JPWO2014171026A1 - タッチパネル式操作盤及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

操作盤を操作する操作員にとってのストレスを解消又は軽減する。タッチパネル式操作盤は、操作部位を表示する画像表示面を備えたタッチパネル付きディスプレイと制御装置を有する。タッチパネル付きディスプレイは、操作部位への操作指の接近と操作部位の位置を検知し、検知した操作指の接近とその位置の信号を出力する。制御装置は、操作指の接近とその位置の信号の入力に応答して、制御対象の状態データを参照して、操作部位に対応する操作による制御対象の状態を予測解析し、予測解析した操作の妥当性を判定し、判定した結果を出力する。

Description

本発明は、タッチパネル式操作盤及びその制御方法に関する。

原子力や火力などの発電プラント、石油化学などの化学プラント、または自動生産ラインなど、一人または少数の人数で全体を制御するようなプラントや設備においては、操作情報や機器応答データ、センサデータにもとづき、機器の動作状態や、プラントの運転状況等を表示することで、集中して監視、状態確認が可能な表示部と、各設備や機器に対する操作を入力するための入力部と、その操作入力を機器制御信号に変換出力する制御信号生成部を備えた操作盤が用いられることが多い。

近年では、誤操作防止のため、より直観的に操作入力ができるように、タッチパネル付きディスプレイを用いて、操作したい部位表示に触れることで操作入力を行うタッチパネルディスプレイ式操作盤としているものが増えている。

さらに特許文献1に記載されるように、操作者が接触しようとする表示上の位置を予測し、表示色を変え、操作させたい方を強調する、あるいは別メニューを出す、さらには表示部への接近速度を検出し、表示の拡大率を変更するなどで、誤操作を予防するとともに、操作性を向上させる技術がある。

また、特許文献2のようにタッチパネルでの入力操作に対し、すぐにプラント制御信号を出力せず、シミュレータを動かすなどして、操作に対する応答を画面表示し、妥当な操作であることを操作者が確認したのちに、実際の制御信号を出力することで、誤操作による機器の作動を制限する方法などが提案されている。

いずれの手法も、操作者の誤操作あるいは誤操作による機器の誤動作の低減を目指すものであるが、特許文献1では、制御信号を出すことを自動的に止める機能はなく、操作者が自らの意思でタッチパネルに触れるのをやめることが可能な地点、つまり接触点に対し十分手前の時点で、接触位置を判定し、画面表示を変更する必要がある。通常の人間が「指先で接触する」という一連の動作においては、前記したような距離的位置は、他の接触点を選ぶことも可能な位置であり、この時点での接触点の予想は困難である。したがって実際には、接触点に指先を近づけ、操作盤がそれを検出し、対応する表示に切り替わるのを待って、接触点に触れるという動作になり、操作者にはそれが応答遅れというストレスとなる。

特許文献2では、操作者が意図した妥当な操作であることを確認した後に実際の制御信号を出すので、操作者は操作ボタンを押したのちに表示結果の妥当性を判定して確認ボタンを押す動作となり、１つの操作に二回の作業が必要で、操作者に応答性の悪さというストレスを与えることになり、待ち切れずに次の操作をしてしまうなど、新たな誤操作の原因ともなる。また最新のプラントデータに基づいてシミュレーションするという利点も、実際にはシミュレーション後、制御信号の出力までに、操作者による妥当性の確認入力までの待ち時間が必要であり、その時間的ずれが利点を失わせる。

特開２００１−１４０２４号公報 特開平５−１４３２９２号公報

操作員による操作盤の誤操作を抑止する前述の手法では、出力表示を待つ時間や、操作に対する確認入力といった余計な時間、作業が必要である。これは操作員にとっては時間的遅れとして感じられ、ストレスとなり、特に緊急時等、時間的余裕がなく、緊張を強いられている状況下においては、新たな誤操作を引き起こす要因となる。

開示するタッチパネル式操作盤は、操作部位を表示する画像表示面を備えたタッチパネル付きディスプレイと制御装置を有する。タッチパネル付きディスプレイは、操作部位への操作指の接近と操作部位の位置を検知し、検知した操作指の接近とその位置の信号を出力する。制御装置は、操作指の接近とその位置の信号の入力に応答して、制御対象の状態データを参照して、操作部位に対応する操作による制御対象の状態を予測解析し、予測解析した操作の妥当性を判定し、判定した結果を出力する。

本発明によれば、操作盤を操作する操作員にとってのストレスを解消又は軽減できる。

プラントを操作する操作盤を示す概略図である。 タッチパネル上の操作部位表示の一例を示す側面図である。 タッチパネル付きディスプレイの他の構成例を示す概略図である。 プラントを操作する他の操作盤を示す概略図である。 タッチパネル付きディスプレイのさらに他の構成例を示す概略図である。

以下、本発明の実施例を説明する。

図１は、プラントを操作する操作盤を示す概略図であり、図２は、タッチパネル上の操作部位表示の位置関係の一例を示す側面図であり、図３は、タッチパネル付きディスプレイの他の構成例を示す概略図である。

図１において、タッチパネル付きディスプレイ１は、画像表示面４とその操作者側に近接して第一の検出面２を、第一の検出面から法線方向に所定の距離離れた第二の検出面３を持ち、制御対象であるプラント１２の運転に必要な情報を表示する表示装置であると共に、制御信号発行を指示するための入力装置である。環境情報なども含めたプラントの状態データ１５は、制御装置６中のプラント状態監視部7に入力され、操作盤入出力制御部１１で、操作者が画面操作やプラント制御等のコマンドを入力するための接触目標となる操作部位表示を含む表示画像データ16に変換され、タッチパネルディスプレイ１から表示画像データ16が操作者に提示される。また、プラント状態監視部７では状態データ１５を基に、プラント１２の状態を診断し、プラント１２の状態が異常であると判定した場合は警告や警報を発し、同様の手順でタッチパネルディスプレイ１にプラントの状態、警告や警報が表示される。

操作者がプラント制御するためにタッチパネルディスプレイ１上の制御操作を示す操作部位表示に触れようとすると、操作者の指先１３（操作指）は、まず第二の検出面３で検知され、面内での位置が特定され、特定された位置が信号１７として操作盤入出力制御部１１に出力される。続いて、操作者の指先１３は画像表示面４上の第一の検出面２で検出され、その検出あるいは位置が信号１７として操作盤入出力部１１に出力される。

操作盤入出力制御部１１は、第二の検出面３での位置信号を入力した時点で、入力した位置情報と操作部位表示の位置情報との比較から、操作者が行おうとしている操作を判定し、判定結果を操作の予測データとして、その時点で最新のプラント状態データともに、シミュレータ部８に出力する。シミュレータ部８は、操作の予測データとプラント状態データをもとに、予測解析を行い、解析結果を操作妥当性判定部９に出力する。操作妥当性判定部９は、入力した解析結果を、あらかじめ設定された判定基準に従って、操作者が行おうとした操作が妥当であるかどうか判定する。

妥当であると判定した場合、操作妥当性判定部９は、操作者の指先１３が第一の検出面２で検出されたことを示す信号１８の、操作盤入出力制御部１１を介した入力を確認した後、プラント制御信号生成部１０に対して、操作者が行おうとしている操作に対応するプラント制御信号を生成させるための要求信号１９を出力する。その要求信号１９を入力したプラント制御信号生成部１０は、要求信号１９に対応するプラント制御信号２０を生成し、生成したプラント制御信号２０をプラント１２に出力し、プラント制御信号２０をプラント１２に出力したことを示す伝達信号２１をプラント状態監視部７に出力する。プラント制御信号２０は、プラント１２内の装置を動作させる具体的な信号であるため、単一の信号とは限らず、複数の機器や設備に対する信号の集まりである場合もある。伝達信号２１は入力したプラント状態監視部７は、操作者の操作通りにプラント１１が動作し、状態データ１５が変化したかを確認するために伝達信号２１を用いる。

操作妥当性判定部９が、シミュレータ部８による操作に対する予測解析結果を妥当でないと判定した場合、操作盤入出力制御部１１に操作却下信号２２を出力し、操作者が行おうとしている操作に関する部位表示の有効性を停止する措置を取らせる。また操作者の指先１３が第一の検出面２で検出されたことを示す信号１８を入力しても、プラント制御信号を生成させるための要求信号１９を出力しない。この操作妥当性判定部９の動作により、操作者の誤操作や妥当でない操作を防ぐことができる。

ここで制御装置６の各部は、ハードウェア的にあるいはソフトウェア的に独立して別個に存在する必要はなく、一つ以上のソフトウェア内に各部の機能が存在すればよい。

ここで、操作者が実際に操作したと感じるのは、指先１３が物理的に物体に接触したときであり、本実施例においては画像表示面４又は第一の検出面２が接触式のタッチパネルであれば、この検出面２に接触したときである。一方、シミュレータ部８による予測解析は、第二の検出面３を指先１３が通過した時にすでに始まっており、指先１３が第一の検出面２に到達する前に、操作妥当性判定部９による判定は終了している。したがって、指先１３が第一の検出面２に実際に接触してから、シミュレータ部８が予測解析を始める場合より、操作者が操作をしたと感じてから、操作の可否（操作に関する部位表示の有効性の表示継続または停止）が出力されるまでの待ち時間が少なく、操作者が感じるストレスも少ない。

図２を用いて、隣接する操作部位表示間の距離と第一の検出面３及び第二の検出面２間の距離、操作者が指先１３を接近させる速度、シミュレータ部８による予測解析などの処理に利用できる猶予時間等の関係を説明する。図２は簡単化のために側面図とし、画像表示面上での上下方向の操作部位表示間隔に注目して説明するが、左右方向でも同様である。

図２において、画像表示面４には、指先１３の接触の際の目標となる操作部位表示が複数あり、操作者は操作部位表示２３に速度Ｖで接触しようとしている。ここで、第二の検出面３において、指先１３が目標である操作部位表示２３に接触しようとしていると検出されるには、操作部位表示２３を法線方向に第二の検出面３上に投影した範囲２６を通過する必要がある。さらに、第二の検出面３通過後、操作者の指先１３には画面上下方向に±Ｖｈの速度でぶれが生じる可能性があるとする。第一の検出面２と第二の検出面３の間の距離をＤとすると、操作者の指先１３が第二の検出面３上の範囲２６で検出されてから、第一の検出面２に接触し、検出されるまでの時間Ｔは、式（１）で表わされ、この間に指先１３がぶれる距離の最大量Ｌｈは式（２）となる。

したがって、第二の検出面３上の範囲２６の端で指先１３が検出され、目標である操作部位表示２３から離れる方向に最大ぶれたとしても、隣接する他の操作部位表示２４との間隔をＬとして、式（３）を満たせば隣接する他の操作部位表示２４の位置で、第一の検出面２に接触することはない。

また、範囲２６においてその中央で指先１３が検出されたとすると、操作部位表示２３の画面上での高さS（上下方向の距離）が式（４）を満たせば、通常の動作で第一の検出面２において操作部位表示２３を押しそこなうことはない。

ここで第二の検出面３での検出から第一の検出面２における検出までの時間Ｔに適当な時間間隔を規定し、それを外れた場合は入力を受け付けないようにすることで、ディスプレイ表面に、操作を意図せずに、指や他の物体が触れてしまう事故や、操作員がパニック状態等で連打してしまう事故を防ぐことができる。

また、前記した操作部位表示２３、２４と第一の検出面２と第二の検出面３の位置関係が適切で、時間Ｔを適切に規定することで、第二の検出面３上の範囲２６で検出した指先１３が、第一の検出面２上で、目標とした操作部位表示２３以外の操作部位表示２４を押すことはできなくなるので、指先１３の位置検出は第二の検出面３で可能であればよく、第一の検出面２は位置不明でも指先１３が接触したことが検出できればよい。これにより、第一の検出面２に関する処理を簡素化することができる。

ここで、第一の検出面２を構成するタッチパネルは、圧電式や抵抗膜式、超音波式あるいは感度調整した静電容量式など、所謂、接触式のタッチパネルである方が、操作者が接触したという操作感を持つことができるという点で適している。さらに、先に述べた様な手法を用いれば、第二の検出面３のみで、指先１３の位置特定は可能であり、第一の検出面２は指先１３が接触したことさえ、検出できれば良い。このような検出面は、図３に示すように画像表示面４の近傍に、振動検出センサ２７を設け、指先１３が画像表示面２へ接触した際の衝撃による振動あるいは伝搬してくる音または振動を検出することで実現できる。振動検出には様々な方法があるが、所謂マイクやスピーカーのボイスコイルのように永久磁石とコイルによる起電力による方法が安価である。また、この場合、画像表示面４の表面は堅い材質である方が、振動が発生、伝搬しやすいので適している。一方、第二の検出面３は指先１３が通過するので、平面光や水平面内のビームスキャンによる反射光または光の遮断を検出に利用する赤外線式あるいは光学式と呼ばれるもの、あるいは側方から指を撮像し、画像を解析し、位置検知を行う画像認識式などが適している。

図４は、プラントを操作する他の操作盤を示す概略図であり、図５は、タッチパネル付きディスプレイのさらに他の構成例を示す側面図である。

本実施例においては、実施例１と似た構成及び機能であるが、一部に異なる部分がある。まず、実施例１プラント状態監視部７がプラント状態監視・自動制御部３２となり、プラント状態監視・自動制御部３２には環境センサ３０からの環境センサ信号３１も入力される。環境センサ３０は、プラント１２の外に設置される。たとえば、プラント１２の近隣で計測している、あるいは気象レーダ等による、プラント１２の地域の気温、風向、風速、雨量、震度、雷情報などの、いずれか一つまたは複数のセンサ信号３０である。センサ信号３０は、プラント１２の状態データと共にプラント状態監視・自動制御部３２に入力される。プラント状態監視・自動制御部３２は、入力されたセンサ信号３０及び状態データを処理して、操作盤入出力制御部１１に出力するだけでなく、火災や地震などによる事故で緊急性が高く、処理手順が明確な事象を判別し、直接、プラント制御信号生成部１０に適切なプラント制御信号の出力を要求する信号３３を出力する。このような構成にすることにより、通常の操作については、実施例１と同じ手順での処理になるが、緊急性を要し、かつ対応する操作が決まっている事象については、シミュレータ部８による解析や操作妥当性判定部９での判定を待たずに、より迅速にプラント制御信号がプラント１２に対して出力できる。

また、実施例１で述べたタッチパネル付きディスプレイ１上の第二の検出面３での指先１３の検出から、操作者が行おうとしている操作についてシミュレータ部８で予測解析し、操作妥当性判定部９で妥当性を判定する場合でも、たとえば近隣で火災が発生している場合には、火災現場に近い方への可燃性物質の移送操作は受け付けないなど、より的確な判定を下すことができるようになる。

さらに実施例２では、操作者が行おうとしている操作の予測データは、操作盤入出力制御部１１からシミュレータ部８に出力されるだけでなく、代替操作検討部２８にも出力される。代替操作検討部２８は、操作者が意図した操作に対応して、あらかじめ登録された代替操作があるかどうかを調べ出し、代替操作が存在する場合はその代替操作を行った場合を予測解析するようにシミュレータ部ｂ２９に予測データを出力し、シミュレータ部８で予測解析された操作者が意図した操作が操作妥当性判定部９で不適（否）と判定された場合、シミュレータ部ｂ２９による代替操作の予測解析結果の妥当性判定を操作妥当性判定部９が行い、妥当であると判定されれば、操作妥当性判定部９は、操作盤入出力部１１を介して代替操作をタッチパネルディスプレイ１に提示し、操作者の指先１３の第一の検出面２での検出を待って、代替操作に対するプラント制御信号の出力を要求する信号をプラント制御信号生成部１０に対して出力する。

代替操作の予測解析の結果も不適と判定された場合は、操作妥当性判定部９は代替操作不適を、操作盤入出力部１１を介してタッチパネルディスプレイ１に表示する。操作者の指先１３が同じ操作部位表示を指している間は、さらに代替する操作があるかどうかを判定し、ある場合は予測解析を行い、妥当性を判定し、妥当と判定されれば、代替操作に対するプラント制御信号の出力を要求する信号をプラント制御信号生成部１０に対して出力する。代替操作がない、あるいはすべての代替操作が不適と判定された場合、あるいは操作者の指先１３が第二の検出面３の位置検出で、操作部位表示から離れたと判定された場合、操作者が行おうとしている操作の予測データに基づく代替操作検討部２８の処理は終了する。

ここでいう代替操作の調べ出しとは、例えば、あるタンクへの給水系として通常用のＡ系統と、緊急用のＢ系統の二系統ある場合、互いを代替系としてあらかじめ登録しておき、操作者の操作がＡ系統による給水操作であるときに、Ｂ系統による給水操作を代替操作として選び出すことである。仮に給水系統がＣ系統を含めた三系統が相互に代替系と登録されていた場合、Ｂ系統による給水とＣ系統による給水のどちらを代替操作として選出するかは、あらかじめ決められたロジックによるが、例えばプラントの状態データから、プラント状態監視・自動制御部３２でＢ系統が作動不可と判定している場合は、Ｂ系統作動不可というデータも代替操作検討部２８に送られ、代替操作としてはＣ系統による給水が選ばれる。

このような構成とすることにより、操作者が意図した操作が不適と判定された場合でも、あらかじめ登録された代替操作が存在し、その予測解析結果が妥当であれば速やかに代替操作が実行されるプラント制御システムとすることができる。

図４に示しているタッチパネルディスプレイ1の仕組みを、図５を用いて説明する。本例では、静電容量の変化を指先１３検出の原理として用いる、所謂、投影型静電容量式タッチパネルにより、第一の検出面２と第二の検出面３の両方を構成するものである。静電容量式センサの原理は、センサ側に設けた電極と指の間でコンデンサを形成したと考え、その容量の変化を検出するものであるから、検出の感度が高ければ、指先１３が接触しなくても指先１３の検出が可能である。さらに閾値となる容量を適切に設定することで、２段階の距離を検出することも可能であり、一枚の静電容量式センサで、第一の検出面２と第二の検出面３の二つの検出面を持つセンサとすることが可能である。静電容量式センサは画像表示面３３と一体となっており、平らであるため、図２で図示した様なセンサを収納するための画像表示面周囲の凸構造物は必要なく、タッチパネルディスプレイ１として平らで操作しやすくできる。

ここで静電容量式センサは、その原理から指先１３の大きさでコンデンサとしての容量が変わり、検出距離が変化してしまう可能性がある。第二の検出面３を画像表示面３３から十分に離れた位置に設定した場合、指先１３が太いなどの影響で、第一の検出面２も画像表示面３３から離れて形成されてしまう可能性がある。これを避け、指先１３が確実に画像表示面３３に接触したことを検出するには、図３の例と同様に振動検出センサ２７を利用し、指先１３が画像表示面３３に接触したときの音または振動を検出し、併用するのが良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、操作盤を操作する操作員にとってのストレスを解消又は軽減できる。

１：タッチパネル付きディスプレイ、２：第一の検出面、３：第二の検出面、４：画像表示面、５：第一の検出面と第二の検出面との間の空間、６：制御装置、７：プラント状態監視部、８：シミュレータ部、９：操作妥当性判定部、１０：プラント制御信号生生成部、１１：操作盤入出力制御部、１２： 制御対象プラント、１３：操作者の指、１４：第一の検出面と第二の検出面の間の距離Ｄ、１５：プラントの状態データ、１６：表示画像データ信号、１７：タッチパネルからの検出信号、１８：第一の検出面での検出信号、１９：制御信号発信を要求する信号、２０：プラント制御信号、２１：伝達信号、２２：操作却下信号、２３：接触目標である操作部位表示、２４：隣接する操作部位表示、２５：隣接する操作部位表示までの間隔、２６：２３を法線方向に第二の検出面上に投影した範囲、２７：振動検出センサ、２８：代替操作検討部、２９：シミュレータ部ｂ、３０：環境センサ、３１：外環境センサ信号、３２：プラント状態監視・自動制御部、３３：静電容量式センサ付き画像表示盤、３４：第二の検出面上で目標である操作部位表示と判定される領域、３５：画像表示面の表面と第一の検出面間の空間。

Claims (8)

1. 操作部位を表示する画像表示面を備え、前記操作部位への操作指の接近と前記操作部位の位置を検知し、検知した前記接近と前記位置の信号を出力するタッチパネル付きディスプレイ、及び
   前記接近と前記位置の信号の入力に応答して、制御対象の状態データを参照して、前記操作部位に対応する操作による前記制御対象の状態を予測解析し、予測解析した前記操作の妥当性を判定し、判定した結果を出力する制御装置を有することを特徴とするタッチパネル式操作盤。
2. 前記タッチパネル付きディスプレイは前記画像表示面に前記操作指が接触したことを検知する第一の検出面と、前記操作部位への前記操作指の接近と前記操作部位の位置を検知する第二の検出面を持ち、前記接近と前記位置の前記信号は、前記第二の検出面で検知した、前記操作部位への操作指の接近と前記操作部位の位置であり、前記制御装置は、前記操作の妥当性を判定した前記結果が妥当である場合、前記第一の検出面での前記操作指の検知に応答して、前記操作に対応する制御信号を前記制御対象に出力することを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル式操作盤。
3. 前記制御装置は、前記操作に対応する代替操作を予め用意し、前記操作による前記制御対象の状態の予測解析に併行して、前記代替操作による前記制御対象の状態の予測解析を実行し、予測解析した前記操作の妥当性が不適と判定されたとき、予測解析した前記代替操作の妥当性の判定結果を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載のタッチパネル式操作盤。
4. 前記制御装置は、前記制御対象の近隣に設置された環境センサと接続し、前記環境センサからの信号に基づいて、緊急性が高く、処理手順が明確な、前記制御対象の事象を判別し、判別結果に応じた制御信号を前記制御対象に出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタッチパネル式操作盤。
5. タッチパネル付きディスプレイを接続したタッチパネル式操作盤の制御装置の制御方法であって、
   前記タッチパネル付きディスプレイは、操作部位を表示する画像表示面を備え、
   前記操作部位への操作指の接近と前記操作部位の位置を検知し、
   検知した前記接近と前記位置の信号を出力し、
   前記制御装置は、前記接近と前記位置の信号の入力に応答して、制御対象の状態データを参照して、前記操作部位に対応する操作による前記制御対象の状態を予測解析し、
   予測解析した前記操作の妥当性を判定し、
   判定した結果を出力することを特徴とする制御方法。
6. 前記タッチパネル付きディスプレイは前記画像表示面に前記操作指が接触したことを検知する第一の検出面と、前記操作部位への前記操作指の接近と前記操作部位の位置を検知する第二の検出面を持ち、
   前記タッチパネル付きディスプレイは、前記第二の検出面で、前記操作部位への操作指の接近と前記操作部位の位置を検知し、
   前記第一の検出面で前記操作指を検知し、
   前記制御装置は、前記操作の妥当性を判定した前記結果が妥当である場合、前記第一の検出面での前記操作指の検知に応答して、前記操作に対応する制御信号を前記制御対象に出力することを特徴とする請求項５に記載の制御方法。
7. 前記制御装置は、前記操作に対応する代替操作を予め用意し、前記操作による前記制御対象の状態の予測解析に併行して、前記代替操作による前記制御対象の状態の予測解析を実行し、
   予測解析した前記操作の妥当性が不適と判定されたとき、予測解析した前記代替操作の妥当性の判定結果を出力することを特徴とする請求項５又は６に記載の制御方法。
8. 前記制御装置は、前記制御対象の近隣に設置された環境センサと接続し、前記環境センサからの信号に基づいて、緊急性が高く、処理手順が明確な、前記制御対象の事象を判別し、判別結果に応じた制御信号を前記制御対象に出力することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の制御方法。

Images