JPH03238506A - 制御システムにおける表示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、プラント等の制御システムで使用される表示
方法に関する。

［従来の技術］ 最近、遅れ時間やむだ時間要素の大きいプラントに対し
て有効な制御方式として、予測制御が知られている。

予測制御の特徴を要約すると、コントローラの内部に対
象プラントの動特性を数学的に表現するプラントモデル
を持ち、このモデルと過去のプラントへの入力から算出
されるプラント出力の将来値を予測し、この将来値に基
づいてコントルーラ出力を計算する。

このような予測制御方式では、制御対象に応じて数学モ
デルを切り換える必要があり、特にプラント立上げ後の
初期調整の段階では、モデルの改変をしばしば行なうこ
とが予想される。

しかし、数学モデルは単にモデルのみを変更すれば良い
というものでなく、それに伴なってノイズフィルタやフ
ィードバックゲイン等の設定計算をやり直し、再設定す
るという一連の作業を行なわなければならない。また、
シミュレーションを必要とする場合ちある。

現在の計装制ｉ卸システムでは、これらの計算自体は自
動的に行なわれるが、計算の開始やコントローラへの設
定は全て人間の意志及び確認のもとで行なわれる。なぜ
なら、ノイズフィルタやフィトバックゲイン等の要素は
、種々の外的要因やユーザーの意志（希望）のちとに設
計されるからである。

例えば、ノイズフィルタの設計には、計測器の性能やノ
イズの大きさが関係し、フィードバックゲインの設計に
は、モデル化されていない外乱より速く設定値に近づけ
たいとかオーバーシュドは許されないといった制御仕様
を考慮する必要がある。

人間による上記の作業は全てＣＲＴ画面を通して行なう
ことができるが、これらの作業を順序正しく行なわない
とコントローラが期待通りの性能を発揮しないことに鑑
み、従来は次のような２つの方法のいずれかで画面表示
をするようにしていた。

■作業フローを示す画面、図等を別途作成し、隨時これ
を参即できるようにする。

■一連の作業をプログラム上でシーケンシャルな処理と
して組む。

［発明が解決しようとする課題］ ■の方法によれば、作業の際どの処理にするがはオペレ
ータに任されており、実際、処理画面で前後関係を強制
するようなことはなく、オベレタは全ての処理項目に自
由にアクセスすることができる。従って、扱いに慣れた
オペレータには、画面上でデータを確認したり予めゲイ
ン計算を行なうという使い方も可能である。一方、不慣
れなオペレータは、作業フローの画面を参卿することに
より、次になすべき作業を確認できる。

しかしながら、作業フローの画面を呼び出す際に現在の
画面は消えてしまうので、どこまで作業が進んでいるか
分からなくなることがある。そこで、全ての画面に作業
フローを組み入れることも考えられるが、画面がそのた
めのスペースをとられて狭くなり、扱いにくくなる。ま
た、画面の種類によっては、作業フローを組み入れる余
裕がなく、本来１つであるべき画面を複数に分割しなけ
ればならないという問題点があった。

方、■の方法によれば、作業手順についてオペレータが
介入する余地はなく、作業は全て定められた手順で進行
することになる。従って、不慣れなオペレータには便利
であるが、運用上の小回りがきかず、作業効率が低下す
る。また、当初予定されていなかった作業手順には対応
できなくなる場合ち生しる。更に、万一いずれかの処理
が不良の場合、それ以降の処理が行なえないという事態
も生しるので、処理を機能的に分散して危険回避を図っ
たにもかかわらず、その効果が活がされないという問題
点があった。

本発明の目的は、オペレータが各画面での作業の際に次
の作業を的確に行なえるようにし、各処理の実行は全て
オペレータの判断に任せて作業手順に自由度を持たせる
と共に、機能分散の利点を失わない表示方法を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段〕 本発明の表示方法は、表示画面上でオペレータの作業項
目を表示し、才へレータによる画面操作を検出し、次に
必要な作業を候補としてオベレタに知らせ、異なる画面
が選ばれた場合には、その画面上での表示を初期化する
ことを特徴とする。

本発明の表示方法は、制御対象の動特性を表わすモデル
と該制御対象への入力から計算される出力を予測し、そ
の予測値に基づいて制御信号を生成する予測制御システ
ムに好適に使用される。

［作用］ 本発明によれば、必要な作業が順次、或はオペレータの
操作を検出する毎に画面に表示されるので、オペレータ
は、それらの表示に従ってデータ入力等の操作を的確に
実行できる。オペレータによる画面操作後、次の作業が
表示されるが、各画面での処理が終った時には、次に呼
び出すべき画面のガイダンス表示をすることができる。

また、オペレータによる画面操作後に表示される作業候
補と異なる画面が選ばれた時は、その画面上での表示を
初期化するので、才へレータが処理を中断したい場合は
、他の画面に切り換えるだけでよい。

［実施例］ 第１図は、本発明に従って表示される画面の例を示す。

ここでは、後述の予測制御コントローラ１０で行なわれ
るモデル入力、フィルタゲイン、フィードバックゲイン
及びシミュレーションの各処理毎に画面を設け、各処理
内で必要とされる作業をまとめる。

各表示画面の内容は、次の通りである。

ｆＡｌメニュー画面 後述の制御プロセス３０の入力、外乱、出力計算ポイン
トを表示する。

コントロールに関連する各ポイントのＡＣＴＩＶＥ／Ｉ
ＮＡＣＴＩＶＥ　（可／不可）を表示する。

以下の各関連画面へ展開する。

ＦＢｌ　オンライン監視画面 後述の予測制御コントローラ１０による予測値Ｐｖ、設
定値、制御信号出力のトレンドグラフ及び将来のＰＶを
折れ線で表示することにより、コントローラ１０の動作
状況を監視できる。

コントローラ設定値の設定及びコントロールの入／切を
行なう。

ｆｃｌ　モデル入力画面 プラントモデルのステップ応答を表示する。

ステップ応答計算及び設定を起動する。

この画面での設定／計算要求に応じて後述のモデル計算
部１６が動作し、インパルス応答をコントローラｉｏに
設定（人力）する。

ｉＤｌ　フィルタゲイン入力画面 フィルタゲインの値を表示する。

誤差分散入力により後述のカルマンフィルタゲインにの
計算開始／停止を行なう。

この画面での設定／計算要求に応じて後述のフィルタゲ
イン計算部１３が動作し、フィルタゲインをコントロー
ラ１０に設定（入力）する。

ｆＥｌ　フィードバックゲイン入力画面後述のフィード
バックゲインＧの値を表示する。

重み係数入力によりフィードバックゲイン値の計算及び
設定を起動する。

この画面での設定／計算要求に応じて後述のフィードバ
ックゲイン計算部２４が動作し、フィトバックゲインを
コントローラｌＯに設定（入力）する。

ｆＦｌ　シミュレーション画面 任意のコントローラパラメータのデータをシミュレーシ
ョン計算部１７ヘコピーする。

フィードバックゲイン計算の起動及びシミュレーション
の起動を行なう。

シミュレーションの結果を表示する。

この画面での計算要求に応じてシミュレーション計算部
１７及びシミュレーション用フィードバックゲイン計算
部１８が動作し、シミュレーション計算部１７にシミュ
レーション用フィードバックゲインを設定すると共に、
コントローラ１ｏからのパラメータデータをコピーして
シミュレーションを行なう。

次に、第２図に示すモデル入力画面を例として表示画面
の具体的な構成を説明する。

第２図において、■はモデルのステップ応答の計算結果
値を示すグラフであり、その値はステップ応答［相］の
データ部に表示される。グラフ■において、■はグラフ
レンジ、■は現在のコントローラ制御周期を示す。■は
コントローラの動作状況を示すも（７）テ、ＡＣＴＩＶ
Ｅ／ＩＮＡＣＴＩＶＥ、　−Ｆ−テルスｙイタス及びＭ
ＯＤＥを表示する。また、この処理で必要とされる作業
項目として、■「計算」及び■「投入（設定）Ｊが表示
される。

この表示画面上での操作は、次の通りである。

まず、モデルのステップ応答の設定は、［相］「ステッ
プ応答」をタッチするとチェンジゾーンが開くので、そ
の中の各データ部をタッチし、キーボードから計算に必
要な値を投入することにより、行なわれる。ステップ応
答グラフ■のレンジ変更も、データ部をタッチし、キー
ボードから値を投入することにより行なわれる。

制御周期の設定は、■「制御周期」をタッチすると制御
周期人力画面が表示されるので、その画面のデータ部を
タッチし、キーボード操作で制御周期（分）を投入する
ことにより行なわれる。なお、制御周期はコントローラ
ポイント周期の整数倍であることが要求されるが、計算
ターゲットタッチにより整数倍に計算される。

時定数の入力は、■「時定数人力」をタッチすると時定
数入力画面が表示されるので、その画面のデータ部をタ
ッチし、キーボード操作でプラントゲイン、１次遅れ（
分）２次遅れ（分）及びむだ時間（分）を投入すること
により行なわれる。

減衰比の入力は、■「減衰比人力」をタッチすると減衰
比入力画面が表示されるので、その画面のデータ部をタ
ッチし、キーボード操作でプラントモデル減衰比及び入
力次数を投入することにより行なわれる。

計算の起動は、■「計算」をタッチすることで実行され
る。制御周期入力画面の表示中は制御周期が、時定数入
力画面又は減衰比人力画面の表示中はステップ応答が、
それぞれ計算される。

設定の起動は、■「投入」をタッチすることで実行され
る。制御周期入力画面の表示中は制御周期が、時定数入
力画面又は減衰比入力画面の表示中はインパルス応答が
、それぞれコントローラに設定される。但し、制御周期
は、コントローラが”ＩＮＡＣＴＩＶＥ”でなければ設
定されない。

他の画面、例えばコントローラ画面、フィードバックゲ
イン入力画面への展開は、それぞれ■、■をタッチする
ことにより実行される。

第３図は実施例の処理シーケンスと画面表示を示す。こ
れは、タッチスクリーン上での表示であり、以下の順序
で行なわれる。

＋１）画面呼出しで初期化 前の表示画面で別の画面が選ばれた場合には、表示を初
期化する。初期化した画面の表示データベースにメニュ
ー画面で選択された“ＴＡＧ　Ｎｏ、　”　（制御対象
の各ポイントのＩＤ番号）をセットする。

（２）データ（再）投入の検出 オペレータがキーボードからデータを人力すると、それ
を計算バッファに格納する。

（３）オペレータに対して次にすべき作業（計算指令）
の要求 キーボードからの入力を検出すると、次の作業候補を示
すために画面の「計算」指令ターゲットを点滅表示する
。

（４）オペレータに対し作業終了報告 プログラムによる計算処理終了後メツセージを出力し、
点滅表示を全輝度表示にする。

（５）オペレータに対し次にすべき作業（設定指令）の
要求 計算終了を検出すると、次の作業候補を示すために画面
の「投入」指令ターゲットを点滅表示する。

（６）オペレータに作業終了報告 プログラムによる設定処理終了後メツセージを出力し、
点滅表示を全輝度表示にする。

（７）次に必要となる処理の表示 設定終了後、必要な関連操作のメツセージ（例えば「Ｇ
再計算」）を出力する。

上記の処理手順によれば、オペレータは、表示画面上で
一度データを変更すると、それ以後は表示画面の次々と
点滅する部分にタッチすることにより、通常の各処理に
ついて作業を進めることができる。

このような画面での処理の最後に、次に呼び出すべき処
理画面のガイダンス表示が現われる。

また、オペレータが処理を中断したい場合は、第３図に
破線で示すように、上記ｍ〜（７）のいずれにおいても
他の画面に切り換えればよく、それにより画面変更と同
時に初期化される。

第４図は、第１図に示された予測制御コントロラ１０の
構成を示す。このコントローラは、Ｐ■（プラント出力
予測値）演算部１１と制御演算部２１に分けられる。

Ｐ■演算部１１は、カルマンフィルタを用いた状態観測
器１２と、カルマンフィルタゲインＫを与えるゲイン計
算部１３と、画面表示用予測値計算部１４で構成され、
その出力ＰＶ（予測値）はＣＲＴ１５に送られて表示さ
れる。

ここで、カルマンフィルタゲインには、プラント人力Ｕ
及びプラント出力Ｙの計測値のばらつき（誤差分散）か
ら求められ、最適フィードバックゲインＧは、次式で求
められる。

Ｇ＝　（Ｒ＋Ｐ”ＱＰ）−’　ＰＴＱ 但し、Ｐはプラント操作量（入力）Ｕにより生成される
プラント出力Ｙの変化予測マトリクス、Ｑ及びＲは、線
形２乗最適制御則での最適なフィトバックゲインを算出
するときの出力重み係数である。実際上、Ｑはオペレー
タのチューニングパラメータとし、手動で調整できるも
のとする。

Ｒはシステム内部で自動設定される。

方、制御演算部２１は、状態観測器１２の出力（最適状
態推定値）Ｘから状態フィードバック用の予測値偏位Δ
Ｙを生成する偏位生成部２２と、その出力から所定の演
算を行なって制御信号ＣＶを出力する制御信号生成部２
３で構成される。制御信号生成部２３は、偏位△Ｙと予
め設定した設定値ＳＰに基づいて偏差を演算し、その結
果とフィードバックゲイン計算部２４からのフィードバ
ックゲインＧに基づいて制御出力ＣＶを演算するもので
ある。

このコントローラ１０は、第１図に示すプラント３０の
制御装置として用いられる。コントロラｌＯには、上記
の表示画面上での操作により、フィルタゲイン計算部１
３によるカルマンフィルタゲインにと、フィードバック
ゲイン計算部２４によるフィードバックゲインＧのほか
、モデル計算部１６によるインパルス応答モデル入力が
与えられ、それによって制御系の応答がチエツクされる
。

プラント３０は、コントローラ１０からの制御信号Ｃｖ
によって制御されるフローコントローラ３１、調節弁３
２、伝送器３３、流れ分析計３４等を含み、伝送器３３
及び分析計３４の出力が、それぞれプラント入力、プラ
ント出力としてコントローラｌＯに供給される。

以上、実施例について説明したが、本発明はこれに限ら
ない。例えば、本発明の方法は、予測制御以外の制御シ
ステムにも使用できる。また、各表示画面の構成やその
内容も、対象とするシステムの構成や機能に応じて任意
に定められる。

［発明の効果１ 上記のように、本発明によれば、オペレータは各画面で
の作業の際に次の作業を的確に選択することができ、各
処理の実行はオペレータの判断に任されて作業手順に自
由度を持たせると共に、分散制御システムにおける機能
分散の利点を失わないという効果が得られる。

また、本発明の表示方法を予ｉ＋＋制御システムに使用
した場合には、フィルタゲインやフィードバックゲイン
等の設定計算、再設定、シミュレーション等の作業を、
表示画面を通して順序正しく行なうことができ、ユーザ
ーの希望に合致した予測制御が実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って表示される画面と制御システム
の構成を示す図、 第２図はモデル人力画面の具体的構成を示す図、第３図
は表示画面上での表示シーケンスの一例を示す図、 第４図は本発明の方法を実施するコントローラの構成を
示すブロック図である。 １０・・・コントローラ、 １１・・・・Ｐｖ演算部、１２・・・・状態観測器、１
３・・・・フィルタゲイン計算部。 １４・・・・予測値計算部、１５・・・・ＣＲＴ、１６
・・・・モデル計算部、 ２１・・・・制御演算部、　　２２・・・・偏位生成部
、２３・・・・制御信号生成部、 ２４・・・・フィードバックゲイン計算部、３０・・・
・プラント。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）制御に必要な情報を表示する画面を備えた制御シ
   ステムにおいて、表示画面上でオペレータの作業項目を
   表示し、オペレータによる画面操作を検出し、次に必要
   な作業を候補としてオペレータに知らせ、異なる画面が
   選ばれた場合には、その画面上での表示を初期化するこ
   とを特徴とする表示方法。
2. （２）前記制御システムが、制御対象の動特性を表わす
   モデルと該制御対象への入力から計算される出力を予測
   し、その予測値に基づいて制御信号を生成する予測制御
   システムである請求項（１）記載の表示方法。