(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散プロセス制御システム（３）より制御されるプロセスの動作を該システムが実際に使用する複数の分散処理ユニット及びプロセス制御ソフトウエアを用いてシミュレーションするシミュレータ（１）であって、シミュレータは、
前記プロセスをエミュレーションし、制御信号に応答して前記プロセスのエミュレーションにより生ずるプロセスパラメータのセンサー値を表わすセンサー信号を与えるモデル化手段（１９）と、
前記センサー信号を受けて記憶し、前記制御信号を出力するための入出力手段（５３）及び記憶した前記センサー信号を実際のプロセス制御ソフトウエアにより使用されるプロセスパラメータ値に変換し、前記プロセスパラメータ値及びオペレータ信号に応答して前記実際のプロセス制御ソフトウエアにより前記制御信号を発生させるデジタル処理手段（４９）を有する実際の複数の分散処理ユニット（５）と、
オペレータが前記オペレータ信号を発生させるためのオペレータコンソール（５）と、
前記複数の分散処理ユニット（５）間及び前記複数の分散処理ユニット（５）と、前記オペレータコンソール（５）の間の通信を行う通信手段（９）と、
前記複数の分散処理ユニット（５）のうちの各々と、前記モデル化手段（１９）とに接続されて、前記モデル化手段からの前記センサー信号を前記複数の分散処理ユニットの入出力手段（５３）へ送り、前記複数の分散処理ユニットからの前記制御信号を前記モデル化手段へ送るシミュレータワークステーション（２３）から成る刺激手段とより成り、
前記複数の分散処理ユニット（５）のうちの各々のデジタル処理手段（４９）は前記センサー信号を得るために前記入出力手段（５３）を走査する所与の走査レートを有し、前記シミュレータワークステーション（２３）は前記モデル化手段（１９）からの前記センサー信号を前記複数の分散処理ユニット（５）のうちの各々の入出力手段（５３）へ、少なくとも該分散処理ユニット（５）のデジタル処理手段（４９）の所与の走査レートで送ることを特徴とする分散プロセス制御システムのシミュレータ（１）。
【請求項２】
前記シミュレータワークステーション（２３）は、前記モデル化手段（１９）からの前記センサー信号を、前記複数の分散処理ユニット（５）のうちの各々の入出力手段（５３）へ、該分散処理ユニット（５）のデジタル処理手段（４９）の所与の走査レートの選択された倍数であるレートで送る請求項１のシミュレータ（１）。
【請求項３】
前記モデル化手段（１９）及び前記シミュレータワークステーション（２３）はそれぞれ、前記センサー信号及び前記制御信号を反射メモリ（２９）を通して前記シミュレータワークステーション及び前記モデル化手段へ送信する請求項１のシミュレータ（１）。
【請求項４】
前記刺激手段は、前記モデル化手段（１９）による前記プロセスのシミュレーションを停止する手段と、前記センサー信号の前記複数の分散処理ユニット（５）への送信を中断させて該分散処理ユニット（５）のデジタル処理手段（４９）による前記制御信号の発生を停止する手段とを含む請求項１のシミュレータ（１）。
【請求項５】
分散プロセス制御システム（３）より制御されるプロセスの動作を該システムが実際に使用する複数の分散処理ユニット及びプロセス制御ソフトウエアを用いてシミュレーションするシミュレータ（１）であって、シミュレータは、
前記プロセスをエミュレーションし、制御信号に応答して前記プロセスのエミュレーションにより生ずるプロセスパラメータのセンサー値を表わすセンサー信号を与えるモデル化手段（１９）と、
各々が、所与の走査レートの前記センサー信号を用い、前記センサー信号及びオペレータ信号に応答して実際のプロセス制御ソフトウエアにより前記制御信号を発生させる手段を備えたデジタル処理手段（４９）を有する複数の分散処理ユニット（５）と、
オペレータが前記オペレータ信号を発生させるためのオペレータコンソール（１３）と、
前記複数の分散処理ユニット（５）間及び前記複数の分散処理ユニット（５）と、前記オペレータコンソール（１３）の間の通信を行う通信手段（９）と、
前記複数の分散処理ユニット（５）のうちの各々と、前記モデル化手段（１９）とに接続されて、前記モデル化手段からの前記センサー信号を前記所与のレートで前記複数の分散処理ユニットのデジタル処理手段（４９）へ送り、前記複数の分散処理ユニットからの前記制御信号を前記モデル化手段へ送るシミュレータワークステーション（２３）から成る刺激手段とより成るシミュレータ（１）。
【請求項６】
前記モデル化手段（１９）及び前記シミュレータワークステーション（２３）はそれぞれ、前記センサー信号及び前記制御信号を反射メモリ（２９）を通して前記シミュレータワークステーション及び前記モデル化手段へ送信する請求項５のシミュレータ（１）。
【請求項７】
前記複数の分散処理ユニット（５）はそれぞれ前記センサー信号を受ける入出力手段（５３）を有し、前記シミュレータワークステーション（２３）は前記センサー信号を前記複数の分散処理ユニット（５）のうちの各々のデジタル処理手段（４９）の所与の走査レートで前記入出力手段へ入力する手段を含む請求項６のシミュレータ（１）。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は分散プロセス制御システムの動作をシミュレーションするミュレータに関する。
背景情報
分散プロセス制御システムはエネルギー、金属及び水／排水の分野におけるプロセスを含む（これらに限定されない）複雑なプロセスの制御に常用されるようになっている。エネルギー分野は、原子力及び原子力以外の発電プロセス制御及び発電所用コンピュータの用途を含む。分散プロセス制御システムは、各々がプロセス全体のある特定の部分の制御を担当する多数の分散処理ユニット（ＤＰＵ）を有する。これらのＤＰＵは通常、プロセス制御ソフトウエアを実行することにより、プロセスの担当部分から受けるセンサー信号及びオペレータからの信号に応答して、担当部分の制御信号を発生するデジタルプロセッサを備えている。個々のＤＰＵは、ネットワーク通信手段により相互に且つオペレータ・コンソールに接続されている。任意のＤＰＵが発生し他のＤＰＵが必要とするパラメータ値は、通信ネットワークを介して送信される。
プラントで発生されるセンサー信号は通常、アナログまたは論理信号である。各ＤＰＵは、アナログセンサー信号をデジタルセンサー信号に変換するアナログ−デジタルコンバータを備え、デジタルセンサー信号を記憶する。ＤＰＵ内のデジタルプロセッサは定期的に、デジタルセンサー信号を取り出してパラメータ値に変換し、このパラメータ値は制御アルゴリズムにより使用されるか通信ネットワークを介して分散システムの他の部分へ送られる。種々のＤＰＵにより実行される各種機能は、センサー値入力の更新につきそのＤＰＵに応じた種々の条件を有する。例えば、制御ループの一部では入力信号をミリ秒のインターバルで更新する必要があり、またミリ秒の十分の一または百分の一のインターバルでの更新を必要とするものもあり、さらに１秒またはそれ以上でのインターバルで更新すればよいものもある。通常、同じレートでの更新が必要な機能は共通のＤＰＵにグループ化される。その結果、種々のＤＰＵがセンサーデータの更新につきそれぞれ異なる条件をもつのが常態となっている。
プロセス制御システムの複雑さが増すにつれて、オペレータの訓練及びプロセス制御システムの技術的仕様改善をシミュレーションするためのシミュレータに対する需要が増大している。プラントプロセス制御用シミュレータは伝統的に、プロセスとプロセス制御システムの両方のモデル（数学的ソフトウエアによる）をエミュレーションする単一のコンピュータシステムを用いている。しかしながら、分散プロセス制御システムのようなシステムのリアルタイム応答をエミュレーションし、エミュレーションされたシステムがモデル化しようとするシステムにマッチすることを証明することが容易でないことが分かっているため、分散プロセス制御システムにとってこの方式は常に満足すべきものではなかった。１９９４年７月２９日付けの本出願人所有の米国特許出願第０８／２８２，８５４号は、実際のプロセス制御ソフトウエアを用いるプラントからの実際の分散プロセスユニットを利用するシミュレータを提供することによりこの問題に対処している。プロセスは、各々が１または２以上のＤＰＵにより制御されるプロセスの一部をシミュレーションする多数のスレーブ・シミュレータにより、マスター・シミュレータの制御下で、エミュレーションされる。センサー信号を関連のＤＰＵに送らずに、このシステムのスレーブ・シミュレータは技術的或いは電気的変換を行って、プロセスパラメータのデジタル値を直接メモリアクセスユニットを介してＤＰＵのデジタルプロセッサのメモリへ直接入力する。
米国特許出願第０８／２８２，８５４号に記載されたシステムはプロセスと分散プロセス制御システムの両方をエミュレーションする従来型シミュレータシステムと比較すれば著しい利点を有するものであるが、依然として改良の余地がある。この従来型システムは種々のＤＰＵが異なる制御周波数をもつことを考慮に入れていない。従って、この従来型システムの時間応答は実際のプラントのシステム応答に正確には一致しないであろう。また、プラントオペレータの多くは既に彼等のプロセスのコンピュータモデルを有するが、それをモデル化ソフトウエアを修正せずに多数のスレーブ・シミュレータと共用することは不可能である。加えて、スレーブ・シミュレータはパラメータ値を工学値としてＤＰＵメモリに直接注入するため、ＤＰＵの変換ルーチンは実行されない。これは刺激型シミュレーションがＩ／Ｏレベルインターフェイスにおいて実際のプラントとマッチするのを保証するための重要な特徴である。
従って、分散プロセス制御システムの動作をシミュレーションする改良型シミュレータに対する需要がある。
特に、分散プロセス制御システムの実際の応答時間をより正確にシミュレーションする改良型シミュレータに対する需要がある。
また、ＤＰＵの変換ルーチンを実行する改良型シミュレータに対する需要がある。
さらに、ＤＰＵのアプリケーションソフトウエアの大掛かりな修正が不要で、実際のシステムハードウエア成分を再使用するかかる改良型シミュレータに対する需要がある。
プラントモデルコンピュータソフトウエアを大規模に修正することなく既存のコンピュータプラントモデルを利用できるかかる改良型シミュレータに対する新たな需要が存在する。
発明の概要
上記及び他の需要は、実際の分散型計測・制御システムにあるような分散処理ユニット（ＤＰＵ）を用い実際のプロセス制御ソフトウエアを実行する分散プロセス制御システムのためのシミュレータに関する本発明により充足される。例えば既存のプラントモデル化コンピュータのようなモデル化手段は、そのプロセスをエミュレーションし、ＤＰＵが実際のプロセス制御ソフトウエアを用いて発生させる制御信号に応答して、好ましくはセンサー信号であるプロセス信号を発生させる。ＤＰＵはまた、オペレータコンソールにより発生されるオペレータ信号に応答する。通信手段は複数のＤＰＵ間及びＤＰＵとオペレータコンソールの間の通信を可能にする。各ＤＰＵ及びモデル化手段に接続された刺激手段は、プロセス信号をＤＰＵへ送り込む。本発明の１つの特徴は、プロセス信号がＤＰＵの入出力（Ｉ／Ｏ）へマッピングされるセンサー信号であり、ＤＰＵが各々のデジタルプロセッサを用いてセンサー信号をパラメータ値へ変換し、これらのパラメータ値が実際のプロセス制御ルーチンに使用され且つ／または通信手段を介して分散プロセスシステムの他の部分へ送られることである。
本発明の別の特徴として、刺激手段は、好ましくはセンサー信号であるプロセス信号を種々のＤＰＵへそれらの所与の走査周波数で送り込む。モデル化手段及び刺激手段は反射メモリを介してデータを交換する。刺激手段はまた、各ＤＰＵが所与の周波数で発生する制御信号を読取り、それらを反射メモリを介してモデル化手段へマッピングする。
【図面の簡単な説明】
本発明は、好ましい実施例の下記の説明を添付図面に関連させて読めば、完全に理解できるであろう。
図１は、本発明による分散プロセス制御システムの刺激型シミュレータを示すブロック図である。
図２Ａ及びＢは、図１のシミュレータの適当な成分の相互接続態様を示すさらに詳細なブロック図である。
図３は、図１及び２のシミュレータシステムの一部である刺激型分散プロセスユニットの成分を示すブロック図である。
図４は、シミュレータシステムの一部を形成するシミュレータステーションの成分を示すブロック図である。
図５Ａ及びＢは、図４のシミュレータステーションにより実行されるシミュレータ制御プログラムのフローチャートを示す。
図６は、図４のシミュレータステーションにより実行される主ルーチンを示すブロック図である。
図７は、図４のシミュレータステーションにより実行されるマッピングルーチンのブロック図である。
好ましい実施例の詳細な説明
図１は、本発明による分散プロセス制御システムのためのシミュレータ１のアーキテクチャを示す全体図である。シミュレータ１には３つの基本的構成要素がある。まず第１に、分散プロセス計測・制御システム３は、本質的に、プラントに用いられる実際の計測・制御装置の再パッケージされた冗長性のない部分集合であり、その動作がシミュレーションされる。
計測・制御システム３は複数の分散処理ユニット（ＤＰＵ）５を有し、その各々はプラント・プロセスの一部を当該技術分野において知られた態様で制御する。図示のシステムでは、ＤＰＵは１２個あり、６個づつ２つのキャビネット７に収納されている。ＤＰＵは、データハイウエイ９である通信ネットワークにより共に接続されている。個々のＤＰＵ５は、ハイウエイインターフェイス１１によりデータハイウエイ９に接続されている。データハイウエイはまた、ＤＰＵを１または２以上のオペレータステーション１３及びエンジニア／ヒストリアンステーション１５並びに他の計測・制御システムのマン−マシンインターフェイス・レイアよりなる他のワークステーションに接続する。実施例のシステムのオペレータステーション１３及びエンジニア／ヒストリアンステーション１５はワークステーションである。プリンタのような周辺装置１７をこれらのステーションに備え付けることにより、システムの性能のハードコピー出力を作成し他の付随的な仕事を実行させることができる。
計測・制御システム３は、例えば、ウエスチングハウス社の分散処理ファミリー（ＷＤＰＦ）システムを使用できる。かかるシステムでは、データハイウエイ９は、リアルタイムデータの決定論的通信及びトークンをパスする民主的プロトコルによるファイル転送型通信を行うＷＥＳＴＮＥＴハイウエイである。このＷＥＳＴＮＥＴハイウエイ９は、ある特定の隔離仕様（ファイバーオプティックメディア等）が実現されていない点を除き実際のプラントに存在するハイウエイと同一である。ワークステーション１３及び１５はプリンタ１７のような周辺装置を備えたユニックス・ワークステーション（ＷＥＳステーション）であり、それらはプラントコンピュータ機能とマンマシンインターフェイス機能を提供し、機能的に冗長なＷＥＳステーションがない点を除き実際のプラントに存在するものと同一である。ＷＤＰＦのＤＰＵ５は、計測プロセス制御装置のためのデータ収集・制御機能を提供し、その機能と数において実際のプラントに存在するものと同一であるが、再びＤＰＵはシミュレータに必要なキャビネット数を減少させるために非冗長的であり再パッケージされている。加えて、入出力（Ｉ／Ｏ）ボードは、以下に説明するようにシミュレータのＤＰＵ５には存在しない。各ＤＰＵ５は、実際のプラント装置に存在するものと同一のベース及びアプリケーションソフトウエアを含む。実施例のシステムは１２個のＤＰＵが２個のキャビネット内に収納された状態で示されているが、他の数のＤＰＵ及び構成を利用することができる。
実際のプラントだけでなくシミュレータ１においても、オペレータはオペレータステーション１３を介してプロセスを制御する。シミュレータではステーションの１つに被訓練者を配置し、他のステーションをインストラクターが操作するようにできる。オペレータステーション１３で発生されるオペレータ信号はデータハイウエイ９を介してＤＰＵへ送られる。ＤＰＵはまた、データハイウエイ９を介してデータを必要に応じて交換する。ＤＰＵ５は、センサー信号及びステイタス論理信号のような入力をプロセスから受取り、プロセス制御ソフトウエアにより、センサー及びステイタス信号並びにオペレータ信号に応答して、プロセスに送られる制御信号を発生させる。シミュレータ１は、プロセスがプラントモデルコンピュータ１９により実現されるプロセスモデルにより代替される点を除き同じような態様で動作する。プラントの多くはシミュレーションシステムを備えており、これらのシステムは想定される異常状態及びシステムの修正を含むプラント動作を分析するために用いるかかるプラントモデルを含んでいる。シミュレータ１は、プラントシミュレータの既存のプラントモデルを用いて計測・制御システムインターフェイスが刺激されるようにする。計測・制御システム３とプラントモデルコンピュータ１９の間のインターフェイスは、ＷＥＳステーションのようなワークステーション２３、シミュレータのワークステーションをＤＰＵ５と接続するＳＢＵＳアダプタを構成するＳＢＵＳ拡張シャーシ２５、及びシミュレータワークステーション２３とプラントモデルコンピュータ１９の間のインターフェイス２７よりなるシミュレータインターフェイス２１により提供される。さらに詳しく説明すると、インターフェイス２７は反射メモリインターフェイス２９を含む。シミュレータワークステーション２３はまた、ハイウエイインターフェイス電子手段３１を介してデータハイウエイ９に接続されている。
図２Ａ及びＢは、シミュレータインターフェイス２１がプラントモデルコンピュータ１９と計測・制御システム３のＤＰＵ５の間の通信を行う態様をさらに詳しく示すものである。図示のシミュレータ１では、シミュレータインターフェイス２１のワークステーション２３はＳＢＵＳアーキテクチャを用いるＳＵＮのＳＰＡＲＣワークステーションである。ワークステーションのＳＢＵＳ接続部３３に接続されたＳＢＵＳ拡張シャーシ２５は、そのシャーシによりサービスを受ける６個のＤＰＵ５の各々のＳＢＵＳアダプタ３５を構成する。各ＤＰＵ５1乃至５12はＭＵＬＴＩＢＵＳアーキテクチャを利用する。アダプタ３７1乃至３７12はそれぞれのＤＰＵを拡張シャーシ２５のＳＢＵＳアダプタ３５を介してシミュレータワークステーション２３にインターフェイスする。ＤＰＵ５1乃至５12はそれぞれ、プロセス制御ソフトウエアが実行されるデジタルプロセッサ（ＭＤＸボード）３９を有する。ＤＰＵはまた、ＤＰＵを他のＤＰＵとの通信のためにデータハイウエイ９に接続すると共にオペレータステーション１３及びエンジニア／ヒストリアンステーション１５と接続するハイウエイコントローラ（ＭＨＣボード）４１を含む。各ＤＰＵはまた個別の電源４３も含む。
シミュレータワークステーション２３は、インターフェイス２７とプラントモデルコンピュータ１９の両方の中にある反射メモリ２９を介してプラントモデルコンピュータ１９と通信を行う。プラントモデルコンピュータ１９とインターフェイス２７の中の反射メモリ２９間は、光ファイバリング通信ネットワーク３０を介して接続されている。プラントモデルコンピュータ１９と反射メモリ２９はＶＭＥバスを有するため、インターフェイス２７のバスアダプタ４５とワークステーション２３のＳＢＵＳ接続部３３のアダプタ４７とは、データと制御信号を交換するためのハードウエアインターフェイスを提供する。図１に関連して説明したように、インターフェイス３１はシミュレータワークステーション２３をデータハイウエイ９と接続する。これは別のＳＢＵＳ接続３３を介して行われる。シミュレータワークステーション２３とプラントモデルコンピュータ１９の間のインターフェイスを構成する反射メモリ２９は、プラントモデルコンピュータと計測・制御システム３との間のプロトコールのないデータ転送を可能にする。
シミュレータワークステーション２３の主要な機能は、プラントモデルコンピュータ１９とＤＰＵ５との間でデータ値とステータス情報をマッピングすることと、実行／停止、初期状態（ＩＣ）セットのロード／セーブ、スナップショット、バックトラック及びその他に応答することである。停止制御機能は、被訓練者と一緒に検討しまた分析を行うために任意の時点におけるシミュレータの停止を可能にする。セーブ機能は、システムの動作の任意の点において１組の状態を記憶し、これを後で思い出すことができる。ロード機能は、指定されたセーブ機能の初期状態をＤＰＵにロードして、選択された状態でシミュレータをスタートさせる。スナップショット機能は、初期状態が進行中にセーブされオペレータにとって透明である点を除き、セーブ機能と同じである。バックトラック機能があると、インストラクタは被訓練者の成績或いはプラント動作の進行を検討するために一連のスナップショットを思い出すことができる。
図３は、ＤＰＵ５の適当な構造をより詳細に示すものである。ＤＰＵの心臓部はＭＤＸボード３９であり、その上に中央処理ユニット（ＣＰＵ）４９及びデータベースメモリ５１を備えたマイクロコンピュータよりなるデジタルプロセッサが構成してある。ＭＤＸボード３９はまた、メモリがマッピングされた入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイス（ＤＩＯＢ）５３を有する。このＤＩＯＢインターフェイス５３は、実際のプラント（図示せず）のＩ／Ｏカードにより通常走査されるアナログ信号及び論理信号のアナログからデジタルへの等価信号を含む。刺激型システムインターフェイスでは、シミュレーションされるインターフェイスがこのメモリ５３に、プラントモデルコンピュータ１９から受取るセンサー値に対応する適当に変換されたデジタル値を入力する。プロセッサ４９は定期的に、デジタル化センサー信号を制御ソフトウエアのアルゴリズムを実行するために用いるためにＤＩＯＢ５３から取り出す。これらのアルゴリズムは制御信号を発生させ、制御信号はその後プラントの弁モータ及び他の能動成分へ出力するためにＤＩＯＢ５３に記憶される。勿論、シミュレータにおいて、これらの成分及び制御中のプロセスはプラントモデルコンピュータ１９においてエミュレーションされる。
データベースメモリ５１は、分散プロセス制御ソフトウエアが発生させる種々のポイント値を記憶する。叙上のように、一部のＤＰＵが発生するこれらのデータポイントの一部は他のＤＰＵによっても使用される。これらのデータポイント値の交換は、ＭＨＣボード４１に取り付けたネットワークコントローラにより通信ネットワーク９を介して実現される。ＭＨＣボード４１はプロプラエタリバス５５を介してＭＤＸボードと通信する。
前に述べたように、ＤＰＵが実行する各種のルーチンは異なるＩ／Ｏ及び制御周波数を有する。通常、共通のＩ／Ｏ周波数を有するルーチンは単一のＤＰＵにおいて一纏めにされる。Ｉ／Ｏ周波数はＤＩＯＢメモリ５３の更新レートを決定する。制御周波数は、ＣＰＵ４９がＤＩＯＢ５３に対して読取り及び書込みを行うレートを決定する。本発明によると、シミュレータステーション２３は、プラントモデルコンピュータ１９が発生するセンサー信号値をＤＩＯＢ５３内に直接、関連ＤＰＵ５のＩ／Ｏ周波数でマッピングする。これは、ＭＵＬＴＩＢＵＳ５７と、シミュレータステーション２３のＳＢＵＳとＤＰＵのＭＵＬＴＩＢＵＳ５７との間で信号をやり取りするインターフェイス３７とを用いることにより実現する。かくして、シミュレータステーション２３は、データハイウエイ９を介する通信において固有の呼び出し時間を導入することなく、信号データをＤＰＵに対して直接読み書きすることができる。この直接インターフェイスにより、シミュレータステーション２３はＤＰＵとの通信を実際のシステムタイミング構成または入出力走査、制御計算等と周波数マッチングすることができる。これにより、シミュレータの時間応答特性が確実にプラントの時間応答特性と同一になる。この直接のインターフェイスはまた、実行／停止、ロード／セーブ、初期状態セット、スナップショット、バックトラック等のようなシミュレータの制御機能に対する応答を単純化する。例えば、実行／停止はＤＰＵの入出力走査及び制御タスクを可能化／中断することにより制御される。セーブ機能は、データベースメモリ５１及びＤＩＯＢメモリ５３のスナップショットを初期状態（ＩＣ）数を基準に用いてシミュレータステーション２３へ送ることにより実現される。ロード機能は、初期状態セットをデータベースメモリ５１及びＤＩＯＢメモリ５３へ直接ロードすることにより実現される。バックトラック機能は、入出力セットをＤＰＵへ逐次転送することにより実現される。
図４は、シミュレータワークステーション２３の関連要素を示す。図示のワークステーション２３は、ＣＰＵ５９とランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有する。ワークステーションはまた、初期状態ファイル及び他の情報を記憶させる内部ハードディスク６３を有する。シミュレータステーション２３はＳＢＵＳ６５を有し、これはＳＢＵＳコネクタ３３及びＳＢＵＳ拡張シャーシ（図４には図示せず）を介してＤＰＵ５とインターフェイスされる。シミュレータステーション２３は、反射メモリ２９及びＳＢＵＳアダプタ２７を介してプラントモデルコンピュータ１９と通信する。また、シミュレータステーション２３は、ＷＥＳＴＮＥＴハイウエイ３１及びＳＢＵＳコネクタ３３を介してデータハイウエイ９と通信する。かくして、シミュレータステーション２３は、プラントモデルコンピュータ１９と各ＤＰＵ５の間の単一接続を行う。このため、シミュレータの既存のプラントモデルコンピュータ１９を使用すると便利である。
図５は、シミュレータワークステーション２３により実行されるＳＩＭ＿ＣＯＮＴＲＯＬルーチン６７のフローチャートを示す。６９において最初にコールされると、そのルーチンを所望のレートで繰り返しリコールする構成可能なタイマーのセットアップを含む初期化タスクが実行される。シミュレータワークステーション２３の内部におけるタスク間通信を管理するために、共有メモリも形成される。その後、プラントモデルコンピュータからの制御フラッグが７１においてクリアされる。これは、モデルが停止状態にあった場合における停止フラッグのクリアを含まない。シミュレータワークステーションにより実行される他のプロセスも７１でスタートする（以下に説明するＳＩＭ＿ＭＡＰタスクを含む）。
その後、ルーチンは７３において、内部タイマーが発生する割込みに対して待機する。タイマーがタイムアウトすると、７５において実行／停止フラッグがチェックされ、それが停止にセットされておれば、７７においてＤＰＵ５が停止される。これは、各ＤＰＵのＤＩＯＢ５３に制御ビットをセットすることにより行われる。７９においてセーブ（書込み）フラッグが検出され、８１において初期状態（ＩＣ）数が範囲内にあることが判明すると、シミュレータワークステーションは８３に示す多数の機能を実行する。これは、７１において形成されたプロセスを最初に停止しＤＰＵ５を停止することを含む。その後、データベースメモリ５１及びＤＩＯＢ５３に記憶されたデータがシミュレータワークステーションのファイルにセーブされる。この後、システムはセーブコマンド以前の実行または停止状態に戻り、シミュレータワークステーションの停止されたプロセスが継続する。初期状態（ＩＣ）数が範囲内にない場合、８５においてプロセスエラーが発生され、データハイウエイを介してオペレータステーションへ送られる。８７においてロード（リセット）フラッグがセットされ、８９において初期状態（ＩＣ）数が範囲内にあることが判明すると、９１に示すシーケンスが始動される。これは、７１において形成されたプロセスの停止及びＤＰＵの停止を含む。その後、選択された初期状態（ＩＣ）数のもとで記憶されたデータがＤＩＯＢメモリ５３及びＤＰＵ５のデータベースメモリ５１へロードされる。そしてＤＰＵがロードフラッグが検知されたときに存在する実行または停止状態へ戻り、シミュレータワークステーションにおける停止されたプロセスが継続する。これらのステップが完了すると、ルーチンは７３に戻って次の時間割込みを待機する。８９において初期状態（ＩＣ）数が範囲内にないことが分かると、ルーチンが次の割込みを待つため７３へ戻る以前に９３においてプロセスエラー表示を発生する。同様に、８７においてロードフラッグがセットされなければルーチンは７３へ戻る。
図６はシミュレータの主ルーチンＳＩＭ＿ＭＡＩＮ９５のフローチャートを示す。この主ルーチンは種々のＤＰＵの走査周波数を決定し、９７においてこれらの走査レートに基づきデータをソートファイルに分離する。その後、９９において、図７に示すマッピングルーチン１０１を含む子供プロセスを生み出す。このルーチン１０１は、センサー信号を含むプラントモデルコンピュータからのデータを各ＤＰＵの与えられた入出力周波数で適当なＤＰＵへマッピングする。かくして、このルーチンは各走査周波数に対して繰り返される。まず第１に、１０３において、シミュレータステーション２３のメモリのデータポイントを初期化することによりデータ構造が初期化される。シミュレータステーションは定期的に、タイミング信号を通信インターフェイス９へ放送することにより分散システムの同期化を行う。１０５において放送時間になったことが分かると、１０７においてタイミング信号が放送される。いかなる場合でも、１０９において、ルーチンは反射メモリからプラントモデルコンピュータが発生するデータとＤＰＵからのデータを収集する。プラントモデルコンピュータからのデータは、１１１において適当なＤＰＵへ転送され、また逆方向へ送られる。その後、１１３において、ルーチンは周波数に基づき次のサイクルを待機する。上述したように、与えられた各ＤＰＵ周波数に対して同じようなルーチンが実行される。同一の周波数を与えられたＤＰＵの全てに対して同じルーチンが作用することが分かる。
上述の刺激型シミュレータインターフェイスのアーキテクチュアは、同一機能のエミュレーション及び米国特許出願第０８／２８２，８５４号に記載された分散プロセス制御シミュレータに対して多くの利点を与えるものである。刺激型のエミュレーションに対する主要な利点の１つは、システムがプラントにおいて使用される同じプロセス制御システムを実際に表わすことである。かくして、刺激型システムは、実際のプラントを、マンマシンインターフェイス（ウインドウ、プロセス図表示、アラームリスト、システム診断等）へ組込んだものである。それ自体困難なこのＭＭＩ機能のエミュレーションは不要である。刺激型システムはまた、プラントプロセス制御ソフトウエアの絶対的な再利用を可能にする。シミュレータがプラントと同一の機能を含むことは疑いのないことであり、事実、シミュレータはプラントソフトウエアのソフトウエア試験手段として用いることができる。刺激型システムはまた、設計の意図だけでなく意図されなかった特徴、例えばソフトウエアのバグについても実際のシステムと合致する。実際のシステムに固有の任意の問題をまたこのシミュレータに存在するため、早期の検出／診断が可能となる。システム応答はまた、プラント応答と同一である。
エミュレーションの主要な欠点の１つはシステム応答時間の再現である。この欠点は、システムタイミング特性がインターフェイスにおいて繰返されるため、刺激型システムでは軽減される。全てのドロップ（ＤＰＵ及びオペレータステーション）はプラントと同一の周波数で動作する。分散ドロップ間のタイミング相互作用もまた、デフォルトでプラントと同一である。
刺激型システムはまた、エミュレーションよりも低コストである。まず第１に、エミュレーション対刺激型のコストのトレードオフ関係は、ソフトウエア対ハードウエアのコストのトレードオフ関係である。プロセス制御システムのソフトウエアをエミュレーションするためのシミュレーションソフトウエアの開発はかなりのコストを要する。実際、これらのコストは実際のプラントのソフトウエアのコストよりも大きいが、その理由はシミュレータがアプリケーションソフトウエアとベースオペレーティングシステムソフトウエアの両方をエミュレーションする必要があるのに対して、ベースソフトウエアはプロジェクトが違っても再使用されるため、プラントではアプリケーションソフトウエアだけを開発すればよいからである。これとは対照的に、刺激型による解決法に必要なハードウエアのセットはその量が少ないため、初期のシステムコストがかなり低くなる。開発されたアーキテクチュアは、入出力ハードウエア及び冗長性を取り除くことにより実際のプラントシステムのハードウエアコストの大きな部分を不要にする。一方、本発明の刺激型シミュレータは、プロセスセンサー値をＤＰＵの入出力インターフェイスへメモリマッピングしてＤＰＵが依然としてそれらの変換ルーチンを実行できるようにするため、上述の特許出願の分散処理シミュレータと比べて実際のプラントタイミングにより正確に一致し、より多くのソフトウエアの作動性を確認することができる。
本発明の刺激型シミュレータのもう１つの大きな利点は、保守及び仕様改善コストが低いことである。エミュレーションされるシステムでは、エミュレーションソフトウエアの保守に関連する仕様改善コストはかなり大きなものとなる場合がある。刺激型システムでは、プラントインターフェイスに影響を与えないソフトウエアの仕様改善に付随する保守コストは事実上零である。システムは、新しいプラントアプリケーションソフトウエアを再ロードするだけでアップグレード即ち、仕様改善される。本発明のシステムは仕様改善の可能性及び保守を設計の基本に据えて設計されている。これは、プラントモデルコンピュータと計測・制御システムの残りの部分との間のインターフェイスの構成をシミュレータワークステーションに対して隔離することにより行う。シミュレータワークステーションの構成はマップファイルを介するものであり、これはプラントモデルコンピュータのポイントを計測・制御システムデータポイントに関連づけるだけである。マップファイルは、各ポイントをそのデータタイプ、データの流れ方向及び反射メモリへのオフセットに関して記載したテキストファイルである。例えば、走査周波数のような各ポイントに関するデータの残りの部分は、計測・制御システムソフトウエアそれ自身からオンラインで収集される。インターフェイスはデータを入出力レベルでマッピングするように設計されている。換言すれば、データはプラントインターフェイスと同一のセンサー単位（ボルト、アンペア等）に従ってマッピングされる。全てのデータの工学値への変換、デジタル符号反転等は実際のプラントソフトウエアを用いて行う。
本発明の特定実施例を詳細に説明したが、当業者にとっては本明細書の記載全体に鑑みてそれらの詳細に関し種々の変形例及び設計変更を想到できることが分かるであろう。従って、開示した特定の構成は例示的であるに過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものに非ず、その範囲は後記の請求の範囲の全幅及びその任意そして全ての均等物の範囲を与えられるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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