(57)【要約】【課題】シミュレーションを簡素化する。【解決手段】プラント構造データを獲得し（１００）、プラント構造データに基づき、プロセス材の流通方向に関し複数の流通量調節要素により囲まれた少なくとも一つのプラント構造要素を該少なくとも一つのプラント構造要素毎にまとめて制御グループユニットを画定する（２００）。また、マスターレシピを獲得し（３００）、マスターレシピ及びプラント構造データに基づき、マスターレシピを実行するのに必要な、プラント構造要素に含まれる操作端の操作手順をフェーズの形で規定する制御レシピを作成する（４００）。更に、挙動モデルを獲得する（５００）。次いで、プラント構造状態データを制御レシピに従って順次更新し、プロセス材状態を挙動モデルを用いて逐次更新する（６００）。【選択図】　　　図３
2004038261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス材の流通路がプラント構造要素によって形成されているプラントを少なくとも一つのオペレーションを含んでなるマスターレシピに従って運転したときのプラント状態をシミュレーションするプラントシミュレータにおいて、前記プラント構造要素がプロセス材の流通量を調節するための流通量調節要素を含んでおり、
プロセス材の挙動モデルを獲得する手段と、
前記プラント構造要素の種類及び位置を表すプラント構造データを獲得する手段と、
該獲得されたプラント構造データに基づき、プロセス材の流通方向に関し複数の流通量調節要素により囲まれた少なくとも一つのプラント構造要素を該少なくとも一つのプラント構造要素毎にまとめて制御グループユニットを画定すると共に、該制御グループユニットを表すデータを前記プラント構造データに付加する手段と、
前記マスターレシピを獲得する手段と、
該獲得されたマスターレシピ及び該プラント構造データに基づき、該マスターレシピを実行するためのプラント構造要素を選択すると共に、該マスターレシピを実行するのに必要な、該選択されたプラント構造要素に含まれる操作端の操作手順をフェーズの形で規定する制御レシピを作成する手段と、
プラント構造状態を表すプラント構造状態データを該作成された制御レシピに従って順次更新する手段と、
該更新されたプラント構造状態データにより表されるプラント構造状態のもとでのプロセス材状態を表すプロセス材状態データをプロセス材の挙動モデルを用いて逐次更新する手段と、
を具備したプラントシミュレータ。
【請求項２】
プロセス材の流通路がプラント構造要素によって形成されているプラントを少なくとも一つのオペレーションを含んでなるマスターレシピに従って運転したときのプラント状態をシミュレーションするプラントシミュレーション方法において、前記プラント構造要素がプロセス材の流通量を調節するための流通量調節要素を含んでおり、
プロセス材の挙動モデルを獲得し、
前記プラント構造要素の種類及び位置を表すプラント構造データを獲得し、
該獲得されたプラント構造データに基づき、プロセス材の流通方向に関し複数の流通量調節要素により囲まれた少なくとも一つのプラント構造要素を該少なくとも一つのプラント構造要素毎にまとめて制御グループユニットを画定すると共に、該制御グループユニットを表すデータを前記プラント構造データに付加し、
前記マスターレシピを獲得し、
該獲得されたマスターレシピ及び該プラント構造データに基づき、該マスターレシピを実行するためのプラント構造要素を選択すると共に、該マスターレシピを実行するのに必要な、該選択されたプラント構造要素に含まれる操作端の操作手順をフェーズの形で規定する制御レシピを作成し、
プラント構造状態を表すプラント構造状態データを該作成された制御レシピに従って順次更新し、
該更新されたプラント構造状態データにより表されるプラント構造状態のもとでのプロセス材状態を表すプロセス材状態データをプロセス材の挙動モデルを用いて逐次更新する、
各段階からなるプラントシミュレーション方法。
【請求項３】
プロセス材の流通路がプラント構造要素によって形成されているプラントを少なくとも一つのオペレーションを含んでなるマスターレシピに従って運転したときのプラント状態をシミュレーションするためのプラントシミュレーション用プログラムにおいて、前記プラント構造要素がプロセス材の流通量を調節するための流通量調節要素を含んでおり、
プロセス材の挙動モデルを獲得し、
前記プラント構造要素の種類及び位置を表すプラント構造データを獲得し、
該獲得されたプラント構造データに基づき、プロセス材の流通方向に関し複数の流通量調節要素により囲まれた少なくとも一つのプラント構造要素を該少なくとも一つのプラント構造要素毎にまとめて制御グループユニットを画定すると共に、該制御グループユニットを表すデータを前記プラント構造データに付加し、
前記マスターレシピを獲得し、
該獲得されたマスターレシピ及び該プラント構造データに基づき、該マスターレシピを実行するためのプラント構造要素を選択すると共に、該マスターレシピを実行するのに必要な、該選択されたプラント構造要素に含まれる操作端の操作手順をフェーズの形で規定する制御レシピを作成し、
プラント構造状態を表すプラント構造状態データを該作成された制御レシピに従って順次更新し、
該更新されたプラント構造状態データにより表されるプラント構造状態のもとでのプロセス材状態を表すプロセス材状態データをプロセス材の挙動モデルを用いて逐次更新する、
各段階をコンピュータに実行させるためのプラントシミュレーション用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラントシミュレータ、プラントシミュレーション方法、及びプラントシミュレーション用プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、プロセス材の流通路がプラント構造要素によって形成されているプラントを少なくとも一つのオペレーションを含んでなるマスターレシピに従って運転したときのプラント状態をシミュレーションするプラントシミュレータが知られている。この場合、複数のプラント構造要素をグループユニットにグループ分けし、シミュレーションができるだけ簡素化されるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
確かにこの従来のグループ分けによれば、全くグループ分けしない場合に比べてシミュレーションを簡素化できると考えられる。しかしながら、この従来のグループ分けではプラント構造要素のうちバルブがいずれかのグループユニットに含まれるようになっており、その結果、詳しくは後述するが、シミュレーションが必ずしも簡素化されないという問題点がある。
【０００４】
そこで本発明の目的は、シミュレーションを簡素化することができるプラントシミュレータ、プラントシミュレーション方法、及びプラントシミュレーション用プログラムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、プロセス材の流通路がプラント構造要素によって形成されているプラントを少なくとも一つのオペレーションを含んでなるマスターレシピに従って運転したときのプラント状態をシミュレーションするプラントシミュレータにおいて、前記プラント構造要素がプロセス材の流通量を調節するための流通量調節要素を含んでおり、プロセス材の挙動モデルを獲得する手段と、前記プラント構造要素の種類及び位置を表すプラント構造データを獲得する手段と、該獲得されたプラント構造データに基づき、プロセス材の流通方向に関し複数の流通量調節要素により囲まれた少なくとも一つのプラント構造要素を該少なくとも一つのプラント構造要素毎にまとめて制御グループユニットを画定すると共に、該制御グループユニットを表すデータを前記プラント構造データに付加する手段と、前記マスターレシピを獲得する手段と、該獲得されたマスターレシピ及び該プラント構造データに基づき、該マスターレシピを実行するためのプラント構造要素を選択すると共に、該マスターレシピを実行するのに必要な、該選択されたプラント構造要素に含まれる操作端の操作手順をフェーズの形で規定する制御レシピを作成する手段と、プラント構造状態を表すプラント構造状態データを該作成された制御レシピに従って順次更新する手段と、該更新されたプラント構造状態データにより表されるプラント構造状態のもとでのプロセス材状態を表すプロセス材状態データをプロセス材の挙動モデルを用いて逐次更新する手段と、を具備したプラントシミュレータが提供される。
【０００６】
また、前記課題を解決するために２番目の発明によれば、プロセス材の流通路がプラント構造要素によって形成されているプラントを少なくとも一つのオペレーションを含んでなるマスターレシピに従って運転したときのプラント状態をシミュレーションするプラントシミュレーション方法において、前記プラント構造要素がプロセス材の流通量を調節するための流通量調節要素を含んでおり、プロセス材の挙動モデルを獲得し、前記プラント構造要素の種類及び位置を表すプラント構造データを獲得し、該獲得されたプラント構造データに基づき、プロセス材の流通方向に関し複数の流通量調節要素により囲まれた少なくとも一つのプラント構造要素を該少なくとも一つのプラント構造要素毎にまとめて制御グループユニットを画定すると共に、該制御グループユニットを表すデータを前記プラント構造データに付加し、前記マスターレシピを獲得し、該獲得されたマスターレシピ及び該プラント構造データに基づき、該マスターレシピを実行するためのプラント構造要素を選択すると共に、該マスターレシピを実行するのに必要な、該選択されたプラント構造要素に含まれる操作端の操作手順をフェーズの形で規定する制御レシピを作成し、プラント構造状態を表すプラント構造状態データを該作成された制御レシピに従って順次更新し、該更新されたプラント構造状態データにより表されるプラント構造状態のもとでのプロセス材状態を表すプロセス材状態データをプロセス材の挙動モデルを用いて逐次更新する、各段階からなるプラントシミュレーション方法が提供される。
【０００７】
また、前記課題を解決するために３番目の発明によれば、プロセス材の流通路がプラント構造要素によって形成されているプラントを少なくとも一つのオペレーションを含んでなるマスターレシピに従って運転したときのプラント状態をシミュレーションするためのプラントシミュレーション用プログラムにおいて、前記プラント構造要素がプロセス材の流通量を調節するための流通量調節要素を含んでおり、プロセス材の挙動モデルを獲得し、前記プラント構造要素の種類及び位置を表すプラント構造データを獲得し、該獲得されたプラント構造データに基づき、プロセス材の流通方向に関し複数の流通量調節要素により囲まれた少なくとも一つのプラント構造要素を該少なくとも一つのプラント構造要素毎にまとめて制御グループユニットを画定すると共に、該制御グループユニットを表すデータを前記プラント構造データに付加し、前記マスターレシピを獲得し、該獲得されたマスターレシピ及び該プラント構造データに基づき、該マスターレシピを実行するためのプラント構造要素を選択すると共に、該マスターレシピを実行するのに必要な、該選択されたプラント構造要素に含まれる操作端の操作手順をフェーズの形で規定する制御レシピを作成し、プラント構造状態を表すプラント構造状態データを該作成された制御レシピに従って順次更新し、該更新されたプラント構造状態データにより表されるプラント構造状態のもとでのプロセス材状態を表すプロセス材状態データをプロセス材の挙動モデルを用いて逐次更新する、各段階をコンピュータに実行させるためのプラントシミュレーション用プログラムが提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による実施例のプラントシミュレータ１のアーキテクチャを概略的に示している。図１を参照すると、このプラントシミュレータ１はインターフェース２と相互に関連付けられた挙動モデルエディタ３、構造エディタ４、操作エディタ５、挙動モデルエディタ３により参照されるモデルクラスライブラリ６、構造エディタ４により参照される構造クラスライブラリ７、挙動モデルエディタ３と相互に関連付けられたモデルオブジェクト８、構造エディタ４と相互に関連付けられた構造オブジェクト９、操作エディタ５と相互に関連付けられた操作オブジェクト１０を具備する。また、プラントシミュレータ１はモデルオブジェクト８及び構造オブジェクト９と相互に関連付けられたシミュレーションエンジン１１と、構造オブジェクト９及び操作オブジェクト１０と相互に関連付けられた操作制御部１２とを具備する。ここで、インターフェース２には例えばキーボードやマウスのような入力装置、ディスプレイやプリンタのような出力装置が含まれる。
【０００９】
図２は図１に示すプラントシミュレータにおけるシミュレーション環境を概略的に表している。図２を参照すると、このシミュレーション環境は３つの層、即ち挙動、構造、及び操作の各層に階層化されている。図２に示す例では、挙動の層に挙動モデルエディタ３が含まれており、構造の層に構造エディタ４が含まれている。また、操作の層には操作エディタ５と、操作制御部１２に対応する操作実行部１３とが含まれている。
【００１０】
まず、図１を参照しつつ図２を参照して本発明による実施例のプラントシミュレーション方法を簡単に説明する。構造エディタ４はユーザからの入力に従って構造クラスライブラリ７を参照しながらプラント構造データ１５を獲得する。このプラント構造データ１５にはプラント構造状態データ１６が関連付けられる。操作エディタ５はユーザからの入力に従ってマスターレシピを獲得し、これらプラント構造データ１５とマスターレシピとに基づき制御レシピ１７を作成する。一方、挙動モデルエディタ３はユーザからの入力に従ってモデルクラスライブラリ６を参照しながら挙動モデル１４を選択する。
【００１１】
操作実行部１３はプロセス変数１８及びプロセス上の制約１９を参照しながら制御レシピ１７に従って操作端の操作データ２０を作成し、この操作データ２０に従ってプラント構造状態データ１６を順次更新する。ここで、プロセス変数１８はプロセス材の状態を表すプロセス材状態データを表しており、即ちプロセス材の温度、圧力、流量といった物理量を表している。また、プロセス上の制約１９は複数の物質を互いに混合する際の好ましくない混合順序や、一連のバルブを順次開弁又は閉弁する際の好ましくない開閉弁順序、又は危険状態などを規定するものである。
【００１２】
一方、シミュレーションエンジン１１はプラント構造状態データ１６により表されるプラント構造状態のもとでのプロセス変数１８の値を挙動モデル１４を用いて逐次更新する。また、シミュレーションエンジン１１はプラント構造状態データ１６とプロセス変数１８とに基づいてバランスモデルを管理する。
【００１３】
図３は本発明による実施例のプラントシミュレーション方法を実行するための概略的なフローチャートを示している。次に、図３を参照して本発明による実施例のプラントシミュレーション方法を詳しく説明する。
【００１４】
図３を参照すると、まずステップ１００では、シミュレーションされるべきプラントの構造を表すプラント構造データが獲得される。即ち、プラント構造データがユーザによってプラントシミュレータ１に入力される。
【００１５】
本発明による実施例では、構造クラスライブラリ７内にプラント構造要素を表すプラント構造要素データが例えばＩＳＯ１０３０３　ＡＰ２２１（審議中）及びＡＰ２２７に準拠した形で予め記憶されており、ユーザはプラントを構成するのに必要なプラント構造要素データをディスプレイの画面を介し構造クラスライブラリ７から選択し、ディスプレイの画面上で位置決めする。
【００１６】
ここで、プラント構造要素にはプロセス材の流通路を形成するものと、形成しないものとがあり、前者には例えばパイプ、ポンプ、バルブ、タンク、反応器、ジャケットなどが含まれ、後者には攪拌機、電気ヒータ、センサなどが含まれる。なお、プロセス材の流通路を形成するプラント構造要素のうち流通路内を流通するプロセス材の流通量をプラントの正常時に制御することができるものを流通量調節要素と称している。この流通量調節要素には例えばバルブが含まれる。
【００１７】
一方、プロセス材には目的製品を製造するための反応に直接的に関与する反応プロセス材と、直接的に関与しないユーティリティプロセス材とがあり、前者には原料、中間生成物、添加剤、製品などが含まれ、後者には加熱用スチーム、冷却水などが含まれる。なお、本発明による実施例では、反応に直接的に関与しないものであっても、例えば洗浄液のように反応プロセス材の流通路内を流通しうるプロセス材は反応プロセス材に含まれるものとしている。これらプロセス材は気体、液体の他どのような形態であってもよい。
【００１８】
図４にはプラント構造データの一例が示されている。図４に示される例では、物質Ａを収容するタンクＴＡの出口はＬ字管ＬＴ１及びバルブＶ１を介してポンプＰ１の吸引側に接続され、ポンプＰ１の吐出側はＴ字管ＴＴ１を介して一方ではバルブＶ３の入口に接続され、他方ではＬ字管ＬＴ２、バルブＶ２、及び直管ＳＴ２を介してタンクＴＡの戻り口に接続される。バルブＶ３の出口はＬ字管ＬＴ３、直管ＳＴ３、Ｔ字管ＴＴ２、バルブＶ４、及び直管ＳＴ４を介して反応器Ｒの入口に接続される。また、反応器Ｒ内には攪拌機Ｓが取り付けられる。
【００１９】
同様に、物質Ｂを収容するタンクＴＢの出口はＬ字管ＬＴ４及びバルブＶ５を介してポンプＰ２の吸引側に接続され、ポンプＰ２の吐出側はＴ字管ＴＴ３を介して一方ではバルブＶ６の入口に接続され、他方ではＬ字管ＬＴ５、バルブＶ６、及び直管ＳＴ６を介してタンクＴＢの戻り口に接続される。バルブＶ７の出口はＴ字管ＴＴ４を介して一方ではバルブＶ８及び直管ＳＴ７を介し反応器Ｒに接続され、他方ではバルブＶ９を介してＴ字管ＴＴ２に接続される。
【００２０】
また、反応器Ｒの出口はバルブＶ１０及び直管ＳＴ８を介し、物質Ｃを収容するタンクＴＣに接続される。一方、スチーム源ＳＴＭは直管ＳＴ９、バルブＶ１１、及びＹ字管ＹＴを、冷却水源ＣＷは直管ＳＴ１０、バルブＶ１２、及びＹ字管ＹＴを、それぞれ介してジャケットＪの入口に接続され、ジャケットＪの出口は直管ＳＴ１１、バルブＶ１３、及びＬ字管ＬＴ６を介してドレインＤに接続される。
【００２１】
従って、タンクＴＡ内の物質ＡはＬＴ１，Ｖ１，ＳＴ１，Ｐ１，ＴＴ１，Ｖ３，ＬＴ３，ＳＴ３，ＴＴ２，Ｖ４，ＳＴ４を介して反応器Ｒに供給され、ポンプＰ１から吐出された物質Ａのうち一部はＬＴ２，Ｖ２，ＳＴ２を介してタンクＴＡ内に戻されうる。一方、タンクＴＢ内の物質ＢはＬＴ４，Ｖ５，ＳＴ５，Ｐ２，ＴＴ３，Ｖ７，ＴＴ４を介した後、Ｖ８，ＳＴ７又はＶ９，Ｖ４，ＳＴ４を介して反応器Ｒに供給され、ポンプＰ２から吐出された物質Ｂのうち一部はＬＴ５，Ｖ６，ＳＴ６を介してタンクＴＢ内に戻されうる。物質ＣはＶ１０，ＳＴ８を介して反応器ＲからタンクＣ内に排出される。加熱用スチームはスチーム源ＳＴＭからＳＴ９，Ｖ１１，ＹＴを介し、冷却水は冷却水源ＣＷからＳＴ１０，Ｖ１２，ＹＴを介し、ジャケットＪにそれぞれ供給され、ＳＴ１１，Ｖ１３，ＬＴ６を介してジャケットＪから排出される。
【００２２】
各プラント構造要素データには、そのプラント構造要素の種類（例えば、形状、寸法、材質など）を表すデータが予め関連付けられている。また、各プラント構造要素がユーザによって位置決めされるとその位置（例えば、プロセス材の流れ方向に関し前後のプラント構造要素との位置関係など）を表すデータが対応するプラント構造要素データと関連付けられる。従って、各プラント構造要素データにはその種類及び位置を表すデータが関連付けられていることになり、従ってプラント構造データはプラント構造要素の種類及び位置を表していることになる。
【００２３】
更に、プラント構造要素のうちバルブ、ポンプ、攪拌機のような操作端を表すプラント構造要素データには、その状態（例えば開弁もしくは閉弁、又はオンもしくはオフ）を表すプラント構造状態データが関連付けられている。操作端の状態は結局のところプラント構造状態を表しており、従ってプラント構造状態データはプラント構造状態を表していることになる。なお、本発明による実施例では、例えばバルブの状態を表すプラント構造状態データの初期値は閉弁を表すデータにされており、攪拌機の状態を表すプラント構造状態データの初期値はオフを表すデータにされている。
【００２４】
再び図３を参照すると、続くステップ２００では、プラントシミュレータ１によって、ステップ１００で獲得されたプラント構造データに基づき、プロセス材の流通方向に関し複数の流通量調節要素により囲まれた少なくとも一つのプラント構造要素がこれら少なくとも一つのプラント構造要素毎にまとめられて制御グループユニット（以下、ＣＧＵと称する）が画定され、かつ、これらＣＧＵを表すデータがプラント構造データに付加される。なお、本発明による実施例では、ＣＧＵのうちプラント構造要素の主要素（本発明による実施例では反応器Ｒ）を含むものをＭ−ＣＧＵ、反応プロセス材の流通路を形成するプラント構造要素により形成されるＣＧＵをＥ−ＣＧＵ、ユーティリティプロセス材の流通路を形成するプラント構造要素により形成されるＣＧＵをＵ−ＣＧＵと称している。
【００２５】
図５及び図６は図４に示されるプラント構造データにおいてＣＧＵを画定した結果を示している。図４を参照しながら図５及び図６を参照すると、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３により囲まれたＳＴ１，Ｐ１，ＴＴ１，ＬＴ２によってＥ−ＣＧＵ１が画定され、これらＳＴ１，Ｐ１，ＴＴ１，ＬＴ２を表すプラント構造データにＥ−ＣＧＵ１を表すデータが付加される。同様に、バルブＶ３，Ｖ４により囲まれたＬＴ３，ＴＴ２によってＥ−ＣＧＵ２が画定され、バルブＶ５，Ｖ６，Ｖ７により囲まれたＳＴ５，Ｐ２，ＴＴ３，ＬＴ５によってＥ−ＣＧＵ３が画定され、バルブＶ７，Ｖ９により囲まれたＴＴ４によってＥ−ＣＧＵ４が画定される。また、バルブＶ４，Ｖ８，Ｖ１０により囲まれたＳＴ４，ＳＴ７，ＲによってＭ−ＣＧＵが画定され、バルブＶ１１，Ｖ１２，Ｖ１３により囲まれたＹＴ，Ｊ，ＳＴ１１によってＵ−ＣＧＵが画定される。
【００２６】
図５及び図６に示されるように本発明による実施例ではＣＧＵ内にバルブ即ち流通量調節要素が含まれていない。従って、流通量調節要素の前後で流通路内圧力が変動しうることを考えると、ひとつのＣＧＵ内では圧力が概ね一様であると考えることができる。この意味において、流通量調節要素を流通路内の圧力を調節可能な圧力調節要素と考えることもできる。ただし、本発明による実施例では、正常時は常時開弁又は閉弁され続け異常時にのみ閉弁又は開弁される異常時用バルブは流通量調節要素と考えていない。従って、異常時用バルブのようなバルブをＣＧＵ内に含ませることもできる。
【００２７】
また、ＣＧＵ内に含まれないバルブは隣接するＣＧＵを互いに接続する接続要素と見ることもできる。更に、バルブによって互いに接続される複数のＣＧＵを一纏めにしてこれを一つのＣＧＵと同様に取り扱うこともできる。このような複数のＣＧＵを一纏めにしたものをスーパーＣＧＵと称すると、例えばＥ−ＣＧＵ１，Ｖ３，Ｅ−ＣＧＵ２からスーパーＣＧＵを形成することができる。
【００２８】
なお、本発明による実施例では、シミュレーションの直前にプラント構造データを獲得し、ＣＧＵを画定するようにしている。しかしながら、プラント構造データを予め獲得しておき、ＣＧＵを予め画定しておくようにすることもできる。あるいは、予め獲得されているプラント構造データに基づき、シミュレーションの直前にＣＧＵを画定するようにすることもできる。
【００２９】
再び図３を参照すると、続くステップ３００ではプラントに目的の処理を実行させるための操作手順を表すマスターレシピが獲得される。即ち、マスターレシピがユーザによってプラントシミュレータ１に入力される。
【００３０】
図７には図４に示されるプラント構造データに対するマスターレシピの一例の概念図が示されている。マスターレシピは少なくとも一つのプロシージャから形成され、図７に示される例ではＮ個のプロシージャから形成されている（Ｎ＝１，２，…）。ここで、各プロシージャはマスターレシピを実施するのに必要な少なくとも一つの処理に対応し、対応する処理を実施するのに必要な操作手順を規定するものである。例えば図７に示されるプロシージャ１は、液体物質Ａと液体物質Ｂとを反応させて液体物質Ｃを製造する（Ａ＋Ｂ→Ｃ）ための操作手順を規定している。なお、これらプロシージャは互いに逐次的に又は並列的に実行される。
【００３１】
また、各プロシージャは少なくとも一つのオペレーションから形成され、図７に示されるプロシージャ１は４個のオペレーションから形成されている。ここで、各オペレーションは対応するプロシージャを実施するのに必要な少なくとも一つの工程に対応し、対応する工程を実施するのに必要な操作手順を規定するものである。例えば図７に示される例では、オペレーション１は物質Ａの供給工程を実施するのに必要な操作手順を規定しており、オペレーション２は物質Ｂの供給工程を実施するのに必要な操作手順を規定しており、オペレーション３は反応工程を実施するのに必要な操作手順を規定しており、オペレーション４は物質Ｃの排出工程を実施するのに必要な操作手順を規定している。なお、これらオペレーションも互いに逐次的に又は並列的に実行される。
【００３２】
図７に示される例をもう少し詳しく説明すると、オペレーション１には、物質ＡをタンクＴＡから反応器Ｒまで供給すべきこと、反応器Ｒの温度Ｔが室温ＲＴであれば流量ＭＡ（ｋｍｏｌ／ｈｒ）でもって物質Ａを供給し始めるべきこと、物質Ａの総供給量ＱＡがしきい値ＮＡよりも多くなったら物質Ａの供給を停止すべきことが規定されている。また、オペレーション２には、物質ＢをタンクＴＢから反応器Ｒまで供給すべきこと、反応器温度Ｔが室温ＲＴであれば流量ＭＢ（ｋｍｏｌ／ｈｒ）でもって物質Ｂを供給し始めるべきこと、物質Ｂの総供給量ＱＢがしきい値ＮＢよりも多くなったら物質Ｂの供給を停止すべきことが規定されている。
【００３３】
オペレーション３には、オペレーション１及び２が完了したら、加熱速度ＱＨ（Ｋ／ｈｒ）でもって反応器Ｒを加熱し始めるべきこと、反応器温度Ｔが第１の目標温度Ｔ１になったらＴをＴ１に維持すべきこと、反応器内圧力Ｐが上限値ＰＸよりも高くなったら冷却速度ＱＨＣ（Ｋ／ｈｒ）でもって反応器Ｒを冷却し始めるべきこと、反応器温度Ｔが第２の目標温度Ｔ２になったら反応器Ｒの冷却を停止すべきことが規定されている。更に、オペレーション４には、物質Ｃを反応器ＲからタンクＴＣ内に排出すべきこと、オペレーション３が完了したら物質Ｃの排出を開始すべきこと、反応器Ｒ内の物質Ｃの残量ＱＣがゼロになったら物質Ｃの排出を停止すべきことが規定されている。
【００３４】
このようにマスターレシピのオペレーションには、各工程の開始条件、実施条件、停止条件のほか、供給先及び供給元などが規定されている。しかしながら、マスターレシピにはそれを実施するプラント構造要素が割り付けられていない。
【００３５】
なお、本発明による実施例では、プラント構造データを獲得した後にまずＣＧＵを画定し、次いでマスターレシピを獲得するようにしている。しかしながら、プラント構造データを獲得した後にまずマスターレシピを獲得し、次いでＣＧＵを画定するようにすることもできる。実際、プラントには複数のタンク、複数の反応器、及びこれらを相互に接続する複数の管路が含まれており、従ってマスターレシピの内容によっては全く使用されないプラント構造要素も含まれうる。このように全く使用されないプラント構造要素についてはＣＧＵを画定する必要がないので、まずマスターレシピを獲得し、獲得されたマスターレシピで使用されうるプラント構造要素を獲得されたマスターレシピに基づいて抽出ないし選択し、次いで抽出されたプラント構造要素についてＣＧＵを決定するようにすることができる。
【００３６】
再び図３を参照すると、続くステップ４００では、マスターレシピとプラント構造データとに基づき制御レシピがプラントシミュレータ１によって作成される。ここで、制御レシピはマスターレシピを実行するためのプラント構造要素がマスターレシピの各オペレーションに割り付けられたものであって、割り付けられたプラント構造要素に含まれる操作端の操作手順を規定するものである。
【００３７】
図８には図４に示されるプラント構造データ及び図７に示されるマスターレシピに基づいて作成された制御レシピの一例の概念図が示されている。マスターレシピと同様に、制御レシピはＮ個のプロシージャから形成され、各プロシージャは少なくとも一つのオペレーションから形成される。制御レシピのこれらプロシージャ及びオペレーションはマスターレシピのプロシージャ及びオペレーションに対応している。
【００３８】
制御レシピの各オペレーションは少なくとも一つのフェーズから形成される。図８に示されるプロシージャ１では、オペレーション１及び２はそれぞれ１０個のフェーズから形成され、オペレーション３は９つのフェーズから形成され、オペレーション４は２つのフェーズから形成されている。ここで、各フェーズは対応するオペレーションを実行するのに必要な操作端の操作手順であって、対応するオペレーションに割り付けられたプラント構造要素に含まれる操作端の操作手順を規定するものである。なお、これらフェーズは互いに逐次的に又は並列的に実行される。
【００３９】
図９は図４から図８に示される例においてプロシージャ１の各オペレーションに割り付けられたプラント構造要素の一例を示している。図４から図８を参照しつつ図９を参照すると、オペレーション１（物質Ａの供給）には、Ｅ−ＣＧＵ１，Ｅ−ＣＧＵ２，Ｍ−ＣＧＵ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｐ１が選択され割り付けられる。この場合、物質ＡはタンクＴＡからＶ１，Ｅ−ＣＧＵ１，Ｖ３，Ｅ−ＣＧＵ２，Ｖ４を順次介して反応器Ｒに到ることになる。
【００４０】
また、オペレーション２（物質Ｂの供給）には、Ｅ−ＣＧＵ３，Ｅ−ＣＧＵ４，Ｍ−ＣＧＵ，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８，Ｐ２が割り付けられる。この場合、物質ＢはタンクＴＢからＶ５，Ｅ−ＣＧＵ３，Ｖ７，Ｅ−ＣＧＵ４，Ｖ８を順次介して反応器Ｒに到ることになる。更に、オペレーション３（反応）には、Ｍ−ＣＧＵ，Ｕ−ＣＧＵ，Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３，Ｓが割り付けられ、オペレーション４（物質Ｃの排出）には、Ｍ−ＣＧＵ，Ｖ１０が割り付けられる。
【００４１】
なお、オペレーション２において、バルブＶ８の代わりにＥ−ＣＧＵ２，Ｖ４，Ｖ９を選択することもでき、この場合物質ＢはＥ−ＣＧＵ４からＶ９，Ｅ−ＣＧＵ２，Ｖ４を順次介して反応器Ｒに到ることになる。従って、プラント構造要素を割り付けることによってプロセス材の流通路を選択しているという見方もできる。このように割り付けるべきプラント構造要素が複数ある場合にどのプラント構造要素を割り付けるべきかはどのような方法によって決定してもよいが、例えば他のプロシージャ又はオペレーションにおける割付結果などを考慮して決定することができる。
【００４２】
図９に示される例では、オペレーション１に割り付けられた操作端はＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｐ１であり、オペレーション２に割り付けられた操作端はＶ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８，Ｐ２であり、オペレーション３に割り付けられた操作端はＶ１１，Ｖ１２，Ｖ１３，Ｓであり、オペレーション４に割り付けられた操作端はＶ１０である。
【００４３】
図１０から図１３には図８に示されるオペレーションの各フェーズがそれぞれ示されている。例えば図１０に示されるオペレーション１のフェーズ１には、反応器温度Ｔが室温ＲＴであればＶ１を開弁すべきことが規定されており、フェーズ６には物質Ａの総供給量ＱＡがしきい値ＮＡよりも多くなったらＶ１を閉弁すべきことが規定されている。
【００４４】
図１０から図１３においてＤ（Ｖｉ）はバルブＶｉ（ｉ＝１，２，…，１３）の開度、ＤＭＡは物質Ａの流量をＭＡ（ｋｍｏｌ／ｈｒ）にするのに必要なＶ３の開度、ＤＭＢは物質Ｂの流量をＭＢ（ｋｍｏｌ／ｈｒ）にするのに必要なＶ７の開度、ＤＱは反応器Ｒを加熱速度ＱＨ（Ｋ／ｈｒ）で加熱するのに必要なＶ１１の開度、ＤＴ１Ｓは反応器温度Ｔを目標温度Ｔ１に維持するのに必要なＶ１１の開度、ＤＴ１ＣＷは反応器温度Ｔを目標温度Ｔ１に維持するのに必要なＶ１２の開度、ＤＱＨＣは反応器Ｒを冷却速度ＱＨＣ（Ｋ／ｈｒ）で冷却するのに必要なＶ１２の開度をそれぞれ表している。これらＤＱ、ＤＴ１Ｓ、ＤＴ１ＣＷ、ＤＱＨＶＣは例えばフィードバック制御によって逐次変更することができる。
【００４５】
このように制御レシピは少なくとも一つのプロシージャから形成され、プロシージャは少なくとも一つのオペレーションから形成され、オペレーションは少なくとも一つのフェーズから形成される。従って、制御レシピは３つの層に階層化されているという見方もできる。この場合、マスターレシピはプロシージャ及びオペレーションの２つの層に階層化されているということになる。
【００４６】
なお、本発明による実施例では、シミュレーションの直前にマスターレシピを獲得し、制御レシピを作成するようにしている。しかしながら、マスターレシピを予め獲得しておき、制御レシピを予め作成しておくようにすることもできる。あるいは、予め獲得されているマスターレシピに基づき、制御レシピをシミュレーションの直前に作成するようにすることもできる。
【００４７】
再び図３を参照すると、続くステップ５００では挙動モデルが獲得される。即ち、シミュレーションに必要な挙動モデルがユーザによってプラントシミュレータ１に入力される。
【００４８】
本発明による実施例では、モデルクラスライブラリ６内に熱力学データ、気液平衡データ、反応速度データなどを表す挙動モデルが例えば方程式の形で記憶されており、ユーザは今回のシミュレーションで必要な挙動モデルをディスプレイの画面を介しモデルクラスライブラリ６から選択する。
【００４９】
モデルクラスライブラリ６内に記憶されている挙動モデルの数が多ければ多いほど、様々なシミュレーションに対応することができる。しかしながら、モデルクラスライブラリ６内に特定のシミュレーションにのみ必要な挙動モデルを記憶させておくこともでき、この場合にはシミュレーションに必要な挙動モデルを選択する必要がない。
【００５０】
続くステップ６００では、プラントシミュレータ１によってシミュレーションが実行される。即ち、プラント構造状態データを制御レシピに従って順次更新するプラント構造状態データ更新作用と、プラント構造状態データにより表されるプラント構造状態のもとでのプロセス材状態を表すプロセス材状態データを挙動モデルを用いて逐次更新するプロセス材状態データ更新作用とが並列的に実行される。
【００５１】
図１４はプラント構造状態データ更新作用を実行するために操作実行部１３で実行されるルーチンを示している。図１４を参照すると、まずステップ６１０ではステップ４００でプラントシミュレータ１が作成した制御レシピが獲得され、続くステップ６１１ではステップ１００でプラントシミュレータ１が獲得したプラント構造データが獲得される。続くステップ６１２では現在のプラント構造状態データが獲得され、続くステップ６１３では現在のプロセス変数が獲得される。ここで、プロセス変数はプロセス材状態データ更新作用により逐次更新されているものである。
【００５２】
続くステップ６１４及びステップ６１５はプラント構造データで表されるプラントを制御レシピ又はマスターレシピに従って操作する部分である。即ち、ステップ６１４では現在のプロセス変数を参照しながら制御レシピが分析され、続くステップ６１５では分析結果に基づいてプラント構造状態データが更新される。例えば、反応器温度Ｔが室温ＲＴであればＶ１についてのプラント構造状態データが閉弁から開弁に切り替えられ、総供給量ＱＡがしきい値ＮＡよりも大きくなったら開弁から閉弁に切り替えられる。
【００５３】
続くステップ６１６では制御レシピが完了したか否かが判断される。この場合、プロシージャ、オペレーション、及びフェーズの定義から明らかなように、或るオペレーションに含まれる全てのフェーズが完了するとこのオペレーションが完了したことになり、或るプロシージャに含まれる全てのオペレーションが完了するとこのプロシージャが完了したことになり、制御レシピに含まれる全てのプロシージャが完了すると制御レシピが完了したことになる。制御レシピが完了しているときにはシミュレーションが完了したと判断して図３のステップ７００に進み、完了していないときにはステップ６１２に戻る。
【００５４】
一方、図１５はプロセス材状態データ更新作用を実行するためにシミュレーションエンジン１１で実行されるルーチンを示している。図１５を参照すると、まずステップ６３０ではシミュレーションパラメータが初期化され、続くステップ６３１ではプロセス変数が初期化される。続くステップ６３２ではステップ１００でプラントシミュレータ１が獲得したプラント構造データが獲得され、続くステップ６３３ではステップ５００でプラントシミュレータ１が獲得した挙動モデルが獲得される。続くステップ６３４では現在のプラント構造状態データが獲得される。続くステップ６３５では、プラント構造データと、挙動モデルと、現在のプロセス変数とに基づいて計算が実行される。即ち、プラント構造データにより画定される場について、方程式の形で表される挙動モデルが現在のプロセス変数を参照しながら解かれ、それによりプロセス変数が更新される。続くステップ６３６では制御レシピが完了したか否かが判断される。完了しているときにはシミュレーションが完了したと判断して図３のステップ７００に進み、完了していないときにはステップ６３７において計算ステップを一定値だけインクリメントした後にステップ６３４に戻る。
【００５５】
再び図３を参照すると、続くステップ７００ではシミュレーションの結果がディスプレイのような出力装置を介して出力される。図１６はシミュレーション結果の一例を示しており、この例ではジャケットＪに供給されるスチーム及び冷却水の流量についてシミュレーションが行われている。
【００５６】
ところで、冒頭で述べたように、従来よりプラント構造要素をグループ分けすることはよく知られている。ところが、この従来のグループ分けではバルブのような流通量調節要素がいずれかのグループに含まれるようにしている。即ち、例えば図１７に示されるようにバルブＶｘはグループユニットＧＵｘに含まれ、バルブＶｙはグループユニットＧＵｙに含まれ、バルブＶｚはグループユニットＧＵｚに含まれている。しかしながら、バルブはその上流側のプラント状態とその下流側のプラント状態とに基づいて制御されるのが一般的であることを考えると、例えばＶｙはＧＵｘ及びＧＵｚの状態に基づいて制御されることになり、従ってＧＵｙの状態がＧＵｘ及びＧＵｚの状態に依存するということになる。このことはグループユニット同士が相互に独立していないことを意味する。その結果、シミュレーションが複雑になってしまう。なお、図１７においてＡは操作端を表している。
【００５７】
これに対し、本発明による実施例ではバルブがＣＧＵ内にバルブが含まれていないので、或るＣＧＵの状態が他のＣＧＵの状態に依存せず、従ってＣＧＵが相互に独立しているということになる。また、バルブがＣＧＵから独立しているということにもなる。このため、シミュレーションを簡素化することができ、迅速に行うことができる。
【００５８】
また、ＣＧＵが相互に独立しているので、ＣＧＵ毎にシミュレーションを行う分散処理が可能になる。その結果、シミュレーションを更に迅速に行うことができる。
【００５９】
更に、ＣＧＵが相互に独立しバルブがＣＧＵから独立しているということは、同一のＣＧＵに含まれる操作端を除いて、操作端が相互に独立していると言うことを表している。このため、操作端毎に挙動モデルを設ければよい。即ち、従来では、操作端の状態の組合せの数だけ挙動モデルが必要であり、例えばバルブが３つある場合には全てが開弁しているときのための挙動モデル、全てが閉弁しているときのための挙動モデルというように、８つの挙動モデルが必要になる。これに対して本発明による実施例では３つの挙動モデルで足り、シミュレーションに必要な挙動モデルの数が極めて少なくすることができる。
【００６０】
そうすると、本発明による実施例では、各ＣＧＵに対し独立した局所的シミュレーションが行われ、ＣＧＵ間の各操作端に対し独立した局所的シミュレーションが行われ、これら局所的シミュレーションの上位に位置してこれら局所的シミュレーションを互いに関連付ける全体シミュレーションが行われるということになる。この場合、複数の局所的シミュレーションのうち一部を互いに関連付ける中間シミュレーションを行い、残りを互いに関連付ける別の中間シミュレーションを行い、これら中間シミュレーションを互いに関連付ける全体シミュレーションを行うようにすることもできる。
【００６１】
【発明の効果】
シミュレーションを簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例のプラントシミュレータのアーキテクチャを概略的に示す図である。
【図２】図１に示すプラントシミュレータにおけるシミュレーション環境を概略的に示す図である。
【図３】本発明による実施例のプラントシミュレーション方法を実行するための概略的なフローチャートである。
【図４】プラント構造データの一例を示す図である。
【図５】図４に示されるプラント構造データにおいてＣＧＵを画定した結果を示す図である。
【図６】図４に示されるプラント構造データにおいてＣＧＵを画定した結果を示す図である。
【図７】図４に示されるプラント構造データに対するマスターレシピの一例の概念図である。
【図８】図４に示されるプラント構造データ及び図７に示されるマスターレシピに基づいて作成された制御レシピの一例の概念図である。
【図９】図４から図８に示される例においてプロシージャ１の各オペレーションに割り付けられたプラント構造要素の一例を示す図である。
【図１０】図８に示されるオペレーション１の各フェーズを示す図である。
【図１１】図８に示されるオペレーション２の各フェーズを示す図である。
【図１２】図８に示されるオペレーション３の各フェーズを示す図である。
【図１３】図８に示されるオペレーション４の各フェーズを示す図である。
【図１４】プラント構造状態データ更新ルーチンを実行するためのフローチャートである。
【図１５】プロセス材状態データ更新ルーチンを実行するためのフローチャートである。
【図１６】シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１７】従来のグループ分けを説明する図である。
【符号の説明】
１…プラントシミュレータ
３…挙動モデルエディタ
４…構造エディタ
５…操作エディタ
６…モデルクラスライブラリ
７…構造クラスライブラリ
１１…シミュレーションエンジン
１３…操作実行部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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