JP5245606B2 - 予測シミュレータを用いた運転支援装置および運転支援方法 - Google Patents

Description

本発明は、プロセスデータに基づき将来の運転状況を予測する予測シミュレータを用いた運転支援装置および運転支援方法に関する。

プラントに設定されたセンサの計測値やコントローラの設定値等に基づいて、プラントの現在の状態を模擬・推定するとともに、将来のプラントの状態を予測する手段として、トラッキングシミュレータや状態予測シミュレータが用いられている。

トラッキングシミュレータは、プロセスを物理や化学の法則に従ったモデルとして表現したプロセスシミュレータである。トラッキングシミュレータは、プラントからプロセス値（以下「実測値」という）を取得し、逐次トラッキングシミュレータの内部パラメータを更新することで、実プラントを完全に模擬するシミュレータである。

状態予測シミュレータは、トラッキングシミュレータから入力されるプロセスデータに基づいて実時間より高速に演算することで、プラントの将来の運転状態を予測した予測値（以下、「予測値」という）を導出する。また、仮想操作入力インタフェースから仮想操作を状態予測シミュレータに入力することで、仮想操作に対する予測値（以下、「ケーススタディ値」という）を導出することもできる。

プラントの実測値、状態予測シミュレータから導出される予測値およびケーススタディ値の時系列データはデータ記憶装置に記憶される。記憶されたデータは、データ値を時系列的に示したトレンドグラフとして、表示画面上に表示することができる。オペレータは、表示画面上のトレンドグラフを参照しつつ、プラントに対する操作を行うことができる。
特開２００５−３３２３６０号公報 横河技法 Ｖｏｌ．５２ Ｎｏ．１（２００８） Ｐ．３５〜Ｐ．３８

従来のシステムでは、トレンドグラフを参照したオペレータは、自らの経験則により予測値、ケーススタディ値が安全な値を保っているか否かを判断しなければならない。また、ケーススタディ値が満足する値を示さなかった場合には、オペレータは自らが適切と判断する仮想操作入力値を再度入力するという操作を繰り返し、最適な操作入力を探索する必要がある。

本発明の目的は、オペレータの判断や操作に関する負担を軽減できる運転支援装置および運転支援方法を提供することにある。

本発明の運転支援装置は、プロセスデータに基づき将来の運転状況を予測する予測シミュレータを用いた運転支援装置において、仮想操作入力値を変化させながら前記予測シミュレータに順次入力する入力手段と、前記入力手段により入力された前記仮想操作入力値に基づく前記予測シミュレータによる予測結果を、当該仮想操作入力値と対応付けて取得する予測結果取得手段と、操作入力値として入力可能な範囲を特定する許容範囲特定手段と、入力可能な範囲として前記許容範囲特定手段により特定された前記操作入力値の中から特定の操作入力値を選択する操作を受け付け、選択された前記特定の操作入力値を実プロセスに設定する設定手段と、前記予測結果取得手段により取得された予測結果を表示画面上にグラフィカル表示する表示手段と、前記仮想操作入力値を指示する操作を、前記表示画面上で受け付ける入力値指示受付手段と、を備え、前記許容範囲特定手段は、前記予測結果取得手段により取得された前記予測結果が許容範囲内にある場合に、当該予測結果と対応付けられた前記仮想操作入力値の値が前記操作入力値として入力可能な範囲にあると判定し、前記表示手段は、前記入力値指示受付手段を介して指示された前記仮想操作入力値に対応付けられた前記予測結果を、前記予測結果取得手段により取得された前記予測結果の中から選択し前記表示画面上に表示し、前記設定手段は、前記表示手段により選択されている前記予測結果が表示されている前記表示画面上への特定の操作を、当該予測結果に対応する当該仮想操作入力値を前記特定の操作入力値として選択する操作、として受け付け、前記入力値指示受付手段は、前記表示画面上に前記仮想操作入力値の指示を受け付けるための操作部を表示するとともに、前記操作部への操作を受け付け、前記操作部の位置は前記仮想操作入力値に対応付けられるとともに、前記操作部の可動範囲は前記許容範囲特定手段により特定された前記入力可能な範囲に対応付けられ、前記入力値指示受付手段は、前記表示画面上に表示された操作部の位置に応じた前記仮想操作入力値の指示を受け付けることを特徴とする。
この運転支援装置によれば、仮想操作入力値を変化させながら予測シミュレータに順次入力し、予測シミュレータによる予測結果を当該仮想操作入力値と対応付けて取得するので、オペレータの判断や操作に有用な情報を提供できる。

本発明の運転支援方法は、プロセスデータに基づき将来の運転状況を予測する予測シミュレータを用いた運転支援方法において、仮想操作入力値を変化させながら前記予測シミュレータに順次入力する入力ステップと、前記入力ステップにより入力された前記仮想操作入力値に基づく前記予測シミュレータによる予測結果を、当該仮想操作入力値と対応付けて取得する予測結果取得ステップと、操作入力値として入力可能な範囲を特定する許容範囲特定ステップと、入力可能な範囲として前記許容範囲特定ステップにより特定された前記操作入力値の中から特定の操作入力値を選択する操作を受け付け、選択された前記特定の操作入力値を実プロセスに設定する設定ステップと、前記予測結果取得ステップにより取得された予測結果を表示画面上にグラフィカル表示する表示ステップと、前記仮想操作入力値を指示する操作を、前記表示画面上で受け付ける入力値指示受付ステップと、を備え、前記許容範囲特定ステップでは、前記予測結果取得ステップにより取得された前記予測結果が許容範囲内にある場合に、当該予測結果と対応付けられた前記仮想操作入力値の値が前記操作入力値として入力可能な範囲にあると判定し、前記表示ステップでは、前記入力値指示受付ステップを介して指示された前記仮想操作入力値に対応付けられた前記予測結果を、前記予測結果取得ステップにより取得された前記予測結果の中から選択し前記表示画面上に表示し、前記設定ステップでは、前記表示ステップにより選択されている前記予測結果が表示されている前記表示画面上への特定の操作を、当該予測結果に対応する当該仮想操作入力値を前記特定の操作入力値として選択する操作、として受け付け、前記入力値指示受付ステップでは、前記表示画面上に前記仮想操作入力値の指示を受け付けるための操作部を表示するとともに、前記操作部への操作を受け付け、前記操作部の位置は前記仮想操作入力値に対応付けられるとともに、前記操作部の可動範囲は前記許容範囲特定ステップにより特定された前記入力可能な範囲に対応付けられ、前記入力値指示受付ステップでは、前記表示画面上に表示された操作部の位置に応じた前記仮想操作入力値の指示を受け付けることを特徴とする。
この運転支援方法によれば、仮想操作入力値を変化させながら予測シミュレータに順次入力し、予測シミュレータによる予測結果を当該仮想操作入力値と対応付けて取得するので、オペレータの判断や操作に有用な情報を提供できる。

本発明の運転支援装置によれば、仮想操作入力値を変化させながら予測シミュレータに順次入力し、予測シミュレータによる予測結果を当該仮想操作入力値と対応付けて取得するので、オペレータの判断や操作に有用な情報を提供できる。

本発明の運転支援方法によれば、仮想操作入力値を変化させながら予測シミュレータに順次入力し、予測シミュレータによる予測結果を当該仮想操作入力値と対応付けて取得するので、オペレータの判断や操作に有用な情報を提供できる。

以下、図１〜図３を参照して、本発明による運転支援装置の一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態の運転支援装置の構成を示すブロック図である。

図１において、プラント１は制御装置２により制御される。制御装置２には、操作入力インタフェース３を介して操作入力値が与えられる。制御装置２は、操作入力値に応じた制御値をプラント１に与え、プラント１を制御する。図１に示すように、操作入力値は制御装置２に与えられるのと同時に、プロセス値の一部としてトラッキングシミュレータ４にも入力される。

トラッキングシミュレータ４は、プロセスを物理や化学の法則に従ったモデルとして表現したプロセスシミュレータである。トラッキングシミュレータ４は、プラント１等から操作入力値を含むプロセス値（以下「実測値」という）を取得し、逐次トラッキングシミュレータ４の内部パラメータを更新することで、プラント１を完全に模擬するシミュレータである。

図１に示す状態予測シミュレータ５は、トラッキングシミュレータ４から入力されるプロセスデータに基づいて実時間より高速に演算することで、プラント１の将来の運転状態を予測した予測値（以下、「予測値」という）を導出する。また、仮想操作を状態予測シミュレータ５に入力することで、仮想操作に対する予測値（以下、「ケーススタディ値」という）を導出することもできる。

本実施形態の運転支援装置１０は、状態予測シミュレータ５の予測結果を利用してオペレータの運転支援を行うための装置である。

図１に示すように、運転支援装置１０は、仮想操作入力値を変化させながら予測シミュレータ５に順次入力する入力手段１１と、入力手段１１により入力された仮想操作入力値に基づく予測シミュレータ５による予測結果を、当該仮想操作入力値と対応付けて取得する予測結果取得手段１２と、操作入力値として入力可能な範囲を特定する許容範囲特定手段１３と、入力可能な範囲として許容範囲特定手段１３により特定された操作入力値の中から、特定の操作入力値を選択する操作を受け付け、選択された上記特定の操作入力値を実プロセスに設定する設定手段１４と、予測結果取得手段１２により取得された予測結果をグラフィカル表示する表示手段１５と、仮想操作入力値を指示する操作を受け付ける入力値指示受付手段１６と、を構成する。

図２は、運転支援装置１０の動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１〜ステップＳ１２は、許容範囲特定手段１３による、操作入力値として入力可能な範囲を特定する処理を示している。

図２のステップＳ１では、トラッキングシミュレータ４からプラント１の現在の状態を初期状態として取り込み、仮想操作変数の初期値を当該操作入力値の現在値に設定する。

次に、ステップＳ２では、現在の仮想操作変数を状態予測シミュレータ５に入力する。

仮想操作変数Ｍ（ｍ_０，ｍ_１，・・・，ｍ_ｎ）は、
仮想操作変数ｍ_ｋ＝ｍ_０（１＋ｋΔ）
によりその値を決定する。

ここで、ｍ_０は仮想操作変数の初期値（ステップＳ１）であり、Δは仮想操作変数の増減幅である。例えば、ｍ０に対して２０％ずつ増減する仮想操作変数は、
ｍ_ｋ＝ｍ_０（１＋０．２ｋ）（ただし、ｋは整数）
となる。

次に、ステップＳ３では、状態予測シミュレータ５において、ステップＳ２で入力された仮想操作変数に基づく演算を実行させるとともに、予測結果取得手段１２を介して、その演算結果（予測結果）を状態予測シミュレータ５から取得する。

次に、ステップＳ４では、状態予測シミュレータ５から取得された予測結果に基づき、現在の仮想操作変数が許容範囲か否かを判定する。ここでは、例えば、状態予測シミュレータ５による予測結果として示される予測値と予め定義されたアラーム値とを比較する。

以下、例えば、アラーム値として上限値Ａ_ｍａｘと下限値Ａ_ｍｉｎとが定義されている場合の処理について説明する。

予測時間（現在から最長予測対象時刻までの時間）を３６００秒とし、ある予定時刻Ｔで導出されたケーススタディ値をＶ_Ｔ（Ｔ＝１，２，・・・，３６００）とし、Ｖ_Ｔの最大値をＶ_Ｔｍａｘ、ＶＴの最小値をＶ_Ｔｍｉｎとしたとき、
（１）「Ｖ_ＴｍｉｎがＡ_ｍｉｎ以上であり、かつＶ_ＴｍａｘがＡ_ｍａｘ以下である」ときに、許容範囲内Ｐ_{ｎｏｒｍａｌ}と判定し、
（２）「Ｖ_ＴｍｉｎがＡ_ｍｉｎ未満であり、かつＶ_ＴｍａｘがＡ_ｍａｘ以下である」ときに、許容範囲外Ｐ_Ａｍｉｎと判定し、
（３）「Ｖ_ＴｍｉｎがＡ_ｍｉｎ以上であり、かつＶ_ＴｍａｘがＡ_ｍａｘより大きい」ときに、許容範囲外Ｐ_Ａｍａｘと判定し、
（４）「Ｖ_ＴｍｉｎがＡ_ｍｉｎ未満であり、かつＶ_ＴｍａｘがＡ_ｍａｘより大きい」ときに、許容範囲外Ｐ_{Ａｍａｘ ｍｉｎ}と判定する。

ステップＳ４では、状態予測シミュレータ５での演算により得られたケーススタディ値Ｖ_Ｔのすべてについて許容範囲内Ｐ_{ｎｏｒｍａｌ}の判定が得られた場合に、現在の仮想操作変数が操作入力値として入力可能な値であると判定する。

ステップＳ４の判断が肯定されればステップＳ５へ進み、判断が否定されればステップＳ７へ進む。

ステップＳ５では、状態予測シミュレータ５での演算により得られたケーススタディ値ＶＴを仮想操作変数と対応付けて記憶装置６に保存する。また、その仮想操作変数を操作入力値として入力可能な値として記憶装置６に保存する。

次に、ステップＳ６では、仮想操作変数にΔだけ加算し、ステップＳ２へ戻る。

このように、ステップＳ１〜ステップＳ６では、仮想操作変数を初期値ｍ０からΔずつ増加させてゆき、ケーススタディ値Ｖ_Ｔのすべてについて許容範囲内Ｐ_{ｎｏｒｍａｌ}の判定が得られる範囲を自動的に探索している。

次に、ステップＳ７では、仮想操作変数の初期値からΔを減算した値ｍ_０−Δを現在の仮想操作変数に設定する。

次にステップＳ８では、現在の仮想操作変数を状態予測シミュレータ５に入力する。

次に、ステップＳ９では、状態予測シミュレータ５において、ステップＳ２で入力された仮想操作変数に基づく演算を実行させるとともに、予測結果取得手段１２を介して、その演算結果（予測結果）を状態予測シミュレータ５から取得する。

次に、ステップＳ１０では、状態予測シミュレータ５から取得された予測結果に基づき、現在の仮想操作変数が許容範囲か否かを判定する。ここでは、ステップＳ４と同一処理を実行し、状態予測シミュレータ５での演算により得られたケーススタディ値ＶＴのすべてについて許容範囲内Ｐ_{ｎｏｒｍａｌ}の判定が得られた場合に、現在の仮想操作変数が操作入力値として入力可能な値であると判定する。

ステップＳ１０の判断が肯定されればステップＳ１１へ進み、判断が否定されれば処理を終了する。

ステップＳ１１では、状態予測シミュレータ５での演算により得られたケーススタディ値ＶＴを仮想操作変数と対応付けて記憶装置６に保存する。また、その仮想操作変数を操作入力値として入力可能な値として記憶装置６に保存する。

次に、ステップＳ１２では、仮想操作変数からΔだけ減算し、ステップＳ８へ戻る。

このように、ステップＳ７〜ステップＳ１２では、仮想操作変数の初期値をｍ_０−Δとして（ステップＳ７）、仮想操作変数をΔずつ減少させてゆき、ケーススタディ値Ｖ_Ｔのすべてについて許容範囲内Ｐ_{ｎｏｒｍａｌ}の判定が得られる範囲を自動的に探索している。

このように、仮想操作変数を実際のプラント１における操作入力値から増減させ、許容範囲を越える値までシミュレーションを行うことで、操作入力値の許容範囲を把握することができる。

なお、操作入力値の許容範囲を検索するアルゴリズムは上記手順に限定されることなく、任意の手順を適用できる。

図３は、表示手段１５による予測結果の表示例を示す図である。

図３に示すように、表示画面７には表示手段１５によってトレンドグラフ７１が表示され、現在時刻よりも左方にはプラント１の実測値に基づく過去のトレンドが、現在時刻よりも右方には記憶装置６に格納されたケーススタディ値Ｖ_Ｔに基づく予測トレンドがそれぞれ示される。

図３に示すように、予測トレンドの表示領域には、記憶装置６に格納されたケーススタディ値Ｖ_Ｔ群の広がりを２次元領域として示す操作可能範囲７２と、その上下に位置する領域としての操作不可範囲７３ａおよび７３ｂと、が表示される。

また、表示画面７には、操作量変更インタフェース７４が表示される。操作量変更インタフェース７４に表示されるつまみ７４ａの位置は仮想操作変数に対応しており、つまみ７４ａを移動させることで操作可能範囲７２内に表示されたケーススタディ値Ｖ_Ｔを選択することができる。

図２のステップＳ２１〜ステップＳ２３は、操作量変更インタフェース７４に対する操作を画面表示に反映させる処理を示している。

ステップＳ２１では、入力値指示受付手段１６は、記憶装置６に格納されたケーススタディ値Ｖ_Ｔのデータおよびつまみ７４ａの現在の位置に基づいて、つまみ７４ａの現在の位置に対応する仮想操作変数を取得する。次に、ステップＳ２２では、表示手段１５は、入力値指示受付手段１６で取得されている上記仮想操作変数に対応付けられたケーススタディ値Ｖ_Ｔを記憶装置６から取得する。次に、ステップＳ２３では、表示手段１５は、表示画面７のトレンドグラフ７１上に当該ケーススタディ値Ｖ_Ｔのグラフ７２Ａを描画し、ステップＳ２１へ戻る。

このような処理を繰り返すことにより、つまみ７４ａの位置に応じた仮想操作変数がリアルタイムに取得されるとともに、そのときの仮想操作変数に対応するケーススタディ値Ｖ_Ｔのグラフ７２Ａがトレンドグラフ７１上にリアルタイムに表示される。

図２のステップＳ３１〜ステップＳ３３は、設定手段１４における処理を示している。

図２のステップＳ３１では、表示画面７の変更実行操作ボタン７５が操作されるのを待って、ステップＳ３２へ進む。ステップＳ３２では、つまみ７４ａの現在の位置に対応する仮想操作変数を入力値指示受付手段１６から取得する。

次にステップＳ３３では、取得された上記仮想操作変数を操作入力値として制御装置２およびトラッキングシミュレータ４に与え、ステップＳ３１へ戻る。

このように、本実施形態の運転支援装置によれば、操作入力値の許容範囲を表示画面７上で把握することができるため、適切な操作入力値を知るための試行（予測シミュレーション）を繰り返す必要がなくなる。

また、変更実行操作ボタン７５の操作により、入力値受付手段１６で取得されている仮想操作変数が操作入力値としてプラント１に反映されるため、オペレータは表示画面７で適切なグラフ７２Ａが得られるようにつまみ７４ａを操作し、その状態で変更実行操作ボタン７５を操作するだけで、望ましい操作入力値を設定することが可能となる。

上記実施形態では、仮想操作変数が１つの場合について説明したが、複数の仮想操作変数を用いることで複数の操作入力値の組み合わせについてその値の許容範囲を自動探索してもよい。

以上説明したように、本発明の運転支援装置および運転支援方法によれば、仮想操作入力値を変化させながら予測シミュレータに順次入力し、予測シミュレータによる予測結果を当該仮想操作入力値と対応付けて取得するので、オペレータの判断や操作に有用な情報を提供できる。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、プロセスデータに基づき将来の運転状況を予測する予測シミュレータを用いた運転支援装置および運転支援方法に対し、広く適用することができる。

一実施形態の運転支援装置の構成を示すブロック図。 運転支援装置の動作を示すフローチャート。 表示手段による予測結果の表示例を示す図。

符号の説明

５ （状態予測シミュレータ）予測シミュレータ
１０ 運転支援装置
１１ 入力手段
１２ 予測結果取得手段
１３ 許容範囲特定手段
１４ 設定手段
１５ 表示手段
１６ 入力値指示受付手段

Claims (2)

1. プロセスデータに基づき将来の運転状況を予測する予測シミュレータを用いた運転支援装置において、
   仮想操作入力値を変化させながら前記予測シミュレータに順次入力する入力手段と、
   前記入力手段により入力された前記仮想操作入力値に基づく前記予測シミュレータによる予測結果を、当該仮想操作入力値と対応付けて取得する予測結果取得手段と、
   操作入力値として入力可能な範囲を特定する許容範囲特定手段と、
   入力可能な範囲として前記許容範囲特定手段により特定された前記操作入力値の中から特定の操作入力値を選択する操作を受け付け、選択された前記特定の操作入力値を実プロセスに設定する設定手段と、
   前記予測結果取得手段により取得された予測結果を表示画面上にグラフィカル表示する表示手段と、
   前記仮想操作入力値を指示する操作を、前記表示画面上で受け付ける入力値指示受付手段と、
   を備え、
   前記許容範囲特定手段は、前記予測結果取得手段により取得された前記予測結果が許容範囲内にある場合に、当該予測結果と対応付けられた前記仮想操作入力値の値が前記操作入力値として入力可能な範囲にあると判定し、
   前記表示手段は、前記入力値指示受付手段を介して指示された前記仮想操作入力値に対応付けられた前記予測結果を、前記予測結果取得手段により取得された前記予測結果の中から選択し前記表示画面上に表示し、
   前記設定手段は、前記表示手段により選択されている前記予測結果が表示されている前記表示画面上への特定の操作を、当該予測結果に対応する当該仮想操作入力値を前記特定の操作入力値として選択する操作、として受け付け、
   前記入力値指示受付手段は、前記表示画面上に前記仮想操作入力値の指示を受け付けるための操作部を表示するとともに、前記操作部への操作を受け付け、
   前記操作部の位置は前記仮想操作入力値に対応付けられるとともに、前記操作部の可動範囲は前記許容範囲特定手段により特定された前記入力可能な範囲に対応付けられ、
   前記入力値指示受付手段は、前記表示画面上に表示された操作部の位置に応じた前記仮想操作入力値の指示を受け付けることを特徴とする運転支援装置。
2. プロセスデータに基づき将来の運転状況を予測する予測シミュレータを用いた運転支援方法において、
   仮想操作入力値を変化させながら前記予測シミュレータに順次入力する入力ステップと、
   前記入力ステップにより入力された前記仮想操作入力値に基づく前記予測シミュレータによる予測結果を、当該仮想操作入力値と対応付けて取得する予測結果取得ステップと、
   操作入力値として入力可能な範囲を特定する許容範囲特定ステップと、
   入力可能な範囲として前記許容範囲特定ステップにより特定された前記操作入力値の中から特定の操作入力値を選択する操作を受け付け、選択された前記特定の操作入力値を実プロセスに設定する設定ステップと、
   前記予測結果取得ステップにより取得された予測結果を表示画面上にグラフィカル表示する表示ステップと、
   前記仮想操作入力値を指示する操作を、前記表示画面上で受け付ける入力値指示受付ステップと、
   を備え、
   前記許容範囲特定ステップでは、前記予測結果取得ステップにより取得された前記予測結果が許容範囲内にある場合に、当該予測結果と対応付けられた前記仮想操作入力値の値が前記操作入力値として入力可能な範囲にあると判定し、
   前記表示ステップでは、前記入力値指示受付ステップを介して指示された前記仮想操作入力値に対応付けられた前記予測結果を、前記予測結果取得ステップにより取得された前記予測結果の中から選択し前記表示画面上に表示し、
   前記設定ステップでは、前記表示ステップにより選択されている前記予測結果が表示されている前記表示画面上への特定の操作を、当該予測結果に対応する当該仮想操作入力値を前記特定の操作入力値として選択する操作、として受け付け、
   前記入力値指示受付ステップでは、前記表示画面上に前記仮想操作入力値の指示を受け付けるための操作部を表示するとともに、前記操作部への操作を受け付け、
   前記操作部の位置は前記仮想操作入力値に対応付けられるとともに、前記操作部の可動範囲は前記許容範囲特定ステップにより特定された前記入力可能な範囲に対応付けられ、
   前記入力値指示受付ステップでは、前記表示画面上に表示された操作部の位置に応じた前記仮想操作入力値の指示を受け付けることを特徴とする運転支援方法。

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