JPH10171638A - 制御ソフトウェアの検証方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】設計段階の制御ソフトウェアが目的とする制御
を実行するか否かを検証する手段を提供する。 【解決手段】入出力装置１，演算処理装置２，記憶装置
３からなる計算機構成を利用して、設計段階のソフトウ
ェアを表示するとともにそれを解釈し操作信号を抽出す
る手段と、制御対象を表示しその作動器に対する操作信
号から制御対象の動作をアニメーション表示し、動作を
監視する検出器信号を抽出する手段と、制御プログラム
解釈手段とアニメーション表示手段との間の作動器信号
と検出器信号の交換を管理する手段からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は設計した制御プログ
ラムが正しく設計されているか否かを検証する方法およ
びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラント等を制御する目的でプロ
グラマブルコントローラ（ＰＣ）が使用されている。こ
のＰＣは、プラントに取り付けられた各種検出器からの
信号を取込み、制御の目的に応じたアルゴリズムに従っ
て演算処理を実行し、プラントの設備，機器の一部であ
るアクチュエータ（作動器）に対して操作信号を出力す
る。ＰＣに搭載する制御プログラムになんらかの不具合
があると、作動器に誤った操作信号が出力され、プラン
ト機器が誤動作し、プラントの正常な稼働に大きな影響
を与えることになる。従って、設計した制御プログラム
がその目的に対し正しく設計されているか否かを確認す
ることは非常に重要である。

【０００３】通常の計算機プログラムは、その入出力の
関係で規定される機能仕様との間で検証できるのに対
し、制御プログラムは、その実行によってもたらされる
制御対象の変化を考慮して検証する必要がある。従っ
て、設計した制御プログラムの最終的な検証は、制御プ
ログラムをＰＣに搭載し制御対象に接続した実環境で実
施される。しかしながら、設計の効率化の観点からは、
設計のより早い段階で制御プログラムに含まれ得る不具
合を検出することができることが望ましい。

【０００４】ＰＣに搭載する制御プログラムは、制御の
対象とするプラントの設備，機器の構成，動作等の情報
を背景に、与えられた制御仕様を最上位とし、制御ロジ
ック図といった中間設計結果を経て作成されるのが一般
的である。

【０００５】そこで、制御プログラムの設計の中間結果
を利用して、制御プログラムの動作を確認する方法とし
て特開平5−46367号公報「制御実行プログラム生成装
置」が知られている。これは、制御プログラムの中間設
計結果から、制御のための操作命令を取り出し、制御対
象の運転命令に変換し、制御対象の動作に関するアニメ
ーションを生成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法によれば、
設計のより早い段階で制御情報を取り出し、その制御に
よってもたらされる制御対象の変化をアニメーション表
示することにより、制御プログラムにより制御される対
象の動作を視覚的に確認することができる。

【０００７】しかし、制御プログラムの動作を確認する
だけでなく、設計中の制御プログラムが、目的とする制
御を正しく実行できるかどうかを確認することができれ
ば、より効率的な設計の支援が可能である。

【０００８】本発明の目的は、制御プログラムの設計の
中間結果に対し、それが目的とする制御を実施できるか
どうかを検証する手段を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は制御プログラムの設計の中間結果に表現さ
れる処理を解釈し、作動器に対する操作信号を抽出する
手段と、作動器に対する操作信号を受けて発生する制御
対象の動作のアニメーションを表示する手段を独立さ
せ、その両手段を、制御プログラムの中間結果と制御対
象に共通に含まれる作動器と検出器の信号により結び付
ける手段を持つ。

【００１０】上述したように、制御プログラムは制御対
象に設けられた検出器からの信号を使って制御アルゴリ
ズムに従って演算し、作動器に対する操作信号を出力す
る。従って、作動器と検出器信号が明示的に表現される
制御プログラムの中間結果を解釈することにより、これ
らの信号を特定することができる。一方、プラント設
備，機器の構成及び動作の情報から、作動器への操作信
号を受けて動作し、検出器信号を出力する制御対象の動
作のアニメーションを作成することができる。そこで、
制御プログラムの解釈の結果得られる操作信号をアニメ
ーション生成手段に与え、アニメーション手段から得ら
れる検出器信号を制御プログラム解釈手段に与えること
により、両者を模擬的に実行することができる。この結
果、制御プログラムの中間結果になんらかの不具合があ
る場合、制御対象のアニメーションが期待通りの動作を
示さないこと、あるいは、アニメーション手段から、期
待する検出器信号が得られず、制御プログラムの処理が
進まないといった状況が起こり、制御プログラムを検証
することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。

【００１２】図１は、本発明の実施例を示す制御プログ
ラム検証装置のブロック図である。図中、１は表示画面
付き入出力装置、２は演算処理装置、３は演算処理装置
に付属の補助記憶装置、３は処理プログラム格納装置、
４は制御プログラム解釈プログラム格納装置、４は制御
プログラム情報格納装置、５はイベント関連情報格納装
置、６はアニメーション表示プログラム格納装置、７は
アニメーション情報格納装置である。以下では、まず本
装置の概略の処理の流れを説明し、次に具体例を用いて
処理の詳細を説明する。

【００１３】図２は、本装置の概略の処理の流れを示し
たものである。本処理に先立ち、使用者により表示画面
付き入出力装置を介して、処理プログラム格納装置４に
格納された処理プログラムが、演算処理装置２上に呼び
出されているものとする。以下、本処理プログラムに従
って図２に示した処理が行われる。なお、以下の処理過
程では、処理の結果は後で説明するように表示画面付き
入出力装置１の表示画面に表示された二つの画面、即ち
アニメーション画面と制御プログラム表示画面に表示さ
れる。まず、処理２１では、演算処理装置２上に制御プ
ログラム解釈プログラム格納装置５に格納された制御プ
ログラム解釈プログラムと、アニメーション表示プログ
ラム格納装置８に格納されたアニメーション表示プログ
ラムが呼び出され初期化が行われる。即ち、制御プログ
ラム表示画面では、検証の対象とする制御プログラムの
うち、処理の開始を含む部分が表示される。一方、アニ
メーション表示画面には、制御対象となるプラントの初
期状態が表示される。ここでは、作動器を持つすべての
機器がその初期位置に配置されて表示される。また、初
期化の最後に、イベント関連情報格納装置７内のイベン
ト関連情報が呼び出され、演算処理装置２に付属の補助
記憶装置３に格納される。この際、制御プログラム側の
活性検出器の欄にイベントとして、「Start」というイベ
ントが登録される。これは、制御プログラムの解釈が開
始できるようにするためである。次に、処理２２では、
演算処理装置２上に制御プログラム解釈プログラムが呼
び出され、補助記憶装置３に格納されたイベント関連情
報の内、制御プログラム側の活性検出器情報を読み込
み、制御プログラム情報格納装置６内の情報を参照し
て、制御プログラムの論理に従って、活性化できる作動
器を全て抽出する。抽出された活性作動器情報をイベン
ト関連情報の制御プログラム側の活性作動器欄に書き込
む。この際の制御プログラム表示画面上の変化について
は、後述する。次に処理２３では、補助記憶装置３内に
格納されたイベント関連情報が呼び出され、制御プログ
ラム側の活性作動器欄の情報が、アニメーション側の活
性作動器欄に複写される。処理２４では、演算処理装置
２上に、アニメーション表示プログラム格納装置８に格
納されたアニメーション表示プログラムが呼び出され
る。アニメーション表示プログラムは、補助記憶装置内
のイベント関連情報のうち、アニメーション側の活性作
動器欄の情報を読み込み、アニメーション情報格納装置
８内の情報を参照しながら各活性作動器に対しアニメー
ションを生成し、アニメーション表示画面上に表示す
る。最後に、アニメーションの結果新たに活性化された
検出器情報を抽出し、補助記憶装置内のイベント関連情
報のアニメーション側の活性検出器情報欄に書き込む。
表示画面上のアニメーションについても後述する。以上
で、制御プログラムの内、開始から到達できる作動器の
動作についてのアニメーションが終了する。次に、処理
２５において、使用者が処理を中断することができる。
処理２５において、続行との指示が与えられた場合、処
理２６において、補助記憶装置内のイベント関連情報の
うち、アニメーション側の活性検出器情報が、制御プロ
グラム側の活性検出器情報欄に複写され、処理２２以降
の処理が繰り返される。

【００１４】以下、具体例を使用してこの処理を詳細に
説明する。図３に具体例として使用するプラントを示
す。このプラントは、材料待機位置，材料，リール，台
車、および台車の位置を検出する検出器から構成されて
いる。台車は、水平方向に移動するための作動器と材料
の持ち上げ、セットを行うための高さ方向の位置を調節
する作動器を備えている。これらの作動器により、台車
は材料待機位置まで移動（後退）し、材料を持ち上げ、
前進し、高さを調節してさらに前進し、材料をリールに
セットすることができる。また、リールから材料を取り
外し、逆の動作により材料を待機位置まで運ぶこともで
きる。これらの一連の動作を行わせるために、プログラ
マブルコントローラが使用され、このプログラマブルコ
ントローラに搭載する制御プログラムが設計される。制
御プログラムは、プラントに設置された検出器信号を使
用し、作動器に対する動作指示を与える。制御プログラ
ムは、各制御仕様に応じて設計される。この際、設計の
中間結果として制御ロジック図が作成される。制御ロジ
ック図として、作動器への指示をボックスに、検出器か
らの信号を○で表現し、それらの論理的な関係を結線で
表現するＳＦＣ（シーケンシャルファンクションチャー
ト）の例を図４に示す。本例は、待機位置にある台車に
対し「材料セット」という制御仕様に対して設計された
ＳＦＣの一部である。各ボックスの上段はコメント文で
あり下段に作動器の指標が書かれている。この制御ロジ
ックは、まず、運搬装置である台車１の進行方向を「後
退」にして、高速に移動し、減速位置を通過した時点で
低速にするという動作を実現するものである。実際に
は、本制御ロジック図から制御プログラムが生成され、
ＰＣに搭載されてプラントを制御することになる。前述
したように、このような制御プログラム設計の中間結果
に対し、それが目的とする制御を正しく実行するかどう
かを検証することにより、設計の効率化が図れる。即
ち、本発明は、図４に示した制御ロジック図を順次解釈
し、その解釈結果から制御対象の動作をアニメーション
表示することによりその妥当性を検証する装置を提供す
る。

【００１５】以下、本具体例を使用して図２に示した処
理を具体的に説明する。処理２１の初期化において、ま
ず制御プログラム解釈プログラムは、制御プログラム情
報を参照して制御プログラム表示画面上にその一部を表
示する。図５に表示画面を示す。また、図６に制御プロ
グラム情報格納装置６に格納された制御プログラム情報
の一部を示す。図５に示した制御ロジック図（ＳＦＣ）
は、基本的に構成要素（作動器情報，検出器情報）とそ
れらの結線関係で規定することができる。図６中、作動
器は、個々の作動器を識別するための指標とオプション
指定，表示するための図形の情報，表示のための座標，
接続する結線の指標，表示するコメント情報で規定して
いる。なお、オプションとは、各作動器に固有の動作内
容を示すための情報である。さらに、制御プログラムの
解釈の結果を保持するために状態なる欄を持っている。
状態がオフであるとは、この作動器が活性化されていな
いことを示している。検出器は、作動器情報からオプシ
ョンを除いた情報を格納している。最後の欄に状態とあ
るのは、作動器と同様の目的に使用する。最後に信号線
は、個々の線を識別する指標の他に上流と下流という欄
を持ち、その信号線が接続している上流側の要素と下流
側の要素の情報を格納している。上流側及び下流側に記
述された各要素に対して、その座標が与えられているこ
とから、それらを結ぶ信号線の位置を計算し表示するこ
とができる。さて、処理２１の初期化においては、図６
に示した各要素と信号線を表示するとともに、作動器及
び検出器の状態をオフにセットする。次にアニメーショ
ン表示に関する初期化について説明する。初期化された
アニメーション画面を図５に、またアニメーション情報
格納装置９に格納された情報の例を図７に示す。本例で
は、プラントの動作をイベントシミュレーションとして
実現する。即ち、作動器にある信号が与えられると、そ
の作動器によって駆動される機器が動作し、その動作の
結果ある検出器が活性化するという処理を繰り返してプ
ラントの動きをアニメーション表示する。従って、アニ
メーション情報としては、作動器情報、その作動器によ
り駆動される機器の表示情報、及びその機器の動作によ
って活性化される検出器の表示情報から構成する。図７
に示すように、作動器は、個々の作動器を識別するため
の指標、その作動器に信号が与えられた場合に動作する
機器，作動器に対するオプション，各オプションに対応
した機能、及び現在の状態を保持する。各機器は、その
指標，初期位置の座標，現在位置の座標，表示図形の指
標及び動作表示のためのプログラム情報を保持してい
る。機器の動作表示としては、機器の位置とそれに駆動
指示を与える作動器及びそのオプションの組み合わせに
対して予め用意することができる。台車１の動作１に関
するプログラムの例を図８に示す。本プログラムは計算
機言語ＬＩＳＰで書かれており、図に示すように現在位
置と作動器に与えられたオプションにより、表示する動
作が指定されている。さらに、動作表示の最後で、その
動作によって活性化される検出器情報が与えられてい
る。検出器の表示情報も図に示した通りである。さて、
処理２１の初期化においては、各作動器及び検出器の状
態をオフにセットすると同時に、機器の現在状態を初期
状態にセットして表示画面上に表示する。初期化処理が
終了した時点での補助記憶装置３に格納してあるイベン
ト関連情報を図９に示す。イベント関連情報は、上述し
たように、制御プログラムとアニメーションそれぞれに
おける活性作動器及び活性検出器情報を格納し、制御プ
ログラム検証全体の流れを制御するために使用する。初
期化処理においては、以降の処理を開始するために、制
御プログラムの活性検出器として、制御プログラムの開
始を示すスタートが記入される。

【００１６】次に、処理２２における制御プログラム解
釈の詳細処理を図１０に示す。本処理自体は、制御プロ
グラム情報格納装置６内に格納され図６に示した制御プ
ログラム情報を参照して実施する。処理４１では、イベ
ント関連情報の内、制御プログラム側の活性検出器情報
を取り出す。取り出された各活性検出器毎に以下の処理
を実施する。処理４２は、終了判定である。処理４３で
は、活性検出器に接続された信号線指標が取り出され
る。次に処理４４において、上記信号線の上流欄に記述
されたすべての要素が活性状態にあるかどうかを調べ
る。全ての要素が活性状態にある場合、処理４５におい
て上記信号線の下流欄に記述された全ての作動器を活性
作動器として、イベント関連情報の制御プログラム側の
活性作動器欄に登録する。処理４６では、活性化処理の
重複を避けるために、伝播した信号線の上流欄の要素を
活性要素から削除する。処理４７では、制御プログラム
表示画面上でその変化が見て取れるように、表示の色を
変更する。この処理により変化した制御プログラム表示
画面を図１１に、またイベント関連情報の内容を図１２
に示す。処理２３において、イベント関連情報の制御プ
ログラム側の活性作動器情報が、アニメーション側の活
性作動器欄から転送される。この結果得られたイベント
関連情報を図１３に示す。次に処理２４の詳細処理を図
１４に示す。本処理は、アニメーション情報格納装置９
に格納され、図７に例示した情報に対して実施する。ま
ず、処理５１では、イベント関連情報の内、アニメーシ
ョン側の活性作動器情報が取り出される。取り出された
各活性作動器全てに対して以下の処理を実施する。処理
５２は終了判定である。処理５３では、活性作動器及び
そのオプション情報から、該当する状態をオンにすると
ともに、上記作動器が駆動する機器の情報が取り出され
る。処理５４では、上記機器に設定されている動作表示
プログラムが実行できるかどうかが評価され、実行でき
る場合、処理５５において実際に動作表示が行われる。
本実施例では、図８に例示したプログラムが実行できる
かどうかが判断される。図８から判るように、このプロ
グラムは、作動器ｂ−ｈ−０１(ａ)のみでは、実施でき
ないが、次の処理サイクルでｂ−ｈ−０２(ａ)が得られ
た時点で実行可能となり、この段階で、具体的な動作表
示が行われる。この処理の結果、得られる表示画面を図
１１と合わせて図１５に示す。前述した制御プログラム
の解釈に合わせ、台車１が、後退減速位置まで移動して
いることが分かる。また、この動作表示の結果として、
検出器ｐ−０１が活性化される。この結果、イベント関
連情報は、図１６に示したように変化する。

【００１７】以上に説明したように、本発明によれば制
御プログラムの処理手順に従って、その制御を実施した
場合の制御対象の動作をアニメーション表示することが
できる。

【００１８】なお、本実施例では、制御プログラムの解
釈，イベント関連情報の転送、及びアニメーション表示
を一連の処理として実施したが、これらの各処理を独立
のプロセスとして非同期に実施することもできる。ま
た、本実施例では制御プログラムとアニメーション表示
において同一の作動器，検出器に対して同一の指標を使
用したが、別々の指標を使用することもできる。この場
合、イベント関連情報の転送に際して、それらの関連テ
ーブルを参照して指標の読み換え処理を追加するだけで
よい。また、本実施例では、処理内容を明確にするため
にイベント関連情報として制御プログラムとアニメーシ
ョンの両方で、活性作動器及び活性検出器情報を持たせ
たが、処理を効率化するためには、制御プログラムの活
性検出器情報と、アニメーション側の活性作動器情報の
みでもよい。この場合、制御プログラムの解釈は、制御
プログラム側の活性検出器情報から活性作動器情報を抽
出し、その結果をアニメーション側の活性作動器情報と
して登録するとともに、アニメーション表示において、
その活性作動器情報を参照して動作表示を実施し、その
結果得られた活性検出器情報を制御プログラム側の活性
検出器情報として登録すればよい。

【００１９】さらに、本実施例では制御プログラムの解
釈と表示において、必要最小限の機能について説明した
が、この機能として、画面上で制御ロジックを作成，編
集できる通常のＣＡＤシステムを利用しても良い。さら
に、イベント関連情報を格納することにより、任意の時
点で制御プログラムの解釈，アニメーション処理を実施
することも可能である。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば制御プログラムの解釈に
より、それを実行した場合の処理の過程と、その結果も
たらされる制御対象の変化をアニメーション表示するこ
とができるため、設計した制御プログラムが目的とした
動作を実現するか否か、また不具合がある場合、どのよ
うな不具合があるかを表示画面上で確認できる。この結
果、設計した制御プログラムを実機に実装することな
く、その妥当性を検証することができ、設計の高信頼か
と効率化をともに実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】制御ソフトウェア検証装置の一実施例のブロッ
ク図。

【図２】本発明の検証装置の処理のフローチャート。

【図３】本発明の一実施例の対象プラントを示す説明
図。

【図４】本発明の一実施例の制御ロジックの説明図。

【図５】本発明の検証装置の表示画面の一実施例を示す
説明図。

【図６】本発明の検証装置の一実施例における制御ロジ
ックの説明図。

【図７】本発明の検証装置の一実施例におけるアニメー
ション情報を示す説明図。

【図８】本発明の検証装置の一実施例における動作表示
プログラムを示す説明図。

【図９】本発明の検証装置の一実施例におけるイベント
関連情報を示す説明図。

【図１０】本発明の検証装置の一実施例における制御プ
ログラム解釈処理のフローチャート。

【図１１】本発明の検証装置の一実施例における制御ロ
ジックの説明図。

【図１２】本発明の検証装置の一実施例におけるイベン
ト関連情報を示す説明図。

【図１３】本発明の検証装置の一実施例におけるイベン
ト関連情報を示す説明図。

【図１４】本発明の検証装置の一実施例におけるアニメ
ーションの処理のフローチャート。

【図１５】本発明の検証装置の表示画面の一実施例を示
す説明図。

【図１６】本発明の検証装置の一実施例におけるイベン
ト関連情報を示す説明図。

【符号の説明】

１〜９…処理手段、２１〜２６，４１〜４７，５１〜５
５…処理ステップ。

フロントページの続き (72)発明者 石井 良和 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 笠原 孝保 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御ソフトウェアを表示画面上に表示し、
   処理の流れに従って制御対象の作動器に出力すべき操作
   信号を抽出するステップと、制御対象を表示画面上に表
   示し作動器に対する指定された操作信号に対応する動作
   を表示画面上に表示し、上記動作に関係した検出器信号
   を取り出すステップと、制御ソフトウェアと制御対象の
   動作表示の間で作動器操作信号と検出器信号の交換を制
   御するステップを含むことを特徴とする制御ソフトウェ
   アの検証方法。
2. 【請求項２】検証の対象とする制御ソフトウェアが、作
   動器の操作信号と検出器信号の論理的な関係の記述を含
   む制御ロジック図である請求項１に記載の制御ソフトウ
   ェアの検証方法。
3. 【請求項３】制御ソフトウェアと、上記制御ソフトウェ
   アから得られる作動器の操作信号から起こる制御対象の
   動作を同時に表示画面上に表示する請求項１に記載の制
   御ソフトウェアの検証方法。
4. 【請求項４】入出力装置，演算処理装置及び記憶装置で
   構成される計算機構成において、制御対象の作動器と検
   出器信号を要素とし、それらを接続して制御論理を表す
   制御ロジックの情報を格納する手段，上記制御ロジック
   を表示する手段，上記制御ロジックから指定された検出
   器情報の下で出力すべき作動器への出力情報を抽出する
   手段，制御対象を構成要素の位置情報と作動器への入力
   情報に基づく機器の動作情報を格納する手段，指定した
   作動器情報に基づいて機器の動作を表示する手段、及び
   制御ロジックから抽出された作動器情報と機器の動作の
   結果得られる検出器情報をそれぞれ機器の動作を表示す
   る手段と制御ロジックから作動器への出力情報を抽出す
   る手段とに伝播する手段を持つことを特徴とする制御ソ
   フトウェアの検証装置。
5. 【請求項５】制御ロジックの表示と制御対象の機器の動
   作を別々の表示画面上に同時に出力する請求項４に記載
   の制御ソフトウェアの検証装置。