JP5531829B2 - プラント制御装置の試験装置 - Google Patents

Description

この発明は、プラント制御装置の試験、より詳しくは、プラント制御装置の交換やそのプログラムの更新或いは変更を行う場合に実施する試験に用いる試験装置に関する。

製鉄プラントや製紙プラント等の大規模なプラントは、工程毎に複数の制御機器を備えている。それら各工程の制御機器をプラント制御装置（単に制御装置という）によって個別に或いは全体として制御することによって、プラントの運転が行われる。制御装置による制御機器の制御はシーケンスプログラムに従って行われる。オペレータにより操作される操作入力装置からの操作量信号と、制御対象プラントに取り付けられた種々のセンサからの状態フィードバック信号とが制御装置に入力され、それら入力信号に応じた制御信号がシーケンスプログラムに従って制御装置から出力される。

前記のプログラムはプラントの運転に関する要求仕様に従って作成される。制御装置を実際のプラントに組み込んで本運転する場合には、要求仕様通りであることが検証されたプログラムが用いられている。

ところが、既設のプラントにおいても制御装置は必要に応じて交換される場合がある。また、プログラムの更新や変更が行われる場合もある。そのような場合に必要となる作業が、交換後の制御装置、又は、プログラムの更新或いは変更後の制御装置が要求仕様にあっているかどうか確認するための試験である。そのような試験の一つの方法として、被試験制御装置を実際のプラントに組み込んで試験運転してみることが考えられる。しかし、その場合には時間やコストがかかる上に、予期しないトラブルが発生する可能性もある。このため、従来行われている試験では、制御装置を実プラントから切り離して試験することのできる試験装置が用いられている。

図２は、従来の試験装置を示す構成図である。図２に示す試験装置は、被試験制御装置１、プラント状態表示操作入力装置２、プラントシミュレータ装置３及び制御出力表示装置４をＬＡＮ５で接続することによって構成されている。プラント状態表示操作入力装置２は、プラントの操作入力および運転状態表示のための装置であって、スイッチやキーボード等の入力手段とディスプレイ等の出力手段とを備えている。プラントシミュレータ装置３は、プラントの運転を模擬することのできる装置である。制御出力表示装置４は、被試験制御装置１から出される制御信号と、プラントシミュレータ装置３から出されるプラント運転状態模擬信号とを画面に表示するための表示装置である。

従来の試験装置を用いた試験では、試験者は、プラント状態表示操作入力装置２を操作して操作量信号を被試験制御装置１に入力する。被試験制御装置１には、操作量信号とともにプラントシミュレータ装置３から出されるプラント運転状態模擬信号が入力される。プラント運転状態模擬信号は、実際のプラントにおいて種々のセンサから出されている状態フィードバック信号に相当する。被試験制御装置１は、入力された操作量信号とプラント運転状態模擬信号（状態フィードバック信号）とに応じて制御信号を出力する。その制御信号は、プラントシミュレータ装置３と制御出力表示装置４とに入力される。制御出力表示装置４には、制御信号とプラント運転状態模擬信号（状態フィードバック信号）とが時系列チャートで表示される。試験者は、制御出力表示装置４の画面に表示される時系列チャートを読むことで、被試験制御装置１が要求仕様にあっているかどうか確認することができる。

以上のようなプラントシミュレータ装置を用いた試験装置に関しては、例えば下記の特許文献において述べられている。

特開平８−９５８１９号公報

従来の試験装置は、プラントの運転を模擬するプラントシミュレータ装置の模擬精度によってその試験精度を左右される。しかし、模擬精度の高いプラントシミュレータ装置を設計及び製作することは簡単ではない。制御装置の交換等に関する要求仕様と制御対象プラントの運転仕様を十分に検討する必要があるからである。このため、プラントシミュレータ装置の設計及び製作には、多くの時間とコストとが費やされることになる。

また、制御装置の試験においては、いわゆる意地悪試験も行っておくことが望まれる。意地悪試験とは、要求仕様にはない操作量信号や、検討想定されていない方法でプラントを運転した場合に得られる状態フィードバック信号や、或いは、プラントの運転に異常が発生した場合に得られる状態フィードバック信号に対し、適切な制御信号が被試験制御装置から出力されることを確認するための試験である。しかし、このような意地悪試験を従来の試験装置において可能にするためには、多様な模擬運転が可能な大規模なプラントシミュレータ装置が必要となる。プラントシミュレータ装置が意地悪試験に対応していないのであれば、被試験制御装置を実際のプラントに組み込んで実際のプラント運転の過程で意地悪試験を行わざるをえない。

さらに、プラントシミュレータ装置を用いる場合の課題として、制御信号の出力に対する状態フィードバック信号の応答タイミングが挙げられる。プラントシミュレータ装置で模擬される応答タイミングは設計によって決まるため、実際のプラントの応答タイミングに完全に合わせることは難しい。このため、試験において応答タイミングに完全に合わせることが要求されるのであれば、被試験制御装置を実際のプラントに組み込んで実際にプラントを運転しながら試験を行わざるをえない。

以上のように、従来の試験装置はプラントシミュレータ装置の使用に起因するいくつかの課題を有している。加えて、従来の試験装置には試験結果の評価に関する課題も存在する。従来の試験装置によれば、試験者は、表示装置の画面に時系列チャート等で表示される制御信号とプラント運転状態模擬信号との関係から、要求仕様通りの制御信号が出力されているかどうか評価することになる。しかし、その評価を正確に行うためにはプラントの運転状態に関する知識が必要であり、その知識の有無や知識量の多少によって評価の精度が左右されてしまう。

本発明は、上述のような課題に鑑みなされたもので、実際のプラントに制御装置を組み込む必要のない、また、プラントシミュレータ装置を用いる必要もないプラント制御装置の試験装置を提供することを１つの目的とする。また、試験者の知識量によって試験結果の評価精度が左右されることの少ないプラント制御装置の試験装置を提供することをもう１つの目的とする。

本発明の第１の態様のプラント制御装置の試験装置は、操作入力装置からの操作量信号と制御対象プラントからの状態フィードバック信号とを受け付け、操作量信号と状態フィードバック信号とに応じて制御対象プラントの制御機器へ制御信号を出力する制御装置の試験装置として構成される。本試験装置は、試験済みの制御装置による制御対象プラントの実運転中に発生した操作量信号、状態フィードバック信号及び制御信号が相互に関連付けて記録されている記録媒体から信号を読み出して再生する再生手段を備える。再生手段による信号の再生は、再生要求に応じて行われるのが好ましい。信号を再生するモードは複数用意することができる。そのうちの一つは、記録された信号に特定の条件を満たす特定信号が含まれる場合に、その特定信号のみを読み出して再生するモードであることがより好ましい。再生手段は、記録媒体に信号を記録する手段とは別の専用の装置として構成されてもよいし、記録手段と一体の記録再生装置として構成することもできる。なお、信号を記録する記録媒体の種別には限定はない。

本試験装置は、被試験制御装置を試験運転する試験運転手段と、試験運転の結果を確認するための表示手段とを備える。試験運転手段は、記録媒体から再生される再生操作量信号及び再生状態フィードバック信号を被試験制御装置に入力し、再生操作量信号と再生状態フィードバック信号とに応じた制御信号を前記被試験制御装置に出力させる。表示手段は、被試験制御装置から出力される制御信号と記録媒体から再生される再生制御信号とを比較可能な態様で表示することができる。例えば、第１の表示装置においては再生状態フィードバック信号と被試験制御装置から出力される制御信号とを用いてそれら信号から予測される制御対象プラントの運転状態を表示するとともに、第２の表示装置においては再生状態フィードバック信号と再生制御信号とを用いて制御対象プラントの実際の運転状態を再現して表示してもよい。或いは、被試験制御装置から出力される制御信号と前記再生制御信号とを同一の表示装置に表示するようにしてもよい。

本試験装置は、その好ましい態様として、被試験制御装置から出力される制御信号と再生制御信号とを比較し、その比較結果を出力する比較手段をさらに備えてもよい。また、より好ましい態様として、予め設定された判定基準に基づいて、再生制御信号との比較結果から被試験制御装置から出力される制御信号の正否を自動で判定する判定手段をさらに備えてもよい。

本発明の第２の態様のプラント制御装置の試験装置は、操作入力装置からの操作量信号と制御対象プラントからの状態フィードバック信号とを受け付け、操作量信号と状態フィードバック信号とに応じて制御対象プラントの制御機器へ制御信号を出力する制御装置の試験装置として構成される。本試験装置は、試験済みの制御装置による制御対象プラントの実運転中に発生した操作量信号、状態フィードバック信号及び制御信号が相互に関連付けて記録されている記録媒体から信号を読み出して再生する再生手段を備える。再生手段による信号の再生は、再生要求に応じて行われるのが好ましい。信号を再生するモードは複数用意することができる。そのうちの一つは、記録された信号に特定の条件を満たす特定信号が含まれる場合に、その特定信号のみを読み出して再生するモードであることがより好ましい。再生手段は、記録媒体に信号を記録する手段とは別の専用の装置として構成されてもよいし、記録手段と一体の記録再生装置として構成することもできる。なお、信号を記録する記録媒体の種別には限定はない。

本試験装置は、被試験制御装置を試験運転する試験運転手段と、試験運転の結果を判定するための判定手段とを備える。試験運転手段は、記録媒体から再生される再生操作量信号及び再生状態フィードバック信号を被試験制御装置に入力し、再生操作量信号と再生状態フィードバック信号とに応じた制御信号を前記被試験制御装置に出力させる。判定手段は、被試験制御装置から出力される制御信号を記録媒体から再生される再生制御信号と比較する。そして、予め設定された判定基準に基づいて、再生制御信号との比較結果から被試験制御装置から出力される制御信号の正否を判定する。

本発明の第１の態様のプラント制御装置の試験装置は、制御対象プラントの実運転で得られた操作量信号と状態フィードバック信号とを入力信号として被試験制御装置を試験運転し、被試験制御装置から出力される制御信号と制御御対象プラントの実運転で得られた制御信号、すなわち、試験済みの制御装置から出力された制御信号とを比較可能に表示するものである。試験者は、被試験制御装置から出力される制御信号の正否を表示手段の表示内容から判断することができる。

本発明の第２の態様のプラント制御装置の試験装置は、制御対象プラントの実運転で得られた操作量信号と状態フィードバック信号とを入力信号として被試験制御装置を試験運転し、被試験制御装置から出力される制御信号と制御御対象プラントの実運転で得られた制御信号、すなわち、試験済みの制御装置から出力された制御信号との比較結果から被試験制御装置から出力される制御信号の正否を自動で判定するものである。試験者は、客観的で正確な判定結果（被試験制御装置から出力される制御信号の正否の判定結果）を簡単に得ることができる。

以上のように、本発明のプラント制御装置の試験装置によれば、試験において実際のプラントに被試験制御装置を組み込む必要はなく、また、プラントシミュレータ装置を用いる必要もない。その上、本発明のプラント制御装置の試験装置によれば、制御対象プラントの実運転で得られた実データを用いて試験を行うので、信頼性の高い試験結果を得ることができる。また、本発明のプラント制御装置の試験装置によれば、被試験制御装置から出力される制御信号と試験済みの制御装置から出力された制御信号とを直接或いは間接に比較することができるので、試験者の知識量に左右されにくい客観的な評価が可能となる。さらに、特定の条件を満たす信号が制御対象プラントの異常時に対応する信号である場合には、その異常信号を試験に用いることによって、制御装置の要求仕様にはない試験、いわゆる意地悪試験を行うこともできる。

本発明の実施の形態のプラント制御装置の試験装置を実プラントシステムと併せて示した全体構成図である。 従来のプラント制御装置の試験装置を示す構成図である。

以下、図を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態のプラント制御装置の試験装置（以下、単に試験装置という）を実プラントシステムと併せて示した全体構成図である。

実プラントシステム１０は、制御対象プラント１６と、それを制御するための制御システムとから構成されている。制御システムには、制御装置１１、プラント状態表示操作入力装置１２、Ｉ／Ｏ装置１３及びプラントデータ記録装置１４が備えられ、それらはＬＡＮ１５によって接続されている。制御対象プラント１６と制御システムとの間での信号の入出力はＩ／Ｏ装置１３を介して行われる。Ｉ／Ｏ装置１３から制御対象プラント１６へは、制御装置１１から制御対象プラント１６の制御機器に対して出力された制御信号が入力される。制御装置１１は、制御対象プラント１６の各工程に配備された複数の制御機器を総合的に制御している。逆に、制御対象プラント１６からＩ／Ｏ装置１３へは、制御対象プラント１６のセンサから出力された状態フィードバック信号が入力される。

Ｉ／Ｏ装置１３が制御対象プラント１６から受け付けた状態フィードバック信号は制御装置１１に入力される。制御装置１１には、プラント状態表示操作入力装置１２から操作量信号も入力されている。制御装置１１は、試験済みの制御装置、すなわち、要求仕様にあっていることが既に確認されている制御装置である。制御装置１１は、メモリに記憶されているシーケンスプログラムに従い、入力された操作量信号と状態フィードバック信号とに応じて制御信号を出力する。プラント状態表示操作入力装置１２は、運転者によるスイッチ或いはキーボード等の操作に応じて操作量信号を出力するとともに、制御装置１１を介して入力される状態フィードバック信号と制御信号とに基づいて制御対象プラント１６の状態表示を行っている。

プラントデータ記録装置１４は、制御装置１１による制御対象プラント１６の運転中に発生した操作量信号、状態フィードバック信号及び制御信号をプラントデータとして受け付ける。そして、それら信号を相互に関連付けて時系列に記録媒体３０に記録していく。本実施の形態では、記録媒体３０としてプラントデータ記録装置１４に対して着脱可能な記録媒体が用いられている。プラントデータ記録装置１４で記録される信号には、正常運転時の信号に加えて、運転者が要求仕様にはない操作を行った場合の信号も含まれる。また、設計時の想定外の方法で制御対象プラント１６を運転した場合における信号や、制御対象プラント１６に何らかの異常が発生した場合における信号もプラントデータ記録装置１４によって記録される。それら特殊な条件のもとで記録された信号には、正常運転時の信号と区別するための符号が付けられている。

試験装置２０は、プラント状態表示操作入力装置２２、プラントデータ再生装置２３、制御出力表示装置２４、プラント状態表示装置２５及び制御出力比較判定装置２６をＬＡＮ２７で接続することによって構成されている。この試験装置２０による試験を行う場合には、プラントデータ再生装置２３にプラントデータが記録された記録媒体３０がセットされ、試験対象の制御装置（以下、被試験制御装置）２１がＬＡＮ２７に接続される。被試験制御装置２１は、前述の制御装置１１の交換品であるか、若しくは、制御装置１１のプログラムを更新又は変更したものである。試験装置２０による試験は、被試験制御装置２１が制御装置の要求仕様にあっているかどうか確認するために行われる。

試験装置２０を用いた試験では、試験者は、プラントデータ再生装置２３を動作させ、記録媒体３０からプラントデータ、すなわち、操作量信号、状態フィードバック信号及び制御信号を読み出して再生する。記録媒体３０からは制御対象プラント１６の運転中に記録されたプラントデータがそのまま再生されるので、プラントの実運転時に発生する信号とタイミングも含めて同一の信号が出力される。プラントデータ再生装置２３から出力される各再生信号のうち、再生操作量信号と再生状態フィードバック信号とが被試験制御装置２１に入力される。つまり、再生操作量信号と再生状態フィードバック信号とを入力信号として被試験制御装置２１の試験運転が行われる。被試験制御装置２１は、メモリに記憶されているシーケンスプログラムに従い、入力された再生操作量信号と再生状態フィードバック信号とに応じて制御信号を出力する。

プラントデータ再生装置２３から出力される再生制御信号は、被試験制御装置２１から出力される制御信号との比較のために用いられる。再生制御信号は試験済みの制御装置１１から出力された制御信号であるので、それとの比較を行うことによって被試験制御装置２１から出力される制御信号の正否を客観的に判断することができる。試験装置２０には、被試験制御装置２１から出力される制御信号と再生制御信号との比較を行うための手段として、次に説明するように複数の手段が用意されている。

比較のための手段の１つは、プラント状態表示操作入力装置２２とプラント状態表示装置２５とからなる。プラント状態表示操作入力装置２２は、実プラントシステム１０に備えられるプラント状態表示操作入力装置１２と同じ構成及び機能を有している。プラント状態表示操作入力装置１２は、被試験制御装置２１から入力される制御信号と被試験制御装置２１を介して入力される再生状態フィードバック信号とを用いて、それら信号から予測される制御対象プラント１６の運転状態を表示する。一方、プラント状態表示装置２５は、プラント状態表示操作入力装置２２が有する表示機能と同様の機能を有している。プラント状態表示装置２５は、プラントデータ再生装置２３で再生される再生状態フィードバック信号と再生制御信号とを用いて、制御対象プラント１６の実際の運転状態を再現して表示する。試験者は、プラント状態表示操作入力装置２２の表示画面とプラント状態表示装置２５の表示画面とを見比べることで、被試験制御装置２１から出力される制御信号の正否を客観的に判断することができる。

比較のための別の手段は、制御出力表示装置２４である。制御出力表示装置２４は、被試験制御装置２１から出力される制御信号と、プラントデータ再生装置２３で再生される再生制御信号とを同一の画面上に表示する。具体的には、時間軸を同一とする時系列チャートによって制御信号と再生制御信号とを並べて表示する。制御出力表示装置２４の表示によれば、試験者は、被試験制御装置２１から出力される制御信号の正否を客観的に且つ一見して判断することができる。また、制御出力表示装置２４によれば、プラント状態表示操作入力装置２２やプラント状態表示装置２５の表示からは確認できない制御信号も確認することができる。

比較のための３つ目の手段は、制御出力比較判定装置２６である。制御出力比較判定装置２６は、被試験制御装置２１から出力される制御信号と、プラントデータ再生装置２３で再生される再生制御信号とを比較する。比較の方法としては、例えば、信号の大きさの差を計算する方法を用いることができる。そして、制御出力比較判定装置２６は、予め設定された判定基準に基づいて、比較の結果から被試験制御装置２１から出力される制御信号の正否を自動で判定し、その判定結果を表示画面上に出力する。その判定方法としては、例えば、信号の大きさの差が所定の基準値よりも小さいのであれば正しい制御信号が出力されていると判定し、信号の大きさの差が基準値以上であるならば正しい制御信号が出力されていないと判定することができる。制御出力比較判定装置２６によれば、試験者は、被試験制御装置から出力される制御信号の正否に関し、客観的で正確な判定結果を簡単に得ることができる。

以上述べたように、本実施の形態の試験装置２０によれば、プラントデータ再生装置２３にプラントデータ記録装置１４で記録したプラントデータを移動し再生することで、試験において実際の制御対象プラント１６に被試験制御装置２１を組み込む必要はなく、また、従来のようなプラントシミュレータ装置を用いる必要もない。また、制御対象プラント１６の実運転で得られた実データを用いて試験を行うので、信頼性の高い試験結果を得ることができる。さらに、本実施の形態の試験装置２０によれば、被試験制御装置２１から出力される制御信号と試験済みの制御装置１１から出力された制御信号とを直接或いは間接に比較することができるので、試験者の知識量に左右されにくい客観的な評価が可能である。

さらに、本実施の形態の試験装置２０によれば、記録媒体３０に記録されている信号に特殊な条件のもとで記録された特定信号が含まれている場合には、その特定信号のみを記録媒体３０から読み出して再生することができる。特定信号には正常運転時の信号と区別するための符号が付けられているので、プラントデータ再生装置２３により特定信号のみを再生することは容易である。特定信号とは、運転者が要求仕様にはない操作を行った場合の信号、設計時の想定外の方法で制御対象プラント１６を運転した場合における信号、制御対象プラント１６に何らかの異常が発生した場合における信号等であるから、このような信号を試験に用いることによって、制御装置の要求仕様にはない試験、いわゆる意地悪試験を簡単に行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば以下の各例のように変形して実施してもよい。

図１に示す試験装置２０の構成から、プラント状態表示操作入力装置２２とプラント状態表示装置２５とを省いた構成を採ることができる。さらに、制御出力表示装置２４も試験装置２０の構成から省いて、制御出力比較判定装置２６による自動判定のみを行うようにすることもできる。或いは、制御出力比較判定装置２６を試験装置２０の構成から省いて、制御出力表示装置２４の表示画面のみで制御出力の正否の判断を行うようにすることもできる。

また、図１に示す試験装置２０の構成から、制御出力比較判定装置２６を省いた構成を採ることができる。さらに、制御出力表示装置２４も試験装置２０の構成から省いて、プラント状態表示操作入力装置２２とプラント状態表示装置２５の各表示画面のみを見て制御出力の正否の判断を行うようにすることもできる。

プラントデータ記録装置１４からプラントデータ再生装置２３へ記録媒体３０を移送する代わりに、プラントデータ記録装置１４からプラントデータ再生装置２３へネットワーク（ＬＡＮ或いはインターネット等）を介してプラントデータを転送するのでもよい。或いは、プラントデータ記録装置１４とプラントデータ再生装置２３とを一体化して、プラントデータ記録再生装置として構成することもできる。

上述の実施の形態では、制御装置１１，２１は、制御対象プラント１６の各工程に配備された複数の制御機器を総合的に制御する制御装置となっている。しかし、本発明の試験装置による試験対象としての制御装置は、制御対象プラントの工程毎に設けられた制御装置でもよいし、制御機器毎に設けられて制御機器を個別に制御する制御装置でもよい。つまり、少なくとも制御対象プラントの制御機器を制御する制御装置であればよい。

１，２１：制御装置（被試験制御装置）
２，１２，２２：プラント状態表示操作入力装置
３：プラントシミュレータ装置
４：制御出力表示装置
５，１５，２７：ＬＡＮ
１０：実プラントシステム
１１：制御装置（試験済み制御装置）
１３：Ｉ／Ｏ装置
１４：プラントデータ記録装置
１６：制御対象プラント
２０：試験装置
２３：プラントデータ再生装置
２４：制御出力表示装置
２５：プラント状態表示装置
２６：制御出力比較判定装置
３０：記録媒体

Claims (4)

1. 操作入力装置からの操作量信号と制御対象プラントからの状態フィードバック信号とを受け付け、前記操作量信号と前記状態フィードバック信号とに応じて前記制御対象プラントの制御機器へ制御信号を出力するプラント制御装置の試験に用いる試験装置であって、
   試験済みの制御装置による前記制御対象プラントの実運転中に発生した操作量信号、状態フィードバック信号及び制御信号が相互に関連付けて記録されている記録媒体から信号を読み出して再生する再生手段と、
   前記再生手段により再生される再生操作量信号及び再生状態フィードバック信号を被試験制御装置に入力し、前記再生操作量信号と前記再生状態フィードバック信号とに応じた制御信号を前記被試験制御装置に出力させる試験運転手段と、
   前記被試験制御装置から出力される制御信号と前記再生手段により再生される再生制御信号とを比較可能な態様で表示する表示手段と、を備え、
   前記表示手段は、前記再生状態フィードバック信号と前記被試験制御装置から出力される制御信号とを用いてそれら信号から予測される前記制御対象プラントの運転状態を表示する第１の表示装置と、前記再生状態フィードバック信号と前記再生制御信号とを用いて前記制御対象プラントの実際の運転状態を再現して表示する第２の表示装置とを備えることを特徴とするプラント制御装置の試験装置。
2. 前記再生手段は、前記記録媒体に記録された信号に特定の条件を満たす特定信号が含まれる場合に、前記特定信号のみ読み出して再生するモードを備えることを特徴とする請求項１に記載のプラント制御装置の試験装置。
3. 前記被試験制御装置から出力される制御信号と前記再生制御信号とを比較し、その比較結果を出力する比較手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラント制御装置の試験装置。
4. 予め設定された判定基準に基づいて、前記再生制御信号との比較結果から前記被試験制御装置から出力される制御信号の正否を判定する判定手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のプラント制御装置の試験装置。

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