专利名称：操作培训系统和操作培训方法
技术领域：
本发明涉及一种用于培训操作员操作连接到工厂控制系统上的 安全仪表系统的操作培训系统。
背景技术：
已知一种工厂控制系统，它具有对包含带有计算机软件的操作 监控站的系统进行仿真以培训操作员操作该工厂控制系统的功能。这 样的用于对过程的动态特性仿真的功能和过程仿真器组合使用，由此 可以用计算机模拟整个工厂并且能够完成针对工厂操作的操作培训。公开号为2005-78545的日本专利申请
在另一方面，在工厂控制系统中，各种系统和功能在进行整合， 并且也存在其中把安全仪表系统连接到工厂控制系统上的系统，并且 安全仪表系统的操作监控能够通过工厂控制系统的操作监控站实现。
但是，用于处理适合于上述这种系统的操作培训的操作培训系 统尚未开发；对意外发生时通过手工操作安全仪表系统的风险转移过 程的培训、对在安全仪表系统的自动紧急关闭后的恢复过程的培训、 对包含由安全仪表系统控制的紧急关闭阀的打开等的工厂启动过程 的培训等尚不能实现。
为了使用相关技术中的操作培训系统来进行包含安全仪表系统 的操作培训，必需再次以工厂控制系统的控制站中使用的描述语言来 说明安全仪表系统中执行的应用逻辑并且说明由工厂控制系统的仿 真器进行的替代操作。但是，安全仪表系统和工厂控制系统在应用程序描述语言、现场仪表和信号线的标识符等方面是不同的，并且应用 程序描述的转换要求大量的工时。
发明内容
本发明的示范实施例提供一种能够用简单的系统结构来培训操 作员操作连接到工厂控制系统上的安全仪表系统的操作培训系统和 操作培训方法。
本发明的操作培训系统是一种用于培训操作员操作连接到工厂 控制系统上的安全仪表系统的操作培训系统。该操作培训系统包含 仿真器，其用于执行由工厂控制系统控制的过程的仿真；操作接受部 分，其用于接受操作；第一程序执行部分，其用于根据对操作接受部 分的操作来执行由安全仪表系统使用的安装的程序；以及第一通信部 分，其用于执行第一程序执行部分和仿真器之间的通信，因此在仿真 器中的仿真上反映出安装的程序的执行结果。
根据该操作培训系统，由安全仪表系统使用的安装的程序被执 行并且安装的程序的执行结果在仿真上反映出来，这样能够培训操作 员操作连接到工厂控制系统上的安全仪表系统并且能够简单地构成 系统。
操作培训系统还可以包含第二程序执行部分，其用于执行由工 厂控制系统使用的安装的程序，以及第二通信部分，其用于执行第二 程序执行部分和仿真器之间的通信，因此在仿真器中的仿真上反映出 来自第二程序执行部分的安装的程序的执行结果。
与过程的仿真相结合，仿真器可以执行仪表板的仿真。
本发明的操作培训方法是一种用于培训操作员操作连接到工厂 控制系统上的安全仪表系统的操作培训方法。操作培训方法包含步 骤由仿真器执行对工厂控制系统控制的过程的仿真；接受操作；根 据接受操作的步骤中接受的操作来执行由安全仪表系统使用的安装 的程序；以及执行安装的程序和仿真器之间的通信，从而在仿真器中 的仿真上反映出安装的程序的执行结果。
根据所述的操作培训方法，由安全仪表系统使用的安装的程序被执行并且安装的程序的执行结果反映在仿真上，这样能够培训操作 员操作连接到工厂控制系统上的安全仪表系统并且能够简单地构成 系统。
根据本发明的操作培训系统，由安全仪表系统使用的安装的程 序被执行并且安装的程序的执行结果反映在仿真上，这样能够培训操 作员操作连接到工厂控制系统上的安全仪表系统并且能够简单地构 成系统。
根据本发明的操作培训方法，由安全仪表系统使用的安装的程 序被执行并且安装的程序的执行结果反映在仿真上，这样能够培训操 作员操作连接到工厂控制系统上的安全仪表系统并且能够简单地构 成系统。
从下面的详细说明、附图和权利声明中，其它特点和优势会变 得明显。
图1A是示出连接了安全仪表系统的工厂控制系统的配置示例的框图。
图1B是示出构造来适合图1A中的工厂控制系统的本发明实施
例的操作培训系统的配置的框图。
图2是示出本发明的实施例的操作培训系统的细节的框图。 图3A是示出连接了仪表板的工厂控制系统的配置示例的框图。 图3B是示出构造来适合图3A中的工厂控制系统的操作培训系
统的配置的框图。
具体实施例方式
参照附图1A到3B，将讨论根据本发明的操作培训系统的实施例。
图1A是示出连接了安全仪表系统的工厂控制系统的配置示例的 框图，并且图1B是示出构造来适合图1A中的工厂控制系统的本发明 实施例的操作培训系统的配置的框图。图1A中所示的工厂控制系统包含控制站101A和IOIB，其分布 在工厂中以通过现场仪表组来控制过程104;安全站102，其用于执
行如现场仪表的紧急关闭之类的控制以确保工厂安全；以及操作监控 站103A和103B，其用于接受操作员的各种操作并通过控制站101A 和101B及安全站102来操作和监控现场仪表组。
如图1A所示，控制站IOIA和IOIB、安全站102以及操作监控 站103A和103B通过控制总线106相互连接。
控制站IOIA和101B通过输入/输出单元lll连接到现场仪表组， 并且安全站102通过输入/输出单元121连接到现场仪表组。
在另一方面，如图1B所示，本实施例的操作培训系统使用按照 TCP/IP连接的三台个人计算机PC1、 PC2和PC3来实现。
如图1B所示，个人计算机PC1实现了对控制站IOIA和IOIB仿 真的控制站仿真器1A和1B、对安全站102仿真的安全站仿真器2以 及对操作监控站103A仿真的作为操作接受部分的操作监控站3A。个 人计算机PC2实现了对操作监控站103B仿真的作为操作接受部分的 操作监控站3B。此外，个人计算机PC3实现了作为对过程104仿真 的仿真器的过程仿真器4。
控制站仿真器1A和1B、安全站仿真器2以及操作监控站3A和 3B通过提供在个人计算机PC1和PC2之间的虚拟控制总线6相互连 接。从而操作员能够从操作监控站3B像从操作监控站3A—样来操作 和监控控制站仿真器1A和1B以及安全站仿真器2。
控制站仿真器1A和1B通过虚拟输入/输出单元11连接到过程 仿真器4的现场仪表组上，并且安全站仿真器2通过虚拟输入/输出 单元21连接到过程仿真器4的现场仪表组上。
图2是示出本发明的实施例的操作培训系统的细节的框图。
如图2所示，使用安装在个人计算机PC1中的作为第二程序执 行部分的控制程序12和作为第二通信部分的通信程序13来实现控制 站仿真器1A。控制站仿真器1B也像控制站仿真器1A那样实现。
控制程序12是实际上由实机的控制站IOIA使用的安装的程序。 由于能够完整地使用由实机使用的程序，所以不需要再次说明用于操作培训系统的应用程序。
通信程序13是一个用于通过安装在个人计算机PC1中的网关软
件7来执行与过程仿真器4的通信的程序。程序的功能将在后面说明。 如图2所示，使用安装在个人计算机PC1中的作为第一程序执 行部分的应用程序22和作为第一通信部分的通信程序23来实现安全 站仿真器2。
应用程序22是实际上由实机的安全站102来使用的安装的程 序。由于能够完整地使用由实机使用的程序，所以不需要再次说明用 于操作培训系统的应用程序。
通信程序23是一个用于通过安装在个人计算机PC1中的网关软 件7来执行与过程仿真器4的通信的程序。程序的功能将在后面说明。
如图2所示，过程仿真器4使用过程仿真软件41和通信软件42 来实现。
过程仿真软件41具有由过程104用作变量的过程值并且使用该 过程值执行计算，从而对过程104的动态特性进行仿真。
在另一方面，通信软件42维持由过程仿真软件41使用的每个 变量和控制站仿真器1A和1B的输入/输出单元11的输入/输出端子 之间的关系，并且根据专用协议向网关软件7发送一个把过程仿真软 件41的计算结果写到相应的输入/输出单元11的输入/输出端子的请 求。相反地，通信软件42通过网关软件7从输入/输出单元11的输
入/输出端子得到仿真的输出信号并且发送该信号到过程仿真软件 41。
为了进行过程仿真器4和控制站仿真器1A、 1B之间的通信，网 关软件7执行在用于与过程仿真软件41通信的专用协议和虚拟控制 总线6使用的协议之间的协议转换。
控制站仿真器1A和1B的每一个的通信程序13仲裁在控制程序 12和过程仿真器4之间交换的输入/输出单元11的仿真的输入/输出 信号。通信程序13把从过程仿真器4发送的输入信号写入到输入/ 输出单元11的预定输入/输出端子中。所写的值用于控制程序12的 计算中并且计算结果也写入到输入/输出单元11的预定输入/输出端子中。由控制程序12所写的输出值由通信程序13通过网关软件7
发送到过程仿真器4。
通信软件42维持由过程仿真软件41使用的每个变量和安全站 仿真器2的输入/输出单元21的输入/输出端子之间的关系，并且根 据专用协议向网关软件7发送一个把过程仿真软件41的计算结果写 到输入/输出单元21的输入/输出端子的请求。相反地，通信软件42 通过网关软件7从输入/输出单元21的输入/输出端子得到仿真的输 出信号并且发送该信号到过程仿真软件41。
为了进行过程仿真器4和安全站仿真器2之间的通信，网关软 件7执行在用于与过程仿真软件41通信的专用协议和虚拟控制总线 6使用的协议之间的协议转换。
安全站仿真器2的通信程序23仲裁在应用程序22和过程仿真 器4之间交换的输入/输出单元21的仿真的输入/输出信号。通信程 序23把从过程仿真器4发送的输入信号写入到输入/输出单元21的 预定输入/输出端子中。所写的值用于应用程序22的计算中并且计算 结果也写入到输入/输出单元21的预定输入/输出端子中。由应用程 序22所写的输出值由通信程序23通过网关软件7发送到过程仿真器 4并且反映到过程仿真器4的仿真上。
这样，在本实施例的操作培训系统中，在安全站仿真器2和过 程仿真器4之间的仿真的输入/输出信号的传输是根据类似于在控制 站仿真器1A、 1B和过程仿真器4之间传输仿真的输入/输出信号的机 制执行的。但是，控制站101A、 101B和安全站102具有不同的应用 程序描述语言并且在输入/输出单元的输入/输出端子的读取方面(如 信号线的标识符等)也不同。在本实施例中，这样的差异由通信程序 13和23来化解，所以可以根据类似的机制来传输仿真的输入/输出 信号，而同时使用在实机中使用的控制程序12和应用程序22。
如上所述，在本实施例的操作培训系统中，连接了安全仪表系 统的工厂控制系统的整体能够被仿真。这样能够在结合了安全仪表系 统和工厂控制系统的整个工厂中培训操作员，包括由安全仪表系统执 行的紧急关闭机制起作用的情况、对紧急关闭机制复位的过程等。由于能够完整地使用由实机的安全仪表系统使用的应用程序， 能够容易地构成更接近于实际工厂的培训系统。
由于计算机也能够以组合的形式使用，因此还可以同时操作大
量的安全站仿真器。这样，操作培训系统也能够支持大规模的工厂的 培训。
此外，能够完整地使用由实机的安全仪表系统使用的应用程序， 这样本实施例的操作培训系统也能够用作一个辅助创建应用程序的 系统。
在根据本发明的操作培训系统中，对除操作监控站以外的用仪 表板执行操作和监控的仿真也能够与过程的仿真相结合来执行。
图3A是示出连接了仪表板的工厂控制系统的配置示例的框图， 并且图3B是示出构造来适合图3A中的工厂控制系统的操作培训系统 的配置的框图。与图1中组件相同的组件在图3中以相同的参照数字 来标识并且将不再讨论。
图3A所示的示例中，在工厂中安装了包含灯81、警报器82和 开关按钮83的用于手工操作报警、仪表等的面板108。灯81、警报 器82和开关按钮83等通过输入/输出单元121连接到安全站102上。
如图3B所示，实机的面板108被仿真为由个人计算机PC3实现 的过程仿真器4A中的面板8。面板8像其它现场仪表一样通过虚拟 输入/输出单元21连接到安全站仿真器2上以仿真安全站102。面板 8显示在个人计算机PC3的显示器等上，并且在屏幕上接受操作，从 而对面板的操作培训也成为可能。在培训时，操作员通过操作监控站 3A、 3B执行过程操作和监控，还能够被培训来通过在屏幕上显示的 面板8操作和监控安全仪表系统。
如上所述，根据本发明的操作培训系统，由安全仪表系统使用 的安装的程序被执行并且安装的程序的执行结果能够反映在仿真上， 从而能够培训操作员操作连接到工厂控制系统上的安全仪表系统并 且再次说明应用程序的工作成为不必要的，并且系统能够简单地构 成。
应当理解本发明不仅限于上述的特定实施例。本发明能够广泛地应用到用于培训操作员对连接到工厂控制系统上的安全仪表系统 进行操作的操作培训系统和操作培训方法中。
权利要求
1.一种操作培训系统，其用于培训操作员对连接到工厂控制系统上的安全仪表系统进行操作，所述的操作培训系统包含仿真器，其用于执行由工厂控制系统控制的过程的仿真；操作接受部分，其用于接受操作；第一程序执行部分，其用于根据对所述操作接受部分的操作来执行由安全仪表系统使用的安装的程序；以及第一通信部分，其用于执行所述第一程序执行部分和所述仿真器之间的通信，从而在所述仿真器中的仿真上反映出安装的程序的执行结果。
2. 如权利要求1所述的操作培训系统还包含第二程序执行部分，其用于执行由工厂控制系统使用的安装的程序；以及第二通信部分，其用于执行所述第二程序执行部分和所述仿真 器之间的通信，从而在所述仿真器中的仿真上反映出来自第二程序执 行部分的安装的程序的执行结果。
3. 如权利要求1或2所述的操作培训系统，其中所述仿真器结 合过程的仿真来执行仪表板的仿真。
4. 一种操作培训方法，其用于培训操作员对连接到工厂控制系 统上的安全仪表系统进行操作，所述的操作培训方法包含如下步骤由仿真器执行对工厂控制系统控制的过程的仿真；接受操作；根据在所述接受操作的步骤中所接受的操作来执行由安全仪表 系统使用的安装的程序；以及执行安装的程序和仿真器之间的通信，从而在仿真器中的仿真 上反映出安装的程序的执行结果。
全文摘要
本发明涉及一种操作培训系统和操作培训方法，其中使用安装在个人计算机中的应用程序和通信程序来实现安全站仿真器。应用程序是实际上由实机的安全站来使用的程序。由于能够完整地使用由实机使用的程序，所以不需要再次说明用于操作培训系统的应用程序。
文档编号G09B9/00GK101315559SQ20081010866
公开日2008年12月3日 申请日期2008年5月30日 优先权日2007年5月31日
发明者村上威 申请人:横河电机株式会社