JP2003528372A - 制御システムのシミュレーション、試験、およびオペレータ訓練 - Google Patents
制御システムのシミュレーション、試験、およびオペレータ訓練Info
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Abstract
Description
99号、国際出願第PCT/US00/07962号の優先権を主張し、またそ
の出願の各々をその全体を引用して本明細書に組み入れるものである。
ムである。
分散型制御システム)とを組み入れた制御システムは、代表的には特に、温度、
流量、高さ、放射線、光、運動、圧力を感知するために使われる、また油圧装置
、バルブ、光、電動機といったアクチュエータを駆動するために使われる出力を
発生させる際に使われるようなセンサーから発生する入力を受け入れることによ
って現実世界のプロセスを制御するために使用されることが多い。制御システム
はしばしば、制御コンポーネントとインタフェースコンポーネントとを有してい
ると見ることができ、その一方、または両方のコンポーネントはハードウエアと
ソフトウエア両方のサブコンポーネントを有する。こうしてPLCベースの装置
は、(a)センサーからの信号を受け入れてこれらの信号をPLCにとって受容
可能な形に変換し、また(b)PLCからの出力を受け入れてこれらの出力をア
クチュエータへの入力として適当な信号に変換するインタフェースコンポーネン
ト(「入出力インタフェース」)を持つ制御コンポーネント(「コントローラ」
)として埋め込まれたソフトウエアを有するディジタルPLCを利用することが
ある。このようなシステムでは、コントローラと入出力インタフェースはしばし
ば、通信信号と制御信号とがコントローラと入出力インタフェースとの間で転送
可能になるように一つ以上の経路(「コントローラ−入出力通信チャネル)によ
って接続される。同様に、入出力インタフェースは、制御システムがその動作環
境内に設置された後に、制御システムがその入力を受け取るコンポーネントと、
制御システムがその出力を差し向けるコンポーネントとに一つ以上の電気経路(
「フィールド配線」)を介して接続されており、この入出力インタフェースは、
入出力インタフェースとフィールド配線との接続を容易にする複数のコネクタ(
「フィールド入出力コネクタ」)を備えている。多くの制御システムはまた、制
御システムとのオペレータ対話を容易にするためのハードウエアおよび/または
ソフトウエアを含む人間・機械インタフェース(HMI)コンポーネントをも組
み入れているであろう。図1は、HMI910、コントローラ920、入出力イ
ンタフェース930、HMI−コントローラ通信チャネル940、コントローラ
−入出力通信チャネル950、フィールド配線960およびセンサー/アクチュ
エータコンポーネント970を有するこのような従来技術の制御システム900
を示している。ある幾つかの事例では、HMI910はウィンドウズ(登録商標
)系のオペレーティングシステムと、制御システム900とのオペレータ対話を
容易にするように設計されたアプリケーションとを走らせる汎用コンピュータで
あり、HMI−コントローラ通信チャネル940とコントローラ−入出力通信チ
ャネル950は、HMI910とコントローラ920と入出力インタフェース9
30とを互いに接続するローカルエリアネットワークの使用によって実現される
であろう。このような構成は、各々がネットワークハブ980に接続されたHM
I910とコントローラ920と入出力インタフェース930とを持つ図2の従
来技術に示されている。
委託された開発者が、この開発の完了前にこのプラントが満足させなくてはなら
ない一組の要件を与えられるということは、開発プロジェクトではよくあること
である。これは特に、プラント運用に決定的な役割を演じるプラント制御システ
ムにとって当てはまることである。開発の種々の段階で、プラント制御システム
が完全な程度にまで、開発者に課せられた要件を満たし続けるかどうかを判定す
るために受け入れ試験が実施される。受入試験中は一般に、確定した要件が満足
されたか否かを示すように、試験中に取られるアクションとこのようなアクショ
ンの結果とを特定の要件に結び付けることが望ましい。
の満足を検証することは、退屈で時間を要し、誤りを招き易いものである。制御
システムを試験する幾つもの方法と装置とが知られているが、これらは一般に、
ある幾つかの状況ではより適切であるが他の場合にはより不適切である個別の利
点と弱点とを有している。制御システムを試験するための大多数の方法と装置の
主要な弱点は、要件の満足度を適切に検証できないことである。これは少なくと
も部分的には、制御システムが一旦プラントに設置されると、コントローラはラ
ボ環境で可能なほどの完全で厳格な試験を受けることができないという事実によ
る可能性がある。他の可能な要因は、多量の試験結果を要件に相関させる際の困
難さである。したがって試験の生成と要件の検証プロセスを改善する継続的な必
要性が存在するのである。
用するようにオペレータを訓練することは、費用効率の高い仕方で達成するのに
困難なことがある。「本物の」システム(すなわち操業中のプラントに既に設置
されているシステム)でのオペレータの訓練は、プラントへの損傷、材料の浪費
の危険があり、一般には訓練中、プラントを停止するか、最大能力より小さい能
力で運転する必要があるので、好ましい方法ではない。
。このようなシミュレータは存在するが、一般に模型環境に大きな投資とこれら
を組み立てることのできる専用のスペースとを必要とする大規模な模型(すなわ
ちプラントの少なくとも一部の物理モデル/改造物)上で実施されてきた。また
模型をプラント変更と同期させ続けることは、しばしば困難でもあり、また費用
がかかる。更に訓練費用は、オペレータが訓練のために離れた場所に出張しなく
てはならない場合には、実質的に増加する傾向がある。単一の大規模模型と類似
プラントのオペレータを訓練するための訓練スタッフとを利用する方が各プラン
トごとに大規模模型と訓練スタッフを持つよりは(大規模模型の使用が費用の点
で効果的であるのと同じ位に)費用効率が高いことが多いので、このような出張
はしばしば必要である。
性なしにオペレータがプラント制御システムを操作することの訓練をうけること
を可能にする改良された訓練システムに関する継続的な必要性が存在している。
タの訓練を容易にする方法と装置とが提供される。
−入出力通信チャネルとフィールド入出力コネクタの両者を介して信号を送受信
することによって試験システムが制御システムと通信してこれを駆動することを
可能にする。本質的に、試験システムは、制御すべきプラントをシミュレートす
るためと、制御システムコントローラと、場合によっては制御システム入出力イ
ンタフェースとの内部状態を監視し、検証し、および/または修正するためとの
両方に使われる。プラントシミュレーションは、その動作環境に設置されたとき
に制御システムが接続される(またしたがってプラントが処理する)入出力装置
をシミュレートすることによって遂行される。入出力装置のシミュレーションに
加えて、試験システムは、制御システムのコントローラと入出力インタフェース
とに命令を与えたり、それらから情報を取得したりできるこのような通信能力を
使用することによって、多くの一般に使われているコントローラと入出力インタ
フェースとが他の装置と通信できるという利点を利用している。
論理コントローラ(PLC)/人間・機械インタフェース(HMI)または分散
型制御システム(DCS)に関する機能要件の入力を容易にするための一組のソ
フトウエアデータテーブルとユーザ画面とからなる要件データベース・試験ジェ
ネレータ(「RDTG」)を利用する。RDTGは、機能的ならびにフィールド
試験のための試験も生成できる。
れて、シミュレートされたプラント操作の実行を可能にするソフトウエアおよび
/またはハードウエアシミュレータに結合される。好適な実施例では、HMIの
複製されたビジュアル部分は、オーディオやビデオクリップといった視聴覚訓練
用補助器具によって補完されるであろう。種々の実施例はまた、オペレータの動
作を所望の目標および/または他の要件と比較する能力を含むであろう。
ムからの出力を記録し、記録した出力を予想値と比較し、そして報告のためにそ
の比較結果を記録するように、試験すべき制御システムをシミュレートされた入
出力装置に接続し、またシミュレートされた入出力装置を制御して監視するため
の効果的な手法を提供するであろうということが意図されている。
グラム可能な論理コントローラ/人間・機械インタフェース)とDCS(分散型
制御システム)の設置とテスト実施のための効果的な手法を提供するであろうと
いうことも意図されている。
設置されたときに、制御システムの動作を検証するための効果的な機構を提供す
るであろうことも意図されている。このような検証は、要件と、これらの要件の
満足度を検証するために使用される試験と、これらの検証試験の結果との間の関
係を示す自動作成された報告の使用を含むことが意図されている。
ータのオンサイト/プラント訓練を容易にするであろうことも意図されている。
表している付属図面により、本発明の好適な実施の下記の詳細な説明から更に明
らかになるであろう。
力シミュレータ120とを含み、また、ネットワークハブ180を含んでいても
よい。図4を参照すれば、試験システム100は、配線ハーネス150を介して
入出力シミュレータ120を入出力インタフェース930に接続することによっ
て、および/または入出力シミュレータ120とコンフィギュレータ110とを
制御システム(「CS」)900のコントローラ−入出力ネットワークに接続す
ることによって、制御システム(「CS」)900に接続できる。
960を介して目標CS900に接続されるであろう入力装置/センサー971
、973と出力装置/アクチュエータ974、976とをシミュレートするよう
に、配線ハーネス150を使って入出力インタフェース930との入出力信号の
送受信を行う。試験システム100は、CSとのネットワーク接続を使って、入
出力インタフェース930とHMI910とPLC920とからレジスタ・状態
情報を取得する。入出力インタフェース930とHMI910とPLC920の
内部状態とそれらの間のデータフローを監視することによって、試験システム1
00は、目標CS900の特定のサブシステムで発生するような、試験中に目標
CS900内で発生する可能性のある如何なる問題も更によく分離することがで
きる。必要であれば、入出力インタフェース930とHMI910とPLC90
0の中のいずれも、更に一般的なシナリオになりそうな組合せてではなく、独立
して試験および/または監視することができる。試験システム100が目標CS
900に接続される仕方はまた、試験システム100が多数の入出力チャネルお
よび/または目標CS900のサブシステムを同時に試験することを可能にする
。
標CS900の入出力に写像することとを自動的に行うことを可能にする情報を
取得するために、コントローラ−入出力ネットワークへの接続を利用して目標C
S900に問い合わせることによって自動的に初期設定される。試験システム1
00は、このような自動初期設定を行うに際して既知の制御システムのハードウ
エアおよびソフトウエアのコンポーネントの特性を含む知識ベースを組み入れて
いる。知識ベースは、試験システム100がセンサーおよびアクチュエータとい
ったコンポーネントを更によくシミュレートすることを可能にし、このようなコ
ンポーネントに接続される目標システムのために自動的試験生成を可能にするた
めに、このような標準のコンポーネントの数学モデルを含むように拡張できるこ
とが意図されている。
ントをシミュレートすることによって目標CS900の開発とオフサイト試験と
に有利であるように意図されている。もし単一の試験システム100の容量がプ
ラント全体をシミュレートするのに不十分であれば、シミュレーションを達成す
るために多数の試験システム100を使うことができる。このような試験システ
ム100の組合せは、多数のHMI110装置の利用、または単一のHMI11
0の共用を可能にする。試験システム100はまた、試験システム100が目標
CS900と協同して使用されるときに、目標CS900の操作時の要員のオフ
サイト訓練のために有利であることも意図されている。試験システム100のこ
のようなオフサイト使用は、特にフィールド設置前にすべての目標CS900入
力と結果の出力の完全な試験を用意するように意図されている。
部だけか何れかにおいて試験システム100を使用することから利益を得るよう
に意図されている。一旦、目標CS900がその運用環境に設置されると、コン
フィギュレータ110は、試験・検証ツールとして使用可能になる。コンフィギ
ュレータ110は、もし続けて行なえば、目標CS900の試験の所望のレベル
を得る段階的命令を現場試験者に与えることができる。そうすることによって、
コンフィギュレータ110は、この現場試験者を介して試験プロセスを本質的に
制御する。試験の種々の部分の完了時に現場試験者からフィードバックを要求す
ることによって、要求されたレベルの試験が完了したという保証を与えるように
、実施された試験のステップと試験者の応答とを含む試験報告書を作成すること
ができる。こうして、このような「制御された」試験は、反復可能な、妥当性が
確認され、検証された試験の実施方法を提供する。コンフィギュレータ110を
使って、このような試験の結果を記録し、目標CS900の現在状態と目標CS
900が接続されているフィールド配線とに関してフィードバックを与える報告
書を現場で生成することもできる。
00は、「本物の」入力が目標CS900をしてシミュレートされたアクチュエ
ータコンポーネントを制御させることを可能にするように、あるいはシミュレー
トされた入力を使って目標CS900に「本物の」アクチュエータコンポーネン
トを制御させるように、あるいは所望にしたがって本物とシミュレーションの入
出力を混合して整合させるように、目標CS900の選択された入出力と交換す
ることができる。コンフィギュレータ110が試験時に試験システム100の残
余部分になお取り付けられている場合、また試験システム100が試験時に目標
CS900に接続されている場合、コンフィギュレータ110は、目標CS90
0との直接対話と試験オペレータとの両者を介して、前述のように試験プロセス
を制御できる。
C(「PC」)といった汎用コンピュータであると考えられる。可搬性は、設置
された目標CS900のオンサイト試験をサポートするためにHMI110の現
場への輸送を容易にするので、特に望ましい。HMI110は、警報応答(中立
帯を含む)、ループ、論理の試験と、HMI読取り、トレンドグラフ、警報、報
告、システム要件などの報告とを可能にするソフトウエアを組み入れるように考
えられている。試験結果は、テキストとしての日時刻印データ、グラフ、および
促された質問への試験者応答の形で格納される。
(「GUI」)をサポートし得るマルチタスク・オペレーティング・システム、
好適にはWindows(登録商標)NTTMと、関係データベース・システム
(好適にはMicrosoft AccessTM)と、入出力シミュレータ・
モジュール120を制御し目標CS900を試験するためのソフトウエアとを含
む。HMI110はまた好ましくは、しばしばTCP/IP系のEtherne
t(登録商標)ネットワークであるコントローラ−入出力ネットワークへの接続
のためのEthernet(登録商標)ネットワーク・インタフェース・カード
を含んでいる。また試験システム100のHMI110は、オンサイト検証ツー
ルとして独立に使用可能であるように試験システム100の残余部分から取外し
可能であることが好ましい。
、試験システム100の操作に有用であるばかりでなく、取外し可能な検証ツー
ルおよび/または訓練ツールとしても有用である。HMI/コンフィギュレータ
110は、訓練および/または検証機能の実行を可能にするために必要なソフト
ウエアと一つ以上のデータベースとを備えている。このような機能は中でも、オ
ペレータにログインを要求することによってアクセスを制御する能力と、特定の
機能をシミュレートしてセンサーの入力範囲全体に対して応答する目標CSの性
能を試験する能力と、目標CSのHMIを使ってオペレータに操作を実行するよ
うに促す能力と、このような試験がオペレータによる手動操作を必要としないと
きに、目標CSに対して試験を自動的に実行する能力とを含んでいる可能性があ
る。
らなる多数の試験を記憶し、実行する能力を有することがありうる。ある特定の
試験またはある特定の一連の試験ステップを実行するに際して、コンフィギュレ
ータは、オペレータによる手動介入が必要とされるときは何時でも、目標CS上
で機能を実行するようにオペレータを促すであろうが、このような手動介入を必
要としない試験ステップに対しては自動的に(すなわちオペレータ動作なしに)
遂行するであろう。こうして、ポンプを試験するために、コンフィギュレータは
、オペレータに対してポンプを起動するように促し、オペレータがポンプを起動
したことをコンフィギュレータに示した後に、コンフィギュレータは、オペレー
タが肯定的、否定的いずれにでも応答できる「ポンプのインジケータ・ランプは
点灯したか?」といったポンプの正しい動作を検証するための質問を行うであろ
う。もし否定的であれば、コンフィギュレータは、実際に目標CSによるどんな
応答が見られたかに関してコメントを入力するようにオペレータを促すであろう
。他のステップで、コンフィギュレータは、シミュレートされたイベントを生成
することができ、イベントに対して、目標CSはコンフィギュレータによって検
出可能な自動応答を有しており、シミュレータはそれらのイベントを単にシミュ
レートして目標CSの応答を監視するであろう。一例として、もし電源の電圧レ
ベルが閾値を超えた場合、目標CSは電源を遮断するように要求される可能性が
ある。このような試験は、目標CSに過電圧信号を送り、目標CSの応答を監視
して電源遮断信号が送られたかどうかを見ることによって、試験シーケンス内の
適当な時点でシミュレータによって実行されるであろう。オペレータ応答である
か、自動的に監視されたイベント/値であるか何れにせよ、試験結果も、実際の
目標CS応答を予想結果と比較する例外報告が生成できるように、一つ以上のデ
ータベースに格納される。
して試験ステップを実行する試験機能との拡張可能なライブラリを備えるであろ
う。試験と試験パラメータとを格納するためにデータベーステーブルを利用する
ことは、試験者が新しい試験および/または試験シナリオを追加することを可能
にし、また既存の試験用のパラメータを修正することを可能にする。このような
拡張可能なライブラリと動的更新は、遙かに丈夫で柔軟なシステムのために役立
つ。
ド、試験の開始、試験者の応答とコメントの捕捉、報告の作成を備えている。試
験データベースは、試験事例、試験比較に関する予想結果、例外生成を含んでい
る。全体的試験プランナーデータベースは、試験イベントのシーケンスを構成す
る。試験データベースは要件データベースから導出されるので、システム所有者
は、厳密な構成制御と追跡可能な要件試験とに確信が持てる。
論理コントローラ(PLC)/人間・機械インタフェース(HMI)、または分
散型制御システム(DCS)システムのためのデータベースフォーマットによる
完全な機能要件の入力と保守とを容易にする一組のソフトウエアデータテーブル
とユーザ画面とから構成される。RDTGはまた、その全体が引用によってここ
に組み入れられている米国仮出願第60/126060号(「試験システム」)
に記載されているシミュレータシステムによる使用のための機能的なフィールド
試験用試験を生成する。
る情報を含んでいる。これらのデータテーブル内の情報は、システム要件の記述
(DSR)とも呼ばれる要件定義時に収集され、またアーキテクチャ、タグ、ネ
ットワーク化、ループ(例えばPID等)、警報、計器示度、動向や一般要件等
を含む、システムのすべての態様に関する情報を有している。この情報は、タグ
ベースセクション(数値データ)、テストベースセクション(QTP、ATPに
関する記述データ)、予想結果セクションに格納される。要件は、テキスト、図
形、音響を含む如何なるマルチメディアフォーマットにでも格納および/または
表現される。開発者によるシステムの実現は、この要求されるシステム機能セッ
トを介して管理される。
前定義の試験、フィールド出荷前/オフサイト試験とフィールドでの/オンサイ
ト試験(例えばPLC、HMI、配線、フィールド接続、ループ、論理、器具や
制御要素など)のための試験システム用試験事例データテーブルとを自動的に生
成するであろう。これは、すべての要件、これらの要件の試験とこのシステムに
関する如何なる変更も、電子的試験、文書と結果とを用いて信頼度の高い製品を
保証するために「厳密」に保持されることを保証している。RDTGはまた、試
験システムによる要件の迅速な更新とすべての変更の再確認とのためにも使用で
きる。試験システムの試験エンジンは、これらのRDTGによる事前定義試験と
試験事例データテーブルとを利用して適当なシーケンス毎に試験を実行し、合格
、不合格の結果を自動的に報告する。これは、目標とする制御システムの構成と
プログラミングとを検証する。
される。第1のレベルは、必要に応じた開発中のシステムの点検である。第2の
レベルは、機能試験、あるいは認定試験手順(QTP)である。QTPでは、ク
ライアントによってDSR(RDTGデータテーブルに要約された)に明示され
た要件に関して、システムの機能がテストシステムによって徹底的に検査される
。試験システムによって実施される試験の第3のレベルは、QTP試験済みのシ
ステムが現場に設置されたときに行われる受入れ試験手順(あるいはATP)に
よるものであって、第2のセットのRDTG構成のデータテーブル毎に試験され
る。如何なる試験例外も、不合格試験に対する再試験とすべての記載された事前
に必要な試験とを誘発する。
値とに関するブーリアン表現形式の)のための完全な機能要件データベースの提
供、(2)機能要件データベースから出荷前と現場での試験(例えばPLC、H
MI、配線、フィールド接続やループ)のために試験システム用の試験データベ
ースの生成を含むが、これらに限定されない多くの利点を提供する。RDTGに
試験データベースを生成させることによって、要件、これらの要件の試験とこの
システムに関するすべての変更とが電子的試験、文書と結果によって信頼度の高
い製品を保証するために「厳密」に保持されるという、より高いレベルの保証が
存在しており、これは、(3)要件文書、ユーザマニュアル、操作手順、器具デ
ータシート、器具インデックス、器具ループ図、確認報告と例外、合格報告を含
む試験報告を含む文書の自動生成を提供する。このシステムは、要件の迅速な更
新、すべての変更の再確認と、関連するシステム文書の即時更新とのために使用
可能であり、それによって自動的構成制御を提供する。
入出力信号を正しく伝送する限り、殆ど如何なる形でも取り得る。しかしながら
、配線ハーネス150は目標CS900と試験システム100との接続を容易に
し、またその動作環境で目標CS900が接続されるフィールド配線のシミュレ
ーションを容易にするように選択されることが好ましい。数個の異なる配線ハー
ネスが試験システム100とある特定のタイプの目標CS900との接続を容易
にするように設計された各ハーネスを有する試験システム100に含まれ得るこ
とが考えられる。このような予め構成されたハーネスを含むことは、Allen
−Bradley PLC−5コントローラまたはSiemens S7コント
ローラといった種々の標準的制御システムの試験に試験システム100の使用を
容易にすると考えられる。
たは一部の代わりに接続されるときに、(1)新しいシナリオに対する反応のた
めの既存論理の試験、(2)新しい論理の動作試験、(3)a)オペレータの準
備状況を採点して検証し、b)不十分な訓練分野を識別し、c)チーム全体とし
ての操作の準備状況を保証するように、運用活動に先立つプロセスオペレータの
訓練、(4)プラントの実際のセンサーとアクチュエータの代わりに試験システ
ム100を接続することによって運用施設使用時のプロセスオペレータの訓練、
(5)配線およびその他のフィールド関連問題のフィールド障害排除を含むが、
必ずしもそれらに限定されない多数の用途に特によく適合していると考えられる
。
るPLCプログラムを再確認する際のアプリケーションであって、PLCは成分
の計量、加熱、冷却、タンクのレベル制御、ポンプ制御と製造プロセスのその他
の部分とを制御することによってこれを行う。この例は、それがあたかも再確認
すべきシステムであるかのように目標CS900を参照する。目標CS900の
PLCプログラムの再確認は、最初に試験システム100を使用して目標CS9
00のオフサイト試験を実施し、それから試験システム100の残余部分からH
MI/コンフィギュレータを取り外し、目標CS900が薬品製造施設に設置さ
れたときに目標CS900と共にHMI/コンフィギュレータをフィールドのオ
ンサイトに持ち込むことを含むであろう。
が使われて、フィールド入出力コネクタ225を介してPLCの入出力チャネル
の各々に入力を与える。試験システムの自動初期設定ルーチンは、目標PLCと
試験システムの入出力チャネルとの間のマッピングを生成する。試験者は、試験
システムのコンフィギュレータコンピュータ/HMI110(オペレータにログ
インすることを要求することにより将来の検査を容易にする)にログインするで
あろう。ログインの後に試験データベースは、プロジェクト開始時に目標CS9
00用に確立された要件データベースからダウンロードされる。それから、試験
データベースを使用して、試験データベースに含まれる試験要件を満足させるよ
うに、警報、ループとフィールド配線とを含むPLC、HMIとネットワークの
すべての機能を試験する。このような試験は、一連の自動試験と、オペレータに
幾つかのアクションの実行と、そのようなアクションの実行後にHMIに応答/
入力の供給を促す試験とを介して遂行される。警報の試験は、中立帯の試験と、
適当な低−低、低、高、高−高の警報範囲ならびに他のタイプのデータデルタと
を含んでいる。すべてのデータは、日時刻印ならびに必要に応じて他の検査情報
と共に電子的に格納できる。
HMI110は、試験システムと目標CS900とから取り外され、現場に持っ
てこられて、一旦、薬品製造施設に設置されると、目標CS900を試験するた
めにオンサイトで使われる。現場では、試験システムコンフィギュレータは、現
場試験者に現場入出力と配線接続とに関連する一連の試験を供給する。ある幾つ
かの試験のために、現場試験者は、フィールド配線を介して目標CS900に伝
達される信号をシステムに入力するように、多分、移動体電話を介して技術要員
に指示を与えるように試験システムコンフィギュレータによって促される。それ
から、試験システムコンフィギュレータ110は、技術要員の入力に応じて試験
者に与えられる目標CS900のフィードバックHMI230に関連する質問に
答える応答を入力するように現場試験者を促す。すべての試験の質問と結果は、
試験結果の報告が作成できるように格納される。
0は、プロセスオペレータを訓練するために定期的に使用できる。このような訓
練は、プラントのセンサーとアクチュエータとから目標CS900を単に切り離
すことによって、恐らくはフィールド配線を切り離して、センサーとアクチュエ
ータの代わりに試験システム100を目標CS900に接続することによって、
目標CS900HMIを使用してオンサイトで行うことができる。一旦、目標C
S900が本物のセンサーとアクチュエータではなくてシミュレートされた入出
力装置で動作していると、オペレータは、プラントに対する結果の如何なる心配
もせずに、目標CS900と自由に対話できる。このような仕方で使用されると
、目標CS900を確認するために使われる試験手順は、オペレータの訓練に使
用可能となり、そうでなければ試験システム20はオペレータを訓練するための
特定のソフトウエアおよび/またはデータを組み入れることもできる。このよう
なソフトウエアおよび/またはデータは、訓練用ビデオといったマルチメディア
の説明資料を組み入れることもできる。試験システム20は、訓練中にオペレー
タが試験システム20と対話する必要なしに、イベントをシミュレートし、シミ
ュレートされたイベントに対するオペレータ応答を追跡し、および/またはオペ
レータ応答の質について報告するように、オペレータとは部分的または全面的に
独立して動作することもできる。
はCD−ROMといったコンピュータ読取り可能な可換型媒体に格納された独立
のソフトウエアだけの解によって改善できる。
制御システムのHMI部のシミュレーション、b)プラント制御システムの制御
部のシミュレーション、c)プラント自体のシミュレーション、d)シミュレー
トされたHMIとのオペレータ対話が、あたかもオペレータが本物の制御システ
ムのHMI部と対話しているかのようにこのHMIを更新するという結果をもた
らすように、シミュレートされたHMI、制御システムとプラントコンポーネン
トとの相互接続、e)オペレータへのシミュレートされたHMIとの対話の喚起
、を含む可能性がある。
力手段を利用する制御システムに関して、HMIをシミュレートすることは、制
御パネルとそこに含まれる制御手段との図形的表現を生成することを含む。ソフ
トウエアに基づくシステムに関しては、HMIソフトウエアを複製することによ
るか、インタフェースの絵柄を(画面捕捉手法を介して)取得し、ユーザ入力を
受け入れて監視することのできるソフトウエアにこれらの絵柄を連結し、オペレ
ータが見るビジュアルな画像を更新することによりHMIを再生することを含ん
でいる。HMIソフトウエアを複製することと、それをコントローラシミュレー
タおよび/またはプラントシミュレータに連結することは、極めて写実的なシミ
ュレーションという結果をもたらす傾向がある。しかしながらこのようなことを
頻繁に行うことは、HMIソフトウエアの修正を必要とする。HMIソフトウエ
アの修正は、シミュレーションに誤りを引き込む可能性があるので、必ずしも望
ましいことではない。更に、HMIソフトウエアの複製および/または修正は、
一般にライセンスとHMIのソースコードへのアクセスとを必要とする。ソース
コードと複製および修正のライセンスの両者は、訓練用教材の開発者がHMIソ
フトウエア開発者と関連していなければ、取得が困難になる可能性がある。この
ような場合には、HMIのビジュアルな態様のスクリーンショットを使ってHM
Iをシミュレートすることができる。
ましい。プラントシミュレータは、ハードウエアおよび/またはソフトウエアに
基づくものでよい。ハードウエアに基づくプラントシミュレーションは、前述の
試験システムを介して遂行できる。ソフトウエアに基づくプラントシミュレーシ
ョンは、プロセス試験データの単純な使用といった単純なモデル、あるいは巧妙
な数学モデルの複雑な利用、あるいはこれら二つの混成を利用することができる
。典型的には、プロセスの効果的なシミュレーションを生成するために、これら
二つの組合せが必要とされる。
によって更によく訓練に適応させることができる。実行時に訓練の内容とシナリ
オとを調整するように、発見的学習法を加えることもできる。
の訓練と試験とを可能にする。シミュレーションシステムと訓練システムの両者
は、CD−ROM、DVD等に入れることができ、制御システムとは独立に実行
できる。
レータシステムである。放水監視システムの実際のオペレータHMIは、「フロ
ントエンド」として使用され、シミュレーションエンジンは、オペレータ訓練の
ためにプログラムされたシナリオと共にコードの形で常駐している。すべてのH
MI画面、コードファイルとデータファイルは、CD−ROMに常駐している。
CD−ROMを有する任意のパソコン型マシンに入れられると、インストーラー
は、アプリケーションを自動的に実行し、ユーザは、選択すべき数個のシナリオ
の中の一つを提示される。それから、シミュレーションが開始され、基準に基づ
いて採点される異なる操作シナリオを与える。人が一つの装置を監視する意思決
定を行うと、その人の熟練度を試験しながら、発見的学習法が介入して、そのシ
ナリオに調整を加える。音響と同様にビデオファイルが利用可能であり、詳細な
訓練用手順も利用可能である。
御システムの使用法を学習するように、試験と訓練とを組み合わせることが有益
であろうと考えられる。
ラントオペレータ訓練とのための装置と方法との特定の実施形態とアプリケーシ
ョンとが開示された。しかしながら、ここに述べた本発明の考えから逸脱せずに
、既に説明された実施形態に加えて更に多くの修正形態が可能であることは、本
技術に精通する人々にとって明らかな筈である。したがって、本発明の主題事項
は、付属の請求項の精神以外では制限すべきではない。更に、本明細書と請求項
の両者を解釈するに当たっては、すべての用語は、文脈と一致する可能な限り最
も広い仕方で解釈すべきである。特に、用語「備える」(comprises)
」と「備えている(comprising)」は、非排他的仕方で要素、コンポ
ーネントまたはステップを参照し、参照された要素、コンポーネントまたはステ
ップが明示的には参照されていない他の要素、コンポーネントまたはステップと
共に存在するか、利用されるか、または組み合わされることができることを示す
、と解釈すべきである。
するステップは前記HMIとPLCと入出力インタフェースの入力を直接操作し
てそれらの出力を監視することによって遂行される請求項13に記載のシステム
。
練
99号、国際出願第PCT/US00/07962号の優先権を主張し、またそ
の出願の各々をその全体を引用して本明細書に組み入れるものである。
ムである。
分散型制御システム)とを組み入れた制御システムは、代表的には特に、温度、
流量、高さ、放射線、光、運動、圧力を感知するために使われる、また油圧装置
、バルブ、光、電動機といったアクチュエータを駆動するために使われる出力を
発生させる際に使われるようなセンサーから発生する入力を受け入れることによ
って現実世界のプロセスを制御するために使用されることが多い。制御システム
はしばしば、制御コンポーネントとインタフェースコンポーネントとを有してい
ると見ることができ、その一方、または両方のコンポーネントはハードウエアと
ソフトウエア両方のサブコンポーネントを有する。こうしてPLCベースの装置
は、(a)センサーからの信号を受け入れてこれらの信号をPLCにとって受容
可能な形に変換し、また(b)PLCからの出力を受け入れてこれらの出力をア
クチュエータへの入力として適当な信号に変換するインタフェースコンポーネン
ト(「入出力インタフェース」)を持つ制御コンポーネント(「コントローラ」
)として埋め込まれたソフトウエアを有するディジタルPLCを利用することが
ある。このようなシステムでは、コントローラと入出力インタフェースはしばし
ば、通信信号と制御信号とがコントローラと入出力インタフェースとの間で転送
可能になるように一つ以上の経路(「コントローラ−入出力通信チャネル)によ
って接続される。同様に、入出力インタフェースは、制御システムがその動作環
境内に設置された後に、制御システムがその入力を受け取るコンポーネントと、
制御システムがその出力を差し向けるコンポーネントとに一つ以上の電気経路(
「フィールド配線」)を介して接続されており、この入出力インタフェースは、
入出力インタフェースとフィールド配線との接続を容易にする複数のコネクタ(
「フィールド入出力コネクタ」)を備えている。多くの制御システムはまた、制
御システムとのオペレータ対話を容易にするためのハードウエアおよび/または
ソフトウエアを含む人間・機械インタフェース(HMI)コンポーネントをも組
み入れているであろう。図1は、HMI910、コントローラ920、入出力イ
ンタフェース930、HMI−コントローラ通信チャネル940、コントローラ
−入出力通信チャネル950、フィールド配線960およびセンサー/アクチュ
エータコンポーネント970を有するこのような従来技術の制御システム900
を示している。ある幾つかの事例では、HMI910はウィンドウズ(登録商標
)系のオペレーティングシステムと、制御システム900とのオペレータ対話を
容易にするように設計されたアプリケーションとを走らせる汎用コンピュータで
あり、HMI−コントローラ通信チャネル940とコントローラ−入出力通信チ
ャネル950は、HMI910とコントローラ920と入出力インタフェース9
30とを互いに接続するローカルエリアネットワークの使用によって実現される
であろう。このような構成は、各々がネットワークハブ980に接続されたHM
I910とコントローラ920と入出力インタフェース930とを持つ図2の従
来技術に示されている。
委託された開発者が、この開発の完了前にこのプラントが満足させなくてはなら
ない一組の要件を与えられるということは、開発プロジェクトではよくあること
である。これは特に、プラント運用に決定的な役割を演じるプラント制御システ
ムにとって当てはまることである。開発の種々の段階で、プラント制御システム
が完全な程度にまで、開発者に課せられた要件を満たし続けるかどうかを判定す
るために受け入れ試験が実施される。受入試験中は一般に、確定した要件が満足
されたか否かを示すように、試験中に取られるアクションとこのようなアクショ
ンの結果とを特定の要件に結び付けることが望ましい。
の満足を検証することは、退屈で時間を要し、誤りを招き易いものである。制御
システムを試験する幾つもの方法と装置とが知られているが、これらは一般に、
ある幾つかの状況ではより適切であるが他の場合にはより不適切である個別の利
点と弱点とを有している。制御システムを試験するための大多数の方法と装置の
主要な弱点は、要件の満足度を適切に検証できないことである。これは少なくと
も部分的には、制御システムが一旦プラントに設置されると、コントローラはラ
ボ環境で可能なほどの完全で厳格な試験を受けることができないという事実によ
る可能性がある。他の可能な要因は、多量の試験結果を要件に相関させる際の困
難さである。したがって試験の生成と要件の検証プロセスを改善する継続的な必
要性が存在するのである。
用するようにオペレータを訓練することは、費用効率の高い仕方で達成するのに
困難なことがある。「本物の」システム(すなわち操業中のプラントに既に設置
されているシステム)でのオペレータの訓練は、プラントへの損傷、材料の浪費
の危険があり、一般には訓練中、プラントを停止するか、最大能力より小さい能
力で運転する必要があるので、好ましい方法ではない。
。このようなシミュレータは存在するが、一般に模型環境に大きな投資とこれら
を組み立てることのできる専用のスペースとを必要とする大規模な模型(すなわ
ちプラントの少なくとも一部の物理モデル/改造物)上で実施されてきた。また
模型をプラント変更と同期させ続けることは、しばしば困難でもあり、また費用
がかかる。更に訓練費用は、オペレータが訓練のために離れた場所に出張しなく
てはならない場合には、実質的に増加する傾向がある。単一の大規模模型と類似
プラントのオペレータを訓練するための訓練スタッフとを利用する方が各プラン
トごとに大規模模型と訓練スタッフを持つよりは(大規模模型の使用が費用の点
で効果的であるのと同じ位に)費用効率が高いことが多いので、このような出張
はしばしば必要である。
性なしにオペレータがプラント制御システムを操作することの訓練をうけること
を可能にする改良された訓練システムに関する継続的な必要性が存在している。
タの訓練を容易にする方法と装置とが提供される。
−入出力通信チャネルとフィールド入出力コネクタの両者を介して信号を送受信
することによって試験システムが制御システムと通信してこれを駆動することを
可能にする。本質的に、試験システムは、制御すべきプラントをシミュレートす
るためと、制御システムコントローラと、場合によっては制御システム入出力イ
ンタフェースとの内部状態を監視し、検証し、および/または修正するためとの
両方に使われる。プラントシミュレーションは、その動作環境に設置されたとき
に制御システムが接続される(またしたがってプラントが処理する)入出力装置
をシミュレートすることによって遂行される。入出力装置のシミュレーションに
加えて、試験システムは、制御システムのコントローラと入出力インタフェース
とに命令を与えたり、それらから情報を取得したりできるこのような通信能力を
使用することによって、多くの一般に使われているコントローラと入出力インタ
フェースとが他の装置と通信できるという利点を利用している。
論理コントローラ(PLC)/人間・機械インタフェース(HMI)または分散
型制御システム(DCS)に関する機能要件の入力を容易にするための一組のソ
フトウエアデータテーブルとユーザ画面とからなる要件データベース・試験ジェ
ネレータ(「RDTG」)を利用する。RDTGは、機能的ならびにフィールド
試験のための試験も生成できる。
れて、シミュレートされたプラント操作の実行を可能にするソフトウエアおよび
/またはハードウエアシミュレータに結合される。好適な実施例では、HMIの
複製されたビジュアル部分は、オーディオやビデオクリップといった視聴覚訓練
用補助器具によって補完されるであろう。種々の実施例はまた、オペレータの動
作を所望の目標および/または他の要件と比較する能力を含むであろう。
ムからの出力を記録し、記録した出力を予想値と比較し、そして報告のためにそ
の比較結果を記録するように、試験すべき制御システムをシミュレートされた入
出力装置に接続し、またシミュレートされた入出力装置を制御して監視するため
の効果的な手法を提供するであろうということが意図されている。
グラム可能な論理コントローラ/人間・機械インタフェース)とDCS(分散型
制御システム)の設置とテスト実施のための効果的な手法を提供するであろうと
いうことも意図されている。
設置されたときに、制御システムの動作を検証するための効果的な機構を提供す
るであろうことも意図されている。このような検証は、要件と、これらの要件の
満足度を検証するために使用される試験と、これらの検証試験の結果との間の関
係を示す自動作成された報告の使用を含むことが意図されている。
ータのオンサイト/プラント訓練を容易にするであろうことも意図されている。
表している付属図面により、本発明の好適な実施の下記の詳細な説明から更に明
らかになるであろう。
力シミュレータ120とを含み、また、ネットワークハブ180を含んでいても
よい。図4を参照すれば、試験システム100は、配線ハーネス150を介して
入出力シミュレータ120を入出力インタフェース930に接続することによっ
て、および/または入出力シミュレータ120とコンフィギュレータ110とを
制御システム(「CS」)900のコントローラ−入出力ネットワークに接続す
ることによって、制御システム(「CS」)900に接続できる。
960を介して目標CS900に接続されるであろう入力装置/センサー971
、973と出力装置/アクチュエータ974、976とをシミュレートするよう
に、配線ハーネス150を使って入出力インタフェース930との入出力信号の
送受信を行う。試験システム100は、CSとのネットワーク接続を使って、入
出力インタフェース930とHMI910とPLC920とからレジスタ・状態
情報を取得する。入出力インタフェース930とHMI910とPLC920の
内部状態とそれらの間のデータフローを監視することによって、試験システム1
00は、目標CS900の特定のサブシステムで発生するような、試験中に目標
CS900内で発生する可能性のある如何なる問題も更によく分離することがで
きる。必要であれば、入出力インタフェース930とHMI910とPLC90
0の中のいずれも、更に一般的なシナリオになりそうな組合せてではなく、独立
して試験および/または監視することができる。試験システム100が目標CS
900に接続される仕方はまた、試験システム100が多数の入出力チャネルお
よび/または目標CS900のサブシステムを同時に試験することを可能にする
。
標CS900の入出力に写像することとを自動的に行うことを可能にする情報を
取得するために、コントローラ−入出力ネットワークへの接続を利用して目標C
S900に問い合わせることによって自動的に初期設定される。試験システム1
00は、このような自動初期設定を行うに際して既知の制御システムのハードウ
エアおよびソフトウエアのコンポーネントの特性を含む知識ベースを組み入れて
いる。知識ベースは、試験システム100がセンサーおよびアクチュエータとい
ったコンポーネントを更によくシミュレートすることを可能にし、このようなコ
ンポーネントに接続される目標システムのために自動的試験生成を可能にするた
めに、このような標準のコンポーネントの数学モデルを含むように拡張できるこ
とが意図されている。
ントをシミュレートすることによって目標CS900の開発とオフサイト試験と
に有利であるように意図されている。もし単一の試験システム100の容量がプ
ラント全体をシミュレートするのに不十分であれば、シミュレーションを達成す
るために多数の試験システム100を使うことができる。このような試験システ
ム100の組合せは、多数のHMI110装置の利用、または単一のHMI11
0の共用を可能にする。試験システム100はまた、試験システム100が目標
CS900と協同して使用されるときに、目標CS900の操作時の要員のオフ
サイト訓練のために有利であることも意図されている。試験システム100のこ
のようなオフサイト使用は、特にフィールド設置前にすべての目標CS900入
力と結果の出力の完全な試験を用意するように意図されている。
部だけか何れかにおいて試験システム100を使用することから利益を得るよう
に意図されている。一旦、目標CS900がその運用環境に設置されると、コン
フィギュレータ110は、試験・検証ツールとして使用可能になる。コンフィギ
ュレータ110は、もし続けて行なえば、目標CS900の試験の所望のレベル
を得る段階的命令を現場試験者に与えることができる。そうすることによって、
コンフィギュレータ110は、この現場試験者を介して試験プロセスを本質的に
制御する。試験の種々の部分の完了時に現場試験者からフィードバックを要求す
ることによって、要求されたレベルの試験が完了したという保証を与えるように
、実施された試験のステップと試験者の応答とを含む試験報告書を作成すること
ができる。こうして、このような「制御された」試験は、反復可能な、妥当性が
確認され、検証された試験の実施方法を提供する。コンフィギュレータ110を
使って、このような試験の結果を記録し、目標CS900の現在状態と目標CS
900が接続されているフィールド配線とに関してフィードバックを与える報告
書を現場で生成することもできる。
00は、「本物の」入力が目標CS900をしてシミュレートされたアクチュエ
ータコンポーネントを制御させることを可能にするように、あるいはシミュレー
トされた入力を使って目標CS900に「本物の」アクチュエータコンポーネン
トを制御させるように、あるいは所望にしたがって本物とシミュレーションの入
出力を混合して整合させるように、目標CS900の選択された入出力と交換す
ることができる。コンフィギュレータ110が試験時に試験システム100の残
余部分になお取り付けられている場合、また試験システム100が試験時に目標
CS900に接続されている場合、コンフィギュレータ110は、目標CS90
0との直接対話と試験オペレータとの両者を介して、前述のように試験プロセス
を制御できる。
C(「PC」)といった汎用コンピュータであると考えられる。可搬性は、設置
された目標CS900のオンサイト試験をサポートするためにHMI110の現
場への輸送を容易にするので、特に望ましい。HMI110は、警報応答(中立
帯を含む)、ループ、論理の試験と、HMI読取り、トレンドグラフ、警報、報
告、システム要件などの報告とを可能にするソフトウエアを組み入れるように考
えられている。試験結果は、テキストとしての日時刻印データ、グラフ、および
促された質問への試験者応答の形で格納される。
(「GUI」)をサポートし得るマルチタスク・オペレーティング・システム、
好適にはWindows(登録商標)NTTMと、関係データベース・システム
(好適にはMicrosoft AccessTM)と、入出力シミュレータ・
モジュール120を制御し目標CS900を試験するためのソフトウエアとを含
む。HMI110はまた好ましくは、しばしばTCP/IP系のEtherne
t(登録商標)ネットワークであるコントローラ−入出力ネットワークへの接続
のためのEthernet(登録商標)ネットワーク・インタフェース・カード
を含んでいる。また試験システム100のHMI110は、オンサイト検証ツー
ルとして独立に使用可能であるように試験システム100の残余部分から取外し
可能であることが好ましい。
、試験システム100の操作に有用であるばかりでなく、取外し可能な検証ツー
ルおよび/または訓練ツールとしても有用である。HMI/コンフィギュレータ
110は、訓練および/または検証機能の実行を可能にするために必要なソフト
ウエアと一つ以上のデータベースとを備えている。このような機能は中でも、オ
ペレータにログインを要求することによってアクセスを制御する能力と、特定の
機能をシミュレートしてセンサーの入力範囲全体に対して応答する目標CSの性
能を試験する能力と、目標CSのHMIを使ってオペレータに操作を実行するよ
うに促す能力と、このような試験がオペレータによる手動操作を必要としないと
きに、目標CSに対して試験を自動的に実行する能力とを含んでいる可能性があ
る。
らなる多数の試験を記憶し、実行する能力を有することがありうる。ある特定の
試験またはある特定の一連の試験ステップを実行するに際して、コンフィギュレ
ータは、オペレータによる手動介入が必要とされるときは何時でも、目標CS上
で機能を実行するようにオペレータを促すであろうが、このような手動介入を必
要としない試験ステップに対しては自動的に(すなわちオペレータ動作なしに)
遂行するであろう。こうして、ポンプを試験するために、コンフィギュレータは
、オペレータに対してポンプを起動するように促し、オペレータがポンプを起動
したことをコンフィギュレータに示した後に、コンフィギュレータは、オペレー
タが肯定的、否定的いずれにでも応答できる「ポンプのインジケータ・ランプは
点灯したか?」といったポンプの正しい動作を検証するための質問を行うであろ
う。もし否定的であれば、コンフィギュレータは、実際に目標CSによるどんな
応答が見られたかに関してコメントを入力するようにオペレータを促すであろう
。他のステップで、コンフィギュレータは、シミュレートされたイベントを生成
することができ、イベントに対して、目標CSはコンフィギュレータによって検
出可能な自動応答を有しており、シミュレータはそれらのイベントを単にシミュ
レートして目標CSの応答を監視するであろう。一例として、もし電源の電圧レ
ベルが閾値を超えた場合、目標CSは電源を遮断するように要求される可能性が
ある。このような試験は、目標CSに過電圧信号を送り、目標CSの応答を監視
して電源遮断信号が送られたかどうかを見ることによって、試験シーケンス内の
適当な時点でシミュレータによって実行されるであろう。オペレータ応答である
か、自動的に監視されたイベント/値であるか何れにせよ、試験結果も、実際の
目標CS応答を予想結果と比較する例外報告が生成できるように、一つ以上のデ
ータベースに格納される。
して試験ステップを実行する試験機能との拡張可能なライブラリを備えるであろ
う。試験と試験パラメータとを格納するためにデータベーステーブルを利用する
ことは、試験者が新しい試験および/または試験シナリオを追加することを可能
にし、また既存の試験用のパラメータを修正することを可能にする。このような
拡張可能なライブラリと動的更新は、遙かに丈夫で柔軟なシステムのために役立
つ。
ド、試験の開始、試験者の応答とコメントの捕捉、報告の作成を備えている。試
験データベースは、試験事例、試験比較に関する予想結果、例外生成を含んでい
る。全体的試験プランナーデータベースは、試験イベントのシーケンスを構成す
る。試験データベースは要件データベースから導出されるので、システム所有者
は、厳密な構成制御と追跡可能な要件試験とに確信が持てる。
論理コントローラ(PLC)/人間・機械インタフェース(HMI)、または分
散型制御システム(DCS)システムのためのデータベースフォーマットによる
完全な機能要件の入力と保守とを容易にする一組のソフトウエアデータテーブル
とユーザ画面とから構成される。RDTGはまた、その全体が引用によってここ
に組み入れられている米国仮出願第60/126060号(「試験システム」)
に記載されているシミュレータシステムによる使用のための機能的なフィールド
試験用試験を生成する。
る情報を含んでいる。これらのデータテーブル内の情報は、システム要件の記述
(DSR)とも呼ばれる要件定義時に収集され、またアーキテクチャ、タグ、ネ
ットワーク化、ループ(例えばPID等)、警報、計器示度、動向や一般要件等
を含む、システムのすべての態様に関する情報を有している。この情報は、タグ
ベースセクション(数値データ)、テストベースセクション(QTP、ATPに
関する記述データ)、予想結果セクションに格納される。要件は、テキスト、図
形、音響を含む如何なるマルチメディアフォーマットにでも格納および/または
表現される。開発者によるシステムの実現は、この要求されるシステム機能セッ
トを介して管理される。
前定義の試験、フィールド出荷前/オフサイト試験とフィールドでの/オンサイ
ト試験(例えばPLC、HMI、配線、フィールド接続、ループ、論理、器具や
制御要素など)のための試験システム用試験事例データテーブルとを自動的に生
成するであろう。これは、すべての要件、これらの要件の試験とこのシステムに
関する如何なる変更も、電子的試験、文書と結果とを用いて信頼度の高い製品を
保証するために「厳密」に保持されることを保証している。RDTGはまた、試
験システムによる要件の迅速な更新とすべての変更の再確認とのためにも使用で
きる。試験システムの試験エンジンは、これらのRDTGによる事前定義試験と
試験事例データテーブルとを利用して適当なシーケンス毎に試験を実行し、合格
、不合格の結果を自動的に報告する。これは、目標とする制御システムの構成と
プログラミングとを検証する。
される。第1のレベルは、必要に応じた開発中のシステムの点検である。第2の
レベルは、機能試験、あるいは認定試験手順(QTP)である。QTPでは、ク
ライアントによってDSR(RDTGデータテーブルに要約された)に明示され
た要件に関して、システムの機能がテストシステムによって徹底的に検査される
。試験システムによって実施される試験の第3のレベルは、QTP試験済みのシ
ステムが現場に設置されたときに行われる受入れ試験手順(あるいはATP)に
よるものであって、第2のセットのRDTG構成のデータテーブル毎に試験され
る。如何なる試験例外も、不合格試験に対する再試験とすべての記載された事前
に必要な試験とを誘発する。
値とに関するブーリアン表現形式の)のための完全な機能要件データベースの提
供、(2)機能要件データベースから出荷前と現場での試験(例えばPLC、H
MI、配線、フィールド接続やループ)のために試験システム用の試験データベ
ースの生成を含むが、これらに限定されない多くの利点を提供する。RDTGに
試験データベースを生成させることによって、要件、これらの要件の試験とこの
システムに関するすべての変更とが電子的試験、文書と結果によって信頼度の高
い製品を保証するために「厳密」に保持されるという、より高いレベルの保証が
存在しており、これは、(3)要件文書、ユーザマニュアル、操作手順、器具デ
ータシート、器具インデックス、器具ループ図、確認報告と例外、合格報告を含
む試験報告を含む文書の自動生成を提供する。このシステムは、要件の迅速な更
新、すべての変更の再確認と、関連するシステム文書の即時更新とのために使用
可能であり、それによって自動的構成制御を提供する。
入出力信号を正しく伝送する限り、殆ど如何なる形でも取り得る。しかしながら
、配線ハーネス150は目標CS900と試験システム100との接続を容易に
し、またその動作環境で目標CS900が接続されるフィールド配線のシミュレ
ーションを容易にするように選択されることが好ましい。数個の異なる配線ハー
ネスが試験システム100とある特定のタイプの目標CS900との接続を容易
にするように設計された各ハーネスを有する試験システム100に含まれ得るこ
とが考えられる。このような予め構成されたハーネスを含むことは、Allen
−Bradley PLC−5コントローラまたはSiemens S7コント
ローラといった種々の標準的制御システムの試験に試験システム100の使用を
容易にすると考えられる。
たは一部の代わりに接続されるときに、(1)新しいシナリオに対する反応のた
めの既存論理の試験、(2)新しい論理の動作試験、(3)a)オペレータの準
備状況を採点して検証し、b)不十分な訓練分野を識別し、c)チーム全体とし
ての操作の準備状況を保証するように、運用活動に先立つプロセスオペレータの
訓練、(4)プラントの実際のセンサーとアクチュエータの代わりに試験システ
ム100を接続することによって運用施設使用時のプロセスオペレータの訓練、
(5)配線およびその他のフィールド関連問題のフィールド障害排除を含むが、
必ずしもそれらに限定されない多数の用途に特によく適合していると考えられる
。
るPLCプログラムを再確認する際のアプリケーションであって、PLCは成分
の計量、加熱、冷却、タンクのレベル制御、ポンプ制御と製造プロセスのその他
の部分とを制御することによってこれを行う。この例は、それがあたかも再確認
すべきシステムであるかのように目標CS900を参照する。目標CS900の
PLCプログラムの再確認は、最初に試験システム100を使用して目標CS9
00のオフサイト試験を実施し、それから試験システム100の残余部分からH
MI/コンフィギュレータを取り外し、目標CS900が薬品製造施設に設置さ
れたときに目標CS900と共にHMI/コンフィギュレータをフィールドのオ
ンサイトに持ち込むことを含むであろう。
が使われて、フィールド入出力コネクタ225を介してPLCの入出力チャネル
の各々に入力を与える。試験システムの自動初期設定ルーチンは、目標PLCと
試験システムの入出力チャネルとの間のマッピングを生成する。試験者は、試験
システムのコンフィギュレータコンピュータ/HMI110(オペレータにログ
インすることを要求することにより将来の検査を容易にする)にログインするで
あろう。ログインの後に試験データベースは、プロジェクト開始時に目標CS9
00用に確立された要件データベースからダウンロードされる。それから、試験
データベースを使用して、試験データベースに含まれる試験要件を満足させるよ
うに、警報、ループとフィールド配線を含むPLC、HMIとネットワークのす
べての機能を試験する。このような試験は、一連の自動試験と、オペレータに幾
つかのアクションの実行と、そのようなアクションの実行後にHMIに応答/入
力の供給を促す試験とを介して遂行される。警報の試験は、中立帯の試験と、適
当な低−低、低、高、高−高の警報範囲ならびに他のタイプのデータ・デルタと
を含んでいる。すべてのデータは、日時刻印ならびに必要に応じて他の検査情報
と共に電子的に格納できる。
HMI110は、試験システムと目標CS900とから取り外され、現場に持っ
てこられて、一旦、薬品製造施設に設置されると、目標CS900を試験するた
めにオンサイトで使われる。現場では、試験システムコンフィギュレータは、現
場試験者に現場入出力と配線接続とに関連する一連の試験を供給する。ある幾つ
かの試験のために、現場試験者は、フィールド配線を介して目標CS900に伝
達される信号をシステムに入力するように、多分、移動体電話を介して技術要員
に指示を与えるように試験システムコンフィギュレータによって促される。それ
から、試験システムコンフィギュレータ110は、技術要員の入力に応じて試験
者に与えられる目標CS900のフィードバックHMI910に関連する質問に
答える応答を入力するように現場試験者を促す。すべての試験の質問と結果は、
試験結果の報告が作成できるように格納される。
0は、プロセスオペレータを訓練するために定期的に使用できる。このような訓
練は、プラントのセンサーとアクチュエータとから目標CS900を単に切り離
すことによって、恐らくはフィールド配線を切り離して、センサーとアクチュエ
ータの代わりに試験システム100を目標CS900に接続することによって、
目標CS900HMIを使用してオンサイトで行うことができる。一旦、目標C
S900が本物のセンサーとアクチュエータではなくてシミュレートされた入出
力装置で動作していると、オペレータは、プラントに対する結果の如何なる心配
もせずに、目標CS900と自由に対話できる。このような仕方で使用されると
、目標CS900を確認するために使われる試験手順は、オペレータの訓練に使
用可能となり、そうでなければ試験システム100はオペレータを訓練するため
の特定のソフトウエアおよび/またはデータを組み入れることもできる。このよ
うなソフトウエアおよび/またはデータは、訓練用ビデオといったマルチメディ
アの説明資料を組み入れることもできる。試験システム100は、訓練中にオペ
レータが試験システム100と対話する必要なしに、イベントをシミュレートし
、シミュレートされたイベントに対するオペレータ応答を追跡し、および/また
はオペレータ応答の質について報告するように、オペレータとは部分的または全
面的に独立して動作することもできる。
はCD−ROMといったコンピュータ読取り可能な可換型媒体に格納された独立
のソフトウエアだけの解によって改善できる。
制御システムのHMI部のシミュレーション、b)プラント制御システムの制御
部のシミュレーション、c)プラント自体のシミュレーション、d)シミュレー
トされたHMIとのオペレータ対話が、あたかもオペレータが本物の制御システ
ムのHMI部と対話しているかのようにこのHMIを更新するという結果をもた
らすように、シミュレートされたHMI、制御システムとプラントコンポーネン
トとの相互接続、e)オペレータへのシミュレートされたHMIとの対話の喚起
、を含む可能性がある。
力手段を利用する制御システムに関して、HMIをシミュレートすることは、制
御パネルとそこに含まれる制御手段との図形的表現を生成することを含む。ソフ
トウエアに基づくシステムに関しては、HMIソフトウエアを複製することによ
るか、インタフェースの絵柄を(画面捕捉手法を介して)取得し、ユーザ入力を
受け入れて監視することのできるソフトウエアにこれらの絵柄を連結し、オペレ
ータが見るビジュアルな画像を更新することによりHMIを再生することを含ん
でいる。HMIソフトウエアを複製することと、それをコントローラシミュレー
タおよび/またはプラントシミュレータに連結することは、極めて写実的なシミ
ュレーションという結果をもたらす傾向がある。しかしながらこのようなことを
頻繁に行うことは、HMIソフトウエアの修正を必要とする。HMIソフトウエ
アの修正は、シミュレーションに誤りを引き込む可能性があるので、必ずしも望
ましいことではない。更に、HMIソフトウエアの複製および/または修正は、
一般にライセンスとHMIのソースコードへのアクセスとを必要とする。ソース
コードと複製および修正のライセンスの両者は、訓練用教材の開発者がHMIソ
フトウエア開発者と関連していなければ、取得が困難になる可能性がある。この
ような場合には、HMIのビジュアルな態様のスクリーンショットを使ってHM
Iをシミュレートすることができる。
ましい。プラントシミュレータは、ハードウエアおよび/またはソフトウエアに
基づくものでよい。ハードウエアに基づくプラントシミュレーションは、前述の
試験システムを介して遂行できる。ソフトウエアに基づくプラントシミュレーシ
ョンは、プロセス試験データの単純な使用といった単純なモデル、あるいは巧妙
な数学モデルの複雑な利用、あるいはこれら二つの混成を利用することができる
。典型的には、プロセスの効果的なシミュレーションを生成するために、これら
二つの組合せが必要とされる。
によって更によく訓練に適応させることができる。実行時に訓練の内容とシナリ
オとを調整するように、発見的学習法を加えることもできる。
の訓練と試験とを可能にする。シミュレーションシステムと訓練システムの両者
は、CD−ROM、DVD等に入れることができ、制御システムとは独立に実行
できる。
レータシステムである。放水監視システムの実際のオペレータHMIは、「フロ
ントエンド」として使用され、シミュレーションエンジンは、オペレータ訓練の
ためにプログラムされたシナリオと共にコードの形で常駐している。すべてのH
MI画面、コードファイルとデータファイルは、CD−ROMに常駐している。
CD−ROMを有する任意のパソコン型マシンに入れられると、インストーラー
は、アプリケーションを自動的に実行し、ユーザは、選択すべき数個のシナリオ
の中の一つを提示される。それから、シミュレーションが開始さる、基準に基づ
いて採点される異なる操作シナリオを与える。人が一つの装置を監視する意思決
定を行うと、その人の熟練度を試験しながら、発見的学習法が介入して、そのシ
ナリオに調整を加える。音響と同様にビデオファイルが利用可能であり、詳細な
訓練用手順も利用可能である。
御システムの使用法を学習するように、試験と訓練とを組み合わせることが有益
であろうと考えられる。
ラントオペレータ訓練とのための装置と方法との特定の実施形態とアプリケーシ
ョンとが開示された。しかしながら、ここに述べた本発明の考えから逸脱せずに
、既に説明された実施形態に加えて更に多くの修正形態が可能であることは、本
技術に精通する人々にとって明らかな筈である。したがって、本発明の主題事項
は、付属の請求項の精神以外では制限すべきではない。更に、本明細書と請求項
の両者を解釈するに当たっては、すべての用語は、文脈と一致する可能な限り最
も広い仕方で解釈すべきである。特に、用語「備える」(comprises)
」と「備えている(comprising)」は、非排他的仕方で要素、コンポ
ーネントまたはステップを参照し、参照された要素、コンポーネントまたはステ
ップが明示的には参照されていない他の要素、コンポーネントまたはステップと
共に存在するか、利用されるか、または組み合わされることができることを示す
、と解釈すべきである。
Claims (13)
- 【請求項1】 各タグが試験すべき制御システムのコンポーネントに対応す
るラベルである一組のタグを有するコンフィギュレータと、 各要件が少なくとも一つのタグと少なくとも一つのブーリアン演算子を備える
一組の要件と を備える制御システムを試験するための試験システム。 - 【請求項2】 入出力シミュレータと、各要件から前記入出力シミュレータ
用の少なくとも一組の命令を自動的に生成する機構と、前記入出力シミュレータ
用の少なくとも一組の命令を前記入出力シミュレータに伝達する機構とを更に備
える請求項1に記載の試験システム。 - 【請求項3】 各タグは対応するコンポーネントタイプを有しており、前記
コンフィギュレータは各パラメータ値がコンポーネントタイプに対応する一組の
パラメータ値を含んでおり、前記パラメータ値の少なくとも一部は前記入出力シ
ミュレータ用の前記少なくとも一組の命令を生成する際に使用される請求項2に
記載の試験システム。 - 【請求項4】 オペレータに質問への応答を促し、これらの質問への如何な
るオペレータ応答も記録する試験システムと共に前記一組の質問を更に備える請
求項3に記載の試験システム。 - 【請求項5】 権限を与えられたオペレータが前記一組のタグ、前記一組の
要件、前記一組のパラメータ値のサブセット、および/または前記一組の質問を
保守するための機構を用意するグラフィカルユーザインタフェース(GUI)を
更に備える請求項4に記載の試験システム。 - 【請求項6】 プラント制御システムのHMI部をシミュレートするステッ
プと、 前記プラント制御システムの制御部をシミュレートするステップと、 前記プラント自体をシミュレートするステップと、 前記シミュレートされたHMIとのオペレータ対話が、あたかも前記オペレー
タが本物の制御システムのHMI部と対話しているかのように前記HMIを更新
するという結果をもたらすように、前記シミュレートされたHMIとシミュレー
トされた制御システムとシミュレートされたプラント構成要素を互いに連結する
ステップと、 前記オペレータを前記シミュレートされたHMIと対話させるステップとを備
えるプラント制御システムを操作するようにオペレータを訓練する方法。 - 【請求項7】 前記プラント制御システムのHMI部は、コンピュータ表示
画面を備えており、前記プラント制御システムのHMI部をシミュレートするス
テップは、HMIの操作時に前記表示画面の画像を取得するステップと前記プラ
ント制御システムのHMI部をシミュレートする際に取得したイメージを利用す
るステップとを備える請求項6に記載の方法。 - 【請求項8】 前記シミュレートされたHMIとシミュレートされた制御シ
ステムとシミュレートされたプラントは各々がソフトウエアに基づくものであっ
て、可換型記憶媒体に格納される請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 前記記憶媒体はCDROMディスクまたはDVDディスクで
ある請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】 前記プラントをシミュレートするステップは、ハードウエ
アシミュレータによって遂行される請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】 試験すべき制御システムを用意するステップと、 訓練すべきオペレータを用意するステップと、 試験・訓練システムを前記制御システムに連結するステップと、 前記オペレータをして前記制御システムと対話させるステップと、 前記オペレータが前記制御システムと対話している期間中に前記オペレータの
実行の質と前記制御システムの実行の質を前記試験・訓練システムに報告させる
ステップとを備える試験・訓練の方法。 - 【請求項12】 HMIとPLCと入出力インタフェースを備えている、制
御システムを試験するシステムであって、前記システムは前記HMIとPLCと
入出力インタフェースの各々を個別に、または互いに組み合わせてのいずれかで
試験できる前記システム。 - 【請求項13】 前記HMIとPLCと入出力インタフェースの各々を試験
するステップは前記HMIとPLCと入出力インタフェースの入力を直接操作し
てそれらの出力を監視することによって遂行される請求項13に記載のシステム
。
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