JP2006338673A - 設備を調整するデータ処理システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】改良されたデータ処理システム、設備を監視する方法、設備を調整する方法、および当該コンピュータプログラム製品を提供し、特に、設備モデル用の新しい用途を提供する。
【解決手段】本発明は、設備（１０４）用の、処理変数（１２２）を取得するように設計された設備コントローラ（１０２）、上記取得された処理変数の一部を使用してシミュレートされた処理変数（１２４）を計算する設備モデル（１３６）、上記取得された処理変数および上記シミュレートされた処理変数を出力するユーザインタフェース（１１６、１１８）を備えるデータ処理システムに関する。
【選択図】図１

Description

本発明はデータ処理システム、設備を監視する方法、および設備を調整する方法に関し、これらのシステムおよび方法のためのコンピュータプログラム製品にも関する。

設備を構成する種々のシミュレーション方法が従来技術から知られている。そのようなシミュレーション方法は設備の設計を認証するために使用されて、設備の設計をシミュレーションする。加えて、シミュレーション結果は、設備を最適化するために、設計段階における設備の構成を変更する基準として見なすことができる。特許文献１も設備モデルの使用を開示していて、すなわち設備を制御するための「モデル予測制御」の使用を開示している。
国際出願公開第ＵＳ２００１／００２１９００Ａ１号

それどころか、本発明は、改良されたデータ処理システム、設備を監視する方法、設備を調整する方法、およびこれらのシステムおよび方法のためのコンピュータプログラム製品を提供する目的に基づく。特に本発明は、設備モデル用の新しい用途を提供する目的に基づく。

本発明が基づく目的は、独立特許請求項の特性を用いて各々達成される。本発明の好ましい実施の形態は従属特許請求項により特定される。

独創的なデータ処理システムは、設備用の設備コントローラを備え、設備コントローラは処理変数を取得するように設計されている。設備モデルは、取得された処理変数の一部からシミュレートされた処理変数を計算するために使用される。ユーザインタフェースは、取得された処理変数およびシミュレートされた処理変数を出力するために使用できる。

これは、取得された処理変数とシミュレートされた処理変数との間の相違が、設備コントローラに関する運転担当者により容易に検出できる利点を有する。シミュレートされた処理変数が取得された処理変数から著しく異なると、例えば、これが、当該処理変数の取得に欠陥があることを示す。一例として、取得された処理変数とシミュレートされた処理変数との間の相違は欠陥のあるセンサにより生じるかもしれない。著しく相違する取得された処理変数とシミュレートされた処理変数とがユーザインタフェースにより出力されると、これは、処理変数を取得するために使用される当該センサまたはメータを点検するアドバイスとして、運転担当者により評価できる。

好ましくは、シミュレートされた処理変数を計算するための設備モデルに使用される入力変数は、比較的わずかな取得された処理変数のみであり、特に正確である可能性の最も高い取得された処理変数である。これらの処理変数は、特に、運転物質および運転エネルギーの現在供給された量などの設備用の基本的な運転パラメータである。そのような基本的処理変数から、設備モデルはシミュレートされた処理変数を計算し、シミュレートされた処理変数は取得された処理変数と比較できる。

本発明の１つの実施の形態に従って、取得された処理変数は、データベースの中に格納される。処理変数は、コンピュータがデータベースから要求できる。データベースからの処理変数に関する要求は、適切なユーザコマンドに基づいて、または２０分ごとになどのあらかじめプログラムされた時間間隔内で行われる。コンピュータは、データベースから要求された処理変数を使用して、設備モデルにより処理変数をシミュレートする。取得された処理変数をデータベースから要求するために、コンピュータはデータベースにネットワークで繋がれている。

本発明の１つの実施の形態に従って、コンピュータがデータベースから要求した取得された処理変数は、ローカルに格納される。別のユーザインタフェースが使用されて、取得された処理変数を変更するために、取得された処理変数にアクセスする。それに続くシミュレーションにより、処理変数の変更が、製造プロセス、特に費用の削減において改善をもたらす。

本発明のもう１つの実施の形態に従って、コンピュータは処理変数を最適化するオプティマイザを備える。このために、オプティマイザは、１以上の取得された処理変数またはシミュレートされた処理変数を変更する。処理変数がオプティマイザにより変更されると、シミュレーションが実行される。最適化の基準は、特に、開始材料、溶媒、触媒などの供給される運転物質の量、供給されるエネルギーの量、または製造費用などでありうる。好ましくは、費用のパラメータは、最適化を実行するためにデータベースから要求される。費用のパラメータは、手動でデータベースに入力できる。代わりに、費用のパラメータは「企業資源計画」（ＥＲＰ）システムから読み出すことができる。

本発明の１つの実施の形態に従って、コンピュータは、シミュレーションを用いて得られる最適化された処理変数を含むファイルを生成する。ファイルはコンピュータから、設備コントローラへ、ネットワーク経由で送信される。

この種の処理制御システムは、例えばポリマーの製造、好ましくは、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）、ＣＲ（ポリクロロプレンゴム）、ＮＢＲ（ニトリル−ブタジエンゴム）、ＨＮＢＲ（水素化ニトリル−ブタジエンゴム）、ＳＢＲ（スチレン−ブタジエンゴム）、ＢＲ（ポリブタジエンゴム）、ＥＶＭ（エチレン−ビニールアセテートゴム）、またはＩＩＲ（ブチルゴム）などの合成ゴムを製造する複数のプロセスに使用できる。

特に有利に、本発明は、イソシアネート、特にＴＤＩを製造するために使用できる。ＴＤＩを製造するために、トルエンジアミン（ＴＤＡ）がホスゲン中に溶解される。使用される溶媒は、例えばオルト−ジクロロベンゼン（ＯＤＢ）である。ＴＤＩを製造する化学反応は、１以上のサブ反応（または部分反応：ｓｕｂｒｅａｃｔｉｏｎ）、特に１以上の反応装置で起こる。

ＴＤＡがホスゲンと反応すると、ホスゲンを含む気体の塩酸およびＴＤＩを含む溶媒がＴＤＡに加えて得られる。ＴＤＩは、蒸留により気体の塩酸から分離する。次に、例えば凝縮によりホスゲンと溶媒に戻すために、気体の塩酸は−１５℃に冷却される。ホスゲンと溶媒は、この方法で、処理に再生利用できる。

通常ＴＤＩの製造は、生産高が最も高くなるように調整される。この意味では、反応の間にＴＤＩ分子に変換されるＴＤＡ分子の割合を基準にする。しかし、この場合の欠点は、生産高を増やすには、高い割合の溶媒を必要とし、それによりエネルギーと材料の費用が比較的高くなりうる。対照的に、本発明により、ＴＤＩの製造が、提供される運転物質および運転エネルギーの量、それ故製造費用を最適化するように制御される。

以下、添付の図を参照して発明の実施の形態を説明する。

図１はデータ処理システム１００のブロック図を示す。データ処理システム１００は、設備１０４を制御および／または調整する設備コントローラ１０２を備える。設備コントローラ１０２は「処理制御システム」であり、例えば、その処理制御システムは１以上のプログラマラブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）により製造できる。

一例として、設備１０４は、運転物質および運転エネルギーを供給することにより物質を製造する化学生産工場である。一例として、設備１０４は、ホスゲンに溶解されたＴＤＡからＴＤＩを製造するために使用される。使用される溶媒は好ましくはＯＤＢである。

設備１０４は、例えば運転物質および運転エネルギーの供給された量を設定するために、作動素子１０６を備え、圧力、温度、および濃度などの設備の処理変数を計測するためのセンサ１０８も備える。

作動素子１０６およびセンサ１０８は、フィールドバス１１０を用いて、設備コントローラ１０２に連結されている。設備コントローラ１０２は、設備１０４を制御および／または調整する少なくとも１つのプロセッサ１１２を備える。プロセッサ１１２は、プログラムモジュール１１４およびプログラムモジュール１１６を実行するために使用される。プログラムモジュール１１４は「ソフトセンサ」を提供する。従って、プログラムモジュール１１４は、例えばセンサ１０８により計測される１以上の処理変数から現在の処理変数を計算するために使用される。

プログラムモジュール１１６はユーザインタフェースを提供する。一例として、設備コントローラ１０２は、スクリーン１１８を備えた操作コンソールと、キーボード、コンピュータマウスおよび／またはタッチスクリーンなどの１以上の入力素子を備える。プログラムモジュール１１６により提供されるユーザインタフェースは、設備コントローラ１０２上で運転担当者が使用できて、処理変数への読み書きアクセスを可能にする。

設備コントローラ１０２はデータベースに接続される。データベース１２０は、設備コントローラ１０２により取得され、計算された処理変数１２２を制御するため、およびシミュレーションにより得られた処理変数１２４を格納するためにも使用される。データベース１２０は設備コントローラ１０２の不可欠な部分である。代わりにデータベース１２０は、図１の典型的な実施の形態のように直接設備コントローラ１０２に接続されているか、ネットワーク経由で接続されている分離したハードウェアコンポーネントの上に構築されてもよい。

プログラムモジュール１１６により提供されるユーザインタフェースは、表１２６を含むディスプレイウィンドウを作成するために使用され、表１２６は、例えば種々の処理変数に関する取得された値およびシミュレートされた値を示す。処理変数の、取得され、シミュレートされた値は、表１２６を生成するために、プログラムモジュール１１６により、データベース１２０から読み出される。

設備コントローラは、ネットワーク１２８、例えばイントラネット経由で、サーバコンピュータ１３０に接続される。サーバコンピュータ１３０は少なくとも１つのプロセッサ１３２を備える。処理１３２は、プログラムモジュール１３４、１３６、および１３８を実行するために使用される。プログラムモジュール１３４は、取得された処理変数１２２を、設備コントローラ１０２またはそのデータベース１２０から、ネットワーク１２８経由で要求するためにサーバコンピュータ１３０上のインタフェースを形成する。プログラムモジュール１３６は、設備１０４の設備モデルである。プログラムモジュール１３６は、現在供給された運転物質および運転エネルギーの量などの設備の２、３の処理変数から、シミュレートされた処理変数を計算するために使用できる。

プログラムモジュール１３８は、設備に関する処理変数を最適化するオプティマイザである。最適化の１つの結果は、例えば、結果として変化する製造費用を最低にするために、使用される溶媒の量を増減させることであってもよい。

サーバコンピュータ１３０は、データベース１２０から読み出された取得された処理変数１２２と、プログラムモジュール１３６により計算されたシミュレートされた処理変数１２４とを格納するメモリ１４０を備える。加えて、メモリ１４０は、プログラムモジュール１３８に関する制約１４２を格納するために使用される。制約１４２は、設備１０４を運転する制約、例えば工業技術に関する最大または最小限度、または順守される品質基準等の設備を運転するための制約であってもよい。

加えて、メモリ１４０は費用パラメータ１４４を格納するために使用される。費用パラメータ１４４は、例えば、使用される運転物質の費用およびエネルギー費用である。費用パラメータ１４４は、継続的にメモリ１４０の中にローカルに格納でき、保持できる。代わりに、費用パラメータは、ネットワーク１２８経由で、サーバコンピュータ１３０によりアクセスできるデータベース１４６に格納されている。データベース１４６は、例えばＳＡＰＲ／３システムなどの”ＥＲＰ”システムの一部であってもよい。

データ処理システム１００は、「ブラウザプログラム」１５２を実行するために少なくとも１つのプロセッサ１５０を備えたクライアントコンピュータ１４８も備える。クライアントコンピュータ１４８は、ブラウザプログラム１５２を使用して、メモリ１４０に格納された取得された変数および／またはシミュレートされた処理変数１２４を表示するために、または１以上のこれらの値に変更値を入力するために、ネットワーク１２８経由でサーバコンピュータ１３０にアクセスできる。

運転中、設備コントローラ１０２は、センサ１０８、およびプログラムモジュール１１４により提供されたソフトセンサから、処理変数を連続的に取得する。設備コントローラ１０２により取得された処理変数１２２はデータベース１２０の中に格納される。サーバコンピュータ１３０は、取得された処理変数１２２を読み出すために、サーバコンピュータのプログラムモジュール１３４を使用して、ネットワーク１２８経由でデータベース１２０にアクセスする。これは、ユーザからの手動入力要求に基づいて行われるか、２０分毎などのあらかじめプログラムされた時間間隔内で行うことができる。この場合、取得された処理変数１２２の一部のみがサーバコンピュータ１３０に送信されれば十分である。単位時間あたりに供給される運転物質および運転エネルギーの量などの、設備１０４の基本的運転パラメータに関係するそれらの取得された処理変数１２２が特に重要である。

取得された処理変数１２２、またはこれらの取得された処理変数１２２の一部は、サーバコンピュータ１３０のメモリ１４０内に格納される。次に、設備モデルを使用してシミュレートされた処理変数１２４を計算するためにプログラムモジュール１３６が開始される。シミュレートされた値１２４はメモリ１４０内に格納される。シミュレートされた値１２４は、好ましくは、設備モデルを使用したシミュレーションを用いて計算される全ての値である。用途の一例では、シミュレートされた処理変数１２４は、サーバコンピュータ１３０からネットワーク１２８経由で設備コントローラ１０２に送信され、設備コントローラ１０２は、データベース１２０内にシミュレートされた処理変数１２４を格納する。次に、プログラムモジュール１１６は、取得された処理変数１２２およびシミュレートされた処理変数１２４をデータベース１２０から読み出すことにより、表１２６を生成する。これにより、設備コントローラ１０２上の運転担当者が、取得された値とシミュレートされた値との間に基本的な相違があるか否かを、一目で、直感的に検出できる。取得された値がシミュレートされた値から著しく異なると、これは、例えば１つのセンサ１０８に欠陥があることを示す。次に問題のセンサ１０８は、欠陥を直すために点検できる。

用途のもう１つの例では、シミュレートされた処理変数１２４の計算およびそれらのシミュレートされた処理変数１２４のメモリ内への格納に続いて、プログラムモジュール１３８が処理変数を最適化するために開始される。このために、プログラムモジュール１３８は制約１４２および費用パラメータ１４４にアクセスする。プログラムモジュール１３８は、シミュレートされた処理変数１２４を変更する。変更された処理変数は、設備モデルを使用して新しいシミュレートされた値１２４を計算するために、プログラムモジュール１３６に入力される。特に、シミュレートされた値１２４は、製造費用、例えばトンあたりの製造費用を含む。

一旦プログラムモジュール１３８が、最適化ステップの所定の最大数などの終了条件に達すると、最適化の結果としてのシミュレートされた処理変数１２４は、ファイルとして設備コントローラ１０２に送られる。最適化された処理変数は、プログラムモジュール１１６によりスクリーン１１８上に表示でき、設備コントローラ１０２上の運転担当者が、最適化された処理変数を認識できるようになる。一例として、最適化された処理変数への変更により、運転担当者が確認を入力する必要があり、設備コントローラ１０２が、それに続いて、最適化された処理変数に基づいて、動作する。

加えて、ブラウザプログラム１５２を使用して表示するために、メモリ１４０に格納された取得された処理変数１２２および／またはシミュレートされた処理変数１２４をネットワーク１２８経由でクライアントコンピュータ１４８に送信することもできる。クライアントコンピュータ１４８のユーザは、この基準でシミュレーションを実行するプログラムモジュール１３６を開始するために、１以上の取得された値またはシミュレートされた値を変更できる。シミュレーションの結果が有利であると、ユーザはコマンドをブラウザプログラム１５２に入力でき、当該最適化された処理変数が、サーバコンピュータ１３０から設備コントローラ１０２に送信できるようになる。

図２は対応するフローチャートを示す。ステップ２００では、設備コントローラが、設備の継続運転から処理変数を取得する。これらの取得された処理変数は、ステップ２０２で処理データベースに格納される（図１のデータベース１２０参照）。ステップ２０４では、取得された処理変数の少なくとも１つの部分集合が、処理データベースからサーバコンピュータに送信される。この基準で、サーバコンピュータは、設備に関するシミュレーションを計算する（ステップ２０６）。シミュレーションにより得られたシミュレートされた処理変数は、ステップ２０８で、サーバコンピュータにより処理データベースに送信される。

ステップ２１０では、取得された処理変数およびシミュレートされた処理変数の両方が出力され、つまり、例えばスクリーン上に表示される。取得された処理変数とシミュレートされた処理変数の間で相違があると、運転担当者は、可能性のある欠陥を同定して、修正するために、介入できる。

図３は、製造費用の最適化のためのフローチャートを示す。

ステップ３００、３０２、および３０４は図２のステップ２００、２０２、および２０４に対応する。ステップ３０６では、費用パラメータが追加でサーバコンピュータに送信される。重要な処理変数および費用パラメータに基づいて、設備モデルを使用してシミュレーションが実行される（ステップ３０８）。提供されるべき運転手段および運転エネルギーの量などのシミュレートされた処理変数の他に、製造費用がシミュレーションの結果となる。ステップ３１０では、シミュレートされた処理変数および制約が、シミュレートされた処理変数が変更される最適化ステップの基礎として取られる。

次に、ステップ３０８では、新しい製造費用を計算するために、重要な変更された処理変数に基づいてシミュレーションが再び実行される。その後で、終了条件に達するまで、１以上の別の最適化ステップ３１０およびそれに続くシミュレーション３０８が実行できる。これは、例えば最大回数の反復またはもう１つの終了基準であってもよい。

ステップ３１２では、最適化された処理変数が出力される。最適化された処理変数は、ステップ３１４では、設備コントローラまたはその処理データベースに送信される。最適化された処理変数は、自動的に前の処理変数と置き換えられる。しかし、好ましくは、これは、設備コントローラ上の運転担当者による明示の確認を必要とする。

本発明に基づくデータ処理システムの好ましい実施の形態のブロック図 本発明に基づく方法を監視する好ましい実施の形態のフローチャート 本発明に基づく調整方法の好ましい実施の形態のフローチャート

符号の説明

１００ データ処理システム
１０２ 設備コントローラ
１０４ 設備
１０６ 作動素子
１０８ スクリーン
１１０ フィールドバス
１１２ プロセッサ
１１４ プログラムモジュール
１１６ プログラムモジュール
１１８ スクリーン
１２０ データベース
１２２ 取得された処理変数
１２４ シミュレートされた処理変数
１２６ 表
１２８ ネットワーク
１３０ サーバコンピュータ
１３２ プロセッサ
１３４ プログラムモジュール
１３６ プログラムモジュール
１３８ プログラムモジュール
１４０ メモリ
１４２ 制約
１４４ 費用パラメータ
１４６ データベース
１４８ クライアントコンピュータ
１５０ プロセッサ
１５２ ブラウザプログラム

Claims (11)

1. データ処理システムであって、
   設備（１０４）用の、計測されたかまたは計算により得られた処理変数（１２２）を取得するように設計された設備コントローラ（１０２）、
   上記取得された処理変数の一部を使用してシミュレートされた処理変数（１２４）を計算する設備モデル（１３６）、
   上記取得された処理変数および上記シミュレートされた処理変数を出力する少なくとも１つのユーザインタフェース（１１６、１１８）
   を備えるデータ処理システム。
2. 請求項１に記載のデータ処理システムであって、上記取得された処理変数を格納する第１のデータベース（１２０）および上記設備モデルを使用して上記シミュレートされた処理変数を計算するコンピュータ（１３０）を備え、上記コンピュータが、上記第１のデータベースから上記取得された処理変数の上記一部を要求するように設計されたデータ処理システム。
3. 請求項２に記載のデータ処理システムであって、上記コンピュータがネットワーク（１２８）経由で上記設備コントローラに連結されたデータ処理システム。
4. 請求項１、請求項２、または請求項３に記載のデータ処理システムであって、上記シミュレートされた処理変数を計算するために、少なくとも１つの変更された処理変数を入力する少なくとも１つの別のユーザインタフェース（１５２）を備えるデータ処理システム。
5. 請求項１から請求項４の１つに記載のデータ処理システムであって、上記設備モデルで使用する費用パラメータ（１４４）を格納する少なくとも１つの別のデータベース（１４６）を備えるデータ処理システム。
6. 請求項１から請求項５の１つに記載のデータ処理システムであって、設備モデルを使用して、供給されるべき運転物質の量または運転エネルギーの量、またはこれらの製造費用などの上記処理変数を最適化するオプティマイザ（１３８）を備えるデータ処理システム。
7. 請求項６に記載のデータ処理システムであって、上記最適化された処理変数を、上記設備コントローラに送信する手段（１３４）を備えるデータ処理システム。
8. 設備（１０４）を監視する方法であって、
   計測されたか、または計算により得られた上記設備に関する処理変数（１２２）が取得されるステップ、
   上記処理変数の一部が、設備モデル（１２６）を使用して、シミュレートされた処理変数（１２４）を計算するために使用されるステップ、
   上記取得された処理変数および上記シミュレートされた処理変数が出力されるステップ
   を含む方法。
9. 設備（１０４）を調整する方法であって、
   計測されたか、または計算により得られた上記設備に関する処理変数（１２２）が取得されるステップ、
   上記取得された処理変数の少なくとも一部が、供給されるべき運転物質の量または運転エネルギーの量、またはこれらの製造費用を計算するために使用されるステップ、
   供給されるべき運転物質の上記量または運転エネルギーの上記量、またはこれらの製造費用を減らすために、上記処理変数を最適化するステップが実行されるステップ
   を含む方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、上記設備が反応物質および溶媒を使用してＴＤＡ（トルエンジアミン）からＴＤＩ（トルエンジイソシアネート）を製造するように設計され、上記反応物質は、エネルギーを供給することにより濃縮で再生利用され、上記溶媒は、エネルギーを供給することにより蒸留で再生利用され、上記製造費用の上記計算は、上記エネルギー費用および上記ＴＤＡの上記費用を含む方法。
11. 請求項８、請求項９、または請求項１０に記載の方法を実施するコンピュータプログラム製品またはデジタル記憶媒体。
    

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