JP5294136B2 - 目標値入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、目標値入力装置に関し、詳しくは、プロセス制御システムなどの操作画面における目標値の設定入力に関するものである。

一般にプロセス制御システムでは、プラントプロセスを制御するための各種パラメータを、プラントプロセスに関連した表示画面上で設定することが行われている。

図９は従来のプラントプロセスにおける表示画面の一例を示す構成図である。図９において、たとえばメタンの流量を操作設定する場合には、プロセス系統画面１０中に矢印で示す「メタン」と記された操作設定対象部分を選択する。

これにより、表示画面の一部には、操作設定対象部分である「メタン」の流量に関連する目標値（以下ＳＶ値という）や現在値（以下ＰＶ値という）などの情報量を示す操作設定画面２０も表示されて、「メタン」流量のＳＶ値が設定できるようになる。

図１０は、具体的な「メタン」流量のＳＶ値の設定操作例の説明図である。（Ａ）は表示されるテンキー２１により数値を直接入力して設定する例、（Ｂ）はマウスやレバーなどの図示しない外部入力手段を用いてＳＶ値を示すバー２２を上下方向に移動させることにより所望値を設定する例、（Ｃ）は画面中の上ボタン２３または下ボタン２４を選択してＳＶ値を上下させることにより所望値を設定する例である。

特許文献１には、プラントプロセスにおける表示画面から目標値を設定入力する例が記載されている。
特開平０６−０９５７０６号公報

しかし、従来の操作は、いずれも最終のＳＶ値のみをピンポイントで設定するだけのものであり、現在のＳＶ値から最終のＳＶ値に至るまでに必要とする時間や、どのような応答特性に基づいて変化していくのかなどを指定することはできない。つまり、何分後に最終のＳＶ値に達するかということや、その間における値の応答特性などに関しては、任意に設定することができない。

本発明は、これらの従来の問題点に着目したものであり、その目的は、最終のＳＶ値に到達するまでに必要とする所要時間と、最終のＳＶ値に到達するまでの間におけるＳＶ値の応答変化をも設定できる目標値入力装置を提供することにある。

他の目的は、ＳＶ値の設定操作を抽象化し、視覚的にも容易に理解できるようにすることにある。

このような課題を達成する請求項１の発明は、
設定画面から目標値を設定入力するように構成されたプロセス制御システムにおける目標値入力装置において、
プラントプロセスを制御するための操作設定対象部分となる各種パラメータを含むプロセス系統が表示されるプロセス系統画面と、
このプロセス系統画面から所望の操作設定対象部分を選択することにより選択された操作設定対象部分のパラメータに関連したグラフ表示領域と機能選択領域が設けられた設定画面が表示され、
前記設定画面のグラフ表示領域には時間軸が設けられて、その時間軸と選択された操作設定対象部分のパラメータの目標値変化の関係をグラフで表示するように構成されるとともに、前記グラフ表示領域は複数のマス目よりなる格子状に分割されてそれぞれのマス目を目標値の変曲点として個別に選択できるように構成され、
前記機能選択領域には、入力値に対する応答特性を選択指定する複数の応答特性指定ボタンと、これら応答特性指定ボタンで選択指定された所望の応答特性を設定するための設定ボタンと、必要に応じて目標値設定画面を閉じる操作ボタンが設けられていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の目標値入力装置において、
前記複数の応答特性指定ボタンで選択される複数の応答特性が格納される応答特性格納部と、
前記応答特性指定ボタンの操作に連動して前記応答特性格納部から所望の応答特性を選択し、後述する係数演算部に入力する応答特性選択部と、
前記グラフ表示領域の一定範囲から個別にマス目を選択する動作に連動して、選択されたマス目の位置情報を後述する係数演算部に入力するグラフ領域選択部と、
前記グラフ領域選択部で選択されたマス目内に前記応答特性選択部で選択された応答特性に基づくグラフを表示するための線形式の係数を演算し、その演算結果を演算データ格納部のバッファを介してグラフ作成部に入力する係数演算部と、
前記演算データ格納部のバッファに格納されている前記係数演算部の係数演算結果に基づいてグラフを作成するグラフ作成部と、
前記設定ボタンおよび操作ボタンの操作に連動する設定操作部と、
前記設定操作部の設定ボタンが操作されたことを識別すると前記演算データ格納部のバッファに一時的に格納されている前記係数演算部の係数演算結果を格納領域に転送格納するように制御し、操作ボタンが操作されたことを識別するとその時点で前記目標値設定画面を閉じて前記プロセス系統画面を表示するように制御信号を出力する操作識別部、
とで構成されたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２記載の目標値入力装置において
前記目標値は、複数の変曲点と複数の線形式を組み合わせて設定入力されることを特徴とする。

これらにより、最終のＳＶ値に到達するまでに必要とする所要時間と、最終のＳＶ値に到達するまでの間におけるＳＶ値の応答変化をも設定でき、ＳＶ値の設定操作を抽象化して視覚的にも容易に理解できる目標値入力装置が実現できる。

以下、本発明について、図面を用いて説明する。図１は本発明に基づく目標値設定画面の具体例を示す説明図である。なお、この図１に示す目標値設定画面は、前述図９のプロセス系統画面１０中に矢印で示す「メタン」と記された操作設定対象部分を選択することにより、図９の操作設定画面２０に代わって表示される。

図１において、画面上部にはグラフ３０の表示領域が形成されていて、縦軸３１は設定される目標値のプロセス量（本実施例ではメタンの供給量ｋｇ/ｈ）を示し、横軸３２は時間（分：ｍｉｎ）を示している。グラフ３０の表示領域のうち網かけ表示した一定範囲３３は複数のマス目よりなる格子状に分割されていて、それぞれのマス目を変曲点として個別に選択できるように構成されている。ここで、マス目は、図１の例では縦軸が５ｋｇ/ｈごと、横軸が５ｍｉｎごとに区切られているが、任意の大きさに変更することが可能である。

グラフ３０の表示領域下部には、複数の機能選択ボタンが配列された機能選択領域４０が形成されている。本実施例の機能選択ボタンとしては、入力値に対する応答特性として１次式を指定する１次ボタン４１、２次式を指定する２次ボタン４２、ｓｉｎ波形式を指定するｓｉｎボタン４３の他、これら応答特性指定ボタン４１〜４３で選択指定された所望の応答特性を設定するための設定ボタン４４、必要に応じていつでも目標値設定画面を閉じることができる操作ボタン４５が設けられている。これら機能選択ボタン４１〜４５は、カーソルをマウスで移動させて選択したり、タッチパネル構造にして指で選択するように構成する。なお、応答特性はこれらに限るものではなく、３次式以上やｃｏｓ波形など、用途に応じた任意の応答特性を作成することができる。

図２は図１の目標値設定画面上で一連の操作を実行するための具体的な構成例を示すブロック図である。図２において、応答特性格納部５０には、１次式５１、２次式５２、ｓｉｎ式５３などを含む複数の応答特性が格納されている。

応答特性選択部６０は、図１の応答特性指定ボタン４１〜４３の操作に連動して応答特性格納部５０から所望の応答特性を選択し、係数演算部７０に入力する。

グラフ領域選択部８０は、図１で網かけ表示されたグラフ３０の一定範囲３３から個別にマス目を選択する動作に連動して、選択されたマス目の位置情報を係数演算部７０に入力する。

係数演算部７０は、グラフ領域選択部８０で選択されたマス目内に応答特性選択部６０で選択された応答特性に基づくグラフを表示するための線形式の係数を演算し、その演算結果を、演算データ格納部９０のバッファを介してグラフ作成部１００に入力する。

グラフ作成部１００は、演算データ格納部９０のバッファに格納されている係数演算部７０の係数演算結果に基づいてグラフを作成し、図示しない表示部に入力する。

設定操作部１１０は、図１の設定ボタン４４および操作ボタン４５の操作に連動するものであり、操作識別部１２０で設定ボタン４４と操作ボタン４５のいずれが操作されたかが判断される。

操作識別部１２０は、設定操作部１１０の設定ボタン４４が操作されたことを識別すると、演算データ格納部１００のバッファに一時的に格納されている係数演算部７０の係数演算結果を格納領域に転送格納するように制御し、操作ボタン４５が操作されたことを識別するとその時点で図１の目標値設定画面を閉じて図９のプロセス系統画面を表示するように図示しない表示制御部に制御信号を出力する。

図３は図１および図２の動作の流れを説明するフローチャートである。一連の処理は、図９のプロセス系統画面１０から始まる(ＳＰ１）。

オペレータは、プロセス系統画面１０上において、ＳＶ値を変更したい操作設定対象を選択する(ＳＰ２）。この例では、「メタン」と記された操作設定対象部分を選択して、メタンの流量を変化させるものとする。

「メタン」が選択されることにより、図１に示すような目標値設定画面が表示される(ＳＰ３）。このとき、目標値設定画面における時間０ｍｉｎの縦軸上には、図３〜図８に示すように現在のメタン供給量のＳＶ値が表示されるが、図１では現在のメタン供給量のＳＶ値は表示していない。

オペレータは、図１の目標値設定画面において、入力値に対する「応答特性選択操作」を行う(ＳＰ４）。ここで応答特性とはメタンの流量の時間的変化を表すものであって、線形式で表されるものとしている。この応答特性選択操作は、前述のように、図１のグラフ３０の表示領域下部に配列されている１次式を指定する１次ボタン４１、２次式を指定する２次ボタン４２、ｓｉｎ波形式を指定するｓｉｎボタン４３のいずれかを操作することにより行われる。

応答特性を選択した後、オペレータは、図１のグラフ３０上で、目標とする時間と目標とするＳＶ値が交わるマス目部分を選択する「グラフ指定操作」を行う(ＳＰ５）。

マス目が指定されると、図２の係数演算部７０は指定されたマス目におけるグラフ上の座標を演算するとともに、現在設定されているＳＶ値の座標との関連から対象となる線形式の係数を演算し(ＳＰ６）、演算結果を演算データ格納部９０のバッファを介してグラフ作成部１００に入力する。

グラフ作成部９０は演算データ格納部９０のバッファに格納されている係数演算部７０の係数演算結果に基づいてグラフを作成し、図示しない表示部に入力する(ＳＰ７）。

オペレータは、表示されるグラフを確認して、あるいは必要に応じて任意の時点で、図２の設定操作部１１０に連動した図１の設定ボタン４４または操作ボタン４５のいずれかを設定操作する(ＳＰ８）。

操作識別部１２０は、図１の設定ボタン４４または操作ボタン４５のいずれが操作されたかを識別する(ＳＰ９）。設定ボタン４４が操作されたと識別した場合には、実際に目標値を変更するとともに、演算データ格納部１００のバッファに一時的に格納されている係数演算部７０の係数演算結果を格納領域に転送格納するように制御して、一連の処理を終了する。操作ボタン４５が操作されたと識別した場合には、その時点で図１の目標値設定画面を閉じてステップＳＰ１に戻り、図９のプロセス系統画面を表示するように図示しない表示制御部に制御信号を出力する。

具体的な応答特性の設定例について説明する。図４は１次式による設定例図である。図３の応答特性選択操作ステップＳＰ４で１次ボタン４１が選択操作され、グラフ指定操作ステップＳＰ５で矢印で示す２０〜２５ｋｇ/ｈ、７．５〜１０ｍｉｎのマス目が変曲点として選択指定されている。時間０ｍｉｎにおける現在のＳＶ値は１０ｋｇ/ｈである。ここでは指定したマス目の中央の値を取得するようにしているため、８．７５ｍｉｎ後に２２．５ｋｇ／ｈになるようにＳＶ値を単調増加させている。そして、ＳＶ値が２２．５ｋｇ／ｈに到達した以降は、指定したマス目を変曲点としてそのＳＶ値を一定に保つように動作する。

図５は２次式による設定例図である。図３の応答特性選択操作ステップＳＰ４で２次ボタン４２が選択操作され、グラフ指定操作ステップＳＰ５で矢印で示す２０〜２５ｋｇ/ｈ、１５〜１７．５ｍｉｎのマス目が変曲点として選択指定されている。時間０ｍｉｎにおける現在のＳＶ値は１０ｋｇ/ｈである。ここでは１６．２５ｍｉｎ後に２２．５ｋｇ／ｈになるように２次曲線を描いてＳＶ値を増加させている。そして、ＳＶ値が２２．５ｋｇ／ｈに到達した以降は、指定したマス目を変曲点としてそのＳＶ値を一定に保つように動作する。

図６はｓｉｎ波形式による設定例図である。図３の応答特性選択操作ステップＳＰ４でｓｉｎボタン４３が選択操作され、グラフ指定操作ステップＳＰ５で矢印で示す２０〜２５ｋｇ/ｈ、１２．５〜１５ｍｉｎのマス目が変曲点として選択指定されている。時間０ｍｉｎにおける現在のＳＶ値は０ｋｇ/ｈである。ここでは１３．７５ｍｉｎ後に１７．５ｋｇ／ｈになるようにＳｉｎ波形を描いてＳＶ値を増加させている。そして、ＳＶ値が１７．５ｋｇ／ｈに到達した以降は、指定したマス目を変曲点としてそのＳＶ値を一定に保つように動作する。

図７は複数式の組み合わせによる設定例図である。はじめに１次ボタン４１が選択操作されるとともに第１の変曲点として矢印で示す２０〜２５ｋｇ/ｈ、７．５〜１０ｍｉｎのマス目が選択指定され、その後、２次ボタン４２が選択操作されるとともに第２の変曲点として矢印で示す０〜５ｋｇ/ｈ、１７．５〜２０ｍｉｎのマス目が選択指定されている。時間０ｍｉｎにおける現在のＳＶ値は１０ｋｇ/ｈである。これにより、ＳＶ値は、
８．７５ｍｉｎ後に２２．５ｋｇ／ｈになるように第１の変曲点に向かって単調増加し、その後は１３．７５ｍｉｎから１８．７５ｍｉｎにかけて２.５ｋｇ/ｈになるように、２次曲線を描いて急激に減少する。

図８は図１の目標値設定画面を用いた抽象操作の説明図である。グラフ領域を３×３のマス目に区切った場合の操作を考える。現在のＳＶ値が０の場合において、左上のマス目を選択すると高速で高い（ＦＡＳＴ・ＨＩＧＨ）ＳＶ値の設定を促すことになり、右下の格子を選択すると低速で低い（ＳＬＯＷ・ＬＯＷ）ＳＶ値の設定を促すことになる。すなわち、図８の例では、「ＦＡＳＴ・ＨＩＧＨ」や「ＳＬＯＷ・ＬＯＷ」などの文字で表されるオペレータの意図を、３×３の９個のマス目を選択肢として抽象化して表現したことになる。

このような構成によれば、ＳＶ値の設定にあたり、時間軸を導入したことにより、現在の目標値から設定された目標値に到達するまでのＳＶ値の時間の経過に伴う特性変化状態をグラフで確認することができ、視覚的に変化を把握することができる。

短時間で早く生成量を最大にしたいときや緩やかに反応を見たいときなど、従来ではその都度設定変更操作を行わなければならなかったが、本発明によれば一度の操作で設定できる。

特に、ｓｉｎ波形などを利用すれば、緩やかな増加から急激な増加へ変化する操作も一度の設定操作で行うことができる。

グラフ上のマス目の大きさを大きくすれば、選択可能なマス目数が減ることから、操作設定の容易性が増す。逆に、マス目の大きさを小さくすれば、選択可能なマス目数が増えることになり、より細かな設定が可能となる。

２個以上の線形式を組み合わせることにより、増加と減少の組み合わせなど、より複雑なＳＶ値の変化を実現できるようになる。たとえば、起動後はゆっくりとＳＶ値を上げ続け、目標とするＳＶ値となったらそのまま運転を維持し、一定時間後にまた緩やかに減少させるような設定も可能になる。

グラフを区切るマス目の大きさを意図的に大きく設定することで、抽象的な操作を視覚的に理解し易いものとして表現することができる。

なお、本発明による目標値設定画面は、プラントプロセスに限るものではなく、複数の変数、特に時間のように常に一方向に変化する変数を持つ各種の操作に有用である。具体的には、時間に応じて空調の温度を設定する操作や、照明の明るさを設定する操作などが挙げられる。

以上説明したように、本発明によれば、最終の目標値に到達するまでに必要とする所要時間と、最終の目標値に到達するまでの間における目標値の応答変化をも設定できるとともに、目標値の設定操作を抽象化して視覚的にも容易に理解できる目標値入力装置が実現でき、プラントプロセスをはじめ、時間に応じて空調の温度を設定する操作や、照明の明るさを設定する操作など、各種のシステムにおける目標値の設定装置として好適である。

本発明に基づく目標値設定画面の具体例を示す説明図である。 図１の目標値設定画面上で一連の操作を実行するための具体的な構成例を示すブロック図である。 図１および図２の動作の流れを説明するフローチャートである。 １次式による設定例図である。 ２次式による設定例図である。 ｓｉｎ波形式による設定例図である。 複数式の組み合わせによる設定例図である。 図１の目標値設定画面を用いた抽象操作の説明図である。 従来のプラントプロセスにおける表示画面の一例を示す構成図である。 具体的な「メタン」流量のＳＶ値の設定操作例の説明図である。

符号の説明

３０ グラフ
３１ 縦軸（目標値のプロセス量）
３２ 横軸（時間：ｍｉｎ）
３３ 網かけ表示範囲
４０ 機能選択領域
４１ １次ボタン
４２ ２次ボタン
４３ ｓｉｎボタン
４４ 設定ボタン
４５ 操作ボタン

Claims (3)

1. 設定画面から目標値を設定入力するように構成されたプロセス制御システムにおける目標値入力装置において、
   プラントプロセスを制御するための操作設定対象部分となる各種パラメータを含むプロセス系統が表示されるプロセス系統画面と、
   このプロセス系統画面から所望の操作設定対象部分を選択することにより選択された操作設定対象部分のパラメータに関連したグラフ表示領域と機能選択領域が設けられた設定画面が表示され、
   前記設定画面のグラフ表示領域には時間軸が設けられて、その時間軸と選択された操作設定対象部分のパラメータの目標値変化の関係をグラフで表示するように構成されるとともに、前記グラフ表示領域は複数のマス目よりなる格子状に分割されてそれぞれのマス目を目標値の変曲点として個別に選択できるように構成され、
   前記機能選択領域には、入力値に対する応答特性を選択指定する複数の応答特性指定ボタンと、これら応答特性指定ボタンで選択指定された所望の応答特性を設定するための設定ボタンと、必要に応じて目標値設定画面を閉じる操作ボタンが設けられていることを特徴とする目標値入力装置。
2. 前記複数の応答特性指定ボタンで選択される複数の応答特性が格納される応答特性格納部と、
   前記応答特性指定ボタンの操作に連動して前記応答特性格納部から所望の応答特性を選択し、後述する係数演算部に入力する応答特性選択部と、
   前記グラフ表示領域の一定範囲から個別にマス目を選択する動作に連動して、選択されたマス目の位置情報を後述する係数演算部に入力するグラフ領域選択部と、
   前記グラフ領域選択部で選択されたマス目内に前記応答特性選択部で選択された応答特性に基づくグラフを表示するための線形式の係数を演算し、その演算結果を演算データ格納部のバッファを介してグラフ作成部に入力する係数演算部と、
   前記演算データ格納部のバッファに格納されている前記係数演算部の係数演算結果に基づいてグラフを作成するグラフ作成部と、
   前記設定ボタンおよび操作ボタンの操作に連動する設定操作部と、
   前記設定操作部の設定ボタンが操作されたことを識別すると前記演算データ格納部のバッファに一時的に格納されている前記係数演算部の係数演算結果を格納領域に転送格納するように制御し、操作ボタンが操作されたことを識別するとその時点で前記目標値設定画面を閉じて前記プロセス系統画面を表示するように制御信号を出力する操作識別部、
   とで構成されたことを特徴とする請求項１記載の目標値入力装置。
3. 前記目標値は、複数の変曲点と複数の線形式を組み合わせて設定入力されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の目標値入力装置。