KR20000005243A

KR20000005243A - 분산 프로세스 제어 시스템용 스티뮬레이트식 시뮬레이터

Info

Publication number: KR20000005243A
Application number: KR1019980707930A
Authority: KR
Inventors: 린다 엘 산톨라인; 루이스 더블유 이세 가우사; 로버트 에이 쉬모니; 드보라 디 브로데릭; 튜이 티 트란
Original assignee: 드폴 루이스 에이; 웨스팅하우스 일렉트릭 코포레이션
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1997-04-02
Publication date: 2000-01-25
Also published as: EP0891578A1; JP4846885B2; CZ319198A3; JP2000508448A; EP0891578B1; WO1997038362A1; US5826060A; ES2149587T3; CN1215484A

Abstract

본 발명에 따른, 분산 프로세스 제어 시스템용 시뮬레이터는 플랜트 모델링 컴퓨터와, 실제 프로세스 제어 소프트웨어를 실행하는 실제 분산 처리 장치(DPU)를 이용하는 설비 및 제어 시스템간의 인터페이스로서 시뮬레이터 스테이션을 이용한다. 시뮬레이터 스테이션은 플랜트 모델링 컴퓨터로부터 수신된 센서 신호를 반사 메모리를 통해 각 DPU의 메모리 매핑 입/출력(I/0) 인터페이스로 DPU의 스캔 속도 또는 그의 배수의 스캔 속도로 메모리 매핑하며, DPU에 의해 생성된 제어 신호를 동일한 스캔 속도로 플랜트 모델링 컴퓨터에 제공한다. 실제 시스템내에서와 같이 데이터 하이웨이는 DPU들간 및, DPU들과 조작자 스테이션(및 다른 인간-기계 인터페이스 스테이션)간의 통신을 제공하며, DPU에 의해 사용되는 조작자 신호를 제공한다. 또한, 시뮬레이터 스테이션은, 시뮬레이터 동작을 제어하는 신호들을 포함할 수 있는 조작자 신호를 수신하기 위해 데이터 하이웨이에 의해 조작자 스테이션에 접속된다.

Description

분산 프로세스 제어 시스템용 스티뮬레이트식 시뮬레이터

분산 프로세스 제어 시스템은, 제한적이지는 않지만, 에너지, 금속 및 상/하수 분야의 프로세스를 포함하는 복잡한 프로세스를 제어하는데 더욱 일반적으로 사용되고 있다. 에너지 분야는 핵 및 비핵 전력 발생 프로세스 제어와 플랜트 컴퓨터 애플리케이션을 포함한다. 분산 프로세스 제어 시스템은 많은 수의 분산 처리 장치(distributed processing unit;DPU)들을 구비하는데, 이들 각각의 분산 처리 장치는 전체 프로세스중에서 특정한 세그먼트들을 제어한다. 전형적으로, DPU는 프로세스 제어 소프트웨어를 실행하는 디지털 프로세서를 구비하며, 프로세스중 할당된 부분으로부터 수신된 센서 신호 및 조작자 신호에 응답하여 프로세스중 그 부분에 대한 제어 신호를 발생한다. 개별 DPU들은 함께 접속되며, 네트워크 통신 수단에 의해 조작자 콘솔에 연결된다. 어떤 DPU에 의해 발생된, 다른 DPU에 의해 필요한 파라미터값은 통신 네트워크를 통해 전송된다.

전형적으로, 플랜트에서 발생된 센서 신호는 아날로그 또는 로직 신호이다. 각 DPU들은, 아날로그 신호를 디지털화하여 디지털 센서 신호를 저장하는 아날로그 대 디지털(A/D) 변환기를 구비한다. 주기적으로, DPU내의 디지털 프로세서는 디지털화된 센서 신호를 검색하여, 이들을 제어 알고리즘에 사용하거나 통신 네트워크를 경유하여 분산 시스템의 다른 부분으로 전송하기 위한 파라미터값으로 변환한다. 다양한 DPU에 의해 수행되는 상이한 함수들은 이 DPU에 따라 센서값 갱신 입력에 대해 상이한 요건을 갖는다. 예를 들어, 어떤 제어 루프는 입력 신호가 1/1,000초 간격으로 갱신될 것을 요구하는가 하면, 다른 제어 루프는 1/100초 또는 1/10초 간격으로 입력 신호가 갱신될 것을 요구하고, 또 다른 제어 루프는 단지 1초 또는 그 이상의 간격으로 입력 신호가 갱신될 것을 요구한다. 전형적으로, 동일 간격으로 갱신을 요구하는 함수들은 공통 DPU내에 그룹화된다. 그 결과, 여러 DPU는 센서 데이터를 갱신하는데 대해 상이한 요건을 갖게 된다.

프로세스 제어 시스템이 더욱 복잡해 짐에 따라, 조작자를 훈련시키거나 프로세스 제어 시스템내의 설계 업그레이드를 시뮬레이트하기 위한 시뮬레이터에 대한 필요성이 증가되었다. 전통적으로, 플랜트 프로세스 제어 시뮬레이터는 (수학적 소프트웨어를 통해) 프로세스 및 프로세스 제어 시스템의 모델링을 에뮬레이트하는 단일 컴퓨터 시스템을 이용하였다. 이것은, 분산 프로세스 제어 시스템의 실시간 응답을 에뮬레이트하는 것이 어려운 것으로 판명된 것처럼, 분산 프로세스 제어 시스템에 대해 항상 만족스럽지는 않은 것으로 판명되었으며, 에뮬레이트된 시스템이 모델링하고자 시도한 시스템과 매칭되지 않는 것으로 판명되었다. 1994년 7월 29일자로 본 출원인에 의해 출원된 미국 특허 출원 제 08/282,854 호에는 실제 프로세스 제어 소프트웨어를 사용하여, 플랜트로부터의 실제 분산 프로세스 장치를 사용하는 시뮬레이터를 제공함으로써 이러한 문제를 다루고 있다. 이 프로세스는, 마스터 시뮬레이터의 제어하에서가 아니라, 하나 이상의 DPU에 의해 제어되는 프로세스의 일부를 각기 시뮬레이트하는 다수의 슬레이브 시뮬레이터에 의해 에뮬레이트된다. 센서 신호를 관련 DPU에 제공하는 대신, 이러한 시스템의 슬레이브 시뮬레이터는 공학적 또는 전기적 변환을 행하여, 프로세스 파라미터의 디지털값을 직접 메모리 액세스 장치를 통해 DPU내 디지털 프로세서의 메모리로 직접 입력한다.

미국 특허 출원 제 08/282,854 호에 개시된 시스템이, 프로세스 및 분산 프로세스 제어 시스템을 모두 에뮬레이트하는 종래의 시뮬레이터 시스템에 비해 현저한 잇점을 제공하였지만, 여전히 개선 여지가 있다. 이러한 초기의 시스템은 상이한 DPU의 변화하는 제어 주파수를 고려하지 않는다. 따라서, 이 시스템의 시간 응답은 실제의 플랜트 시스템 응답에 적용될 수 없다. 또한, 많은 플랜트 조작자가 이미 그들 프로세스의 컴퓨터 모델을 구비하고 있지만, 모델링 소프트웨어에 대한 변경없이는 복수의 슬레이브 시뮬레이터와 함께 사용할 수가 없다. 게다가, 슬레이브 시뮬레이터는 파라미터값을 공학적 값으로서 DPU 메모리내로 직접 주입하기 때문에, 시티뮬레이트된 시뮬레이션이 입/출력 레벨 인터페이스에서 실제의 플랜트와 정합하는 것을 보장하는 중요한 특징인 DPU의 변환 루틴이 실행되지 못한다.

따라서, 분산 프로세스 제어 시스템의 동작을 시뮬레이트하는 개선된 시뮬레이터가 요구된다.

특히, 분산 프로세스 제어 시스템의 실시간 응답을 보다 잘 시뮬레이트하는 개선된 시뮬레이터가 요구된다.

또한, DPU의 변환 루틴을 실행하는 개선된 시뮬레이터도 요구된다.

또한, DPU 애플리케이션 소프트웨어에 대한 많은 변화를 요구하지 않고 실제 시스템 하드웨어 구성요소를 재사용할 수 있는 개선된 시뮬레이터가 요구된다.

특히, 플랜트 모델 컴퓨터 소프트웨어를 크게 변경하지 않고, 기존의 컴퓨터 플랜트 모델의 잇점을 취할 수 있는 개선된 시뮬레이터가 요구된다.

발명의 개요

상기한 요구들 및 다른 필요는, 실제 분산 설비 및 제어 시스템의 분산 프로세스 장치와 유사하고 실제 프로세스 제어 소프트웨어를 실행하는 분산 프로세스 장치(DPU)를 이용하는 분산 프로세스 제어 시스템용 시뮬레이터를 제공하는 본 발명에 의해 성취된다. 모델링 수단, 예를 들어, 기존의 플랜트 모델링 컴퓨터는 실제 프로세스 제어 소프트웨어를 이용하는 DPU에 의해 발생된 제어 신호에 응답하여 프로세스를 에뮬레이트하고, 바람직하게는 센서 신호 형태로 프로세스 신호를 발생한다. 또한, DPU는 조작자 콘솔에 의해 발생된 조작자 신호에 응답한다. 통신 수단은 다수의 DPU들간 및 DPU와 조작자 콘솔간의 통신을 제공한다. 스티뮬레이션 수단은 각 DPU 및 모델링 수단에 연결되어 DPU로 프로세스 신호를 전송한다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 프로세스 신호는 DPU의 입/출력(I/O)으로 매핑되는 센서 신호이며, 이때 DPU는 그들 자신의 디지털 프로세서를 이용하여 센서 신호를 파라미터값들로 변환하는데, 이들 파라미터값들은 실제 프로세스 제어 루틴에 사용되거나, 통신 수단을 통해 분산 처리 시스템의 다른 부분으로 전송된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 스티뮬레이션 수단은 프로세스 신호, 바람직하게는 센서 신호를 상이한 DPU의 지정된 주사 주파수로 DPU에 제공한다. 모델링 수단 및 스티뮬레이션 수단은 반사 메모리(reflective memory)를 통해 데이터를 교환한다. 또한, 스티뮬레이션 수단은 DPU에 의해 발생된 제어 신호를 각 DPU에 대한 지정 주파수로 판독하여, 이들을 반사 메모리를 통해 모델링 수단에 매핑한다.

본 발명은 분산 프로세스 제어 시스템(a distributed process control system)의 동작을 시뮬레이트하는 시뮬레이터(simulator)에 관한 것이다.

첨부된 도면과 함께 이하의 바람직한 실시예의 설명을 숙독함으로써 본 발명의 충분한 이해가 얻어질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른, 분산 프로세스 제어 시스템에 대한 스티뮬레이트식 시뮬레이터의 블록도,

도 2a 및 2b는 도 1의 시뮬레이터의 관련 구성요소의 상호접속을 예시하는 보다 상세한 블록도,

도 3은 도 1 및 2의 시뮬레이터 시스템의 일부인 스티뮬레이트식 분산 처리 장치의 구성요소를 예시하는 블록도,

도 4는 시뮬레이터 시스템의 일부를 형성하는 시뮬레이터 스테이션의 구성요소를 예시하는 블록도,

도 5a 및 5b는 도 4의 시뮬레이터 스테이션에 의해 실행되는 시뮬레이터 제어 프로그램의 흐름도,

도 6은 도 4의 시뮬레이터 스테이션에 의해 실행되는 메인 루틴의 블록도,

도 7은 도 4의 시뮬레이터 스테이션에 의해 실행되는 매핑 루틴의 블록도.

도 1은 본 발명에 따른 분산 프로세스 제어 시스템용 시뮬레이터(1)의 구조를 총괄적으로 도시하고 있다. 시뮬레이터(1)에는 세가지 기본적인 구성요소가 존재한다. 첫째, 분산 프로세스 설비 및 제어 시스템(3)이 존재하는데 이들은 플랜트내에서 사용되는 실제 설비 및 제어 장비의 비잉여 서브세트(non-redundant subset)로서 본질적으로 재패키징되며, 이들의 동작이 시뮬레이트된다.

설비 및 제어 시스템(3)은 다수의 분산 처리 장치(DPU)(5)를 구비하는데, 각 장치는 당업자에게 공지된 방식으로 플랜트 프로세스의 일부를 제어한다. 예시적인 시스템에 있어서, 두 개의 각 캐비넷(7)내에 6개씩 수용되어 12개의 DPU(5₁∼5₁₂)가 존재한다. DPU는 데이터 하이웨이(9) 형태로 통신 네트워크에 의해 서로 연결된다. 개별 DPU(5)들은 하이웨이 인터페이스(11)에 의해 데이터 하이웨이(9)와 연결된다. 또한, 데이터 하이웨이는 DPU를, I＆C 시스템 사용자-기계 인터페이스 층(I＆C system man-machine interface layer)을 포함하는 다른 워크스테이션에는 물론, 하나 이상의 조작자 스테이션(13)과, 엔지니어/히스토리안(engineer/historian) 스테이션(15)에 연결한다. 예시적인 시스템에서, 조작자 스테이션(13)과 엔지니어/히스토리안 스테이션(15)은 워크스테이션이다. 이들 스테이션에는 시스템 성능의 하드 카피 출력을 발생하고, 다른 부수적인 태스크를 수행하기 위해 프린터와 같은 주변기기(17)들이 제공될 수 있다.

설비 및 제어 시스템(3)은, 예를 들어, "Westinghouse Distributed Processing Family(WDPF)" 시스템일 수 있다. 이러한 시스템에서, 데이터 하이웨이(9)는 대중적인 토큰 패싱 프로토콜(democratic token passing protocol)을 통한 화일 전송형 통신은 물론, 실시간 데이터의 결정론적인 통신을 제공하는 WESTNET 하이웨이이다. WESTNET 하이웨이(9)는 특정의 격리 특징이 실현되지 못하는 가능한 경우(예를 들어, 광섬유 매체)를 제외하고, 실제 플랜트내에 제공되는 것과 동일하다. 워크스테이션(13, 15)은 프린터(17)와 같은 주변기기를 갖는 유닉스 워크스테이션(WEStations)으로서, 플랜트 컴퓨터와 사용자-기계 인터페이스 기능을 제공하며, 기능상 잉여의 WEStation이 제공될 수 없다는 사실을 제외하고, 실제 플랜트내에 제공될 것들과 동일하다. WDPF DPU(5)는 설비 프로세스 제어 시스템을 위한 데이터 획득과 제어 기능을 제공하며, 또한 DPU가 비잉여이며 시뮬레이터내에 요구되는 캐비넷의 수를 감소시키기 위해 재패키징된다는 것을 제외하고는 실제 플랜트내에 제공된 것과 기능 및 수적인 면에서 동일하다. 게다가, 입/출력(I/O) 보드는 다음에 기술되는 바와 같이, 시뮬레이터 DPU(5)내에 제공되지 않는다. 각 DPU(5)는 실제 플랜트 장비내에 제공될 동일한 베이스 및 애플리케이션 소프트웨어를 포함한다. 2개의 캐비넷내에 수용된 12개의 DPU들이 예시되었지만, 다른 수의 DPU와 구성들이 이용될 수 있다.

실제 플랜트에서는 물론, 시뮬레이터(1)에서, 조작자는 조작자 스테이션(13)을 통해 프로세스를 제어한다. 시뮬레이터에서, 스테이션들중 하나는 학생에 의해 다른 하나는 교사에 의해 이용될 수 있다. 조작자 스테이션(13)에서 발생된 조작자 신호는 데이터 하이웨이(9)를 통해 DPU로 전달된다. 또한, DPU는 데이터 하이웨이(9)상에서 필요로 하는 데이터를 교환한다. DPU(5)는 프로세스로부터의 입력 신호, 예컨대, 센서 신호 및 상태 로직 신호를 수신하며, 조작자 신호는 물론 센서 및 상태 신호에 응답하여 프로세스 제어 소프트웨어를 이용해서 프로세스에 제공되는 제어 신호를 발생한다. 시뮬레이터(1)는, 프로세스가 플랜트 모델 컴퓨터(19)에서 실행되는 프로세스 모델로 대체된 점만 제외하고 유사한 방식으로 동작한다. 다수의 플랜트들은, 요구된 비정상적인 조건과 시스템 변경을 포함하여 플랜트 동작을 분석하는데 사용되는 이러한 플랜트 모델을 구비하는 시뮬레이션 시스템을 갖는다. 시뮬레이터(1)는 플랜트 시뮬레이터내의 기존의 플랜트 모델이 I＆C 시스템 인터페이스의 시뮬레이션에 사용될 수 있게 한다. 설비 및 제어 시스템(3)과 플랜트 모델 컴퓨터(19)간의 인터페이스는, WEStation과 같은 워크스테이션(23)을 포함하는 시뮬레이터 인터페이스(21), 시뮬레이터 워크스테이션을 DPU(5)와 연결하는 SBUS 어댑터를 제공하는 SBUS 확장 섀시(25), 및 시뮬레이터 워크스테이션(23)과 플랜트 모델 컴퓨터간의 인터페이스(27)에 의해 제공된다. 보다 충분히 기술되는 바와 같이, 인터페이스(27)는 반사 메모리 인터페이스(29)를 포함한다. 또한, 시뮬레이터 워크스테이션(23)은 하이웨이 인터페이스 전자 장치(31)를 통해 데이터 하이웨이(9)와 연결된다.

도 2a 및 2b는 시뮬레이터 인터페이스(21)가, 설비 및 제어 시스템(3)의 플랜트 모델 컴퓨터(19)와 DPU(5)간에 통신을 제공하는 방법을 보다 상세히 도시하고 있다. 예시적인 시뮬레이터(1)에서, 시뮬레이터 인터페이스(21)의 워크스테이션(23)은 SBUS 구조를 사용하는 SUN SPARC 워크스테이션이다. SBUS 확장 섀시(25)는 이 워크스테이션의 SBUS 접속부(33)에 연결되어, 이 섀시에 의해 서비스되는 각기 여섯 개의 DPU(5)에 대해 SBUS 어댑터(35)를 제공한다. 각 DPU(5₁∼5₁₂)는 MULTIBUS 구조를 이용한다. 어댑터(37₁∼37₁₂)는 확장 섀시(25)내의 SBUS 어댑터(35)를 통해 시뮬레이터 워크스테이션(23)을 각각의 DPU와 인터페이스시킨다. DPU(5₁∼5₁₂)는 제각기 프로세스 제어 소프트웨어가 실행되는 디지털 프로세서(MDX 보드)(39)를 갖는다. 또한, DPU는, 다른 DPU들, 조작자 스테이션(13) 및 엔지니어/히스토리안 스테이션(15)과 통신하기 위해 데이터 하이웨이(9)에 연결될 수 있게 하는 하이웨이 콘트롤러(MHC 보드)(41)를 구비한다. 또한, 각 DPU는 그들 자신의 전원 장치(43)를 구비한다.

시뮬레이터 워크스테이션(23)은 인터페이스(27)와 플랜트 모델 컴퓨터(19)내에 상주하는 반사 메모리(29)를 통해 플랜트 모델 컴퓨터(19)와 통신한다. 플랜트 모델 컴퓨터(19)와 인터페이스(27)내의 반사 메모리(29)는 광섬유 링 통신 네트워크(30)를 통해 연결된다. 플랜트 모델 컴퓨터(19)와 반사 메모리(27)가 VME 버스들을 구비하는 경우, 장치(27)내의 버스 어댑터(45)와 워크스테이션(23)의 SBUS 접속부(33)내의 어댑터(47)는 데이터 및 제어 신호 교환을 위한 하드웨어 인터페이스를 제공한다. 도 1과 관련하여 언급한 바와 같이, 인터페이스(31)는 시뮬레이터 워크스테이션(23)을 데이터 하이웨이(9)와 접속시킨다. 이것은 또한 다른 SBUS 접속부(33)를 통해 이루어진다. 시뮬레이터 워크스테이션(23)과 플랜트 모델 컴퓨터(19)간의 반사 메모리 인터페이스(29)는 플랜트 모델 컴퓨터와 설비 및 제어 시스템(3)간의 비프로토콜 데이터 전송을 허용한다.

시뮬레이터 워크스테이션(23)의 주요 기능은 플랜트 모델 컴퓨터(19)와 DPU(5)간의 데이터값 및 상태 정보를 매핑시키는 것이며, 또한, 시뮬레이터 제어 기능, 예컨대, 실행/중지, 초기 조건(initial condition;IC) 세트의 로딩/저장, 스냅샷(snapshot), 백트랙(backtrack) 등에 응답하는 것이다. 중지 제어 기능은 학생의 관찰을 위해 또는 분석을 위해 어떤 지점에서 시뮬레이션의 중지를 허용한다. 저장 기능는 시스템의 동작중 한 지점에서 이후에 리콜될 수 있는 상태들의 세트를 저장한다. 로딩 기능은 선택된 조건하의 시뮬레이션을 개시하기 위해 지정된 저장 기능에 대한 초기 조건들을 DPU내로 로딩한다. 스냅샷 기능은, 초기 조건들이 실행중(on the fly)에 저장된다는 점만 제외하고 저장 기능과 동일하며, 조작자에 대해 투명하다. 백트랙 기능을 이용하면, 교사가 일련의 스냅샷을 리콜하여, 플랜트 동작의 학생들 작업 또는 진행을 조사할 수 있다.

도 3은 DPU(5)의 관련 구조를 보다 상세하게 예시한다. DPU의 핵심은 중앙 처리 장치(CPU)(49)와 데이터베이스 메모리(51)를 갖는 마이크로컴퓨터 형태의 디지털 프로세서가 구현된 MDX 보드(39)이다. 또한, MDX 보드(39)는 메모리 매핑된 입/출력(I/O) 인터페이스(DIOB)(53)를 갖는다. DIOB 인터페이스(53)는 실제 플랜트내의 I/O 카드(도시안됨)에 의해 전형적으로 스캐닝된 아날로그 신호와 로직 신호의 아날로그 대 디지털 등가를 포함한다. 시뮬레이트식 시스템 인터페이스시에, 시뮬레이팅된 인터페이스에 의해 이 메모리(53)는 플랜트 모델 컴퓨터(19)로부터 수신된 센서값에 대응하는 적절히 변환된 디지털값으로 점유된다. 주기적으로, 프로세서(49)는 제어 소프트웨어의 실행 알고리즘들에서 사용하기 위해 DIOB(53)로부터 디지털화된 센서 신호를 검색한다. 이들 알고리즘들은, 플랜트의 밸브 모터 및 다른 능동 구성요소들로 출력하기 위해 DIOB(53)내에 저장된 제어 신호를 발생한다. 물론, 시뮬레이터에서 이들 구성요소들은 물론 제어되는 프로세스가 플랜트 모델 컴퓨터(19)내에 애뮬레이팅된다.

데이터 베이스 메모리(51)는 분산 프로세스 제어 소프트웨어에 의해 생성된 여러 포인트값들을 저장한다. 언급한 바와 같이, 몇몇 DPU에 의해 생성된 이들 몇몇 데이터 포인트들중 몇몇은 또 다른 DPU에 의해서도 사용된다. 이들 데이터 포인트값들의 상호 교환은 MHC 보드(41)상에 장착된 네트워크 콘트롤러에 의해 통신 네트워크(9)를 통해 수행된다. MHC 보드(41)는 전용 버스(55)를 통해 MDX 보드와 통신한다.

또한, 앞서 언급된 바와 같이, DPU에 의해 실행되는 여러 루틴들은 상이한 I/O 및 제어 주파수를 가질 수 있다. 전형적으로, 공통 I/O 주파수를 갖는 루틴들은 단일 DPU내에 그루핑된다. I/O 주파수는 DIOB 메모리(53)가 갱신되는 속도를 결정한다. 제어 주파수는 CPU(49)가 DIOB(53)에 대해 판독 및 기록하는 속도를 결정한다. 본 발명에 따르면, 시뮬레이터 스테이션(23)은 플랜트 모델 컴퓨터(19)에 의해 생성된 센서 신호값들을 관련 DPU(5)의 I/O주파수로 직접 DIOB(53)에 매핑한다. 이것은 MULTIBUS(57)와, 시뮬레이터 스테이션(23)의 SBUS와 DPU의 MULTIBUS(57)간에 신호를 통과시키는 인터페이스(37)를 사용함으로써 성취된다. 따라서, 시뮬레이터 스테이션(23)은 데이터 하이웨이(9)를 통한 통신에 있어서 고유한 지연을 발생하지 않고, 신호 데이터를 DPU에 대해 직접 판독 및 기록할 수 있다. 또한, 이러한 직접 인터페이스는, 시뮬레이터 스테이션(23)이 실제 시스템 타이밍 구조 또는 입/출력 스캔, 제어 계산 등을 위한 DPU의 통신을 주파수 정합시킬 수 있게 허용한다. 이것은 시뮬레이터의 시간 응답 특성이 플랜트의 시간 응답 특성과 동일할 것임을 보증한다. 또한, 이러한 직접 인터페이스는 실행/중지, 로딩/저장, 초기 조건 세트, 스냅샷, 백트랙 등과 같은 시뮬레이터 제어 기능에 대한 응답을 간략화한다. 예를 들어, 실행/중지는 DPU I/O 스캔 및 제어 태스크를 인에이블링/서스펜딩함으로써 제어된다. 저장 기능은 기준으로서 초기 조건(IC) 번호를 사용하여, 데이터 베이스 메모리(51) 및 DIOB 메모리(53)의 스냅샷을 시뮬레이터 스테이션(23)으로 전송함으로써 수행된다. 로딩 기능은 IC 세트를 데이터 베이스 메모리(51)와 DIOB 메모리(53)내로 직접 로딩함으로써 수행된다. 백트랙 기능은 IC 세트를 DPU로 순차적으로 전송함으로써 수행된다.

도 4는 시뮬레이터 워크스테이션(23)의 관련 요소들을 도시하고 있다. 예시적인 워크스테이션(23)은 CPU(59)와 RAM을 갖는다. 또한, 이것은 IC 파일 및 다른 정보를 저장하기 위한 내부 하드 디스크(63)를 갖는다. 시뮬레이터 스테이션(23)은 SBUS 접속부(33)와 SBUS 확장 섀시(도 4에는 도시하지 않음)를 통해 DPU(5)와 인터페이스되는 SBUS(65)를 갖는다. 시뮬레이터 스테이션(23)은 반사 메모리(29) 및 SBUS 어댑터(27)를 통해 플랜트 모델 컴퓨터(19)와 통신한다. 또한, 시뮬레이터 스테이션(23)은 WESTNET 하이웨이 인터페이스(31)와 SBUS 접속부(33)를 통해 데이터 하이웨이(9)상으로 통신한다. 따라서, 시뮬레이터 스테이션(23)은 플랜트 모델 컴퓨터(19)와 각 DPU(5)간의 단일 접속을 제공한다. 이것은, 시뮬레이터내의 기존의 플랜트 모델 컴퓨터(19)의 사용을 편리하게 한다.

도 5는 시뮬레이터 워크스테이션(23)에 의해 실행되는 SIM_CONTROL 루틴(67)의 흐름도를 도시하고 있다. 먼저, 이 루틴 호출시, 단계(69)에서, 소정 속도로 루틴을 반복적으로 리콜하는 구성가능한 타이머(a configurable timer)의 셋-업을 포함하는 초기화 태스크가 수행된다. 또한, 공유 메모리를 생성하여, 시뮬레이터 워크스테이션(23)내에서 테스크간 통신을 관리한다. 그후, 단계(71)에서 플랜트 모델 컴퓨터로부터의 제어 플래그가 클리어된다. 이것은, 모델이 중지 상태에 있는 경우, 중지 플래그의 클리어를 포함하지 않는다. 단계(71)에서 시뮬레이터 워크스테이션에 의해 실행되는 다른 프로세스들(이하에 기술되는 SIM_MAP 테스크를 포함)이 또한 개시된다.

그후, 단계(73)에서 루틴은 내부 타이머에 의해 발생되는 인터럽트를 대기한다. 타이머가 타임 아웃되면, 단계(75)에서 실행/중지 플래그가 체크되며, 타이머가 중지로 세트되는 경우, 단계(77)에서 DPU(5)는 중지된다. 이것은 각 DPU의 DIOB(53)내의 제어 비트를 세팅함으로써 성취된다. 단계(79)에서 저장(기록) 플래그가 검출되고, 단계 (81)에서 결정된 초기 조건(IC) 번호가 범위내에 있을 경우, 시뮬레이터 워크스테이션은 단계(83)에 지시된 다수의 기능들을 수행한다. 이것은 우선 단계(71)에서 생성된 프로세스를 정지시키고, DPU(5)를 중지시키는 것을 포함한다. 그런 다음, 데이터 베이스 메모리(51)와 DIOB(53)내에 저장된 데이터를 시뮬레이터 워크스테이션내의 파일에 저장한다. 일단 이것이 성취되면, 시스템은 종전의 실행 또는 중지 상태로 복귀하여, 시뮬레이터 워크스테이션내의 저장 커맨드와 중지된 프로세스들이 계속된다. IC 번호가 범위내에 있지 않을 경우, 단계(85)에서 프로세스 오류가 발생하여, 데이터 하이웨이를 통해 조작자 스테이션으로 전송된다. 단계(87)에서 로딩(리세트) 플래그가 세트되고, 단계(89)에서 결정된 IC 번호가 범위내에 존재하면, 단계(91)에 지시된 시퀀스가 개시된다. 이것은 단계(71)에서 생성된 프로세스를 정지시키고 DPU를 중지시키는 것을 포함한다. 그리고 나서, 선택된 IC 번호로 저장된 데이터는 DPU(5)의 DIOB 메모리(53)와 데이터 베이스 메모리(51)내로 로딩된다. 그 후, DPU는 로딩 플래그가 검출된 때의 실행 또는 중지 상태로 복귀하며, 시뮬레이팅된 워크스테이션내의 중지된 프로세스가 계속된다. 이들 단계들이 완료되면, 루틴은 단계(73)로 복귀하여, 다음번 인터럽트를 대기한다. 단계(89)에서 IC 번호가 범위내에 있지 않을 경우, 루틴이 다음번 인터럽트를 대기하기 위해 단계(73)로 복귀하기 전에 단계(93)에서 프로세스 오류 표시가 발생된다. 마찬가지로, 단계(87)에서 로딩 플래그가 세트되지 않은 경우, 루틴은 단계(73)로 복귀한다.

도 6은 시뮬레이터 메인 루틴, 즉, SIM_MAIN(95)의 흐름도를 도시하고 있다. 이러한 메인 루틴은 여러 DPU의 스캔 주파수를 결정하며, 단계(97)에서 이들 스캐닝 속도에 근거해 소팅된 파일로 데이터를 분리한다. 그런 다음, 단계(99)에서 도 7에 도시된 매핑 루틴(101)을 포함하는 서브루틴(child processes)을 생성한다. 이러한 루틴(101)은 센서 신호를 포함하는 플랜트 모델 컴퓨터로부터의 데이터를, 각 DPU에 대해 지정된 I/O 주파수로 적절한 DPU로 매핑한다. 따라서, 이러한 루틴은 각 스캔 주파수에 대해 반복된다. 먼저, 데이터 구조는 단계(103)에서 시뮬레이터 스테이션(23)의 메모리내의 데이터 포인트를 초기화함으로써 초기화된다. 주기적으로, 시뮬레이터 스테이션(23)은 분산 시스템의 동기화를 위해 통신 인터페이스(9)로 타이밍 신호를 전송한다. 단계(105)에서 전송 시간에 도달하면, 단계(107)에서 타이밍 신호가 전송된다. 어떤 경우든, 루틴은 단계(109)에서 플랜트 모델 컴퓨터에 의해 생성된 반사 메모리로부터의 데이터와, DPU로부터의 데이터를 모은다. 단계(111)에서, 플랜트 모델 컴퓨터로부터의 데이터는 적절한 DPU로 전송되며, DPU에서 플랜트 모델 컴퓨터로도 전송된다. 그리고 나서, 루틴은 단계(113)에서 주파수에 기초하여 다음 사이클을 대기한다. 언급한 바와 같이, 할당된 DPU 주파수들 각각에 대해 유사 루틴이 실행된다. 동일한 할당 주파수를 갖는 모든 DPU가 동일한 루틴으로 서비스될 수 있음이 이해될 것이다.

상술한 스티뮬레이트식 시뮬레이터 인터페이스 구조는 미국 특허 출원 제 08/282,854 호에 개시된 분산 프로세스 제어 시뮬레이터와 동일한 기능성을 에뮬레이팅하는 많은 장점들을 제공한다. 에뮬레이션에 비해 시뮬레이션의 주요 장점중 하나는, 시스템이 플랜트에 사용된 것과 동일한 프로세스 제어 시스템을 실제로 대표한다는 것이다. 따라서, 스티뮬레이트식 시스템은 사용자-기계 인터페이스(윈도우, 프로세스 도면 디스플레이, 알람 리스트, 시스템 진단 등)에 대한 실제 플랜트를 구현한다. 이러한 MMI 기능성을 어렵게 에뮬레이트할 필요가 없다. 또한, 스티뮬레이트식 시스템은 플랜트 프로세스 제어 소프트웨어의 절대적인 재사용을 제공한다. 시뮬레이터가 플랜트에 대해 동일한 기능성을 포함한다는 사실은 의심할 여지가 없다. 즉, 시뮬레이터는 플랜트 소프트웨어에 대한 소프트웨어 테스트 장으로서 사용될 수 있다. 또한, 스티뮬레이트식 시스템은 예상치 않은 특징, 예컨대 소프트웨어 버그 뿐만 아니라 설계 목적에 대해서도 실제 시스템과 정합된다. 실제 시스템의 어떤 고유의 문제들도 시뮬레이터내에 또한 제공됨으로써, 조기 검출/진단을 이끌어 낼수 있을 것이다. 시스템 응답은 플랜트 응답과 또한 동일하다.

에뮬레이션에 있어서 주요 단점중 하나는, 시스템 응답 시간의 반복이다. 이러한 단점은 스티뮬레이트식 시스템내에서 해소되는데, 그 이유는 시스템 타이밍 특성이 인터페이스에서 반복되기 때문이다. 모든 부분들(DPU 및 조작자 스테이션)은 플랜트내에서와 같은 동일한 주파수로 동작한다. 분산된 부분들간의 타이밍 상호 작용도 디폴트로 플랜트와 동일하다.

스티뮬레이트식 시스템의 비용도 에뮬레이션에 비해 감소된다. 처음에, 에뮬레이션과 스티뮬레이션간의 비용 절충은 소프트웨어와 하드웨어간의 비용 절충이었다. 프로세스 제어 시스템내의 소프트웨어를 에뮬레이트하기 위한 시뮬레이션 소프트웨어의 개발은 꽤 많은 비용이 들수 있다. 사실, 이들 비용은, 시뮬레이터가 애플리케이션 및 기본 오퍼레이팅 시스템 소프트웨어를 모두 에뮬레이트해야 한다는 점에서 실제 플랜트내의 소프트웨어의 비용보다 훨씬 많이 들수도 있지만, 기본 소프트웨어는 프로젝트간에 재사용되므로 애플리케이션 소프트웨어만을 플랜트를 위해 개발하면 된다. 이헤 비해, 스티뮬레이트식 방법에 대해 필요한 감소된 하드웨어 세트는 적절한 초기 시스템 비용을 낳는다. 개발된 구조는 I/O 하드웨어 및 잉여분을 제거함으로써 실제 플랜트 시스템에 관련된 하드웨어 비용의 상당 부분을 감소시킨다. 한편, 본 발명의 시트뮬레이트식 시뮬레이터는 실제 플랜트 타이밍에도 적용가능하며, DPU의 I/O 인터페이스로 프로세스 센서값을 메모리 매핑하여 DPU가 그들의 변환 루틴을 여전히 실행할 수 있게 함으로써 앞서 인용된 특허 출원서의 분산 처리 시뮬레이터보다 더욱 많은 소프트웨어를 이용함이 확인되었다.

본 발명의 스티뮬레이트식 시뮬레이터의 또 다른 주요 장점은 감소된 유지보수 및 업그레이드 비용이다. 에뮬레이트식 시스템에서, 에뮬레이션 소프트웨어의 유지보수와 관련된 업그레이드 비용은 상당히 클 수 있다. 스티뮬레이트식 시스템에서, 플랜트 인터페이스에 막대한 영향을 미치는 소프트웨어 업그레이드와 관련된 관리 비용은 실질적으로 없다. 시스템은 신규 플랜트 애플리케이션 소프트웨어를 단순히 재로딩함으로써 업그레이드될 수 있다. 본 발명의 시스템은 설계 기초로서 업그레이드 기능성 및 유지보수 능력을 갖게 설계되었다. 이것은 플랜트 모델 컴퓨터와, 시뮬레이터 워크스테이션에 대한 나머지 설비 및 제어 시스템간의 인터페이스 구성을 분리시킴으로써 성취된다. 시뮬레이터 워크스테이션 구성은 맵 파일을 통해 이루어지는데, 이 맵 파일은 단순히 플랜트 모델 컴퓨터 "포인트"를 설비 및 제어 시스템 데이터 포인트와 연관시킨다. 맵 파일은 그의 데이터 유형, 데이터 흐름의 방향 및 반사 메모리로의 오프 세트에 대한 각 포인트를 설명하는 텍스트 파일이다. 각 포인트에 대한 나머지 데이터(예컨대, 스캔/주파수)는 설비 및 제어 시스템 소프트웨어 자체로부터 라인상에 수집된다. 인터페이스는 I/O 레벨로 맵 데이터를 매핑하도록 설계된다. 즉, 데이터는 플랜트 인터페이스와 동일한 그의 센서 장치들(볼트, 암페어등)에 따라 매핑된다. 공학적값으로의 모든 데이터 변환, 디지털 센스 전도 등은 실제 플랜트 소프트웨어를 사용하여 수행된다.

이상, 본 발명의 구체적인 실시예들을 상세히 기술하였지만, 당 분야에 숙련된 자라면 본 발명의 전체 개시 내용에 비추어 다양한 수정 및 변경이 행해질 수 있음을 알 것이다. 따라서, 개시된 특정 실시예들은 단지 설명을 목적으로 한 것이며, 첨부된 청구범위 및 그의 모든 등가물로부터 주어지는 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.

Claims

분산 프로세스 제어 시스템에 의해 제어되는 프로세스의 동작을 시뮬레이팅하는 시뮬레이터에 있어서,

제어 신호에 응답하여 상기 프로세스를 모델링하며, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 프로세스의 모델링함으로써 얻어지는 프로세스 파라미터들의 센서값을 나타내는 센서 신호를 제공하는 모델링 수단과;

상기 센서 신호를 수신 및 저장하고 상기 제어 신호를 출력하는 입/출력(I/O) 수단과, 상기 센서 신호를 파라미터값으로 변환하고, 상기 파라미터값과 조작자 신호에 응답하여 실제 프로세스 제어 소프트웨어를 사용하여 상기 제어 신호를 발생하는 디지털 처리 수단을 구비하는 다수의 분산 처리 장치와;

조작자에 의한 상기 조작자 신호를 생성하는 조작자 콘솔과;

상기 다수의 DPU들간에, 그리고, 상기 다수의 DPU들과 상기 조작자 콘솔간에 통신을 제공하는 통신 수단과;

상기 각 DPU 및 상기 모델링 수단에 접속되어, 상기 모델링 수단으로부터의 상기 센서 신호를 상기 DPU의 상기 I/O 수단으로 상기 센서 신호를 전송하며, 상기 DPU로부터 상기 모델링 수단으로 상기 제어 신호를 전송하는 스티뮬레이션 수단

을 포함하는 시뮬레이터.
제 1 항에 있어서,

상기 각 DPU의 상기 디지털 처리 수단은 상기 센서 신호를 얻기 위해 상기 I/O 수단을 스캔하는 지정된 스캔 속도를 가지며, 상기 시뮬레이팅 수단은 적어도 상기 DPU의 상기 디지털 처리 수단의 상기 지정된 스캔 속도로, 상기 모델링 수단으로부터의 상기 센서 신호를 상기 각 DPU의 상기 I/O 수단으로 제공하는 수단을 갖는 시뮬레이터.
제 2 항에 있어서,

상기 스티뮬레이션 수단은 상기 DPU의 상기 디지털 처리 수단의 할당된 스캔 속도의 선택된 배율로 상기 모델링 수단으로부터의 상기 센서 신호를 상기 각 DPU의 I/O 수단으로 제공하는 수단을 구비하는 시뮬레이터.
제 3 항에 있어서,

상기 스티뮬레이션 수단은 상기 DPU의 상기 디지털 처리 수단의 상기 할당된 스캔 속도로 상기 모델링 수단으로부터의 상기 센서 신호를 상기 각 DPU의 I/O 수단으로 제공하는 수단을 구비하는 시뮬레이터.
제 2 항에 있어서,

상기 모델링 수단 및 상기 스티뮬레이션 수단은 상기 모델링 수단과 상기 스티뮬레이션 수단간에 상기 센서 신호와 제어 신호를 전송하는 반사 메모리 수단을 각기 구비하는 시뮬레이터.
제 2 항에 있어서,

상기 스티뮬레이션 수단은 상기 모델링 수단에 의해 상기 프로세스의 시뮬레이션을 중지하는 수단과, 상기 DPU로 상기 센서 신호의 상기 전송을 중지하고 상기 디지털 처리 수단에 의해 상기 제어 신호의 생성을 중지하는 수단을 구비하는 시뮬레이터.
분산 프로세스 제어 시스템에 의해 제어되는 프로세스의 동작을 시뮬레이팅하는 시뮬레이터에 있어서,

제어 신호에 응답하여 상기 프로세스를 모델링하며, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 프로세스를 모델링함으로써 얻어진 프로세스 신호를 제공하는 모델링 수단과;

상기 프로세스 신호와 조작자 신호에 응답하여 실제 프로세스 제어 소프트웨어를 사용하여 상기 제어 신호를 생성하기 위해 할당된 속도로 상기 프로세스 신호를 사용하는 수단을 갖는 디지털 처리 수단을 각기 포함하는 다수의 분산 처리 장치와;

조작자에 의한 상기 조작자 신호를 생성하는 조작자 콘솔과;

상기 다수의 DPU들간에, 그리고, 상기 다수의 DPU들과 상기 조작자 콘솔간에 통신을 제공하는 통신 수단과;

상기 각 DPU 및 상기 모델링 수단에 접속되어, 상기 DPU의 디지털 처리 수단에 대한 상기 할당된 속도로, 상기 모델링 수단으로부터의 상기 프로세스 신호를 각 DPU의 상기 디지털 처리 수단으로 전송하는 스티뮬레이션 수단을 포함하는 시뮬레이터.
제 7 항에 있어서,

상기 스티뮬레이션 수단은 상기 DPU로부터 상기 모델링 수단으로 상기 할당된 속도로 상기 제어 신호를 전송하는 수단을 포함하는 시뮬레이터.
제 7 항에 있어서,

상기 스티뮬레이션 수단 및 모델링 수단은 상기 모델링 수단과 상기 유도 수단간에 상기 프로세스 신호 및 제어 신호를 전송하는 반사 메모리 수단을 갖는 시뮬레이터.
제 9 항에 있어서,

상기 DPU는 상기 프로세스 신호를 수신하는 입/출력(I/O) 수단을 가지며, 상기 스티뮬레이션 수단은 상기 DPU의 상기 할당된 스캔 속도로 상기 프로세스 신호를 상기 I/O 수단으로 입력하는 수단을 구비하는 시뮬레이터.