特開 2024-113374 制御ソフトウェア作成支援方法及び制御ソフトウェア作成支援プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024113374

(43)【公開日】2024-08-22

(54)【発明の名称】制御ソフトウェア作成支援方法及び制御ソフトウェア作成支援プログラム

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/042 20060101AFI20240815BHJP

【ＦＩ】

G05B19/042

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023018308

(22)【出願日】2023-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】301078191

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクソリューションズ

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】山口 英俊

【テーマコード（参考）】

5H220

【Ｆターム（参考）】

5H220AA01

5H220AA02

5H220BB07

5H220BB09

5H220CC07

5H220CX01

5H220GG02

5H220HH01

5H220JJ12

5H220JJ13

5H220JJ14

5H220JJ22

5H220JJ24

5H220JJ26

5H220JJ47

5H220KK08

(57)【要約】

【課題】制御ソフトウェア作成工程の初期段階におけるエラーの抽出自動化を可能とする。
【解決手段】制御ソフトウェアが実施するプロセス制御の内容を、複数の演算機能を、演算機能の入出力である端子を介して結合した結合体として表す制御用定義データ７１を記憶しており、制御用定義データから、カテゴリごとに端子を抽出した複数の端子テーブル７２を作成し、演算機能の入出力関係または演算機能間の入出力関係として関係づけられている端子同士を特定して接続先または被接続となる端子を登録し、複数の端子テーブルに含まれる端子のうち、接続先または被接続の少なくともいずれかが登録されていない端子を途切れ判定する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プロセスプラントの監視または制御を行う監視制御システムの制御ソフトウェアの作成支援方法であって、
前記制御ソフトウェアが実施するプロセス制御の内容を、複数の演算機能を、前記演算機能の入出力である端子を介して結合した結合体として表す制御用定義データを記憶しており、
前記制御用定義データから、カテゴリごとに端子を抽出した複数の端子テーブルを作成する第１の手順と、
前記演算機能の入出力関係として関係づけられている端子同士を、前記複数の端子テーブルのうちのいずれかの端子テーブルに含まれる端子と他の端子テーブルに含まれる端子との間で特定し、接続先または被接続となる端子を登録する第２の手順と、
前記演算機能間の入出力関係として関係づけられている端子同士を、前記複数の端子テーブルのうちのいずれかの端子テーブルに含まれる端子と他の端子テーブルに含まれる端子との間で特定し、接続先または被接続となる端子を登録する第３の手順と、
前記複数の端子テーブルに含まれる端子のうち、接続先または被接続の少なくともいずれかが登録されていない端子を途切れ判定する第４の手順と、を有し、
前記複数の端子テーブルは、前記プロセスプラントから前記制御ソフトウェアへの入力となる端子が抽出される入力端子（プロセス）テーブル、前記制御ソフトウェアにおいて入力となる端子が抽出される入力端子（制御）テーブル、前記制御ソフトウェアにおいて出力となる端子が抽出される出力端子（制御）テーブル、及び前記制御ソフトウェアから前記プロセスプラントへの入力となる端子が抽出される出力端子（プロセス）テーブルである制御ソフトウェア作成支援方法。

【請求項2】

請求項１において、
前記第４の手順において、前記複数の端子テーブルに含まれる端子のうち、接続先及び被接続の双方が登録されていても、接続先または被接続が途切れ判定された端子を途切れ判定する制御ソフトウェア作成支援方法。

【請求項3】

請求項１において、
前記第４の手順において、途切れ判定された端子の情報をディスプレイに表示する制御ソフトウェア作成支援方法。

【請求項4】

請求項１において、
前記演算機能として、フィードバック・フィードフォワード制御演算機能、シーケンス制御演算機能、ブール演算機能またはプログラム演算機能を含む制御ソフトウェア作成支援方法。

【請求項5】

プロセスプラントの監視または制御を行う監視制御システムの制御ソフトウェアの作成支援を計算機に実行させる制御ソフトウェア作成支援プログラムであって、
前記計算機には、前記制御ソフトウェアが実施するプロセス制御の内容を、複数の演算機能を、前記演算機能の入出力である端子を介して結合した結合体として表す制御用定義データが記憶されており、
前記制御用定義データから、カテゴリごとに端子を抽出した複数の端子テーブルを作成する第１の手順と、
前記演算機能の入出力関係として関係づけられている端子同士を、前記複数の端子テーブルのうちのいずれかの端子テーブルに含まれる端子と他の端子テーブルに含まれる端子との間で特定し、接続先または被接続となる端子を登録する第２の手順と、
前記演算機能間の入出力関係として関係づけられている端子同士を、前記複数の端子テーブルのうちのいずれかの端子テーブルに含まれる端子と他の端子テーブルに含まれる端子との間で特定し、接続先または被接続となる端子を登録する第３の手順と、
前記複数の端子テーブルに含まれる端子のうち、接続先または被接続の少なくともいずれかが登録されていない端子を途切れ判定する第４の手順と、を実行させ、
前記複数の端子テーブルは、前記プロセスプラントから前記制御ソフトウェアへの入力となる端子が抽出される入力端子（プロセス）テーブル、前記制御ソフトウェアにおいて入力となる端子が抽出される入力端子（制御）テーブル、前記制御ソフトウェアにおいて出力となる端子が抽出される出力端子（制御）テーブル、及び前記制御ソフトウェアから前記プロセスプラントへの入力となる端子が抽出される出力端子（プロセス）テーブルである制御ソフトウェア作成支援プログラム。

【請求項6】

請求項５において、
前記第４の手順において、前記複数の端子テーブルに含まれる端子のうち、接続先及び被接続の双方が登録されていても、接続先または被接続が途切れ判定された端子を途切れ判定する制御ソフトウェア作成支援プログラム。

【請求項7】

請求項５において、
前記第４の手順において、途切れ判定された端子の情報を前記計算機のディスプレイに表示する制御ソフトウェア作成支援プログラム。

【請求項8】

請求項５において、
前記演算機能として、フィードバック・フィードフォワード制御演算機能、シーケンス制御演算機能、ブール演算機能またはプログラム演算機能を含む制御ソフトウェア作成支援プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プロセスプラントの監視または制御を行う監視制御システムの制御ソフトウェアの作成支援方法、作成支援プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

化学、薬品プラント、発電所、あるいは水処理などの環境処理施設など（これらを包括して、プロセスプラントと呼ぶ）には、プロセスプラントを構成する多数の機器が適正に動作するよう、監視し、制御する監視制御システムが設けられている。プロセスプラントを構成する機器（プラント機器ともいう）にはプロセスプラントの運転状態をモニタする多数のセンサが設けられ、プロセスプラントの監視制御システムは、センサからのセンシングデータに基づき、プラント機器を自動制御したり、プラント機器の異常を検知してオペレータに対してアラームを発報させたりする。これらの処理は監視制御システムが制御ソフトウェアを実行することによって実現される。

【0003】

特許文献１には制御用ソフトウェアのテストシナリオ作成やテスト（デバッグ）を自動化する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－２０４８４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１では、制御用ソフトウェアの自動テスト方法を提供するものである。したがって、テスト対象となる制御用ソフトウェアは既にコーディングも終えた、ソフトウェア作成工程としては後期の段階において利用可能な技術となる。

【0006】

一般に、プロセスプラントの監視または制御を行う監視制御システムの制御ソフトウェアにおいては、多数のパラメータを監視、制御が必要となるため、複雑な構成のソフトウェアになりがちである。このため、制御ソフトウェアを作成する工程の初期の段階から、エラーを抽出し、修正することで、ソフトウェア作成工程の手戻りを減らすことができる。しかしながら、従来、制御ソフトウェアを作成工程の初期の段階におけるエラーの抽出は、ソフトウェア作成者の目視等によるチェックに頼ることが多く、エラーを見落としたり、ソフトウェア作成者の負担を増大させたりするおそれがあった。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一実施形態である制御ソフトウェア作成支援方法は、プロセスプラントの監視または制御を行う監視制御システムの制御ソフトウェアの作成支援方法であって、制御ソフトウェアが実施するプロセス制御の内容を、複数の演算機能を、演算機能の入出力である端子を介して結合した結合体として表す制御用定義データを記憶しており、制御用定義データから、カテゴリごとに端子を抽出した複数の端子テーブルを作成する第１の手順と、演算機能の入出力関係として関係づけられている端子同士を、複数の端子テーブルのうちのいずれかの端子テーブルに含まれる端子と他の端子テーブルに含まれる端子との間で特定し、接続先または被接続となる端子を登録する第２の手順と、演算機能間の入出力関係として関係づけられている端子同士を、複数の端子テーブルのうちのいずれかの端子テーブルに含まれる端子と他の端子テーブルに含まれる端子との間で特定し、接続先または被接続となる端子を登録する第３の手順と、複数の端子テーブルに含まれる端子のうち、接続先または被接続の少なくともいずれかが登録されていない端子を途切れ判定する第４の手順と、を有し、複数の端子テーブルは、プロセスプラントから制御ソフトウェアへの入力となる端子が抽出される入力端子（プロセス）テーブル、制御ソフトウェアにおいて入力となる端子が抽出される入力端子（制御）テーブル、制御ソフトウェアにおいて出力となる端子が抽出される出力端子（制御）テーブル、及び制御ソフトウェアからプロセスプラントへの入力となる端子が抽出される出力端子（プロセス）テーブルである。

【発明の効果】

【0008】

制御ソフトウェア作成工程の初期段階におけるエラーの抽出自動化が可能になる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】プロセスプラントと監視制御システムの概要図である。

【図2】制御ソフトウェアの構成例である。

【図3】制御ソフトウェアに含まれる制御経路の一つを抽出して示したものである。

【図4A】制御ソフトウェア作成支援装置のハードウェア構成例である。

【図4B】制御ソフトウェア作成支援装置のストレージ装置に格納されるプログラム、データの例である。

【図5】制御用定義の検証フローチャートである。

【図6A】入力端子（プロセス）テーブルのデータ構造である。

【図6B】入力端子（制御）テーブルのデータ構造である。

【図6C】出力端子（制御）テーブルのデータ構造である。

【図6D】出力端子（プロセス）テーブルのデータ構造である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１に、プロセスプラント１及びプロセスプラント１を制御する監視制御システム１０の概要を示す。プロセスプラント１は複数の設備を含み、その一例である設備２はタンク３を含む。ここで、「設備」の範囲について特に限定はなく、１つの設備が複数のプロセス機器を含んでいてもよいが、例えば、ひとまとまりの機能を果たす単位とする。この例では、タンク３にその水位を測定するセンサ６が設けられ、監視制御システム１０は、センサ６からのセンシングデータから、バルブ４，５の開閉を制御してタンク３内の水位を制御したり、タンク内の水位値が異常値を示している場合には、操作卓１１に対してアラームを発報したりする。このような制御は、監視制御システム１０のコントローラ２０に実装される制御ソフトウェアによって実行される。

【0011】

監視制御システム１０は、操作卓（オペレータコンソール）１１と、操作卓１１とネットワーク１５によって接続されるコントローラ２０とを有する。プロセスプラント１の制御規模に応じて、通常、複数のコントローラ２０が設けられる。コントローラ２０はそれぞれ回路基板２１に接続されている。回路基板２１はコントローラ２０とプロセスプラント１に含まれる各プラント機器との通信に必要な信号処理を行うために設けられる。例えば、プロセスプラント１に含まれるセンサからのアナログ信号であるセンシングデータをデジタル信号に変換したり、コントローラ２０からのプラント機器を制御するためのデジタル信号である制御信号を所定の強度の電圧信号に変換したり、といった処理を行う。各コントローラ２０が制御するプロセス機器の運転状況は操作卓１１に集約され、操作卓１１においてプロセスプラント１全体の運転状況が把握できるようになっている。オペレータは、操作卓１１において把握したプロセスプラント１の運転状況に基づき、個々のプロセス機器に対する制御指示を出すことができる。操作卓１１からの制御指示を受けると、コントローラ２０はオペレータの指示に応じたプロセス機器の制御を実行する。

【0012】

図２、図３を用いて、コントローラ２０で実行される制御ソフトウェアの構成例を示す。制御ソフトウェアは、複数の演算機能を、プラント制御の内容にあわせて組み合わせることによって作成される。演算機能の入出力を端子と呼び、端子を介して演算機能同士が接続される。それぞれの演算機能の実行する演算処理が端子を通じて受け渡されていくことによって、複雑な制御ソフトウェアが実行される。

【0013】

また、演算機能にも複数種類あり、例えば図２では、フィードバック・フィードフォワード制御演算機能４１、シーケンス制御演算機能４２、ブール論理演算機能４３、プログラム演算機能４４といった４種類の演算機能を例示している。例えば、フィードバック・フィードフォワード制御演算機能４１ａは、端子ＡＡを入力端子とし、端子ＡＢを出力端子とし、入力端子ＡＡに入力された値に基づきＰＩＤ制御ブロック４１１により制御値を算出し、演算ブロック４１２により制御値に所定の演算を施した値を出力端子ＡＢに出力する。シーケンス制御演算機能４２ａは、端子ＣＤを条件入力端子とし、端子ＢＡ～ＢＦを出力端子とし、条件入力端子ＣＤに入力された値に基づき移行したステータス（図ではマトリックスとして表している）に対応する値を出力端子ＢＡ～ＢＦに出力する。ブール論理演算機能４３ａは端子Ｂ、端子ＡＤを入力端子とし、端子ＣＤを出力端子とし、入力端子Ｂに入力された値と入力端子ＡＤに入力された値との論理和を出力端子ＣＤに出力する。プログラム演算機能４４ａは、端子ＢＦ、端子ＤＢを入力端子とし、端子ＤＣを出力端子とし、入力端子ＢＦに入力された値と入力端子ＤＢに入力された値に所定のプログラム演算を実行した値を出力端子ＤＣに出力する。

【0014】

コントローラ２０で実行される制御ソフトウェアの入出力は、操作卓１１側と回路基板２１側からの２通りある（図１参照）。図２では、操作卓１１側に、表示用スイッチ３１と操作用スイッチ３２とが例示される。表示用スイッチ３１は例えば、アラームなどを表示するスイッチであって、端子Ａを入力端子とし、入力端子Ａに入力された信号に基づき、表示用スイッチ３１をON/OFF表示する。操作用スイッチ３２は例えば、オペレータの制御指示を入力するスイッチであって、端子Ｂを出力端子とし、出力端子Ｂに入力された信号に基づく指示を制御ソフトウェアに与える。

【0015】

回路基板２１側の入出力を図２では、プロセス制御入力５１、プロセス制御出力５２として示している。プロセス制御入力５１としては、プロセスプラント１からのセンシングデータ、プロセス制御出力５２としては、プロセスプラント１への制御信号を例示できる。

【0016】

図３に、図２に示した制御ソフトウェアにおける制御経路の一例を示す。図３は端子Ｂを起点とする制御経路を抽出して明示している。操作用スイッチ３２の出力端子である端子Ｂはブール論理演算機能４３ａの入力端子であり、端子ＣＤの値を決定する。端子ＣＤの値は、シーケンス制御演算機能４２ａの条件入力端子であり、端子ＢＡ～ＢＦの値を決定する。このうち、端子ＢＡ～ＢＤはプロセス制御出力５２となっている。このように制御の流れが起点となる端子から終点となる端子までつながっていることから、この場合、オペレータによる操作用スイッチ３２の操作によって、プロセスプラント１を制御するルートが確保されているといえる。

【0017】

制御ソフトウェアの作成者は、制御ソフトウェアを作成するため、所望のプロセス制御の内容を上述したような演算機能の組み合わせに落とし込み、端子を介して複数の演算機能を結合した結合体として制御用定義を作成する。制御用定義に基づき、バックエンドでコーディングされ、コントローラ２０に実装される制御ソフトウェアが作成されることになる。しかしながら、コントローラ２０で実行される制御ソフトウェアには、通常、膨大な数（例えば、１万点規模）の端子が含まれる。このため、作成者が制御用定義において、端子間の接続を失念した、あるいは誤った端子同士を接続したといったヒューマンエラーが発生するおそれがある。このため、コーディング工程、動作確認工程の前に、制御用定義の端子の接続が正しくなされているか、具体的には、作成した制御用定義において、始点から終点まで制御論理がつながっていることを検証することが望ましい。さらに、作成者が容易に修正できるよう、制御用定義において途中で制御論理が途切れているとすれば、どこで途切れているのか特定できることが望ましい。本実施例の制御ソフトウェア作成支援装置では、このような制御用定義の検証を実行する。

【0018】

図４Ａに制御ソフトウェア作成支援装置のハードウェア構成を示す。制御ソフトウェア作成支援装置６０は、プロセッサ（ＣＰＵ）６１、メモリ６２、ストレージ装置６３、入出力装置６４、通信装置６５、バス６６を主要な構成として含む情報処理装置（計算機）により実現される。プロセッサ６１は、メモリ６２にロードされたプログラムに従って処理を実行することによって、所定の機能を提供する機能部として機能する。例えば、プロセッサ６１は、制御ソフトウェア作成支援プログラムを実行することで制御ソフトウェア作成支援装置として機能する。ストレージ装置６３は、機能部で使用するデータやプログラムを格納する。入出力装置６４は、キーボード、ポインティングデバイスなどの入力装置と、ディスプレイなどの出力装置とを含む。通信装置６５は、ネットワークを介して他の情報処理装置と通信を可能にする。これらはバス６６により互いに通信可能に接続されている。なお、制御ソフトウェア作成支援プログラムをクラウド上のアプリケーションとして実装することも可能である。

【0019】

図４Ｂにストレージ装置６３に格納されるプログラム、データの例を示す。ここでは、制御ソフトウェア作成支援プログラム７０、制御用定義データ７１、端子テーブル７２が格納されている。

【0020】

図５に制御ソフトウェア作成支援プログラム７０が実行する制御用定義の検証フローチャートを示す。最初に制御用定義データから端子をカテゴリごとに抽出する（Ｓ０１）。制御用定義データ７１の定義形式に基づき、制御用定義データに定義されている端子を抽出する。図２の制御ソフトウェア（制御用定義）について、４つのカテゴリに分けて抽出された端子テーブル７２を図６Ａ～Ｄに示す。なお、図２では、演算機能間の接続が端子名を同じとすることで表現されており、以下の端子テーブルも図２に示した制御用定義から作成したものである。しかしながら、制御用定義データ７１の定義形式は任意であり、端子は演算機能ごとに定義し、演算機能間の接続の定義を別途備えるような定義形式であっても、同様の処理が可能である。

【0021】

図６Ａは入力端子（プロセス）テーブルである。接続関係を示すための略号として「丸付きのＡ」を用いる。本カテゴリは、プロセスプラント１から制御ソフトウェアへの入力となる端子が含まれ、プロセス制御入力５１（図２参照）の２つの端子が抽出される。ステップＳ０１では、端子名、機能の欄が登録される。以下のテーブルについても同様である。

【0022】

図６Ｂは入力端子（制御）テーブルである。接続関係を示すための略号として「丸付きのＢ」を用いる。本カテゴリは、制御ソフトウェアにおいて入力となる端子が含まれる。ここでは１１の端子が抽出されている。

【0023】

図６Ｃは出力端子（制御）テーブルである。接続関係を示すための略号として「丸付きのＣ」を用いる。本カテゴリは、制御ソフトウェアにおいて出力となる端子が含まれる。ここでは１３の端子が抽出されている。

【0024】

図６Ｄは出力端子（プロセス）テーブルである。接続関係を示すための略号として「丸付きのＤ」を用いる。本カテゴリは、制御ソフトウェアからプロセスプラント１への出力となる端子が含まれ、プロセス制御出力５２（図２参照）の７つの端子が抽出される。

【0025】

続いて、演算機能によるデータの関連付けを特定する（Ｓ０２）。ここで、演算機能によるデータの関連付けとは演算機能の入出力として関係づけられている関係であり、例えば図３において点線により示している関係である。特定された端子は、接続先または被接続の欄に登録される。図６Ｂ，Ｃに、ステップＳ０２において、図２の制御ソフトウェア（制御用定義）について登録される接続先または非接続をハッチングして示す。なお、図６Ａ～Ｄにおいて、端子の性質上、接続先または非接続があり得ないものについては、そのことを「－」で示している。

【0026】

続いて、端子接続によるデータの関連付けを特定する（Ｓ０３）。ここで、端子接続によるデータの関連付けとは演算機能間の入出力として関係づけられている関係であり、例えば図３において実線により示している関係である。特定された端子は、接続先または被接続の欄に登録される。図６Ａ～Ｄにおいて、ステップＳ０３において、図２の制御ソフトウェア（制御用定義）について登録される接続先または非接続をハッチングなしで示す。

【0027】

続いて、端子のカテゴリ、データの関連付けの状況からデータ接続を検証する（Ｓ０４）。例えば、図６Ａ～Ｄの端子テーブルについて、接続先、被接続の少なくもいずれか一方が登録されていない端子を接続が途切れているとして判定を「×」（途切れ）とする。さらに、図６Ｂでは、入力端子（制御）のうち、接続先の端子が途切れているものについても判定を「×」（途切れ）とし、それ以外の端子の判定を「○」（接続）とする。同様に、図６Ｃでは、出力端子（制御）のうち、被接続の端子が途切れているものについても判定を「×」（途切れ）とし、それ以外の端子の判定を「○」（接続）とする。以上により、制御用定義における端子の接続の途切れ、及びその場所が特定できるため、これらの情報を制御ソフトウェア作成支援装置の例えばディスプレイに表示し、作成者に制御用定義の修正を促すことができる。

【0028】

これにより、制御ソフトウェアの作成の初期の段階において、制御用定義の欠陥を修正することが可能になり、制御ソフトウェアの作成に要する工数を低減することが可能になる。

【符号の説明】

【0029】

１：プロセスプラント、２：設備、３：タンク、４，５：バルブ、６：センサ、１０：監視制御システム、１１：操作卓、１５：ネットワーク、２０：コントローラ、２１：回路基板、３１：表示用スイッチ、３２：操作用スイッチ、４１：フィードバック・フィードフォワード制御演算機能、４１１：ＰＩＤ制御ブロック、４１２：演算ブロック、４２：シーケンス制御演算機能、４３：ブール論理演算機能、４４：プログラム演算機能、５１：プロセス制御入力、５２：プロセス制御出力、６０：制御ソフトウェア作成支援装置、６１：プロセッサ（ＣＰＵ）、６２：メモリ、６３：ストレージ装置、６４：入出力装置、６５：通信装置、６６：バス、７０：制御ソフトウェア作成支援プログラム、７１：制御用定義データ、７２：端子テーブル。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】