JPH06259405A - シミュレーション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、シミュレーション結果をリアルタイ
ムの実データとして外部でも利用可能にすることを目的
とする。 【構成】本発明のシミュレーション装置は、シミュレー
ション対象の動作特性を表わした数学的モデルに基づい
て入力データに応じた所定のシミュレーション演算を実
行し、そのシミュレーション結果を出力するものにおい
て、装置本体１６が接続されるデータ伝送路１３に対し
該データ伝送路１３におけるデータ伝送に割込みをかけ
て、前記シミュレーション結果を実時間間隔で出力する
データ送出手段２７〜２９を具備する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物理的現象，社会的現
象，システムの動作等を模擬した数学的モデルに基づい
てそれらの動きをシミュレーションするシミュレーショ
ン装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、実際のシステムが複雑なためにそ
の動作結果を解析的に解けない場合、又は実際のシステ
ムでの実験が危険を伴うために実験が制限される場合、
さらに実際の実験が時間的，経済的に実現困難な場合
に、そのシステムの動きを別の計算機でシミュレーショ
ンすることが行われていた。

【０００３】シミュレーションには、物理シミュレーシ
ョンと論理シミュレーションとがある。物理シミュレー
ションとは実物を縮小した小規模の構造物や流体模型を
使用したシミュレーションである。論理シミュレーショ
ンとは、動作特性を表現した数学的モデルを使ったシミ
ュレーションである。

【０００４】論理シミュレーションは膨大な数値の計算
を高速に行う必要があるため、一般的に計算機が用いら
れる。その計算機でのシミュレーション結果は、数値演
算結果のデータであり、数値演算という処理の性格上、
状態量の２次元、或いは３次元の関係を示したものとな
る。従って、シミュレーション結果は、２次元、３次元
のグラフとして視覚化される場合が多い。

【０００５】ところで、一般的に、計算機システムにお
けるシミュレーション装置は、計算機システムに１つの
機能として組込まれて実現されているものと、計算機シ
ステムから独立した１システムとして実現されるものと
の２通りがある。

【０００６】図５はシミュレーション装置を計算機本体
の１機能として組込んだものを示している。このように
シミュレーション装置が計算機本体内に１機能として組
込まれた場合には、シミュレーション装置はシステム上
のオプション機能としての性格を持つことになる。

【０００７】図６はシミュレーション装置をプロセス制
御システムの制御装置内に計算機本体の１機能として組
み込まず、単体で１システムを構成するように接続した
ものである。この様に構成した場合、シミュレーション
装置は計算機本体とは別に入出力装置としてマン・マシ
ン・インターフェース（ＭＭＩ）を持つ必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た２つの方式にはそれぞれ次のような問題がある。一般
的にシステム自体が定常運転に入るとシステムとしてシ
ミュレーション装置を必要としなくなることが多い。従
って、シミュレーション装置を計算機の１機能として組
込んでいる場合は、普段は使用しない機能が組込まれて
いるため、システム全体としては無駄が多く、またシス
テムを複雑化する要因となる。

【０００９】シュミレーションの対象が頻繁に変化する
場合は、その変化に合わせてシミュレーション装置の内
容を変更することになる。この場合、可変部となるシミ
ュレーション装置を計算機の１機能として組込んでいる
場合には、その変更作業が困難であった。

【００１０】またシミュレーション装置を独立したシス
テムとして構成した場合は、マン・マシン・インターフ
ェースを計算機本体とは別個に準備する必要があり、シ
ステム全体としてコストアップになると共に操作性の低
下を招くことになる。

【００１１】本発明は以上のような実情に鑑みてなされ
たもので、システムの１機能として組み込むことなく、
かつ独立したシステムとして設けることなく、既存設備
の機能を流用して実現でき、構成の簡略化とコストの低
下を図ることができ、データの一元管理によるデータの
管理，加工が容易で操作性を改善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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のシミュレーション装置は、シミュレーション
対象の動作特性を表わした数学的モデルに基づいて入力
データに応じた所定のシミュレーション演算を実行し、
そのシミュレーション結果を出力するものにおいて、装
置本体が接続されるデータ伝送路に対し該データ伝送路
におけるデータ伝送に割込みをかけて、前記シミュレー
ション結果を実時間間隔で出力するデータ送出手段を具
備する構成とした。

【００１３】

【作用】本発明のシミュレーション装置では、シミュレ
ーション対象の動作特性を表わした数学的モデルに基づ
いてシミュレーションされた結果が、データ送出手段に
よりデータ伝送路のデータ伝送に割込みをかけて実時間
間隔で送出できる。従って、データ伝送路に所定のイン
ターフェースを介して接続された既存機器に搭載するこ
とにより、データ伝送路に対して他の接続機器の伝送デ
ータと同様にシミュレーション結果を送出できることが
できるものとなる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１５】図１には、本発明に係るシミュレーション
装置が適用されたプロセス制御システムの概略的な構成
が示されている。このプロセス制御システムは、制御装
置１１と監視装置１２がデータ伝送路１３により接続さ
れている。

【００１６】制御装置１１は、制御対象となるプラント
の対象プロセス１４から取込まれる状態量などのデータ
を基にして制御演算を実行し、その結果である操作量で
対象プロセス１４を制御して目的通りに対象プロセス１
４を運転する。

【００１７】監視装置１２は、システムの状態，プロセ
スの状態、制御演算結果等の監視、及び制御装置１１で
の制御演算に必要な各種パラメータを設定するためのマ
ン・マシン・インターフェースとして機能する。特に、
対象プロセス１４の状態は、状態量の時間変化がトレン
ドグラフの形で表示される。

【００１８】制御装置１１と監視装置１２との間のデー
タの授受はデータ伝送路１３を介して行われる。特に、
プロセス１４の状態を示すプロセスデータは、制御装置
１１から監視装置１２へ一定の伝送周期、いわゆるスキ
ャン伝送方式によって送信されている。

【００１９】データ伝送路１３に対し制御系設計支援Ｃ
ＡＤステーション（以下、ＣＡＤステーションと呼ぶ）
１５が接続されている。ＣＡＤステーション１５は、プ
ロセス制御システムで対象プロセス１４を最適かつ効率
良く運転するために、対象プロセスの特性把握を含めた
制御系の設計を行うためのものである。その設計作業に
おいて、設計した制御系を対象モデルを含めて評価する
ために時間応答のシミュレーションが多用されている。
そこで、本実施例ではシミュレーシュン装置（以下、シ
ミュレータと呼ぶ）１６をＣＡＤステーション１５に組
込んでいる。ＣＡＤステーション１５の構成が図２に示
されている。

【００２０】このＣＡＤステーション１５は、入力Ｉ／
Ｆ２１及び出力Ｉ／Ｆ２２を介してデータ伝送路１３に
接続されると共に、モデリング部２３、制御系設計部２
４、シミュレータ１６を含んで構成される。

【００２１】モデリング部２３は、対象プロセス１４の
状態量を収集し、対象プロセス１４を数式モデルで表す
ためのモデリング処理を実行する部分である。このモデ
リング部２３は、対象プロセス１４の状態量を収集する
ために、実際のプロセスデータを制御装置１１から入力
Ｉ／Ｆ２１を介して取込む場合と、不図示のデータ入力
手段から設計者が直接入力する場合とがある。

【００２２】制御系設計部２４は、モデリング部２３で
求められた数式モデルを基に最適な制御系を構成するた
めに制御装置１１で制御演算を実行する際の制御パラメ
ータ（ＰＩＤ制御であればＰ，Ｉ，Ｄパラメータ等であ
る）を求める部分である。

【００２３】シミュレータ１６は、モデリング部２３で
求められた数式モデルと制御系設計部２４で求められた
制御パラメータとを基に設計値の評価を行うためのシミ
ュレーションを実行するための部分である。このシミュ
レータ１６が上記出力Ｉ／Ｆ２２を介してデータ伝送路
１３に接続されている。図３にはシミュレータ１６の構
成例が示されている。

【００２４】このシミュレータ１６は、条件入力部２
５、シミュレーション演算部２６、結果保存部２７、結
果出力処理部２８、定周期割込み信号発生部２９とを備
えている。条件入力部２５は、対象プロセスの数式モデ
ル、制御パラメータの他、シミュレーション回数等の条
件を設定する部分である。シミュレーション演算部２６
は条件入力部２５で設定されたシミュレーション条件を
基にシミュレーション演算を実行する部分である。結果
保存部２７はシミュレーション結果をデータバッファ等
への保存処理を行う。結果出力処理部２８は、結果保存
部２７に保存されたシミュレーション結果を外部へ実時
間間隔で出力するための処理を実行する部分である。定
周期割込み信号発生部２９は、結果出力処理部２８にお
いて必要な実時間間隔を定周期の割込み信号として結果
出力処理部２８へ与える。

【００２５】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について図４に示すフローチャートに基づいて説明
する。シミュレータ１６のシミュレーション演算部２６
では、システム立上げ直後に初期化処理がなされ、続い
て条件入力部２５に設定されている対象プロセスの数式
モデル、制御パラメータ、シミュレーション回数等の条
件を読み込む。そして読込んだ条件を基に一定離散時間
間隔でシミュレーション演算を実施してシミュレーショ
ン演算を出力する。

【００２６】なお、上記離散時間間隔はプロセス制御シ
ステムのデータ伝送路１３のスキャン伝送の送信周期に
一致させる。スキャン伝送周期に一致していない場合
は、演算結果を時間軸においてスケール変換する処理が
シミュレーション演算後に介在することになる。

【００２７】シミュレーション演算部２６で求められた
シミュレーション結果は、結果保存部２７で一度データ
バッファにファイリングされ、結果出力処理部２８へ渡
される。そして結果出力処理部２８が、定周期割込み信
号発生部２９から定周期で与えられる割込み信号を基に
して、バッファリングされているシミュレーション結果
を上記スキャン伝送周期に合わせて出力Ｉ／Ｆ２２を介
してデータ伝送路１３へ送出される。

【００２８】一方、監視装置１２ではデータ伝送路１３
を介して制御装置１１からスキャン伝送されてくるプロ
セスデータを取込み、対象プロセス１４の状態の時間変
化を、トレンドデータとしてグラフ表示する。プロセス
制御システムのデータ伝送路１３上にはＣＡＤステーシ
ョン１５からシミュレーション結果がリアルタイムで送
出されているため、監視装置１２は制御装置１１からの
プロセスデータと同様に扱うことができる。従って、シ
ミュレーション結果を実データと同様に扱ってトレンド
グラフとして表示できるものとなる。

【００２９】この様に本実施例によれば、ＣＡＤステー
ション１５にシミュレータ１６を組込み、そのシミュレ
ータ１６にシミュレーション結果をシステムのスキャン
伝送周期に合わせてデータ伝送路上１３へ送出可能に構
成したので、ＣＡＤステーション１５の機能を流用する
ことができ、独立したシステムでシミュレータを構成す
る場合に比べ、既存の設備を有効に利用でき、コストダ
ウンを図ることができる。

【００３０】また本実施例によれば、シミュレーション
結果のデータを、制御装置１１，監視装置１２でプロセ
スデータ等の通常データと同レベルで扱うことができ、
データの管理，加工が容易になる。また制御装置１１、
或いは監視装置１２の計算機にシミュレーション機能を
組込む必要がないので、標準機能と付加機能の分離を明
確にすることができる。なお、上記実施例ではＣＡＤス
テーション１５の機能をシミュレータ１６に流用した
が、その他の既存システムを利用することもできる。本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、計
算機内に１機能として組み込むことなく、かつ独立した
システムとして設けることなく、既存設備の機能を流用
して実現でき、構成の簡略化とコストの低下を図ること
ができ、シミュレーション結果を外部においてリアルタ
イムの実データと同等に扱え、データの一元管理による
データの管理，加工が容易なシミュレーション装置を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るプロセス制御システム
の概略図である。

【図２】図１に示すプロセス制御システムに接続された
ＣＡＤステーションの構成図である。

【図３】ＣＡＤステーションに組込まれたシミュレータ
の構成図である。

【図４】シミュレータの動作を示すフローチャートであ
る。

【図５】シミュレータを組込んだ計算機の構成図であ
る。

【図６】シミュレータを独立したシステムとしたシステ
ム構成図である。

【符号の説明】

１１…制御装置、１２…監視装置、１３…データ伝送
路、１５…制御系設計ＣＡＤステーション、１６…シミ
ュレータ、２１…入力Ｉ／Ｆ、２２…出力Ｉ／Ｆ、２５
…条件入力部、２６…シミュレーション演算部、２７…
結果保存部、２８…結果出力処理部、２９…定周期割込
み信号発生部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シミュレーション対象の動作特性を表わ
   した数学的モデルに基づいて入力データに応じた所定の
   シミュレーション演算を実行し、そのシミュレーション
   結果を出力するシミュレーション装置において、装置本
   体が接続されるデータ伝送路に対し該データ伝送路にお
   けるデータ伝送に割込みをかけて、前記シミュレーショ
   ン結果を実時間間隔で出力するデータ送出手段を具備し
   たことを特徴とするシミュレーション装置。