JPH07500439A - バッチプロセスの監視・制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 バッチプロセスの監視・制御方法 技術分野 本発明は、複数のプロセス工程を含むバッチプロセスの監視・制御方法であって 、上記複数のバッチプロセス工程はフォーミュレーションにより特定される時間 間隔で順次実行され、かつ、上記バッチプロセス工程の初期状態は特定のパラメ ータの文により識別されており、そのさい上記バッチプロセスは自動プロセス制 御を用いて制御されるようなものに関する。

背景技術 バッチプロセスとは、所望の生成物が予め与えられたステップにしたがって方法 技術的な部分課題のタイムシーケンスで製造されるプロセスである。このような プロセスのシーケンスは、自動プロセス制御により制御できる。このような自動 プロセス制御は、２つの基本ブロック、即ち、ハードウェアとソフトウェアとが ら構成されている。

このハードウェア構成要素は、１個以上の中央処理装置と、これに接続される内 部又は外部記憶装置と、さらに入・出力装置とを含んでおり、またこの人・出力 装置は例えば（本プロセス制御を操作するためのキーボード・マウス・ライトペ ンや本プロセス制御を観察するための表示スクリーン・プリンタなどの）制御す べき装置との通信用のアナログ又はデジタルの入・出力カードといったものであ る。

このソフトウェアは、フォーミュレーションプログラム及び／又は一般的な連動 及び／又はシーケンスプログラム並びにプロセス関連ソフトウェア構成要素を含 んでいる。フォーミュレーションプログラムとは、制御されるバッチプロセスに おいて生成物を製造するための基本操作とそれらのシーケンス機構を用いたプロ セス仕様である。このようなフォーミュレーノヨンプログラムは、通常はいろい ろなプロセス装置におけるサブタスクの並列的な又はシーケンシャルな実行を制 御する部分フォーミュレーンヨンの形で構成されている。

このフォーミュレーションプログラム又は部分フォーミュレーションの基本モジ ュールは、フェーズである。このフェーズプログラムは、制御部分（シーケンス 部分）と、パラメータ部分と、通信部分の形で構成されている。前記制御部分に は、初期条件と、プロセスステップと、ごれらの組合わせと、最終条件とを記載 したプロセスの基本操作のステップシーケンスのための、それに障害の場合のス テップシーケンスのためのプログラム要素とが含まれている。化学プロセスを制 御するための上記パラメータ部分には、例えば、原料及びそれらの量やプロセス 工程の標準時間やプロセス変数（温度、圧力等についての目標値と限界値）並び に許容される運転割り込みとが含まれてよい。上記通信部分には、フェーズ間の データ交換のための及びプロセスの誤り又は現在の状態を信号で送るためのオペ レータとのデータ交換のためのプログラム構成要素が含まれている。さらにこの 通信部分には、個々の制御レベル即ち、例えば、プロセス装置のコントローラや バルブ又はモータなとの制御を行う個々の制御モジュールのプロセス関連ソフト ウェアを制御するためのプログラム要素が含まれている。

上記プロセス関連ソフトウェアの場合、即ち、個別制御用モジュールの場合重要 なのは、ノーケンスプログラム（フォーミュレーション）によって制御されるプ ログラムでこのプログラムによってその命令が１個以上のオペランド（アクチュ エータ・例えば、コントローラ、バルブ、モータ）を制御するために変換される 。

従来技術の代表的な自動プロセス制御用システムについては、ケー・エイチ・ホ ルスト（Ｋ、　Ｈ，Ｈｏ　ｒ　ｓ　ｔ）著、雑誌「自動化技術の実際Ｊオートマ ーチスエランクシュテヒニツンエ・プラク／ス（Ａｕｔｏｍａｔｉｓｅｒｕｎｇ ｓｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ　Ｐｒａｘｉｓ）、３１号（１９８９年）、第２頁、ア ール・オルデンポルグ出版社（Ｒ，Ｏｌｄｅｎｂｏｕｒｇ　Ｖｅｒｌａｇ）及び テーエイチ・ミューラーハインツェルリンク（Ｔｈ、　Ｍｕ　ｌ　ｌ　ｅ　ｒ− Ｈｅｉｎｚｅｒｌｉｎｇ）著、「自動化技術の実際」、６号（１９８８年）、第 ２９２頁、アール・オルデンポルグ出版社に記載されている。

このようなプロセス制御システムは、通常はシーケンスプロセッサの形で作動す る。バッチプロセスの開始と同時に、固定クロ・ツクサイクルが与えられる、こ の場合側々のフェーズプログラムはある定められた時点（例えば、もう一つ別の フェーズの終了時点）で順次開始される。フェーズの開始又は終了時に実行フェ ーズプログラム間の調整は通常可能である。例えば、もし次のフェーズの開始に 必要である操作状態が所定の時間内に確立されていないならば、物理的及び化学 的境界条件が確立されるまでそのつどクロ・ツクサイクルが中断される。

しかしながら、これらの調整では多くの場合十分ではないことがある。特に、強 光熱化学反応が生じる比較的複雑なバッチプロセスではそうである。例えば、材 料の影響により、バッチプロセスの実行中における変化及び遅延が生じやすく、 これらが固定シーケンスプロセッサに極めて過電の負担をしいることとなる。製 品の品質や操作の信頼性に及ぼすこの影響は、非常に大きい。しかしながら、こ のような予期しない事象を高信頼性で克服することは、障害のない操作及び均一 な製品品質にとって必要な前提条件である。

上記した理由から並びに反応シーケンスにおける不可避的な統計的変動により及 び特に反応条件（例えば、汚染の増加）の徐々の変動のために、シーケンスプロ セッサによって定義されるような固定時間システムは極めて短時間では見渡しで きないので、プロセスの特性事象間の個々に非常に特徴的な時間間隔は、いまま でプロセス制御に使用されてこなかった。

発明の開示 したがって、本発明の目的は、自動プロセス制御により制御されるバッチプロセ スの監視・制御方法を開発することである。その場合、正常のプロセスシーケン スからの上記の偏差を自動的に認識し、偏差があっても、サブプロセスのコンス タントな調整とシーケンシャルな実行を確保することを目的とする。

本発明の対象は、つぎのようなバッチプロセスの制御・監視方法に関するもので ある。すなわち、複数のプロセス工程を含むバッチプロセスの監視・制御方法で あって、上記複数のバッチプロセス工程はフォーミュレーンヨンにより特定され る時間間隔で順次実行され、かつ、上記バッチプロセス工程の初期状態は特定の パラメータの文により識別されており、そのさい上記バッチプロセスは自動プロ セス制御を用いて制御されるようなものに関する。

上記自動プロセス制御の中へつぎのａ　−Ｃを含むフェーズプログラム（時間プ ログラムモジュール）が組み込まれており、ａ）パラメーター配置の形態でのプ ロセス固有の事象、ｂ）プロセス固有の事象のタイムシーケンス、Ｃ）前記事象 間の正確なプロセス固有の時間間隔、そのさい前記時間プログラムモジュールが 、１）フォーミュレーションプログラムの起動とともにかプロセスにより特定さ れる事象の認識後に、そのつど新規な相対時間軸を開始し、 ２）フォーミュレーンヨンプログラムのフェーズをパラメーターセットに組み込 むことにより、プロセス工程を開始して特定の次のプロセスにより特定される逐 次事象を得、３）逐次事象までのプロセスにより特定される時間間隔の満了後、 逐次事象の起動のための特定パラメーター配置をプロセスにおける現在のパラメ ーター配置と比較し、そして４）パラメーター配置が一致した場合に、プロセス 工程を開始して特定の次の逐次事象を得ることを特徴とするバッチプロセスの監 視・制御方法に関する。

従来技術に記載されているソフトウェア１＜、ソケージは、自動プロセス制御の 基本モジュールとして使用できる。本発明による方法を実施するためには、これ らのソフトウェアパッケージには、本発明に係るプロセス固有のフェーズプログ ラム（時間プログラムモジュール）を補足すればよい。

上記時間プログラムモジュールには、パラメータ配置の形態でのプロセス固有の 事象が含まれている。特定フェーズでのプロセスのパラメータ配置の特徴は、こ の場合における事象として呼ばれ、これは、通常、バッチプロセスの起動のため の初期条件か、加熱及び／又は計量等のプロセスの個々のプロセス工程の実行後 に確立される最終条件である。

さらにこの時間プログラムモジュールには、プロセス固有の事象の固定時間シー ケンスが含まれている。すなわち、制御すべきプロセスにおいて前の事象に続い てどの事象が来るのか順序を示すシーケンスである。

バッチプロセスの時間シーケンスを監視するための本発明に係る方法にとって重 要なことは、プロセス固有の事象の間でプロセス固有のしかも正確に定められた 時間間隔を記録することである。好ましい実施例では、各事象間りの時間間隔に 関する「ウィンドー（Ｗｉｎｄｏｗｓ）」が定義される。この「ウィンドー」に より、事象の発生についての正確な時間間隔からのプロセスフローに悪影響を及 ぼさない許容される特定の偏差許容度が提供される。許容時間偏差の大きさの程 度は、オペレータにより組み込むことができる。さらに、これらの時間偏差は、 例えば、時間間隔の実／くラツキの統計的評価を用いて、プロセス制御システム 自体によりめてもよ（１゜本発明の方法の特に好ましい実施例では、プロセス制 御システム及びそのバラツキによりめられた時間間隔は、プロセス制御の操作／ 監視装置及び／又は出力装置、例えば、プリンターに信号で送られ、そしてプロ セス安定性及び製品の品質の監視及び点検に使用できる。

本発明に係る方法を実施する際、フオーミュレーンヨンプログラムの起動ととも にクロックサイクルが起動され、時間プログラムモジュールに記憶されている次 のプロセス固有の事象まで、満了時間を時間間隔と比較する。これと同時に、こ の逐次事象の特定のノ（ラメータ配置を、プログラムにおける現在のパラメータ 配置と比較する。もし時間プログラムモジュールに記憶されている時間間隔内か 、記憶時間間隔と不一致の場合には時間プログラムモジュールに記憶されている 許容範囲内で、プロセスにおけるパラメータ配置と時間プログラムモジュールに 記憶されている逐次事象についての）くラメータ配置との一致が確認された場合 には、次のプロセス工程が開始される。

もし許容範囲を含めた時間プログラムモジュールに規定されている時間間隔内に 、時間プログラムモジュールに記憶されているノくラメータ配置と制御すべきバ ッチプロセスにおけるノ（ラメータ配置との間に一致がない場合には、通常プロ セスフローからの偏差を操作／監視システムに信号で送り、そしてプロセス制御 を手動で行うことがある。例えば、もし反応開始がウィンドー内に得られない場 合には、触媒の割合を増加するために自動補正を行うことも同様に考えられる。

プロセスにおけるパラメータ配置が時間プログラムモジュールのパラメータ配置 と一致する場合、即ち、プロセスフローにおいである特性事象が現われた場合に は、プロセス制御システムの自動プログラムの対応の機能が時間プログラムモジ ュールにより得られて次の特定のプロセス工程が開始され、新規なり口・ツクサ イクルが開始される。プロセスで満了する時間を時間プログラムモジュールに記 憶されている次の特性事象までの時間間隔とあらためて比較する。

このプロセス工程の特性パラメータを時間プログラムモジュールに記憶されてい るものと比較し、もし特性プロセス事象が特性時間間隔内に認識されるならば、 次のプロセス工程が再び開始される。

本発明に係る方法を用いると、各特性事象が発生するとその結果、固有の相対時 間軸がそのつど起動される。この場合、任意の逐次事象及び／又は逐次動作がこ れらの特性事象に関係することができる。

したがって、バッチプロセスにおける各事象及び各動作はつぎのことにより明確 に確立される。

すなわち、上記した特性事象の一つにより表される基準時間点又は基準動作によ り。

そしてこの特性事象までの特徴的なフォーミュレーションにより特定される時間 間隔により。

新規なこの方法の利点は、プロセスフローにおける遅延又は予期しない加速が自 動的に認識され、ソフトウェアの制御プログラムにおける対応のフォーミュレー ション依存装置でこのような偏差に反応することができ、したがって、全てのサ ブプロセスについて必要とするコンスタントな調整が確実にできることにある。

本発明に係る方法により、シーケンスプロセスの精密な時間システムが、相対時 間軸系に分解される。したがって、逐次動作の開始、例えば、計量操作の開始は 、基準事象までの時間間隔により確立される。もしこの基準事象を従来技術に係 る方法とは対照的に逐次動作に十分近接して選択するならば、基準事象前に生じ た全ての外乱は、基準事象／逐次事象（例えば、反応開始／モノマーの計量開始 ）を含むシステムには影響がないままである。これは、不規則性が発生した場合 のシステム全体の安定性についての基本的な利点である。ひとそろいの特性バッ チ特有の特徴的時間要件パラメータの文で標準プロセスを記述することにより、 対応製品の製造は大きく改善された統計的なプロセス監視のちとにおかれる。

図面の簡単な説明 以下、本発明に係る方法を、工業的な重合プロセスを例にとって説明する。第１ 図〜第６図は、機器パネルの表示スクリーンの前にいるオペレータ／監視者に本 発明の方法の個々のフェーズがどのように表示されるのかを図示している。

発明を実施するための好適な態様 第一プロセス工程はバッチの開始であり、第１図から明らかなように、プロセス 制御システムに組み込んだ時間プログラムモジュールは、材料を計量して反応器 に入れる自動制御プログラム基本機能ＧＦ１２１１にアクセスする。第１図は、 さらにこのバッチに関する時間プログラムモジュールに記憶されているこのバッ チプロセスの特性事象間の特性時間間隔を示す 時間ｌ＝起動ｔ０から温度平衡の調節までの時間時間２＝温度平衡の調節と開始 剤計量開始との間の時間間隔時間３＝開始剤計量の開始と反応開始との間の時間 間隔時間４＝モノマー計量（ＤＥＭ）の終わりと反応の終わりとの間の時間間隔 起動時間点ｔ。は第一基準点であり、時間プログラムモジュールにより自動的に 起動され、パートプログラムが開始する。これと同時に、時間プログラムモジュ ールがプロセス制御システムのモジュールにアクセスし、次の基準事象のための 特性パラメータ配置の確立に必要なパラメータを決定する（第２図：内圧コント ローラ、内温コントローラ、ジャケット温度コントローラ）。プロセスにおける 現在のパラメータ配置を時間プログラムモジュールにおける次の特性事象につい て記憶されているものと比較することにより、次の基準時間点、即ち、温度平衡 が、時間プログラムモジュールにより探索される。

第２図は、バッチプロセスにおける温度平衡に達するときの時間プログラムモジ ュールから機器パネルへのフィードパ・ツクを示す。

すなわち、右手側には、ｔｏから満了した時間−総時間４１分−及び第一時間間 隔について時間プログラムモジュールに規定されている時間一時間１＝４１分− が示されている。

左手側には、「温度平衡」事象についてのパラメータ配置特性が、設定値Ｗで示 されている。比較として、実測値Ｘも示されている。

この事象の特性パラメータは、コントローラ機能Ｒ１２２０で確立される内部反 応器圧力ＰＩと、コントローラ機能Ｒ１２０２で確立される内部反応器温度ＴＩ と、コントローラ機能Ｒ１２０３で確立されるジャケット温度ＴＭである。本例 の場合のように、もし特性パラメータ配置の値が許容範囲内にあるならば、この ことは、「条件（ｃｏｎｄ　ｉ　ｔ　ｔｏｎｓ）Ｊフィールド下の機器パネルに 信号で送られる。次の特性事象は、開始剤計量の起動（第３図）であり、時間２ ＝２分の規定された時間間隔内に行われなければならない。

種々の計量を可能にする自動制御プログラムＧＦ１７１１　ＧＦＩ７１２、ＧＦ １７１３、ＧＦ１７１４又はＧＦ１２８１にアクセスすることにより、時間プロ グラムモジュールが計量を開始する。本例の場合、総時間４１分後、即ち、温度 平衡ＴＧＧの設定直後に作動される基本機能ＧＦ１２８１（ステップ２は作動状 態を表す）から計量される。

第４図は、バッチ開始後４３分後のプロセスの状態を示す：バッチのタイプにつ いてのコードが示されている（ＣＨＧＩ、タイプ１６）。特性プロセス事象につ いての現在の時間の状態が、時間プログラムモジュールから機器パネルに送信さ れ、表示される（ＺＥＰＬ　ｌステップ４）。バッチの開始から時間点ｔ０まで 、４３分間が経過した。温度平衡は、２分前に達成された。開始剤の計量は１分 間行われており、したがって、このバッチについての時間プログラムモジュール に提供されるよりも１分早く開始された。エラー機能は表示されていないので、 この時間偏差は、時間プログラムモジュールにおいて提供される許容範囲内であ る。「−１分」の表示は、反応開始（ＲＢ）、モノマー（ＤＢＭ）の計量開始、 モノマー（ＤＥＭ）の計量終了及び反応終了（ＲＥ）を含んでなるプロセス事象 がまだ生じていないことを知らせている。これらの事象の発生は、対応表示が「 ０」に切り換わることにより示されるであろう。

内部圧力ＰＩ、内部温度ＴＩ及びジャケット温度ＴＭについての特性パラメータ は、右手下に表示される。熱測定ＷＭ、熱流束ＷＦ及びｐＨ測定ＰＨは、まだ作 動されていない。

開始剤の計量は、時間プログラムモジュールにより作動された基本４１能ＧＦ１ ２８１から作動されたプロセス制御システムのコントローラ機能Ｒ１７２０によ りセットされる。計量流量設定値Ｗは、実測値Ｘである９０ｋｇ／時間に対応す る。これは、ポンプストロークの最大ストロークの２２．５％で達成される。こ の時間が６．０ｋｇとなるまで計量して入れる。

開始剤計量の開始後、次の特性基準事象「反応開始Ｊが、時間プログラムモジュ ールにより探索される（第５図）。このための時間間隔特性が、特性パラメータ 配置とともに、時間プログラムモジュールにおいて１０分として記憶される。時 間プログラムモジュールをプロセス制御システムに組み込む本発明に係る操作の 結果、プロセスの理想的な流れからこの時までに生じた偏差、即ち、開始剤の計 量が１分だけ早いことは、新たな時間軸は本例においては反応開始等のさらなる 逐次事象について定義されるので、継続プロセスシーケンスには無関係である。

プロセスにおける現在のパラメータ配置を時間プログラムモジュールにおける次 の特性事象について記憶されているものと比較することにより、次の基準時間点 、即ち、反応開始が時間プログラムモジュールにより探索される。反応開始は、 反応器の内部圧力ＰＩが設定値Ｗに対応するか、実測値Ｘが所定許容範囲内にあ ることを特徴とする。同様の条件が、反応器の内部温度ＴＩと反応器のジャケッ ト温度ＴＭに当てはまる。対応値を、プロセス制御システムの関連コントローラ 機能とともに第５図に示す。時間プログラムモジュールにより要求されるさらな る条件は、反応開始時での内部温度ＴＩＸが温度平衡の時間点での内部温度と比 較して差ＤＴＩだけ増加し、反応開始時のジャケット温度ＴＭＸが温度平衡時間 点でのジャケット温度と比較して差ＤＴＭだけ低下し、そしてＴＭＸのＴＩＸに 対する比が規定の範囲内であることである。

本プロセスでは、反応開始の特性事象は、開始剤計量の開始２分後、即ち、時間 間隔（時間３）である１０分間の満了よりも十分前に既に認識される。もしこの 時間差が時間プログラムモジュールに規定されるウィンドー外であったならば、 対応のメツセージラインが第５図に現れる。本例は、明らかにこれに該当しない 。

反応開始が生じた後、これに続く特性プロセス事象が探索される。

モノマーの計量開始事象（ＤＢＭ）と計量終了事象（ＤＥＭ）については、ここ で行われるプロセス工程は上記で説明したものと類似しているので、これ以上詳 細には説明しない。

第６図は、どのようにして反応終了が探索され、時間プログラムモジュールによ り認識されるかを示す。これに関連するパラメータ配置を、第６図において条件 フィールドの下に示され、記憶されたパラメータ配置とプロセスにおける現在の パラメータとを比較することにより時間プログラムモジュールによって監視され る。モノマー計量の終了ＤＥＭと反応終了との間の特性時間間隔は、時間４＝６ ０分間である。これは、ＤＥＭの４３分後であるが、標準時間システム及び規定 されている許容範囲（ウィンドー）と比較して数分間早い。このような場合には 、自動制御システムは自動的に前進せず、ここには図示されていないメツセージ ラインにより特異な状況にあることをオペレータに知らせる。そのとき、オペレ ータは、これが、「真正（ｇｅｎｕ　１ｎｅ）Ｊの反応終了を示すものか、単に 間違って早く認識されたものであるかを決定する。この時間点は、肯定応答によ り［真正」であると認める。他の場合には、システムは、反応終了について探索 を継続する。

多段バッチプロセスに必要とする総時間の統計的評価は、例えば、開始剤計量又 は反応開始等の一つの部分的な工程の外乱が全ての逐次事象の総時間に影響を及 ぼすので、相当の出費を伴わないと行うことができない。これに対して、時間差 の評価は、未外乱プロセスサブセクションについて高度に有効なステートメント をなすことができる。遅延は、それぞれのプロセスセクションに自動的に且つ統 計的に正確に割り当てられる。

ロ　回　園　回　回 寸　ｎ　へ　０　０ 晴 手続補正書 平成６年８月２９日

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．複数のプロセス工程を含むバッチプロセスの監視・制御方法であって、上記 複数のバッチプロセス工程はフォーミュレーションにより特定される時間間隔で 順次実行され、かっ、上記バッチプロセス工程の初期状態は特定のパラメータの 文により識別されており、そのさい上記バッチプロセスは自動プロセス制御を用 いて制御されるようなものに関する。 上記自動プロセス制御の中へつぎのａ〜ｃを含むフェーズプログラム（時間プロ グラムモジュール）が組み込まれており、ａ）パラメーター配置の形態でのプロ セス固有の事象、ｂ）プロセス固有の事象のタイムシーケンス、ｃ）前記事象間 の正確なプロセス固有の時間間隔、そのさい前記時間プログラムモジュールが、 １）フォーミュレーションプログラムの起動とともにかプロセスにより特定され る事象の認識後に、そのつど新規な相対時間軸を開始し、 ２）フォーミュレーションプログラムのフェーズをパラメーターセットに組み込 むことにより、プロセス工程を開始して特定の次のプロセスにより特定される逐 次事象を得、３）逐次事象までのプロセスにより特定される時間間隔の満了後、 逐次事象の起動のための特定パラメーター配置をプロセスにおける現在のパラメ ーター配置と比較し、そして４）パラメーター配置が一致した場合に、プロセス 工程を開始して特定の次の逐次事象を得ることを特徴とするバッチプロセスの監 視・制御方法。
2. ２．プロセスにより特定される正確な時間間隔について許容される精密時間間隔 からの偏差の許容度であって、その偏差許容度内で固有逐次事象が生じることが できる許容度を定義する請求の範囲１に記載の方法。
3. ３．許容時間偏差の大きさの程度を、オペレータにより組み込むか時間間隔の実 ばらつきの統計的評価を用いてプロセス制御系自体により確認する請求の範囲１ 又は２に記載の方法。
4. ４．プロセス制御システムにより求めた時間間隔及びそのばらつきを、プロセス 制御の運転／監視装置及び／又は出力装置に信号で送り、プロセス安定性及び製 品品質の監視・点検に使用する請求の範囲１、２又は３の何れか１項に記載の方 法。
5. ５．制御されるバッチプロセスにおける所定のプロセスフローからの偏差がある 場合、正規のプロセスフローからの偏差を運転・監視システムに信号で送り、場 合によっては、オペレーターが手動でプロセス制御する請求の範囲１，２，３又 は４の何れか１項に記載の方法。