JPH0612105A - 工業プロセスのシミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動的に、且つ、時間を浪費すること無く実
行することができる工業プロセスのシミュレーション方
法を提供する。 【構成】 工業プロセス（２）は、各物理量Ｐi 特性の
値が自動制御装置（１）から出力された制御信号（３）
の作用で変化速度Ｖ1 で変化し、その状態をモニターす
る個々の物理量Ｐi の値として出力される状態信号
（４）で自動制御装置（１）へ知らせるようにシミュレ
ーションされる。変化する物理量Ｐi をモニターするこ
となくその値が変化可能な時間間隔δｔi が判定され
る。その後、各物理量Ｐi の値が、対応する変化速度Ｖ
i と時間間隔δｔの最小のものとの積だけ増分して更新
される。最後に、各物理量Ｐi をモニターする各センサ
ーを更新し、この方法の反復前にパラメータ化し得る時
間が経過することが許される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に自動制御装置によ
って制御される工業プロセスのシミュレーション方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、産業設備で実行されるプロセスが
益々複雑化するのに伴い、それらを制御する自動制御装
置は益々複雑化されることが必須となっている。

【０００３】従って、サイトでの主要なデバッギング費
用を回避するためには、自動制御装置の制御の下で産業
設備を運転させる前に、その自動制御装置が布線ロジッ
クとして実行されるか或いは前記工業用プログラム可能
制御装置タイプのプログラムされたロジックとして実行
されるかに拘らず、その自動制御装置を適切な運転のた
めにテストすることが不可欠になる。

【０００４】自動制御装置の有効性をテストする公知な
方法に、前記自動制御装置を前記産業設備のプロセスを
正確に再現するシミュレーション装置に、一方の各入力
が他方の各出力と通じ、逆もまた同様に通じるように接
続する方法がある。

【０００５】通常、コンピュータ手段に基づくシステム
であるそのようなシミュレーション装置で使用されるプ
ロセス・シミュレーション方法では、前記シミュレーシ
ョン装置が前記自動制御装置から出力されるコマンドを
受信することによって触発される各時間延引を処理する
ようにされている。実際には、前記産業設備内のセンサ
ーの状態が変化することに相当する或る時間延引が終了
するとき毎に、そのシミュレーション装置が前記自動制
御装置へそのプロセスの状態を知らせる。従って、この
工業プロセスは実時間でシミュレーションされる。

【０００６】そのようなシミュレーション方法の主要な
欠点に、或る時間延引が終了するまで待つ間に時間が掛
り、そのシミュレーションされたプロセスが遅くなるほ
ど浪費される時間の量が大きくなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の主目
的はプロセスをシミュレーションするための、自動的に
実行することができ、且つ、そのプロセスが行われる上
記実時間を考慮してもそのような時間の浪費を無くする
方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、工業プロセス
の状態の各物理量特性の値を、自動制御装置から出力さ
れた制御信号の状態の作用として変化させ、且つ、その
状態を、各センサーからそれらがモニターした個々の物
理量の値の作用として出力される状態信号によって前記
自動制御装置へ知らせるように、工業プロセスをシミュ
レーションするためのシミュレーション方法であって、
次の各ステップ、すなわち、 ａ）前記工業プロセスをモニターするプロセスの機能モ
デルを定義するステップと、 ｂ）プロセス制御の機能モデルを定義するステップと、 ｃ）前記工業プロセスの初期条件を設定するステップ
と、 ｄ）各物理量Ｐi について前記制御信号の状態の作用で
ある変化速度Ｖi を計算するステップと、 ｅ）ゼロではない値の変化速度を持つ物理量Ｐi につい
て、前記各センサーのうちのいずれにもモニターされず
にこの物理量の値Ｐi が変化することができる時間間隔
δｔi を判定するステップと、 ｆ）前のステップｅで判定された前記時間間隔δｔi の
最短時間間隔として定義される時間間隔δｔを計算する
ステップと、 ｇ）前記物理量Ｐi の各々の値を、その値に前記時間間
隔δｔに対応する変化速度Ｖi を乗算した積の値を増分
して、更新するステップと、 ｈ）前のステップｇで更新された物理量Ｐi の各値の作
用として、状態が変化している各センサーを判定し、対
応する各状態信号を更新するステップと、 ｉ）本シミュレーション方法を前記ステップｄから反復
する前に、待機時間と呼ばれるパラメータ化が可能な時
間の経過をおいてから、本シミュレーション方法を前記
ステップｄから反復するステップとを有することを特徴
とする方法によって達成される。

【０００９】このシミュレーション方法の最初の特定実
施例では、前記ステップａが、次の一連のステップ、す
なわち、 j)各物理量Ｐi をモニターする各センサーを定義するス
テップと、 jj）各センサーを状態信号に関連付けるステップと、 jjj)前記物理量Ｐi が変化することができる範囲を、前
記各センサーのうちのいずれもその状態が変化しない間
に各々が前記物理量Ｐi の或る範囲と対応する一連の連
続するセクターＳi,j に区分するステップと、 jjjj) 前記各セクターＳi,j の各々に下限及び上限を関
連付け、さらに前記物理量Ｐi をモニターする各センサ
ーの前記対応する各状態を関連付けるステップとから成
る。

【００１０】このシミュレーション方法の第二の特定実
施例では、前記ステップｂが、次の一連のステップ、す
なわち、 j)各物理量Ｐi を、その物理量Ｐi の値を変化させる前
記制御信号に関連付けるステップと、 jj) 前記ステップj で定義された前記各制御信号を、前
記制御信号の二進状態の作用として前記物理量Ｐi に対
する変化速度に関連付けるステップと、から成る。

【００１１】さらに具体的には、上記二つの特定実施例
に基づいて、前記ステップｃ乃至ｉが、次の一連のステ
ップ、すなわち、 １）前記待機時間の値を選択するステップと、 ２）各物理量Ｐi について、その物理量Ｐi の変化の範
囲を構成する前記各セクターから選択された現セクター
Ｓi を選択し、且つ、この現セクターＳi の限度内に在
る値ｐi の初期条件を設定するステップと、 ３）各物理量Ｐi について、前記ステップｂのうちのス
テップｊｊにおいて，その状態の作用として各制御信号
と関連する前記各変化速度に基づいて物理量Ｐi の変化
速度Ｖ1 を計算するステップと、 ４）各物理量Ｐi について、前記時間間隔δｔi を、前
記現セクターＳi の前記限度と、前記各変化速度Ｖ1
と、前記物理量の値ｐi との作用として、判定するステ
ップと、 ５）前記ステップｆに従って時間間隔δｔを計算するス
テップと、 ６）前記ステップｇに従って各物理量Ｐi の値を更新す
るステップと、 ７）時間間隔δｔと等しい時間間隔δｔi の判定が完了
している各物理量Ｐiについて、新たに現セクターを、
対応する変化速度Ｖi の符号の作用として計算するステ
ップと、 ８）前のステップ７で新たに現セクターが計算された物
理量Ｐi をモニターする各センサーが前記新たな現セク
ター中にそれが以前の現セクター中に有していた前記状
態とは異なる状態を有するかどうかを判定するステップ
と、 ９）前のステップ８での変化として計算されている状態
を有する前記各センサーと対応する前記状態信号を更新
するステップと、 １０）前記ステップ１で選択された前記待機時間と対応
する初期値を有する時間の延引を開始し、且つ、本シミ
ュレーション方法が前記ステップ３で自動的に再開され
る前に前記時間延引が終了するまで待機するステップ
と、を使用して自動的に実行される。

【００１２】最後の特定実施例として、本発明はまた、
以下のステップ、すなわち、 Ａ）最初に、前記自動制御装置の予想実行時間より大き
い待機時間で全工業プロセスをシミュレーションし、前
記自動制御装置から出力された各制御信号のロジックの
順序付けを有効にするステップと、 Ｂ）前記自動制御装置がまだ正確に前記各制御信号を順
序付けしている最小の待機時間が得られるまで、前記シ
ミュレーションを益々小さい待機時間に反復するステッ
プと、により、テストされるべき工業プロセスを制御す
る自動制御装置の運転を可能にするシミュレーション方
法を提供する。

【００１３】

【作用】このシミュレーション方法は、工業用プログラ
ム可能制御装置によって構成される自動制御装置に応用
することができる。このような環境の下で、ステップＡ
における待機時間の値は前記自動制御装置の繰り返し時
間よりも大きくなるように選ばれる。

【００１４】

【実施例】図１から分かるように、本発明の方法は、工
業プロセス２の状態の物理量特性を変化させることによ
り自動制御装置１から出力される制御信号３に応答し、
且つ、その状態を状態信号４によって前記自動制御装置
１へ知らせる工業プロセス２をシミュレーションするこ
とを目的とする。

【００１５】本発明方法を実行する装置は、その各入力
が前記自動制御装置１の各出力へ接続され、逆にまたそ
の各出力が自動制御装置１の各入力へ接続されているコ
ンピュータ・システムである。このような装置は既に良
く知られているので、その詳細説明は省略する。自動制
御装置１は、布線ロジックまたは工業用プログラム可能
制御装置タイプのプログラムされたロジックの形で実行
することができる。この自動制御装置１はまた、工業用
プログラム可能制御装置或いはリレーを包含するコント
ロール・ボックスの運転ロジックをシミュレーションす
るコンピュータ・システムであることもできる。

【００１６】工業プロセスの前記物理量特性は、その種
類が極めて広範囲に亘っている。ここで言及する例に
は、次のもの、すなわち、タンク内の液体のレベル、オ
ーブン内の温度、密閉されたチャンバー内の圧力、例え
ばモータの回転速度のように時間の延引によって実行さ
れる時間長、そして最後に物体の重量が含まれるが、何
らこれらの例に限定されるものではない。

【００１７】図２は、簡単な産業設備中で実行され、モ
ータ２１０によって駆動される機械シャフト２１や、バ
ルブ２２０を開栓することによって液体を注入されるタ
ンク２２を有する、特定の工業プロセスを示す。この工
業プロセスの状態の物理量特性は、１０^-2メートル（１
センチ・メートル）の幅を持つカム２１１によって検出
される機械シャフト２１の位置、及び、液体のセンサー
２２２の位置によって検出されるタンク２２内の液体レ
ベルである。

【００１８】以下の記載では、前記機械シャフト２１の
位置に物理量Ｐ1 が指示され、前記液体のレベルに物理
量Ｐ2 が指示される。本発明によれば、第一のステップ
でプロセスのモニター動作の機能モデルを定義する（ス
テップａ）。或る特定実施例では、これは、先ず、物理
量の各々をモニターするセンサーを定義することによっ
て行われる（ステップａ(j))。

【００１９】従って、図２に示される上記特定プロセス
については、機械シャフト２１の位置がセンサー２１２
及び２１３によってモニターされ、一方、タンク２２内
の液体のレベルはセンサー２２２及び２２３によってモ
ニターされる。

【００２０】その後、各センサー２１２、２１３、２２
２及び２２３には、それらが主力する状態信号４１、４
２、４３及び４４が、それぞれ関連付けられる（ステッ
プａ(jj)) 。

【００２１】上記特定プロセスをモニターする各センサ
ー２１２、２１３、２２２及び２２３は、その産業設備
内でそれらの位置が固定されている。前記各位置や前記
カム２１１の幅から、状態信号４１と４２との各状態及
び状態信号４３と４４との各状態を、物理量Ｐ1 及びＰ
2 のメートル単位で与えられる値の作用として示す図３
及び図４のロジック・ダイヤグラムが容易に演繹され
る。図３のロジック・ダイヤグラムから、センサー２１
２及び２１３が状態を変化すること無く物理量Ｐ1 が変
化することができる範囲を容易に定めることができる。
同様に、図４のロジック・ダイヤグラムは、センサー２
２２及び２２３が状態を変化すること無く物理量Ｐ2 が
変化することができるそのような範囲を示している。

【００２２】従って、物理量Ｐ1 が変化することができ
る上記範囲が、一連の連続する各セクターＳ1,1 、Ｓ1,
2 及びＳ1,3 に区分され、且つ、物理量Ｐ2 が変化する
ことができる上記範囲が、一連の連続する各セクターＳ
2,1 、Ｓ2,2 及びＳ2,3 に区分される（ステップａ(jj
j))。

【００２３】その後、上記セクターＳ1,1 には、ゼロメ
ートルの値を持つ下限、０．０１メートルの値を持つ上
限、“１”の値を持つ上記センサー２１２の状態、及
び、“０”の値を持つ上記センサー２１３の状態が関連
付けられる。同様な手順が物理量Ｐ1 の各セクターの各
々に応用される。その後、上記セクターＳ2,1 には、０
メートルの値を持つ下限、２メートルの値を持つ上限、
“０”の値を持つ上記液面２２１の状態、及び、“０”
の値を持つ上記センサー２２３の状態が関連付けられ
る。

【００２４】同様な手順が物理量Ｐ2 の各セクターの各
々に応用される（ステップａ(jjj))。

【００２５】この一連のステップによって、プロセスの
モニター動作の機能モデルが作られる。この機能モデル
は、モニター・ファイルと呼ばれるコンピュータ・ファ
イルに、次のように記載することができる。

【００２６】モニター・ファイル 第一物理量：Ｐ1 第一センサー：２１２ 状態信号：４１ 第二センサー：２１３ 状態信号：４２ 第一セクター：Ｓ1,1 下限：０メートル 上限：０．０１メートル 状態： 第一センサー：“１” 第二センサー：“０” 第二セクター：Ｓ1,2 下限：０．０１メートル 上限：１メートル 状態： 第一センサー：“０” 第二センサー：“０” 第三セクター：Ｓ1,3 下限：１メートル 上限：１．０１メートル 状態： 第一センサー：“０” 第二センサー：“１” 第二物理量：Ｐ2 第一センサー：２２２ 状態信号：４３ 第二センサー：２２３ 状態信号：４４ 第一セクター：Ｓ2,1 下限：０メートル 上限：２メートル 状態： 第一センサー：“０” 第二センサー：“０” 第二セクター：Ｓ2,2 下限：２メートル 上限：４メートル 状態： 第一センサー：“１” 第二センサー：“０” 第三セクター：Ｓ2,3 下限：４メートル 上限：５メートル 状態： 第一センサー：“１” 第二センサー：“１”。

【００２７】この特定実施例では、このモニター・ファ
イルはシミュレーションされるべき上記工業プロセスの
モニター動作に関する全てのデータを包含する。続い
て、これらのデータはその工業プロセスが進行する過程
をシミュレーションするために使用される。上記プロセ
スのモニター動作の機能モデルに対して、同様な実施例
で各セクターについて能動状態（または非能動状態）の
センサーのみを特定することで十分であり、所定のセク
ターには特定されていないセンサーが非能動状態（或い
は場合により能動状態）であることが演繹される。

【００２８】第二ステップでは、プロセス制御の機能モ
デル（ステップｂ）が定義される。

【００２９】図２から分かるように、工業プロセス工業
プロセス２の制御は、機械シャフト２１を駆動するため
に行なうモータ２１０の制御及びタンク２２に液体を注
入するために行なうバルブ２２０の制御から成る。モー
タ２１０の動きを制御し、その結果物理量Ｐ1 を変化さ
せるモータ２１０は、自動制御装置１により制御信号３
１及び３２によって制御される。同様に、タンク２２に
液体を注入し、その結果物理量Ｐ2 が変化するようにバ
ルブの開栓制御は前記自動制御装置１により制御信号３
３によって実行される。

【００３０】第二の特定実施例では、物理量Ｐ1 に制御
信号３１及び３２が関連付けられ、物理量Ｐ2 に制御信
号３３が関連付けられる（ステップｂ(j))。

【００３１】制御信号３１または３２が能動状態である
か（すなわち、“１”状態であるか）どうかに依存し
て、モータ２１０が機械シャフト２１を毎秒０．０５メ
ートル（ｍ／ｓ）の速度で右方向へ移動するか、または
同じ速度で左方向へ移動する。制御信号３１及び３２が
共に非能動状態であるときは、モータ２１０が停止し、
従って機械シャフト２１は静止している。同様に、もし
制御信号３３が能動状態であれば、バルブ２２０が開栓
されてタンク２２に液体が１ｍ／ｓの速度で注入され
る。もし制御信号３３が非能動状態であれば、そのバル
ブ２２０が閉栓されてタンク２２への液体注入は停止さ
れる。

【００３２】従って、次の関連付け、すなわち：制御信
号３１には、その状態が“１”であるか“０”であるか
に依存して、＋０．０５ｍ／ｓまたは０ｍ／ｓの変化速
度を関連付けし；制御信号３２には、その状態が“１”
であるか“０”であるかに依存して、−０．０５ｍ／ｓ
または０ｍ／ｓの変化速度を関連付けし；制御信号３３
には、その状態が“１”であるか“０”であるかに依存
して、１ｍ／ｓまたは０ｍ／ｓの変化速度を関連付けす
る、ことができる（ステップｂ(jj)) 。

【００３３】制御信号３１及び３２の上記各能動状態に
正負の異なる符号が関連付けられている理由は、もし制
御信号３１が能動状態である場合は物理量Ｐ1 の値が増
加し、もし制御信号３２が能動状態である場合は物理量
Ｐ1 の値が減少する事実によって説明される。この一連
のステップにより、プロセス制御の機能モデルが作られ
る。この機能モデルは、コントロール・ファイルと呼ば
れるコンピュータ・ファイルに、次のように記載するこ
とができる。

【００３４】コントロール・ファイル 第一物理量：Ｐ1 第一制御信号：３１ 速度状態“０”：０ｍ／ｓ 速度状態“１”：＋０．０５ｍ／ｓ 第二制御信号：３２ 速度状態“０”：０ｍ／ｓ 速度状態“１”：−０．０５ｍ／ｓ 第二物理量：Ｐ2 第一制御信号：３３ 速度状態“０”：０ｍ／ｓ 速度状態“１”：１ｍ／ｓ。

【００３５】一旦、プロセスのモニター動作及びプロセ
ス制御の機能モデルが定義された後では、本発明に従
い、その特定の工業プロセスのシミュレーションを開始
することが可能となる。

【００３６】このシミュレーションを行なうには、図５
に図示されている初期状態を持つ上記プロセスに初期化
する必要が有る。機械シャフト２１は位置０メートルに
在り、タンク２２は２メートルのレベルを持つ液体を包
含し、センサー２１２及び２２２が“１”の状態にあっ
て、センサー２１３及び２２３が“０”の状態にあり、
且つ、物理量Ｐ1 及びＰ2 の値はそれぞれ０メートル及
び２メートルである。

【００３７】上記各センサーの状態と物理量Ｐ1 及びＰ
2 の上記値とから、セクターＳ1,1及びＳ2,2 が上記の
ように定義されているので、物理量Ｐ1 の値がセクター
Ｓ1,1 に相当する範囲内に入っており、且つ、物理量Ｐ
2 の値がセクターＳ2,2 に相当する範囲内に入っている
と言うことができる。従って、現セクターＳ1 、すなわ
ちセクターＳ1,1 が物理量Ｐ1 に対して定義され、現セ
クターＳ2 、すなわちセクターＳ2,2 が物理量Ｐ2 に対
して定義され、物理量Ｐ1 の値ｐ1 が０メートルに初期
化され、物理量Ｐ2 の値ｐ2 が２メートルに初期化され
る（ステップ２）。従って、この段階でのシミュレーシ
ョンは、次のとおり、すなわち： 物理量Ｐ1 については ｐ1 ＝０メートル Ｓ1 ＝Ｓ1,1 状態信号４１の値＝“１” 状態信号４２の値＝“０” 物理量Ｐ2 については ｐ2 ＝２メートル Ｓ2 ＝Ｓ2,2 状態信号４３の値＝“１” 状態信号４４の値＝“０” である。

【００３８】本発明により、次のステップでは物理量Ｐ
1 とＰ2 との各々に関連する変化速度が計算され、それ
ぞれＶ1 、Ｖ2 で表わされる（ステップ３）。このステ
ップ３は反復ループの最初のステップである。

【００３９】図５から分かるように、実線の矢印で表さ
れている制御信号３１及び３３が能動状態であり、他
方、破線の矢印で表されている制御信号３２は非能動状
態である。プロセス制御に関する上記記載部分で説明し
た如く、且つ、各制御信号３１、３２及び３３の状態が
それぞれ与えられているので、変化速度Ｖ1 が＋０．０
５ｍ／ｓであり、変化速度Ｖ2 が１ｍ／ｓであることが
容易に演繹される。変化速度Ｖ1 を得るには、それぞれ
上記第二の特定実施例に従ってコントロール・ファイル
に特定されている、制御信号３１の能動状態に対応する
速度を制御信号３２の非能動状態に対応する速度に加え
るだけで十分である。同様に、変化速度Ｖ2 は制御信号
３３の能動状態に対応する速度である。

【００４０】その後、物理量Ｐ1 について、センサー２
１２及び２１３のいずれの状態変化も無しに変化するこ
とができる時間間隔に対応する時間間隔δｔ1 が判定さ
れる。同様に、物理量Ｐ2 について、センサー２２２及
び２２３のいずれの状態変化も無しに変化することがで
きる時間間隔に対応する時間間隔δｔ2 が判定される。

【００４１】上記第一の特定実施例では、時間間隔δｔ
1 は、物理量Ｐ1 の値ｐ1 をこのｐ1 が、変化速度Ｖ1
が正である場合における現セクターＳ1 の上限とその変
化速度Ｖ1 が負である場合におけるこの現セクターＳ1
の下限とのいずれかに等しくなるように変化させるため
にこのプロセスで必要とされる時間に相当する。

【００４２】変化速度Ｖ1 が負であれば、 δｔ1 ＝［（Ｓ1 の下限）−ｐ1 ］／Ｖ1 となり、 変化速度Ｖ1 が正であれば、 δｔ1 ＝［（Ｓ1 の上限）−ｐ1 ］／Ｖ1 となる。

【００４３】変化速度Ｖ1 が正であり、ｐ１が０メート
ルであり、且つ、物理量Ｐ1 の現セクターＳ1 が０．０
１メートルの値の上限を持つセクターＳ1,1 であるとす
ると、時間間隔δｔ1 は０．２秒に等しくなる。

【００４４】同様に、変化速度Ｖ2 が正で且つ１ｍ／ｓ
に等しく、ｐ１が２メートルであり、且つ、物理量Ｐ2
の現セクターＳ2 が４メートルの値の上限を持つセクタ
ーＳ2,2 であるとすると、時間間隔δｔ2 は２秒であ
る。

【００４５】続いて、時間間隔δｔが、上記時間間隔δ
ｔ1 とδｔ2 のうちの小さな方と等しくなるように計算
される（ステップ５）。これにより、時間間隔δｔは、
δｔ1 すなわち０．２秒に等しくなる。

【００４６】続いて、物理量Ｐ1 及びＰ2 の各値が、そ
れらを時間間隔δｔに、それぞれ変化速度Ｖ1 を掛けた
積と変化速度Ｖ2 を掛けた積に対応する値だけ増分され
た値にそれぞれ更新される（ステップ６）。従って、
０．２秒に等しい時間間隔δｔの後、０メートルであっ
たｐ1 が０．０１メートルになり、２メートルであった
ｐ2 が２．２メートルになる。この工業プロセスの新し
い状態は図６に図示されている。

【００４７】本発明により、新しい現セクターが物理量
Ｐ1 について計算される。この新しい現セクターは、物
理量Ｐ1 と関連する各セクターＳ1,1 、Ｓ1,2 及びＳ1,
3 から自動的に選択され、上記変化速度Ｖ1 が正である
かまたは負であるかに依存して、ｐ1 と等しい下限また
は上限を持つセクターが選択される。従って、この例で
は変化速度Ｖ1 が正であるから、物理量Ｐ1 のこの新し
い現セクターは物理量Ｐ1 の新しい値と等しい値の下限
を持つセクターである。この結果、物理量Ｐ1のこの新
しい現セクターはセクターＳ1,2 である（ステップ
７）。

【００４８】従って、物理量Ｐ1 については、 ｐ1 ＝０．０１メートル Ｓ1 ＝Ｓ1,2 であり、物理量Ｐ2 については、 ｐ2 ＝２．２メートル Ｓ2 ＝Ｓ2,2 である。

【００４９】その後、センサー２１２と２１３とのうち
のいずれかが、上記新しい現セクターＳ1 に関連付けら
れ、以前の現セクターに関連付けられていたその状態と
は相違する状態を持つかどうかが判定される（ステップ
８）。上記モニター・ファイルでは、セクターＳ1,1 と
関連するセンサー２１３の状態がセクターＳ1,2 と関連
するそのセンサー２１３の状態と同等で“０”に等しい
が、セクターＳ1,1 と関連するセンサー２１２の状態は
セクターＳ1,2 と関連するそのセンサー２１２の状態と
相違していることを理解することができる。このことか
ら、センサー２１２のみが状態を変化しており（非能動
状態になっている）、従って、上記コントロール・ファ
イル中のそのセンサー２１２と関連する状態信号４１が
変更されていて、今は“０”の値を持つことを演繹する
ことができる（ステップ９）。

【００５０】上記センサー２２２と２２３とはいずれ
も、時間間隔δｔが時間間隔δｔ2 よりも小さいので、
状態を変化しない。

【００５１】このシミュレーション方法におけるこの段
階では、 物理量Ｐ1 については ｐ1 ＝０．０１メートル Ｓ1 ＝Ｓ1,2 Ｖ1 ＝＋０．０５ｍ／ｓ 状態信号４１の値＝“０” 状態信号４２の値＝“０” 物理量Ｐ2 については ｐ2 ＝２メートル Ｓ2 ＝Ｓ2,2 Ｖ1 ＝＋１ｍ／ｓ 状態信号４３の値＝“１” 状態信号４４の値＝“０” である。続いて、自動制御装置１に状態信号４１の状態
の変化が知らされる。

【００５２】続いて、新しい制御信号３１、３２または
３３が出力されるべきかどうかを上記自動制御装置１が
計算することが可能となるように、時間の延引を開始さ
せる（ステップ１１）ことにより、このシミュレーショ
ン方法に休止期間が置かれる。その時間の延引に対して
選ばれた（ステップ１１）値は、制御装置の運転をテス
トするためにこのシミュレーション方法を使用するのに
重要な役割りを演じる。この選択についての説明を、以
下で行なう。

【００５３】上記時間の延引がその終了時点に来るとき
（一般的には、数１０ミリ秒後）、第一の反復動作が終
了点に達し、上記したようにこのシミュレーション方法
は各変化速度Ｖ1 及びＶ2 を計算することにより反復し
て開始する。このことは上記反復ループの最初のステッ
プと対応する。

【００５４】図７及び図８は、どのようにしてこのプロ
セスが第二の反復動作及び第三の反復動作の後に進行し
たかを示している。第二の反復動作では、図７から制御
信号３１、３２または３３が状態を変化しなかったこと
が分かる。ここでは、次のことがやはり応用される。す
なわち、 Ｖ1 ＝＋０．０５ｍ／ｓであり、且つ、 Ｖ2 ＝＋１ｍ／ｓ である。

【００５５】このシミュレーション・プロセスを上記し
たように応用することによって、 δｔ1 ＝１９．８ｍ／ｓ； δｔ2 ＝１．８ｍ／ｓ； δｔ＝δｔ2 ＝１．８ｍ／ｓ が得られ、且つ、物理量Ｐ1 及びＰ2 に対して次の新し
い値、すなわち、 ｐ1 ＝０．０１メートル； ｐ2 ＝４メートル； が演繹される。センサー２２３のみが状態を変化して能
動状態になる。従って、状態信号４１、４２及び４３の
各値は変化しないで残っている。状態信号４４は能動状
態にある。

【００５６】ここで、図８から、上記自動制御装置１が
状態信号４４の状態の変化に応答して非動作状態になっ
ている制御信号３３の値を変化させ、その結果、バルブ
２２０を閉栓してタンク２２への液体の注入を停止する
ことを理解することができる。

【００５７】こうして、上記シミュレーション方法の第
三反復動作が、この工業プロセスを図８に示すような新
しい状態へ進行させることに通じる。この新しい反復動
作に対応する時間間隔δｔは１．８秒と等しい。

【００５８】従って、連続的な反復動作によって、工業
プロセスの全体を自動制御装置１から出力された各制御
信号３の作用としてシミュレーションすることができ
る。

【００５９】このようなシミュレーション方法の利点
は、この方法がこのプロセスのシミュレーションを実時
間シミュレーションとしてではなく促進するものの、そ
れにも拘らず、各反復動作での時間間隔δｔの値によっ
て実時間動作が維持されることである。

【００６０】プロセス制御及びプロセスのモニター動作
に対する各機能モデルの上記二個の特定実施例により、
そのプロセスを自動的に実行することが可能となる。同
様な結果を達成するために、特に時間間隔δｔが自動的
に計算されるようにすることによって、そのプロセスの
制御をモデル化したり、モニターしたりする何らかの他
の方法が、本発明の範囲内で可能である。

【００６１】さらに、このシミュレーション方法の特定
の実施例は、自動制御装置に接続されたパーソナル・コ
ンピュータのようなコンピュータ手段によって容易に実
行することが可能である。その上、そのようなコンピュ
ータ手段は上記自動プロセス制御装置の運転ロジックを
シミュレーションするためにも適している利益がある。

【００６２】本発明方法の別の重要な特性は、待機時間
として以下で言及する時間の延引に対する値の選択にあ
る。以下の説明の目的は、上記特性を使用することによ
って、この方法を布線ロジックまたはプログラムされた
ロジックとして実行することができる自動制御装置の運
転の有効化に適用することを示すことにある。

【００６３】自動制御装置１は、状態信号４１、４２、
４３及び４４の作用として制御信号３１、３２及び３３
を計算するように構成されているプログラムを有する工
業用プログラム可能制御装置であると想定される。この
工業プロセスが上記工業用プログラム可能制御装置の一
つの全サイクルより短い待機時間を用いている上記工業
用プログラム可能制御装置に関してシミュレーションさ
れる場合に起きる事象の詳細リストを作成することは重
要なことである。もし上記シミュレーション方法がゼロ
の待機時間を応用されている場合には、制御信号３１、
３２及び３３は変化しないから最初の二回の反復動作は
変化しないで残る。逆に、第三の反復動作については、
待機時間がゼロであるために上記工業用プログラム可能
制御装置はタンク２２への液体の注入を停止させるため
に制御信号３３を非動作状態にする時間を持たない。こ
のことから、上記第三反復動作の終了点では、タンク２
２が引き続いて１ｍ／ｓの速度で液体の注入を行なわれ
ているから、ｐ2 はもはや４メートルに等しくなく、２
２メートルに等しいことが結論される。このシミュレー
ション方法のこの特性は、工業用プログラム可能制御装
置の形ちの自動制御装置を用いて使用されるとき、待機
時間がその自動制御装置の一サイクル以上の値を持つ必
要があることを意味する。そのようなサイクル中に、そ
の自動制御装置はその全入力を読み込み、すなわち、こ
の自動制御装置はその全入力及び内部ビットに基づいて
その各出力を計算した後で状態信号４を考慮し、最後に
制御信号３の出力と対応するその各出力の状態をリフレ
ッシュする。従って、液体の注入が行なわれているタン
ク２２を停止させる制御信号３３を更新するように、上
記自動制御装置が状態信号４４の最新の変化を考慮する
ことができるようにするためには、少なくとも一サイク
ルが必要である。

【００６４】従って、工業用プログラム可能制御装置の
運転をテストするために、その工業用プログラム可能制
御装置によって制御される上記工業プロセス２は最初に
その工業用プログラム可能制御装置のサイクル時間より
大きい待機時間でシミュレーションされる（ステップ
Ａ）。例えば、待機時間は、それが上記工業用プログラ
ム可能制御装置のサイクル時間の５倍の時間に等しいよ
うに選ばれる。

【００６５】従って、上記の場合には、工業用プログラ
ム可能制御装置は第三反復動作において新しい制御信号
３３を計算するのに十分な時間を有する。一連の反復動
作において、上記工業用プログラム可能制御装置から出
力される各制御信号を解析することによってそれら制御
信号のロジックの順序付けが有効化される。

【００６６】一旦そのような有効化が実行された後、こ
のプロセスの総合シミュレーションが、各制御信号のロ
ジックの順序付け中に或る相違が観察されるまで、第二
期間中になるべく小さい待機時間を用いて数回反復され
る。従って、タンクへの液体注入については、結局制御
信号３３がもはや非動作状態にされないときにそのよう
な相違が現れる。続いて、上記工業用プログラム可能制
御装置の最大計算時間と対応する最小待機時間を判定す
ることが可能である。

【００６７】この最小待機時間は、通常、上記工業用プ
ログラム可能制御装置及びそのサイクル時間に依存し、
それはまた、そのプログラムの構造、特に中間の計算で
使用するために内部ビットを処理する方法に依存する。
上記のことから、この最小待機時間はせいぜい上記工業
用プログラム可能制御装置の一サイクルであることが分
かる。

【００６８】一定の産業上の応用例では、上記工業用プ
ログラム可能制御装置の実際の計算時間に対するこの最
小待機時間の情報は、安全性または実行されるこの工業
プロセスの精度に多大な重要性を持つと思われる。

【００６９】プログラム可能制御装置の運転をテストす
るために、このシミュレーション方法を使用するこの特
定実施例は一例として与えられているものである。この
シミュレーション方法はまた、何らかの自動制御装置の
運転を、ステップＡで待機時間にその自動制御装置の予
想実行時間より大きい初期値を選択することによって、
有効にするために使用することができる。

【００７０】

【発明の効果】従って、本発明によるシミュレーション
方法及びその使用は、自動制御装置が産業設備の仕様に
従って動作することを証明しようとするその産業設備の
自動化の重要なステップに適用可能であることを理解で
きるであろう。従って、本発明によるシミュレーション
方法及びその使用は、上記工業プロセスが実行される前
に、先ず自動制御装置のロジック演算を有効化し、続い
てこの自動制御装置の実行時間を限量化し、従って、所
定の産業設備と関連する一定のタイミング制約との整合
性を証明することを可能とするように、使用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】自動制御装置から出力される制御信号を受信
し、それに応じて状態信号を出力する工業プロセスを表
わす図である。

【図２】タンク及び機械シャフトを含む産業設備で実行
される或る特定の工業プロセスを表わす図である。

【図３】機械シャフトの位置の作用としての状態信号の
ロジック・ダイヤグラムである。

【図４】タンク内の液体のレベルの作用としての状態信
号のロジック・ダイヤグラムである。

【図５】本シミュレーション方法の或る特定例での図２
の工業プロセスを表わす図である。

【図６】本シミュレーション方法の別の特定例での図２
の工業プロセスを表わす図である。

【図７】本シミュレーション方法のさらに別の特定例で
の図２の工業プロセスを表わす図である。

【図８】本シミュレーション方法のさらにまた別の特定
例での図２の工業プロセスを表わす図である。

【符号の説明】

１………自動制御装置 ２………工業プロセス ３………制御信号 ４………状態信号 ２１……機械シャフト ２２……タンク ３１……制御信号 ３２……制御信号 ３３……制御信号 ４１……状態信号 ４２……状態信号 ４３……状態信号 ４４……状態信号 ２１０…モータ ２１１…カム ２１２…センサー ２１３…センサー ２２０…バルブ ２２１…液面 ２２２…センサー ２２３…センサー

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工業プロセス（２）の状態を示す各物理
   量特性の値を自動制御装置（１）から出力された制御信
   号（３）の状態の作用として変化させ、且つ、その状態
   を各センサーからそれらがモニターした個々の物理量の
   値の作用として出力される状態信号（４）によって前記
   自動制御装置（１）へ知らせるように、工業プロセス
   （２）をシミュレーションするためのシミュレーション
   方法において、この方法が、 ａ）前記工業プロセス（２）をモニターするプロセスの
   機能モデルを定義するステップと、 ｂ）プロセス制御の機能モデルを定義するステップと、 ｃ）前記工業プロセス（２）の初期条件を設定するステ
   ップと、 ｄ）各物理量Ｐi について前記制御信号（３）の状態の
   作用である変化速度Ｖi を計算するステップと、 ｅ）ゼロではない値の変化速度を持つ物理量Ｐi につい
   て、前記各センサーのうちのいずれにもモニターされず
   にこの物理量の値Ｐi が変化することができる時間間隔
   δｔi を判定するステップと、 ｆ）前のステップｅで判定された前記時間間隔δｔi の
   最短時間間隔として定義される時間間隔δｔを計算する
   ステップと、 ｇ）前記物理量Ｐi の各々の値を、その値Ｐi に前記時
   間間隔δｔに対応する変化速度Ｖi を乗算した積の値を
   増分して、更新するステップと、 ｈ）前のステップｇで更新された物理量Ｐi の各値の作
   用として、状態が変化している各センサーを判定し、対
   応する各状態信号を更新するステップと、 ｉ）本シミュレーション方法を前記ステップｄから反復
   する前に、待機時間と呼ばれるパラメータ化が可能な時
   間の経過をおいてから、本シミュレーション方法を前記
   ステップｄから反復するステップと、を有することを特
   徴とする、工業プロセスのシミュレーション方法。
2. 【請求項２】 前記ステップａが、次の一連のステッ
   プ、すなわち、 j)各物理量Ｐi をモニターする各センサーを定義するス
   テップと、 jj) 各センサーを状態信号に関連付けるステップと、 jjj)前記物理量Ｐi が変化することができる範囲を、前
   記各センサーのうちのいずれもその状態が変化しない間
   に各々が前記物理量Ｐi の或る範囲と対応する一連の連
   続するセクターＳi,j に区分するステップと、 jjjj）前記各セクターＳi,j の各々に下限及び上限を関
   連付け、さらに前記物理量Ｐi をモニターする各センサ
   ーの前記対応する各状態を関連付けるステップと、から
   成ることを特徴とする、請求項１記載の工業プロセスの
   シミュレーション方法。
3. 【請求項３】 前記ステップｂが、次の一連のステッ
   プ、すなわち、 j)各物理量Ｐi を、その物理量Ｐi の値を変化させる前
   記制御信号に関連付けるステップと、 jj) 前記ステップj で定義された前記各制御信号を、前
   記制御信号の二進状態の作用として前記物理量Ｐi に対
   する変化速度に関連付けるステップと、から成ることを
   特徴とする、請求項１または２に記載の工業プロセスの
   シミュレーション方法。
4. 【請求項４】 前記ステップｃ乃至ｉが、次の一連のス
   テップ、すなわち、 １）前記待機時間の値を選択するステップと、 ２）各物理量Ｐi について、その物理量Ｐi の変化の範
   囲を構成する前記各セクターから選択された現セクター
   Ｓi を選択し、且つ、この現セクターＳi の限度内に在
   る値ｐi の初期条件を設定するステップと、 ３）各物理量Ｐi について、前記ステップｂのうちのス
   テップｊｊにおいて，その状態の作用として各制御信号
   と関連する前記各変化速度に基づいて物理量Ｐi の変化
   速度Ｖ1 を計算するステップと、 ４）各物理量Ｐi について、前記時間間隔δｔi を、前
   記現セクターＳi の前記限度と、前記各変化速度Ｖ1
   と、前記物理量の値ｐi との作用として、判定するステ
   ップと、 ５）前記ステップｆに従って時間間隔δｔを計算するス
   テップと、 ６）前記ステップｇに従って各物理量Ｐi の値を更新す
   るステップと、 ７）時間間隔δｔと等しい時間間隔δｔi の判定が完了
   している各物理量Ｐiについて、新たに現セクターを、
   対応する変化速度Ｖi の符号の作用として計算するステ
   ップと、 ８）前のステップ７で新たに現セクターが計算された物
   理量Ｐi をモニターする各センサーが前記新たな現セク
   ター中にそれが以前の現セクター中に有していた前記状
   態とは異なる状態を有するかどうかを判定するステップ
   と、 ９）前のステップ８での変化として計算されている状態
   を有する前記各センサーと対応する前記状態信号を更新
   するステップと、 １０）前記ステップ１で選択された前記待機時間と対応
   する初期値を有する時間の延引を開始し、且つ、本シミ
   ュレーション方法が前記ステップ３で自動的に再開され
   る前に前記時間延引が終了するまで待機するステップ
   と、を使用して、自動的に実行されることを特徴とす
   る、請求項２または３に記載の工業プロセスのシミュレ
   ーション方法。
5. 【請求項５】 工業プロセス（２）を制御する自動制御
   装置（１）の運転をテストするためのシミュレーション
   方法において、以下のステップ、すなわち、 Ａ）最初に、前記自動制御装置（１）の予想実行時間よ
   り大きい待機時間で全工業プロセス（２）をシミュレー
   ションし、前記自動制御装置（１）から出力された各制
   御信号のロジックの順序付けを有効にするステップと、 Ｂ）前記自動制御装置（１）がまだ正確に前記各制御信
   号（３）を順序付けしている最小の待機時間が得られる
   まで、前記シミュレーションを益々小さい待機時間に反
   復するステップと、が実行されることを特徴とする、請
   求項１乃至４のいずれかに記載の工業プロセスのシミュ
   レーション方法。
6. 【請求項６】 工業用プログラム可能制御装置によって
   構成されている自動制御装置に応用され、前記ステップ
   Ａの前記待機時間が前記制御装置の繰り返し時間より大
   きくなるように選択されていることを特徴とする、請求
   項５に記載の工業プロセスのシミュレーション方法。