JP4611652B2 - シミュレーション装置 - Google Patents

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Description

本発明は、制御装置の制御の対象となる実機がない状態で当該実機の役割を担い、上記制御装置の制御機能をテストする装置(シミュレーション装置、シミュレータ)に関するものである。
シミュレーション装置としては、例えば後述の構成からなる例のものが知られている。
従来例1に係るシミュレーション装置を、その概念図の図4を参照しながら説明する。従来、制御装置の制御機能のテストのため、ソフトウェアシミュレータを使ったテスト環境を利用することが知られている。ソフトウェアシミュレータを使ったテスト環境を利用したシミュレーション方法には、一般に、そのテスト環境を構築するためにコストがかかるといった問題があったが、この従来例1では、この問題を解決するために、シミュレータの再利用性を高めるシミュレーション方法とそのシミュレーション方法を実現したシミュレータを提案している。
具体的には従来例1では、シミュレータを「対象製品動作を模擬実行するシミュレータ機能」に係るモジュールと「テストを支援するテスト支援機能」に係るモジュールに大別し、それぞれの機能モジュールをさらに細分化して、これらのモジュールを組み合わせて選択し、または変更することで、シミュレータの再利用性を高めることを実現している。
シミュレーションによる組み込みソフトウェアテスト方法とテスト環境の効率的な運用方式の提案 (情報処理学会研究報告)(ソフトウェア工学126-10).2000/3/10
上述のような従来技術では、依然としてソフトウェア技術を必要としていた。すなわち、シミュレーション対象の変更に伴い、テスト環境を形成するソフトウェアの改変を伴う対応を余儀なくされ、また更に実際のテストにおいても、ソフトウェア技術を認知している技術者によるテストが必要となっていた。また、ソフトウェアの内部構造に基づいたテストに偏るため、想定していない使用方法や条件といったものをソフトウェアで実現することが難しく、そのような想定していない使用方法や条件での不具合の発生の可能性を事前に検知し、その解決手段を構築することが難しいといった問題が生じていた。
そこで本発明は、上述の従来技術に係る問題に鑑み、ソフトウェア技術を認知している技術者によるソフトウェアを変更する作業を実施することなく、シミュレーション対象の変更に対応できるシミュレーション装置を提供することを目的とする。
本発明の請求項1に係る発明は、制御装置の制御性能をテストする用途に使用するシミュレーション装置において、上記制御装置と通信する機能を有する通信制御機構と、入出力部品に係る情報である、信号名、入出力種別、信号データ内容で構成される入出力定義データと、待機制御コマンド、分岐制御コマンド、反復制御コマンド、データ格納制御コマンドのうち1つ以上のコマンドにて構成されるシナリオを生成するデータ編集機構と、上記入出力定義データに基づき入出力信号情報を生成するとともに、入出力部品を表す画像情報を出力する入出力定義機構と、上記入出力部品が入出力定義機構から入力されて表示される表示機能を有するとともに、入力装置を備え、その入力装置で上記入出力部品を操作することによって、上記入出力定義機構で生成された信号が、上記通信制御機構に渡されるデータモニタリング機構と、上記シナリオを取り込み、上記入出力信号情報に基づいて、とり込んだ上記シナリオを実行するシナリオ機構を具備することを特徴とするシミュレーション装置である。
本発明の請求項2に係る発明は、上述の構成に加え、上記シナリオ機構が、上記データモニタリング機構に登録されたシナリオに係る情報である登録シナリオ情報、選択され実行されているシナリオの経過情報に係るシナリオ内容情報を生成し、それらの書き換えを行うものであることを特徴とするシミュレーション装置である。
本発明の請求項3に係る発明は、上述の構成に加え、データモニタリング機構が、当該シミュレーション装置の対象である装置のイメージを表示し、それに入出力部品のイメージを組み合わせて表示する機能を有していることを特徴とするシミュレーション装置である。
本発明の請求項1のシミュレーション装置では、入出力定義データやコマンドにて構成されるシナリオといった、特にソフトウエア技術を認知していない技術者にも扱いやすいデータ等を変更することで、ソフトウェアの改変を伴う対応を回避し、またそれに伴う不具合を回避しつつ、様々な制御装置、また制御装置が制御する様々な装置をシミュレーション対象として適用できる。また、シミュレーション対象自体の変更にも短時間で対応可能である。
また、同一のシミュレーション対象においても、制御装置とその制御装置が制御する装置との間の様々な対話処理を実現でき、またその対話処理の変更にも短時間で対応可能なシミュレーション装置を提供できる。
請求項2のシミュレーション装置は、上述の請求項1のシミュレーション装置の効果に加え、予め様々な内容のシナリオを登録しておくことによって、様々な内容のシミュレーションを簡単に切り替えて実行できるという効果を奏する。また、選択して実行しているシナリオのどのコマンドがどのような状況で実行中かという緻密な確認も行うことができる。
請求項3のシミュレーション装置は、上述の請求項2のシミュレーション装置の効果に加え、装置のどの部分が動作しているのかが理解しやすいシミュレーションを実現することができ、作業者が視覚的に認識し、シミュレーションに係る作業をしやすいという利点が得られるという効果がある。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明の第1実施形態によるシミュレーション装置の全体構成を示す図である。
図1は、本発明のシミュレーション装置の適用の対象(シミュレーション対象)となりうるシステムの構成図の一例である。
このシステムはある装置に対し特定の制御を行う制御装置であり、本発明のシミュレーション装置を利用したテストの対象となるものである。そしてこのシステムはデータを管理(Data Management)し、操作者とのインターフェース(User Interface)を担い、操作者の操作に基づく特定のコマンドを制御(Command Control)し、「上位システム」としての役割を担うスーパーバイザリーコントローラ(Supervisory Controller)と、そのスーパーバイザリーコントローラからのデータ、コマンドや、各種センサー(Sensor)、アクチュエータ(Actuator)などの物理的なI/O(Physical I/O)からのデータに基づいてリアルタイムでの制御を行い、「下位システム」としての役割を担うリアルタイムコントローラ(Real Time Controller)から構成される。スーパーバイザリーコントローラとリアルタイムコントローラは、互いに各々のデータの交換を行うことで、ある装置に対する特定の制御とその装置に係るデータの管理を実現している。
図2は、本発明のシミュレーション装置を上述のシステムに適用した場合の構成図の一例である。この例では、スーパーバイザリーコントローラはリアルタイムコントローラの代わりとなるシミュレーション装置を、リアルタイムコントローラはスーパーバイザリーコントローラと物理的なI/Oデータの代わりとなるシミュレーション装置をそれぞれ適用することで、スーパーバイザリーコントローラ、リアルタイムコントローラそれぞれの単体でのテストを実施できることを示している。また、物理的なI/Oデータの代わりとなるシミュレーション装置を適用することで実機なしでスーパーバイザリーコントローラとリアルタイムコントローラの統合的なテストを実施できることも示している。
図3は、本発明のシミュレーション装置をあるシステムに適用した場合の構成図のより詳細な一例である。
制御装置2は、例えば産業機械に含まれ、その産業機械の本体部分を制御する制御装置である。
シミュレーション装置1は、ここでは上述の産業機械の本体部分、即ち制御装置2の制御しようとする対象の役割を担うものであり、通信制御機構10、入出力定義機構11、シナリオ機構12、データ編集機構13、データモニタリング機構14からなる。
通信制御機構10は制御装置2と制御信号100とシミュレーション信号101を通信するものである。制御信号100は制御装置2が、制御しようとする対象の所定の制御を行うために、その対象に対して出力する信号である。シミュレーション信号101は制御装置2が制御しようとする対象になりかわり、制御装置2に対して出力する信号である。この制御信号100とシミュレーション信号101の詳細については後述する。
データ編集機構13はこのシミュレーション装置1の操作者のキー入力などの特定の操作によって任意のデータをシミュレーション装置1の内部に種々のデータを入力する機能を有している。具体的にはデータ編集機構13はキーボードやタッチパネルなどの入力装置や、CRTやLCDなどのディスプレイ装置や、他の入力装置によって入力されたデータを内部に保持するフレキシブルディスクやCD−ROMなどの媒体のデータを読み取る各種ドライブ装置などを有している。操作者は、このデータ編集機構13を利用して、後述する入出力部品に係る情報である入出力定義データ102等を生成することが可能である。
ところで、このデータ編集機構13によって入出力定義データ102を生成するということは即ち、このシミュレーション装置1がその役割を担っている産業機械の本体部分といった制御装置2の制御しようとする対象、あるいは制御装置2自身の仕様書(Specification)などを参照して、操作者が所定のデータをデータ編集機構13を介して入力し、その入力されたデータに基づいて入出力定義データ102が生成されることを意味する。なお、シミュレーション装置1がその役割を担っている産業機械の本体部分はセンサー等の入力手段、アクチュエータ等の出力手段を具備しているのが普通であるが、入出力定義データ102は、その入力手段からの入力信号、出力手段への出力信号を定義するものである。より具体的には、入出力定義データ102は、デジタル/アナログといった「信号名」、入力/出力といった「入出力種別」、ON/OFFや任意の数値のデータなどの「信号データ内容」で構成されるものである。
入出力定義機構11は、データ編集機構13により生成した入出力定義データ102を取り込み、入出力信号情報103を生成すると同時に、表示機能を有するデータモニタリング機構14に1個または複数個のボタン部品200、ランプ部品201、ボリューム部品202、インジケータ部品203からなる入出力部品104を出力する。
入出力定義機構11は、入出力定義データ102を取り込み、その入出力定義データ102にて定義された信号の、信号名が“デジタル”、入出力種別が”入力”ならば、“デジタル入力”のラベルをつけたボタン部品200を、信号名が“デジタル”、入出力種別が”出力”ならば、“デジタル出力”のラベルをつけたランプ部品201を、信号名が“アナログ”、入出力種別が”入力”ならば、“アナログ入力”のラベルをつけたボリューム部品202を、信号名が“アナログ”、入出力種別が”出力”ならば、“アナログ出力”のラベルをつけたインジケータ部品203を、データモニタリング機構14に出力する。
なお、データモニタリング機構14はいわゆるLCDなどのディスプレイ装置を主体として構成されたものである。データモニタリング機構14にボタン部品200等の入出力部品104を出力するということは即ち、そのデータモニタリング機構14を構成するディスプレイ装置上にいわゆるボタン等の実際の入出力部品に相当する形状のもの(イメージ)を表示することを意味する。また、そのボタン部品200等はそのデータモニタリング機構14上での操作者の特定の操作によって、そのボタン部品200等に係るデータを入力すること、すなわち例えばボタン部品200等をONあるいはOFFの状態に切り換えてそれに係るデータ(後述のON/OFFシミュレーション信号304等)を入力することができるようになっている。そのためには、データモニタリング機構はディスプレイ装置のほか、キーボードなどの入力装置から構成されているか、そのディスプレイ装置自身が入力装置も兼ねるタッチパネルなどで構成されていることが望ましい。
そして、ボタン部品200をデータモニタリング機構14から操作するとON/OFFシミュレーション信号304(図示せず)を、ボリューム部品202を操作すると数値データシミュレーション信号305(図示せず)を入出力定義機構11で生成し、通信制御機構にそれら信号が渡される。ここでいうON/OFFシミュレーション信号304は上述したようにデータモニタリング機構14上でのボタン部品200のONあるいはOFFの状態の切り換えによって入力されるデータである。また数値データシミュレーション信号305はデータモニタリング機構14上でのボリューム部品202の操作によって入力される任意の数値のデータである。
通信制御機構10は、上記ON/OFFシミュレーション信号304と上記数値データシミュレーション信号305からなるシミュレーション信号101を制御装置2へ出力する。制御装置2は、シミュレーション信号101を模擬的な入力信号(以下、単に模擬信号とする)として受信し、制御装置2のプログラム処理機構20でその模擬信号を解釈して、相応の制御信号100をシミュレーション装置1へ出力する。シミュレーション装置1は、通信制御機構10を介して制御信号100を受信し、入出力定義機構11へ渡す。入出力定義機構11は、制御信号100の信号名、入出力種別、信号データ内容を判別して、信号名が”デジタル”、入出力種別が”出力”ならば、データモニタリング機構14のランプ部品201に、信号名が”アナログ”、入出力種別が”出力”ならば、インジケータ部品203に、各々の信号データ内容の値を表示させる。
シナリオ機構12は、データ編集機構13により生成した1個または複数個のシナリオ105を取り込み、データモニタリング機構14に1個の登録シナリオ情報204、1個または複数個のシナリオ内容情報205を生成し、それらの書き換えを行う。シナリオ105は、制御装置とその制御装置が制御しようとする対象との間の処理(例えば対話処理)の内容である。具体的にはシナリオ105は、待機制御を行うコマンド300(待機制御コマンド)、分岐制御を行うコマンド301(分岐制御コマンド)、反復制御を行うコマンド302(反復制御コマンド)、データ格納制御を行うコマンド303(データ格納制御コマンド)から構成される。なお、登録シナリオ情報204は登録されたシナリオに係る情報、即ちデータ編集機構13により生成されたシナリオの種類を蓄積した情報であり、且つ現在選択され実行されているシナリオがいずれかを示す情報である。また、シナリオ内容情報205は現在選択され実行されているシナリオの経過情報、即ち選択され実行されているシナリオのコマンドステップの情報、更に換言すれば、どのコマンドがどういう状況で実行中であるかを示す情報である。
操作者がデータモニタリング機構14上で特定の操作を行うことによって、登録シナリオ情報204から実行する1個または複数個のシナリオが選択されると、データモニタリング機構14はシナリオ機構12へシナリオ開始信号106を出力する。
それに応じて、シナリオ機構12は、逐一シナリオ105のコマンド300〜303を実行する。待機制御コマンド300は、所定の時間だけ待機して、または入出力定義機構11の入出力信号情報103の所定の信号が所定の値に変化するのを待機して次のコマンド300〜303を実行する。分岐制御を行うコマンド301は、入出力信号情報103の所定の信号の値を判別して次のコマンド300〜303を実行する。反復制御を行うコマンド302は、反復範囲の1個または複数個のコマンド300〜303を繰り返して実行する。データ格納制御を行うコマンド300は、入出力信号情報103の所定の信号に値を格納して次のコマンドを実行する。
更に、シナリオ機構12は、シナリオ105のコマンド300〜303で処理された入出力信号情報103を、データモニタリング機構14へ出力し、入出力部品104を表示する。
また、シナリオ機構12は、シナリオ実行状態信号107をデータモニタリング機構14に出力し、登録シナリオ情報204により現在までにデータ編集機構13により生成されたシナリオの種類を、更に、現在選択され実行されているシナリオがいずれかを、例えばそのシナリオごとに定められたシナリオ名などを以って、表示する。また、シナリオ内容情報205により具体的に現在選択され実行されているシナリオのどのコマンドがどういう状況で実行中であるかを表示する。
ここで、あるシステムが、操作者が操作ボタン30を押すと、制御装置2がアクチュエータ31の駆動制御信号109を出力して、それに依ってアクチュエータ31が駆動し、所定時間後にアクチュエータ31の駆動限界に位置するリミットスイッチ32が入力された状態となり、センサー入力信号110が制御装置2へ出力されるように構成されているとする。そのシステムにおいて、制御装置2が駆動制御信号109の出力をOFFする動作を例としてシミュレーション装置1によるシミュレーションを説明する。
まず、操作者はデータ編集機構13を介して入力し、その入力に基づいて、操作ボタン30によるボタン入力信号108、アクチュエータ31の駆動制御信号109、リミットスイッチ32のセンサー入力信号110から構成する入出力定義データ102が生成される。更に、ボタン入力信号108をシミュレーション信号101として生成するデータ格納制御を行うコマンド303、駆動制御信号109がONに変化した後に所定時間だけ待つ待機制御を行うコマンド300、センサー入力信号110をシミュレーション信号101として生成するデータ格納制御を行うコマンド303、駆動制御信号109がOFFするのを待つ待機制御を行うコマンド300から構成する1個のシナリオ105(シナリオ名“シナリオA”)を、データ編集機構13で生成する。
次いで、入出力定義データ102を入出力定義機構11に、シナリオ105をシナリオ機構12に取り込み、データモニタリング機構14に入出力部品104が出力され、登録シナリオ情報204、シナリオ内容情報205が生成される。データモニタリング機構14の登録シナリオ情報204からシナリオ105(シナリオ名“シナリオA”)を選択する。
更にシナリオ機構12へシナリオ開始信号106を出力し、シナリオ機構12はシナリオ105(シナリオ名“シナリオA”)を実行する。このとき、シナリオ機構12はデータモニタリング機構14へシナリオ名“シナリオA”が実行中であること、シナリオ名“シナリオA”の現在実行中のコマンド場所を通知するシナリオ実行状態信号107を出力する。
そして、データモニタリング機構14は、シナリオ機構12より通知されたシナリオ実行状態信号107から、シナリオ名“シナリオA”が実行中である旨の情報を登録シナリオ情報204に書き込み、シナリオ名“シナリオA”の現在実行中のコマンドステップの情報をシナリオ内容情報205に書き込む。シナリオ機構12は、シナリオ105(シナリオ名“シナリオA”)のボタン入力信号108をONに変化させるデータ格納制御を行うコマンド209を実行して、ボタン入力信号108のON状態を通知するシミュレーション信号101を生成して、通信制御機構10を介して制御装置2へ出力する。
そして、制御装置2は、シミュレーション信号101を模擬信号として受信し、制御装置2のプログラム処理機構20から駆動制御信号109のON状態を通知する制御信号100をシミュレーション装置1へ出力する。シミュレーション装置1は、通信制御機構10を介して駆動制御信号109のON状態を受信し、入出力定義機構11へ渡す。シナリオ機構12は、入出力信号情報103の駆動制御信号109の状態がOFFからONに変化した後に所定時間待つ待機制御を行うコマンド300を実行する。次に、センサー入力信号110をONに変化させるデータ格納制御を行うコマンド303を実行して、センサー入力信号110のON状態を通知するシミュレーション信号101を生成して、通信制御機構10を介して制御装置2へ出力する。
更に、制御装置2は、シミュレーション信号101を模擬信号として受信し、制御装置2のプログラム処理機構20から駆動制御信号109のOFF状態を通知する制御信号100をシミュレーション装置1へ出力する。シミュレーション装置1は、通信制御機構10を介して駆動制御信号109のOFF状態を受信し、入出力定義機構11へ渡す。シナリオ機構12は、入出力信号情報103の駆動制御信号109の状態がONからOFFに変化するのを待つ待機制御を行うコマンド300が実行され、完了する。
そして、シナリオ機構12は、シナリオ105が完了したことを、データモニタリング機構14へシナリオ実行状態信号107で通知する。データモニタリング機構14は、登録シナリオ情報204およびシナリオ内容情報205にシナリオ(シナリオ名“シナリオA”)が実行され、完了したことを書き込む。
上述では、操作者がデータ編集機構13を介して入力し、その入力に基づいて、操作ボタン30によるボタン入力信号108、アクチュエータ31の駆動制御信号109、リミットスイッチ32のセンサー入力信号110から構成する入出力定義データ102が生成される例を示した。しかしながら、操作者の入力によって入出力定義データ102は任意に生成され、上述の例に限られるものではない。
また、同様に、シナリオ105も当然ながら上述のシナリオ(シナリオ名” シナリオA”)に限られるものではなく、操作者の入力によって任意に生成されうる。様々なシステムの構成に応じて、データ編集機構13を介して入出力定義データ102を任意に生成することができるため、汎用性の高いシミュレーションを実現することができる。
また入出力定義データやコマンドにて構成されるシナリオといった、特にソフトウエア技術を認知していない技術者にも扱いやすいデータ等を変更することで、ソフトウェアの改変を伴う対応を回避し、またそれに伴う不具合を回避しつつ、様々な制御装置、また制御装置が制御する様々な装置をシミュレーション対象として適用できる。また、シミュレーション対象自体の変更にも短時間で対応可能である。また、同一のシミュレーション対象においても、制御装置とその制御装置が制御する装置との間の様々な対話処理を実現でき、またその対話処理の変更にも短時間で対応可能なシミュレーション装置を提供できる。
シナリオ機構は、制御装置とその制御装置が制御しようとする対象との間の処理(例えば対話処理)の内容であるシナリオを解釈して、具体的には記述されたコマンド群を順番に解釈して、上述の入出力定義で定義された入出力信号に応じ、相応の応答信号を生成するものである。これにより、正確なタイミングでの対話処理を行うシミュレーションを実現することができる。予め様々な内容のシナリオを登録しておくことによって、様々な内容のシミュレーションを簡単に切り替えて実行できるという効果を奏する。また、選択して実行しているシナリオのどのコマンドがどのような状況で実行中かという緻密な確認も行うことができる。
データモニタリング機構は、ディスプレイ装置の画面の背景にシミュレーション対象のイメージを表示し、シミュレーション対象の入力部品をボタンやスライダーなどにイメージを、出力部品をランプやインジケータなどのイメージを表示する機能を有していることが望ましい。これらのボタンやランプをシミュレーション対象のイメージデータと組み合わせてレイアウトされておれば、装置のどの部分が動作しているのかが理解しやすいシミュレーションを実現することができ、作業者が視覚的に認識し、シミュレーションに係る作業をしやすいという利点が得られる。
本発明のシミュレーション装置の適用の対象(シミュレーション対象)となりうるシステムの構成図の一例である。 本発明のシミュレーション装置をあるシステムに適用した場合の構成図の一例である。 本発明のシミュレーション装置をあるシステムに適用した場合の構成図のより詳細な一例である。 本発明従来例に係るシミュレーション装置の概念図である。
符号の説明
1…シミュレーション装置
2…制御装置
10…通信制御機構
11…入出力定義機構
12…シナリオ機構
13…データ編集機構
14…データモニタリング機構
20…プログラム処理機構
30…操作ボタン
31…アクチュエータ
32…リミットスイッチ
100…制御信号
101…シミュレーション信号
102…入出力定義データ
103…入出力信号情報
104…入出力部品
105…シナリオ
106…シナリオ開始信号
107…シナリオ実行状態信号
108…ボタン入力信号
109…駆動制御信号
110…センサー入力信号
200…ボタン部品
201…ランプ部品
202…ボリューム部品
203…インジケータ部品
204…登録シナリオ情報
205…シナリオ内容情報
300…待機制御コマンド
301…分岐制御コマンド
302…反復制御コマンド
303…データ格納制御コマンド

Claims (3)

  1. 制御装置の制御性能をテストする用途に使用するシミュレーション装置において、
    上記制御装置と通信する機能を有する通信制御機構と、
    入出力部品に係る情報である、信号名、入出力種別、信号データ内容で構成される入出力定義データと、待機制御コマンド、分岐制御コマンド、反復制御コマンド、データ格納制御コマンドのうち1つ以上のコマンドにて構成されるシナリオを生成するデータ編集機構と、
    上記入出力定義データに基づき入出力信号情報を生成するとともに、入出力部品を表す画像情報を出力する入出力定義機構と、
    上記入出力部品が入出力定義機構から入力されて表示される表示機能を有するとともに、入力装置を備え、その入力装置で上記入出力部品を操作することによって、上記入出力定義機構で生成された信号が、上記通信制御機構に渡されるデータモニタリング機構と、
    上記シナリオを取り込み、上記入出力信号情報に基づいて、とり込んだ上記シナリオを実行するシナリオ機構を具備することを特徴とする
    シミュレーション装置。
  2. 上記シナリオ機構が、上記データモニタリング機構に登録されたシナリオに係る情報である登録シナリオ情報、選択され実行されているシナリオの経過情報に係るシナリオ内容情報を生成し、それらの書き換えを行うものであることを特徴とする請求項1に記載のシミュレーション装置。
  3. 上記データモニタリング機構が、当該シミュレーション装置の対象である装置のイメージを表示し、それに入出力部品のイメージを組み合わせて表示する機能を有していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のシミュレーション装置。
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