JP2969218B2 - プロセス分析計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はプロセス分析計にかかり、詳しくは、各種プ
ロセスにおける試料のpH値等を測定してその化学的分析
を行なうプロセス分析計に関する。

（従来の技術） 従来、この種のプロセス分析計は連続測定を行なうの
が一般的である。この場合、測定用電極等を備えた検出
部は試料中に常時浸漬されているため汚れ易く、この汚
れに起因して測定値に誤差を生じることがある。

このような検出部の汚れを除去して常に正確な測定値
を得るためには、検出部を定期的に洗浄し、かつ標準液
校正等を行なう保守作業が必要になる。しかるに、保守
作業の間には測定値が試料本来の値を示さないため、そ
の時の測定値を自動運転されているプロセスの制御系に
そのまま伝送してしまうと、プロセスが誤って制御され
てしまうという問題がある。

これを防止するため、保守作業中に、 プロセスの自動運転を停止し、手動運転を行なう。

測定値に基づいてプロセスを制御するための信号をキ
ャンセルする。

測定値の代わりに制御系が働かないようなダミー信号
を制御系に向けて出力する。

保守作業に入る直前の測定値（直前値）が現在のプロ
セスの状態を最も代表しているとの前提に基づき、前記
直前値を一定期間ホールドして出力する。

等の方法が採られている。

このうち、の方法によるプロセス分析計の主要部の
構成を第６図に示す。

すなわち第６図において、１はpH等の測定用電極から
なる検出部、２は検出部１による測定値を増幅する電圧
／電圧変換部（以下、V/V変換部という）、３はアナロ
グ／ディジタル変換部（以下、A/D変換部という）、41
は零校正やスパン校正、温度補償や測定値の表示等を行
なう信号処理部、42は検出部１の洗浄等を行なう直前の
信号処理部41の出力をホールドする直前値ホールド手
段、43は直前値ホールド手段42へのホールド指令や後述
する信号切換部44への切換指令及びコントローラ７への
作動指令を出力するタイマ、44はタイマ43からの切換指
令により信号処理部41からの測定値（瞬時値）と直前値
ホールド手段42からの直前値とを切り換えて出力する信
号切換部、５はディジタル／アナログ変換部（以下、D/
A変換部という）、６は電圧信号を電流信号に変換して
図示されていない受信器に伝送するための電圧／電流変
換部（以下、V/I変換部という）、７はタイマ43からの
作動指令により駆動されるコントローラ、８は検出部１
の自動洗浄や自動校正を行なう洗浄／校正手段である。

なお、前記信号処理部41、直前値ホールド手段42、タ
イマ43及び信号切換部44は全体としてディジタル処理部
４を構成しており、かかるディジタル処理部４は例えば
マイクロコンピュータ等によって構成されている。

このようなプロセス分析計では、例えばコントローラ
７及び洗浄／構成手段８によって検出部１を定期的に自
動洗浄する場合、この洗浄期間中には直前値ホールド手
段42によりホールドされた直前値が信号切換部44を介し
て制御系に送られ、この直前値に基づいてプロセスの制
御が行なわれている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、第７図に示すように、プロセスにおけ
る何等かの原因により測定値（瞬時値）が大きく変化し
た時点t₁で上記ホールドがかけられると、その直後に測
定値が正常値に復帰したとしても、期間Δthにわたって
ホールドされた直前値P₁に基づいてプロセスの制御が行
なわれる。このため、直前値P₁を是正するように試薬等
が注入される結果、ホールド解除後の測定値はP₁′に示
すように大幅に変化してしまい、制御が大きく乱れてし
まうという問題がある。

なお、この場合、検出部１の洗浄は時点t₁以後t₂まで
のホールド期間Δthにわたって行なわれることになる。

このように、従来のプロセス分析計では直前値をホー
ルドして洗浄等の動作を行なうようにしていたため、直
前値の状態によってはホールド解除後に制御が大きく乱
れてしまうという問題があった。

また、プロセスの状態にかかわりなく一定周期で保守
作業に入り、その間は測定値がホールドされることか
ら、変動状態にある測定値を検出できない場合があっ
た。

よって第１の発明の目的とするところは、測定値が大
きく変化した場合に測定を続行しながら自動洗浄や自動
校正等の保守作業を遅延させ、保守作業終了後に制御の
乱れを生じさせないようにしたプロセス分析計を提供す
ることにある。

また、第２の発明の目的とするところは、例えば自動
洗浄や自動校正等の保守作業を行なう手段を備えず、こ
れらの保守作業を人為的に行なう場合に瞬時値のホール
ド値等を測定値として取り込むようにしたプロセス分析
計において、瞬時値が大きく変化した際にプロセスの異
常を示す警報を出力し、これによって人為的な保守作業
を制限して保守作業終了時の制御の乱れを未然に防止す
るようにしたプロセス分析計を提供することにある。更
に第２の発明では、自動洗浄装置等を組み合わせて使用
するプロセス分析計において、上記警報出力により自動
洗浄装置等の運転を停止させることも目的としている。

ここで、従来のプロセス分析計では、上述したような
自動的な保守作業または人為的な保守作業の結果、すな
わち、校正が正常に行えるか、薬液洗浄時に測定値の指
示が変動しないか等の判定結果により、プロセス分析計
の良否を判断している。このため、仮りに各保守作業の
時点では正常と判定されても、保守作業の間に異常が発
生した場合にはこれを検出することができず、その間の
測定値は信頼できないものとなる。

よって、第３の発明の目的とするところは、瞬時値と
移動平均値との差に着目し、この差が設定値以下である
状態が設定時限以上継続した場合には瞬時値に殆ど変化
がなく、検出部等に異常が発生したものとみなして警報
を出力することにより、プロセスの計測を中断すること
なく自己診断が行なえるようにしたプロセス分析計を提
供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、第１の発明は、プロセス計
測用の検出部に対して自動洗浄、自動校正等の保守作業
を行なう保守手段を備えたプロセス分析計において、前
記検出部により検出された測定値の移動平均値を演算す
る手段と、前記測定値の瞬時値と前記移動平均値との差
が設定値以上である場合に前記保守作業を遅延させる手
段とを備えたものである。

また、第２の発明は、プロセス計測用の検出部により
検出された測定値の移動平均値を演算する手段と、前記
測定値の瞬時値と前記移動平均値との差が設定値以上で
ある場合に警報を出力する手段とを備えたものである。

更に、第３の発明は、前記移動平均値を演算する手段
と、前記測定値の瞬時値と前記移動平均値との差が設定
値以下である状態が設定時限以上継続した場合に警報を
出力する手段とを備えたものである。

（作用） 第１の発明によれば、測定値の瞬時値が大きく変化し
た場合でも、この瞬時値と移動平均値との差が設定値以
上であるときには自動洗浄等の保守作業が遅延されて測
定値が制御系に送られる。換言すれば、上記差が設定値
より小さくなってから自動洗浄等が開始されるため、そ
の時点で例えば直前値等をホールドして洗浄等を行な
い、その後前記ホールドを解除したとしても、ホールド
される値自体が予め設定されているプロセス制御の目標
値に比較的近いため、ホールド解除後すなわち洗浄等の
終了後に測定値が急変することがなく、制御を乱すおそ
れがない。

また、第２の発明によれば、瞬時値と移動平均値との
差が設定値以上である場合に警報が出力される。この警
報は、例えば接点信号等の形で出力され、自動洗浄や自
動校正等の保守作業を行なう保守手段を組合わせて使用
するプロセス分析計においては、前記接点信号により保
守作業が延期される。そして、前記警報は、自動的な保
守手段を有しないプロセス分析計において人為的な保守
作業の延期ないし中止を促すための警報表示等に利用さ
れる。勿論、前記警報は、自動的な保守手段を有するプ
ロセス分析計において警報表示等にも利用することがで
きる。

更に、第３の発明によれば、例えば検出部において測
定用電極の極度の汚れや断線等が発生した場合には、瞬
時値と移動平均値との差が殆どない状態が継続するた
め、これを一定時間にわたり検出することで検出部等の
異常を検出するものであり、プロセスの計測作業を行な
いながら検出部等の状態を常時、自己診断するものであ
る。

（実施例） 以下、図に沿って各発明の一実施例を説明する。第１
図は、第１の発明にかかるプロセス分析計の主要部の構
成を示すもので、ディジタル処理部4A以外の構成要素は
第６図に示したものと同一であるためこれらについては
詳述を省略し、以下、主としてディジタル処理部4Aの構
成について説明する。

すなわち、ディジタル処理部4Aは、A/D変換部３の出
力が加えられ、零校正やスパン校正、温度補償や測定値
の表示等を行なう信号処理部41と、この信号処理部41か
ら出力される瞬時値を入力として洗浄等の保守作業に入
る直前値をホールドする直前値ホールド手段42Aと、同
じく前記瞬時値を入力とし、時間的に推移する一定期間
の平均値を演算する移動平均値演算手段45Aと、この移
動平均値をホールドするホールド手段47Aと、各ホール
ド手段42A,47Aに対するホールド指令及びコントローラ
７に対する作動指令を出力するタイマ43Aと、信号処理
部41からの瞬時値と移動平均値演算手段45Aからの移動
平均値との差を求めてその差が設定値ΔP_s以上である場
合にタイマ43Aに対して遅延信号Sdを出力する比較手段4
6Aと、信号処理部41からの瞬時値、直前値ホールド手段
42Aからの直前値、移動平均値のホールド手段47Aからの
移動平均値及びダミー値を入力とし、これらの各信号の
うち何れかを選択して出力可能な信号切換部44Aとから
なり、かかるディジタル処理部4Aは例えばマイクロコン
ピュータによって構成されている。

次に、この動作を第２図を参照しつつ説明する。ま
ず、検出部１によってプロセスから測定されたpH等の瞬
時値が第２図に示すとおりであり、時点t₁の直前から振
幅が大きく変化して異常値になったとする。この瞬時値
に対して、一定期間の移動平均値が移動平均値演算手段
45Aにより常時演算されている。この移動平均値は比較
手段46Aに入力されていると共に、信号処理部41を経た
前記瞬時値も比較手段46Aに入力されている。

比較手段46Aでは、瞬時値と移動平均値との差を求
め、この差が設定値ΔP_sよりも小さくなるまで遅延信号
Sdを出力し、コントローラ７に対して自動洗浄や自動校
正等の保守作業を遅延させる。すなわち第２図におい
て、仮りに時点t₁が洗浄等の保守作業を開始する本来の
タイミングであるとすれば、この時点で瞬時値と移動平
均値との差ΔＰはΔP_sよりも大きいため、ΔＰがΔP_sに
等しくなる時点Δt₂まで期間Δtdにわたって保守作業を
遅延させる。

なお、この期間Δtdにおいては、信号処理部41からの
瞬時値が信号切換部44A、D/A変換部５及びV/I変換部６
を介して制御系に送られており、プロセスの瞬時値に基
づく制御動作が行なわれている。

そして、時点t₂以後にΔＰがΔP_sよりも小さくなった
際に比較手段46Aからの遅延信号Sdが解除され、コント
ローラ７及び洗浄／校正手段８によって検出部１の自動
洗浄等が行なわれる。この洗浄等が行なわれている期間
では、信号切換部44Aによって信号処理部41からの瞬時
値、直前値ホールド手段42Aからの直前値、移動平均値
のホールド手段47Aからの移動平均値またはダミー値の
何れかが選択され、この選択された値に基づいてプロセ
スの制御が実行される。

従って、洗浄期間中の制御動作を直前値ホールドによ
って行なうこととしても、このときホールドされる値は
時点t₂ないしその直前の値となるため、例えば時点t₁に
おける値に比べてかなり小さくなり、プロセス制御の目
標値に近くなる。このため、従来のようにホールド解除
後すなわち洗浄等の終了後に測定値が大きく乱れる心配
が無く、制御の乱れも生じないものである。

なお、移動平均値の演算やホールド、瞬時値との比較
等の処理はマイクロコンピュータのソフトウェアによっ
て可能であるから、ディジタル処理部4Aの構成が複雑化
するおそれがなく、このディジタル処理部4Aを前述した
種々の変換部2,3,5,6等と共に一つの分析計内に設けて
全体の小型化を図ることが可能である。

また、上記実施例のように保守作業を行う期間以外は
プロセスの瞬時値に基づいて制御を行うのではなく、図
示されていないが、保守作業を行う期間以外は移動平均
値をホールドせずにそのまま制御に用いることも可能で
ある。

次に、第３図は第２の発明の一実施例を示している。
この実施例は、前述の第１図の構成から自動洗浄や自動
校正等の保守作業を実行するための手段を除去したもの
であり、具体的には第１図におけるコントローラ７及び
洗浄／校正手段８を除去し、検出部１の洗浄や校正等の
保守作業を人為的に行なうようにしたものである。な
お、第３図において、4Bはディジタル処理部を示し、ま
た、信号処理部41からの測定値（瞬時値）が入力されて
ホールドされる瞬時値ホールド手段48Aは、第１図の直
前値ホールド手段42Aと実質的に同一の機能を有してい
る。

この実施例においては、前記同様に比較手段46Aにお
いて、信号処理部41を介した測定値の瞬時値と移動平均
値演算手段45Aにより演算された測定値の移動平均値と
が比較される。そして、両者の差がある設定値ΔP_s以上
になった場合はプロセスの状態変化等により瞬時値が大
きく変化して異常値となった場合であるから、このとき
に比較手段46Aから警報が出力される。

この警報出力は、例えばプロセス分析計に具備された
警報表示器や警報ブザー等に加えられ、測定者に対する
異常値発生の警報に利用される。従ってこれにより、測
定者は検出部１の洗浄や校正等の保守作業を行なうべき
タイミングではないことを認識できる。すなわち、仮り
にこれらの保守作業を実行した場合には、異常値である
瞬時値に基づいた制御によって制御の大きな乱れが予想
されるが、この実施例では異常値が解消するまで保守作
業の延期を促すことにより、上記不都合を未然に防止す
ることができる。

なお、本発明は、外部に設けられた自動的な洗浄／校
正手段を組合わせて使用するプロセス分析計にも勿論適
用可能であり、この場合には、警報出力を洗浄／校正の
延期に利用することで実質的に第１の発明と同様の作用
をなすものである。

次に、第４図は第３の発明の一実施例を示している。
この実施例においては、瞬時値と移動平均値とを比較す
る比較手段46Aの後段に、比較手段46Aの出力信号が所定
の設定時限ΔＴ以上継続した場合に警報を出力する時間
判定手段49Aを備えている。ここで、比較手段46Aは、信
号処理部41からの瞬時値と、移動平均値演算手段45Aか
らの移動平均値とを取り込み、両者の差ΔＰが設定値Δ
P_s以下である場合に時間判定手段49Aに向けて例えば“H
igh"レベルの信号を出力するものである。なお、図にお
いて、4Cはディジタル処理部を示している。

すなわちこの実施例において、検出部１やその後段の
V/V変換部２、A/D変換部３、信号処理部41等が正常に動
作している場合、瞬時値が第５図（ａ）に示すように変
化したとすると、移動平均値は図示の如く変化する。こ
のとき、比較手段46Aにおける設定値ΔP_sを比較的小さ
な値に設定しておくことにより、瞬時値と移動平均値と
の差ΔＰが上記設定値ΔP_s以下になる時間は時間判定手
段49Aにおける設定時限ΔＴよりも短い。このため、時
間判定手段49Aから警報出力が発生することはない。

一方、検出部１の極度の汚れや断線、その後段の測定
回路の故障等により、第５図（ｂ）に示すように時刻t₁
以前から瞬時値がほぼ一定となり、時刻t₁以後に移動平
均値との差ΔＰが設定値ΔP_s以下になったとしてこの状
態が時間Ｔにわたって継続したとする。この期間は、比
較手段46Aから“High"レベルの信号が出力され、この信
号が時間判定手段49Aの設定時限ΔＴを超えて継続する
と時間判定手段49Aでは検出部１や測定回路等の故障と
判断し、同図に示すようにトリガパルス状の警報出力を
発生する。

このトリガパルスは図示されていない警報表示器やブ
ザー等の駆動回路に加えられ、測定者に対する警報が行
なわれることとなり、測定者に検出部１や測定回路等の
点検を促すものである。また、警報信号を利用してプロ
セスの制御を中断させるような動作を行なわせてもよ
い。

なお、この実施例では、信号切換部44Aに信号処理部4
1または瞬時値ホールド手段48Aを介した瞬時値と、ホー
ルド手段47Aを介した移動平均値と、ダミー値とが入力
されており、信号切換部44Aではこれらの入力を選択し
て出力するものである。また、この実施例においても第
１図のように自動的な洗浄／校正手段を付加することが
可能であり、その場合には、比較手段46Aにおいて、瞬
時値と移動平均値との差が別の設定値以上である場合に
遅延信号を出力させ、第１図に示した如くこの遅延信号
を用いてタイマ43Aを介し、洗浄／校正等の保守作業を
遅延させることが可能である。勿論、自動的な洗浄／校
正手段を有しない場合には、第３図のように比較手段46
Aから人為的な保守作業に対する警報出力を得ることも
できる。

なお、上述した第１ないし第３の発明はpH測定のみな
らず、プロセスにおける種々の測定・分析に適用するこ
とができる。

（発明の効果） 以上詳述したように第１の発明によれば、瞬時値と移
動平均値との差が十分に小さくなるまで自動洗浄等の保
守作業を遅延させているので、保守作業が終了した時点
で測定値が大幅に変化するおそれがなく、制御の乱れを
確実に防止できるという効果がある。また、結果的に測
定値が大きく変化している時の値を測定可能となるか
ら、プロセスの変動を正確に把握することができる。

また、第２の発明によれば、プロセスに異常値が発生
した場合に測定者に対して人為的な保守作業の延期や外
部の自動的な保守手段の運転停止等を促す警報を発する
ことができ、保守作業を強行した場合の制御の乱れを未
然に防止することが可能である。

更に、第３の発明によれば、測定動作と並行して検出
部やこの後段の測定回路における故障発生の有無を検出
することができるため、検出・測定系の自己診断機能を
もつプロセス分析計を容易に実現することができる。従
って、例えば定期的な校正や電極洗浄等の結果によらな
くともプロセス分析計の良否を常時判定することが可能
である。

加えて第１ないし第３の発明によれば、移動平均値の
演算やホールド、瞬時値との比較等の処理手段を分析計
内に一体化することにより、分析計全体の小型化、使い
勝手の向上及びコストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の一実施例の構成を示すブロック
図、第２図はその作用を説明するための波形図、第３図
は第２の発明の一実施例の構成を示すブロック図、第４
図は第３の発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
５図（ａ），（ｂ）はこの実施例の作用を説明するため
の波形図、第６図は従来技術を示すブロック図、第７図
は従来技術の問題点を説明するための波形図である。 １……検出部、２……V/V変換部 ３……A/D変換部 4A,4B,4C……ディジタル処理部 ５……D/A変換部、６……V/I変換部 ７……コントローラ、８……洗浄／校正手段 41……信号処理部 42A……直前値ホールド手段 43A……タイマ、44A……信号切換部 45A……移動平均値演算手段 46A……比較手段、47A……ホールド手段 48A……瞬時値ホールド手段、49A……時間判定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 27/38 Ｇ０１Ｎ 27/38 (72)発明者 小沢 一夫 東京都武蔵野市吉祥寺北町４―13―14 電気化学計器株式会社内 (72)発明者 筧 正志 東京都武蔵野市吉祥寺北町４―13―14 電気化学計器株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−108147（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−39450（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−67851（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 27/26 371 -391 G01N 27/00 - 27/10 G01N 27/14 - 27/24

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プロセス計測用の検出部に対して自動洗
   浄、自動校正等の保守作業を行なう保守手段を備えたプ
   ロセス分析計において、 前記検出部により検出された測定値の移動平均値を演算
   する手段と、 前記測定値の瞬時値と前記移動平均値との差が設定値以
   上である場合に前記保守作業を遅延させる手段と、 を備えたことを特徴とするプロセス分析計。
2. 【請求項２】プロセス計測用の検出部により検出された
   測定値の移動平均値を演算する手段と、 前記測定値の瞬時値と前記移動平均値との差が設定値以
   上である場合に警報を出力する手段と、 を備えたことを特徴とするプロセス分析計。
3. 【請求項３】プロセス計測用の検出部により検出された
   測定値の移動平均値を演算する手段と、 前記測定値の瞬時値と前記移動平均値との差が設定値以
   下である状態が設定時限以上継続した場合に警報を出力
   する手段と、 を備えたことを特徴とするプロセス分析計。