JP2003140711A - プロセス制御装置用シミュレータおよびそのプログラムとプログラム記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プロセス制御システムを構成する複数のプロ
セス制御装置の動作確認を少数のシミュレータで行う。 【解決手段】 本発明のプロセス制御装置用シミュレー
タ１０は、ｎ個の制御装置の制御プログラムを格納する
制御プログラム格納部１１と、プラント機器の設定デー
タが記録されたプラント機器データファイル１２と、制
御プログラム格納部１１から制御プログラムを読み出し
て実行させ、かつプラント機器データファイル１２に記
録された設定データを参照してプロセス制御装置の動作
を模擬するｎ個のプロセス制御装置エミュレーション部
１３と、監視装置およびｎ個のプロセス制御装置エミュ
レーション部１３を相互に通信可能とするネットワーク
インタフェース部１６とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プロセス制御装置
を動作させる制御プログラムの動作確認に用いるプロセ
ス制御装置用シミュレータに関し、特に監視装置と複数
のプロセス制御装置とがネットワークで接続されたプロ
セス制御システムで用いるプロセス制御装置用シミュレ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、石油化学製品や薬剤などの生産
に用いられるプラント設備（以下、プラントと記す）
は、時々刻々変化するプロセスの状態を監視するととも
に、その監視結果に基づいてプラント機器群を制御して
プロセスの状態を正常に保つように構成されたプロセス
制御システムを備えている。このようなプロセス制御シ
ステムの一構成例を図４に示す。図４において、プロセ
ス制御システムは、監視装置１と、ｎ個（ｎは２以上の
自然数）のプロセス制御装置２と、これらを接続するネ
ットワーク３と、個々のプロセス制御装置２に接続され
たプラント機器群４とから構成されている。

【０００３】この場合、監視装置１は、ネットワーク３
を介して個々のプロセス制御装置２にリクエストを送信
し、プロセス条件の設定・変更やプロセスデータ収集を
行う。個々のプロセス制御装置２は、プロセス条件の設
定値と接続されたプラント機器群４から収集したプロセ
スデータに基づいて制御演算を行い、演算結果を制御デ
ータとしてプラント機器群４へ出力することにより、プ
ラント機器群４を制御してプロセスの状態を正常に保
つ。また、監視装置１からのリクエストに基づいてプロ
セス条件の設定・変更や監視装置１へのプラント機器群
４から収集したプロセスデータの報告を行う。

【０００４】このようなプロセス制御システムにおいて
は、実機を用いた現場での運用を始める前に、プロセス
制御システムを構成する個々のプロセス制御装置の動作
確認を行う必要がある。このため、従来は図５に示すよ
うに、監視装置１が接続されたネットワーク３に個々の
プロセス制御装置の制御プログラムが動作するプロセス
制御装置シミュレータ５をプロセス制御システムを構成
するプロセス制御装置の台数分、接続してプロセス制御
システムを模擬的に構成し、個々のプロセス制御装置の
制御プログラムの動作確認を行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来は、プロセス制御
装置ごとにシミュレータを用意する必要があったので、
多数のプロセス制御装置を用いる大規模プラントにおい
ては、プロセス制御装置の動作確認を行うための試験機
材、試験場所および試験人員を多く必要とするという問
題があった。本発明は、少数の試験機材でプロセス制御
システムを構成する個々のプロセス制御装置の動作確認
が可能なプロセス制御装置用のシミュレータを提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のプロセス制御装
置用シミュレータは、ネットワークを介して監視装置と
通信可能に接続されるとともに制御対象をそれぞれ制御
するｎ個（ｎは２以上の自然数）のプロセス制御装置の
制御プログラムを実行させ、ｎ個のプロセス制御装置を
有するプロセス制御システムの動作確認を行うプロセス
制御装置用シミュレータであって、上述した課題を解決
するために、プロセス制御装置の動作をそれぞれ制御す
るｎ個の制御プログラムを格納する第１の記憶手段と、
プロセス制御装置によって制御される制御対象の設定デ
ータを予め記録する第２の記憶手段と、第１の記憶手段
から制御プログラムをそれぞれ読み出して実行させ、第
２の記憶手段に記録された設定データを参照してプロセ
ス制御装置の動作をそれぞれ模擬するｎ個のプロセス制
御装置エミュレーション手段と、これらｎ個のプロセス
制御装置エミュレーション手段をネットワークに接続し
通信可能とするネットワークインタフェースとを備えた
ことによって特徴づけられる。

【０００７】この場合、ｎ個のプロセス制御装置エミュ
レーション手段は、ＩＰアドレスによって特定され、ネ
ットワークインタフェースは、プロセス制御装置エミュ
レーション手段を特定するＩＰアドレスをこれらプロセ
ス制御装置エミュレーション手段にそれぞれ対応するプ
ロセス制御装置に割り当てられたネットワーク上のＩＰ
アドレスのエイリアスとして処理する。これにより、個
々のプロセス制御装置エミュレーション手段は、プロセ
ス制御装置の制御プログラムに変更を加えることなく、
監視装置や他のプロセス制御装置エミュレーション手段
とのデータ通信を実現できる。

【０００８】また、本発明のプログラムは、ネットワー
クを介して監視装置と通信可能に接続されるとともに制
御対象をそれぞれ制御するｎ個のプロセス制御装置の制
御プログラムを実行させ、ｎ個のプロセス制御装置を有
するプロセス制御システムの動作確認を行うプロセス制
御装置用シミュレータとしてコンピュータを機能させる
プログラムであって、コンピュータを、プロセス制御装
置の動作をそれぞれ制御するｎ個の制御プログラムを格
納した第１の記憶手段から制御プログラムをそれぞれ読
み出して実行させ、第２の記憶手段に記録されたプロセ
ス制御装置によって制御される制御対象の設定データを
参照してプロセス制御装置の動作をそれぞれ模擬するｎ
個のプロセス制御装置エミュレーション手段と、これら
ｎ個のプロセス制御装置エミュレーション手段をネット
ワークに接続し通信可能とするネットワークインタフェ
ースとして機能させることによって特徴づけられる。ま
た、本発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、
前述したプログラムを記録したことによって特徴づけら
れる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に図を用いて発明の実施の形
態を説明する。図１は、このプロセス制御装置用シミュ
レータの第１の実施の形態を示すブロック図である。同
図において、プロセス制御装置用シミュレータ１０は、
制御プログラム格納部１１と、プラント機器データファ
イル１２と、ｎ個（ｎは２以上の自然数）のプロセス制
御装置エミュレーション部１３と、ネットワークインタ
フェース部１６とを備えている。また、このプロセス制
御装置用シミュレータ１０は、監視装置１が接続された
ネットワーク３に接続されている。

【００１０】ここで、制御プログラム格納部１１には、
図４で示したプロセス制御装置２の動作を制御する制御
プログラムがプロセス制御装置２の台数分記録されてい
る。この制御プログラムは、実際にプロセス制御装置へ
インストールされてプロセス制御装置を制御するアプリ
ケーションプログラムと同じものであり、ネットワーク
３を介して受信した監視装置１のリクエストを処理する
機能、所定の制御演算を行う機能および演算結果に基づ
いてプラント機器群４を制御する機能などを有する。ま
た、プラント機器データファイル１２には、図４で示し
たプラント機器群４を構成する個々のプラント機器の設
定データが記録されている。

【００１１】プロセス制御装置エミュレーション部１３
は、プロセス制御装置２を模擬し、プロセス制御装置２
を制御する制御プログラムの実行を可能としたプログラ
ム実行環境であり、制御プログラム格納部１１に記録さ
れた制御プログラムを読み出して実行させる。さらに、
プラント機器群４を構成する個々のプラント機器の動作
を模擬し、プロセス制御装置２がプラント機器群４との
間でやりとりする各種データをこの制御プログラムとの
間で入出力する。この場合、プロセス制御装置エミュレ
ーション部１３は、制御プログラムが実行されると、プ
ラント機器データファイル１２を参照して対応するプラ
ント機器の設定データに基づいて、個々のプラント機器
に対するコマンドや演算結果などの制御データを出力す
る。

【００１２】ネットワークインタフェース部１６は、監
視装置１およびｎ個のプロセス制御装置エミュレーショ
ン部１３を相互に通信可能とする機能を有する。この場
合、ネットワークインタフェース部１６は、実際に使用
するｎ個のプロセス制御装置２の各々に対応するＩＰア
ドレスをエイリアスとしてｎ個のプロセス制御装置エミ
ュレーション部１３の各々に割り当てて定義したデータ
テーブル（図示せず）を備えており、このデータテーブ
ルに記載されたＩＰアドレスに基づいてデータ転送を行
う。なお、エイリアスの実現手段は、周知の技術である
から説明を省略する。

【００１３】次に、このプロセス制御装置用シミュレー
タの動作について説明する。このプロセス制御装置用シ
ミュレータは、ｎ個のプロセス制御装置エミュレーショ
ン部１３がそれぞれ独立して並列に動作し、対応するプ
ロセス制御装置２の動作を模擬することにより、試験担
当者がプロセス制御システムにおける個々のプロセス制
御装置２を制御する制御プログラムの動作確認を１台の
シミュレータで行うことを可能とするものである。この
場合、各プロセス制御装置エミュレーション部１３は、
制御プログラム格納部１１から対応するプロセス制御装
置２の制御プログラムを読み出して実行するとともに、
プラント機器データファイル１２を参照して対応するプ
ロセス制御装置２に接続されたプラント機器群４の動作
を模擬し、制御プログラムの実行に伴う監視装置１やプ
ラント機器群４とのデータの入出力を行う。

【００１４】また、ネットワークインタフェース部１６
が制御プログラムの実行に伴い監視装置１や他のプロセ
ス制御装置２との間でかわされるメッセージの送受信を
処理する。この場合、ネットワークインタフェース部１
６は、実際のプロセス制御装置２と同じＩＰアドレスを
エイリアスとして処理することにより、監視装置１から
各々のプロセス制御装置２に送られたメッセージを受信
し、対応するプロセス制御装置エミュレーション部１３
へ転送する。また、各々のプロセス制御装置エミュレー
ション部１３から出力された監視装置１へ送られるべき
メッセージをネットワーク３へ出力し、他のプロセス制
御装置２へ送られるべきメッセージをネットワーク３に
出力することなく対応するプロセス制御装置エミュレー
ション部１３へ転送する。

【００１５】このプロセス制御装置用シミュレータ１０
は、通常のプロセス制御装置同様、監視装置１において
データを表示したり入力したりできるので、動作中に試
験担当者が表示されたデータを参照し、データ入力を行
うことにより、その入力されたデータでプラント機器群
４の動作を模擬するために用いられるプラント機器デー
タファイル１２を書き換えることができる。これによ
り、試験担当者は、個々のプロセス制御装置２について
プラント機器群４の応答の仕方が異なるときの制御プロ
グラムの動作状態を確認することができる。

【００１６】次に、このプロセス制御装置用シミュレー
タ１０のハードウェア構成について説明する。図２は、
プロセス制御装置用シミュレータ１０のハードウェア構
成を示すブロック図である。このプロセス制御装置用シ
ミュレータ１０は、演算処理装置（ＣＰＵ）２１と主記
憶メモリ２２と外部記憶装置２３とＬＡＮインタフェー
ス２４とこれらを接続するバス２６とからなるコンピュ
ータであり、ＬＡＮインタフェース２４がネットワーク
に接続されている。

【００１７】この実施の形態のプロセス制御装置用シミ
ュレータ１０は、ハードウェアとしてＬＡＮインタフェ
ース２４用にイーサネット（Ｒ）基板を備えた市販のパ
ーソナルコンピュータを用いている。このパーソナルコ
ンピュータは、外部記憶装置２３としてハードディスク
ドライブを備えており、このハードディスクドライブに
は、リアルタイムでマルチタスク処理の可能なオペレー
ティングシステム（ＯＳ）が格納されている。この場
合、ＣＰＵ２１は、起動時にハードディスクからＯＳを
読み出して主記憶メモリ２２上に展開し、以後の処理を
ＯＳの管理下で行う。これにより、ＣＰＵ２１は複数の
プログラムを同時に実行する。

【００１８】このような構成において、制御プログラム
格納部１１は、外部記憶装置２３により実現され、プラ
ント機器データファイル１２は、外部記憶装置２３に格
納されたプラント機器データファイル１２のオリジナル
ファイルが主記憶メモリ２２上にコピーされて実現され
る。プロセス制御装置エミュレーション部１３は、外部
記憶装置２３に格納されたプロセス制御装置２とプラン
ト機器群４とを模擬するエミュレーションプログラム
が、主記憶メモリ２２上のｎ個の領域にコピーされ、Ｏ
Ｓの管理下でＣＰＵ２１により個別に並列実行されるこ
とにより実現される。

【００１９】ネットワークインタフェース部１６は、外
部記憶装置２３に格納されたネットワークインタフェー
ス部１６の機能を実現するプログラムが主記憶メモリ２
２上にコピーされ、ＯＳの管理下でＣＰＵ２１により他
のプログラムと並列に実行され、ＬＡＮインタフェース
２４を制御してメッセージの送受信を行うことにより実
現される。

【００２０】以上説明したように、この実施の形態によ
れば、ｎ個のプロセス制御装置２がネットワーク３を介
して監視装置１に接続されたプロセス制御システムにお
いて、個々のプロセス制御装置２の動作確認を１台のコ
ンピュータで行うことができるので、試験機材、試験場
所および試験人員を最小限に抑えることができるという
効果が得られる。また、プロセス制御装置２の制御プロ
グラム動作確認中にプラント機器群４の設定データを変
更することができるので、実機では危険を伴う様々な状
態における制御プログラムの動作を確認することが可能
となり、制御プログラムの品質を向上することができ
る。

【００２１】また、本発明の第１の実施の形態では、個
々のプロセス制御装置２の動作確認を行うコンピュータ
を監視装置１とは別で１台用意する場合について説明し
たが、このプロセス制御装置用シミュレータの機能を実
現させるプログラムを監視装置１にインストールすれ
ば、監視装置１と個々のプロセス制御装置２の動作確認
を１台のコンピュータで行うことも可能である。これを
本発明の第２の実施の形態とし、それについて説明す
る。図３は、プロセス制御装置用シミュレータの第２の
実施の形態を示すブロック図である。同図において図１
と同符号は、図１と同様の機能ブロックを示すものであ
るから説明を省略する。

【００２２】図３において、監視装置１ａは、図１で示
した監視装置１の機能を実現させる監視機能部１４と、
同じく図１で示したプロセス制御装置用シミュレータ１
０の機能を実現させるプロセス制御装置用シミュレータ
部１０ａとを有しており、監視機能部１４とｎ個のプロ
セス制御装置エミュレーション部１３は、それぞれネッ
トワークインタフェース部１６を介してメッセージの送
受信を行うように構成されている。このような構成にお
いて、監視機能部１４とｎ個のプロセス制御装置エミュ
レーション部１３は、それぞれＩＰアドレスによって特
定されており、ネットワークインタフェース部１６がこ
れらのＩＰアドレスを、それぞれ対応する実際の監視装
置１やプロセス制御装置２に割り当てられたネットワー
ク３上のＩＰアドレスのエイリアスとして処理する。

【００２３】これにより、監視機能部１４から出力され
た監視装置１から各々のプロセス制御装置２へ送られる
べきメッセージがネットワーク３に出力されることなく
対応するプロセス制御装置エミュレーション部１３へ転
送される。また、各々のプロセス制御装置エミュレーシ
ョン部１３から出力されたプロセス制御装置２から監視
装置１へ送られるべきメッセージがネットワーク３に出
力されることなく、監視機能部１４へ転送される。さら
に、各々のプロセス制御装置エミュレーション部１３か
ら出力されたプロセス制御装置２から他のプロセス制御
装置２へ送られるべきメッセージがネットワーク３に出
力されることなく対応するプロセス制御装置エミュレー
ション部１３へ転送される。

【００２４】この実施の形態における監視装置１ａは、
図２で示した構成を有するコンピュータであり、外部記
憶装置２３には、図１で示した監視装置１の機能を実現
させるプログラムと、第１の実施の形態で説明した、リ
アルタイムでマルチタスク処理の可能なＯＳ、プロセス
制御装置２とプラント機器群４とを模擬するエミュレー
ションプログラム、ネットワークインタフェース部１６
の機能を実現するプログラム、ｎ個のプロセス制御装置
２に対応するｎ個の制御プログラムおよびプラント機器
データファイル１２とが格納されている。

【００２５】このような構成において、ＯＳの管理下
で、監視装置１の機能を実現させるプログラムと、プロ
セス制御装置２とプラント機器群４とを模擬するｎ個の
エミュレーションプログラムと、ネットワークインタフ
ェース部１６の機能を実現するプログラムとがＣＰＵ２
１により個別に並列実行されることにより、監視機能部
１４とｎ個のプロセス制御装置エミュレーション部１３
とネットワークインタフェース部１６とが実現されるの
で、１台のコンピュータ上で監視装置１と個々のプロセ
ス制御装置２の動作確認が可能となる。これら各部の動
作は、第１の実施の形態と同じであるので、説明を省略
する。

【００２６】以上説明したように、この実施の形態によ
れば、ｎ個のプロセス制御装置２がネットワーク３を介
して監視装置１に接続されたプロセス制御システムにお
いて、監視装置１および個々のプロセス制御装置２の動
作確認を１台のコンピュータで行うことができるので、
試験機材、試験場所および試験人員を最小限に抑えるこ
とができるという効果が得られる。また、プロセス制御
装置２の制御プログラム動作確認中にプラント機器群４
の設定データを変更することができるので、実機では危
険を伴う様々な状態における制御プログラムの動作を確
認することが可能となり、制御プログラムの品質を向上
することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるプ
ロセス制御装置用シミュレータは、プロセス制御装置の
動作をそれぞれ制御するｎ個の制御プログラムを格納す
る第１の記憶手段と、プロセス制御装置によって制御さ
れる制御対象の設定データを予め記録する第２の記憶手
段と、第１の記憶手段から制御プログラムをそれぞれ読
み出して実行させ、第２の記憶手段に記録された設定デ
ータを参照してプロセス制御装置の動作をそれぞれ模擬
するｎ個のプロセス制御装置エミュレーション手段と、
これらｎ個のプロセス制御装置エミュレーション手段を
ネットワークに接続し通信可能とするネットワークイン
タフェースとを備えたので、個々のプロセス制御装置の
動作確認を１台のシミュレータで行うことが可能であ
り、試験機材、試験場所および試験人員を最小限に抑え
ることができるという効果が得られる。

【００２８】また、ｎ個のプロセス制御装置エミュレー
ション手段は、ＩＰアドレスによって特定され、ネット
ワークインタフェースは、プロセス制御装置エミュレー
ション手段を特定するＩＰアドレスをこれらプロセス制
御装置エミュレーション手段にそれぞれ対応するプロセ
ス制御装置に割り当てられたネットワーク上のＩＰアド
レスのエイリアスとして処理するので、実機に用いる制
御プログラムに変更を加えることなくデータ通信が可能
となり、実際の監視装置と各プロセス制御装置間や、各
プロセス制御装置どうしの通信テストも行うことができ
るため、動作確認後の実機展開時での効率が向上すると
ともにプログラム変更時のミスをなくすことができると
いう効果が得られる。

【００２９】また、本発明のプログラムによれば、コン
ピュータを、プロセス制御装置の動作をそれぞれ制御す
るｎ個の制御プログラムを格納した第１の記憶手段から
制御プログラムをそれぞれ読み出して実行させ、第２の
記憶手段に記録されたプロセス制御装置によって制御さ
れる制御対象の設定データを参照してプロセス制御装置
の動作をそれぞれ模擬するｎ個のプロセス制御装置エミ
ュレーション手段と、これらｎ個のプロセス制御装置エ
ミュレーション手段をネットワークに接続し通信可能と
するネットワークインタフェースとして機能させること
ができるので、監視装置および個々のプロセス制御装置
の動作確認を１台のコンピュータで行うことが可能であ
り、試験機材、試験場所および試験人員を最小限に抑え
ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 プロセス制御装置用シミュレータの第１の実
施の形態を示すブロック図である。

【図２】 図１のプロセス制御装置用シミュレータのハ
ードウェア構成を示すブロック図である。

【図３】 プロセス制御装置用シミュレータの第２の実
施の形態を示すブロック図である。

【図４】 プロセス制御システムの一構成例を示すブロ
ック図である。

【図５】 従来のプロセス制御装置の動作確認方式を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１，１ａ…監視装置、２…プロセス制御装置、３…ネッ
トワーク、４…プラント機器群、５…プロセス制御装置
シミュレータ、１０，１０ａ…プロセス制御装置用シミ
ュレータ、１１…制御プログラム格納部、１２…プラン
ト機器データファイル、１３…プロセス制御装置エミュ
レーション部、１４…監視機能部、１６…ネットワーク
インタフェース部、２１…演算処理装置（ＣＰＵ）、２
２…主記憶メモリ、２３…外部記憶装置、２４…ＬＡＮ
インタフェース、２６…バス。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ネットワークを介して監視装置と通信可
   能に接続されるとともに制御対象をそれぞれ制御するｎ
   個（ｎは２以上の自然数）のプロセス制御装置の制御プ
   ログラムを実行させ、前記ｎ個のプロセス制御装置を有
   するプロセス制御システムの動作確認を行うプロセス制
   御装置用シミュレータであって、 前記プロセス制御装置の動作をそれぞれ制御するｎ個の
   制御プログラムを格納する第１の記憶手段と、 前記プロセス制御装置によって制御される前記制御対象
   の設定データを予め記録する第２の記憶手段と、 前記第１の記憶手段から前記制御プログラムをそれぞれ
   読み出して実行させ、前記第２の記憶手段に記録された
   前記設定データを参照して前記プロセス制御装置の動作
   をそれぞれ模擬するｎ個のプロセス制御装置エミュレー
   ション手段と、 これらｎ個のプロセス制御装置エミュレーション手段を
   ネットワークに接続し通信可能とするネットワークイン
   タフェースとを備えたことを特徴とするプロセス制御装
   置用シミュレータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプロセス制御装置用シミ
   ュレータにおいて、 前記ｎ個のプロセス制御装置エミュレーション手段は、
   ＩＰアドレスによって特定され、 前記ネットワークインタフェースは、前記プロセス制御
   装置エミュレーション手段を特定する前記ＩＰアドレス
   をこれらプロセス制御装置エミュレーション手段にそれ
   ぞれ対応する前記プロセス制御装置に割り当てられた前
   記ネットワーク上のＩＰアドレスのエイリアスとして処
   理することを特徴とするプロセス制御装置用シミュレー
   タ。
3. 【請求項３】 ネットワークを介して監視装置と通信可
   能に接続されるとともに制御対象をそれぞれ制御するｎ
   個のプロセス制御装置の制御プログラムを実行させ、前
   記ｎ個のプロセス制御装置を有するプロセス制御システ
   ムの動作確認を行うプロセス制御装置用シミュレータと
   してコンピュータを機能させるプログラムであって、 前記コンピュータを、 前記プロセス制御装置の動作をそれぞれ制御するｎ個の
   制御プログラムを格納した第１の記憶手段から前記制御
   プログラムをそれぞれ読み出して実行させ、第２の記憶
   手段に記録された前記プロセス制御装置によって制御さ
   れる前記制御対象の設定データを参照して前記プロセス
   制御装置の動作をそれぞれ模擬するｎ個のプロセス制御
   装置エミュレーション手段と、 これらｎ個のプロセス制御装置エミュレーション手段を
   ネットワークに接続し通信可能とするネットワークイン
   タフェースとして機能させることを特徴とするプログラ
   ム。
4. 【請求項４】 請求項３に記載されたプログラムを記録
   したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。