KR20180059945A

KR20180059945A - 생물제제들의 세포 배양 기반의 생산을 조절하기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20180059945A
Application number: KR1020187013818A
Authority: KR
Inventors: 매튜 사코프스키; 로버트 호튼; 토마스 엘리스; 폴 피즈; 존 채핀; 렉스 폴리
Original assignee: 론자 리미티드
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2018-06-05
Also published as: US10570363B2; CN108474757A; AU2016338676B2; EP3362784A4; CA3001916A1; EP3362784A1; JP7097298B2; US20200157487A1; IL258633B; JP2018536871A; US20170107476A1; WO2017066630A1; IL258633A; SG11201803017QA; AU2016338676A1

Abstract

본 개시는 적어도 하나의 생물 반응기, 다른 세포 배양-관련 장비, 및 플랜트에서 이들의 임의의 조합을 포함하는 시스템들을 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 예를 들어, PWCS (Plant-Wide Control System) 또는 PCS (Process Control System) 는 3 개의 메인 컴포넌트들로 분할될 수도 있다: (1) 하드웨어 (PWCS 와 연관된 네트워크의 하나 이상의 서버들과 통신하는 제어기와 같은 오퍼레이팅 시스템들을 포함함), (2) 제어를 수행하기 위한 소프트웨어 (예컨대, 제어 모듈), 및 (3) 특정 프로세스 값들을 유지하기 위해 소프트웨어에 의해 사용될 수도 있는 하나 이상의 기기 제어 루프들. 또한, HETP (Height Equivalent of a Theoretical Plate) 값 및 비대칭 인자는 PWCS 컴포넌트들을 사용하여, 크로마토그래피 컬럼에 관한 실시간 분석에 기초하여 결정될 수도 있다.

Description

생물제제들의 세포 배양 기반의 생산을 조절하기 위한 시스템 및 방법

관련 출원들에 대한 상호 참조

본 출원은 2015 년 10 월 16 일자로 출원된 미국 가출원 제 62/242,758 호를 우선권 주장하고 이점을 청구하며, 그 컨텐츠는 참조에 의해 본원에 통합된다.

본 발명은 적어도 하나의 생물 반응기, 다른 세포 배양 관련 장비, 및 이들의 임의의 조합을 포함하는 시스템의 제어를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

세포 배양 프로세스들은 포유류 세포와 같은 다양한 유형의 세포들을 배양하는데 사용된다. 예를 들어, 세포 배양 프로세스는 생물 반응기를 통해 구현될 수도 있다. 세포 배양 프로세스들에서, 최대 세포 배양 (인간 세포들, 중국 햄스터 난소 (CHO) 세포들, 마우스 골수종 (NS0), 하이브리도마와 같은 세포들) 을 위해 적절한 물리화학적 환경을 유지하고, 및/또는 그 품질 사양들을 만족하는 원하는 제품 (예컨대, 재조합 단백질, 모노클로날 항체, 항체 융합 단백질 및 기타 관련 제품 유형들) 을 생산하는 것은 중요하다. 예를 들어, 용존 산소 레벨들, 배양 pH, 온도, 전단 감도 등과 같은 인자들은 세포 배양 프로세스에서 중요한 역할을 한다. 더욱이, 영양 환경의 유지 또한 중요하다.

그러나, 대규모의 산업적 스케일로 이들 다수의 상이한 세포들을 생산하거나 배양하는 것과 관련하여, 적절한 레벨의 물리화학적 및/또는 영양 환경을 유지하는 것은, 특히 대규모 배양 시스템이 복수의 생물 반응기들을 필요로 할 뿐만 아니라, 세포 배양에 수반되는 다양한 작업들을 실행하기 위해 준비 장비, 공급 장비, 정제 장비 등과 같은 다른 유형의 장비도 필요한 경우에, 어려울 수 있다. 이와 관련하여, 대규모 생물 반응기 구현에서 세포 배양을 위한 적절한 환경들을 유지하고 그 구현과의 오퍼레이터/사용자 상호작용을 허용하는 시스템들 및/또는 방법들이 필요하다.

본 발명의 하나 이상의 양태들에 따르면, 본 발명은 적어도 하나의 생물 반응기, 다른 세포 배양-관련 장비, 및 플랜트에서 이들의 임의의 조합을 포함하는 시스템들을 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 예를 들어, PWCS (Plant-Wide Control System) 또는 PCS (Process Control System) 는 3 개의 메인 컴포넌트들로 분할될 수도 있다: (1) 하드웨어 (PWCS 와 연관된 네트워크의 하나 이상의 서버들과 통신하는 제어기와 같은 오퍼레이팅 시스템들을 포함함), (2) 제어를 수행하기 위한 소프트웨어 (예컨대, 제어 모듈), 및 (3) 특정 프로세스 값들을 유지하기 위해 소프트웨어에 의해 사용될 수도 있는 하나 이상의 기기 제어 루프들. 또한, HETP (Height Equivalent of a Theoretical Plate) 값 및 비대칭 인자는 PWCS 컴포넌트들을 사용하여, 크로마토그래피 컬럼에 관한 실시간 분석에 기초하여 결정될 수도 있다. 따라서, HETP, 피크 비대칭 및 피크 효율 값들은, 예를 들어, 특별한 하드웨어 또는 소프트웨어를 지정할 필요 없이, 크로마토그래피 시스템을 제어하기 위해 이미 존재하는 하드웨어/소프트웨어를 사용하여 실시간으로 계산될 수 있다.

도 1 및 도 2 는 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따른 예시적인 시스템들을 도시한다.
도 3 및 도 4 는 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따른 시스템 컴포넌트들의 도면들을 도시한다.
도 5 는 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따른 제어 루프를 도시한다.
도 6 은 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따라 수동 모드로 동작하는 제어 루프를 도시한다.
도 7 은 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따라 자동 모드로 동작하는 제어 루프를 도시한다.
도 8 은 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따라 캐스케이드 모드로 동작하는 제어 루프를 도시한다.
도 9 는 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따른 생물 반응기 온도 제어를 위한 캐스케이드 루프를 도시한다.
도 10 은 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따른 제어 모듈들에 대한 입출력 구성들을 도시한다.
도 11a 는 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따른 예시적인 오퍼레이터 인터페이스를 도시한다.
도 11b 는 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따른 예시적인 오퍼레이터 인터페이스와 연관된 예시적인 화면 (faceplate) 들을 도시한다.
도 12a 및 도 12b 는 본 발명의 하나 이상의 양태에 따라 크로마토그래피 스키드 계산들을 처리하기 위한 하나 이상의 제어 모듈들을 도시한다.
도 13 은 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따른 예시적인 크로마토그래피 컬럼 시스템의 다이어그램을 도시한다.
도 14 내지 도 16 은 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따라 크로마토그래피 컬럼 팩들의 실시간 분석을 위한 HETP 제어 모듈의 적용을 예시한다.
도 17 은 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따른 페이즈 로직, 장비 모듈 및 제어 모듈 관계들의 도면을 도시한다.

본 발명은 적어도 하나의 생물 반응기, 다른 세포 배양 관련 장비, 및 이들의 임의의 조합을 포함하는 시스템의 제어를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 생물 반응기 제어를 위한 시스템 및 방법은 복수의 생물 반응기들 및 다른 유형의 배양-관련 장비, 예컨대 발효, 수확을 위한 장비, 미세여과 및 정제를 위한 장비 (예를 들면, 액체 크로마토그래피 스키드 시스템), 완충제 준비, 배지 준비 등을 포함할 수도 있다. 복수의 생물 반응기들 및 다른 유형의 배양-관련 장비는 플랜트 내에 위치될 수도 있고, 그러한 장비의 제어는 PWCS (Plant-Wide Control System) 으로 알려질 수도 있다.

일 예로서, PWCS 는 자동화된 배치 프로세싱 (예를 들어, 입력 재료들의 양들을 장비의 하나 이상의 피스들을 사용하여 유한 기간에 걸쳐 프로세싱 활동들의 정렬된 세트에 종속시킴으로써, 세포들과 같은 재료의 양들의 생산을 유도하는 프로세스) 에 대한 제어 시스템일 수도 있다. PWCS 는 3 개의 메인 컴포넌트들로 분할될 수도 있다: (1) 하드웨어 (PWCS 와 연관된 네트워크의 하나 이상의 서버들과 통신하는 제어기와 같은 오퍼레이팅 시스템들을 포함함), (2) 제어를 수행하기 위한 소프트웨어 (예컨대, 제어 모듈), 및 (3) 특정 프로세스 값들을 유지하기 위해 소프트웨어에 의해 사용될 수도 있는 하나 이상의 기기 제어 루프들.

본 발명의 일 양태에서, 하나 이상의 제어 모듈들은 판독 입력과 같은 제어를 수행하고, 다양한 필드 디바이스들 (예를 들어, 송신기들을 갖는 센서들, 저울들, 스위치들, 펌프들, 제어 밸브들, 밸브들, 가변 주파수 드라이브들을 갖는 펌프들, 가변 주파수 드라이브들을 갖는 교반장치들, 제한 스위치들을 갖는 밸브들) 또는 세포 배양과 관련된 임의의 유형의 장비에 대한 알람들 또는 알람 기능들을 관리하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 제어 모듈은 다양한 알고리즘들을 연결하고 특정 조건들, 알람 디스플레이들, 및 PWCS 와 관련된 다른 특징들을 프로세싱할 수도 있는 소프트웨어일 수도 있다. 더욱이, 제어 모듈들은 사용자들 또는 오퍼레이터들이 모듈 파라미터들을 조작할 수도 있도록 하는 인터페이스 능력을 허용할 수도 있다. 예를 들어, 오퍼레이터 인터페이스 (OI) 와 같은 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI) 는 오퍼레이터에 대한 특정 데이터 및 프로세싱 유닛들을 디스플레이할 수도 있다. 오퍼레이터는 중앙의, 다중의 또는 원격의 동작 위치들에서 모듈 파라미터들을 조작하고 조정할 수도 있다.

제어 모듈들은 하나 이상의 제어 루프들을 통해 제어를 수행할 수도 있다. 예를 들어, 제어 루프는 적어도 3 개의 컴포넌트들을 포함할 수도 있다: 액추에이터, 센서-송신기, 및 루프 제어기. 일부 예들에서, 제어 모듈은 제어 루프에 포함될 수도 있다. 제어 루프들과 관련된 애플리케이션들은 생물 반응기들을 위한 온도 제어, 크로마토그래피 스키드들 내의 압력 제어, 정용여과 (diafiltration) 프로세싱을 위한 레벨 제어, 용존 산소 농도 관리, 기타 가스 농도, 임펠러 속도 제어, 임계 가스의 버블 사이즈 제어, 등을 포함할 수도 있다.

이와 같이, 본 개시물에 기술된 시스템들 및/또는 방법들은 전술한 각 세포 및 제품 유형에 대한 최적의 환경을 유지할 수 있다. 예를 들어, 최적의 pH 는 예를 들어, 6.00 부터 8.00 까지 (특정 세포 및 제품 타입 조합에 의존하여) 변화할 수 있는 세트 포인트에서 제어될 수도 있고, 원하는 pH 세트 포인트의 0.10 내에서 또는 임의의 다른 적절한 범위들 내에서 제어될 수도 있다. 유사하게, 온도 세트 포인트는 예를 들어, 10.0 ℃ 와 130.0 ℃ 사이에서 변화할 수 있고, 세트 포인트의 0.2 ℃ 이내에서 제어될 수 있으며, 용존 산소 세트 포인트는 예를 들어, 8.0% 와 80.0% 사이에서 변화할 수 있고, 세트 포인트의 5% 내에서 또는 임의의 다른 적절한 범위들 내에서 제어될 수 있다. 생물 반응기에 관한 추가의 예에서, 크로마토그래피 스키드들과 같은 정제 장비는 다양한 유형들의 크로마토그래피 수지들 (예컨대, 친화성, 이온 교환, 소수성, 수산화 인회석) 을 포함하는 (예컨대, 15 cm 부터 30 cm 까지의 베드 높이들로 직경이 45 cm 부터 2000 cm 까지 변화하는) 컬럼 사이즈들의 상이한 조합을 동작시키는 것이 가능해야하고; 여기서 컬럼 및 수지의 각 조합은 본 발명에서 기술된 시스템들 및 방법들에 의해 제어될 필요가 있는 고유한 유속 및 압력 조합을 필요로 할 수도 있으며, 여기서 전형적으로 유속들은 예를 들어, 50 L/hr 부터 1000 L/hr 까지 변화할 수 있는 세트 포인트들 및 예를 들면 4 bar 또는 임의의 다른 적합한 범위들의 고압 한계 아래로 유지될 필요가 있는 압력들에서 제어될 필요가 있다.

도 1 은 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따른 예시적인 시스템들을 도시한다. 시스템은 네트워크 (190) 에 접속된 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스들, 예컨대 컴퓨터 (100), 서버 컴퓨터 (130), 모바일 컴퓨터 (140), 스마트폰 디바이스 (150), 태블릿 컴퓨터 (160), 및 스토리지 디바이스 (170) 를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 컴퓨터 (100) 는 하나 이상의 사용자들에 의한 사용을 의도한 데스크탑 컴퓨터일 수도 있다. 컴퓨터 (100) 는 데스크탑 컴퓨터와 연관된 다양한 컴포넌트들, 예컨대 하나 이상의 프로세서들 (102), (명령들 (105) 및 데이터 (106) 를 포함하는) 메모리 (104), 예컨대 영구 또는 플래시 메모리, 하나 이상의 인터페이스들 (108) 및 디스플레이 (110) 를 포함한다. 추가의 예에서, 컴퓨터 (100) 와 유사하게, 서버 컴퓨터 (130) 는 적어도 하나의 프로세서, 명령들 및 데이터를 또한 포함하는 메모리, 하나 이상의 인터페이스들, 및/또는 디스플레이 (도시되지 않음) 를 포함할 수도 있다. 또한, 모바일 컴퓨팅 디바이스 (140) 는 랩탑 (또는 울트라북과 같은 휴대용 또는 모바일인 임의의 유형의 컴퓨터) 일 수 있고, 또한 컴퓨터 (100) 및/또는 서버 컴퓨터 (130) 와 유사한 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 컴퓨터 (100) 는 네트워크 (190) 를 통해 서버 컴퓨터 (130), 모바일 컴퓨터 (140), 스마트폰 디바이스 (150), 태블릿 컴퓨터 (160) 및/또는 스토리지 디바이스 (170) 와 통신하도록 구성될 수도 있다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 특정 컴포넌트와 연관된 캐스케이드 블록은 그러한 컴포넌트들 중 하나를 초과하는 컴포넌트들이 존재할 수도 있음을 나타내며, 이는 단지 예일 뿐이며, 상이한 컴포넌트들이 캐스케이드될 수 있고 다수의 변형들이 있을 수 있다는 것이 이해될 수도 있다.

컴퓨터 (100) 는 컴퓨터 (100) 의 다양한 컴포넌트들에게 메모리 (104) 에 저장된 명령들 (105) 및/또는 데이터 (106) 와 같은 특정 정보의 프로세싱에 기초하여 태스크들을 수행하도록 명령하는 프로세서 (102) (예를 들어, 이하 추가로 논의될 제어기) 를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 프로세서 (102) 는 하나 이상의 동작들, 예를 들어, 가산, 감산, 곱셈, 비교, 하나의 프로그램으로부터 다른 프로그램으로의 점핑, 입력 및 출력의 조작, 등을 수행하도록 구성될 수 있는 하드웨어 일 수도 있고, CPU (Central Processing Unit) 와 같은 임의의 표준 프로세서일 수도 있거나, 또는 ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) 또는 FPGA (Field Programmable Gate Array) 또는 산업 프로세서 제어기와 같은 전용 프로세서일 수도 있다. 또한, 프로세서 (102) 는 컴퓨터 (100) 의 컴포넌트들에 명령하고 및/또는 정보를 프로세싱하는 회로의 구성 및/또는 임의의 적합한 구성을 가질 수도 있다. 하나의 프로세서 블록이 도 1 에 도시되지만, 컴퓨터 (100) 는 전술한 바와 같이 태스크들을 개별적으로 또는 집합적으로 수행하기 위한 다수의 프로세서들을 또한 포함할 수도 있다. 하나 이상의 실시형태들에서, 컴퓨터 (100) 는 산업 제어기일 수도 있다.

영구적이든 또는 플래시이든 관계 없이, 메모리 (104) 는 프로세서 (102) 에 의해 실행, 취출, 조작 및/또는 저장될 수 있는 명령들 (105) 및 데이터 (106) 와 같이, 프로세서 (102) 에 의해 액세스가능한 정보를 저장하도록 구성된 임의의 유형의 하드웨어일 수도 있다. 이는 컴퓨터 (100) 에 물리적으로 포함되거나 또는 컴퓨터 (100) 에 커플링될 수도 있다. 예를 들어, 메모리 (104) 는 ROM, RAM, CD-ROM, 하드 드라이브, 기록-가능, 판독-전용 등일 수도 있다. 또한, 메모리 (104) 에 저장된 명령들 (105) 은 프로세서 (102) 에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 실행될 수 있는 임의의 명령들의 세트를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 명령들 (105) 은 프로세서 (102) 에 의해 실행될 수 있는 소프트웨어와 연관된 하나 이상의 "단계" 일 수도 있다. 명령들 (105) 은 또한, 네트워크 (190) 를 통해 예컨대, 서버 컴퓨터 (130) 및/또는 스토리지 디바이스 (170) 로부터 다양한 방식으로 메모리 (104) 상으로 전송될 수도 있다. 추가로, 메모리 (104) 에 저장된 데이터 (106) 는 예를 들어, 명령들 (105) 에 따라 프로세서 (102) 에 의해 취출, 저장 또는 수정될 수도 있다. 일 양태에서, 데이터 (106) 는 데이터의 집합으로서 저장될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명이 임의의 특정 데이터 구조에 의해 제한되지는 않더라도, 데이터 (106) 는 XML 과 같은 다수의 필드들 및 레코드들을 갖는 테이블로서 데이터베이스에서 레지스터들에 저장될 수도 있다. 데이터 (106) 는 ASCII, EBCDIC (Extended Binary-Coded Decimal Interchange Code), 바이너리, Objectivity, SQL 또는 다른 적절한 데이터베이스 포맷들 등과 같은 임의의 컴퓨터 판독가능 포맷으로 포맷될 수도 있다. 데이터 (106) 는 또한, 텍스트, 코드들, 포인터들, 데이터를 계산하기 위해 하나 이상의 기능들에 의해 사용되는 정보 등과 같은 관련 데이터를 식별하기에 충분한 임의의 정보일 수도 있다. 명령들 (105) 과 유사하게, 데이터 (106) 는 또한, 네트워크 (190) 를 통해 다양한 컴포넌트들로부터 메모리 (104) 상으로 전송될 수도 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 명령들 (105) 은 생물 반응기들, 관련 장비 및 필드 디바이스들로부터의 다양한 입력 값들을 판독하고, 제어를 가하며, 알람들, 레코딩, 보고, 통신 및 알람 기능들을 관리하기 위한 적어도 한 세트의 실행가능한 명령들을 포함할 수도 있다. 명령들 (105) 은 필드 디바이스들 및 관련 장비를 제어하기 위한 다양한 제어 모듈들과 연관될 수도 있다. 명령들 (105) 은 데이터를 프로세싱하기 위한 실행가능 코드 또는 하나 이상의 알고리즘들일 수도 있다. 이와 관련하여, 그리고 이하 예들에서 더 논의되는 바와 같이, 실행가능한 명령들의 세트는 하나 이상의 생물 반응기들 및 관련된 세포 배양 관련 장비에 대한 제어를 수행하기 위한 제어 모듈의 "백본 (back-bone)" 으로 간주될 수도 있으며, 알고리즘들, 프로세싱 조건들, 알람들, 디스플레이들 및 기타 특징들을 연결하도록 구성될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 데이터 (106) 는 센서 판독치들, 센서들에 의해 수집된 데이터, 미리 결정된 파라미터들, 밸브들, 펌프들, 교반장치들, 저울들 및 스위치들과 연관된 판독치들, 프로세스 값이 PWCS ("세트포인트") 에 의해 유지될 사용자 정의된 타겟 값들, 온도 측정들, 압력 측정들, 레벨 측정들, 용존 산소 측정들 등과 같이, 제어 모듈에 의해 사용될 수도 있는 데이터를 포함할 수도 있다.

인터페이스 (108) 는 (필드-장착된 기기, 프로세서-대- 프로세서 통신, 키보드, 마우스, 터치 감지 스크린, 카메라, 마이크로폰 등과 같은) 특정 디바이스, 정보와 데이터의 수신을 허용하는 커넥션 또는 포트, 예컨대 사용자로부터의 상호작용들 또는 네트워크 (190) 를 통한 다양한 컴포넌트들로부터의 정보/데이터일 수도 있다. 예를 들어, 인터페이스 (122) 는 하나 이상의 입/출력 포트들을 포함할 수도 있다. 입/출력 포트들은 임의의 적절한 유형의 데이터 포트, 예컨대 디지털 제어 버스 (Foundation^TM, ProfitbusDP^TM, DeviceNet^TM, Modbus IEEE RS-485, Modbus/IP, Serial IEEE RS-232, 범용 직렬 버스 (USB) 드라이브, zip 드라이브, 카드 리더기, CD 드라이브, DVD 드라이브, 등) 를 포함할 수도 있다.

디스플레이 (110) 는 데이터를 사용자에 통신하는 것이 가능한 임의의 적절한 유형의 디바이스일 수도 있다. 예를 들어, 디스플레이 (110) 는 액정 디스플레이 (LCD) 스크린, 발광 다이오드 (LED) 스크린, 플라즈마 스크린 등일 수도 있다. 디스플레이 (110) 는 컴퓨터 (100) 에 의해 실행될 수 있는 소프트웨어의 시각적 표현 및 이와 연관된 다양한 데이터 등과 같은 다양한 유형의 정보를 사용자에게 제공할 수도 있다.

일 양태에 따르면, 사용자는 인터페이스 (108) 를 사용하여 정보 및/또는 데이터를 입력할 수도 있다. 인터페이스 (108) 는 디스플레이 (110) 상의 사용자/오퍼레이터에게 디스플레이되는 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI) 일 수도 있다. 오직 예로서, GUI 는 프로세싱 유닛 및 데이터를 사용자/오퍼레이터에게 디스플레이하는 오퍼레이터 인터페이스 (OI) 일 수도 있다. 예를 들어, 도 11a 및 도 11b 는 본 발명의 제어 모듈 기능들의 논의와 관련하여 이하에서 더 설명될 OI 및 연관된 기능들의 예들이다.

서버 컴퓨터 (130) 는 네트워크 장비 랙 상에 랙 장착될 수도 있고 및/또는 데이터 센터에 위치될 수도 있다. 일부 예들에서, 네트워크 (190) 를 통해, 서버 컴퓨터 (130) 는 컴퓨터 (100), 모바일 컴퓨터 (140), 스마트폰 디바이스 (150), 태블릿 컴퓨터 (160) 및/또는 스토리지 디바이스 (170) 상에서 실행되는 프로그램들과 연관된 다양한 요청들을 제공할 수도 있다. 추가 예들에서, 서버 컴퓨터 (130) 는 (사용자들에게 "보이지 않을" 수도 있는) 백-엔드 시스템을 지원하는 복수의 서버 컴퓨터들의 부분일 수도 있다.

모바일 컴퓨터 (140), 스마트폰 디바이스 (150) 및 태블릿 컴퓨터 (160) 와 같은 모바일 또는 휴대용 컴퓨팅 디바이스는 컴퓨터 (100) 및/또는 서버 컴퓨터 (130) 와 유사한 컴포넌트들 및 기능들, 예를 들어 하나 이상의 프로세서, 메모리, 입출력 능력들, 디스플레이 등을 포함할 수도 있고, 공통의 씬 클라이언트 및 원격 데스크톱 프로토콜들에 의해, 액세스 디스플레이 (110) 및 인터페이스 (108) 가 컴퓨터 (100) 상에 존재한다.

예를 들어, 모바일 컴퓨터 (140) 는 컴퓨팅 능력 및 네트워크로의 접속성을 갖는 모바일 또는 휴대 가능한 임의의 유형의 디바이스일 수도 있다. 예를 들어, 모바일 컴퓨터 (140) 는 랩탑, 울트라북, 스마트폰, PDA, 태블릿 컴퓨터, 웨어러블 컴퓨팅 디바이스 등일 수도 있다. 모바일 컴퓨터 (140) 는 또한, 모바일 컴퓨팅 디바이스와 연관된 하나 이상의 프로세서들, 메모리, 사용자 인터페이스들, 유선 또는 무선 네트워크 접속 하드웨어, 및 다른 유형의 컴포넌트들을 가질 수도 있다. 따라서, 모바일 컴퓨터 (140) 는 유선 또는 무선 접속을 통해 네트워크 (190) 에 접속 가능하고 서버 컴퓨터 (130), 스토리지 디바이스 (170), 등과 같은 네트워크 (190) 에 접속된 다른 컴포넌트들과 통신할 수 있다.

스마트폰 디바이스 (150) 는 컴퓨팅 능력 및 네트워크 접속성을 갖는 모바일 셀룰러 폰일 수도 있다. 예를 들어, 스마트폰 (150) 은 하나 이상의 프로세서들, 메모리, 하나 이상의 사용자 인터페이스들, 예컨대, QWERTY 키패드, 카메라, 이미지 센서들, 글로벌 포지셔닝 시스템 (GPS), 가속도계, 온도 센서들, 등을 포함할 수도 있다. 컴퓨터 (100) 및 서버 컴퓨터 (130) 와 유사하게, 스마트폰 디바이스 (150) 는 컴퓨터 명령들, 애플리케이션들, 프로그램들, 및 명령들과 데이터의 임의의 세트를 실행하도록 구성될 수도 있다. 추가로, 태블릿 컴퓨터 (160) 는 또한, (컴퓨터 명령들 및/또는 애플리케이션들을 실행하도록 구성된) 하나 이상의 프로세서들, 메모리, 하나 이상의 인터페이스들, 터치스크린 디스플레이, 센서들, 마이크로폰, 카메라, 스피커들, (유선 또는 무선 접속을 통해 네트워크 (190) 와 같은 네트워크에 접속하도록 구성된) 네트워킹 하드웨어, 등을 포함할 수도 있다.

스토리지 디바이스 (170) 는 대량의 데이터를 저장하도록 구성될 수도 있고, 네트워크 (190) 의 다른 컴포넌트들에 의해 요청되거나 액세스될 때 그러한 데이터를 전송하도록 또한 구성될 수도 있다. 예를 들어, 스토리지 디바이스 (170) 는 ROM, RAM, 하드 드라이브들, 솔리드 스테이트 드라이브들, 착탈식 드라이브들, 네트워크 스토리지, 가상 메모리, 다중 레벨 캐시, 레지스터들, CD, DVD 등과 같은 저장 컴포넌트들의 집합일 수도 있다. 또한, 스토리지 디바이스 (170) 는 컴퓨터 (100) 및/또는 서버 컴퓨터 (130) 와 같은 네트워크 (190) 의 다른 컴포넌트들이 네트워크 (190) 에 접속된 다른 컴포넌트들에 액세스하여 데이터를 제공할 수 있도록 구성될 수도 있다.

일 실시형태에서, 스토리지 디바이스 (170) 는 센서 판독치들, 센서들에 의해 수집된 데이터, (예컨대, 제어기들에 의해 다운로드되고 다른 외부 시스템들 및/또는 사용자들에 의해 참조될 수 있는) 미리 결정된 파라미터들, 밸브, 펌프, 교반장치, 저울들 및 스위치 판독치들, 프로세스 값이 PWCS 에 의해 유지될 사용자 정의된 타겟 값들 또는 세트포인트들, 온도 측정들, 압력 측정들, 레벨 측정들, 용존 산소 측정들 등과 같이, 제어 모듈에 의해 사용될 수도 있는 데이터와 같은 데이터 (106) 와 연관된 앞서 기술된 데이터를 저장할 수도 있다. 다른 예에서, 스토리지 디바이스 (170) 는 새로운 데이터를 추가하도록 업데이트될 수도 있다. 예를 들어, 오퍼레이터가 알람 기능에 대한 새로운 미리 결정된 값을 정의한다면, 이전의 미리 결정된 값은 새로운 미리 결정된 값을 반영하도록 업데이트될 수도 있다.

네트워크 (190) 는 네트워크의 하나 이상의 컴포넌트들 간에 데이터의 송신, 명령들, 등을 용이하게 하도록 구성된 임의의 적절한 유형의 네트워크, 유선 또는 무선일 수도 있다. 예를 들어, 네트워크 (190) 는 근거리 통신망 (LAN) (예를 들어, 이더넷 또는 다른 IEEE 802.03 LAN 기술들), Wi-Fi (예를 들어, IEEE 802.11 표준들), 광역 네트워크 (WAN), 가상 사설 네트워크 (VPN), 글로벌 영역 네트워크 (GAN), 또는 이들의 임의의 조합들일 수도 있다. 이와 관련하여, 컴퓨터 (100), 서버 컴퓨터 (130), 모바일 컴퓨터 (140), 스마트폰 디바이스 (150), 및/또는 태블릿 컴퓨터 (160) 는 네트워크 (190) 를 통해 서로 접속하고 통신할 수도 있다.

컴퓨터 (100) 는 상술한 예들에서 데스크탑 컴퓨터일 수도 있지만, 컴퓨터 (100) 는 단지 데스크톱 컴퓨터들로만 제한되지 않으며, 도 1 에 도시된 임의의 컴퓨터들은 데이터 및/또는 명령들을 프로세싱하고 데이터를 송신 및/또는 수신하는 것이 가능한 임의의 디바이스일 수도 있다. 더욱이, 당업자는 이들 컴포넌트들이 실제로 동일한 물리적 하우징 내에 저장되거나 저장되지 않을 수도 있는 다중 프로세서들, 메모리들, 명령들, 데이터 또는 디스플레이들을 포함할 수도 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 명령들 (105) 및 데이터 (106) 의 일부 또는 전부는 착탈식 매체 상에 저장될 수도 있거나 프로세서 (102) 로부터 물리적으로 떨어져서 여전히 액세스가능한 위치에 저장될 수도 있다. 도 1 의 다양한 컴포넌트들이 네트워크 (190) 에 접속되지만, 컴포넌트들은 또한, 임의의 적절한 조합으로 서로 접속될 수도 있음이 이해될 수도 있다.

도 2 은 본 발명의 양태들에 따른 다른 예시적인 시스템을 도시한다. 이 예에서, 시스템은 PWCS 를 나타내고, 도 1 에 도시된 다양한 컴포넌트들은 생물 반응기들 및 관련된 장비, 예컨대 발효 및/또는 수확을 위한 장비 (202), 미세여과 및 정제 (예를 들어, 크로마토그래피 스키드) 를 위한 장비 (204), CIP (Clean In Place) 시스템들 및 SIP (System In Place) 시스템들과 같은 배지 준비를 위한 장비 (206), 완충제 준비를 위한 장비 (208), 및 다양한 필드 디바이스들 (예를 들면, 송신기들을 갖는 센서들, 저울들, 스위치들, 펌프들, 제어 밸브들, 개별 밸브들, 고정 속도 스타터들 또는 가변 주파수 드라이브들을 갖는 펌프들, 가변 주파수 드라이브들을 갖는 교반장치들, 제한 스위치들을 갖는 개별 밸브들) 의 제어를 용이하게 하는 방식으로 구성될 수도 있다. 도 1 의 컴퓨터 (100) 와 같은 하나 이상의 컴퓨터들은 시스템 전체에 분산될 수도 있으며, 각 컴퓨터는 도시된 시스템의 특정 제어 및/또는 부분들에 전용될 수도 있다. 마찬가지로, 도 1 의 서버 컴퓨터 (130) 와 같은 서버 컴퓨터들은 또한 물리적 또는 가상이고, 시스템 전체에 분산되며, 시스템의 특정 부분들에 전용되어 데이터 및 명령들의 통신을 용이하게 할 수도 있다.

도 3 은 예를 들어, 본 발명의 양태들에 따라 도 2 에 도시된 시스템의 다이어그램을 도시한다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 프로패셔널 플러스 워크스테이션 PRO (302) 은 PWCS 에 대한 중앙 데이터베이스일 수도 있고, 배치 관리 EXEC (304) 는 예를 들어, 레시피 정보를 저장하고 배치 프로세싱을 저장할 수도 있고, 배치 이력장치 BHIST (306) 는 PWCS 로부터의 배치 관련 데이터를 레코딩하고 저장하고, 연속 이력장치 PI-PHIST (308) 는 PWCS 로부터의 연속적인 플랜트 데이터를 레코딩하고 저장하며, 단말 서버들 TS (310, 312 및 314) 의 각각은 데스크탑 컴퓨터들 및 태블릿 컴퓨터들과 같은 씬 클라이언트 단말들에 대한 원격 액세스 세션들을 위한 호스트일 수도 있고, 그리고 제어기들 (316, 318 및 320) 의 각각은 프로세싱 장비 및 기능성들을 제어하는데 사용되는 알고리즘들 및/또는 실행가능한 명령들의 세트를 실행 및 수행할 수도 있는 PWCS 디바이스이다. 도 3 에서 도시된 컴포넌트들 중 임의의 하나는 컴퓨터 (100), 서버 컴퓨터 (130), 모바일 컴퓨터 (140), 스마트폰 디바이스 (150), 태블릿 컴퓨터 (160), 및/또는 스토리지 디바이스 (170) 중 하나 이상일 수도 있다 (또는 대응할 수도 있다).

하드웨어일 수도 있는 제어기들 (316, 318 및 320) 은 제어 모듈들을 통해, 도 3 에 도시된 다양한 필드 디바이스들을 제어하는 하나 이상의 제어 루프들을 제어하기 위해, 소프트웨어일 수도 있는 하나 이상의 제어 모듈들을 구현한다. 제어 모듈은 본 개시의 양태들에 따라 제어 루프의 일부일 수도 있거나 제어 루프의 외부에 있을 수도 있다. 이는 도 4 의 예시적인 다이어그램으로 도시된다. 도 4 는 3 개의 상이한 제어 모듈들 (402, 404, 및 406) 과 연관된 제어기, 예를 들어 제어기 (316) 를 도시하며, 이들 각각은 개별 제어 루프와 연관된다. 예로서, 제어 모듈 (402) 은 제어 루프 (412) 와 연관되고, 제어 모듈 (404) 은 제어 루프 (414) 와 연관되며, 그리고 제어 모듈 (406) 은 제어 루프 (416) 와 연관된다. 일 예로서, 제어기 (316) 상에서 실행되는 알고리즘들은 제어 루프, 배치 제어 및 연속 제어 기능성들에 사용될 수도 있다. 제어 모듈들 (402, 404, 406) 은 또한, 값이 압력 송신기로부터 오픈되거나 판독되게 하는 것과 같은, 특정 제어 루프들과 연관되지 않은 개별 엘리먼트들을 구동하도록 구성될 수도 있다. 또한, 제어기 (416) 는 도 1 및 도 3 에 도시 된 바와 같이, 프로세싱 데이터를 하나 이상의 시스템 서버들에 통신할 수도 있다. 예를 들어, 제어기들 (316, 318, 320) 및 다른 제어기들은 또한, 생물 반응기 제어를 위해 특정 플랜트 전체에 물리적으로 분산될 수도 있다.

위에서 설명되고 도 1 에 도시된 시스템 및 그 동작들에 더하여, 다양한 동작들이 지금부터 이하에서 설명될 것이다. 다음 동작들은 특정한 또는 정확한 순서로 수행될 필요가 없다. 오히려, 다양한 단계들이 임의의 적절한 순서로 수행될 수도 있고, 상이한 조합들 또는 동시에, 하나 이상의 단계들이 또한, 추가되거나 생략될 수도 있다. 예를 들어, 동일한 하드웨어/소프트웨어/구성을 사용하여 고유한 제품들을 생산하는데 필요한 순차적 오케스트레이션 및 제어 루프 세트포인트들을 정의하는 파라미터들을 포함할 수도 있는 "레시피" 구성은 관련 제어 루프들이 적용되는 방법과 시기를 결정한다. 제어 루프 및 대응하는 제어 모듈의 다양한 예들 및 양태들은 이하에서 더 상세히 논의될 것이다.

도 5 는 적어도 3 개의 컴포넌트들: 액추에이터 (502), 센서-송신기 (504) 및 루프 제어기 (506) 를 갖는 본 개시물의 양태들에 따른 제어 루프 (500) 를 도시한다. 제어 루프들은 동일한 논리로 각각의 요구들에 따라 다양한 최종 사용자들에 대해 다수의 제품들을 실행하기 위해 순차적 페이즈 로직을 갖는 다수의 가능한 구성들과 많은 다른 구성들을 가질 수도 있다. 일부 예시들에서, 도 5 에 도시된 것과 같이, 루프 제어기 (506) 는 루프를 제어하기 위해 도 4 에 도시된 제어 모듈들 (402, 404, 및 406) 과 같은 (이하 추가로 설명될 것과 같은) 하나 이상의 제어 모듈들에 의해 구현될 수도 있다.

액추에이터 (502) 는 예컨대, 프로세스 값 (예컨대, 필드 디바이스로부터 판독되고 및/또는 프로세싱되는 값) 을 조절하기 위해 루프 제어기에 의해 조작되고 및/또는 제어되는 물리적 디바이스일 수도 있다. 액추에이터들의 몇몇 예들은 제어 밸브들, 펌프들, 교반장치들 등을 포함한다. 센서-송신기 (504) 는 특정 값들을 판독 및/또는 프로세싱하고 입력을 루프 제어기에 송신하도록 구성되는 물리적 디바이스일 수도 있다. 프로세스 값들의 몇몇 예들은 온도, 압력, pH, 흐름, 용존 산소, 전도도, 레벨 등을 포함할 수도 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 루프 제어기 (506) 는 제어 루프의 "두뇌 (brains)" 일 수도 있다. 루프 제어기 (506) 는 프로그래밍된 알고리즘들 및/또는 실행가능한 명령들의 세트들에 따라 그리고 기초하여 제어 루프를 조정할 수 있는 하나 이상의 소프트웨어 제어 모듈들일 수 있다. 일부 예시들에서, 전술한 바와 같이, 하드웨어 제어기들은 특정 제어 루프들과 연관된 다수의 제어 모듈 알고리즘들 및 구성들을 포함할 수도 있다.

도 5 에 도시된 제어 루프 (500) 는 수동, 자동, 캐스케이드 (감독) 및 캐스케이드 (슬레이브) 와 같은 상이한 동작 모드들로 구현될 수도 있으며, 이들 각각이 이하 설명될 것이다. 도 6 내지 도 8 은 상이한 동작 모드들을 도시한다.

수동 모드로 동작하는 제어 루프

도 6 은 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따라 수동 모드 (600) 로 동작하는 제어 루프 (500) 를 도시한다. 예를 들어, 사용자 또는 오퍼레이터는 오퍼레이터 인터페이스 (OI) (602) 와 같은 제어 로직에 의해 허용될 때 제어 루프 (500) 의 출력을 조작할 수도 있다. 도 6 에서, OI (602) 는 "화면" (604) 이다. 이 예에서, OI (602) 의 "화면" (604) 상의 슬라이드 바 (606) 는 숫자 입력에 의해 "100.0" 으로 조정된다. 출력 (608) 은 루프 제어기 (506) (예를 들어, 제어 모듈) 로 송신되고, 그 후 고정된 출력 (610) 이 액추에이터 (502) 로 송신된다. 액추에이터 (502) 는 센서-송신기 (504) 에 의해 판독되는 100% 의 고정된 출력을 수행하고, 그 후 제어 모듈 (예를 들어, 제 2 제어 모듈) 에 의해, 프로세스 값 (예를 들어, 센서에 의해 판독되는 값) 은 루프 제어기 (506) 로 다시 송신되고 사용자/오퍼레이터에 대한 화면 상에 디스플레이된다.

자동 모드로 동작하는 제어 루프

도 7 은 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따라 자동 모드 (700) 로 동작하는 제어 루프 (500) 를 도시한다. 예를 들어, 사용자 또는 오퍼레이터는 제어 루프 화면 (704) 을 사용하여 세트포인트 (702) 를 엔터 또는 입력할 수도 있고, 거기에서 루프는 그 사용자 입력 세트포인트에 자동으로 또는 동적으로 제어한다. 앞서 언급된 것과 같이, 세트포인트 (702) 는 프로세스 값이 PWCS 에 의해 유지될 타겟 값일 수도 있다. 여기서, 세트포인트 (702) 는 루프 제어기 (506) (예컨대, 제어 모듈) 로 엔터 및 공급되고, 여기서 루프 제어기로부터의 가변 출력은 액추에이터 (502) 로 송신된다. 그 후, 액추에이터 (502)는 가변 포지셔닝을 수행하고, 센서-송신기 (504) 는 연관된 값을 판독한 다음, 판독 값은 프로세스 값을 생성하는 제어 모듈 (예를 들어, 제 2 제어 모듈) 로 전송되고, 그 후 프로세스 값은 루프 제어기 (506) 로 다시 송신된다. 일 예에서, 판독된 프로세스 값이 세트포인트 (예를 들어, 타겟 값) 와 동일하거나 매칭하는지 여부가 결정된다. 프로세스 값과 세트포인트 값이 매칭하지 않으면, 제어 루프 (500) 는 프로세스 값이 그 사용자 입력 세트포인트와 매칭할 때까지 자동적으로 또는 동적으로 조정할 수도 있다. 프로세스 값 출력은 사용자/오퍼레이터에 대한 화면 (704) 상에 디스플레이될 수도 있다.

캐스케이드 모드로 동작하는 제어 루프(들)

도 8 은 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따라 캐스케이드 모드로 동작하는 제어 루프 (800) 를 도시한다. 예를 들어, 감독 "마스터" 루프 (802) 및 보조 "슬레이브" 루프 (804) 와 같은 2 이상의 루프들이 캐스케이드될 수도 있다. 이 예에서, 감독 루프 (802) 는 화면들 (806 및 807) 과 같은 PWCS 제어 로직으로부터 입력된 세트포인트를 수신하고 제어하며, 보조 루프 (804) 는 마스터/감독 루프 (802) 로부터의 출력들에 기초하여 기능한다. 도시된 바와 같이, 2 개의 루프 제어기들 (808 및 810) 은 2 개의 연관된 제어 모듈들 (812 및 814) 과 함께 사용된다. 액추에이터 및 최우측의 루프 제어기를 포함하는 더 작은 최외부 루프는 보조 루프 또는 슬레이브 루프 (804) 이고, 양자의 루프 제어기들 (808 및 810) 을 포함하는 더 큰 전체 루프는 감독 또는 마스터 루프 (802) 이다.

전술한 양태들의 일부 예들에서, "임계" 프로세싱은 복수의 센서들을 필요로 할 수도 있으며, 그 중 일부는 중복될 수도 있다. 예를 들어, 중복 센서들은 생물 반응기의 배양 성장에 필요할 수도 있다. 추가 예에서, pH, 온도 및 용존 산소와 같은 특정 프로세스 값을 모니터링하기 위해 2 개의 센서들이 사용될 수도 있다.

도 9 는 센서 스탠바이 및 바이패스 기능성들을 갖는 생물 반응기 온도 제어를 위한 예시적인 캐스케이드 루프 (900) 이다. 예를 들어, 센서들 ("프로브 1" (902) 및 "프로브 2" (904)) 로부터의 출력은 캐스케이드 제어 루프 - 감독 루프와 슬레이브 루프 양자) 에 영향을 미친다. 이들 출력들은 루프 제어기 (906) 에 공급된다. 프로브들과 연관된 제어 모듈들 (908 및 910) 중 하나는 "스탠바이" 모드일 수 있고, 이는 제어 모듈 (908 또는 910) 이 제어시 실제로 제어 모듈 대신 사용되도록 이용가능한 것을 나타낸다. 그러나, "바이패스" 모드에서, 센서의 출력은 제어 루프에 영향을 주는데 사용되지 않는다 (예컨대, 이러한 특정 센서가 사용자에게 사용되지 않아야만 한다는 표시). 이들 모드들은 OI 화면들 (912 및 914) 상에 사용자/오퍼레이터에 디스플레이된다. 이들 상이한 실행 모드들은 제어 모듈들의 논의와 관련하여 이하 추가로 논의된다.

앞서 설명된 것과 같이, 도 4 에 도시된 제어 모듈들 (402, 404, 및 406) 과 같은 제어 모듈은 다양한 알고리즘들, 프로세싱 조건들, 알람들, 디스플레이들, 및 다른 특징들을 연결할 수 있는 소프트웨어 (예컨대, 실행가능한 명령들의 세트) 일 수도 있다. 이와 관련하여, 제어 모듈은 "제어 엔티티" 로 공지된다. 제어 모듈들은 입력들을 판독하고, 제어를 수행하고, 필드 디바이스들과 연관된 알람들을 관리하는 등을 한다. 일 예에서, 제어 모듈은 기본 제어와 같은 제어를 실행하기 위한 장비의 최저 레벨 그룹인 것으로 고려된다. 또한, 제어 모듈들은 사용자들 또는 오퍼레이터들이 모듈 파라미터들 및 다른 유형의 데이터를 조작 (예를 들어, 입력, 변경, 업데이트, 등) 하게 하는 OI 또는 임의의 유형의 GUI 와 같은 인터페이스들을 가질 수도 있다. 모든 자동화된 필드 디바이스들과 같은 필드 디바이스들은, 필드 디바이스들이 제어될 수도 있고 및/또는 연관된 제어 모듈(들)이 필드 디바이스들로부터 데이터를 수신할 수 있도록, 특정 제어 모듈 또는 제어 모듈들의 세트와 연관될 수도 있다. 예를 들어, 밸브들 (자동화된 및 제어), 펌프들, 교반장치들, 센서들-송신기들, 저울들 및 스위치들과 같은 필드 디바이스들은 전술한 바와 같이, 하나 이상의 제어 모듈들과 연관될 수도 있다.

본 발명의 하나 이상의 양태들에서, 제어 모듈들은 필드 디바이스들로부터의 데이터가 어떻게 통신되는지에 영향을 줄 수도 있는 특정 필드 디바이스들에 대해 상이한 실행 모드들을 가질 수도 있다. 일 예에서, 중복 쌍에서의 센서들에 대한 제어 모듈은 "제어", "스탠바이", 및 "바이패스" 동작 모드들을 갖는다. 제어 동작 모드에서, 센서들로부터의 출력은 캐스케이드 제어 루프, 캐스케이드에서의 감독 및 슬레이브 루프들 양자에 영향을 미친다. 스탠바이 동작 모드에서, 센서(들)과 연관된 제어 모듈은 제어시 실제로 하나를 대신하여 사용되도록 이용가능하다. 바이패스 동작 모드에서, 센서(들)로부터의 출력은 제어 모듈에 의해 무시될 수도 있다. 또한, "시뮬레이트" 모드 (예컨대, 제어 모듈 출력은 업데이트하지 않지만 디바이스 피드백은 세트포인트를 뒤따름), "인터로크" 모드 (예컨대, PWCS 가 제어 모듈의 상태를 변화시키기 않는 것을 보장하기 위해 디바이스가 사용자/오퍼레이터에 의해 로크됨), 및 "바이패스" 모드 (예컨대, 제어 모듈은 제한 스위치들과 같은 필드 피드백을 무시하지만, 장비를 제어하는 것을 계속할 수도 있음) 와 같은, 자동화된 밸브들, 펌프들 및 교반장치들에 대한 다른 유형의 실행 모드들이 존재할 수도 있다. 제어 루프들에서 사용된 이들 디바이스들에 대한 제어 모듈은 자동, 수동, 캐스케이드 (감독 또는 슬레이브) 동작 모드들에 있을 수도 있다. 또한, 스위치들, 저울들 및 센서들과 같은 디바이스들의 경우, PWCS 가 마치 입력이 개별 필드 기기로부터인 경우에 반응할, 제어 모듈 입력이 사용자/오퍼레이터에 의해 세팅되는 시뮬레이트 모드가 또한 존재할 수도 있다. 이들 디바이스들의 경우, 제어 루프들에 사용되는 제어 모듈은 또한, 제어, 스탠바이 또는 바이패스 모드들에 있을 수도 있다.

도 10 은 제어 모듈들과 각 필드 디바이스들 사이의 데이터 통신을 도시하고, 제어 모듈들의 입출력 구성들을 추가로 도시한다. 도시된 바와 같이, 센서-송신기 (1002), 저울 (1004) 및 스위치 (1006) 와 같은 특정 필드 디바이스들은 데이터 (예를 들어, "입력" 신호들) 를 제어 모듈 (1008) 에 송신한다. 다시 말해서, 이 예에서, 제어 모듈 (1008) 은 이들 특정 필드 디바이스들을 제어하지 않는다; 오히려 단지 데이터를 수신하도록 구성된다. 또한, 스위치를 제한하지 않고 펌프 (1010), 제어 밸브 (1012) 및 밸브 (1014) 와 같은 다른 필드 디바이스들은 제어 모듈 (1016) 로부터 "출력" 신호들을 수신할 수도 있다. 여기서, 예를 들어, 제어 모듈 (1016) 은 이들 필드 디바이스들을 제어할 것이다. 또한, 도 10 은 가변 주파수 드라이브 (VFD) 를 갖는 펌프 (1018) 및 VFD를 갖는 교반장치 (1020) 와 같은 특정한 다른 필드 디바이스들, 및 제어 모듈 (1024) 로부터 출력 신호들을 수신하고 또한 데이터 및/또는 입력 신호들을 제어 모듈 (1024) 로 송신할 수도 있는 제한 스위치를 갖는 밸브 (1022) 를 도시한다. 이 예에서, 이들 필드 디바이스들은 제어 모듈 (1024) 에 의해 제어되지 않을 수 있지만, "필드 피드백" 을 제어 모듈 (1024) 에 송신할 수도 있다.

제한 스위치들은 물체의 존재와 부재를 검출하는 센서들일 수도 있다. PWCS 에서, 이들 제한 스위치들은 밸브들의 "닫힌" 위치들을 확인하는 데 사용될 수도 있다. 일부 예들에서, 제한 스위치들은 오직 출력만을 수신하는 밸브들로부터 입력 신호들을 제어 모듈들에 송신하여 제어 모듈들에 필드 피드백을 제공하도록 구성된다.

전술한 바와 같이, 제어 모듈은 사용자들 또는 오퍼레이터들이 모듈 파라미터들 및 다른 유형의 데이터를 조작 (예를 들어, 입력, 변경, 업데이트, 등) 하게 하는 OI 또는 임의의 유형의 GUI 와 같은 인터페이스를 가질 수도 있다. 도 11a 및 도 11b 는 본 발명의 양태들에 따라, 예시적인 오퍼레이터 인터페이스 및 예시적인 화면들을 각각 도시한다.

도 11a 는 "17,000L 배지 프렙 탱크" 의 시각적 표현을 디스플레이하는 OI 를 도시한다. 도시된 것과 같이, 배지 프렙 탱크와 연관된 컴포넌트들 및 필드 디바이스들을 나타내기 위해 다양한 심볼들이 존재하며, 그 그래픽들은 파라미터들이 변화할 때 실시간으로 변화할 수도 있다. 아이콘 (1102) 은 "포뮬러", "스테이터스", "스테이터스 시간", "pH" 등과 같이, 탱크와 연관된 다양한 데이터가 디스플레이되는 것을 포함한다. 또한, 데이터의 관찰 및 분석, 인쇄 등의 상이한 기능성들과 관련된 다양한 아이콘들 (1104) 이 도시되며, 또한 선택가능하다. 다른 예들에서, 사용자 또는 오퍼레이터는 "배치 운영자 인터페이스" 또는 "BOI" (도시되지 않음) 에 액세스할 수도 있으며, 여기서 사용자 또는 오퍼레이터는 레시피들을 입력하고 다양한 유형의 배치 프로세싱 등의 스테이터스를 추적할 수 있다. BOI 에 대한 인터페이스는 도 11a 에 도시된 OI 와 유사한 방식으로 구성될 수도 있거나, 대안적으로 더 텍스트 기반일 수도 있으며, 여기서 텍스트가 메인 그래픽 인터페이스 디스플레이 상에 디스플레이되고 오퍼레이터는 버튼들 또는 아이콘들을 사용하여 배치 프로세스들을 "추가", "중지", "계속" 등을 할 수 있다.

도 11b 는 OI 와 연관될 수도 있는 예시적인 화면들을 도시한다. 예를 들어, 화면들은 제어 모듈일 수도 있으며, 화면들 (1112, 1114, 1116, 1118, 및 1120) 은 모듈 상세 디스플레이를 개방하는 상세 디스플레이 버튼/아이콘, 모듈이 위치되는 그래픽을 개방하는 일차 제어 디스플레이 버튼/아이콘, 사용자/오퍼레이터가 모듈에 관련된 이력 데이터를 보게 하는 프로세서 히스토리 뷰 버튼/아이콘, 모듈을 개방하는 제어 스튜디오 버튼/아이콘, 및 모듈과 관련된 활성 알람들을 확인응답하는 확인응답 알람 버튼/아이콘을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

다른 유형의 제어 모듈 화면들이 제어 루프들을 조작할 수도 있다. 예를 들어, 이들은 제어 루프가 동작 모드 (예컨대, 자동, 수동, 감독, 슬레이브) 를 결정하는 제어 루프 모드 버튼/아이콘, 사용자들이 자동 모드에서 제어 루프의 세트포인트를 조정하게 하는 세트포인트 입력 필드/슬라이더/아이콘, 제어 루프의 입력 디바이스로부터 엔지니어링 단위들로 값들을 디스플레이하는 프로세스 값 아이콘/디스플레이, 및 자동 모드에 있을 때 출력 디바이스에 전송된 값들을 백분율로 표시하고 제어 루프가 수동 모드에 있을 때 수동으로 조정될 수 있는 출력 입력 필드/슬라이더/아이콘을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 화면들은 제어 모듈의 필드 디바이스가 위치된 플랜트 영역을 지정하는 것과 같은 특정 유형의 정보를 명시하기 위해 상이한 배경 컬러들을 가질 수도 있다.

도 11a 및 도 11a 에 도시된 예들을 포함하여, OI 의 많은 적절한 조합들 및 변형들이 존재하고 구현될 수도 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 수도 있다.

"이론단 상당 높이 (Height Equivalent of a Theoretical Plate)" 또는 "HETP" 는 분자들을 분해하기 위해 패킹된 컬럼의 균일성의 표시를 제공하는, 크로마토그래피 컬럼의 이론단 상당 높이다. HETP 값이 작을수록 컬럼 패킹이 더 효율적일 수도 있다. 비대칭 인자는 피크 대칭을 계산하는데 사용되는 측정치이며 가능하면 대칭이어야 한다. 도 12a 및 도 12b 는 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따라 크로마토그래피 스키드 HETP 계산들을 신규하고 고유한 방식으로 처리하는 일 예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 계산들은 특정 알고리즘들에 따라 하나 이상의 연관된 제어 루프들을 통해 하나 이상의 제어 모듈들 (집합적으로, HETP 제어 모듈) 에 의해 수행될 수도 있다. 또한, 도 13 은 예시적인 크로마토그래피 컬럼 시스템의 다이어그램이고, 도 14 내지 도 16 은 크로마토그래피 컬럼 팩들의 실시간 분석을 위한 HETP 제어 모듈의 적용을 도시한다.

도 12a 에서, "ACT" 로 표시된 블록들은 각각, 크로마토그래피 스키드 계산들을 수행하기 위한 제어 모듈에 대한 실행가능한 명령들의 세트를 포함한다. 예를 들어, 블록 "ACT1" 에서, 전도성에 대한 MIN 및 MAX 값들이 리셋되고, 계산된 시간들이 리셋되며, 타이머는 인에이블되고 시작되며, 데이터 레코딩이 또한 인에이블된다. 블록 "ACT2" 에서, 타이머는 정지 및 리셋되고, 데이터 레코딩이 디스에이블되며, CALC-10 및 CALC-50 블록들이 인에이블된다. 이들 2 개의 블록들 ACT1 및 ACT2 과, 연관된 동작들은 포지티브 방향 에지 트리거 ("PDE1" 블록), 출력 A, 및 네거티브 방향 에지 트리거 ("NDE1" 블록), 출력 B (양자의 출력들 A 및 B 은 도 12b 에 도시됨) 에 기초하며, 이들은 도 13 내지 도 16 과 관련하여 추가로 논의될 것이다. 도 12b 는 "PDE1" 블록 출력 A 및 "NDE1" 블록 출력 B 를 획득하기 위한 예시적인 알고리즘을 도시한다. 또한, 도 12b 는 컬럼 배출 전도율과 연결된 파라미터인 전도율 입력일 수도 있는, 입력 C 를 취하는 "FLTR1" 블록을 도시한다.

도 12a 의 "MIN-AVG" 블록에서, 전도율 값들은 0.25 부터 0.5 까지 매 0.01 초와 같은, 미리 결정된 시간 주기마다 레코딩되고, 그 후에 25 개의 샘플들의 평균이 구해지고 내부 파라미터로서 레코딩된다. "RECORD" 블록에서, 전도율 값들과 시간/부피가 레코딩된다. "CALC-10" 블록에서, 상승 에지와 하강 에지가 MAX 의 10% 를 통과하는 시간/부피가 계산된다. 또한, "CALC-50" 블록에서, 상승 에지와 하강 에지가 MAX 의 50% 를 통과하는 시간/부피가 계산된다. "CALC-DATA" 블록에서, MAX 로 10% 상승하는 시간/부피와 10% 하강하는 시간/부피가 계산된다.

도 12a 및 도 12b 의 다이어그램들에 도시된 블록들에 의해 수행되는 계산들은 기록되는 적어도 다양한 입력 파라미터들 및/또는 내부 파라미터들에 의존한다. 오직 예를 들어, 입력 파라미터들은 컬럼 전도율에 연결된 "전도율" 입력, "참" 으로 세팅될 때 계산 변수들을 리셋하고, 타이머를 시작하고, 데이터 레코딩을 시작하며, "거짓" 으로 세팅될 때 타이머를 리셋하고, 데이터 레코딩을 디스에이블하는 "RUN-CALC" 파라미터, 스키드 컬럼 부피에 연결된 "COL-VOL" 파라미터, 스키드 흐름 적산기에 연결된 "FIQ" 파라미터, 컬럼 베드의 높이인 "BED-HEIGHT" 파라미터, 하부, 즉 컬럼 유입 밸브에 연결된 "COLUMN-VLV" 파라미터, 및 계산 유형을 선택하는데 사용되는 "CALC-BY-VOL" 파라미터 (예컨대, "거짓" 으로 세팅하는 것은 시간에 의한 것이고 "참" 으로 세팅하는 것은 부피에 의한 것이다) 를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 레코딩된 내부 파라미터들은 시작하는 흐름 적산기 값을 레코딩하는데 사용되는 "FIQ-START" 파라미터, 전도율 기준의 평균인 "MIN-STEADY" 파라미터, 기준 평균 계산을 위한 기준 전도율 값들을 레코딩하는데 사용된 "MIN-AVG-ARRAY" 파라미터, 계산의 지속기간 동안 최대 전도율을 레코딩하는 "MAX" 파라미터, 및 계산의 지속기간 동안 최대 전도율이 발생한 시간을 레코딩하는 "TIME-MAX" 파라미터를 포함할 수도 있다. 이들 파라미터들은 도 14 내지 도 16 과 관련하여 이하에서 더 논의될 것이다.

도 13 은 본 개시물의 하나 이상의 양태들에 따른 예시적인 크로마토그래피 컬럼 시스템 (1300) 의 다이어그램을 도시한다. 도시된 바와 같이, 예를 들어, 시스템 (1300) 은 하나 이상의 크로마토그래피 컬럼들, 예컨대 크로마토그래피 컬럼 (1302), 동작 유속들을 유지할 수 있는 펌프들 (1306 및 1304), 전도율 계측기 (1308), 차트 레코더 (1310), 전도율 흐름 셀 (1312 및/또는 1314), 실리콘 튜빙, 전도율 표준들 또는 등가물들, 호스 바브들 및 개스킷들, 염화 나트륨 (NaCl) 및 필터를 포함한다. 크로마토그래피 컬럼 시스템 (1300) 에서 장비를 준비한 후, 컬럼 팩들의 실시간 분석을 위해 HETP 효율 및 비대칭이 계산될 수 있다.

크로마토그래피 컬럼의 HETP 및 비대칭 값들을 계산하기 전에, 컬럼은 먼저 특정 절차들에 따라 레벨링될 수도 있고, 호스 및 여러 밸브 식별자들은 필요에 따라, 절차에 따라 다시 레코딩될 수도 있다. 그 후, 컬럼은 특정 HETP 완충액으로 평형화되고, HETP 완충제의 적어도 하나의 컬럼 부피 (CV) 를 특정 유속으로 흐르게 한다. 기준이 도달되면, 완충제 흐름은 중지될 수도 있다. 그 후에, HETP 테스트가 동작가능한 유속으로 로드되고, HETP 완충제의 흐름이 동작가능한 유속들에서 재개된다. 전도율이 (예컨대, 대략 1 CV 이후에) 기준으로 리턴하면 그리고 전도율 판독치들로부터, HETP 및 비대칭 값들이 이하 추가로 논의되는 것과 같이 계산된다.

도 14 내지 도 16 은 본 개시의 하나 이상의 양태들에 따라 크로마토그래피 컬럼 팩들의 실시간 분석을 위한 HETP 제어 모듈의 적용을 예시한다. 예를 들면, 도 14 는 x-y 플롯 상의 HETP 및 비대칭을 계산하기 위한 식의 그래프 (1400) 를 도시하며, 여기서 x 축은 부피/시간을 도시하고, y 축은 전도율을 도시한다. 그래프 (1400) 에 도시된 것과 같이, "WH" 는 기준 전도율을 넘는 최대 전도율의 50% 에서 피크의 폭을 나타내고, "a" 는 최대 시간/부피 마이너스 10% 상승에서의 시간/부피로부터의 시간/부피의 차이이며, "b" 는 10% 하강 마이너스 최대 피크 시간/부피로부터의 시간/부피의 차이이다. 이와 관련하여, HETP 및 비대칭을 계산하기 위해 다음 값들이 필요하다: 기준 전도율, 10% 및 50% 상승 시간들/부피들, 최대 시간/부피, 및 10% 및 50% 하강 시간들/부피들. HETP 및 비대칭 값들의 계산은 시간 및/또는 부피에 기초할 수도 있다.

앞서 논의한 바와 같이, 내부 파라미터 레코딩을 위해, 다음 값들이 실시간으로 레코딩된다: 전도율 기준 평균; 최대 전도율 및 시작부터의 해당 시간 및 총 부피; 기준부터 최대 전도율까지 전도율의 함수로서 시간 및 총 부피; 및 10% 및 50% 하강 시간/부피. 예를 들어, 도 15 및 도 16은 그래프 (1400) 상의 이들 값들의 상대적인 위치들을 도시한다. 도 15 에서, 전도율 피크의 상승 및 하강측들에 대한 10% 및 50%, 및 최대 전도율 및 해당 시간/부피 값이 도시된다. 도 16 은, 피크의 리딩 에지가 전도율 t(C) 및 V(C) 의 함수로서 시간/부피로 레코딩되고, 10% 하강이 도달되면, HETP 및 비대칭이 계산된다는 것을, 부분적으로 도시한다.

도 12a 의 HETP 제어 모듈 예를 통해, 기준 전도율 값 (MIN-STEADY 파라미터) 을 획득하기 위해, MIN-AVG 블록은 예를 들어, 도 12b 에 도시된 FLTR1 블록의 출력으로부터 25 개의 전도율 값들을, 0.25 CV 부터 0.5 CV 까지 컬럼 부피 (CV) 의 100 분의 1 마다 레코딩한다. 계산된 25 개 전도율 값들의 평균은 MIN-STEADY 파라미터에 레코딩되고, 그 후 MIN-AVG 계산이 종료한다. 그래픽으로, 도 15 및 도 16 에 도시된 바와 같이, 이 기준 결정은 전도율 피크의 상승측을 레코딩하기 전에 수행된다. 그 후, 도 12a 의 RECORD 액션 블록은 전도율이 예를 들어, 각각의 엔지니어링 단위 (EU) (예를 들어, 0.01 mS/cm) 를 0 부터 999 EU 까지 통과하는 시간 및 부피를 캡처한다. 예로서, 값들은 도 15 에 개시된 바와 같이, TIMES-XX 및 VOLUMES-XX 로부터의 고정된 사이즈의 어레이로 레코딩된다. 양자의 어레이들은 1,000 개의 아이템들을 가질 수도 있다. 또한, 전도율 값이 레코딩된 최대 값보다 큰 경우에만 값들이 어레이들에 레코딩될 수도 있다. 전도율이 이전에 레코딩된 최대치보다 큰 경우, MAX 파라미터가 현재 전도율로 오버라이팅되고, 상대 시간은 TIME-MAX 파라미터에 레코딩되며 상대 부피는 VOLUME-MAX 파라미터에 레코딩된다.

10% 의 피크 하강 시간 및 부피에 대하여, 전도율이 MAX 파라미터 미만이지만 MIN-STEADY 파라미터 보다 크고 그 값이 ((MAX-MIN-STEADY) * 0.1 + MIN-STEADY) 보다 큰 경우, RECORD 액션 블록에 의해, 경과된 시간은 "TIMES-F[2]" 에 레코딩되고 상대 부피는 "VOLUMES-F[2]" 에 레코딩된다. 50% 의 피크 하강 시간 및 부피에 대하여, 전도율이 MAX 파라미터 미만이지만 MIN-STEADY 파라미터 보다 크고 그 값이 ((MAX-MIN-STEADY) * 0.5 + MIN-STEADY) 보다 큰 경우, RECORD 액션 블록에 의해, 경과된 시간은 "TIMES-F[1]" 에 레코딩되고 상대 부피는 "VOLUMES-F[1]" 에 레코딩된다.

10% 하강이 도달되면, 다음 계산들이 수행된다. 도 12a 에서의 CALC-10 액션 블록은 피크의 10%, ((MAX-MIN-STEADY) * 0.1 + MIN-STEADY), 상승 및 하강 시간들 및 부피들을 캡처하고, 여기서 "TIME-10-FALL" (계산된 내부 파라미터) 는 TIMES-F[2] 이고, "TIME-10-RISE" (계산된 내부 파라미터) 는 TIMES-XX 에 레코딩된 2 개의 이웃하는 전도율 대 상대 시간 값들 간의 시간을 선형으로 보간함으로써 결정되며, "VOLUME-10-FALL" (계산된 내부 파라미터) 는 VOLUMES-F[2] 이고, 그리고 "VOLUME-10-RISE" (계산된 내부 파라미터) 는 VOLUMES-XX 에 레코딩된 2 개의 이웃하는 전도율 대 상대 부피 값들 간의 시간을 선형으로 보간함으로써 결정된다.

도 12a 에서의 CALC-50 액션 블록은 피크의 50%, ((MAX-MIN-STEADY) * 0.5 + MIN-STEADY), 상승 및 하강 시간들 및 부피들을 캡처하고, 여기서 "TIME-50-FALL" (계산된 내부 파라미터) 는 TIMES-F[1] 이고, "TIME-50-RISE" (계산된 내부 파라미터) 는 TIMES-XX 에 레코딩된 2 개의 이웃하는 전도율 대 상대 시간 값들 간의 시간을 선형으로 보간함으로써 결정되며, "VOLUME-50-FALL" (계산된 내부 파라미터) 는 VOLUMES-F[1] 이고, 그리고 "VOLUME-50-RISE" (계산된 내부 파라미터) 는 VOLUMES-XX 에 레코딩된 2 개의 이웃하는 전도율 대 상대 부피 값들 간의 시간을 선형으로 보간함으로써 결정된다.

그 후에, 도 12a 에 도시된 CALC-DATA 액션 블록은 시간 및 부피 기반의 비대칭 및 시간 및 부피 기반의 HETP 에 대한 계산을 수행한다. 예를 들어, 시간 기반의 비대칭은 다음과 같이 계산된다:

DELTA-10-RISE-T = TIME-MAX - TIME-10-RISE

DELTA-10-FALL-T = TIME-10-FALL - TIME-MAX

ASYMM-TIME = DELTA-10-FALL-T/DELTA-10-RISE-T

다른 예에서, 부피 기반의 비대칭은 다음과 같이 계산된다:

DELTA-10-RISE-V = VOLUME-MAX - VOLUME-10-RISE

DELTA-10-FALL-V = VOLUME-10-FALL - VOLUME-MAX

ASYMM-VOL = DELTA-10-FALL-V/DELTA-10-RISE-V

추가의 예에서, 시간 기반의 HETP 는 다음과 같이 계산된다:

WH-TIME = TIME-50-FALL - TIME-50-RISE

EFF-TIME = 5.54*((TIME-MAX/WH-TIME)²)

HETP-TIME = BED-HEIGHT/EFF-TIME, 여기서 BED-HEIGHT 는 관련 단위들에서 베드의 높이이다.

또 다른 예에서, 부피 기반의 HETP 는 다음과 같이 계산된다:

WH-VOL = VOLUME-50-FALL - VOLUME-50-RISE

EFF-VOL = 5.54*((VOLUME-MAX/WH-VOL)²)

HETP-VOL = BED-HEIGHT/EFF-VOL

앞서 설명된 파라미터들 "DELTA-10-RISE-T", "DELTA-10-FALL-T", "ASYMM-TIME", "DELTA-10-RISE-V", "DELTA-10-FALL-V", "ASYMM-VOL", "WH-TIME", "EFF-TIME", "HETP-TIME", "WH-VOL", "EFF-VOL", 및 "HETP-VOL" 은 모두 도 12b 에 도시된 것과 같은 계산된 내부 파라미터들이다.

도 12a, 도 12b, 및 도 13 내지 도 16 에 개시된 계산들에 적어도 기초하여, 너비, 즉 HETP 의 피크의 대칭 (또는 비대칭) 은 크로마토그래피 스키드 팩킹 실행의 품질의 크로마토그래피 스키드 HETP 표현을 위해 계산될 수도 있다. 이와 관련하여, 도 12 의 예와 연관된 제어 모듈들을 활용하는 오퍼레이터 또는 사용자는 크로마토그래피 스키드와 관련된 상대 피크들의 대칭 (또는 비대칭) 을 분석하고, 그 후에 그 성능이 최대화되는지 또는 충분히 최대화되지 않는지 여부를 결정할 수 있다. 또한, HETP, 피크 비대칭 및 피크 효율은, 특별한 하드웨어 또는 소프트웨어를 지정할 필요 없이, 크로마토그래피 시스템을 제어하기 위해 이미 존재하는 하드웨어/소프트웨어를 사용하여 실시간으로 계산될 수 있다.

도 12a, 도 12b 및 도 13 내지 도 16 은 크로마토그래피 스키드 HETP 계산들 및 크로마토그래피 컬럼 팩들의 실시간 분석을 처리하기 위한 예들을 도시하지만, 이 개념은 또한 실행가능한 명령들의 세트를 구현하는 하나 이상의 제어 모듈들 및/또는 발효, 수확을 위한 장비, 미세여과 및 정제를 위한 장비 (예를 들어, 액체 크로마토그래피 스키드 시스템), 완충제 준비, 배지 준비, 등과 같은, 생물 반응기들과 같은 다양한 유형의 장비와 연관된 데이터를 분석/계산/조작하는 하나 이상의 알고리즘들에 적용할 수도 있음이 이해될 수도 있다.

도 17 은 본 발명의 양태들에 따른 페이즈 로직, 장비 모듈들, 및 제어 모듈들 간의 관계들을 나타내는 도면이다. 예를 들어, 도 17 은 배치 제어 모델들의 맥락에 있을 수도 있다. 도시된 것과 같이, 페이즈 로직, 장비 모듈들, 개별 제어 모듈들, 아날로그 제어 모듈들, 어드밴스드 제어 모듈들, 등등을 도시하는 다양한 블록들이 존재한다. 다양한 조합들 및 설계들이 동일한 장비 및 설계를 사용하여 상이한 제품들을 구현하고 생산하기 위해 고려될 수도 있다.

도 17 에 도시된 것과 같이, 장비 모듈들은 생물 반응기로의 전송과 같은 특정 기능, 벤트 제어, 등을 수행하기 위한 제어 모듈들의 그룹을 제어하는 로직일 수도 있다. 단위 클래스들은 장비 모듈들의 그룹, 예컨대 생물 반응기인 것으로 고려될 수도 있다. 페이즈들은 "Transfer Out to Close" 파라미터들 및 "Vent Control" 파라미터들을 VENT 로 세팅하는 것과 같은, 장비 모듈 세트포인트들을 제어하기 위한 순차적인 로직일 수도 있다. 예를 들어, Transfer Out 장비는 탱크로부터의 흐름을 제한하는 CLOSE 상태로 세팅될 수 있고, Vent 장비는 탱크를 배출하기 위한 VENT 상태로 세팅될 수 있다. 페이즈들은 예컨대, 생물 반응기가 자동화된 방식으로 실행하는 방법일 수도 있다. 동작들은 특정 작업을 달성하기 위한 페이즈들의 시퀀스일 수도 있고, 예를 들어, "Fill-Grow-Xfer Operations" 는 생물 반응기를 채우는 "Fill" 페이즈, 그 후 배양을 지원하는 "Grow" 페이즈, 및 배양을 다음 사이즈의 생물 반응기 또는 다른 유형의 수확 시스템들로 전달하기 위한 "Xfer" 페이즈를 실행한다. 또한, 단위 절차들 및 절차들은 크로마토그래피와 같은 프로세싱 단계를 달성하기 위해 각각 동작들 및 단위 절차들의 세트를 제어하는데 사용될 수도 있다.

추가의 예들에서, 필드 디바이스들과 제어 모듈들 간에 명명 프로토콜들이 있을 수도 있다. 오직 예로서, 제어 밸브는 "LV-383308" 또는 "TCV-383327" 과 같은 "_V-XXXXXX" 또는 "_CV-XXXXXX" 의 명칭으로 인식될 수도 있다. 차례로, 제어 모듈은 각각 LIC-383308 및 TIC-383327 과 같은 이러한 포맷 "_IC-XXXXXX" 으로 동일한 제어 밸브들을 명명할 수도 있다.

본 발명은 다양한 방식들로 유리하다. 예를 들어, 환경 오염 물질들에 대한 제한된 재료 노출이 존재한다. 다른 예에서, 본 발명은, 연속하는 데이터 수집 및 시스템 파라미터들의 연속하는 모니터링 및 제어를 허용하기 때문에, 유리하다. 추가로, 세포 성장 및 원하는 제품의 생산을 최대화하기 위한 최적 환경을 유지하기 위해 수집된 데이터에 응답하여 세포 배양 조건들의 자동 조정을 허용한다. 또한, 장비 제어를 위한 디바이스들의 즉각적인 응답과 코디네이션을 허용한다, 예를 들어, 조건들이 허용가능한 범위들을 벗어나거나 안전하지 않은 상태가 프로세싱 동안 결정되거나 인식될 때 프로세스들이 "홀드" 되어 프로세스들의 프로세스 사양 등 내로의 리턴을 제공한다.

상기 개시는 단지 본 발명을 설명하기 위해 기술된 것이며 제한하려고 의도된 것은 아니다. 본 발명의 사상 및 핵심을 포함하는 개시된 실시형태들의 그러한 수정이 당업자에게 발생할 수도 있으므로, 본 발명은 첨부된 청구범위들 및 그 등가물들의 범위 내에 있는 모든 것을 포함하는 것으로 해석되어야한다. 본 개시는 일반인에게 익숙하지 않을 수도 있는 용어 및 두문자어들을 사용하지만, 당업자는 본 명세서에서 사용된 용어 및 두문자어들에 익숙할 것이다.

Claims

크로마토그래피 컬럼 상에 실시간 분석을 수행하기 위한 시스템으로서,
크로마토그래피 컬럼;
전도율계; 및
저장된 프로그램 명령들을 실행하기 위한 적어도 하나의 프로세서를 포함하며,
상기 저장된 프로그램 명령들은,
상기 전도율계를 사용하여 상기 크로마토그래피 컬럼의 하나 이상의 전도율 값들을 측정하고,
제 1 컬럼 부피로부터 제 2 컬럼 부피로 미리 결정된 수의 전도율 값들을 레코딩하고 상기 미리 결정된 수의 전도율 값들의 평균을 계산함으로써 기준 전도율 값을 결정하는 것으로서, 상기 기준 전도율 값은 계산된 상기 평균인, 상기 기준 전도율 값을 결정하고,
제 1 측정된 전도율 값이 최대 전도율 값 미만이고 10% 피크 하강 값보다 큰 지 여부를 결정하고, 상기 결정에 기초하여, 상기 제 1 측정된 전도율 값에 대응하는 시간 및 컬럼 부피를 레코딩하며,
제 2 측정된 전도율 값이 상기 최대 전도율 값 미만이고 50% 피크 하강 값보다 큰 지 여부를 결정하고, 상기 결정에 기초하여, 상기 제 2 측정된 전도율 값에 대응하는 시간 및 컬럼 부피를 레코딩하며,
전도율의 10% 하강이 도달되는지 여부를 검출하고, 그리고
상기 검출에 기초하여, 상기 기준 전도율 값, 상기 제 1 측정된 전도율 값 및 상기 제 2 측정된 전도율 값의 시간들 및 컬럼 부피들, 및 상기 최대 전도율 값에 적어도 부분적으로 기초하여, (i) 시간-기반 비대칭 인자와 (ii) 부피-기반 비대칭 인자 중 하나 이상을 계산하거나 또는 (i) 시간-기반 HETP (Height Equivalent of a Theoretical Plate) 값과 (ii) 부피-기반 HETP 값 중 하나 이상을 계산하기
위한 것인, 크로마토그래피 컬럼 상에 실시간 분석을 수행하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 10% 피크 하강 값은,
((최대 전도율 값 - 기준 전도율 값) * 0.1) + 기준 전도율 값
과 동일하고,
상기 50% 피크 하강 값은,
((최대 전도율 값 - 기준 전도율 값) * 0.5) + 기준 전도율 값
과 동일한, 크로마토그래피 컬럼 상에 실시간 분석을 수행하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서는 추가로,
상기 최대 전도율 값이 이전에 레코딩된 최대 값보다 큰지 여부를 결정하고, 그리고
상기 결정에 기초하여, 상기 최대 전도율 값에 대응하는 시간 및 컬럼 부피를 레코딩하기 위한
저장된 프로그램 명령들을 실행하는, 크로마토그래피 컬럼 상에 실시간 분석을 수행하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서는 추가로, 상기 크로마토그래피 컬럼의 측정된 상기 하나 이상의 전도율 값들의 각각에 대한 시간 및 컬럼 부피를 레코딩하기 위한 저장된 프로그램 명령들을 실행하고,
각각의 시간은 고정-사이즈 시간 어레이에 레코딩되고 각각의 컬럼 부피는 고정-사이즈 부피 어레이에 레코딩되는, 크로마토그래피 컬럼 상에 실시간 분석을 수행하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서,
측정된 상기 하나 이상의 전도율 값들은, 시간 또는 부피에 대하여 표시될 경우, 전도율 피크를 그래픽으로 표현하고,
상기 적어도 하나의 프로세서는 추가로, 상기 전도율 피크의 상승측 상의 개별적인 측정된 전도율 값들의 각각에 대응하는 복수의 시간들 및 컬럼 부피들을 레코딩하기 위한 저장된 프로그램 명령들을 실행하는, 크로마토그래피 컬럼 상에 실시간 분석을 수행하기 위한 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 전도율의 10% 하강의 검출은 상기 전도율 피크의 하강측 상에서 발생하는, 크로마토그래피 컬럼 상에 실시간 분석을 수행하기 위한 시스템.
크로마토그래피 컬럼 상에 실시간 분석을 수행하기 위한 방법으로서,
적어도 하나의 프로세서에 의해, 전도율계를 사용하여 상기 크로마토그래피 컬럼의 하나 이상의 전도율 값들을 측정하는 단계;
상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 제 1 컬럼 부피로부터 제 2 컬럼 부피로 미리 결정된 수의 전도율 값들을 레코딩하고 상기 미리 결정된 수의 전도율 값들의 평균을 계산함으로써 기준 전도율 값을 결정하는 단계로서, 상기 기준 전도율 값은 계산된 상기 평균인, 상기 기준 전도율 값을 결정하는 단계;
상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 제 1 측정된 전도율 값이 최대 전도율 값 미만이고 10% 피크 하강 값보다 큰 지 여부를 결정하고, 상기 결정에 기초하여, 상기 제 1 측정된 전도율 값에 대응하는 시간 및 컬럼 부피를 레코딩하는 단계;
상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 제 2 측정된 전도율 값이 상기 최대 전도율 값 미만이고 50% 피크 하강 값보다 큰 지 여부를 결정하고, 상기 결정에 기초하여, 상기 제 2 측정된 전도율 값에 대응하는 시간 및 컬럼 부피를 레코딩하는 단계;
상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 전도율의 10% 하강이 도달되는지 여부를 검출하는 단계; 및
상기 검출에 기초하여, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 기준 전도율 값, 상기 제 1 측정된 전도율 값 및 상기 제 2 측정된 전도율 값의 시간들 및 컬럼 부피들, 및 상기 최대 전도율 값에 적어도 부분적으로 기초하여, (i) 시간-기반 비대칭 인자와 (ii) 부피-기반 비대칭 인자 중 하나 이상을 계산하거나 또는 (i) 시간-기반 HETP (Height Equivalent of a Theoretical Plate) 값과 (ii) 부피-기반 HETP 값 중 하나 이상을 계산하는 단계를 포함하는, 크로마토그래피 컬럼 상에 실시간 분석을 수행하기 위한 방법.
생물제제 장비를 제어하기 위한 시스템으로서,
제어 신호를 수신하고 상기 제어 신호에 기초하여 제 1 장비의 동작을 조절하도록 구성된 액추에이터, 및
상기 제 1 장비와 연관된 제 1 측정 값을 판독하고 출력하도록 구성된 제 1 센서-송신기
를 포함하는 제 1 제어 루프; 및
저장된 프로그램 명령들을 실행하기 위한 적어도 하나의 프로세서를 포함하며,
상기 저장된 프로그램 명령들은,
세트포인트 값을 수신하고,
수신된 상기 세트포인트 값에 기초하여 상기 액추에이터에 대한 상기 제어 신호를 생성하고,
상기 제어 신호를 상기 액추에이터에 송신하고,
상기 제 1 센서-송신기로부터 판독되고 출력된 상기 제 1 측정 값을 수신하고 프로세싱하며, 그리고
상기 제 1 센서-송신기로부터 판독되고 출력된 상기 제 1 측정 값에 기초하여 제 1 프로세스 값을 생성하기
위한 것인, 생물제제 장비를 제어하기 위한 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 세트포인트 값은 동작 인터페이스 상에 사용자에 의해 입력되고, 상기 제 1 프로세스 값은 상기 사용자를 위해 상기 동작 인터페이스 상에 디스플레이되는, 생물제제 장비를 제어하기 위한 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 세트포인트 값은 상기 제 1 프로세스 값이 유지될 타겟 값이고, 상기 액추에이터에 대하여 생성된 상기 제어 신호는 가변 출력이며,
상기 적어도 하나의 프로세서는,
상기 제 1 프로세스 값이 상기 타겟 값과 매칭하는지 여부를 결정하고, 그리고
상기 결정에 기초하여, 상기 제 1 센서-송신기로부터 출력된 후속 측정 값에 기초하여 생성된 후속 프로세스 값이 상기 타겟 값에 매칭하도록, 상기 제 1 제어 루프를 제어하기 위해 상기 제 1 제어 루프에서 상기 가변 출력을 자동으로 또는 동적으로 조정하도록 구성되는, 생물제제 장비를 제어하기 위한 시스템.
제 8 항에 있어서,
제 2 제어 루프를 더 포함하며,
상기 제 2 제어 루프는,
제 2 장비와 연관된 제 2 측정 값을 판독하고 출력하도록 구성된 제 2 센서-송신기로서, 상기 제 1 센서-송신기는 상기 제 1 장비와 연관된 상기 제 1 측정 값을 상기 제 2 장비로 출력하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는 추가로, 상기 제 2 센서-송신기로부터 판독되고 출력된 상기 제 2 측정 값에 기초하여 제 2 프로세스 값을 생성하기 위한 저장된 프로그램 명령들을 실행하는, 상기 제 2 센서-송신기, 및
상기 제 2 제어 루프가 감독 루프가 되고 상기 제 1 제어 루프가 보조 루프가 되도록 하는 상기 제 1 제어 루프
를 포함하는, 생물제제 장비를 제어하기 위한 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 제어 루프의 상기 세트포인트 값은 상기 제 2 프로세스 값 및 상기 제 2 제어 루프에 대하여 수신된 제 2 제어 루프 세트포인트 값에 적어도 기초하는 상기 제 2 제어 루프의 가변 출력인, 생물제제 장비를 제어하기 위한 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 제 2 장비와 연관된 제 3 측정 값을 판독하고 출력하도록 구성된 제 3 센서-송신기를 더 포함하고,
상기 제 3 센서-송신기는 상기 제 3 측정 값이 사용되지 않도록 하는 바이패스 모드 또는 상기 제 3 측정 값이 사용되도록 이용가능한 스탠바이 모드로 동작가능한, 생물제제 장비를 제어하기 위한 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 저장된 프로그램 명령들은 명령들의 제 1 세트 및 명령들의 제 2 세트를 포함하고,
상기 명령들의 제 1 세트는 제 1 제어 모듈이고 상기 명령들의 제 2 세트는 제 2 제어 모듈인, 생물제제 장비를 제어하기 위한 시스템.
제 14 항에 있어서,
상기 제 1 제어 모듈은 상기 제 1 제어 루프를 제어하도록 구성되고 상기 세트포인트 값과 상기 제 1 프로세스 값을 수신하고 상기 액추에이터에 대한 상기 제어 신호를 생성하도록 추가로 구성된 루프 제어기인, 생물제제 장비를 제어하기 위한 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 장비는 플랜트-와이드 필드 디바이스이며,
상기 플랜트-와이드 필드 디바이스는 센서, 저울, 스위치, 펌프, 제어 밸브, 밸브, 및 교반장치를 포함하는, 생물제제 장비를 제어하기 위한 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 제 2 제어 루프 세트포인트 값은 동작 인터페이스 상에 사용자에 의해 입력되고, 상기 동작 인터페이스는 하나 이상의 화면들을 포함하며, 각각의 화면은 사용자가 수동 모드, 자동 모드, 캐스케이드 모드를 선택하고 상기 제 2 제어 루프 세트포인트 값을 세팅하기 위한 복수의 아이콘들을 가지는, 생물제제 장비를 제어하기 위한 시스템.
생물제제 장비를 제어하기 위한 방법으로서,
적어도 하나의 프로세서에 의해, 세트포인트 값을 수신하는 단계;
상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 수신된 상기 세트포인트 값에 기초하여 제 1 제어 루프의 액추에이터에 대한 제어 신호를 생성하는 단계로서, 상기 액추에이터는 상기 제어 신호를 수신하고 상기 제어 신호에 기초하여 제 1 장비의 동작을 조절하도록 구성되는, 상기 제어 신호를 생성하는 단계;
상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 제어 신호를 상기 액추에이터에 송신하는 단계;
상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 제 1 센서-송신기로부터 판독되고 출력된 제 1 측정 값을 수신하고 프로세싱하는 단계로서, 상기 제 1 센서-송신기는 상기 제 1 장비와 연관된 제 1 측정 값을 판독하고 출력하도록 구성되는, 상기 제 1 측정 값을 수신하고 프로세싱하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 제 1 센서-송신기로부터 판독되고 출력된 상기 제 1 측정 값에 기초하여 제 1 프로세스 값을 생성하는 단계를 포함하는, 생물제제 장비를 제어하기 위한 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 제 1 프로세스 값은 동작 인터페이스 상에 디스플레이 가능한, 생물제제 장비를 제어하기 위한 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 제 1 프로세스 값이 타겟 값과 매칭하는지 여부를 결정하는 단계로서, 상기 세트포인트 값은 상기 제 1 프로세스 값이 유지될 상기 타겟 값인, 상기 결정하는 단계; 및
상기 결정에 기초하여, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 제 1 센서-송신기로부터 출력된 후속 측정 값에 기초하여 생성된 후속 프로세스 값이 상기 타겟 값에 매칭하도록, 상기 제 1 제어 루프를 제어하기 위해 가변 출력을 자동으로 또는 동적으로 조정하는 단계로서, 상기 액추에이터에 대하여 생성된 상기 제어 신호는 상기 가변 출력인, 상기 가변 출력을 자동으로 또는 동적으로 조정하는 단계를 더 포함하는, 생물제제 장비를 제어하기 위한 방법.