JP3936935B2 - プロセス測定用ポイント - Google Patents

Description

本発明は、分光計ならびに同分光計からの測定データ信号を受信し、処理を加え、送出する測定送信器を備えたプロセス測定用ポイントに関するものである。

分光分析は、ガスや液体の製造プロセス分野に限って言えば、当該製造に関する進行具合、同製造に関する生成物質または同製造に関する生成物質のその時点までに生成した量に関わる知識を獲得し、それに基づき、例えば、その分析時点までに完了した二物質間の変換状況を評価するために実施される。

従来からの手法にあっては、場合に応じてプロセスあるいはプロセス流体から入手した検体試料について、一つのケースにあっては同検体試料を適当な試料容器に入れ直接分光計装置に装着し分析を実施する。その分析結果はPCに入力され検討が加えられる。別のケースにあっては、分光計に試料液体を直接装着することを不用とする目的で同検体試料を管で引出して、引出し部分の検体試料と分光計との間が光導波路で接続される。

これら従来からの手法における問題点は、これらの操作に必要以上の長時間が消費されることである。ちなみに、ひとつは、検体試料の採取に人と時間が必要であることであり、ほかには、連続プロセスでは検体試料の採取と分光分析の結果取得との間に常に遅れが生じることである。すなわち、そのようなオフライン測定では、プロセスに直接追従することや、ひいては、分光分析によるその制御や管理は、不可能である。

加えて、非連続の測定のみに伴う不便さと並行して、検体試料の採取が常に健康へのリスク要因であることに留意しなければならない。これは検体試料の採取作業者が採取対象とする流体と接触する可能性が存在することによる。また、当該製造プロセス物質を汚染する可能性も存在する。

特に、光導波路を用いる測定にあっては、光を液体内に結合し、そこから同光を分光計に送り返すことになるが、そのような光導波結合は、むやみに長い距離に渡って実現することは不可能であり、また、全てのスペクトル領域で使用するということも不可能である。

このようなことから、本発明は、分光計を備えたプロセス測定用ポイントであって、インサイチュー（in-situ）かつオンライン（on-line）で即時の連続測定を可能にするプロセス測定用ポイントを提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達するため、少なくとも一つの分光計と、該分光計に接続され、該分光計からの測定信号を受取り、処理し、送出する測定送信器とを備えた、プロセス測定用ポイントであって、前記分光計は、プロセスまたはプロセス流、すなわちプロセス流体の中へ挿入するためのプローブ（armature）の中に設置され、前記分光計で生成されたデータはプロセスの制御に用いられるものであり、前記プローブは、前記分光計を受容し、かつプロセスまたはプロセス流体を収容するプロセス容器に前記プローブを固定するためのハウジングと、前記分光計と相互に作用するセンサーとを含み、該センサーはその軸方向に前記プローブ内で移動可能に案内され、かつ該センサーは、場合によっては伸長した状態で、前記プロセスまたはプロセス流体の中に突き出る位置をとる。

本発明になる、この様な測定用ポイントの利点は、分光計を離れた位置に設置するのでなく、従来からあるノズルに使用される適当なプローブの中に収納して、反応容器やパイプライン上の適当な測定点に設置出来ることである。その結果、時間の浪費と危険な化学物質の取り扱いをともなう検体試料の採取作業が不要になる。

加えて、反応容器そのものの内部での連続した測定を行えることである。これに伴って、変換プロセスを追跡できるし、分光計で得た結果に基づき当該プロセスを直接的にコントロールすることもできる。

前記プローブ内に装着することにより、分光計を防爆仕様でプローブ内に設置することが出来るため、爆発危険区域内における使用も可能になる。
通常、分光計は距離の長い光導波路を介して接続されており、これだと全ての波長領域では使用できないという問題があったが、この様な長い光導波路の使用も不要となる。媒体までの極短い光経路を橋渡しするだけで良く、その結果、UV域、可視域、近赤外域ならびに中間赤外域における分光分析が可能になる。

前記測定送信器には１台以上の分光計を接続することが出来る。同分光計は、更なるセンサーに接続し、それらからの多様な測定対象パラメータ、例えば、ｐH、導電度などの測定に利用できる。 同測定送信器は表示すること、評価することのほか、例えばプロフィバス（Profibus）、ファウンデーション（Foundation）、フィールドバス（Fieldbus）、イーサネット（登録商標）（Ethernet（登録商標））などの、プロセスに対応したインターフェースを介してプロセス制御ポイントへスペクトルを送出することもできる。それを受けて同プロセス制御ポイントは同スペクトルのそれぞれに相当する測定パラメータを追跡する作業を実行する。

当該測定送信器とそれに外部接続されたＰＣとの双方に用いる同一のオペレーション・サーフェスとして、例えば、同一のデバイス・タイプ・マネジャー(Device Type Manager：DTM)をそれら双方に採用することが可能である。

例えば、ＦＤＴコンセプト（Ｆｉｅｌｄ Device Tool コンセプト）に従った標準インターフェース規格を使うのが好適である。
前記測定送信器は、更に前記の測定パラメータを相互に関連付け、それら値を用いた計算を実行でき、また必要に応じてプロセス調整を実行する種々の部門と同調した作業、例えばプロセス規制やプロセス制御を遂行できる。

一方、前記分光計は、特に、インライン（in-line）かつインサイチュー（in-situ）の、および／ または連続した測定信号を配信する。
前記センサーは、前記分光計をプロセスおよび／またはプロセス流体に光結合する光導波デバイス、特に複数の光導波路を含んでいても良い。光を液体に結合し液体から出てくる同光を分光計に送リ返すにあたり、光導波路を用いた従来技術に基づくケースにおける従来からある接続とはことなり、本発明になるケースにあっては短い距離間を繋ぐだけのものとなる。

本ケースにあっては、該接続は、例えば吸収あるいはＡＴＲ（Attenuated Total Reflection 減衰全反射）によって行われうるが、このような接続は液体や気体に光を結合する手法として一般的なものである。しかしこれら例としてあげたものとは異なる接続を利用することも考えられる。

前記プロセス分光計は、例えば回折格子型分光計、ＡＴＯＦ結晶回折型分光計あるいはそれ以外の方式の分光計として良い。
分光計を測定送信器に接続するについて、同接続は例えばデジタルまたはアナログの電気的接続であって良く、あるいは、例えばデジタルデータを光導波路により送信するような光学的接続であっても良い。

採用する分光計は、様々な波長領域で使用可能な、市販されている一般的な分光計であって良い。同分光計は前記プローブの内部で交換可能であって良く、また同プローブは往復運動の可能なプローブであって良い。

測定が別の波長領域で行われる等の場合にあっては、前記プローブ内の全要素はセンサーも含めて、特に光導波路部や分光計自身は、交換可能である。これに関連していえば、前記センサーは、その長手方向に伸ばされた状態の時はプロセスあるいはプロセス流体の中に、すなわち測定実施場所に位置し、引き込み収納された状態にあっては清掃実施あるいは補正実施場所に位置する。更に、この関連では前記測定送信器は同分光計の清掃あるいは補正を実施するため、往復運動の可能な前記プローブの制御を行うものとする。これは時刻とその時刻における実行動作の両方をプログラムコントロールのもとに置き進められるが、そのコントロールを外部から行っても良いし、測定データ信号そのものが行っても良い。この様にして、例えば汚染を検出した時に清掃を自動で実施し、あるいは測定データの値に疑義があるときには補正液を用いる補正行為を自動で実施することが可能になる。

この目的のため、センサー保持具に保持された前記センサーは、プロセス媒体内から同センサーの軸方向に前記プローブの内部をガイド部品に沿って移動させられ、同プローブの内部に収められ、詳細には清掃作業位置または補正作業実施位置に移され、所期の処置をうける。同センサーは、その後必要に応じ下方向にすなわちプロセス媒体中に戻される。

本発明の利点や特徴は以上述べた事項に留まるものでなく、これら以外にも存在するが、本願の以下の記述から明らかになるものである。以下には本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

添付する唯一の図面は化学または石油化学工業における製造プロセスのための本発明の測定用ポイントを示すものである。同図において、プロセス測定用ポイントは、その全体が参照符号１０によって示されている。

同プロセス測定用ポイントには、測定送信器１２と２つのプローブ１４、１６（armature）が備わっている。同プローブ１４、１６の各々は、それぞれに属するハウジング１８、２０内に設置されたプロセス分光計（図示されていない）を備えている。

当該分光分析器そのものは一般的な、市販されているデバイスであって、一定の波長領域での使用を前提として設計されている。ここで用いる分光計は防爆仕様のものである。
前記プローブ１４，１６は他に、それぞれのセンサーを収容するセンサー固定具２２，２４を持っており、これらはその軸方向（矢印２６で示す方向）に移動できる。

同図には、例えば化学反応容器内において、センサー固定具２２，２４が伸長し測定実行時に相当する状態で、すなわちプロセス流体中に突き出された時の状態で示されている。
センサーの開口部２２o、２４oを清掃したり、センサーを補正したりするため、センサー固定具２２、２４は、前記プローブ１４、１６のハウジング部２８、３０の内部に引き込むことができ、そうなれば同固定具２２、２４はプロセス流体の中に突き出さない。この関連でいえば、前記センサー固定具２２、２４用の出口開口部は閉じられ同流体とプローブ１４、１６との接触はその時点で断たれる。

前記センサー保持具２２、２４の内部には光導波路が置かれ、これら光導波路は吸収法により光を流体内に結合する。測定用開口部２２o、２４o内には当該液体の流れがあり、この開口部分でこの瞬間に測定は実行される。

これら２つのプローブの測定信号はライン３３を通して前記測定送信器１２に送出される。同測定送信器１２は複数パラメータ測定送信器として働くものであり、前記分光計の測定信号を受取り、処理を加え、送出する。

前記分光計の測定信号と並行して、測定送信器１２はライン２９上で他のセンサーの測定信号、例えばｐＨや導電度などの信号を受信する。
獲得したデータは測定送信器１２によって、インターネット接続３０、あるいはプロフィバス接続３２を経由して、前記製造プロセスの制御を司るプロセス制御システムに送られる。

前記測定送信器１２はその他、個々の測定パラメータを関連付け、それらに基づき計算を実行し、プロセス調整部品との相互行為を助ける。
更に加えて、同測定送信器１２は前記分光計の清掃や補正を実行する為に、往復運動が可能なプローブ１４，１６を制御できる。

前記測定送信器と外部接続用ＰＣの双方が共通して利用する同一オペレーション・サーフェスとしては、例えばデバイス・タイプ・マネジャー（ＤＴＭ）がある。
あるいは、上記に替えて、例えばＦＤＴ-コンセプト(フィールド・デバイス・ツール コンセプト)に基づく標準インターフェース規格を用いることが出来る。

前記測定送信器は補正作業の実行によっても正確さを取り戻せず清掃の必要性を感知あるいは清掃が必要と判断すると、前記センサー保持具２２、２４を矢印３２で示した方向に引き込み前記プローブ１４、１６のハウジング部２８、３０に取り込む。これらセンサー保持具２２、２４が通った開口部は閉鎖される。そして同ハウジング部２８，３０において同センサーの補正ないし清掃作業が実行される。補正や清掃の作業が完了すると、同センサー保持具２２、２４は矢印２６の方向に伸長され再びプロセスと接続される。

前記分光計と前記測定送信器１２とを接続するライン２８は、ここではアナログの電気信号ラインである。
前記プローブ１４，１６はそれぞれに具備されたフランジ１４ｆ、１６ｆによってパイプラインに結合され、引いては同パイプラインに繋がっているノズルに、あるいは場合によっては反応容器内のノズルに強固にまたそのしかるべき位置から移動しない様に接合される。

この様にして化学製品のスペクトルのインサイチューの測定を連続して行うこと、ひいては製造プロセスを監視することが可能になる。 これによって時間がかかり、当該作業員にとって危険である上、連続したプロセスの追跡を不可能なものにしてしまう試料採取作業を不要のものに出来るものである。この様にして、前記スペクトル、製造プロセスの連続した監視がより経済的に実行できる様になる。製造プロセス中に当該製造物質が所定量にまで生成され次第、製造プロセス中の早い時点においてそれを認知できるため、製造時間の短縮をもたらすこともある。

化学または石油化学工業における製造プロセスのための本発明の測定用ポイントを示す図である。

Claims (13)

1. 少なくとも一つの分光計と、該分光計に接続され、該少なくとも一つの分光計からの測定信号を受取り、処理し、送出する測定送信器（１２）とを備えた、プロセス測定用ポイントであって、
   前記分光計はプロセス流体中への挿入のためのプローブ（１４，１６）の中に設置され、前記分光計で生成されたデータはプロセス流体の制御に用いられるものであり、
   前記プローブ（１４，１６）は、前記分光計を受容し、かつ前記プロセス流体を収容するプロセス容器に前記プローブ（１４，１６）を固定するためのハウジング（１８，２０）と、前記分光計と相互に作用するセンサーの組み込まれたセンサー保持具（２２，２４）とを含み、該センサーはその軸方向に前記プローブ（１４，１６）内で移動可能なように案内され、かつ前記センサー保持具（２２，２４）は、伸長し前記プロセス流体の中に突き出て測定を可能にする位置と、前記プロセス流体中から退避してハウジング（２８，３０）内に引き込まれた位置とをとり得るプロセス測定用ポイント。
2. 前記分光計は、インサイチューかつインラインの、および／または連続した測定信号を供給する請求項１記載のプロセス測定用ポイント。
3. 前記センサー保持具（２２，２４）は、前記分光計を前記プロセス流体に光結合する光導波路を有する請求項１または２記載のプロセス測定用ポイント。
4. 前記分光計がＡＴＯＦ結晶回折型分光計あるいは回折格子型分光計である請求項１乃至３のいずれかに記載のプロセス測定用ポイント。
5. 前記プロセス流体との接続は吸収あるいはＡＴＲによって行われる請求項１乃至４のいずれかに記載のプロセス測定用ポイント。
6. 前記分光計が電気的あるいは光学的に前記測定送信器（１２）と接続されている請求項１乃至５のいずれかに記載のプロセス測定用ポイント。
7. 前記センサー保持具（２２，２４）が、その引き戻された状態にあっては、前記ハウジング（２８，３０）内の前記センサーの清掃あるいは補正作業用位置に置かれる請求項１乃至６のいずれかに記載のプロセス測定用ポイント。
8. 前記分光計が前記プローブ（１４，１６）内において交換可能である請求項１乃至７のいずれかに記載のプロセス測定用ポイント。
9. 前記清掃および／あるいは補正作業の実施間隔が前記測定送信器（１２）によって制御可能である請求項７に記載のプロセス測定用ポイント。
10. 前記測定送信器（１２）がプロセス流体を制御するプロセス制御システムと接続されている請求項１乃至９のいずれかに記載のプロセス測定用ポイント。
11. 前記測定送信器（１２）にセンサーを追加的に接続できる請求項１乃至１０のいずれかに記載のプロセス測定用ポイント。
12. 前記測定送信器（１２）と外部接続されたＰＣの双方に同一のデバイス・タイプ・マネジャーを使用する請求項１乃至１１のいずれかに記載のプロセス測定用ポイント。
13. 前記測定送信器（１２）が外部のＰＣとフィールド・デバイス・ツールコンセプトに依拠したインターフェースを経由して接続されている請求項１乃至１１のいずれかに記載のプロセス測定用ポイント。

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