JP3313205B2 - 制御実行プログラム生成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラント等を制御する
プログラマブルコントローラの制御実行プログラムを自
動生成する制御実行プログラム生成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種プラントなどを制御するプログラマ
ブルコントローラは、これを有効に作動させるために制
御実行プログラムを生成しなければならない。そこで、
従来は、制御対象の動作およびその制御条件ならびに各
動作のタイミングなどすべての条件を想定して、設計者
が手作業でプログラミングするという作業が行われてい
た。

【０００３】ところが、これらのすべての条件を考慮し
て手作業でプログラミングすることは制御対象が複雑に
なるにつれて困難となるので、これらの条件を対象知識
としてまとめ、機器動作手順の概略のみを指定すること
により、制御実行プログラムを自動生成することが行わ
れるようになってきた。

【０００４】このような制御実行プログラムを自動生成
するために、機器動作手順の概要を指定する制御仕様を
入力しなければならないが、従来は、フローチャート形
式で機器の動作の流れを示す方式が一般的であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如く提案されている従来の仕様入力方式は、機器動作手
順を作成することが必要であり、これは熟練を要する作
業であった。例えば、機器動作手順の概要を、個々の機
器の動作や状態を制約する条件を用いて補間せしめるこ
とにより、詳細な機器動作手順を生成するといった方式
も提案されているが（特開平１−２４５３０５号公
報）、この方式では、複数の機器の間の関係に基づく条
件は考慮されていないため、複数の機器を連動して動作
させる場合、その手順およびタイミングは、依然として
設計者が全て設定しなければならない。このために、設
計者は、制御対象設備の全ての構成機器に関する全情報
を把握し、そこから動作手順を決定付ける関連事項を過
不足なく洗い出す必要がある。

【０００６】しかし、大規模な設備においてこれは困難
であり、抜けやミスが生じやすいという問題があった。
また、機器動作手順の入力形式自体も、フローチャート
形式の動作表現記述に定められており、これを作成する
作業は繁雑なものであった。

【０００７】さらに、機器の構成や台数に一部変更が生
じると、機器動作手順を変更させる必要があるが、フロ
ーチャート形式の制御仕様では、変更が必要となる箇所
が同定しづらいだけでなく、フローチャートの構造その
ものまで変更しなければならないことも多く、過去の設
計事例を有効利用できなかった。

【０００８】そこで、本願は、制御実行プログラムを自
動生成する際に必要となる制御対象設備全体の詳細な機
器動作手順を、個々の機器の動作や状態に関する部分的
な規約からなるデータから自動的に作成し、設計者にと
って繁雑であったこの機器動作手順の作成を軽減させる
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、制御対象の個々の機器の状態を表した機器操作規約
として記憶し、制御対象の個々の機器の状態を生起させ
る規則を、機器の状態および機器の状態の論理式で表し
た機器状態遷移規則として記憶し、前記機器操作規約の
中から設計者が指定した第１の機器の状態を抽出し、こ
の第１の機器の状態を生起させる規則を前記機器操作規
則から検索し、この第１の機器の状態を生起させる規則
を構成する第２の機器の状態を抽出して前記制御対象設
備の機器の動作の手順を生成することを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の制御実行プログラム生成方法は、個々
の機器の機器操作規約ならびに機器状態遷移規則を設計
者が記述したものを、機器操作規約記憶手段に記憶され
ている操作の条件および機器状態遷移規則記憶手段に記
憶されている状態遷移の条件に当該機器以外の外部の機
器の状態も条件として含めて、これら機器操作規約およ
び機器状態遷移規約を組み合わせて設備全体の機器の動
作手順を自動的に生成させるので、フローチャート形式
の定められた動作表現を作成する必要がない。この機器
操作規約ならびに機器状態遷移規則は、設計者が大規模
で複雑な対象設備の全体をわざわざ理解しなくても、個
別の機器に関する部分的な事項のみ着目すれば設定でき
るので、設計者の理解の不足による制御仕様の誤りが未
然に防げ、制御プログラムの品質が向上する。

【００１１】また、前記機器操作規約ならびに機器状態
遷移規則は、あらかじめ用意した、機器の動作や状態に
関する一般的知識を用いてその大部分を自動的に導出せ
しめれば、その入力作業は大幅に削減され、設計者が行
う作業は、機器の構成情報を入力する作業のみとなる。
この機器構成情報は、従来よりの制御実行プログラムの
設計作業においては、最上流の工程で与えられるもので
あったが、本発明により、これより下流の工程が全て自
動化されたことになり、プログラムの設計工数が減り、
生産性が格段に向上する。

【００１２】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明の一実施例に係わる制御実行プログラ
ム生成方法のシステム構成を示すブロック図である。制
御装置１は、バス２を介して、この制御装置１で生成さ
れたプログラムを記憶するプログラム記憶装置３、機器
構成情報およびプログラムを生成するために参照される
制御対象に関する知識を記憶する対象知識記憶装置４、
この対象知識を用いて制御実行プログラムを生成する際
に用いるプログラム展開知識を記憶するプログラム展開
知識記憶装置５、制御装置１によって導出される制御対
象の機器動作手順を記憶する機器動作手順記憶装置６、
機器動作手順を導出するときに用いる、機器状態遷移規
則記憶装置８、が接続されるとともに、さらに表示装置
インターフェース９、入力装置インターフェース１０、
プログラマブルコントローラインターフェース１１が接
続されている。

【００１３】また、表示装置インターフェース９には機
器構成情報、機器操作規約、機器状態遷移規則などのデ
ータや、生成された機器動作手順を示すチャート図など
を設計者に情報を提示するための表示装置１２が接続さ
れ、入力装置インターフェース１０には設計者が機器構
成情報や機器操作規約、機器状態遷移規則などのデー
タ、および、機器動作手順の導出のための入力情報を入
力するための入力装置１３が接続され、さらにプログラ
マブルコントローラインターフェース１１には各種プラ
ント等を制御するプログラマブルコントローラ１４が接
続され、プログラマブルコントローラ１４は生成された
プログラムに従ってプラント等の制御対象１５を制御す
るようになっている。

【００１４】なお、本発明の対象となる制御実行プログ
ラム生成方法は、制御装置１乃至入力装置１３までの図
中の破線で囲む部分である。図２は本発明の一実施例で
ある対象設備１５の構成図を示している。この設備は、
沈砂処理設備と呼ばれる、下水処理プラント内の一設備
例であり、図に示すような複数の機器で構成されてい
る。設備の機能は、沈砂池の底に沈降した沈砂を上流・
下流沈砂掻寄機揚砂機によって沈砂揚砂機周囲に掻き寄
せ、圧力水ポンプによってこれを池外に噴出せしめ、沈
砂洗浄機における洗浄の後、コンベアとスキップホイス
トを経て、所定の沈砂ホッパに蓄えるというものであ
る。

【００１５】以下、本実施例の説明には、この沈砂処理
設備を一適用実施例として用いる。図３は、対象知識記
憶装置４に記憶される知識の一部である機器構成情報の
一例として、沈砂処理設備の各対象機器に関する機器構
成情報を示している。

【００１６】記憶されるデータの主要素は、対象機器の
名称、および、対象機器についての上流機器、下流機
器、各種補助機器といった、機器間の構成情報を表す各
種属性項目から構成される。各属性項目には、該当する
機器名称が値として記述される。

【００１７】例えば、「揚砂機圧力水ポンプ」３１とい
う名称の機器は、属性項目「吸水元」３１ａとして「受
水槽」を、属性項目「送水元」３１ｂとして「沈砂洗浄
機」を、属性項目「給水弁」３１ｃに該当する機器は存
在せず、属性項目「吐出弁」３１ｄとして「揚砂機圧力
水弁」と「揚砂機吐出弁」が記述される。

【００１８】また、機器「ＮＯ．２コンベア」３２につ
いては、属性項目「上流機器」３２ａに「ＮＯ．１コン
ベア」が、属性項目「下流機器」３２ｂに「沈砂スキッ
プホイスト」が、属性項目「洗浄弁」３２ｃに「ＮＯ．
２コンベア洗浄弁」（図示しない）がそれぞれ記述され
ている。

【００１９】このように、機器の種類によって、記述す
べき構成情報の属性項目は異なるため、本実施例では、
ポンプやコンベア、弁といった一般的な機器について、
あらかじめその構成情報の属性項目をフレーム形式で用
意しておき、設計者はそれに従って、具体的な対象設備
に対して、必要な構成情報を設定していくという方法を
採る。

【００２０】また、これらの対象機器構成情報は、設計
者が入力装置１３を用いて入力するものであるが、例え
ば、設計者が紙上に描画した機器構成図面をスキャナー
で読み込むような機器構成図入力方法と機器構成情報解
釈方法を用いることにより、設計者が入力した機器構成
図を解釈し、自動的に機器構成関係を同定することも可
能である。

【００２１】図４、図５、図６は、機器操作規約記憶装
置７に記憶される機器操作規約の一例として、沈砂処理
設備の各機器に関する機器操作規約を示している。記憶
されるデータの主要素は、対象機器の名称、対象機器が
取り得る動作の組を記述する属性項目「動作」、およ
び、属性項目「動作」の属性値である各種機器動作に対
して、その操作指令や停止指令を行うための前提条件を
規約する属性項目「始動条件」「運転条件」「停止条
件」などの操作規約条件からなる。

【００２２】「運転」といった動作のように、操作指令
を受けると「停止」指令を受けるまで動作が持続するも
のは、その操作規約条件として、「始動条件」「運転条
件」「停止条件」の３項目が設けられる。ここで、「始
動条件」とは、運転指令を発するときにのみ成り立つ必
要のある条件を記述する項目であり、「運転条件」と
は、機器の運転中に常に成り立っていなければならない
条件を記述する項目である。

【００２３】したがって、機器に運転指令を発するに
は、「始動条件」と「運転条件」の双方が成り立ってい
なければならない。また、「停止条件」とは、機器に停
止指令を発するときに成り立つ必要のある条件を記述す
る項目である。

【００２４】図５の弁の「開」「閉」や、図６のスキッ
プホイストの「上昇」「下降」のように、操作指令を受
けると、比較的短時間で動作を完了して自動的に停止状
態に至る動作は、その操作規約条件として、それぞれ、
「開操作条件」「閉操作条件」と「上昇操作条件」「下
降操作条件」といった項目を一つずつ設ける。これは、
「開」「閉」および「上昇」「下降」といった動作は、
上述の「運転条件」に相当するような動作中の状態に関
する規約や、「停止条件」に相当するような停止操作に
関する規約が存在しないからである。

【００２５】操作規約条件は、後述する機器状態、また
は、機器状態の否定（not ）、あるいは、機器状態また
は機器状態の否定の連言（and ）または選言（or）から
成る論理式で記述する。機器状態としては、当該機器自
身の機器状態だけでなく、外部の機器の機器状態も設定
することができる。例えば、「沈砂洗浄機」４７の属性
項目「運転条件」４７ｃ中の機器状態のうち、「規定水
位」は「沈砂洗浄機」自身の機器状態であり、「沈砂洗
浄機給水弁全開」、「沈砂洗浄機排水弁全開」、「Ｎ
Ｏ．１コンベア運転中」は「沈砂洗浄機」の外部の機器
の状態である。

【００２６】これらの機器操作規約は、設計者が一から
全て記述してもよいが、機器種類によっては、以下のよ
うにして、機器操作規約の設定作業を軽減することがで
きる。例えば、機器というものの抽象概念として、「機
器一般」４１を、属性項目「動作」４１ａに「運転」と
「停止」を持つものであると記述しておき、また、ポン
プ一般の抽象概念「ポンプ」４２を、「機器一般」の下
位概念としておく。図４中、実戦４３で示された階層構
造は、この上位概念−下位概念の関係を表している。

【００２７】この場合、「ポンプ」の属性項目「動作」
の属性値は、「機器一般」の属性項目「動作」４１ａの
属性値である「運転」と「停止」を継承する。一方、
「機器一般」の属性項目「始動条件」４１ｂ、「運転条
件」４１ｃ、「停止条件」４１ｄは、「機器一般」とい
う概念が抽象度の高いものであるため、何ら設定できる
ものではないが、「ポンプ」一般に対しては、属性項目
「始動条件」４２ｂには「給水弁全閉and 吐出弁全閉」
が、属性項目「運転条件」４２ｃには「給水元水位正常
and 送水元水位正常」が、属性項目「停止条件」４２ｄ
には「給水弁全閉and 吐出弁全閉」が、それぞれ設定で
きる。

【００２８】以上のような機器の抽象概念および属性項
目、ならびにその属性の抽象的な値をあらかじめ用意し
ておき、これと前述の機器構成情報を用いれば、対象設
備の具体的な機器の機器操作規約は、大部分が導出し得
る。

【００２９】すなわち、例えば沈砂系設備の「揚砂機圧
力水ポンプ」４４では、属性項目「動作」として「運
転」と「停止」が、「機器一般」の属性項目「動作」４
１ａからそのまま継承される。また、図３に示されるよ
うに、「揚砂機圧力水ポンプ」３１の機器構成情報にお
いて、属性項目「吸水元」３１ａは「受水槽」、属性項
目「送水先」３１ｂは「沈砂洗浄機」、属性項目「吐出
弁」３１ｃは「揚砂機圧力水弁」と「揚砂機吐出弁」に
それぞれ相当し、属性項目「給水弁」３１ｄに該当する
弁の要素はないと記述されているので、これらの情報を
用いれば、抽象概念「ポンプ」の機器操作規約から、具
体的概念である「揚砂機圧力水ポンプ」の機器操作規約
として、属性項目「始動条件」４４ｂに対して「揚砂機
吐出弁前閉and 揚砂機圧力水弁前閉」を、属性項目「停
止条件」４４ｄに対して「揚砂機吐出弁前閉and 揚砂機
圧力水弁前閉」を、それぞれ導出することができる。

【００３０】ここで、設計者が行うべきことは、抽象概
念「ポンプ」の属性項目「運転条件」４４ｃである「吸
水元水位正常and 送水先水位正常」のうち、「送水先水
位正常」という機器状態を、「沈砂洗浄機運転中」とい
う機器状態に解釈し直すことのみである。これにより、
「揚砂機圧力水ポンプ」の属性項目「運転条件」４４ｃ
に対して「受水槽水位正常and 洗浄機運転中」が、わず
かな修正のみで設定できる。また、このような修正作業
は、対象設備全体の機器構成を把握せずとも、機器間の
関係のうち関連する部分的な事項のみに着目することに
より容易に行えるので、設定もれが未然に防げるという
利点がある。

【００３１】図４中の破線矢印４５は、抽象概念の機器
操作規約から、具体的な機器操作規約の導出を示してい
る。本実施例では、対象知識記憶装置４にあらかじめ抽
象的な機器操作規約を記憶しておき、この記憶データお
よび対象設備の機器構成情報を用いて具体的な機器操作
規約を自動的に制御装置１で導出する。

【００３２】しかしながら、例えば「上，下流沈砂掻寄
機」４６などのように、機器操作規約を一般的な形で設
定することの困難な、特殊で利用頻度の稀な機器も存在
するので、これに対しては、設計者が手入力で機器操作
規約を適宜設定する。

【００３３】図５と図６についても図４と同様に、実線
は上位概念−下位概念の関係を表し、破線は、抽象概念
の機器操作規約から具体的な機器操作規約の導出を示し
ている。

【００３４】図７は、機器状態遷移規則記憶装置８に記
憶される機器状態遷移規則の一例として、沈砂処理設備
の各機器に関する機器状態遷移規則を示している。記憶
されるデータの主要素は、対象機器の名称、および、対
象機器が取り得る状態のうち機器動作を表現する状態の
組を記述する属性項目「動作状態」、機器の位置や、機
器内の処理対象物の有無、水位などの静的な状態を表現
する属性項目「静的状態」、操作指令による動作状態の
生起を表現する「動作状態生起規則」、および、動作状
態や静的状態による他の静的状態の生起を表現する属性
項目「静的状態生起規則」から成る。以下、動作状態と
静的状態を併せて機器状態と呼ぶ。

【００３５】動作状態生起規則は、動作状態を生起せし
める操作指令を記述する前件部と、当操作指令により生
起する機器状態を記述する後件部で構成される。前件部
には、一つの操作指令を記述する。操作指令とは、前述
機器動作規約中で定義された機器動作を機器に行なわせ
るために、機器に発する指令のことである。後件部は、
一つの動作状態を記述する。

【００３６】静的状態生起規則は、状態遷移を起因する
機器状態を記述する前件部と、当状態遷移により生起す
る機器状態を記述する後件部で構成される。前件部は、
機器状態または機器状態の否定（not ）、あるいは、機
器状態または機器状態の否定の連言（and ）または選言
（or）から成る論理式を記述する。後件部は、一つ以上
の機器状態の組を記述する。ここには主に静的状態を記
述するが、例えば、図９に示した弁の開操作のように、
全開状態に達すると同時に、停止指令を発せずとも動作
が自動的に停止するようなものは、「開操作中→全開，
停止中」というように、動作状態である「停止中」を加
えて記述することとする。静的状態遷移規則の前件部に
記述する機器状態としては、当機器自身の機器状態だけ
でなく、外部の機器の機器状態も設定することができ
る。例えば、「ＮＯ．１コンベア」５４の属性項目「静
的状態遷移規則」５４ｄの前件部を構成する機器状態の
うち、「運転中」は、「ＮＯ．１コンベア」自身であ
り、「沈砂洗浄機停止中」は「ＮＯ．１コンベア」の外
部の機器の状態である。

【００３７】動作状態生起規則および静的状態生起規則
において、前件部と後件部との間には、タイマの指定を
記述することができる。この場合は、状態遷移を起因す
る前件部の条件が成立してから、実際に状態遷移が起こ
って後件部の機器状態が生起するまでの間に、時間の経
過を要することを意味する。例えば、機器状態遷移規則
中のタイマ指定は、運転指令を発してから安定した運転
状態が得られるまでに時間がかかる機器において、運転
の安定性を検出する手段がないような設備の場合には、
安定状態への移行完了を、時間間隔の経過で模擬し、そ
れに基づいて設備の制御のタイミングを決めるといった
方法を実現するために設けたものである。

【００３８】機器状態の生起と同様、機器状態の消滅に
ついても記述する必要があるが、本実施例では、これを
状態遷移規則として陽に記述せず、属性項目「相互排他
状態」を用いて自動的に推論するという方法を採った。
相互排他状態には、２つ以上の、互いに同時には成り立
たない機器状態の組の集合を記述する。

【００３９】例えば、「一般機器」５１の属性項目「動
作状態生起規則」５１ｃ中の「運転指令→運転中」は、
「運転指令」が発せられると、「運転中」という動作状
態に遷移することを意味し、さらに、属性項目「相互排
他状態」５１ｅ中に「（運転中，停止中）」という記述
があるので、運転指令発令以前の機器の状態が「停止
中」であろうとなかろうと、動作状態「停止中」は動作
状態「運転中」の生起と同時に消滅することが自動的に
推論される。

【００４０】また、「コンベア」５２の属性項目「静的
状態生起規則」５２ｄ中の「運転中and 上流機器停止中
−（タイマ＊分）→運搬物なし」という規則は、コンベ
アが「運転中」であり、かつ、コンベアの「上流機器」
が「停止中」ならば、「＊分」後に、「運搬物なし」の
状態に遷移することを意味する。さらに、属性項目「相
互排他状態」５２ｅ中に、「（運搬物あり，運搬物な
し）」という記述があるので、状態遷移以前に「運搬物
あり」という機器状態が成り立っていようとなかろう
と、この機器状態は「運搬物なし」という機器状態が生
起すると同時に消滅することが、自動的に推論される。

【００４１】本実施例では、状態遷移に伴って消滅する
機器状態全てについて、状態遷移規則を逐一記述する繁
雑さを避けるために上記のような相互排他状態という属
性項目を設ける方法を採用したが、本発明は、この方法
に限定するものではない。

【００４２】本実施例では、上述の機器操作規約の設定
と同様に、機器状態遷移規則についても、対象知識記憶
装置４にあらかじめ記憶された抽象的な機器状態遷移規
則と、対象設備の機器構成情報を用いて、具体的な機器
状態規則を制御手段１で自動的に導出する。これによ
り、設計者は機器状態遷移規則を一から全て設定しなく
てもよい。図７中の「一般機器」５１，「コンベア」５
２等は抽象概念としての機器状態遷移規則を示す。「一
般機器」と「コンベア」，「洗浄機」等とを結ぶ実線５
３は、上位−下位概念の階層構造を示しており、上位概
念から下位概念には、属性の継承が行われる。例えば、
「コンベア」５２には、「一般機器」５１から、属性項
目「動作状態」５１ａ、「動作状態生起規則」５１ｃ、
「相互排他状態」５１ｅの全ての属性値が継承され、こ
れらと「コンベア」自身に設定された各属性項目「静的
状態」５２ｂ、「静的状態生起規則」５２ｄ、「相互排
他状態」５２ｅについて、各属性値の和をとった値を設
定したものが、「コンベア」の機器状態遷移規則とな
る。また、「コンベア」等から「ＮＯ．１コンベア」５
４等へ至る破線矢印５５は、抽象概念の機器状態遷移規
則からの、具体的な機器状態遷移規則の導出を示してい
る。「ＮＯ．１コンベア」の機器状態遷移規則を設定す
る場合、設計者がなすべきことは、抽象概念「コンベ
ア」の属性項目「静的状態生起規則」５２ｄの属性値で
は未定であったタイマの設定値「（タイマ＊分）」を
「ＮＯ．１コンベア」の属性項目「静的状態生起規則」
５４ｄの属性値において、「タイマ５分」に設定する作
業のみであり、それ以外のデータは、機器構成情報から
全て自動的に導出される。

【００４３】なお、以上述べた機器構成情報、機器操作
規約、機器状態遷移規則は、本実施例においては、それ
ぞれ対象知識記憶装置４、機器操作規約記憶装置７、機
器状態遷移規則記憶装置８に分割して記憶するとしてい
るが、これらを統合して一つの記憶装置を構成して記憶
させてもよい。本発明は、これら３種のデータの記憶手
段に関しては、なんら特定するものではない。図８はス
キップホイスト、図９は弁についての機器状態遷移規則
を図７と同様に示したものである。

【００４４】図１０は、機器操作規約記憶装置７に記憶
された機器操作規約および機器状態遷移規則記憶装置８
に記憶された機器状態遷移規則の両方のデータを組み合
わせることによって、対象設備の機器動作手順を生成す
る制御装置１での機器動作手順導出の処理の流れを示し
ている。

【００４５】まず、設計者は、制御によって達成すべき
機器の目標状態を指定する（ステップ６１ａ）。達成す
べき機器状態は、当然多数存在するが、それらを全て指
定する必要がない。例えば、起動工程の動作手順を生成
する場合には、制御対象設備のうち、特にその設備の主
となる機能を担う、主機と呼ばれる機器の、主機器を実
現している機器状態のみを選択すればよい。

【００４６】本実施例の沈砂処理設備では、沈砂を噴出
せしめることが主機能であるため、その実行状態である
「上流沈砂掻寄機運転中」、「下流沈砂掻寄機運転
中」、「揚砂機圧力水ポンプ運転中」、「揚砂機圧力水
弁全開」、「揚砂機吐出弁全開」、の、５つの機器状態
のうち自明なものや、設備の始動条件として確認すべき
状態のみ指定すればよい。初期状態の指定する目的は、
後述するように、後の処理を軽減することにあり、本質
的なものではない。ここでは、「揚砂機圧力水弁全
閉」、「揚砂機吐出弁全閉」、「沈砂スキップホイスト
下限」を与える。

【００４７】設計者が行う入力作業は、以上、目標状態
と初期状態の入力のみであり、以降の処理は自動で行わ
れる。つぎに行われる処理は、機器操作規約と機器状態
遷移規則を用いて、機器状態あるいは操作指令を表すノ
ードと、状態生起あるいは各種操作条件を表すアークか
らなる有向グラフを作成することである。この有向グラ
フは、機器動作手順の内部表現として機器動作手順記憶
装置６に記憶される。

【００４８】有向グラフは、処理の開始段階では、ノー
ドとして与えられた目標状態と初期状態をもち、アーク
は有さない。目標状態には未処理、初期状態には処理済
みのマークがつけられる（ステップ６２ａ、６２ｂ）。
その後、まず、未処理のノードを探し（ステップ６
３）、存在すれば任意のノードを一つ選択する（ステッ
プ６４）。

【００４９】選択されたノードが操作指令であるなら
（ステップ６５ａ）、その操作指令の条件を機器操作規
約から検索して求める（ステップ６５ｂ）。すなわち、
「運転指令」に対してはそれぞれ「停止条件」、「開操
作条件」、「上昇操作条件」を記述する機器状態の論理
式を求める。もし操作条件が存在するなら（ステップ６
５ｃ）これらの機器状態のうち、有向グラフ中にノード
として存在しないものを未処理ノードとして新たに登録
し、アークによってノード間に操作条件を表す関係付け
を行う（ステップ６５ｄ）。ただし、操作条件が記述さ
れていない操作指令は、常に操作可能であるものとみな
してよく、ステップ６５ｄの処理は行わない。

【００５０】選択されたノードが動作状態であるなら
（ステップ６６ａ）、その動作状態を生起する操作指令
の条件を機器状態遷移規則の動作状態生起規則により求
める（ステップ６６ｂ）。すなわち、「運転中」、「停
止中」、「開操作中」、「上昇中」について、それぞれ
「運転指令」、「停止指令」、「開指令」、「上昇指
令」が求められる。もし、操作指令が存在するなら（ス
テップ６６ｃ）、これらの操作指令のうち、有向グラフ
中にノードとして存在しないものを未処理ノードとして
新たに登録し、アークによってノード間に状態生起を表
す関係付けを行う（ステップ６６ｄ）。操作指令が存在
しなければ、機器状態遷移規則に不備があることになる
のでその旨を設計者に通知し処理を中止する（ステップ
６６ｅ）。

【００５１】この際、タイマの設定が動作状態生起規則
中に存在する場合には、その情報もアークに持たせる。
また、特に「運転中」のように動作が持続する動作状態
については（ステップ６６ｆ）、機器操作規約において
その機器動作についての動作持続のための条件が機器状
態の論理式として記述されているので、その条件を求め
（ステップ６６ｇ）、前記ステップ６５ｃ、６５ｄの処
理を行う。ただし、運転条件を示すアークは機器状態
「運転中」のノードに接合する。

【００５２】選択されたノードが静的状態であるなら
（ステップ６７ａ）、その静的状態を生起する条件を表
す機器状態の論理式を機器状態遷移規則の静的状態生起
規則により求める（ステップ６７ｂ）。もし生起条件が
存在するなら（ステップ６７ｃ）これらの機器状態のう
ち、有向グラフ中のノードとして存在しないものを未処
理ノードとして新たに登録し、アークによってノード間
に状態生起を表す関係付けを行う（ステップ６７ｄ）。
この際、タイマの設定が動作状態生起規則中に存在する
場合には、その情報もアークに持たせる。静的状態を生
起する条件が記述されていない場合、この状態は、対象
設備内では制御不可能な状態である考えられるので、こ
のノードには設備外条件として登録する（ステップ６７
ｅ）。

【００５３】もし、ノードがステップ６５ａ、６６ａ、
６７ａのいずれにも該当しない、つまり、操作指令でも
動作指令でも静的指令でもない場合、入力された目標状
態あるいは機器操作規約あるいは機器状態遷移規則に不
備があることになるので、その旨を設計者に通知し処理
を中止する（ステップ６８）。

【００５４】ステップ６５ａ乃至６５ｄまたはステップ
６６ａ乃至６６ｇまたはステップ６７ａ乃至６７ｅの処
理が行われたノードには、処理済みのマークをつける
（ステップ６９）。

【００５５】以上の一連の処理を繰り返し、有向グラフ
中に未処理のノードが存在しなくなれば終了する。沈砂
処理設備に対して、図４乃至図６および図５乃至図９で
示された機器操作規約および機器状態遷移規則を用いて
この処理を行うことにより生成された有向グラフの一例
を図１１に示す。図１１の「揚砂機圧力水ポンプ運転指
令」７１ａ、「揚砂機圧力水弁開指令」７１ｂ等は操作
指令を表すノード、「揚砂機圧力水ポンプ運転中」７２
ａ、「沈砂洗浄機運転中」７２ｂ等は動作状態を表すノ
ード、「揚砂機圧力水弁全開」７３ａ、「沈砂洗浄機規
定水位」７３ｂ等は静的状態を示すノードである。ま
た、実線矢印７４ａ等は各種操作条件を表すアークで、
アークの始点のノードが操作条件を、終点のノードが指
令操作を表す。破線矢印７５ａ等は状態生起を表すアー
クであり、アークの始点のノードが状態生起を起因する
条件を、終点のノードが生起する機器状態を表す。状態
生起を表すアークには、機器状態遷移規則にしたがっ
て、タイマ指令７６が付けられる。一つのノードに複数
の同種のアークの終点が接続されている場合は、このノ
ードの操作条件または状態生起条件は、アークの始点の
複数のノードの連言あるいは選言であることを示す。図
中のアーク７４ｂと７４ｃの関係、７５ｂと７５ｃとの
関係などは、すべて連言（and ）である。

【００５６】図７の有向グラフの生成にあたっては、
「上流沈砂掻寄機運転中」および「下流沈砂掻寄機運転
中」７２ｃ、「揚砂機圧力水ポンプ運転中」７２ａ、
「揚砂機圧力水弁全開」７３ｃを前記目標状態として与
えた。

【００５７】また、設備の起動時の成り立っていること
が自明である状態や、設備の始動条件として確認すべき
状態である前記初期状態として「揚砂機圧力水全閉」７
７ａ、「揚砂機吐出弁全閉」７７ｂ、「沈砂スキップホ
イスト下限」７７ｃを設定したが、これら目標状態と初
期状態は、有向グラフの生成処理においては、初めから
処理済みノードとみなされる。すなわち、これらの機器
状態に対しては、その生起条件を探索する処理が省略さ
れる。これにより、結果として、当初期状態を生起する
ための不要な動作手順を導出することが防がれる。

【００５８】ノード「受水槽水位正常」７８は、その状
態生起規則がステップ６７ｂにおいて見い出せなかった
ものであるが、これは、この静的状態が沈砂処理設備内
の機器で制御不可能なものだからである。よって、ステ
ップ６７ｅにより、この状態は設備外条件として登録さ
れる。

【００５９】以上述べた処理で生成された有向グラフ
は、設備全体の機器動作手順を表現する記述とする。す
なわち、この有向グラフには機器の動作手順を規約する
全ての情報が含まれているので、操作条件および状態生
起を表すアークの方向に従って各機器に順次操作指令を
発することにより、全ての操作条件を満足し、かつ、正
しい状態を順次生起せしめる機器動作手順が得られる。
このようにして、設備の個々の機器やそれらの部分的な
関係に着目して設定した機器操作規約および機器状態遷
移規則を組み合わせて、複数の機器からなる対象設備に
対し、その全体の制御を行う動作手順が生成される。こ
れは、個々の機器の機器操作規約および機器状態遷移規
則に、当該機器と関連する外部の機器の機器状態を条件
として含めて設定したからである。

【００６０】前記有向グラフの形式で生成され、機器動
作手順記憶装置６に記憶された機器動作手順から、制御
実行プログラムを直接生成することが可能であるが、こ
れをフローチャート形式の制御仕様に変換する手段も実
現できる。

【００６１】図１１の有向グラフからフローチャート形
式の制御仕様に変換された、沈砂処理設備の起動工程の
機器動作手順を図１２をもとに示す。変換の手段および
規則は制御仕様の形式に応じて種々のものが考えられる
が、例えば、図１２で示したシーケンスブロック図と呼
ばれる形式に変換する場合には、次のような変換規則を
用いる。 （規則１）前記初期状態および設備外条件とされた機器
状態を始動条件として一つにまとめる始動条件成立確認
のノードを作り、当該初期状態および設備外条件を示す
各ノードならびにそれを始点とするアークを消去する。
さらに、有向グラフ内のノードのうち、どのアークの終
点にも接続していないものを全て選び、始動条件成立確
認のノードからそれらのノードに向かうアークを設け
る。 （規則２）動作状態は当該動作状態を生起する操作指令
とまとめて一つのノードとし、操作指令に代表させる。
この際、両者の間の状態生起を表すアークは消去し、そ
の他のアークの接合関係は保持する。 （規則３）アークにタイマ指定のあるものは、そのアー
クの終点のノードを消去してかわりにタイマ待ちのノー
ドを作る。この際、有向グラフのアークの接合関係は保
持する。 （規則４）アークの方向を、シーケンスブロック図の処
理の流れとする。複数のノードから一つのノードに合流
するアークは、シーケンスブロック図では分岐点とな
る。ただし、一つのノードから分岐した後再び一つのノ
ードに合流するような複数の経路が存在する場合におい
て、その分岐点を始点とし合流点を終点とするようなア
ークが存在すれば、そのアークは消去する。

【００６２】図１２で、ステップ８１は（規則１）によ
り設けられた始動条件確認ノードに相当するステップ、
ステップ８２ａ、８２ｂ等は（規則２）によって、動作
状態を操作指令のノードを一つにまとめて操作指令に代
表させたノードに相当するステップ、ステップ８３ａ、
８３ｂ等は機器の静的状態のノードに相当するステッ
プ、ステップ８４ａ、８４ｂは（規則３）により設けら
れたタイマ待ちのステップである。また、分岐点８５ａ
および８５ｂ、合流点８６ａおよび８６ｂは（規則４）
により有向グラフの構造に基づいて生成されたものであ
り、図７のアーク７４ｄ、７４ｅは同様に（規則４）に
より消去されたため、これらの箇所では分岐・合流は生
じない。

【００６３】上記に一例として記した変換規則を用い
た、フローチャート形式の制御仕様への変換を制御装置
１で行うことにより、本発明は、フローチャート形式の
制御仕様を入力とする従来の方式の制御実行プログラム
生成装置に接続して利用することができる。また、設計
者に対して、変換されたフローチャート形式の制御仕様
を提示することにより、機器動作手順の流れの確認を行
うこともできる。

【００６４】なお、本発明は上記実施例にのみ限定され
ず、たとえば、機器構成情報、機器操作規約、機器状態
遷移規則などのデータに入力方式や、機器動作手順の生
成処理における目標状態、初期状態の入力方式、およ
び、各種処理中の対話の有無や方式に関しては、限定せ
ずに実施できる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
対象設備の機器構成情報と、それから自動的に導出され
る個々の機器の動作や状態に関する規約、規則から、機
器の動作手順が自動的に生成されるので、フローチャー
ト形式の定められた動作表現を記述する必要がなく、プ
ログラムの設計工程が減り、生産性が格段に向上する。

【００６６】また、設計者は、設備全体を網羅した理解
に基づかなくとも、個別の機器や部分的な機器間の関係
に着目すればよいので、熟練者でなくとも容易に品質の
高い制御プログラムを設計することができる。

【００６７】さらに、対象設備が変更された場合や過去
の設計事例を再利用したい場合にも、過去に作成したフ
ローチャート形式の機器動作手順を修正せずとも、過去
に用いた対象設備の機器構成情報を、設備の変更に応じ
て直接修正するだけで、新しい設備の機器動作手順およ
び制御実行プログラムが生成できるので、再利用の効率
が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に関わる制御実行プログラム
生成方法のシステム構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一適用例の対象設備を説明するための
図である。

【図３】本発明の対象知識の一部である機器構成情報の
一例を示す図である。

【図４】本発明の機器一般に関する機器操作規約の一例
を示す図である。

【図５】本発明の弁に関する機器操作規約の一例を示す
図である。

【図６】本発明のスキップホイストに関する機器操作規
約の一例を示す図である。

【図７】本発明の機器一般に関する機器状態遷移規則の
一例を示す図である。

【図８】本発明の弁に関する機器状態遷移規則の一例を
示す図である。

【図９】本発明のスキップホイストに関する機器状態遷
移規則の一例を示す図である。

【図１０】本発明の機器動作手順を生成する処理の流れ
を示す図である。

【図１１】本発明の機器動作手順の内部表現の一例を示
す有向グラフの図である。

【図１２】本発明の生成された制御仕様の一例を示すフ
ローチャートの図である。

【符号の説明】

１ 制御装置 ２ バス ３ プログラム記憶装置 ４ 対象知識記憶装置 ５ プログラム展開知識記憶装置 ６ 機器動作手順記憶装置 ７ 機器操作規約記憶装置 ８ 機器状態遷移規則記憶装置 ９ 表示インタフェース １０ 入力装置インタフェース １１ プログラマブルコントローラインタフェース １２ 表示装置 １３ 入力装置 １４ プログラマブルコントローラ １５ 制御対象

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御対象の個々の機器とこれらの機器間の
   構成を構成情報として記憶し、 一般的な機器についてあらかじめ設定された機器操作規
   約および機器状態遷移規則に前記構成情報を対応させ
   て、前記制御対象の個々の機器の制約をこの機器および
   他の機器の状態で表した機器操作規約、および前記制御
   対象の個々の機器の状態を生起させる規則をこの機器お
   よび他の機器の状態の論理式で表した機器状態遷移規則
   を生成し、 生成された機器操作規約および機器状態遷移規則を記憶
   し、 設計者が指定した機器の状態を生起させる機器の操作と
   状態を、記憶された前記機器状態遷移規則から検索し、 前記設計者が指定した機器の状態を生起させる機器の操
   作を制約する状態を、記憶された前記機器操作規約から
   検索し、 前記制御対象設備の機器の動作の手順を生成することを
   特徴とする制御実行プログラム生成方法。