JP4585586B2 - プラントデータ変換装置およびプラントデータ変換方法 - Google Patents

Description

本発明は、大型プラント等におけるプラントデータを変換して記録するプラントデータ変換装置およびプラントデータ変換方法に関する。

鉄工所、化学工場、原子力発電所など各種のプラントにおいては、設備機器の状態を多系統に亘って監視するために、設備機器から出力されるプラントデータを収集、保存している（例えば、特許文献１参照）。このプラントデータは、運転支援や制御に用いられるだけでなく、障害発生時のプロセス解析など様々な用途に利用されている。
特開平１１−１４９３１３号公報 特開２０００−２１７０９７号公報

しかしながら、上記の技術においては、大型プラント等の制御システムで用いられている大量のプラントデータ（リアルタイムデータ）は、専用アプリケーションを介して記憶装置内に保存されている。すなわち、アプリケーション毎に様々な保存形式を持つため、保存されたデータを利用する場合には、その形式に対応したアプリケーションが必要となるという問題がある。

また、このような問題に対応するために、制御データと映像データを共通のデータ形式に変換して伝送する方法（例えば、特許文献２参照）が知られている。この方法を用いることで、リアルタイムに取得される制御データを共通のデータ形式で伝送し、保存することが可能である。しかしながら、制御データの保存と再利用（復元）の双方を効率的に行うことは考慮されていない。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題に鑑み、リアルタイムで取得されるプラントデータを共通の形式の画像データに変換して映像記録装置に記録すると共に、これを再生することによってプラントデータへの復元が可能なプラントデータ変換装置およびプラントデータ変換方法を提供することを目的とする。

本発明に係るプラントデータ変換装置は、プラントの設備機器から出力されるプラントデータを所定の周期で取得するプラントデータ取得部と、前記取得されたプラントデータを所定の規則に基づいて複数のビット列に分割し、前記ビット列を画素毎の色彩情報としたカラー画像データへ変換する画像変換部と、前記変換されたカラー画像データを記録装置へ記録するカラー画像データ記録部と、前記記録されたカラー画像データを読込むカラー画像データ読込部と、前記読込まれたカラー画像データを前記プラントデータへ復元するプラントデータ復元部と、を有することを特徴とする。

本発明に係るプラントデータ変換方法は、プラントの設備機器から出力されるプラントデータを所定の周期で取得するプラントデータ取得ステップと、前記取得されたプラントデータを所定の規則に基づいて複数のビット列に分割し、前記ビット列を画素毎の色彩情報とするカラー画像データへ変換する画像変換ステップと、前記変換されたカラー画像データを記録装置へ記録するカラー画像データ記録ステップと、前記記録されたカラー画像データを読込むカラー画像データ読込ステップと、前記読込まれたカラー画像データを前記プラントデータへ復元するプラントデータ復元ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、リアルタイムで取得されるプラントデータを共通の形式の画像データに変換して映像記録装置に記録すると共に、これを再生することによってプラントデータへの復元が可能なプラントデータ変換装置およびプラントデータ変換方法が提供される。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプラントデータ変換装置１の全体構成例を示す図である。プラントデータ変換装置１は、ネットワーク（図示省略する）を介してプラントシステム２および映像記録装置３に接続されたコンピュータである。プラントシステム２は、各種の設備機器から構成されたプラントである。映像記録装置３は、ＤＶＤ装置やＨＤＤレコーダなどの各種の記録装置である。

また、プラントデータ変換装置１は、制御部１１、プラントデータ取得部１２、画像変換部１３、カラー画像データ記録部１４、カラー画像データ読込部１５、プラントデータ復元部１６、およびインターフェース部１７を備えている。

制御部１１は、プラントデータ変換装置１の各部の動作を制御する中央処理装置である。プラントデータ取得部１２は、ネットワーク接続されたプラントシステム２の設備機器からプラントデータを取得するプログラムである。ここで、プラントデータとは、設備機器のセンサ（図示省略する）によって取得され、プラントの制御に必要とされる各種のデータであり、速度、モータ回転数、電流値、電圧値、温度などが挙げられる。

画像変換部１３は、プラントデータ取得部１２で取得されたプラントデータを所定の規則に基づいて複数のビット列に分割し、各ビット列を画素の色彩情報とした画像データ（以下、「カラー画像データ」という。）へ変換するプログラムである。プラントデータの画像変換方法の詳細については後述する。

カラー画像データ記録部１４は、画像変換部１３で変換されたカラー画像データの画像信号をネットワーク接続された映像記録装置３に出力し、記録媒体への記録処理を行わせるプログラムである。例えば、リアルタイム性の要求される鉄鋼プラント向け計算機システムにおいて５０msec周期で約１０KBのデータ収集が行われるならば、１秒間当たり２０個のカラー画像データが生成され、映像記録装置３内の記録媒体（磁気ディスクや光学ディスク）に記録される。

カラー画像データ読込部１５は、映像記録装置３内の記録媒体から記録されているカラー画像データを読込むプログラムである。

プラントデータ復元部１６は、カラー画像データ読込部１５で読込まれたカラー画像データをプラントデータへ復元するプログラムである。尚、処理の流れは、画像変換部１３の変換処理とほぼ同じであるが、データの書込みと読込みのエリアが逆となる。プラントデータの復元方法の詳細については後述する。

インターフェース部１７は、利用者がキーボードやマウスなどの入力装置（図示省略する）によって入力した情報（例えば指定日時、録画時の解像度、設備機器名、再生指示情報など）を取得すると共に、液晶ディスプレイなどの表示装置（図示省略する）や所望のデータ処理装置（図示省略する）へ各種情報（例えば、復元されたプラントデータなど）を出力するプログラムである。

以下、本実施形態に係るプラントデータ変換装置１の動作を図面に基づいて詳細に説明する。

図２は、プラントデータ変換装置１における画像変換処理およびデータ復元処理を具体的に説明する図である。

先ず、図２の左側の処理について説明する。ここでは、画像変換部１３がプラントデータを８ビット単位に分割し、これらを画像データの各画素にＲＧＢ値として配置することが示されている。２４ｂｐｐ（１ピクセル当たり２４ビット）でエンコードされたＲＧＢ明度は、赤・緑・青の輝度を示す三つの８ビット符号無し整数（０から２５５）で表せるので、２４ビットのプラントデータは２５６^３（約１６００万）通りの色彩のいずれかに変換される。そして、ある時刻におけるプラントデータの全ビット列を、一画面の構成画素の色彩情報として配置することで、一回の変換処理が完了となる。

上記の場合、一画素当たり３バイトのデータが格納されるので、解像度（横×縦）が１２８０×１０２４の場合には、約３．７５ＭＢのデータを画像化することが可能である。そして、本処理を所定の周期で繰り返すことにより、リアルタイムで更新されるプラントデータが色彩情報を有するカラー画像データとして逐次出力され、時系列に対応付けされた状態で映像記録装置３に録画される。

次に、図２の右側の処理について説明する。ここでは、映像記録装置３に録画されているカラー画像データ（映像）を再生し、プラントデータ復元部１６に入力することで、カラー画像データの各画素が持つＲＧＢ値を取り出し、プラントデータとして再構築することが示されている。本処理を定周期に繰り返すことにより、プラントデータが再現される。

図３は、プラントデータ変換装置１における画像変換処理の具体例を示すフローチャートであり、図２の左側の処理に該当する。

Ｓ３０１において、プラントデータ取得部１２は、ネットワーク接続されたプラントシステム２の設備機器から出力されるプラントデータを所定の周期で取得する。

Ｓ３０２において、画像変換部１３は、プラントデータ取得部１２からプラントデータを取得すると共に、所定の規則に基づいて複数のビット列に分割し、各ビット列を各画素の色彩情報としたカラー画像データへ変換する。

Ｓ３０３において、カラー画像データ記録部１４は、カラー画像データの画像信号をネットワーク接続された映像記録装置３に出力し、内部の記録媒体に記録させて処理を終了する。

図４は、プラントデータ変換装置１におけるデータ復元処理の具体例を示すフローチャートであり、図２の右側の処理に該当する。

Ｓ４０１において、カラー画像データ読込部１５は、インターフェース部１７を介して取得される情報に基づき、利用者からの再生指示情報の入力の有無を判定する。ここで、再生指示情報が有りと判定された場合には、Ｓ４０２へ進む。これに対し、再生指示情報が無いと判定された場合には、入力されるまで待機状態が維持される。

Ｓ４０２において、カラー画像データ読込部１５は、再生指示情報に含まれる指定日時などをキーとして映像記録装置３へ記録画像の再生指示を行うと共に、映像記録装置３から送信される画像信号をカラー画像データに変換しながら読込む。

Ｓ４０３において、プラントデータ復元部１６は、読込まれたカラー画像データからプラントデータを復元する。

Ｓ４０４において、プラントデータ復元部１６は、復元されたプラントデータを所定の出力先へ出力し、処理を終了する。出力先の具体例としては、障害発生原因の解析装置（図示省略する）などが挙げられる。

図５は、画像変換部１３における処理の具体例を示すフローチャートである。

Ｓ５０１においては、プラントデータ取得部１２からプラントデータを取得する。

Ｓ５０２においては、画素の最大行数を表す変数ＲＯＷ_ｍａｘおよび最大列数を表す変数ＣＯＬ_ｍａｘを初期化すると共に、プラントデータの格納先となるメモリ領域の先頭アドレスを設定する。ここでは、最大行数（ＲＯＷ_ｍａｘ）および最大列数（ＣＯＬ_ｍａｘ）には予め指定された解像度に応じた値を設定するものとする。例えば、解像度（横×縦）が１２８０×１０２４の場合には、最大行数（ＲＯＷ_ｍａｘ）には１０２４、最大列数（ＣＯＬ_ｍａｘ）には１２８０を設定する。

Ｓ５０３においては、画素の行数を表す変数ＲＯＷに１、列数を表す変数ＣＯＬに１、ＲＧＢ（赤緑青）の色彩区分を表す変数Ｃｏｌｏｒに０を設定して初期化する。尚、色彩区分（Ｃｏｌｏｒ）は、０が赤、１が緑、２が青を表すものとする。

Ｓ５０４においては、プラントデータ中の抽出対象となるビット列のアドレスを計算する。ここでは、下記の計算式に基づいて指定アドレスを算出する。

［指定アドレス］＝［先頭アドレス］＋（（ＲＯＷ−１）×１２８０＋ＣＯＬ−１）×３＋Ｃｏｌｏｒ
Ｓ５０５においては、色彩区分（Ｃｏｌｏｒ）の値を判定する。ここで、色彩区分（Ｃｏｌｏｒ）の値が０と判定された場合はＳ５０６、１と判定された場合はＳ５０７、２と判定された場合にはＳ５０８へ進む。

Ｓ５０６においては、Ｓ５０４で計算された指定アドレスのビット列（８ビット分）を行列（ＲＯＷ，ＣＯＬ）で指定される画素の赤色の明度情報としてメモリ領域へセットする。

Ｓ５０７においては、Ｓ５０６と同様に、指定アドレスのビット列を行列（ＲＯＷ，ＣＯＬ）で指定される画素の緑色の明度情報としてメモリ領域へセットする。

Ｓ５０８においては、Ｓ５０６と同様に、指定アドレスのビット列を行列（ＲＯＷ，ＣＯＬ）で指定される画素の青色の明度情報としてメモリ領域へセットする。

Ｓ５０９においては、色彩区分（Ｃｏｌｏｒ）を１加算する。

Ｓ５１０においては、色彩区分（Ｃｏｌｏｒ）が２以下か否かを判定する。ここで、色彩区分（Ｃｏｌｏｒ）が２以下と判定された場合には、Ｓ５０４へ戻る。これに対し、色彩区分（Ｃｏｌｏｒ）が２を超えると判定された場合は、Ｓ５１１へ進む。

Ｓ５１１においては、色彩区分（Ｃｏｌｏｒ）に０を代入して初期化すると共に、列数（ＣＯＬ）を１加算する。

Ｓ５１２においては、列数（ＣＯＬ）が最大列数（ＣＯＬ_ｍａｘ）以下か否かを判定する。ここで、列数（ＣＯＬ）が最大列数（ＣＯＬ_ｍａｘ）以下と判定された場合には、Ｓ５０４へ戻る。これに対し、列数（ＣＯＬ）が最大列数（ＣＯＬ_ｍａｘ）を超えると判定された場合は、Ｓ５１３へ進む。

Ｓ５１３においては、列数（ＣＯＬ）に１を代入して初期化すると共に、行数（ＲＯＷ）を１加算する。

Ｓ５１４においては、行数（ＲＯＷ）が最大行数（ＲＯＷ_ｍａｘ）以下か否かを判定する。ここで、行数（ＲＯＷ）が最大行数（ＲＯＷ_ｍａｘ）以下と判定された場合には、Ｓ５０４へ戻る。これに対し、行数（ＲＯＷ）が最大行数（ＲＯＷ_ｍａｘ）を超えると判定された場合は、処理を終了する。

図６は、プラントデータ復元部１６における処理の具体例を示すフローチャートであり、図４の右側の処理に該当する。

Ｓ６０１においては、カラー画像データ読込部１５で読込まれたカラー画像データを取得する。

Ｓ６０２においては、画素の最大行数を表す変数ＲＯＷ_ｍａｘおよび最大列数を表す変数ＣＯＬ_ｍａｘを初期化すると共に、プラントデータの格納先となるメモリ領域の先頭アドレスを設定する。ここでは、最大行数（ＲＯＷ_ｍａｘ）および最大列数（ＣＯＬ_ｍａｘ）には予め指定された解像度に応じた値を設定するものとする。例えば、解像度（横×縦）が１２８０×１０２４の場合には、最大行数（ＲＯＷ_ｍａｘ）には１０２４、最大列数（ＣＯＬ_ｍａｘ）には１２８０を設定する。

Ｓ６０３においては、画素の行数を表す変数ＲＯＷに１、列数を表す変数ＣＯＬに１、ＲＧＢ（赤緑青）の色彩区分を表す変数Ｃｏｌｏｒに０を設定して初期化する。尚、色彩区分（Ｃｏｌｏｒ）は、０が赤、１が緑、２が青を表すものとする。

Ｓ６０４においては、復元後のプラントデータの格納先となるメモリ領域のアドレスを計算する。ここでは、下記の計算式に基づいて指定アドレスを算出する。

［指定アドレス］＝［先頭アドレス］＋（（ＲＯＷ−１）×１２８０＋ＣＯＬ−１）×３＋Ｃｏｌｏｒ
Ｓ６０５においては、色彩区分（Ｃｏｌｏｒ）の値を判定する。ここで、色彩区分（Ｃｏｌｏｒ）の値が０と判定された場合はＳ６０６、１と判定された場合はＳ６０７、２と判定された場合はＳ６０８へ進む。

Ｓ６０６においては、カラー画像データを解析すると共に、行列（ＲＯＷ，ＣＯＬ）で指定される画素の赤色の明度情報に係るビット列（８ビット）をＳ６０４で計算された指定アドレスにセットする。

Ｓ６０７においては、Ｓ６０６と同様に、行列（ＲＯＷ，ＣＯＬ）で指定される画素の緑色の明度情報に係るビット列（８ビット）を指定アドレスにセットする。

Ｓ６０８においては、Ｓ６０６と同様に、行列（ＲＯＷ，ＣＯＬ）で指定される画素の青色の明度情報に係るビット列（８ビット）を指定アドレスにセットする。

Ｓ６０９においては、色彩区分（Ｃｏｌｏｒ）を１加算する。

Ｓ６１０においては、色彩区分（Ｃｏｌｏｒ）が２以下か否かを判定する。ここで、色彩区分（Ｃｏｌｏｒ）が２以下と判定された場合には、Ｓ６０４へ戻る。これに対し、色彩区分（Ｃｏｌｏｒ）が２を超えると判定された場合は、Ｓ６１１へ進む。

Ｓ６１１においては、色彩区分（Ｃｏｌｏｒ）に０を代入して初期化すると共に、列数（ＣＯＬ）を１加算する。

Ｓ６１２においては、列数（ＣＯＬ）が最大列数（ＣＯＬ_ｍａｘ）以下か否かを判定する。ここで、列数（ＣＯＬ）が最大列数（ＣＯＬ_ｍａｘ）以下と判定された場合には、Ｓ６０４へ戻る。これに対し、列数（ＣＯＬ）が最大列数（ＣＯＬ_ｍａｘ）を超えると判定された場合は、Ｓ６１３へ進む。

Ｓ６１３においては、列数（ＣＯＬ）に１を代入して初期化すると共に、行数（ＲＯＷ）を１加算する。

Ｓ６１４においては、行数（ＲＯＷ）が最大行数（ＲＯＷ_ｍａｘ）以下か否かを判定する。ここで、行数（ＲＯＷ）が最大行数（ＲＯＷ_ｍａｘ）以下と判定された場合には、Ｓ６０４へ戻る。これに対し、行数（ＲＯＷ）が最大行数（ＲＯＷ_ｍａｘ）を超えると判定された場合は、処理を終了する。

上記のようにプラントデータ変換装置１を構成することにより、以下のような効果が得られる。

（１）プラントデータを共通の画像形式で保存できる。

例えば、市販の映像記録装置３が対応している画像形式でプラントデータを保存することが可能となる。また、画像データの保存には、様々な圧縮技術が考案・実装されているので、保存の際のデータ量を大幅に削減することができる。更に、市販の映像記録装置３における記録周期は、プラント制御に使われる制御周期と比べて十分に高速であり、データの一貫性を保つことも可能である。

（２）保存したデータの再利用を容易に行える。

例えば、出荷後の制御システムで障害が発生した場合、映像記録装置３に録画されている障害発生時のカラー画像データの再生指示を行うことでプラントデータを復元し、再現テストを実施することが可能となる。また、障害発生時のプラントデータを入力データとして用いることで、障害に対して頑強なシステムを構築できる。

（３）開発環境でのパララン試験を効率的に行える。

既に稼動中のプラント制御システムを更新する場合には、開発環境で開発・試験を行った後、現地にてプラントデータを両方のシステムに入力し、同じ動作をすることを確認する試験（パララン試験）を行うのが一般的である。しかし、本発明を適用すれば、現地にてプラントデータを録画し、開発環境にて再生すれば良いため、現地での作業時間を大幅に削減可能となる。

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

具体的には、上記実施形態においては、プラントデータを画像データのＲＧＢ値として配置したが、ＲＧＢカラーモデル以外の形式によって画像化しても良い。例えば、ＣＭＹＫ（Cyan-Magenta-Yellow-blacK）カラーモデルも利用可能である。各画像形式の一画素当たりの色彩情報に要するビット数を単位としてプラントデータを複数に分割することで、上記と同様に画像化でき、プラントデータのデータ量などを考慮して任意に設計変更可能である。

本発明の一実施形態に係るプラントデータ変換装置１の全体構成例を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係るプラントデータ変換装置１における画像変換処理およびデータ復元処理を具体的に説明する図。 本発明の一実施形態に係るプラントデータ変換装置１における画像変換処理の具体例を示すフローチャート。 本発明の一実施形態に係るプラントデータ変換装置１におけるデータ復元処理の具体例を示すフローチャート。 画像変換部１３における処理の具体例を示すフローチャート。 プラントデータ復元部１６における処理の具体例を示すフローチャート。

符号の説明

１…プラントデータ変換装置、
２…プラントシステム、
３…映像記録装置、
１１…制御部、
１２…プラントデータ取得部、
１３…画像変換部、
１４…カラー画像データ記録部、
１５…カラー画像データ読込部、
１６…プラントデータ復元部、
１７…インターフェース部。

Claims (5)

1. プラントの設備機器から出力されるプラントデータを所定の周期で取得するプラントデータ取得部と、
   前記取得されたプラントデータを所定の規則に基づいて複数のビット列に分割し、前記ビット列を画素毎の色彩情報としたカラー画像データへ変換する画像変換部と、
   前記変換されたカラー画像データを記録装置へ記録するカラー画像データ記録部と、
   前記記録されたカラー画像データを読込むカラー画像データ読込部と、
   前記読込まれたカラー画像データを前記プラントデータへ復元するプラントデータ復元部と、
   を有することを特徴とするプラントデータ変換装置。
2. 前記画像変換部は、予め定められた画像形式の一画素当たりの色彩情報に要するビット数を単位として前記プラントデータを複数に分割し、前記カラー画像データへの変換を行うことを特徴とする請求項１記載のプラントデータ変換装置。
3. 前記色彩情報がＲＧＢであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のプラントデータ変換装置。
4. プラントの設備機器から出力されるプラントデータを所定の周期で取得するプラントデータ取得ステップと、
   前記取得されたプラントデータを所定の規則に基づいて複数のビット列に分割し、前記ビット列を画素毎の色彩情報とするカラー画像データへ変換する画像変換ステップと、
   前記変換されたカラー画像データを記録装置へ記録するカラー画像データ記録ステップと、
   前記記録されたカラー画像データを読込むカラー画像データ読込ステップと、
   前記読込まれたカラー画像データを前記プラントデータへ復元するプラントデータ復元ステップと、
   を有することを特徴とするプラントデータ変換方法。
5. 前記画像変換ステップにおいては、予め定められた画像形式の一画素当たりの色彩情報に要するビット数を単位として前記プラントデータを複数に分割し、前記カラー画像データへの変換を行うことを特徴とする請求項４記載のプラントデータ変換方法。