JP3798954B2 - バッチプロセス制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食品、化学、紙パルプ等の製品を多品種変量生産するための複数の設備系列で構成されるバッチ製造プラントにおいて適用されるバッチプロセス制御装置に係り、特にはバッチ制御処理を迅速に行うとともに、当該装置の障害発生時やプラントのメンテナンス時に柔軟に対応し得るための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、バッチ制御に関しては、国際測定制御学会（International Society for Measurement and Control）が１９９５年に発行した「バッチ制御パート１：モデルと用語（Batch Control part1：Models and Terminology）」規格がある。この規格は、通常、ＩＳＡ Ｓ８８．０１（以下、単に「Ｓ８８．０１」と表記する）と呼ばれていて、従来より、このＳ８８．０１規格に準拠したバッチプロセス制御装置が提供されている。
【０００３】
たとえば、このＳ８８．０１規格に準拠した従来のバッチプロセス制御装置としては、特開２０００−１４８７０２号公報に開示されている図７に示すような構成を備えたものがある。
【０００４】
このバッチプロセス制御装置は、各種のプロセス機器１０４を操作するための指示を与えるオペレータステーション（以下、ＯＰＳと表記する）１０１と、プロセスＩ／Ｏ１０３を介してプロセス機器１０４の制御を実行するコントロールステーション（以下、ＣＮＳと表記する）１０２とを備え、ＯＰＳ１０１とＣＮＳ１０２とは制御バス１０５を介して互いに接続されている。
【０００５】
ＯＰＳ１０１は、中央処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置、表示装置、およびキーボード／マウス等のデータ入出力装置（いずれも図示省略）などによって構成されるもので、バッチオペレーション機能部１１１とバッチサーバ機能部１１２とを含む。
【０００６】
バッチオペレーション機能部１１１は、バッチ製造プラントの運転員と対話操作を行うことによってバッチのためのスケジューリングや運転状況監視、およびバッチに対する遠隔操作を実行するものである。
【０００７】
また、バッチサーバ機能部１１２は、バッチオペレーション機能部１１１ならびにＣＮＳ１０２に設けられたフェーズロジック部１２１と通信しながらバッチ実行の手順制御を司るものである。そして、バッチサーバ機能部１１２には、手順制御を実行するためのＳ８８．０１規格に基づく処方が予め登録されている。なお、処方については後で詳述する。
【０００８】
一方、ＣＮＳ１０２は、ＯＰＳ１０１のバッチサーバ機能部１１２の処方に基づく手順制御を実際に実行するための論理（プログラム）であるフェーズロジックが登録されたフェーズロジック部１２１が設けられている。
【０００９】
また、プロセス機器１０４は、バッチ製造プラントを構成する設備を稼働するためのバルブ、モータ、センサ等の各種のプロセス制御用の機器である。
【００１０】
バッチサーバ機能部１１２に予め登録されている処方は、原料から最終製品に至るまでの各種製造条件を規定するもので、製造銘柄毎のプロシージャ（実行手順）、処方データ（制御パラメータ）、および設備要件からなる。
【００１１】
プロシージャは、図８に示すように、Ｓ８８．０１規格に基づいて階層化されており、上位の階層からプロシージャ、ユニットプロシージャ、オペレーション、フェーズと呼ばれる。最下位層に相当するフェーズは、各フェーズで実行される制御論理であるフェーズロジックを抽象的に表わしたものである。そして、フェーズロジックは、フェーズロジック部１２１に登録されていて、各プロセス機器１０４に対する手順制御、連続制御等の基本制御、それを実現するためにプロセスＩ／Ｏ１０３とのインタフェースを行うＩ／Ｏ処理、さらにはデータ収集処理等を実行する論理（プログラム）である。
【００１２】
上記のプロシージャ、ユニットプロシージャおよびオペレーションは、それぞれＳＦＣ（Sequential Function Chart）と呼ばれるフローチャート形式で記述されており、製造銘柄毎の製造工程の実行手順を定義したものである。そして、ＳＦＣは、初期ステップＳ１、製造工程を表わすステップＳ２、次工程への遷移条件を表わすトランジションＳ３（遷移条件）、最終ステップＳ４の組合せによって構成されている。
【００１３】
製造工程を表わす各ステップＳ２には、使用設備が割り当てられている。例えばステップＳ２に対して設備Ａが割り当てられている場合、あるバッチがステップＳ２を実行するためには、設備Ａがそのバッチによって占有できることがステップＳ２の実行条件となる。
【００１４】
図７に示した従来のバッチプロセス制御装置においては、バッチ製造プラントの運転員は、ＯＰＳ１０１のバッチオペレーション機能１１１との対話操作により、バッチスケジュールの設定やバッチ運転状態の監視を行うとともに、バッチの開始から完了までに様々な制御操作を行う。
【００１５】
バッチサーバ機能部１１２は、バッチオペレーション機能部１１１から起動されるバッチに対して予め登録されている処方に基づいて手順制御を実行する。その際、バッチオペレーション機能部１１１から要求される各種操作をバッチ制御に反映する。
【００１６】
バッチ実行時には、バッチサーバ機能部１１２が製造銘柄に対応したプロシージャ（図８参照）に基づいて、制御バス１０５を介してフェーズロジック部１２１に起動指令を発行する。これに応じて、フェーズロジック部１２１は、フェーズロジックに基づいて所定の制御論理を実行する。
【００１７】
制御論理の実行が完了した時点で、フェーズロジックは、処理 “完了”という状態となる。バッチサーバ機能部１１２は、フェーズロジック部１２１のフェーズロジックの状態を制御バス１０５を経由して監視し、“完了”状態のフェーズロジックが存在する場合は、プロシージャ情報から次に起動すべきユニットプロシージャ、オペレーション、あるいはフェーズ（以下、これらを総称してプロシージャ要素という）を検索し、そのプロシージャ要素が必要とする設備（ユニット）の占有処理を行う。続いて、バッチサーバ機能部１１２は、制御バス１０５を介して処方データをＣＮＳ１０２に送信後、プロシージャ要素に対する起動指令を発行する。
このようなプロシージャ要素間の遷移処理を繰り返すことにより、バッチ実行を制御してバッチ製造を行う。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図７に示した従来のバッチプロセス制御装置においては、次のような課題がある。
【００１９】
プロシージャ要素の遷移の際、つまりバッチサーバ機能部１１２がフェーズロジック部１２１への起動処理を行う際には、バッチサーバ機能部１１２を構成するＣＰＵは、メモリやハードディスクなどの記憶装置等にアクセスして、次に起動すべきプロシージャ要素の検索処理、ユニット（設備）の占有処理、処方データの送信処理等を実行することになる。
【００２０】
ここで、複数の設備系列で構成されるバッチ製造プラントでは、複数バッチを並列して同時に実行することがあり、その場合、バッチサーバ機能部１１２は、同時に多数のプロシージャ要素に対して起動指令を発行する必要が生じる。また、ＳＦＣによってプロシージャが並列分岐で定義されている箇所へ遷移する場合にも、同様に同時に多数のプロシージャ要素に対して起動指令を発行する必要が生じる。
【００２１】
ところが、このように同時に多数のプロシージャ要素に対して起動指令を発行する必要が生じたときには、バッチサーバ機能部１１２においてメモリやハードディスクなどの記憶装置等にアクセスする際の負荷が大きくなって処理に時間がかかり、プロシージャ要素間の遷移時間が不安定となっていた。
【００２２】
その場合、プロシージャ要素間の遷移時間のバラツキは、数秒から大きい場合には数十秒となり、フェーズロジック間の遷移が数秒以内のオーダのサイクルタイムで制御処理を行う必要があるプロセスでは対応できない場合が生じるという問題があった。
【００２３】
また、従来のバッチプロセス制御装置においては、ＯＰＳ１０１にバッチサーバ機能部１１２を内蔵した構成になっているため、バッチサーバ機能部１１２がバッチを制御する際、フェーズロジック部１２１への処方データの送信処理や起動指令等の制御指令を送信する処理、さらには、フェーズロジック部１２１からの状態信号をバッチサーバ機能部１１２に送信する処理は全て制御バス１０５を経由して行うことになる。
【００２４】
したがって、同時に複数のフェーズロジックを起動する必要がある場合、制御バス１０５上の通信トラフィックが増大し、このため、ＯＰＳ１０１やＣＮＳ１０２が制御バス１０５を介してバッチ制御以外の他の処理を行っている場合には処理が遅滞するなどの影響を与える可能性があった。
【００２５】
そのための対策として、たとえば、バッチサーバ機能部１１２をリアルタイム制御可能なＣＮＳ１０２に内蔵させることが考えられる。すなわち、バッチサーバ機能部１１２をＣＮＳ１０２に内蔵させてフェーズロジック部１２１と接続すれば、制御バス１０５を省略できるため、同時に複数のフェーズロジックを起動する必要がある場合でも通信トラフィックを無くすことができる。
【００２６】
しかし、このような構成とした場合にも、複数の設備系列で構成されるバッチ製造プラントのように、複数バッチを並列して実行するために、同時に複数のプロシージャ要素に起動指令を発行するときには、依然としてバッチサーバ機能部１１２の負荷が大きくなってプロシージャ要素間の遷移時間が不安定となり易い。
【００２７】
しかも、バッチサーバ機能部１１２を内蔵させたＣＮＳ１０２に障害が発生してバッチサーバ機能部１１２が機能しなくなった場合には、全バッチが実行不能となり、バッチ製造プラントの全機能が停止してバッチ製造が継続できなくなるという問題を生じる。
【００２８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、同時に多数のプロシージャ要素に対して起動指令を発行する必要が生じた場合でもプロシージャ要素間の遷移時間をほぼ一定時間内で収めることができるとともに、その際に制御バスの通信トラフィックを増大させないバッチプロセス制御装置を提供することを第１の目的とする。
【００２９】
また、複数台のＣＮＳでバッチプロセス制御装置を構成する場合、ＣＮＳの内の１台に障害が発生した場合や定期点検等のメンテナンス時にも残りのＣＮＳでバッチ製造継続が可能であり、プラントの稼働率を向上させることできるバッチプロセス制御装置を提供することを第２の目的とする。
【００３０】
さらに、複数台のＣＮＳでバッチプロセス制御装置を構成する場合に、ＣＮＳの内の１台に障害が発生した場合にも、異なるバッチが同一設備に混入する恐れを排除することができるバッチプロセス制御装置を提供することを第３の目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、次の構成を採用している。
【００３２】
すなわち、請求項１記載の発明に係るバッチプロセス制御装置は、複数の設備系列で構成されているバッチ製造プラントを制御対象とするバッチプロセス制御装置であって、各設備系列ごとにその設備系列を個別に制御するコントロールステーションが割り当てられて配置されており、各々のコントロールステーションには、バッチ実行のための手順制御を行うバッチサーバ機能部と、このバッチサーバ機能部の処方に基づいて制御対象となるプロセス機器を制御するフェーズロジック部とが共に内蔵されており、前記バッチサーバ機能部は、複数の設備系列間で共有される共有設備か自局に割り当てられているその設備系列に固有の独立設備かを判断するとともに、共有設備と判断した場合には自他のコントロールステーションによる各共有設備の占有状態の情報を入手してその占有状態が互いに競合しないように管理する占有管理手段を備え、この占有管理手段によって共有設備を互いに協調して占有管理する一方、前記フェーズロジック部は、前記独立設備に設けられる一群のプロセス機器である系列独立設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジックと、前記共有設備に設けられる一群のプロセス機器である系列間共有設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジックとが分類して配置されている、ことを特徴としている。
【００３４】
請求項２記載の発明に係るバッチプロセス制御装置は、請求項１記載の発明の構成において、前記各コントロールステーションには、他局のコントロールステーションの故障の有無を監視するライフチェック部と、このライフチェック部により他のコントロールステーションの故障が検知された場合には、自局のバッチ制御を一時停止する異常処理部とが設けられていることを特徴としている。
【００３５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明のバッチプロセス制御装置が適用されるバッチ製造プラントの設備構成の一例を示す配置図、図２は図１のバッチ製造プラントに適用される本発明の実施の形態に係るバッチプロセス制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【００３６】
図１に示したバッチ製造プラントは、２つの設備系列で構成されている。すなわち、第１の設備系列は、図２の破線で囲まれる部分で、Ｎｏ．１，２，３の各原料タンクＡ，Ｂ，Ｃ、Ｎｏ．１１，１２の原料受け入れタンクＡ，Ｂ、Ｎｏ．１３の調合タンクＡ、Ｎｏ．４のバッファタンク、Ｎｏ．１４の濾過タンクＡ、およびＮｏ．５の貯蔵タンクからなる。第２の設備系列は、図２の一点鎖線で囲まれる部分で、Ｎｏ．１，２，３の各原料タンクＡ，Ｂ，Ｃ、Ｎｏ．２１，２２の原料受け入れタンクＣ，Ｄ、Ｎｏ．２３の調合タンクＢ、Ｎｏ．４のバッファタンク、Ｎｏ．２４の濾過タンクＢ、およびＮｏ．５の貯蔵タンクからなる。
【００３７】
したがって、Ｎｏ．１，２，３の原料タンクＡ，Ｂ，Ｃ、Ｎｏ．４のバッファタンク、およびＮｏ．５の貯蔵タンクは第１、第２の設備系列間で共有される共有設備である。一方、Ｎｏ．１１，１２の原料受け入れタンクＡ，Ｂ、Ｎｏ．１３の調合タンクＡ、およびＮｏ．１４の濾過タンクＡは、第１の設備系列に固有の独立設備であり、また、Ｎｏ．２１，２２の原料受け入れタンクＣ，Ｄ、Ｎｏ．２３の調合タンクＢ、およびＮｏ．２４の濾過タンクＢは、第２の設備系列に固有の独立設備である。
【００３８】
以下、設備系列間で共有される設備を系列間共有設備と、また、各々の設備系列に固有の独立した設備を系列独立設備と称する。さらに、系列間共有設備に設けられる一群のプロセス機器を系列間共有設備用プロセス機器群と、系列独立設備に設けられる一群のプロセス機器を系列独立設備用プロセス機器群と称することとする。
【００３９】
図２において、１はＯＰＳ（オペレータステーション）、２１，２２はＣＮＳ（コントロールステーション）、３１，３２はプロセスＩ／Ｏ、４１は第１設備系列に属する系列独立設備用プロセス機器群、４２は第２設備系列に属する系列独立設備用プロセス機器群、４３は系列間共有設備用プロセス機器群、４はこれらのプロセス機器群４１，４２，４３を構成する一つのプロセス機器、５は制御バスである。そして、ＯＰＳ１とＣＮＳ２１，２２とはそれぞれ制御バス５を介して互いに接続されている。
【００４０】
ＯＰＳ１は、バッチ・オペレーション機能部１３、バッチ・エンジニアリング機能部１１、およびエンジニアリングデータ転送機能部１２を含む。そして、バッチ・オペレーション機能部１３は、バッチ製造プラントの運転員と対話操作を行うことによってバッチのスケジューリングや運転状況監視、およびバッチに対する遠隔操作を実行するものである。バッチ・エンジニアリング機能部１１は、バッチ制御装置構築者が処方を作成するものである。さらに、エンジニアリングデータ転送機能部１２は、作成した処方を各ＣＮＳ２１，２２に転送するものである。
【００４１】
この実施の形態１では、図１に示したようにバッチ製造プラントが２つの設備系列で構成されているため、これに応じて各設備系列を制御するＣＮＳ２１，２２が個別に割り当てられて配置されている。そして、各々のＣＮＳ２１，２２には、バッチ実行のための手順制御を行うバッチサーバ機能部６１，６２と、このバッチサーバ機能部６１，６２の処方に基づいて制御対象となるプロセス機器４を制御するフェーズロジック部７１，７２とがそれぞれ内蔵されている。
【００４２】
バッチサーバ機能部６１，６２は、共に同じ構成（図３）を有しており、制御バス５を介してＯＰＳ１のバッチオペレーション機能部１３、および同じＣＮＳ２１，２２内のフェーズロジック部７１，７２と連携しながらバッチ実行の手順制御を司るものである。
【００４３】
また、各フェーズロジック部７１，７２は、バッチサーバ機能部６１，６２の起動指令により制御論理を実行してプロセスＩ／Ｏ３１，３２を介して系列独立設備用プロセス機器群４１，４２および系列間共有設備用プロセス機器群４３の制御を実行するものであり、系列独立設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジック８１，８２と、系列間共有設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジック８３とを有する。そして、系列独立設備用プロセス機器群４１，４２を制御対象とするフェーズロジック８１，８２は、各ＣＮＳ２１，２２でそれぞれ固有のものであり、また、系列間共有設備用プロセス機器群４３を制御対象とするフェーズロジック８３は、ＣＮＳ２１，２２において共通している。
【００４４】
図３は図２に示したバッチサーバ機能部６１，６２のさらに具体的な構成を示すブロック図である。なお、ここでは、説明の都合上、一方のバッチサーバ機能部６１の構成について説明するが、他方のバッチサーバ機能部６２の構成も基本的には同じである。
【００４５】
図３において、２０１はＯＰＳ１のエンジニアリングデータ転送機能部１２より転送された処方を受信するＯＰＳ通信Ｉ／Ｆ処理部、２０２はＯＰＳ通信Ｉ／Ｆ処理部２０１で受信された処方の情報を格納する処方格納部である。この処方格納部２０２は、処方の内の制御対象のバッチ製造プラントの設備構成情報を格納する設備構成情報格納部２０２ａ、製造銘柄毎のプロシージャ情報を格納するプロシージャ情報格納部２０２ｂ、製造銘柄毎の処方データを格納する処方データ格納部２０２ｃ、およびスケジュールデータを格納するスケジュールデータ格納部２０２ｄを有する。
【００４６】
２０３は処方格納部２０２に格納されている処方に基づいて実行中バッチの手順制御を実行するプロシージャ制御部である。また、２０４はプロシージャ制御部２０３からのユニット占有要求を検出して設備情報格納部２０２ａに格納されている設備情報から占有要求対象のユニット（設備）が系列間共有設備かあるいは系列独立設備かを判断するとともに、自局および他局のＣＮＳ２１，２２のユニット占有状態テーブル２０６およびユニット占有予約テーブル２０７によってユニットの占有可否を判断して、ユニット占有処理を行うユニット占有管理部である。そして、このユニット占有管理部２０４が特許請求の範囲における占有管理手段に相当する。なお、ユニット占有状態テーブル２０６およびユニット占有予約テーブル２０７については後でさらに説明する。
【００４７】
また、２０５はマスター処方データ格納部２０２ｃに格納されているマスター処方データから製造銘柄に応じた実行処方データを作成するとともに、フェーズロジック部７１と制御指令や状態信号の送受信を行うバッチ状態管理部、２０８はＯＰＳ１のバッチオペレーション機能部１３より設定されたスケジュールデータに基づいて自己の設備系列のバッチ起動制御を行うバッチスケジュール管理部である。
【００４８】
２１０は他局のＣＮＳ２２の故障の有無を監視するライフチェック部、２１１はこのライフチェック部２１０により他局のＣＮＳ２２の故障が検知された場合には、自局のバッチ制御を一時停止する異常処理部である。
【００４９】
ユニット占有状態テーブル２０６は、現在、占有状態になっているユニット（設備）の情報を格納するためのものであり、図４にその具体例を示している。すなわち、図４は図１に示したバッチ製造プラントにおいて第１の設備系列の制御を担当するＣＮＳ２１内のユニット占有状態を表わしたもので、ここでは設備Ｎｏ．５の“貯蔵タンク”はバッチＩＤ“１”が付されたバッチに、設備Ｎｏ．４の“バッファタンク”はバッチＩＤ“２”が付されたバッチに、設備Ｎｏ．１の“原料タンクＡ”、Ｎｏ．２の“原料タンクＢ”、Ｎｏ．１１の“原料受入れタンクＡ”、Ｎｏ．１２の“原料受入れタンクＢ”はいずれもバッチＩＤ“３”が付されたバッチによってそれぞれ占有された状態であることを示している。
【００５０】
ユニット占有予約テーブル２０７は、これから実行すべきバッチによって占有状態となるべきユニット（設備）の情報を格納するためのものであり、図５にその具体例を示している。すなわち、図５は図１に示したバッチ製造プラントにおいて第１の設備系列の制御を担当するＣＮＳ２１内のユニット占有予約状態を表わしたもので、ここでは、図４に示した現在占有されるバッチＩＤ“３”が付されたバッチが完了した後に、バッチＩＤ“４”、続いてバッチＩＤ“５”の付された各バッチが順次開始され、その場合に所定のユニットが占有されることを示している。
【００５１】
次に、各バッチサーバ機能部６１，６２のユニット占有管理部２０４における制御動作を図６に示すフローチャートを参照して説明する。なお、ここでは、説明の都合上、一方のバッチサーバ機能部６１における動作について説明するが、他方のバッチサーバ機能部６２の動作も基本的には同じである。また、図６に示す処理はプロシージャ要素の遷移が生じる際に繰り返し行われる。
【００５２】
バッチ実行中にプロシージャ要素の遷移が発生した際、ユニット占有管理部２０４は、プロシージャ制御部２０３からのユニット占有要求を検出する。そして、ステップＳ１において設備情報格納部２０２ａの設備情報に基づいて占有要求対象のユニットが系列間共有設備か、あるいは系列独立設備かを判定する。そして、系列独立設備と判定した場合にはステップ５に移行する。
【００５３】
これに対して、ステップＳ１において系列間共有設備と判定した場合には、系列間共有設備同士が競合しないように、次にステップＳ２において他局のＣＮＳ２２が存在するか否かを判定する。他局のＣＮＳ２２が存在しない場合はステップ５に移行する一方、他局のＣＮＳ２２が存在する場合は、ステップＳ３において他局のＣＮＳ２２が正常動作中か否かをライフチェック部２１０にて判定する。
【００５４】
このとき、ライフチェック部２１０が他局のＣＮＳ２２の内の少なくとも一つが正常でないと判定した場合は、ステップＳ１２に移行して異常処理部２１１によってユニット占有処理を中止する。すなわち、他局のＣＮＳ２２が異常の場合、他局のＣＮＳ２２のユニット占有状態およびユニット占有予約データの正当性が保証されないため、異常処理部２１１は、プロシージャ制御部２０３がプロシージャ要素間の遷移処理を行うのを一時中断させる。これにより、複数のバッチが同じ設備内に混入する危険性を防止することができる。
【００５５】
この場合、バッチ製造プラントの運転員が物理的なバッチの進捗状態および本制御装置におけるバッチの進捗状態を確認し、互いの状態が一致していることを確認した場合、運転員がＯＰＳ１のバッチオペレーション機能部１３から操作を行うことにより、バッチ製造を継続することができる。
【００５６】
一方、ステップＳ３において他局のＣＮＳ２２が全て正常と判定した場合には、ステップＳ４においてユニット占有管理部２０４が制御バス５を介して他局のＣＮＳ２２のユニット占有状態を読み込む。
【００５７】
引き続いて、ステップＳ５において自局のＣＮＳ２１のユニット占有状態テーブル２０６とユニット占有予約テーブル２０７、ならびに他局のＣＮＳ２２のユニット占有状態を参照して占有可否を判定する。そして、占有条件が成立している場合は、ステップ６にて占有処理を実行する。すなわち、ユニット占有管理部２０４は、自局のＣＮＳ２１のユニット占有状態テーブル２０６に対して新たに占有したユニットの情報を書込む。また、ユニット占有予約テーブル２０７から占有していたバッチを削除する。
【００５８】
これに対して、ステップＳ５において占有条件が不成立の場合は、ステップＳ７でユニット占有管理部２０４がユニット占有予約処理を行う。すなわち、自局のＣＮＳ２１のユニット占有予約テーブル２０７に対して本処理を実行するためのバッチＩＤを書き込む。
【００５９】
ステップ６あるいはステップ７の処理後、ステップ８に移行して他のＣＮＳ２２が存在するか否かを判定する。他のＣＮＳ２２が存在しない場合はステップ１１に移行する一方、他局のＣＮＳ２２が存在する場合は、ステップＳ９において他局のＣＮＳ２２が正常動作中か否かをライフチェック部２１０において判定する。
【００６０】
このとき、ライフチェック部２１０が他局のＣＮＳ２２の内の少なくとも一つが正常でないと判定した場合は、ステップＳ１２に移行して異常処理部２１１によってユニット占有処理を中止する。これにより、複数のバッチが同じ設備内に混入する危険性を防止することができる。一方、ステップＳ９において他局のＣＮＳ２２が全て正常と判定した場合には、ステップＳ１０においてユニット占有管理部２０４が制御バス５を介して他局のＣＮＳ２２のユニット占有状態を読み込む。
【００６１】
最後にステップＳ１１において、バッチ製造プラントの各ユニット同士が競合することなく互いに協調して占有管理されるように、ユニット占有状態およびユニット占有予約を自局のＣＮＳ２１のユニット占有状態テーブル２０６およびユニット占有予約テーブル２０７、および他局のＣＮＳ２２のユニット占有状態テーブル２０６およびユニット占有予約テーブル２０７の各情報の論理和をとり、全てのＣＮＳ２１，２２のユニット占有状態およびユニット占有予約を自局のＣＮＳ２１のユニット占有状態テーブル２０６およびユニット占有予約テーブル２０７に反映する。
【００６２】
このように、この実施の形態１に係るバッチプロセス制御装置は、制御対象となるバッチ製造プラントに複数の設備系列が存在する場合は、設備系列毎にＣＮＳ２１，２２を設置し、各々のＣＮＳ２１，２２内にバッチサーバ機能部６１，６２と各設備系列を制御するフェーズロジック部７１，７２とを設けることにより、複数のバッチサーバ機能部６１，６２が個々に独立してバッチ製造ができるようにしているため、各々のバッチサーバ機能部６１，６２の負荷が軽減される。したがって、バッチサーバ機能部６１，６２がフェーズロジック部７１，７２への起動処理を行うプロシージャ要素間の遷移の際に要する遷移時間が短かくなり、かつバラツキも小さくなる。このため、フェーズロジック間の遷移が数秒以内のオーダのサイクルタイムで制御処理を行う必要があるプロセスに対しても十分に対処することができるようになる。
【００６３】
また、バッチサーバ機能部６１，６２がフェーズロジック部７１，７２とともに同じＣＮＳ２１，２２に内蔵されているため、バッチサーバ機能部６１，６２とフェーズロジック部７１，７２間の制御指令や処方データ、および状態信号の通信はＣＮＳ２１，２２内で行なわれる。このため、プロシージャ要素の遷移の際、つまりバッチサーバ機能部６１，６２がフェーズロジック部７１，７２への起動処理を行う際には、制御バス５の通信トラフィックには全く影響を与えることがない。
【００６４】
しかも、フェーズロジック部７１，７２は、系列独立設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジック８１，８２と、系列間共有設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジック８３とに分類して配置し、系列独立設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジック８１，８２は、第１、第２のＣＮＳ２１，２２に固有のものとし、また、系列間共有設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジック８３は、第１、第２のＣＮＳ２１，２２に共通のものとしているので、バッチ運転中にバッチプロセス制御装置を構成するＣＮＳ２１，２２のいずれかに障害が発生した場合にも、残りの正常なＣＮＳによってこれに属する設備系列のプロセス機器４を制御することによってバッチ実行を継続することができる。たとえば、第１の設備系列を制御するＣＮＳ２１が故障しても、他局のＣＮＳ２２によって第２の設備系列のバッチ実行を継続することができる。
【００６５】
さらに、バッチサーバ機能部６１，６２のユニット占有管理部２０４が他局のユニット占有状態およびユニット占有予約を互いに監視しながユニット占有管理を行っているため、複数のＣＮＳ２１，２２にそれぞれ配置されたバッチサーバ機能部６１，６２が制御するバッチ間で同一ユニットを同時に占有する過ちは犯さない。すなわち、異なるバッチが同一設備に混入する危険性が排除される。
【００６６】
さらにまた、ライフチェック部２１０が他局のＣＮＳの故障の有無を常時監視し、他局のＣＮＳのいずれかに障害が発生したことが検知された場合には、これに応じて異常処理部２１１がプロシージャ要素間の遷移を中断するため、この場合にも異なるバッチが同一設備に混入する危険性が排除される。
【００６７】
しかも、バッチサーバ機能部６１，６２はＣＮＳ２１，２２に内蔵されているため、ＯＰＳ１からスケジュールデータが既に転送されている場合には、たとえＯＰＳ１に異常が発生してもバッチ実行を継続することが可能となる。
【００６８】
なお、この実施の形態１では、本発明の理解を容易にするために、バッチ製造プラントが第１、第２の２つの設備系列で構成されている場合について説明したが、本発明は、このような２系列のものに限定されるものではなく、さらに多数の設備系列を有するバッチ製造プラントに対しても当然適用することができる。また、バッチ製造プラントは、図１に示したような原料調合によって製品化するものに限らず、加工、合成、反応等やこれらを組み合わせた各種のプロセスを得て製品化されるものに適用されるものである。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明に係るバッチプロセス制御装置は、制御対象のバッチ製造プラントに複数の設備系列が存在する場合は、設備系列毎にＣＮＳを設置し、各々のＣＮＳ内にバッチサーバ機能部と各設備系列を制御するフェーズロジック部とを共に設けることにより、複数のバッチサーバ機能部が個々に独立してバッチ製造ができるようにしているため、各々のバッチサーバ機能部の負荷が軽減される。
【００７０】
したがって、バッチ製造状況に応じて遷移するプロシージャ要素の数が多く、複数のフェーズロジックへ同時に起動指令を発行する場合でも、一定時間内に遷移のための命令を発信することができる。このため、プロシージャ要素間の遷移の際に要する遷移時間が短時間でかつバラツキも小さくなり、フェーズロジック間の遷移が数秒以内のオーダのサイクルタイムで制御処理を行う必要があるプロセスに対しても十分に適合することができるようになる。
【００７１】
また、バッチサーバ機能部がフェーズロジック部とともにＣＮＳに内蔵されているため、バッチサーバ機能部とフェーズロジック部間の制御指令や処方データ、および状態信号の通信はＣＮＳ内で行なわれる。このため、プロシージャ要素の遷移の際、つまりバッチサーバ機能部がフェーズロジック部への起動処理を行う際には、制御バスの通信トラフィックには全く影響を与えることがない。このため、同一制御バス上に接続されたバッチ制御以外の機能を有するＯＰＳあるいはＣＮＳの処理に影響を及ぼさない。
【００７２】
さらに、各設備系列ごとにその設備系列を個別に制御するコントロールステーションが割り当てられて配置され、かつ、フェーズロジック部には、系列独立設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジックと、系列間共有設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジックとが分類して配置されているので、バッチ運転中にバッチプロセス制御装置を構成するＣＮＳのいずれかに障害が発生した場合にも、残りの正常なＣＮＳによってその制御対象となる設備系列のプロセス機器によってバッチ実行を継続することができる。しかも、バッチプロセス制御装置あるいはバッチ製造プラント設備の定期点検等のメンテナンス作業を設備系列毎に実施することにより、バッチ製造の継続を行いながらバッチプロセス制御装置あるいはバッチ製造プラントのメンテナンスを行うこともできる。その結果、バッチ製造プラントの稼働率を向上させることが可能になる。
【００７３】
さらにまた、バッチサーバ機能部をＣＮＳに実装しているため、バッチ製造中にＯＰＳに障害が発生しても、ＣＮＳのみでバッチ製造を継続することができるという副次的な効果も得られる。
【００７４】
さらに、請求項１記載の発明に係るバッチプロセス制御装置は、バッチサーバ機能部のユニット占有管理部が他局のユニット占有状態およびユニット占有予約を互いに監視しながらユニット占有管理を行っているため、バッチ製造プラントに系列間共有設備が存在する場合でも、複数のＣＮＳにそれぞれ配置されたバッチサーバ機能部が制御するバッチ間で同一ユニットを同時に占有する過ちは犯さない。すなわち、異なる複数のバッチが同一設備に混入する危険性が排除される。
【００７５】
請求項２記載の発明に係るバッチプロセス制御装置は、請求項１記載の発明の効果に加えて、ライフチェック部が他局のＣＮＳの故障の有無を常時監視し、他局のＣＮＳのいずれかに障害が発生したことが検知された場合には、これに応じて異常処理部がプロシージャ要素間の遷移を中断するため、この場合にも異なるバッチが同一設備に混入する危険性が排除される。したがって、他局のＣＮＳ異常にも製造中バッチを安全な状態に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のバッチプロセス制御装置が適用されるバッチ製造プラントの設備構成の一例を示す配置図である。
【図２】 図１のバッチ製造プラントに適用される本発明の実施の形態に係るバッチプロセス制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】 図２に示した同装置におけるバッチサーバ機能部のさらに具体的な構成を示すブロック図である。
【図４】 本発明のバッチプロセス制御装置内のユニット占有状態テーブルの動作状態の一例を示すメモリマップ図である。
【図５】 本発明のバッチプロセス制御装置内のユニット占有予約テーブルの動作状態の一例を示すメモリマップ図である。
【図６】 図２のバッチサーバ機能部を構成するユニット占有管理部における制御動作を示すフローチャートである。
【図７】 従来のバッチプロセス制御装置の構成を示すブロック図である。
【図８】 Ｓ８８.０１規格に基づくプロシージャコントロールモデルの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ オペレータステーション（ＯＰＳ）、２１，２２ コントロールステーション（ＣＮＳ）、４１，４２ 系列独立設備用プロセス機器群、４３ 系列間共有設備用プロセス機器群、４ プロセス機器、５ 制御バス、６１，６２ バッチサーバ機能部、７１，７２ フェーズロジック部、８１，８２，８３ フェーズロジック、２０４ ユニット占有管理部（占有管理手段）、２０６ ユニット占有状態テーブル、２０７ ユニット占有予約テーブル、２１０ ライフチェック部、２１１ 異常処理部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、食品、化学、紙パルプ等の製品を多品種変量生産するための複数の設備系列で構成されるバッチ製造プラントにおいて適用されるバッチプロセス制御装置に係り、特にはバッチ制御処理を迅速に行うとともに、当該装置の障害発生時やプラントのメンテナンス時に柔軟に対応し得るための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、バッチ制御に関しては、国際測定制御学会（International Society for Measurement and Control）が１９９５年に発行した「バッチ制御パート１：モデルと用語（Batch Control part1：Models and Terminology）」規格がある。この規格は、通常、ＩＳＡ Ｓ８８．０１（以下、単に「Ｓ８８．０１」と表記する）と呼ばれていて、従来より、このＳ８８．０１規格に準拠したバッチプロセス制御装置が提供されている。
【０００３】
たとえば、このＳ８８．０１規格に準拠した従来のバッチプロセス制御装置としては、特開２０００−１４８７０２号公報に開示されている図７に示すような構成を備えたものがある。
【０００４】
このバッチプロセス制御装置は、各種のプロセス機器１０４を操作するための指示を与えるオペレータステーション（以下、ＯＰＳと表記する）１０１と、プロセスＩ／Ｏ１０３を介してプロセス機器１０４の制御を実行するコントロールステーション（以下、ＣＮＳと表記する）１０２とを備え、ＯＰＳ１０１とＣＮＳ１０２とは制御バス１０５を介して互いに接続されている。
【０００５】
ＯＰＳ１０１は、中央処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置、表示装置、およびキーボード／マウス等のデータ入出力装置（いずれも図示省略）などによって構成されるもので、バッチオペレーション機能部１１１とバッチサーバ機能部１１２とを含む。
【０００６】
バッチオペレーション機能部１１１は、バッチ製造プラントの運転員と対話操作を行うことによってバッチのためのスケジューリングや運転状況監視、およびバッチに対する遠隔操作を実行するものである。
【０００７】
また、バッチサーバ機能部１１２は、バッチオペレーション機能部１１１ならびにＣＮＳ１０２に設けられたフェーズロジック部１２１と通信しながらバッチ実行の手順制御を司るものである。そして、バッチサーバ機能部１１２には、手順制御を実行するためのＳ８８．０１規格に基づく処方が予め登録されている。なお、処方については後で詳述する。
【０００８】
一方、ＣＮＳ１０２は、ＯＰＳ１０１のバッチサーバ機能部１１２の処方に基づく手順制御を実際に実行するための論理（プログラム）であるフェーズロジックが登録されたフェーズロジック部１２１が設けられている。
【０００９】
また、プロセス機器１０４は、バッチ製造プラントを構成する設備を稼働するためのバルブ、モータ、センサ等の各種のプロセス制御用の機器である。
【００１０】
バッチサーバ機能部１１２に予め登録されている処方は、原料から最終製品に至るまでの各種製造条件を規定するもので、製造銘柄毎のプロシージャ（実行手順）、処方データ（制御パラメータ）、および設備要件からなる。
【００１１】
プロシージャは、図８に示すように、Ｓ８８．０１規格に基づいて階層化されており、上位の階層からプロシージャ、ユニットプロシージャ、オペレーション、フェーズと呼ばれる。最下位層に相当するフェーズは、各フェーズで実行される制御論理であるフェーズロジックを抽象的に表わしたものである。そして、フェーズロジックは、フェーズロジック部１２１に登録されていて、各プロセス機器１０４に対する手順制御、連続制御等の基本制御、それを実現するためにプロセスＩ／Ｏ１０３とのインタフェースを行うＩ／Ｏ処理、さらにはデータ収集処理等を実行する論理（プログラム）である。
【００１２】
上記のプロシージャ、ユニットプロシージャおよびオペレーションは、それぞれＳＦＣ（Sequential Function Chart）と呼ばれるフローチャート形式で記述されており、製造銘柄毎の製造工程の実行手順を定義したものである。そして、ＳＦＣは、初期ステップＳ１、製造工程を表わすステップＳ２、次工程への遷移条件を表わすトランジションＳ３（遷移条件）、最終ステップＳ４の組合せによって構成されている。
【００１３】
製造工程を表わす各ステップＳ２には、使用設備が割り当てられている。例えばステップＳ２に対して設備Ａが割り当てられている場合、あるバッチがステップＳ２を実行するためには、設備Ａがそのバッチによって占有できることがステップＳ２の実行条件となる。
【００１４】
図７に示した従来のバッチプロセス制御装置においては、バッチ製造プラントの運転員は、ＯＰＳ１０１のバッチオペレーション機能１１１との対話操作により、バッチスケジュールの設定やバッチ運転状態の監視を行うとともに、バッチの開始から完了までに様々な制御操作を行う。
【００１５】
バッチサーバ機能部１１２は、バッチオペレーション機能部１１１から起動されるバッチに対して予め登録されている処方に基づいて手順制御を実行する。その際、バッチオペレーション機能部１１１から要求される各種操作をバッチ制御に反映する。
【００１６】
バッチ実行時には、バッチサーバ機能部１１２が製造銘柄に対応したプロシージャ（図８参照）に基づいて、制御バス１０５を介してフェーズロジック部１２１に起動指令を発行する。これに応じて、フェーズロジック部１２１は、フェーズロジックに基づいて所定の制御論理を実行する。
【００１７】
制御論理の実行が完了した時点で、フェーズロジックは、処理 “完了”という状態となる。バッチサーバ機能部１１２は、フェーズロジック部１２１のフェーズロジックの状態を制御バス１０５を経由して監視し、“完了”状態のフェーズロジックが存在する場合は、プロシージャ情報から次に起動すべきユニットプロシージャ、オペレーション、あるいはフェーズ（以下、これらを総称してプロシージャ要素という）を検索し、そのプロシージャ要素が必要とする設備（ユニット）の占有処理を行う。続いて、バッチサーバ機能部１１２は、制御バス１０５を介して処方データをＣＮＳ１０２に送信後、プロシージャ要素に対する起動指令を発行する。
このようなプロシージャ要素間の遷移処理を繰り返すことにより、バッチ実行を制御してバッチ製造を行う。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図７に示した従来のバッチプロセス制御装置においては、次のような課題がある。
【００１９】
プロシージャ要素の遷移の際、つまりバッチサーバ機能部１１２がフェーズロジック部１２１への起動処理を行う際には、バッチサーバ機能部１１２を構成するＣＰＵは、メモリやハードディスクなどの記憶装置等にアクセスして、次に起動すべきプロシージャ要素の検索処理、ユニット（設備）の占有処理、処方データの送信処理等を実行することになる。
【００２０】
ここで、複数の設備系列で構成されるバッチ製造プラントでは、複数バッチを並列して同時に実行することがあり、その場合、バッチサーバ機能部１１２は、同時に多数のプロシージャ要素に対して起動指令を発行する必要が生じる。また、ＳＦＣによってプロシージャが並列分岐で定義されている箇所へ遷移する場合にも、同様に同時に多数のプロシージャ要素に対して起動指令を発行する必要が生じる。
【００２１】
ところが、このように同時に多数のプロシージャ要素に対して起動指令を発行する必要が生じたときには、バッチサーバ機能部１１２においてメモリやハードディスクなどの記憶装置等にアクセスする際の負荷が大きくなって処理に時間がかかり、プロシージャ要素間の遷移時間が不安定となっていた。
【００２２】
その場合、プロシージャ要素間の遷移時間のバラツキは、数秒から大きい場合には数十秒となり、フェーズロジック間の遷移が数秒以内のオーダのサイクルタイムで制御処理を行う必要があるプロセスでは対応できない場合が生じるという問題があった。
【００２３】
また、従来のバッチプロセス制御装置においては、ＯＰＳ１０１にバッチサーバ機能部１１２を内蔵した構成になっているため、バッチサーバ機能部１１２がバッチを制御する際、フェーズロジック部１２１への処方データの送信処理や起動指令等の制御指令を送信する処理、さらには、フェーズロジック部１２１からの状態信号をバッチサーバ機能部１１２に送信する処理は全て制御バス１０５を経由して行うことになる。
【００２４】
したがって、同時に複数のフェーズロジックを起動する必要がある場合、制御バス１０５上の通信トラフィックが増大し、このため、ＯＰＳ１０１やＣＮＳ１０２が制御バス１０５を介してバッチ制御以外の他の処理を行っている場合には処理が遅滞するなどの影響を与える可能性があった。
【００２５】
そのための対策として、たとえば、バッチサーバ機能部１１２をリアルタイム制御可能なＣＮＳ１０２に内蔵させることが考えられる。すなわち、バッチサーバ機能部１１２をＣＮＳ１０２に内蔵させてフェーズロジック部１２１と接続すれば、制御バス１０５を省略できるため、同時に複数のフェーズロジックを起動する必要がある場合でも通信トラフィックを無くすことができる。
【００２６】
しかし、このような構成とした場合にも、複数の設備系列で構成されるバッチ製造プラントのように、複数バッチを並列して実行するために、同時に複数のプロシージャ要素に起動指令を発行するときには、依然としてバッチサーバ機能部１１２の負荷が大きくなってプロシージャ要素間の遷移時間が不安定となり易い。
【００２７】
しかも、バッチサーバ機能部１１２を内蔵させたＣＮＳ１０２に障害が発生してバッチサーバ機能部１１２が機能しなくなった場合には、全バッチが実行不能となり、バッチ製造プラントの全機能が停止してバッチ製造が継続できなくなるという問題を生じる。
【００２８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、同時に多数のプロシージャ要素に対して起動指令を発行する必要が生じた場合でもプロシージャ要素間の遷移時間をほぼ一定時間内で収めることができるとともに、その際に制御バスの通信トラフィックを増大させないバッチプロセス制御装置を提供することを第１の目的とする。
【００２９】
また、複数台のＣＮＳでバッチプロセス制御装置を構成する場合、ＣＮＳの内の１台に障害が発生した場合や定期点検等のメンテナンス時にも残りのＣＮＳでバッチ製造継続が可能であり、プラントの稼働率を向上させることできるバッチプロセス制御装置を提供することを第２の目的とする。
【００３０】
さらに、複数台のＣＮＳでバッチプロセス制御装置を構成する場合に、ＣＮＳの内の１台に障害が発生した場合にも、異なるバッチが同一設備に混入する恐れを排除することができるバッチプロセス制御装置を提供することを第３の目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、次の構成を採用している。
【００３２】
すなわち、請求項１記載の発明に係るバッチプロセス制御装置は、複数の設備系列で構成されているバッチ製造プラントを制御対象とするバッチプロセス制御装置であって、各設備系列ごとにその設備系列を個別に制御するコントロールステーションが割り当てられて配置されており、各々のコントロールステーションには、バッチ実行のための手順制御を行うバッチサーバ機能部と、このバッチサーバ機能部の処方に基づいて制御対象となるプロセス機器を制御するフェーズロジック部とが共に内蔵されており、前記バッチサーバ機能部は、複数の設備系列間で共有される共有設備か自局に割り当てられているその設備系列に固有の独立設備かを判断するとともに、共有設備と判断した場合には自他のコントロールステーションによる各共有設備の占有状態の情報を入手してその占有状態が互いに競合しないように管理する占有管理手段を備え、この占有管理手段によって共有設備を互いに協調して占有管理する一方、前記フェーズロジック部は、前記独立設備に設けられる一群のプロセス機器である系列独立設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジックと、前記共有設備に設けられる一群のプロセス機器である系列間共有設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジックとが分類して配置されている、ことを特徴としている。
【００３４】
請求項２記載の発明に係るバッチプロセス制御装置は、請求項１記載の発明の構成において、前記各コントロールステーションには、他局のコントロールステーションの故障の有無を監視するライフチェック部と、このライフチェック部により他のコントロールステーションの故障が検知された場合には、自局のバッチ制御を一時停止する異常処理部とが設けられていることを特徴としている。
【００３５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明のバッチプロセス制御装置が適用されるバッチ製造プラントの設備構成の一例を示す配置図、図２は図１のバッチ製造プラントに適用される本発明の実施の形態に係るバッチプロセス制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【００３６】
図１に示したバッチ製造プラントは、２つの設備系列で構成されている。すなわち、第１の設備系列は、図２の破線で囲まれる部分で、Ｎｏ．１，２，３の各原料タンクＡ，Ｂ，Ｃ、Ｎｏ．１１，１２の原料受け入れタンクＡ，Ｂ、Ｎｏ．１３の調合タンクＡ、Ｎｏ．４のバッファタンク、Ｎｏ．１４の濾過タンクＡ、およびＮｏ．５の貯蔵タンクからなる。第２の設備系列は、図２の一点鎖線で囲まれる部分で、Ｎｏ．１，２，３の各原料タンクＡ，Ｂ，Ｃ、Ｎｏ．２１，２２の原料受け入れタンクＣ，Ｄ、Ｎｏ．２３の調合タンクＢ、Ｎｏ．４のバッファタンク、Ｎｏ．２４の濾過タンクＢ、およびＮｏ．５の貯蔵タンクからなる。
【００３７】
したがって、Ｎｏ．１，２，３の原料タンクＡ，Ｂ，Ｃ、Ｎｏ．４のバッファタンク、およびＮｏ．５の貯蔵タンクは第１、第２の設備系列間で共有される共有設備である。一方、Ｎｏ．１１，１２の原料受け入れタンクＡ，Ｂ、Ｎｏ．１３の調合タンクＡ、およびＮｏ．１４の濾過タンクＡは、第１の設備系列に固有の独立設備であり、また、Ｎｏ．２１，２２の原料受け入れタンクＣ，Ｄ、Ｎｏ．２３の調合タンクＢ、およびＮｏ．２４の濾過タンクＢは、第２の設備系列に固有の独立設備である。
【００３８】
以下、設備系列間で共有される設備を系列間共有設備と、また、各々の設備系列に固有の独立した設備を系列独立設備と称する。さらに、系列間共有設備に設けられる一群のプロセス機器を系列間共有設備用プロセス機器群と、系列独立設備に設けられる一群のプロセス機器を系列独立設備用プロセス機器群と称することとする。
【００３９】
図２において、１はＯＰＳ（オペレータステーション）、２１，２２はＣＮＳ（コントロールステーション）、３１，３２はプロセスＩ／Ｏ、４１は第１設備系列に属する系列独立設備用プロセス機器群、４２は第２設備系列に属する系列独立設備用プロセス機器群、４３は系列間共有設備用プロセス機器群、４はこれらのプロセス機器群４１，４２，４３を構成する一つのプロセス機器、５は制御バスである。そして、ＯＰＳ１とＣＮＳ２１，２２とはそれぞれ制御バス５を介して互いに接続されている。
【００４０】
ＯＰＳ１は、バッチ・オペレーション機能部１３、バッチ・エンジニアリング機能部１１、およびエンジニアリングデータ転送機能部１２を含む。そして、バッチ・オペレーション機能部１３は、バッチ製造プラントの運転員と対話操作を行うことによってバッチのスケジューリングや運転状況監視、およびバッチに対する遠隔操作を実行するものである。バッチ・エンジニアリング機能部１１は、バッチ制御装置構築者が処方を作成するものである。さらに、エンジニアリングデータ転送機能部１２は、作成した処方を各ＣＮＳ２１，２２に転送するものである。
【００４１】
この実施の形態１では、図１に示したようにバッチ製造プラントが２つの設備系列で構成されているため、これに応じて各設備系列を制御するＣＮＳ２１，２２が個別に割り当てられて配置されている。そして、各々のＣＮＳ２１，２２には、バッチ実行のための手順制御を行うバッチサーバ機能部６１，６２と、このバッチサーバ機能部６１，６２の処方に基づいて制御対象となるプロセス機器４を制御するフェーズロジック部７１，７２とがそれぞれ内蔵されている。
【００４２】
バッチサーバ機能部６１，６２は、共に同じ構成（図３）を有しており、制御バス５を介してＯＰＳ１のバッチオペレーション機能部１３、および同じＣＮＳ２１，２２内のフェーズロジック部７１，７２と連携しながらバッチ実行の手順制御を司るものである。
【００４３】
また、各フェーズロジック部７１，７２は、バッチサーバ機能部６１，６２の起動指令により制御論理を実行してプロセスＩ／Ｏ３１，３２を介して系列独立設備用プロセス機器群４１，４２および系列間共有設備用プロセス機器群４３の制御を実行するものであり、系列独立設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジック８１，８２と、系列間共有設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジック８３とを有する。そして、系列独立設備用プロセス機器群４１，４２を制御対象とするフェーズロジック８１，８２は、各ＣＮＳ２１，２２でそれぞれ固有のものであり、また、系列間共有設備用プロセス機器群４３を制御対象とするフェーズロジック８３は、ＣＮＳ２１，２２において共通している。
【００４４】
図３は図２に示したバッチサーバ機能部６１，６２のさらに具体的な構成を示すブロック図である。なお、ここでは、説明の都合上、一方のバッチサーバ機能部６１の構成について説明するが、他方のバッチサーバ機能部６２の構成も基本的には同じである。
【００４５】
図３において、２０１はＯＰＳ１のエンジニアリングデータ転送機能部１２より転送された処方を受信するＯＰＳ通信Ｉ／Ｆ処理部、２０２はＯＰＳ通信Ｉ／Ｆ処理部２０１で受信された処方の情報を格納する処方格納部である。この処方格納部２０２は、処方の内の制御対象のバッチ製造プラントの設備構成情報を格納する設備構成情報格納部２０２ａ、製造銘柄毎のプロシージャ情報を格納するプロシージャ情報格納部２０２ｂ、製造銘柄毎の処方データを格納する処方データ格納部２０２ｃ、およびスケジュールデータを格納するスケジュールデータ格納部２０２ｄを有する。
【００４６】
２０３は処方格納部２０２に格納されている処方に基づいて実行中バッチの手順制御を実行するプロシージャ制御部である。また、２０４はプロシージャ制御部２０３からのユニット占有要求を検出して設備情報格納部２０２ａに格納されている設備情報から占有要求対象のユニット（設備）が系列間共有設備かあるいは系列独立設備かを判断するとともに、自局および他局のＣＮＳ２１，２２のユニット占有状態テーブル２０６およびユニット占有予約テーブル２０７によってユニットの占有可否を判断して、ユニット占有処理を行うユニット占有管理部である。そして、このユニット占有管理部２０４が特許請求の範囲における占有管理手段に相当する。なお、ユニット占有状態テーブル２０６およびユニット占有予約テーブル２０７については後でさらに説明する。
【００４７】
また、２０５はマスター処方データ格納部２０２ｃに格納されているマスター処方データから製造銘柄に応じた実行処方データを作成するとともに、フェーズロジック部７１と制御指令や状態信号の送受信を行うバッチ状態管理部、２０８はＯＰＳ１のバッチオペレーション機能部１３より設定されたスケジュールデータに基づいて自己の設備系列のバッチ起動制御を行うバッチスケジュール管理部である。
【００４８】
２１０は他局のＣＮＳ２２の故障の有無を監視するライフチェック部、２１１はこのライフチェック部２１０により他局のＣＮＳ２２の故障が検知された場合には、自局のバッチ制御を一時停止する異常処理部である。
【００４９】
ユニット占有状態テーブル２０６は、現在、占有状態になっているユニット（設備）の情報を格納するためのものであり、図４にその具体例を示している。すなわち、図４は図１に示したバッチ製造プラントにおいて第１の設備系列の制御を担当するＣＮＳ２１内のユニット占有状態を表わしたもので、ここでは設備Ｎｏ．５の“貯蔵タンク”はバッチＩＤ“１”が付されたバッチに、設備Ｎｏ．４の“バッファタンク”はバッチＩＤ“２”が付されたバッチに、設備Ｎｏ．１の“原料タンクＡ”、Ｎｏ．２の“原料タンクＢ”、Ｎｏ．１１の“原料受入れタンクＡ”、Ｎｏ．１２の“原料受入れタンクＢ”はいずれもバッチＩＤ“３”が付されたバッチによってそれぞれ占有された状態であることを示している。
【００５０】
ユニット占有予約テーブル２０７は、これから実行すべきバッチによって占有状態となるべきユニット（設備）の情報を格納するためのものであり、図５にその具体例を示している。すなわち、図５は図１に示したバッチ製造プラントにおいて第１の設備系列の制御を担当するＣＮＳ２１内のユニット占有予約状態を表わしたもので、ここでは、図４に示した現在占有されるバッチＩＤ“３”が付されたバッチが完了した後に、バッチＩＤ“４”、続いてバッチＩＤ“５”の付された各バッチが順次開始され、その場合に所定のユニットが占有されることを示している。
【００５１】
次に、各バッチサーバ機能部６１，６２のユニット占有管理部２０４における制御動作を図６に示すフローチャートを参照して説明する。なお、ここでは、説明の都合上、一方のバッチサーバ機能部６１における動作について説明するが、他方のバッチサーバ機能部６２の動作も基本的には同じである。また、図６に示す処理はプロシージャ要素の遷移が生じる際に繰り返し行われる。
【００５２】
バッチ実行中にプロシージャ要素の遷移が発生した際、ユニット占有管理部２０４は、プロシージャ制御部２０３からのユニット占有要求を検出する。そして、ステップＳ１において設備情報格納部２０２ａの設備情報に基づいて占有要求対象のユニットが系列間共有設備か、あるいは系列独立設備かを判定する。そして、系列独立設備と判定した場合にはステップ５に移行する。
【００５３】
これに対して、ステップＳ１において系列間共有設備と判定した場合には、系列間共有設備同士が競合しないように、次にステップＳ２において他局のＣＮＳ２２が存在するか否かを判定する。他局のＣＮＳ２２が存在しない場合はステップ５に移行する一方、他局のＣＮＳ２２が存在する場合は、ステップＳ３において他局のＣＮＳ２２が正常動作中か否かをライフチェック部２１０にて判定する。
【００５４】
このとき、ライフチェック部２１０が他局のＣＮＳ２２の内の少なくとも一つが正常でないと判定した場合は、ステップＳ１２に移行して異常処理部２１１によってユニット占有処理を中止する。すなわち、他局のＣＮＳ２２が異常の場合、他局のＣＮＳ２２のユニット占有状態およびユニット占有予約データの正当性が保証されないため、異常処理部２１１は、プロシージャ制御部２０３がプロシージャ要素間の遷移処理を行うのを一時中断させる。これにより、複数のバッチが同じ設備内に混入する危険性を防止することができる。
【００５５】
この場合、バッチ製造プラントの運転員が物理的なバッチの進捗状態および本制御装置におけるバッチの進捗状態を確認し、互いの状態が一致していることを確認した場合、運転員がＯＰＳ１のバッチオペレーション機能部１３から操作を行うことにより、バッチ製造を継続することができる。
【００５６】
一方、ステップＳ３において他局のＣＮＳ２２が全て正常と判定した場合には、ステップＳ４においてユニット占有管理部２０４が制御バス５を介して他局のＣＮＳ２２のユニット占有状態を読み込む。
【００５７】
引き続いて、ステップＳ５において自局のＣＮＳ２１のユニット占有状態テーブル２０６とユニット占有予約テーブル２０７、ならびに他局のＣＮＳ２２のユニット占有状態を参照して占有可否を判定する。そして、占有条件が成立している場合は、ステップ６にて占有処理を実行する。すなわち、ユニット占有管理部２０４は、自局のＣＮＳ２１のユニット占有状態テーブル２０６に対して新たに占有したユニットの情報を書込む。また、ユニット占有予約テーブル２０７から占有していたバッチを削除する。
【００５８】
これに対して、ステップＳ５において占有条件が不成立の場合は、ステップＳ７でユニット占有管理部２０４がユニット占有予約処理を行う。すなわち、自局のＣＮＳ２１のユニット占有予約テーブル２０７に対して本処理を実行するためのバッチＩＤを書き込む。
【００５９】
ステップ６あるいはステップ７の処理後、ステップ８に移行して他のＣＮＳ２２が存在するか否かを判定する。他のＣＮＳ２２が存在しない場合はステップ１１に移行する一方、他局のＣＮＳ２２が存在する場合は、ステップＳ９において他局のＣＮＳ２２が正常動作中か否かをライフチェック部２１０において判定する。
【００６０】
このとき、ライフチェック部２１０が他局のＣＮＳ２２の内の少なくとも一つが正常でないと判定した場合は、ステップＳ１２に移行して異常処理部２１１によってユニット占有処理を中止する。これにより、複数のバッチが同じ設備内に混入する危険性を防止することができる。一方、ステップＳ９において他局のＣＮＳ２２が全て正常と判定した場合には、ステップＳ１０においてユニット占有管理部２０４が制御バス５を介して他局のＣＮＳ２２のユニット占有状態を読み込む。
【００６１】
最後にステップＳ１１において、バッチ製造プラントの各ユニット同士が競合することなく互いに協調して占有管理されるように、ユニット占有状態およびユニット占有予約を自局のＣＮＳ２１のユニット占有状態テーブル２０６およびユニット占有予約テーブル２０７、および他局のＣＮＳ２２のユニット占有状態テーブル２０６およびユニット占有予約テーブル２０７の各情報の論理和をとり、全てのＣＮＳ２１，２２のユニット占有状態およびユニット占有予約を自局のＣＮＳ２１のユニット占有状態テーブル２０６およびユニット占有予約テーブル２０７に反映する。
【００６２】
このように、この実施の形態１に係るバッチプロセス制御装置は、制御対象となるバッチ製造プラントに複数の設備系列が存在する場合は、設備系列毎にＣＮＳ２１，２２を設置し、各々のＣＮＳ２１，２２内にバッチサーバ機能部６１，６２と各設備系列を制御するフェーズロジック部７１，７２とを設けることにより、複数のバッチサーバ機能部６１，６２が個々に独立してバッチ製造ができるようにしているため、各々のバッチサーバ機能部６１，６２の負荷が軽減される。したがって、バッチサーバ機能部６１，６２がフェーズロジック部７１，７２への起動処理を行うプロシージャ要素間の遷移の際に要する遷移時間が短かくなり、かつバラツキも小さくなる。このため、フェーズロジック間の遷移が数秒以内のオーダのサイクルタイムで制御処理を行う必要があるプロセスに対しても十分に対処することができるようになる。
【００６３】
また、バッチサーバ機能部６１，６２がフェーズロジック部７１，７２とともに同じＣＮＳ２１，２２に内蔵されているため、バッチサーバ機能部６１，６２とフェーズロジック部７１，７２間の制御指令や処方データ、および状態信号の通信はＣＮＳ２１，２２内で行なわれる。このため、プロシージャ要素の遷移の際、つまりバッチサーバ機能部６１，６２がフェーズロジック部７１，７２への起動処理を行う際には、制御バス５の通信トラフィックには全く影響を与えることがない。
【００６４】
しかも、フェーズロジック部７１，７２は、系列独立設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジック８１，８２と、系列間共有設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジック８３とに分類して配置し、系列独立設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジック８１，８２は、第１、第２のＣＮＳ２１，２２に固有のものとし、また、系列間共有設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジック８３は、第１、第２のＣＮＳ２１，２２に共通のものとしているので、バッチ運転中にバッチプロセス制御装置を構成するＣＮＳ２１，２２のいずれかに障害が発生した場合にも、残りの正常なＣＮＳによってこれに属する設備系列のプロセス機器４を制御することによってバッチ実行を継続することができる。たとえば、第１の設備系列を制御するＣＮＳ２１が故障しても、他局のＣＮＳ２２によって第２の設備系列のバッチ実行を継続することができる。
【００６５】
さらに、バッチサーバ機能部６１，６２のユニット占有管理部２０４が他局のユニット占有状態およびユニット占有予約を互いに監視しながユニット占有管理を行っているため、複数のＣＮＳ２１，２２にそれぞれ配置されたバッチサーバ機能部６１，６２が制御するバッチ間で同一ユニットを同時に占有する過ちは犯さない。すなわち、異なるバッチが同一設備に混入する危険性が排除される。
【００６６】
さらにまた、ライフチェック部２１０が他局のＣＮＳの故障の有無を常時監視し、他局のＣＮＳのいずれかに障害が発生したことが検知された場合には、これに応じて異常処理部２１１がプロシージャ要素間の遷移を中断するため、この場合にも異なるバッチが同一設備に混入する危険性が排除される。
【００６７】
しかも、バッチサーバ機能部６１，６２はＣＮＳ２１，２２に内蔵されているため、ＯＰＳ１からスケジュールデータが既に転送されている場合には、たとえＯＰＳ１に異常が発生してもバッチ実行を継続することが可能となる。
【００６８】
なお、この実施の形態１では、本発明の理解を容易にするために、バッチ製造プラントが第１、第２の２つの設備系列で構成されている場合について説明したが、本発明は、このような２系列のものに限定されるものではなく、さらに多数の設備系列を有するバッチ製造プラントに対しても当然適用することができる。また、バッチ製造プラントは、図１に示したような原料調合によって製品化するものに限らず、加工、合成、反応等やこれらを組み合わせた各種のプロセスを得て製品化されるものに適用されるものである。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明に係るバッチプロセス制御装置は、制御対象のバッチ製造プラントに複数の設備系列が存在する場合は、設備系列毎にＣＮＳを設置し、各々のＣＮＳ内にバッチサーバ機能部と各設備系列を制御するフェーズロジック部とを共に設けることにより、複数のバッチサーバ機能部が個々に独立してバッチ製造ができるようにしているため、各々のバッチサーバ機能部の負荷が軽減される。
【００７０】
したがって、バッチ製造状況に応じて遷移するプロシージャ要素の数が多く、複数のフェーズロジックへ同時に起動指令を発行する場合でも、一定時間内に遷移のための命令を発信することができる。このため、プロシージャ要素間の遷移の際に要する遷移時間が短時間でかつバラツキも小さくなり、フェーズロジック間の遷移が数秒以内のオーダのサイクルタイムで制御処理を行う必要があるプロセスに対しても十分に適合することができるようになる。
【００７１】
また、バッチサーバ機能部がフェーズロジック部とともにＣＮＳに内蔵されているため、バッチサーバ機能部とフェーズロジック部間の制御指令や処方データ、および状態信号の通信はＣＮＳ内で行なわれる。このため、プロシージャ要素の遷移の際、つまりバッチサーバ機能部がフェーズロジック部への起動処理を行う際には、制御バスの通信トラフィックには全く影響を与えることがない。このため、同一制御バス上に接続されたバッチ制御以外の機能を有するＯＰＳあるいはＣＮＳの処理に影響を及ぼさない。
【００７２】
さらに、各設備系列ごとにその設備系列を個別に制御するコントロールステーションが割り当てられて配置され、かつ、フェーズロジック部には、系列独立設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジックと、系列間共有設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジックとが分類して配置されているので、バッチ運転中にバッチプロセス制御装置を構成するＣＮＳのいずれかに障害が発生した場合にも、残りの正常なＣＮＳによってその制御対象となる設備系列のプロセス機器によってバッチ実行を継続することができる。しかも、バッチプロセス制御装置あるいはバッチ製造プラント設備の定期点検等のメンテナンス作業を設備系列毎に実施することにより、バッチ製造の継続を行いながらバッチプロセス制御装置あるいはバッチ製造プラントのメンテナンスを行うこともできる。その結果、バッチ製造プラントの稼働率を向上させることが可能になる。
【００７３】
さらにまた、バッチサーバ機能部をＣＮＳに実装しているため、バッチ製造中にＯＰＳに障害が発生しても、ＣＮＳのみでバッチ製造を継続することができるという副次的な効果も得られる。
【００７４】
さらに、請求項１記載の発明に係るバッチプロセス制御装置は、バッチサーバ機能部のユニット占有管理部が他局のユニット占有状態およびユニット占有予約を互いに監視しながらユニット占有管理を行っているため、バッチ製造プラントに系列間共有設備が存在する場合でも、複数のＣＮＳにそれぞれ配置されたバッチサーバ機能部が制御するバッチ間で同一ユニットを同時に占有する過ちは犯さない。すなわち、異なる複数のバッチが同一設備に混入する危険性が排除される。
【００７５】
請求項２記載の発明に係るバッチプロセス制御装置は、請求項１記載の発明の効果に加えて、ライフチェック部が他局のＣＮＳの故障の有無を常時監視し、他局のＣＮＳのいずれかに障害が発生したことが検知された場合には、これに応じて異常処理部がプロシージャ要素間の遷移を中断するため、この場合にも異なるバッチが同一設備に混入する危険性が排除される。したがって、他局のＣＮＳ異常にも製造中バッチを安全な状態に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のバッチプロセス制御装置が適用されるバッチ製造プラントの設備構成の一例を示す配置図である。
【図２】 図１のバッチ製造プラントに適用される本発明の実施の形態に係るバッチプロセス制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】 図２に示した同装置におけるバッチサーバ機能部のさらに具体的な構成を示すブロック図である。
【図４】 本発明のバッチプロセス制御装置内のユニット占有状態テーブルの動作状態の一例を示すメモリマップ図である。
【図５】 本発明のバッチプロセス制御装置内のユニット占有予約テーブルの動作状態の一例を示すメモリマップ図である。
【図６】 図２のバッチサーバ機能部を構成するユニット占有管理部における制御動作を示すフローチャートである。
【図７】 従来のバッチプロセス制御装置の構成を示すブロック図である。
【図８】 Ｓ８８.０１規格に基づくプロシージャコントロールモデルの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ オペレータステーション（ＯＰＳ）、２１，２２ コントロールステーション（ＣＮＳ）、４１，４２ 系列独立設備用プロセス機器群、４３ 系列間共有設備用プロセス機器群、４ プロセス機器、５ 制御バス、６１，６２ バッチサーバ機能部、７１，７２ フェーズロジック部、８１，８２，８３ フェーズロジック、２０４ ユニット占有管理部（占有管理手段）、２０６ ユニット占有状態テーブル、２０７ ユニット占有予約テーブル、２１０ ライフチェック部、２１１ 異常処理部。
Claims (2)
- 複数の設備系列で構成されているバッチ製造プラントを制御対象とするバッチプロセス制御装置であって、各設備系列ごとにその設備系列を個別に制御するコントロールステーションが割り当てられて配置されており、各々のコントロールステーションには、バッチ実行のための手順制御を行うバッチサーバ機能部と、このバッチサーバ機能部の処方に基づいて制御対象となるプロセス機器を制御するフェーズロジック部とが共に内蔵されており、
前記バッチサーバ機能部は、複数の設備系列間で共有される共有設備か自局に割り当てられているその設備系列に固有の独立設備かを判断するとともに、共有設備と判断した場合には自他のコントロールステーションによる各共有設備の占有状態の情報を入手してその占有状態が互いに競合しないように管理する占有管理手段を備え、この占有管理手段によって共有設備を互いに協調して占有管理する一方、
前記フェーズロジック部は、前記独立設備に設けられる一群のプロセス機器である系列独立設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジックと、前記共有設備に設けられる一群のプロセス機器である系列間共有設備用プロセス機器群を制御対象とするフェーズロジックとが分類して配置されている、ことを特徴とするバッチプロセス制御装置。 - 前記各コントロールステーションには、他局のコントロールステーションの故障の有無を監視するライフチェック部と、このライフチェック部により他のコントロールステーションの故障が検知された場合には、自局のバッチ制御を一時停止する異常処理部とが設けられていることを特徴とする請求項１記載のバッチプロセス制御装置。
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