JP4557625B2 - 化学プラント設計支援方法及び化学プラント設計支援プログラム - Google Patents

Description

本発明は、化学プラントの設計支援を行うための化学プラント設計支援方法及び化学プラント設計支援プログラムに関する。

化学プラント（特にバッチプラント）の設計には、化学物質の生産に用いる各装置の配置や接続関係等を設計するハードウェア設計と各装置の動作手順等を設計するソフトウェア設計とが必要である。

従来は、化学プラントを実際に使用するユーザと化学プラントの施工会社との間に立つ仲介者が、ユーザから各装置の配置や接続関係及び各装置の動作手順等を聞き出し、化学プラントに用いる装置のリストや、各装置の動作手順を記述したシーケンスチャート等をコンピュータにより作製し、作製したリストやシーケンスチャート（以下、設計図面という）を紙に印刷して化学プラントの施工会社に提出し、化学プラントの施工会社がこの設計図面を基に、実際に化学プラントを施工したり、化学プラントの動作を制御するためのソフトウェアを作製したりするといったことが行われている。

上記のような設計図面は、多数の情報が記載されただけのものであるため、ユーザの提示した設計内容が正確に設計図面に記載されているかを確認するためには、リストとシーケンスチャートとを照らし合わせながら各装置の動きを一つ一つ確認する作業が必要となり、その確認が面倒であると共に、化学プラントの動きを直感的に把握することができないという問題点があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、化学プラントの設計内容を簡単且つ直感的に確認することが可能な化学プラント設計支援方法及び化学プラント設計支援プログラムを提供することを目的とする。

本発明の化学プラント設計支援方法は、メモリを有するコンピュータと、前記コンピュータに接続される表示装置とを用いて化学プラントの設計支援を行うための化学プラント設計支援方法であって、前記コンピュータが、前記メモリに予め記憶されている前記化学プラントの設計データに基づいて、前記化学プラントの構成図を前記表示装置に表示させる構成図表示ステップと、任意のタイミングにおける前記化学プラントの動作を確認するための確認指示に応じて、前記コンピュータが、前記設計データに含まれる前記化学プラントの動作状態を示す動作状態データに基づき、前記表示装置に表示中の構成図を、前記任意のタイミングにおける前記化学プラントの動作状態に応じた構成図に切り替える構成図切り替えステップと、前記確認指示に応じて、前記コンピュータが、前記任意のタイミングにおける前記化学プラントの動作状態を設定及び確認するための設定確認画面を前記表示装置に表示させる設定確認画面表示ステップと、前記構成図の切り替え後に前記動作状態の変更指示が行われた場合、前記変更指示に応じて、前記コンピュータが、前記任意のタイミングにおける動作状態データを、前記設定確認画面にしたがって入力された動作状態の内容に基づいて更新する動作状態データ更新ステップとを含むものである。

この方法により、化学プラントの設計内容を簡単且つ直感的に確認することが可能とな
る。また、この方法により、化学プラントの任意のタイミングにおける動作状態データを簡単な操作により修正することが可能となる。

本発明の化学プラント設計支援方法は、前記構成図切り替えステップは、前記表示中の構成図に含まれる前記化学プラントを構成する各装置の表示色を、前記任意のタイミングにおける前記各装置の動作状態に応じた色にすることで前記切り替えを行う。

本発明の化学プラント設計支援プログラムは、前記化学プラント設計支援方法の各ステップをコンピュータにより実行させるためのプログラムである。

本発明によれば、化学プラントの設計内容を簡単且つ直感的に確認することが可能な化学プラント設計支援プログラムを提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本発明の実施形態では、化学プラントの設計支援を行うための化学プラント設計支援プログラムについて説明する。尚、本発明に係る化学プラント設計支援方法は、化学プラント設計支援プログラムによって動作するコンピュータの処理ステップと同様であるため、上記プログラムの処理の説明に含まれる。化学プラント設計支援プログラムを実行するコンピュータには表示装置が接続されている。

図１〜図５は、本発明の実施形態を説明するための化学プラント設計支援プログラムによって動作するコンピュータに接続された表示装置に表示される画面例を示す図である。

まず、ユーザが、化学プラント設計支援プログラムを起動させると、コンピュータは、図１に示すような画面を表示させる。図１に示す画面には、設計対象となる化学プラントの構成（各装置の配置や接続関係）を示す構成図を表示するための画面１と、画面１に表示された化学プラントの任意のタイミング（ステップ）における各装置の動作状態を設定及び確認するための画面２，１３（設定確認画面）と、化学プラントの動作シーケンスの種類を登録するための画面３と、化学プラントの動作ステップや動作シーケンス種類を設定及び確認するための画面４と、画面１に表示された化学プラントの任意のタイミング（ステップ）における各装置の動作状態を設定及び確認するための画面５と、コンピュータに各種指示を行うためのアイコン６〜１２とが表示される。

この状態で、ユーザが、図示しないメニューから化学プラントの構成図の雛型を選択すると、コンピュータは、メモリ（このメモリは内蔵メモリであっても良いし、外部メモリであっても良い）に予め登録されている雛型の構成図データを読出し、構成図データに基づいて、化学プラントの雛型の構成図を図２に示すように画面１に表示させ、その構成図に含まれる化学プラントを構成する各装置（ａ〜ｃ）に付与されたタグとその名称のリストを画面２に表示させる。画面１に示す構成図によれば、薬品の注入口に受入弁ａが接続され、受入弁ａに反応釜が接続され、反応釜に底弁ｂが接続され、底弁ｂにポンプｃが接続され、ポンプｃが薬品の排出口に接続された化学プラントが表現されている。ここで、化学プラントを構成する各装置とは、化学プラントを制御する制御装置（プログラム）によって動作状態が変化する装置のことを言う。反応釜は、機械によって動作しているわけではないため、ここでいう装置には含まれない。

尚、図２に示す画面の状態で、化学プラントの構成を変更することもできる。この場合は、化学プラント設計支援プログラムに含まれるＧＵＩプログラムによってユーザが画面１内を操作する。例えば、ユーザは、受入弁ａを選択し、コピー＆ペーストを行って化学プラントの構成に新しい装置を追加する。そして、追加した装置を選択してタグ変更アイコン６を押し、その装置のタグ及び名称を入力することで、その装置がコンピュータによって画面２のリストに追加される。このような操作を行うことで、ユーザは、任意の化学プラントの構成図を作成することができる。又、上記では雛型を用いているが、雛型を用いずに、化学プラントの構成図を全てユーザが作成することも可能である。

構成図の作成を終了すると、ユーザは、画面１の構成図に示した化学プラントの動作状態の設定を行う。まず、ユーザは、図３に示すように、画面３の使用フェイズの欄に動作シーケンス種類として「受液」を入力し、モードの欄に「１」を入力する。コンピュータは、入力された内容で動作シーケンス種類をメモリに記憶する。モードとは、同じフェイズがあるときにそれらを区別するためのものである。

次に、ユーザは、画面４のシーケンスの欄を選択する。シーケンスの欄はプルダウンメニューになっており、プルダウンメニューの中には、画面３で記憶されたフェイズが含まれている。ユーザは、プルダウンメニューの中から「受液」フェイズのモード「１」を選択し、ステップの欄に数字「１」を入力する。これにより、受液フェイズのステップ１において、各装置をどのように動かすか（動作状態）を設定する準備が整う。

受入弁ａと底弁ｂは、ｏｎ（開く），ｏｆｆ（閉じる）の２つの状態をとり、ポンプｃは、ｏｐｅｎ（運転），ｃｌｏｓｅ（停止）の２つの状態をとることができる。これらの動作状態の設定は、画面２及び画面１３を用いて行う。ユーザは、画面２の各装置のＡｃｔｉｏｎの欄に、各装置の動作状態（空欄，ｏｎ，ｏｆｆ，ｏｐｅｎ，ｃｌｏｓｅのいずれか）を入力する。例えば、ユーザは、底弁ｂのＡｃｔｉｏｎの欄に「ｏｆｆ」、受入弁ａのＡｃｔｉｏｎの欄に「ｏｆｆ」、ポンプｃのＡｃｔｉｏｎの欄に「ｃｌｏｓｅ」を入力し、画面１３の移行条件の欄に「準備完了」を入力する。そして、アイコン７を押してステップ１における動作状態の登録をコンピュータに指示する。この指示に応じて、コンピュータは、画面２，１３に入力された内容を受液フェイズのステップ１の各装置の動作状態データとしてメモリに保存するとともに、画面５のリストを図３のように更新する。 画面５のリストによれば、受液フェイズのステップ１では、底弁ｂ及び受入弁ａがｏｆｆ、ポンプｃがｃｌｏｓｅとなり、これらの準備が完了した時点で、次のステップに移行することができるといった内容を、文字で確認することができる。尚、画面１に表示された構成図や画面５のリストが、従来用いられている設計図面に相当する。

次に、ユーザは、図４に示すように、画面３のフェイズの欄に動作シーケンス種類として「送液」を入力し、モードの欄に「１」を入力する。コンピュータは、入力された内容で動作シーケンス種類をメモリに記憶する。そして、ユーザは、画面４のシーケンスの欄を選択し、プルダウンメニューの中から「送液」フェイズのモード「１」を選択し、ステップの欄に数字「１」を入力する。これにより、送液フェイズのステップ１において、各装置をどのように動かすか（動作状態）を設定する準備が整う。

ユーザは、例えば、画面２の底弁ｂのＡｃｔｉｏｎの欄に「ｏｎ」を入力し、受入弁ａ及びポンプｃのＡｃｔｉｏｎの欄を空欄とする。そして、アイコン７を押してステップ１における動作状態の登録をコンピュータに指示する。この指示に応じて、コンピュータは、画面２，１３に入力された内容を送液フェイズのステップ１の各装置の動作状態データとしてメモリに保存するとともに、画面５のリストを図４のように更新する。尚、画面２のＡｃｔｉｏｎの欄を空欄にした場合は、前のステップ（この場合は受液フェイズのステップ１）の動作状態が維持された状態が登録される。図４に示す画面５のリストからは、「送液フェイズのステップ１では、底弁ｂのみがｏｆｆからｏｎに切り替わり、受入弁ａ及びポンプｃは受液フェイズのステップ１の動作状態のままとなっている」ことを確認することができる。

ユーザは、同様の手順を繰り返して送液フェイズのステップ４までの動作状態を登録して、画面１に示す構成の化学プラントの設計を終了する。送液フェイズのステップ４までの動作状態が登録されたときの画面は例えば図５に示すような画面となる。コンピュータは、画面１に示す構成図の化学プラントの設計が終了した時点で、画面１に示す構成図の構成図データを上記保存した動作状態データと対応付けてメモリに保存する。つまり、メモリには、設計した化学プラントの構成図データと、その化学プラントの動作状態を示した動作状態データとが対応付けて記憶される。この構成図データと動作状態データとを併せたデータを、化学プラントの設計データと定義する。

本実施形態の化学プラント設計支援プログラムは、上記のように化学プラントの設計データをＧＵＩを用いて保存できることの他に、設計した化学プラントの動作を再現するシミュレーション機能を備えている。以下、このシミュレーション機能について説明する。

図６は、本発明の実施形態を説明するための化学プラント設計支援プログラムのシミュレーション機能によって動作するコンピュータの動作フローを示す図である。図７〜１１は、本発明の実施形態を説明するための化学プラント設計支援プログラムのシミュレーション機能によって動作するコンピュータに接続された表示装置に表示される画面例を示す図である。

まず、ユーザが、化学プラント設計支援プログラムを起動し、シミュレーションを行いたい化学プラント（ここでは上記で設計した化学プラントとする）を選択する。コンピュータは、ユーザにより選択された化学プラントの設計データをメモリから読み出し、設計データに含まれる構成図データに基づいて、ユーザにより選択された化学プラントの構成図を画面１に表示させ、設計データに含まれる動作状態データに基づいて、ユーザにより選択された化学プラントの動作状態のリストを画面５に表示させる。又、コンピュータは、画面１に構成図を表示させると同時に、画面１に表示させた化学プラントの各装置のタグ及び名称のリストを画面２に表示させる（Ｓ１）。これらの処理により、表示装置には図７に示すような画面が表示される。

図７に示す画面上でユーザが画面４のシーケンス欄から「送液」を選択してスタートアイコン８を押すと、コンピュータは、シミュレーションモードへと移行する。ユーザがスキップアイコン１０を押して、任意のタイミング（ここではステップ１）における化学プラントの動作を確認するための確認指示を行うと（Ｓ２：ＹＥＳ）、この指示に応じてコンピュータは、読み出した設計データに含まれる動作状態データに基づき、画面１、画面２、及び画面１３の表示内容を、ステップ１の動作状態に応じた内容に切り替える（Ｓ３）。

例えば、コンピュータは、画面１に表示させている構成図に含まれる各装置の表示色をステップ１における各装置の動作状態に応じた色に変えた構成図データを生成し、この構成図データに基づく構成図を画面１に表示させる。本実施形態では、受入弁ａ及び底弁ｂがｏｎの状態のときに、受入弁ａ及び底弁ｂの表示色が灰色（図では斜線で表現している）となるようにし、受入弁ａ及び底弁ｂがｏｆｆの状態のときに、受入弁ａ及び底弁ｂの表示色が白色となるようにしている。又、ポンプｃがｏｐｅｎの状態のときに、ポンプｃの表示色が灰色となるようにし、ポンプｃがｃｌｏｓｅの状態のときに、ポンプｃの表示色が白色となるようにしている。

Ｓ３の処理を具体的に説明すると、送液フェイズのステップ１では底弁ｂのみがｏｎとなるため、コンピュータは、現在表示中の構成図の底弁ｂの色を、ｏｎという動作状態に応じた色（灰色）に変えた構成図データを生成し、この構成図データに基づく構成図を画面１に表示させると共に、画面１３の実施内容の欄に、ステップ１で行われる動作の内容を表示させる。又、画面４のステップの欄には、現在シミュレーション中のステップの番号１を表示させ、画面２には、現在シミュレーション中のステップにおける各装置の動作状態（Ａｃｔｉｏｎ）を表示させる。このときの画面は図８のようになる。

尚、本実施形態の化学プラント設計支援プログラムでは、シミュレーションの途中で、各ステップにおける動作状態データを修正することも可能である。例えば、図８のような画面が表示された状態で、ユーザが送液フェイズのステップ１の動作状態データを修正したい場合には、画面２のＡｃｔｉｏｎの欄を修正すれば良い。例えば、ユーザは、図８に示す画面上で、画面２のポンプｃのＡｃｔｉｏｎ欄に「ｏｐｅｎ」を入力する。そして、ユーザがアイコン７を押して動作状態の変更指示を行うと（Ｓ４：ＹＥＳ）、この指示に応じてコンピュータは、メモリに記憶されている送液フェイズのステップ１の動作状態データを、画面２に入力された動作状態に基づいて更新し（Ｓ５）、画面５のリストを更新して、シミュレーションモードを終了する。こうすることで、シミュレーション途中でいずれかのステップの動作状態にミスが見つかった場合でも、そのミスを即座に修正することができ、大変便利である。

Ｓ４で変更指示が行われず（Ｓ４：ＮＯ）、ストップアイコン９が押されてシミュレーションの終了指示が行われた場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、コンピュータはシミュレーションモードを終了する。一方、Ｓ４で変更指示が行われず（Ｓ４：ＮＯ）、シミュレーションの終了指示が行われなかった場合（Ｓ６：ＮＯ）、コンピュータはＳ２に処理を移行する。

そして、ユーザが、再度スキップアイコン１０を押して次のステップの確認指示を行うと（Ｓ２：ＹＥＳ）、この指示に応じてコンピュータは、画面１に表示中の構成図のポンプｃの表示色を灰色とした構成図データを生成し、この構成図データに基づく構成図を画面１に表示させると共に、画面１３の実施内容の欄に「ＴＭ（タイマ）スタート」の文字を表示させ、移行条件の欄に「タイムＵＰ」の文字を表示させる。又、画面４のステップの欄には、現在シミュレーション中のステップの番号２を表示させ、画面２には、現在シミュレーション中のステップにおける各装置の動作状態を表示させる（Ｓ３）。このときの画面は図９のようになる。

更にユーザが、スキップアイコン１０を押して次のステップの確認指示を行うと（Ｓ２：ＹＥＳ）、この指示に応じてコンピュータは、画面１に表示中の構成図のポンプｃの表示色を白色とした構成図データを生成し、この構成図データに基づく構成図を画面１に表示させると共に、画面１３の実施内容の欄に、ステップ３で行われる動作の内容を表示させる。又、画面４のステップの欄には、現在シミュレーション中のステップの番号３を表示させ、画面２には、現在シミュレーション中のステップにおける各装置の動作状態を表示させる（Ｓ３）。このときの画面は図１０のようになる。

更に、ユーザが、スキップアイコン１０を押して次のステップの確認指示を行うと（Ｓ２：ＹＥＳ）、この指示に応じてコンピュータは、画面１に表示中の構成図の底弁ｂの表示色を白色とした構成図データを生成し、この構成図データに基づく構成図を画面１に表示させると共に、画面１３の実施内容の欄に、ステップ４で行われる動作の内容を表示させる。又、画面４のステップの欄には、現在シミュレーション中のステップの番号４を表示させ、画面２には、現在シミュレーション中のステップにおける各装置の動作状態を表示させる（Ｓ３）。このときの画面は図１１のようになる。

以上のように、本実施形態の化学プラント設計支援プログラムによれば、所望の構成の化学プラントを選択し、動作シーケンス種類を選択して、スキップアイコン１０を押していくことで、その化学プラントの動作状態データに基づいて、画面１に表示される構成図がステップ毎に切り替わっていく。ユーザは、画面１に表示される構成図を見ることで、各ステップにおける各装置の動作状態を容易且つ直感的に確認することができ、紙に記載された設計図面を見ながら設計内容を確認する従来の方法に比べて、その確認の手間を格段に減らすことができる。

尚、ユーザが、図８に示す状態で画面２のＡｃｔｉｏｎの欄を修正して変更指示を行う前にアイコン１２を押した場合、コンピュータは、画面２で設定されている動作状態に応じて各装置の表示色を設定した構成図データを生成し、この構成図データに基づく構成図を画面１に表示させる。この場合、画面１には図９の画面１と同じ画面が表示されることになる。本実施形態では、説明の簡略化のため、構成図がシンプルなものとなっているが、実際には、構成図は非常に複雑である。このため、画面２で動作状態を設定してから、その動作状態を画面１の構成図で確認できることは、ユーザにとって利便性が高い。

又、ユーザが、図３に示す状態で画面２のＡｃｔｉｏｎの欄を入力してアイコン７を押す前にアイコン１２を押した場合、コンピュータは、画面２に設定された内容を画面１に反映させる処理を行っても良い。つまり、画面２に設定された各装置の状態に応じて、画面１の各装置の色を変えることで、視覚的に設計内容を確認させる。ユーザは、設計内容を視覚的に確認し、この内容で間違いないと判断してからアイコン７を押せば良い。これらの動作は、画面２のＡｃｔｉｏｎの欄に設計内容を新しく入力する度に行えば良い。

本発明の実施形態を説明するための化学プラント設計支援プログラムによって動作するコンピュータに接続された表示装置に表示される画面例を示す図 本発明の実施形態を説明するための化学プラント設計支援プログラムによって動作するコンピュータに接続された表示装置に表示される画面例を示す図 本発明の実施形態を説明するための化学プラント設計支援プログラムによって動作するコンピュータに接続された表示装置に表示される画面例を示す図 本発明の実施形態を説明するための化学プラント設計支援プログラムによって動作するコンピュータに接続された表示装置に表示される画面例を示す図 本発明の実施形態を説明するための化学プラント設計支援プログラムによって動作するコンピュータに接続された表示装置に表示される画面例を示す図 本発明の実施形態を説明するための化学プラント設計支援プログラムのシミュレーション機能によって動作するコンピュータの動作フローを示す図 本発明の実施形態を説明するための化学プラント設計支援プログラムのシミュレーション機能によって動作するコンピュータに接続された表示装置に表示される画面例を示す図 本発明の実施形態を説明するための化学プラント設計支援プログラムのシミュレーション機能によって動作するコンピュータに接続された表示装置に表示される画面例を示す図 本発明の実施形態を説明するための化学プラント設計支援プログラムのシミュレーション機能によって動作するコンピュータに接続された表示装置に表示される画面例を示す図 本発明の実施形態を説明するための化学プラント設計支援プログラムのシミュレーション機能によって動作するコンピュータに接続された表示装置に表示される画面例を示す図 本発明の実施形態を説明するための化学プラント設計支援プログラムのシミュレーション機能によって動作するコンピュータに接続された表示装置に表示される画面例を示す図

符号の説明

１ 構成図表示用画面
２、５、１３ 設定確認画面
３ 動作シーケンス種類登録用画面
４ 動作シーケンス種類設定確認画面
６，７，８，９，１０，１１，１２ アイコン

Claims (3)

1. メモリを有するコンピュータと、前記コンピュータに接続される表示装置とを用いて化学プラントの設計支援を行うための化学プラント設計支援方法であって、 前記コンピュータが、前記メモリに予め記憶されている前記化学プラントの設計データに基づいて、前記化学プラントの構成図を前記表示装置に表示させる構成図表示ステップと、
   任意のタイミングにおける前記化学プラントの動作を確認するための確認指示に応じて、前記コンピュータが、前記設計データに含まれる前記化学プラントの動作状態を示す動作状態データに基づき、前記表示装置に表示中の構成図を、前記任意のタイミングにおける前記化学プラントの動作状態に応じた構成図に切り替える構成図切り替えステップと、
   前記確認指示に応じて、前記コンピュータが、前記任意のタイミングにおける前記化学プラントの動作状態を設定及び確認するための設定確認画面を前記表示装置に表示させる設定確認画面表示ステップと、
   前記構成図の切り替え後に前記動作状態の変更指示が行われた場合、前記変更指示に応じて、前記コンピュータが、前記任意のタイミングにおける動作状態データを、前記設定確認画面にしたがって入力された動作状態の内容に基づいて更新する動作状態データ更新ステップとを含む化学プラント設計支援方法。
2. 請求項１記載の化学プラント設計支援方法であって、
   前記構成図切り替えステップは、前記コンピュータが、前記表示中の構成図に含まれる前記化学プラントを構成する各装置の表示色を、前記任意のタイミングにおける前記各装置の動作状態に応じた色にすることで前記切り替えを行う化学プラント設計支援方法。
3. 請求項１又は２記載の化学プラント設計支援方法の各ステップをコンピュータにより実行させるための化学プラント設計支援プログラム。

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