JPH05313557A

JPH05313557A - プラントモデル自動生成装置

Info

Publication number: JPH05313557A
Application number: JP12221592A
Authority: JP
Inventors: Bunjiro Takashima; 文次郎高島; Hiroshi Tsukimoto; 洋月本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-05-14
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1993-11-26

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】プラントの定性的特性モデルを自動的に生成
する装置の提供。【構成】プラント構成図記憶部１０に、プラントの各
構成要素のシンボル情報の図面データが格納される。画
像理解知識ベース３０に、直線や矢印などシンボル以外
の情報用の知識情報と、シンボルの接続に関する情報決
定用の知識情報とが格納されている。接続情報記憶部５
０に、接続情報生成装置４０で生成された構成要素の種
類を示す情報と他の構成要素との接続関係の情報が格納
される。機器モデルデータベース６０に、プラント構成
要素の能動的と受動的の各構成要素に対応してペトリネ
ットの定性モデルが格納されている。モデル合成装置７
０は、接続情報記憶部５０からの構成要素の種類に対応
する定性モデルを機器モデルデータベース６０から抽出
し、定性モデルを接続情報記憶手段５０から読み出した
他の構成要素との接続関係を示す情報で結合して、プラ
ント全体の定性モデルを生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プラント制御用ソフ
トウェアのシミュレーションを行うためのプラントの定
性モデルを生成するプラントモデル自動生成装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、石油化学等のプラントにおいて、
プラント制御用のソフトウェアを検証し、その正当性の
確認をするための一つの方法として、プラントの定性的
な特性を表したモデルを作成し、そのモデルを用いてプ
ラント制御用ソフトウェアをシミュレーションし、その
結果によってプラント制御用ソフトウェアの誤りを発見
し訂正するというものがある。

【０００３】そのモデルを作成するためには、プラント
の工程や機器に関する知識や物理的な知識などを必要と
し、人手で作成しなければならないため大変な労力を必
要とする。そこで、そのようなプラントの定性モデルを
自動的に生成するという技術が望まれている。

【０００４】しかしながら、現在までにＭＢＲ（Model
Based Reasoning ）や深い知識などを用いてプラント制
御用ソフトウェアをシミュレーションするためのプラン
トの定性モデルを自動的に生成しようとする試みが行わ
れているが、実用化に至っておらず、プラントの定性的
な特性を表現する式やモデルを人間が記述しなければな
らなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように上記従来の
プラント制御用ソフトウェアの検証方法においては、プ
ラントの定性モデルをシミュレーションすることにより
検証を行うときに、検証者が、プラントの定性的特性を
表す定性微分方程式などのようなモデルを記述する必要
があり、大変な労力を必要とする。またプラントの工程
や機器に関する知識や物理的な知識などを必要としてい
たので、そのような専門的知識を有する検証者でなけれ
ば、プラント制御用ソフトウェアの検証を行うことは極
めて困難であった。

【０００６】この発明は、プラントの定性的特性を表現
するモデルを自動的に生成することのできるプラントモ
デル自動生成装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のプラントモデル自動生成装置は、対象と
なるプラントを構成する各構成要素にそれぞれ対応する
予め設定された図形を示すシンボル情報と、該シンボル
に接続された線分や矢印を含む図形を示すシンボル以外
の情報とを有する図面データを格納する図面データ記憶
手段と、前記シンボルに対応する構成要素の種類を示す
情報を予め格納するシンボルデータベース手段と、前記
シンボル以外の情報から前記構成要素間の接続関係を決
定するための知識情報を予め格納する画像理解知識ベー
ス手段と、前記図面データ記憶手段から読み出した図面
データと、前記シンボルデータベース手段及び前記画像
理解知識ベース手段内の情報とに基づいて、前記各構成
要素毎に、構成要素の種類を示す情報及び他の構成要素
との接続関係を示す情報を生成する接続情報生成手段と
を具えたことを特徴としている。

【０００８】またこの発明のプラントモデル自動生成装
置は、対象となるプラントを構成する各構成要素にそれ
ぞれ対応する予め設定された図形を示すシンボル情報
と、該シンボルに接続された線分や矢印を含む図形を示
すシンボル以外の情報とを有する図面データを格納する
図面データ記憶手段と、前記シンボルに対応する構成要
素の種類を示す情報を予め格納するシンボルデータベー
ス手段と、前記シンボル以外の情報から前記構成要素間
の接続関係を決定するための知識情報を予め格納する画
像理解知識ベース手段と、前記図面データ記憶手段から
読み出した図面データと、前記シンボルデータベース手
段及び前記画像理解知識ベース手段内の情報とに基づい
て、前記各構成要素毎に、構成要素の種類を示す情報及
び他の構成要素との接続関係を示す情報を生成する接続
情報生成手段と、前記接続情報生成手段により生成され
た接続情報を格納する接続情報記憶手段と、前記構成要
素の種類を示す情報に対応してペトリネットによるプラ
ントの定性モデルを予め格納する機器モデルデータベー
ス手段と、前記接続情報格納手段から読み出した各構成
要素の種類を示す情報に基づいてそれぞれ対応するプラ
ントの定性モデルを前記機器モデルデータベース手段か
ら抽出すると共に、それらの定性モデルを前記接続情報
格納手段から読み出した他の構成要素との接続関係を示
す情報に基づいて結合することにより、プラント全体の
定性モデルを生成するモデル合成手段とを具えたことを
特徴としている。

【０００９】なお、前記機器モデルデータベース手段に
は、プラントの構成要素としての能動的構成要素を、ペ
トリネットにおけるトランジションと、それに対する入
力プレースとしての、当該能動的構成要素のオン／オフ
状態を表す第１のプレース、当該能動的構成要素に流れ
る媒体の供給源を表す第２のプレースおよび当該能動的
構成要素への媒体の流れに対する制約条件を表す第３の
プレースのうち前記第１のプレース及び他のプレースか
らなる複数のプレースとで表現した定性モデルと、プラ
ントの構成要素としての受動的構成要素をプレースで表
現した定性モデルとが格納されている。

【００１０】

【作用】この発明のプラントモデル自動生成装置では、
接続情報格納手段には、接続情報生成手段により生成さ
れた、前記各構成要素毎の構成要素の種類を示す情報及
び構成要素の接続関係を示す情報が格納され、また機器
モデルデータベース手段には、プラントの構成要素とし
ての能動的構成要素及び受動的構成要素にそれぞれ対応
してペトリネットによる定性モデルが予め格納されてお
り、モデル合成手段は、前記接続情報格納手段から読み
出した各構成要素の種類を示す情報に基づいてそれぞれ
対応するプラントの定性モデルを機器モデルデータベー
ス手段から抽出すると共に、それらの定性モデルを前記
接続情報格納手段から読み出した他の構成要素との接続
関係を示す情報に基づいて結合することにより、プラン
ト全体の定性モデルを生成する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照して
説明する。

【００１２】図１は、本発明に係るプラントモデル自動
生成装置を機能ブロック図で示したものである。

【００１３】同図において、プラントモデル自動生成装
置は、プラント構成図記憶部１０と、シンボルデータベ
ース２０と、画像理解知識ベース３０と、接続情報生成
装置４０と、接続情報記憶部５０と、機器モデルデータ
ベース６０と、モデル合成装置７０と、プラント定性モ
デル記憶部８０とを有して構成されている。

【００１４】上述した図面データ記憶手段の機能を果た
すプラント構成図記憶部１０には、従来から存在するプ
ラント用ＣＡＤ（Computer Aided Design ）を用いて描
画されたプラントの構成図であるＰ＆Ｉ等の図面情報が
格納されている。この図面の情報（ＣＡＤデータ）に
は、部品としてシンボルデータベース２０に登録されて
いるプラントの構成機器のシンボル名（これは、図形を
示す名称であって、構成機器の名称ではない）と、その
シンボルの図面上での座標、及びその構成機器の識別子
（TAG NO．）といった機器に関するデータや、シンボル
データベース２０には登録されていない直線や文字など
のデータが含まれている。このような図面の情報はテキ
スト形式で格納されている。なお、一般的に、ＣＡＤデ
ータには、構成器機に対応するシンボルを描画するため
のデータは含まれているが、構成機器の種類（例えばポ
ンプ、バルブなど）を示す情報は含まれていない。

【００１５】シンボルデータベース２０には、プラント
用ＣＡＤにおいて用いられるプラントの構成器機を表す
図形がシンボルとして登録されている。そのシンボル情
報の内容は、シンボル名毎に、シンボルの形状及び大き
さ、機器の種類から構成されている。なおプラント用Ｃ
ＡＤを用いて描画された入力データ内のシンボルの種類
に関する情報は、シンボル名に基づいてシンボルデータ
ベース２０を参照することにより得られる。

【００１６】画像理解知識ベース３０には、シンボルデ
ータベース２０には登録されていないシンボル以外の画
像情報を理解したり、シンボルの接続情報を決定するた
めの知識が予め格納されている。なおシンボル以外の画
像情報とは直線や矢印、文字などである。

【００１７】画像理解知識ベース３０に格納されている
知識情報には、線に接続されているシンボルの検索ルー
ルと、機器の接続の方向の決定ルールとが含まれてい
る。具体的には次の様な知識である。

【００１８】（１）線に接続されているシンボルの検索
ルールに関して（ａ）任意のシンボルについての予め設定されるシンボ
ル領域内に、線の始点（又は終点）の座標が含まれてい
る場合は、そのシンボルとその線とは繋がっている。（ｂ）任意のシンボルについての予め設定されるシンボ
ル領域内に、線の始点（又は終点）の座標が含まれてい
ない場合は、線の始点（又は終点）の座標に最も近いシ
ンボルが、その線に繋がっているとものとする。（ｃ）シンボルとシンボル間に直線が引かれている場合
は、それら２つのシンボルに相当する機器間に配管が存
在して２つの機器が接続されている。

【００１９】ここで線１とシンボル１との関係が図３
（ａ）に示す様になっている場合は上記（ａ）の知識を
用いることにより、線１とシンボル１とが接続されてい
ると認識される。また線２とシンボル２との関係が図３
（ｂ）に示す様になっている場合は上記（ｂ）の知識を
用いることにより、線２とシンボル２とが接続されてい
ると認識される。

【００２０】（２）機器の接続の方向の決定ルールに関
して（ａ）矢印があれば、その方向に物質が流れる。（ｂ）シンボル間に描画された直線の一端に矢印が描か
れている場合、配管を流れる物質は矢印の向きに流れ
る。（ｃ）複数のシンボルが直線で順に接続されている場合
は、いずれかのシンボルに接続されている矢印の方向に
基づいて、機器の接続の方法を決める。（ｄ）矢印の先にシンボルがなく、そこに文字が記述さ
れている場合には、その文字は、その矢印に対応する配
管の中を流れる物質を示している。

【００２１】ここで、バルブを示すシンボルが図４
（ａ）に示す様な図形、またポンプを示すシンボルが図
４（ｂ）に示す様な図形であって、プラント用ＣＡＤを
用いて描画された図面が図４（ｃ）に示す様な内容であ
ったとする。なお図４（ｃ）において、Ｖ００７はバル
ブの識別子を、またＰ００８はポンプの識別子をそれぞ
れ示している。その図面情報からは、ポンプに接続され
ている直線に付加されている矢印の方向が右方向（図面
に向かって右方向）であることが分かるので、機器の接
続の方向の決定ルールの（ａ）の知識を用いることによ
り、バルブからポンプに向かって物質が流れると認識さ
れる。また矢印の方向が右方向であるので、機器の接続
の方向の決定ルールの（ｃ）の知識を用いることによ
り、物質の流れの方向に対して、上流側にバルブ、その
下流側にポンプが接続されると認識される。

【００２２】再度、図１を参照して説明する。接続情報
生成装置４０において、入力部４１は、プラント構成図
記憶部１０から該当するプラント構成図ファイルを取り
込んで、シンボル検索部４２に出力する。シンボル検索
部４２は、入力したプラント構成図ファイル内のＣＡＤ
データについて、シンボルデータベース２０の情報を参
照することによりデータの種類を識別し、その種類に応
じた処理を行う。

【００２３】すなわち、データの種類が、シンボルデー
タであった場合には、シンボル名、機器の名称としての
機器の識別子及び機器の種類を機器データとして接続情
報保持部４３に保存する。なお抽出されたシンボルに対
応する機器の種類は、そのシンボル名と一致するシンボ
ルデータベース２０内のシンボル名に基づいて一意に決
定される。これに対し、データの種類がシンボル以外の
データであった場合はそのデータを接続情報生成部４４
に渡す。

【００２４】そのデータを受け取った接続情報生成部４
４では、受け取ったシンボル以外のデータつまり線や文
字などの画像データを、画像理解知識ベース３０の知識
情報を参照して、プラントを構成する各構成機器の接続
の方向や文字を識別し、その識別結果を接続情報保持部
４３に書き出す。

【００２５】なお接続の情報は、シンボルに繋がってい
る直線の他端に接続されている他のシンボルを見付ける
ことによって、その見付けられたシンボルが元のシンボ
ルと接続されていると判断することにより生成してい
く。そのときにシンボルに接続されている直線に付加さ
れている矢印の向きから物質の流れる方向を決定する。
またプラントの構成機器の中を流れる物質または用途を
示している文字情報については、何も繋がっていない矢
印の始点あるいは終点の近くに記述された文字から知る
ことができる。

【００２６】出力部４５は、接続情報保持部４３に保持
されている機器データ（機器の名称（機器の識別子）及
び種類）および構成機器の接続関係の情報を接続情報と
し、かつ所定のファイル形式のファイルとして接続情報
記憶部５０に保存する。

【００２７】機器モデルデータベース６０には、プラン
トの異なる複数の構成機器、たとえばポンプ、プロア、
バルブをそれぞれペトリネットによるプラントの定性モ
デル（このプラントの定性モデルの詳細については後述
する）で個々に表現したモデル（以下、機器モデルとい
う）が、部品として格納されている。その機器モデル
は、接続情報記憶部５０に保存されている接続情報内の
機器データに基づいて一意に決定される。なおプラント
の定性モデルとは、物理量を定性値と定性微分値の２つ
を用いて表現し、幾つかの原理や法則に従って定性的な
状態遷移をするということをモデル化したものである。

【００２８】モデル合成装置７０において、入力部７１
は、接続情報記憶部５０から該当する接続情報ファイル
を取り込んで機器モデル検索部７２に渡す。

【００２９】機器モデル検索部７２では、接続情報に含
まれる各機器データにそれぞれ対応する機器モデルを機
器モデルデータベース６０から抽出すると共に、その抽
出した機器モデルに、機器の識別子（TAG NO．）などの
属性を付加する。更に、抽出された機器モデルを接続情
報内の接続関係情報に従って順次結合していく。この様
な処理が全ての機器に対して行われることとにより、プ
ラント全体のモデルが生成される。

【００３０】出力部７３は、最終的に生成されたプラン
ト全体のモデルを、プラントの定性モデルとして出力す
る。このプラントの定性モデルは、所定のファイル形式
のファイルとして、プラント定性モデル記憶部８０に保
存される。

【００３１】次に、この実施例におけるプラントの定性
モデルについて詳細に説明する。

【００３２】この実施例では、プラントの定性モデルは
ペトリネットをベースにした「ペトリネットによるプラ
ントの定性モデル」を用いている。

【００３３】ペトリネットは、離散事象システムの解析
に用いられるモデルであり、事象を表す「トランジショ
ン」と、その対象を生起するための条件を表す「プレー
ス」と、プレースとトランジションとを接続する有効枝
「アーク」とから構成されている。また条件の成立はプ
レース内にトークンを置くことによって表現される。ペ
トリネットによるプラントの定性モデルでは、プラント
の構造をペトリネットの構造によって表し、プラント内
を流れる物質を量子化してトークンと対応つける。そし
てプラント内の物質の流れをペトリネットでのプレース
へのトークンの配置（マーキング）の遷移によって模倣
する。

【００３４】ここで、個々の機器のペトリネットによる
定性モデルでの表現について説明する。

【００３５】プラントを構成する構成要素（構成器機）
を分類すると、ポンプ、ブロア、バルブなどの操作機器
である能動的構成要素と、センサ、タンクなどの受動的
構成要素とに分けられる。能動的構成要素はトランジシ
ョンとそれに対する入力プレースとで表現され、一方、
受動的構成要素はプレースで表現される。

【００３６】能動的構成要素をペトリネットでモデリン
グすると、最上流に存在するポンプ及びブロアは図５
（ａ）の様に表現され、バルブなどの配管の途中にある
操作機器は図５（ｂ）の様に表現される。なお、図５に
おいて、図形“｜”はトランジションを表しており、図
形“○”はプレースを表しており、図形“●”はトーク
ンを表している。

【００３７】プレースＰswは操作機器のon／off 状態を
表すプレースであり、プレースＰsoは操作機器や配管内
を流れる媒体の供給源を表すプレースであり、プレース
Ｐcoは物質の流れに対す制約条件（操作機器への媒体の
流れに対する制約条件）を表すプレースである。但し、
プレースＰcoは、その機器のすぐ次の機器がバルブやポ
ンプ等の操作機器の場合にのみ存在する。何故ならば、
このプレースは、プラント内の配管の容量に対する制約
を表現するためのものだからである。プレースＰsw、Ｐ
co、Ｐsoはトランジションｔの入力プレースとなる。

【００３８】なお、図５（ｂ）に示されるモデルが図５
（ａ）に示されるモデルと異なる点は、プレースＰsoの
代わりに、その操作機器の上流の操作機器を表すトラン
ジションとの間に設けられるプレース（図示せず）が接
続されることである。

【００３９】この様に表現される機器モデルは構成器機
の種類に対応して機器モデルデータベース６０に予め格
納されている。すなわち、構成器機の種類を示すポン
プ、プロアに対応して図５（ａ）に示す様な機器モデル
が、また構成器機の種類を示すバルブに対応して図５
（ｂ）に示す様な機器モデルが、それぞれ機器モデルデ
ータベース６０に格納されている。

【００４０】なお、上流に機器が存在するポンプ、プロ
アについては、図５（ｂ）に示す様な機器モデルで表現
される。この場合は、モデル合成装置７０が、機器モデ
ルデータベース６０から図５（ａ）に示す様な機器モデ
ルを抽出し、その機器モデルのプレースＰsoを削除する
ことにより、図５（ｂ）に示す様な機器モデルに変更す
るようになっている。

【００４１】また最下流側にバルブが存在する場合は、
その機器モデルは、図５（ｂ）に示される機器モデルの
構成においてプレースＰcoが削除された構成になる。こ
の場合も、モデル合成装置７０が、機器モデルデータベ
ース６０から図５（ｂ）に示す様な機器モデルを抽出
し、その機器モデルのプレースＰcoを削除することによ
り、所望の機器モデルに変更するようになっている。

【００４２】ところで、シミュレーションするに際し、
機器モデルに対して次の様な操作が行われる。

【００４３】プレースＰswには、操作機器をｏｎにする
かｏｆｆにするかのシーケンサからの指令に応じて、次
式（１）に従ってトークンが置かれる。「Ｍ（Ｐsw）＝１、その機器がｏｎのときＭ（Ｐsw）＝０、その機器がｏｆｆのとき」 …（１）ここで、Ｍ（Ｐsw）はプレースＰsw内のトークン数を表
している。

【００４４】式（１）は、機器がｏｎのときにプレース
Ｐsw内に１つのトークンが置かれ、機器がｏｆｆのとき
はプレースＰsw内にはトークンは置かれないことを意味
している。

【００４５】プレースＰsoとトランジションｔとの間の
アークは双方向に存在する。これは操作機器を流れる媒
体が絶えず供給されることを示している。またプレース
Ｐcoを設けている理由は、実際のプラントにおいて配管
等に操作機器が連続して存在する場合に、もし、下流の
機器が停止している場合は、上流の機器が作動していた
としても、その機器の中の物質は配管の容量分しか流れ
ないという制約を次式（２）のように表現したいからで
ある。「Ｍ（Ｐco）＝０、Ｍ（Ｐout ）＞ＣａＭ（Ｐco）＝１、otherwise 」 …（２）ここで、Ｍ（Ｐco）はプレースＰco内のトークン数を表
し、Ｃａは配管の容量の閾値を表し、otherwise はＭ
（Ｐout ）＞Ｃａの式が不成立の場合を表し、Ｐout は
トランジションｔの出力プレースを表し、Ｍ（Ｐout ）
は出力プレースＰout 内のトークン数を表している。

【００４６】式（２）は、出力プレースＰout 内のトー
クン数が、配管の容量の閾値（予め設定されたトークン
数）より少ない場合には、配管に物質を流せることを示
すためにプレースＰco内に１つのトークンを置き、また
配管の容量の閾値を越えた場合は、配管に物質を流せな
いことを示すためにプレースＰco内のトークンを０にす
ることを意味している。なお式（２）が適用される機器
は、その機器のすぐ次の機器がバルブ、ポンプ、ブロア
に当てはまる場合のみである。

【００４７】一方、受動的構成要素は基本的にはペトリ
ネットにおけるプレースで表現されるので、機器モデル
データベース６０には、構成要素の種類に対応してプレ
ースが格納されている。すなわち、構成要素の種類を示
すタンク、配管、センサ（流量計、圧力計、温度計な
ど）に対応してプレースが機器モデルとして格納されて
いる。

【００４８】図６（ａ）は配管の機器モデルを示してお
り、図６（ｂ）はタンクの機器モデルを示しており、図
６（ｃ）は流量計、積算計の機器モデルを示している。
このように表現される受動的構成要素の機器モデルすな
わちプレース内のトークン数を調べることにより、プラ
ント内の圧力、流量、レベルなどの情報（センサの情
報）を得ることができる。なお積算計や流量計について
は、今までどれだけのトークンが流れたかを示すために
トランジションの出力プレースとしてプレースＰsum が
用意されている。従って、積算計や流量計の場合は、図
６（ｃ）に示すような機器モデルで機器モデルデータベ
ース６０に格納されている。

【００４９】次に、プラント内のセンサの情報をどの様
にして得るかについて説明する。

【００５０】配管内の圧力は、図６（ａ）に示すように
配管内に対応するプレースＰ1 内のトークンが存在して
いる場合には圧力が高く、一方、トークンが存在してい
ない場合は圧力が低い、というように対応づける。レベ
ルの情報（タンク内のレベルの情報）は、図６（ｂ）に
示すようにプレースＰ2 内のトークン数により得る。積
算の情報は、プレースＰsum 内のトークン数により得る
（トークン数が多いほど、今まで多くの物質が流れたこ
とを意味する）。また流量の情報は、積算の情報を用い
て、プレースＰsum 内のトークン数が変化しているなら
ば物質が流れており、一方、トークン数が変わっていな
いならば物質は流れていない、というように対応づけ
る。

【００５１】なおレベルｌｅｖｅｌ、圧力ｐｒ、流量ｆ
ｌｏｗ、温度ｔの各情報を式で表現すると次のようにな
る。

【００５２】［レベルｌｅｖｅｌの情報］「ｌｅｖｅｌ＝１、Ｍ（Ｐ1 ）＞Ｌｅｌｅｖｅｌ＝０、otherwise 」 …（３）但し、Ｍ（Ｐ1 ）はレベルを検出するためのプレースＰ
1 内のトークン数を表し、ＬｅはプレースＰ1 のトーク
ン数の閾値を表し、otherwise はＭ（Ｐ1 ）＞Ｌｅの式
が不成立の場合を表している。

【００５３】［圧力ｐｒの情報］「ｐｒ＝１、Ｍ（Ｐ2 ）＞０ｐｒ＝０、otherwise 」 …（４）但し、Ｍ（Ｐ2 ）は圧力を検出するためのプレースＰ2
内のトークン数を表し、otherwise はＭ（Ｐ2 ）＞０の
式が不成立の場合を表している。

【００５４】［流量ｆｌｏｗの情報］「ｆｌｏｗ＝１、Ｍ（Ｐsum ）が変化したときｆｌｏｗ＝０、otherwise 」 …（５）但し、Ｍ（Ｐsum ）は流量を検出するためのプレースＰ
sum 内のトークン数を表し、otherwise はＭ（Ｐsum ）
が変化しないときを表している。

【００５５】［温度ｔの情報］「ｔ＝１、Ｍ（Ｐ3 ）＞Ｔｈｔ＝０、otherwise 」 …（６）但し、Ｍ（Ｐ3 ）は温度を検出するためのプレースＰ3
内のトークン数を表し、ＴｈはプレースＰ3 のトークン
数の閾値を表し、otherwise はＭ（Ｐ3 ）＞Ｔｈの式が
不成立の場合を表している。

【００５６】なお上述した式（１）〜式（６）の各式情
報は、シミュレーションする際に必要なので、プラント
全体の定性モデルのデータと共に、プラント定性モデル
記憶部８０に格納される。

【００５７】以上述べた様に、物質の流れをトークンの
流れに対応つけるという考え方により、各操作機器やセ
ンサをペトリネットでモデリングすることができる。ま
た、プラントでは物質の移動だけでなく、熱量の移動を
伴う工程も含まれる。この様な場合に対応するために物
質の流れを表すペトリネットと熱の流れを表すペトリネ
ットとを考え、それらのペトリネットを相互作用させる
ことによって熱の授受をモデリングすることができる。

【００５８】すなわち、熱源に関する操作機器と、物質
の流れに関する操作機器と、熱源と製品間の熱の授受に
関する機構とをそれぞれ別々にペトリネットでモデリン
グする。熱量の移動をペトリネットでモデリングした様
子を図７に示す。

【００５９】図７において、ＰＮｔは熱源に関する操作
機器のペトリネットを表し、ＰＮｍは物質の流れのペト
リネットを表し、ＰＮは熱源と製品間の熱の授受を表す
ための機構のペトリネットを表している。

【００６０】シミュレーションするに際し、熱源のペト
リネットＰＮｔで熱を送っているならばプレースＰ２に
トークンが置かれ、熱を送っていなければトークンは置
かれない。同様に、製品のペトリネットＰＮｍで製品が
流れているならばプレースＰ４にトークンが置かれ、流
れていなければトークンは置かれない。熱や製品が流れ
ているか否かの情報は、先に述べた式（５）をペトリネ
ットＰＮｔ、ＰＮｍに適用することにより得られる。更
に、プレースＰ３からトランジションｔ２へのアークに
重みａを付ける。これは熱交換を行う容器の容量に相当
する。すなわち熱が実際に受渡しされるのはタンク等の
容器においてであり、通常はその容器が大きいため熱源
の流量と製品の流量とによる温度上昇の度合いを表す。
温度はプレースＰ３内のトークン数から求める。但し、
ここでは熱源からの熱は全て製品へと移り、それ以外に
熱が消費されないものとする。

【００６１】次に、接続情報生成装置による接続情報の
生成処理について、図８のフローチャートを参照して説
明する。

【００６２】まず、入力部４１は、プラント構成図ファ
イル保存部１０から該当するプラント構成図ファイルを
読み込んで、シンボル検索部４２に渡す。

【００６３】シンボル検索部４２は、受け取ったプラン
ト構成図ファイル内のＣＡＤデータを読み込むと共に
（ステップ１０１）、データが終了したか否かを判断す
る（ステップ１０２）。

【００６４】データが終了していない場合は、データの
種類を認識し、その種類に応じた処理を実行する（ステ
ップ１０３）。ここでデータの種類が、シンボルであっ
た場合は、そのシンボル名に基づいてシンボルデータベ
ース２０から機器の種類を検索し、その検索した機器の
種類及びシンボルデータに含まれている機器の識別子を
機器データとして接続情報保持部４３に保存する（ステ
ップ１０４）。また、線及び矢印、又は文字であった場
合はそれらのデータを接続情報生成部４４に渡す。

【００６５】接続情報生成部４４では、受け取った線及
び矢印のデータから得られる情報に対して、画像理解知
識ベース３０内の知識を適用することによって、シンボ
ルの接続関係を生成し（ステップ１０５）、その情報を
接続情報保持部４３に保存する。また受け取った文字に
ついては、文字データとして接続情報保持部４３に保存
する（ステップ１０６）。

【００６６】ステップ１０４、ステップ１０５、ステッ
プ１０６のいずれかが終了した場合は上記ステップ１０
１に戻りこのステップ以降を実行する。

【００６７】ステップ１０２でデータが終了した場合
は、出力部４５は、１つの機器毎に、機器の接続に関す
る情報として、ステップ１０５において生成された接続
関係情報を記述するとともに（ステップ１０７）、機器
の属性に関する情報として、機器の名称、機器の種類を
記述する（ステップ１０８）。そして全ての機器につい
て、機器の接続に関する情報および機器の属性に関する
情報を記述したならば、それらの情報を接続情報に関す
るファイルとして、接続情報記憶部５０に保存する（ス
テップ１０９）。

【００６８】次に、接続情報生成部４４によるシンボル
の接続関係の生成処理について、図９のフローチャート
を参照して説明する。

【００６９】接続情報生成部４４は、シンボル検索部４
２から線を受け取ると、その線の種類は矢印か直線かを
判断する（ステップ２０１）。

【００７０】矢印の場合は、矢印の方向から、画像理解
知識ベース６０の知識を適用することにより物質の流れ
る方向を決定して、接続情報保持部４３に記憶する（ス
テップ２０２）。次に、線の両端にシンボルが接続され
ているか否かを判断する（ステップ２０３）。ステップ
２０１で線が直線の場合はステップ２０３に進む。

【００７１】ステップ２０３において、線の両端にシン
ボルが接続されている場合は、線の両端にシンボルが接
続されているという情報を接続情報保持部４３に記憶し
（ステップ２０４）、一方、線の両端にシンボルが接続
されていない場合は、線の一端にシンボルが接続され、
また他端に文字が接続（他端の近傍に文字が存在）して
いるか否かを判断する（ステップ２０５）。ここで、シ
ンボルと文字が接続されていれば、その文字を文字デー
タとして接続情報保持部４３に記憶する（ステップ２０
６）。

【００７２】接続情報生成装置４０によって生成された
接続情報の一例を図１０及び図１１に示す。図１１に示
される接続情報は図１０に示される接続情報の続きを示
しており、またそれらの接続情報は図２に示したプラン
ト構成図に対応している。

【００７３】図１０において１〜１００の数字および図
１１において１０１〜１８０の数字は、データ単位を認
識するために設けられている。

【００７４】図１０に示される１〜１０、１１〜２０、
２１〜３０、３１〜４０、４１〜５０、５１〜６０、６
１〜７０、７１〜８０、８１〜９０、９１〜１００、ま
た図１１に示される１０１〜１１０、１１１〜１２０、
１２１〜１３０、１３１〜１４０、１５１〜１６０、１
７１〜１８０はそれぞれデータ単位であって、かつ１つ
の構成機器に関する接続情報を示している。

【００７５】なお各接続情報において、機器の名称（機
器の識別子（TAG NO．））はｔａｇ₋ｎｏのエントリ
に、機器の種類はｋｉｎｄのエントリに、文字はｍａｔ
ｅｒｉａｌのエントリに、機器の接続関係の情報はｆｒ
ｏｍ及びｔｏの各エントリにそれぞれ記述されている。
機器の接続関係の情報において、ｆｒｏｍのエントリに
は直前に設置された機器の識別子（TAG NO．）が記述さ
れており、ｔｏのエントリには直後に設置された機器の
識別子（TAG NO．）が記述されている。

【００７６】次に、モデル合成装置７０によるモデル合
成処理について、図１２のフローチャートを参照して説
明する。

【００７７】まず、入力部７１は、接続情報記憶部５０
から接続情報ファイルを取り込んで（ステップ３０
１）、機器モデル検索部７２に渡す。

【００７８】機器モデル検索部７２では、受け取った接
続情報ファイル内から機器に関するデータを１つずつ抽
出する（ステップ３０２）。そして処理すべき機器に関
するデータが存在するか否かを判断し（ステップ３０
３）、処理すべき機器に関するデータが存在する場合
は、処理すべき機器に関するデータを読み込んで（ステ
ップ３０３）、そのデータ内に含まれている機器データ
に対応する機器モデルを機器モデルデータベース６０か
ら検索する（ステップ３０４）。

【００７９】次に、機器モデル検索部７２は、検索して
得られた機器モデルの各項目に所定の内容つまりプレー
ス、トランジションの名称を決定し（ステップ３０
５）、更に、機器の接続情報からトランジションの入出
力プレースを決定し（ステップ３０６）、その後、ステ
ップ３０２に戻りこのステップ以降を実行する。

【００８０】なおトランジションの入出力プレースを決
定するとは、トランジションの出力側と他のトランジシ
ョンの入力側とを接続する場合にそれらの間にプレース
を挿入するようにしているので、そのプレースを決定す
ることをいう。

【００８１】また機器モデル検索部７２は、接続情報か
ら、上流に機器が存在しているポンプ、ブロア、あるい
は最下流側のバルブであると認識したときは、機器モデ
ルデータベース６０から抽出した機器モデルを所望の機
器モデルに変更する。

【００８２】ステップ３０３でデータが終了した場合
は、出力部７３は、機器モデル検索部７２によって得ら
れたプラントの定性モデルデータを整形つまりプラント
の定性モデルデータに関するファイルを作成して（ステ
ップ３０７）、プラント定性モデル記憶部８０に保存す
る（ステップ３０８）。

【００８３】モデル合成装置７０によって生成されたプ
ラントの定性モデルの一例を図１３に示す。

【００８４】なお、図１３において、図形“○”はプレ
ースを表し、図形“□”はトランジションを表し、それ
らの図形内に記述されている文字列はプレース又はトラ
ンジションの名称を表している。

【００８５】ここで、図１３に示されるプラントの定性
モデルにおける各機器モデルと図２に示したプラントの
構成図におけるシンボルとの対応関係について説明す
る。

【００８６】操作機器のon／off 状態を表すプレースを
Ｐswとし、物質の流れに対す制約条件を表すプレースを
Ｐcoとする。

【００８７】プレースＣｏ₋ＦＳ００１（これはＰcoで
ある）、プレースＯｎ₋ＦＳ００１（これはＰswであ
る）、トランジションＦＳ００１、プレースＳｕｍ₋Ｆ
Ｓ００１（これは流量を検出するためのプレース）から
構成される機器モデルは図２に示したシンボルＦＳ００
１に対応している。

【００８８】プレースＣｏ₋ＣＶ００１（これはＰcoで
ある）、プレースＯｎ₋ＣＶ００１（これはＰswであ
る）、トランジションＣＶ００１から構成される機器モ
デルは図２に示したシンボルＣＶ００１に対応してい
る。

【００８９】プレースＯｎ₋Ｖ００１（これはＰswであ
る）、トランジションＶ００１から構成される機器モデ
ルは図２に示したシンボルＶ８８１に対応している。な
お、Ｐcoに対応するプレースが存在しないのは、その機
器のすぐ次の機器が操作機器でない為。

【００９０】プレースＯｎ₋Ｖ００４（これはＰswであ
る）、トランジションＶ００４から構成される機器モデ
ルは図２に示したシンボルＶ００４に対応している。な
お、Ｐcoに対応するプレースが存在しないのは、その機
器のすぐ次の機器が操作機器でない為。

【００９１】プレースＯｎ₋ＦＳ００２（これはＰswで
ある）、プレースＣｏ₋ＦＳ００２（これはＰcoであ
る）、トランジションＦＳ００２、プレースＳｕｍ₋Ｆ
Ｓ００２（これは流量を検出するためのプレース）から
構成される機器モデルは図２に示したシンボルＦＳ００
２に対応している。

【００９２】プレースＯｎ₋Ｖ００２（これはＰswであ
る）、トランジションＶ００２から構成される機器モデ
ルは図２に示したシンボルＶ００２に対応している。な
お、Ｐcoに対応するプレースが存在しないのは、その機
器のすぐ次の機器が操作機器でない為。

【００９３】プレースＯｎ₋Ｖ００７（これはＰswであ
る）、プレースＣｏ₋Ｖ００７（これはＰcoである）、
トランジションＶ００７から構成される機器モデルは図
２に示したシンボルＶ００７に対応している。

【００９４】プレースＯｎ₋Ｐ００８（これはＰswであ
る）、トランジションＰ００８から構成される機器モデ
ルは図２に示したシンボルＰ００８に対応している。な
お、Ｐcoに対応するプレースが存在しないのは、その機
器のすぐ次の機器が操作機器でない為。

【００９５】プレースＯｎ₋Ｖ００８（これはＰswであ
る）、トランジションＶ００８から構成される機器モデ
ルは図２に示したシンボルＶ００８に対応している。な
お、Ｐcoに対応するプレースが存在しないのは、その機
器のすぐ次の機器が操作機器でない為。

【００９６】プレースＯｎ₋Ｖ００５（これはＰswであ
る）、トランジションＶ００５から構成される機器モデ
ルは図２に示したシンボルＶ００５に対応している。な
お、Ｐcoに対応するプレースが存在しないのは、その機
器のすぐ次の機器が操作機器でない為。

【００９７】プレースＣｏ₋ＣＶ００３（これはＰcoで
ある）、プレースＯｎ₋ＣＶ００３（これはＰswであ
る）、トランジションＣＶ００３から構成される機器モ
デルは図２に示したシンボルＣＶ００３に対応してい
る。

【００９８】プレースＣｏ₋Ｖ００３（これはＰcoであ
る）、プレースＯｎ₋Ｖ００３（これはＰswである）、
トランジションＶ００３から構成される機器モデルは図
２に示したシンボルＣＶ００３に対応している。

【００９９】プレースＯｎ₋Ｖ００９（これはＰswであ
る）、トランジションＶ００９から構成される機器モデ
ルはシンボルＶ００９に対応している。なお、Ｐcoに対
応するプレースが存在しないのは、その機器のすぐ次の
機器が操作機器でない為。

【０１００】プレースｄｕｍｍｙ２６は図２に示したタ
ンクに対応している。

【０１０１】プレースｄｕｍｍｙ０００〜００４は図２
に示したプラントの配管に対応している。

【０１０２】なお、この実施例では、図２に示されてい
るシンボルＦＩＣ００１、シンボルＰＩ００７、シンボ
ルＴＩＣ００３、シンボルＬＳ００６にそれぞれ対応す
る機器モデルについては省略している。

【０１０３】ここで、トランジションの入出力プレース
を決定するということを具体例を挙げて説明する。例え
ばトランジションＣＶ００１について考察すると、入力
プレースはＤＵＭＭＹ００３、出力プレースはＤＵＭＭ
Ｙ０００である。なおＤＵＭＭＹ０００はトランジショ
ンＶ００１の入力プレースでもある。

【０１０４】次に、プラントの定性モデルを用いたエミ
ュレーションについて簡単に説明する。初期段階とし
て、ポンプやプロアが送り出す物質の供給源にあたる入
力プレース（つまりプレースＰｓｏ）のマーキングを値
“１”にし、それ以外のマーキングを値“０”にする。
初期段階の操作が終了したら次のような処理を行う。（１）オンとなるプレースＰswにトークンを１つ置く。（２）発火可能なトランジションを全て発火させる。競
合するときはいずれかを発火させる。（３）発火可能トランジションがなくなったら、センサ
の情報を各プレースのトークン数から計算して取り出
す。以上の手順を繰り返す。

【０１０５】ここで、図１３中の点線で囲んだ部分のプ
ラントの定性モデルを用いたエミュレーションについて
説明する。なお、ここではプレースＰswに対応するプレ
ースに対して、トランジションが発火した後に、再びオ
ンとすべき指令が与えられてトークンが置かれるものと
する。

【０１０６】最初に、この場合は、プレースＰｓｏに相
当する入力プレースが存在しないので、初期段階での操
作は何もしない。

【０１０７】次に、オンとなるプレースＰswに対応する
プレースにトークンを１つ置くと、定性モデルは、図１
４に示す様な状態になる。なお図１４において図形
“●”はトークンを表している。これ以降、プレース内
にトークンが置かれた状態を図形“○”内に図形“●”
を挿入して表現するものとする。

【０１０８】続いて、発火可能なトランジションを全て
発火させる。この場合はトランジションＣＶ００３のみ
が発火可能であるので、図１５に示す様にプレースＣｏ
₋００３にトークンを１つ置く。これによって、トラン
ジションＣＶ００３が発火するので、定性モデルは図１
６に示す様な状態になる。つまりトランジションＣＶ０
０３の出力プレースであるプレースＤＵＭＭＹ００１内
にトークンが１つ置かれる。この状態から、オンとなる
プレースＰswにトークンを１つ置くと、定性モデルは図
１７に示す様な状態になる。

【０１０９】この状態においては、トランジションＣＶ
００３、トランジションＶ００３が共に発火可能なの
で、それらの発火可能なトランジションを全て発火させ
るために、図１８に示す様にプレースＣｏ₋ＣＶ００
３、プレースＣｏ₋Ｖ００３にそれぞれトークンを１つ
置く。これによって、トランジションＣＶ００３、Ｖ０
０３が発火するので、定性モデルは図１９に示す様な状
態になる。この状態においてはトランジションＶ００９
は発火することになる。

【０１１０】また同様に、図７に示した様な熱量の移動
を表現した定性モデルについても、上述したような操作
を行うことによりシミュレーションすることができる。

【０１１１】以上説明したように、プラントの定性モデ
ルを用いてエミュレーションすることにより、プラント
制御用ソフトウェアの検証を行うことができる。すなわ
ち、例えば図示しないエミュレータが、プラント制御用
ソフトウェアからの指令に従って、そのモデルの機器を
動かしたり、止めたりすることによって、プラント内の
物理量の定性的な状態が遷移することになるので、エミ
ュレータは、その状態からセンサの情報を得ることによ
り、プラント制御用ソフトウェアへその値を返す。プラ
ント制御用ソフトウェアは、プラントの定性モデルから
返されたセンサの値から次の指令を出す。このような処
理を繰り返していき、順次プラント内の物理量の定性的
な状態を検査していくことによって、プラント制御用ソ
フトウェアの検証を行うことができる。

【０１１２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、接
続情報生成手段は、図面データ格納手段から読み出した
図面データと、画像理解知識ベース内の各知識情報とに
基づいて、プラントを構成する各構成要素毎に、構成要
素の種類を示す情報及び他の構成要素との接続関係を示
す情報を生成し、更に、モデル合成手段は、前記接続情
報格納手段から読み出した各構成要素の種類を示す情報
に基づいてそれぞれ対応する定性モデルを機器モデルデ
ータベースから抽出すると共に、それらの定性モデルを
前記接続情報格納手段から読み出した他の構成要素との
接続関係を示す情報に基づいて結合することにより、プ
ラント全体の定性モデルを生成するようにしたので、プ
ラント用ＣＡＤによって描画されたプラントの構成を示
す図の図面データを入力することにより、プラントの定
性モデルを自動的に生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラントモデル自動生成装置の一
実施例を示す機能ブロック図。

【図２】プラント用ＣＡＤで描画されたプラントの構成
を示す図。

【図３】線に接続されているシンボルの検索ルールを説
明するための図。

【図４】機器の接続の方向の決定ルールを説明するため
の図。

【図５】プラントの能動的構成器機をペトリネットによ
る定性モデルでモデル化した様子を示す図。

【図６】プラントの受動的構成器機をペトリネットによ
る定性モデルでモデル化した様子を示す図。

【図７】プラントにおける熱量の移動をペトリネットに
よりモデリングした様子を示す図。

【図８】接続情報生成装置による接続情報生成の処理動
作を示すフローチャート。

【図９】接続情報生成装置によるシンボルの接続関係の
生成処理動作を示すフローチャート。

【図１０】接続情報生成装置により生成された接続情報
の一例を示す図。

【図１１】接続情報生成装置により生成された接続情報
の一例を示す図。

【図１２】モデル合成装置によるプラントの定性モデル
の合成処理動作を示すフローチャート。

【図１３】モデル合成装置により生成されたプラント全
体の定性モデルの一例を示す図。

【図１４】プラントの定性モデルを用いたシミュレーシ
ョンを説明するための図。

【図１５】プラントの定性モデルを用いたシミュレーシ
ョンを説明するための図。

【図１６】プラントの定性モデルを用いたシミュレーシ
ョンを説明するための図。

【図１７】プラントの定性モデルを用いたシミュレーシ
ョンを説明するための図。

【図１８】プラントの定性モデルを用いたシミュレーシ
ョンを説明するための図。

【図１９】プラントの定性モデルを用いたシミュレーシ
ョンを説明するための図。

【符号の説明】

１０…プラント構成図記憶部２０…シンボルデータベース３０…画像理解知識ベース４０…接続情報生成装置５０…接続情報記憶部６０…機器モデルデータベース７０…モデル合成装置８０…プラント定性モデル記憶部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象となるプラントを構成する各構成要素
にそれぞれ対応する予め設定された図形を示すシンボル
情報と、該シンボルに接続された線分や矢印を含む図形
を示すシンボル以外の情報とを有する図面データを格納
する図面データ記憶手段と、前記シンボルに対応する構成要素の種類を示す情報を予
め格納するシンボルデータベース手段と、前記シンボル以外の情報から前記構成要素間の接続関係
を決定するための知識情報を予め格納する画像理解知識
ベース手段と、前記図面データ記憶手段から読み出した図面データと、
前記シンボルデータベース手段及び前記画像理解知識ベ
ース手段内の情報とに基づいて、前記各構成要素毎に、
構成要素の種類を示す情報及び他の構成要素との接続関
係を示す情報を生成する接続情報生成手段とを具えたこ
とを特徴とするプラントモデル自動生成装置。
【請求項２】対象となるプラントを構成する各構成要素
にそれぞれ対応する予め設定された図形を示すシンボル
情報と、該シンボルに接続された線分や矢印を含む図形
を示すシンボル以外の情報とを有する図面データを格納
する図面データ記憶手段と、前記シンボルに対応する構成要素の種類を示す情報を予
め格納するシンボルデータベース手段と、前記シンボル以外の情報から前記構成要素間の接続関係
を決定するための知識情報を予め格納する画像理解知識
ベース手段と、前記図面データ記憶手段から読み出した図面データと、
前記シンボルデータベース手段及び前記画像理解知識ベ
ース手段内の情報とに基づいて、前記各構成要素毎に、
構成要素の種類を示す情報及び他の構成要素との接続関
係を示す情報を生成する接続情報生成手段と、前記接続情報生成手段により生成された接続情報を格納
する接続情報記憶手段と、前記構成要素の種類を示す情報に対応してペトリネット
によるプラントの定性モデルを予め格納する機器モデル
データベース手段と、前記接続情報格納手段から読み出した各構成要素の種類
を示す情報に基づいてそれぞれ対応するプラントの定性
モデルを前記機器モデルデータベース手段から抽出する
と共に、それらの定性モデルを前記接続情報格納手段か
ら読み出した他の構成要素との接続関係を示す情報に基
づいて結合することにより、プラント全体の定性モデル
を生成するモデル合成手段とを具えたことを特徴とする
プラントモデル自動生成装置。
【請求項３】前記機器モデルデータベース手段には、プラントの構成要素としての能動的構成要素を、ペトリ
ネットにおけるトランジションと、それに対する入力プ
レースとしての、当該能動的構成要素のオン／オフ状態
を表す第１のプレース、当該能動的構成要素に流れる媒
体の供給源を表す第２のプレースおよび当該能動的構成
要素への媒体の流れに対する制約条件を表す第３のプレ
ースのうち前記第１のプレース及び他のプレースからな
る複数のプレースとで表現した定性モデルと、プラント
の構成要素としての受動的構成要素をプレースで表現し
た定性モデルとが格納されていることを特徴とする請求
項（２）記載のプラントモデル自動生成装置。