視装置１２近傍に
配設することによって、試験者は試験作業を効率的に実
施できる。

【００４８】さらに、各制御装置１３に対してホストコ
ンピュータから伝送路１１を介して制御プログラムをダ
ウンロードする場合には、各制御装置１３の設置場所に
全く赴かなくても、該当制御プログラムに対する制御動
作試験を実施でき、試験作業能率をさらに向上できる。

【００４９】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。実施形態においては、図３に示すよ
うに、制御対象１７から入力した実プロセス値を一旦入
力バッフア３１へ記憶させると共に、シミュレータ１４
から受信した模擬プロセス値を一旦受信バッファ３２に
記憶させている。

【００５０】しかし、この入力バッフア３１及び受信バ
ッファ３２は必ずしも必要でなくて、実動モード時に入
力Ｉ／Ｆ２４を介して制御対象１７の実プロセス値を実
時間（オンタイム）で直接読取り、かつ、試験モード時
に送受信部２３を介してシミュレータ１４の模擬プロセ
ス値を実時間（オンタイム）で直接読取ることも可能で
ある。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明のシミュレー
ション機能付き監視制御システムにおいては、制御装置
に対してＬＡＮ等の伝送路を介してシミュレータを接続
している。したがって、制御装置に対して実際に接続切
換作業を行うことなく、シミュレータと制御対象との制
御装置に対する接続切換をソフト的に遠隔操作で実施で
き、制御装置に対する試験作業能率を大幅に向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係わるシミュレーショ
ン機能付き監視制御システムの概略構成を示すブロック
図

【図２】 同監視制御システムのシミュレータと制御装
置及び監視対象との関係を示す図

【図３】 同制御装置の概略構成を示すブロック図

【図４】 同制御装置の動作を示す流れ図

【図５】 同じく同制御装置の動作を示す流れ図

【図６】 一般的な監視制御システムの概略構成を示す
ブロック図

【図７】 従来のシミュレータの制御装置に対する接続
法を示す図

【符号の説明】

１１…伝送路、１２…監視装置、１３…制御装置、１４
…シミュレータ、１５…制御装置本体、１６…入出力制
御部、１７…制御対象、１８…機器、１９…センサ、２
０，２１…接続端子、２３…送受信部、２４…入力Ｉ／
Ｆ、２５…出力Ｉ／Ｆ、２６…制御プログラムメモリ、
２７…ＣＰＵ、２８…ＲＡＭ、２９…タイマ、３０…フ
ラグメモリ、３１…入力バッファ、３２…受信バッファ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 23/00 - 23/02 G05B 13/04 G05B 15/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ネットワークの伝送路に対して、制御対
   象の動作を制御する制御装置と、この制御装置の前記制
   御対象に対する制御状態を監視する監視装置と、前記制
   御対象の動作をシミュレートするシミュレータとを接続
   してなるシミュレーション機能付き監視制御システムで
   あって、 前記制御装置は、 入力されたプロセス値に対して制御プログラムに従って
   制御演算を実施して演算結果を操作量として出力する制
   御装置本体と、 外部指令に応じて動作モードを実動モード又は試験モー
   ドに設定する動作モード設定手段と、 前記動作モードが試験モードに設定されているとき、前
   記シミュレータから前記伝送路を介して受信した模擬プ
   ロセス値を前記制御装置本体へ入力し、この制御装置本
   体から出力された操作量を前記伝送路を介して前記シミ
   ュレータへ送信する模擬試験手段と、 前記動作モードが実動モードに設定されているとき、前
   記制御対象から入力された実プロセス値を前記制御装置
   本体へ入力し、この制御装置本体から出力された操作量
   を前記制御対象へ出力する実制御手段とを有し、前記制御装置本体に対して入出力されるプロセス値及び
   操作量を前記制御対象と前記シミュレータとの間でソフ
   ト的に切換え、 前記監視装置は、前記伝送路を介して前記制御装置にお
   ける実動モード設定時及び試験モード設定時における前
   記制御対象及びシミュレータに対する制御状態を監視す
   る監視手段を有することを特徴とするシミュレーション
   機能付き監視制御システム。
2. 【請求項２】 ネットワークの伝送路に対して、制御対
   象の動作を制御する制御装置と、この制御装置の前記制
   御対象に対する制御状態を監視する監視装置と、前記制
   御対象の動作をシミュレートするシミュレータとを接続
   してなるシミュレーション機能付き監視制御システムで
   あって、 前記制御装置は、 入力されたプロセス値に対して制御プログラムに従って
   制御演算を実施して演算結果を操作量として出力する制
   御装置本体と、 前記制御対象から入力された実プロセス値を一時記憶す
   る入力バッファと、 前記シミュレータから前記伝送路を介して受信した模擬
   プロセス値を一時記憶する受信バッファと、 外部指令に応じて動作モードを実動モード又は試験モー
   ドに設定する動作モード設定手段と、 前記動作モードが試験モードに設定されているとき、前
   記受信バッファに記憶された模擬プロセス値を前記制御
   装置本体へ入力し、この制御装置本体から出力された操
   作量を前記伝送路を介して前記シミュレータへ送信する
   模擬試験手段と、 前記動作モードが実動モードに設定されているとき、前
   記入力バッファに記憶された実プロセス値を前記制御装
   置本体へ入力し、この制御装置本体から出力された操作
   量を前記制御対象へ出力する実制御手段とを有し、前記制御装置本体に対して入出力されるプロセス値及び
   操作量を前記制御対象と前記シミュレータとの間でソフ
   ト的に切換え、 前記監視装置は、前記伝送路を介して前記制御装置にお
   ける実動モード設定時及び試験モード設定時における前
   記制御対象及びシミュレータに対する制御状態を監視す
   る監視手段を有することを特徴とするシミュレーション
   機能付き監視制御システム。