JP3952436B2 - Batch plant operation system - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッチプラント運転システムに関し、更に詳しくは、バッチプラントの基本製造処方からバッチプラントの運転手順マニュアル及び詳細製造処方データを含む標準操作手順（ＳＯＰ）の作成を可能にする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
新しい化学製品を製造するバッチプラントの設計では、まず、開発部門の設計者によって、製品の物性に基づいて原料が特定され、原料及び製品の収支等を計算して基本製造処方が作成される。基本製造処方には、原料の種類、量、及び反応に必要な設備の概要が含まれる。次いで、製造部門の技術者によって、その基本製造処方からプラント設計が行われ、プラント設計に従ってバッチプラントが製作され、製品が製造される。プラント設計によって得られる標準操作手順（ＳＯＰ）には、プラントのシステム構成や、原料の供給量や供給位置、製品の取出し位置、或いは、プラントの温度、圧力、運転時間等の製造条件、制御のためのシーケンス、運転手順のマニュアル等が含まれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般にバッチプラントによって製造される製品は多品種少量生産であるので、上記バッチプラントによる製品の製造では、プラントのシステム設計、及び、その運転手順を規定するマニュアルを含むＳＯＰの作成にあたって、特に効率化が望まれている。また、このようなＳＯＰの作成では、温度や圧力条件の設定や、安全手順等の指示に際して、製造部門の技術者の個人的な能力や経験に依存する要素が特に多い。ここで、経験が浅い技術者の場合には、実際にバッチプラントが稼働した後にもトラブルが発生し、システム設計のやり直し等の手戻りが生じるという問題がある。
【０００４】
上記に鑑み、本発明は、製造部門の技術者の個人的な能力や経験に依存する要素を少なくし、もって、効率的なバッチプラントの設計及び運転手順マニュアルを含むＳＯＰの作成が可能なバッチプラント運転システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のバッチプラント運転システムは、製品の基本製造処方データを入力する入力部と、プラントの設備情報を保存するマスタ情報データベースと、前記マスタ情報データベースに保存されたプラントの設備情報に基づいて前記基本製造処方データを編集処理する編集処理ブロックと、前記編集処理ブロックの出力データに基づいて運転手順マニュアル及び詳細製造処方データを出力する標準処理データ生成部と、少なくとも前記詳細製造処方データに基づいてプラント運転処方データを生成し、該プラント運転処方データに基づいてバッチプラントを運転制御する運転制御部とを備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明のバッチプラント運転システムによると、予め登録したマスタ情報に基づいて基本製造処方データを編集する編集処理に際して、取扱い物質に関する安全情報と、例外処理に関する情報とを付加することにより、その編集結果に基づいて容易に運転手順マニュアル及び詳細製造処方データを含むＳＯＰが作成できるので、製造部門の技術者の経験や技能に依存しないＳＯＰ、特に、運転手順マニュアルの作成が可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明のバッチプラント運転システムの概要を示すシステム系統図である。本運転システムでは、開発部門によって反応式から基本製造処方１０１が決定されると、その基本製造処方１０１の内容が製造部門の技術者によって、処方定義／解析用パーソナルコンピュータ１０に入力され、そのパーソナルコンピュータ１０に予め入力されている手持ちの設備情報に基づいて、プラントのシステム構成が決定される。次いで、このシステム構成及び予め作成されたデータベースに基づいて、運転手順マニュアル１０３がプリントアウトされる。同時に、この運転手順マニュアル１０３のデータ及び詳細製造処方データ１０２を含む標準操作手順（ＳＯＰ）データ１０２が作成され、ＳＯＰデータ１０２がプラント運転用コンピュータシステム２０に入力される。
【０００８】
運転手順マニュアル１０３は、一般的なドキュメントとして作成され、使用するプラント設備の全体リスト、使用する系統の種類及び運転順序、起動及び停止の条件、使用する原料の種類及び数量等が含まれる。
【０００９】
また、詳細製造処方データには、プロセス制御方式に関する情報、例えば反応缶の内温を制御する際には、反応缶内温と熱媒流量のカスケード制御をする等の制御構成の情報や、例外処理に関する情報、例えば、プロセスデータの管理範囲、管理範囲を逸脱した場合の対応処理等の情報や、物質取扱い時の使用保護具及び使用機器に関する情報や、作業実施者の必要資格に関する情報等が含まれる。
【００１０】
プラント運転用コンピュータシステム２０によって、ＳＯＰデータ１０２の内容が解読され、プラント運転処方データ１０４となってシーケンサ３０に与えられる。このとき、使用設備に関する安全や品質維持、保安上の観点から必要な起動／停止の条件が付加される。シーケンサ３０によって、プラント運転処方データ１０４に従って、バッチプラント４０の運転が制御されて試作品が製造される。試作工程の運転実績はデータベース（ＤＢ）２２に記録され、その内容が製造部門の技術者によって検討され、その不具合を修正して、再び処方定義／解析用パーソナルコンピュータ１０で製造技術者によって入力処理される。これによって、修正されたＳＯＰデータ１０２が生成され、プラント運転用コンピュータ２０に入力される。修正されたＳＯＰデータを解読して得られたプラント運転処方データ１０４によって、シーケンサ３０が制御され、実際の製品が製造される。製品製造の運転実績は、更に実績ＤＢ２２に蓄積され、以後の製品の製造に利用される。
【００１１】
図２は、図１のバッチプラント運転システムの処方定義／解析用パーソナルコンピュータ１０及び運転用パーソナルコンピュータ２０の詳細構成を示すブロック図である。処方定義／解析用パーソナルコンピュータ１０は、入出力装置１１、市販のプロセスシミュレータ１２、及び、ＳＯＰデータ１０２の生成を行うＳＯＰジェネレータ１３を有する。製造部門の技術者によって、処方定義／解析用パーソナルコンピュータの入出力装置１１で基本製造処方の内容が入力されると、まず、プロセスシミュレータ１２のシミュレーションによって、全体の製造工程の種類及びその内容、温度や圧力等の運転条件、製造時のマスバランス、必要な蒸気や冷却水等のユーティリティの量、バッチサイズ、或いは、製造に必要なシステム概要が決定される。プロセスシミュレータ１２の出力は、シミュレーション結果２０１として外部にプリントアウト出力され、また、基本製造処方データ２０２としてＳＯＰジェネレータ１３に入力される。
【００１２】
ＳＯＰジェネレータ１３は、編集処理ブロック１４、マスタ情報データベース１５、ＳＯＰ生成部１６、プリント出力部１７、及び、ＳＯＰデータ出力部１８から構成される。プロセスシミュレータ１２の出力である基本製造処方データ２０２は、編集処理ブロック１４に入力され、この編集処理ブロック１４において、設備情報（ＥＦＤ情報）、使用物質の熱安定性に関する情報（例えば、ｔ℃の状態をｘ分間以上継続すると急激な発熱反応を生じる等の情報）を含むマスタ情報に基づいて編集される。この編集結果には、図７に例示するように、プロセスシミュレータへの入力情報”Ａ”、ストリームに関する詳細手順情報”Ｂ”、取扱い物質に対する安全に関する情報”Ｃ”、例外監視項目及び例外発生時の対応処置”Ｄ”に関する情報が含まれる。
【００１３】
プロセスシミュレータ１２で入力された情報”Ａ”には、使用するストリーム名”Ａ１”、仕込む材料の種類及び量、仕込み位置や該当する処理や所要時間等の情報が含まれる。ストリーム関する詳細手順情報”Ｂ”としては、各ポンプの運転状態、弁の開閉状態等が含まれる。取扱い物質に関する安全に関する情報”Ｃ”としては、局部排気施設の使用、有機マスクの着用、ゴム手袋の着用等の情報が含まれる。また、例外監視項目及び例外発生時の対応処置に関する情報”Ｄ”としては、「仕込み量不足」の警報が出たら不足分を投入し、また、「仕込量超過」の警報が出たら、仕込み実績と仕込み設定値との比率でバッチサイズを変更する等の指示情報が含まれる。
【００１４】
使用可能な設備は、各単位機能毎のストリームに分割して情報が保存されており、各ストリームに関する情報は、内部機器等の詳細な情報を抽象化した情報である。また、各ストリームにおける詳細情報は、各ストリーム毎の計器リストやバルブリスト等によって別に与えられる。ストリーム情報は、後述するように、単位ストリーム毎の情報、機能ストリームとしての情報、及び、機能階層を構成するストリーム情報としてデータベース化されている。
【００１５】
編集ブロック１４によって編集されたデータは、ＳＯＰ生成部１６に入力され、そこで、詳細製造処方データ及び運転手順マニュアルデータを含むＳＯＰデータ１０２が生成される。運転手順マニュアル１０３は、プリント出力部１７によってプリントアウト出力され、また、ＳＯＰデータ１０２は、ＳＯＰデータ出力部１８から運転用パーソナルコンピュータ２０に出力される。
【００１６】
運転手順マニュアルは、図８に例示するように、手順内容、監視項目、例外処理の欄から構成されている。手順内容には、各工程の順序関係、各工程毎の弁の開閉やポンプの起動／停止等の機器に関する操作、調節系の制御方式に関する情報をプラントの運転員が理解できる表現で記述されている。監視項目には、仕込量や装置内温度、圧力といったプロセスデータにおける、品質維持、設備保護、保安上の観点からの上下限値が記述されている。例外処理には、監視項目で管理値から逸脱した場合等の対策処置について記述されている。この運転手順マニュアルは、編集処理ブロック１４の出力データを、ＳＯＰ生成部１６において、プラントの運転員が理解できる表現とし、且つ、手順内容、監視項目、例外処理という各区分に分けて再編集する処理を加えて得られる。
【００１７】
詳細製造処方データは、ＳＦＣ（シーケンシャル・ファンクション・チャート）表記用ベース情報１及び２、並びに、処方パラメータ情報を含み、編集処理ブロック１４の出力データに、処方管理連携処理を加えて得られる。ＳＦＣベース情報１は、図９に例示するように、単位シーケンス（ステップ）の実行順序をＳＦＣ形式で表現するために、各ステップの接続先（TRANSITION ID）情報を示すものであり、各ステップにおける符号化された遷移条件と、その遷移条件が成立した際の接続先ステップとを表形式で示している。左の表は、最初のステップ名と遷移条件とを示し、右の表は遷移条件が成立した際の接続先のステップ名とを示している。
【００１８】
ＳＦＣベース情報２は、図１０に例示するように、各工程段階毎の遷移条件の詳細とＳＦＣベース情報１における、ＳＦＣ表記の際の座標情報とを示している。遷移条件としては、無条件の記述(TRUE)、或いは、特定の条件と、そのときの移行先の記述が含まれる。処方パラメータ情報は、図１１に示すように、各工程毎に必要な原料や触媒、或いは、温度圧力等の運転条件について、その原料や触媒を投入する量や、温度、圧力等のデフォルト値、修正する場合の上限値、及び、その下限値が含まれる。
【００１９】
運転用パーソナルコンピュータ２０は、入出力装置２１、実績データベース２２、及び、自動制御プログラムを有する処方管理機能２３を有する。運転用パーソナルコンピュータ２０の入出力装置２１では、プリントアウト出力された運転手順マニュアル１０３のデータに基づいて製造部門の技術者が選択する情報が入力処理され、その入力処理によって入力されたデータと、前記ＳＯＰジェネレータ１３から入力されたＳＯＰデータ１０２を解読して得られたデータとに基づいて、プラント運転処方データ１０４が生成される。プラント運転処方データ１０４は、どの製造ユニットを使用して製品の製造を行うか、仕込み、加熱、冷却、加圧等のプロセス操作の順序、及び、各ステップにおける温度や圧力等の運転条件等の情報を含んでいる。処方管理機能２３は、プラント運転処方データ１０４に基づいてプラント運転に必要なデータを自動制御プログラム中に挿入して、運転シーケンスを作成し、その運転シーケンスに基づいて、実際の機器や計器等の動作を予めシーケンサに組み込んである単位シーケンス毎に指定してシーケンサ３０を制御する。シーケンサ３０は、その単位シーケンス毎にバッチププラント４０を実際に制御して、試作品または実製品を製造する。
【００２０】
図３は、図２のマスタ情報ＤＢ１５の内容を詳細に示す図であり、基本製造処方３０２から運転シーケンス３０５が得られるまでの手順と共に示している。マスタ情報ＤＢ１５は、プロセス系統図として示されるプラントのＥＦＤ（エンジニアリング・フロー・ダイアグラム）３０６、及び、それから生成される情報を含むプラント設備情報を保存している。マスタ情報ＤＢ１５は、個々の機器の計器番号、計器仕様、所属の単位ストリーム、及び、配列番号の情報を含む機器／計器ＤＢ５１、ＥＦＤがストリーム単位に分解して表現されるストリーム図３０７、ストリーム図に表される個々のストリームを単位毎に記憶する単位ストリームＤＢ５２、ストリーム図３０７を機能毎に分解して得られる機能ストリームＤＢ５３、並びに、各機能ストリームを階層的に表示する機能階層ＤＢ５４を含む。ＥＦＤ３０６の情報が、これら個々のデータベースに分解して保存される。
【００２１】
製品を得るための反応式に基づいてプロセス・フロー・ダイアグラム（ＰＦＤ）３０１が作成されると、シミュレーションによって、これから基本製造処方データ（ゼネラルレシピ）３０２が生成される。このゼネラルレシピ３０２の情報が、設備情報であるマスタ情報に従って編集され、更に、ＳＯＰ生成部の処理によってマスタレシピ３０３が得られる。次いで、このマスタレシピ３０３に対して、機能ストリーム毎の安全上の観点から起動／停止ＤＢ５５に保存されている、起動条件や停止条件等の保安情報が付加される。これによって、プラント運転処方を成すシーケンシャル・ファンクション・チャート（ＳＦＣ）３０４が得られる。なお、起動／停止ＤＢ５５は、図２にはその図示を省略したが、運転用パーソナルコンピュータ２０内に含まれる。ＳＦＣ情報３０４に基づいて、運転シーケンス３０５が生成され、そのデータが、処方管理機能に保存されているバッチプロセス制御用プログラムに挿入され、処方管理機能によって、バッチプロセスが制御される。
【００２２】
図４は、ＥＦＤ３０６の一例を示すもので、バッチ的に蒸留操作を実施するプラントのＥＦＤを例として示している。この蒸留バッチシステムは、反応槽Ｒ１０１、蒸留塔Ｃ２０１、冷却及び加熱用ジャケットＪＫＴ、蒸気系、冷凍系、原料系、窒素導入系、循環系、製品取出し系等の各種系統を含むものであり、図示の情報が一般にＣＡＤ情報としてシステム内のマスタ情報ＤＢ１５に登録される。
【００２３】
図５は、図４に示したシステムの一部である、波線に囲まれたジャケット（Ｒ１０１ＪＫＴ）の温度制御システム部分をストリーム図として示すものである。各配管は、その系統の接続のみが抽象化され、配管長さ等の具体的情報は捨てられる。制御対象を成す各電磁弁や操作弁等は、ストリーム図上には表現されず、その配置情報が単位ストリームの属性として単位ストリームＤＢに登録される。各配管や系統をつなぐものは、ＡＣ１、ＡＣ２、ＡＣ３といったコネクタによって全て表現され、各コネクタによって区切られた配管部分が単位ストリームＡ１〜Ａ８を構成する。ジャケットＲ１０１ＪＫＴと反応槽Ｒ１０１との関係は、単にエネルギーの流れを示す波線によって示される。このようなストリーム図は、ＥＦＤ３０６の情報をその機能面から抽出することによって、コンピュータシステム１０によって自動的に作成できる。
【００２４】
図６は、本発明の一実施形態例のプラント運転システムによって得られる、図４のバッチ蒸留系のためのプラント運転処方の一部を成す基本シーケンスを示している。蒸留バッチシステムがスタートすると、仕込み、窒素置換、及び、ボトム循環等の各工程を経て、蒸留工程に移行し、蒸留工程は、並行して進行する昇温、減圧、還流、製品抽出、及び、工程分析を含む。蒸留工程が終了すると、冷却、復圧、塔内液抜出し、移送等の各工程を順次に経て蒸留バッチプロセスの全体が終了する。図示のように、例えば窒素置換工程は、加圧及び排気行程を含み、昇温工程は、ジャケット水抜き及び加熱工程を含み、冷却工程は、ジャケット内脱圧、冷却、及び、ジャケット水抜き工程を含む。
【００２５】
ここで、ジャケットの水抜き工程では、ジャケットＲ１０１ＪＫＴから、単位ストリームＡ３、ストリームコネクタＡＣ２、単位ストリームＡ４、ストリームコネクタＡＣ３、及び、単位ストリームＡ５を経由してピットに至るジャケット水抜きストリームが機能ストリームとして使用される。ジャケット加熱工程では、単位ストリームＡ１、ストリームコネクタＡＣ１、単位ストリームＡ２、ジャケットＲ１０１ＪＫＴ、単位ストリームＡ３、ストリームコネクタＡＣ２、単位ストリームＡ４、ストリームコネクタＡＣ３、単位ストリームＡ６を経由してピットに至る加熱ストリームが機能ストリームとして使用される。ジャケット水抜き工程では、単位ストリームＡ７、ストリームコネクタＡＣ２、ジャケットＲ１０１ＪＫＴ、単位ストリームＡ２、ストリームコネクタＡＣ１、単位ストリームＡ８を経由して冷凍系に至る冷却ストリームが機能ストリームとして使用される。
【００２６】
昇温工程に際して、ジャケットの水抜きを開始するにあたっては、水抜きストリームの起動可否の条件がチェックされる。まず、加熱ストリーム及び冷却ストリームのコネクタＡＣ１をチェックして、加熱ストリーム及び冷却ストリームが停止中である旨がチェックされる。次いで、自らの冷却ストリームのコネクタＡＣ３及びＡＣ２をチェックして冷却ストリームが停止中である旨がチェックされる。チェック結果が正常であると、冷却ストリームが起動される。その後、ストリームの停止条件が、ジャケットＲ１０１ＪＫＴの重量計の指示変動が零となることにによって検出されると、冷却ストリームが停止される。
【００２７】
ジャケットの水抜きが終了すると、ジャケット加熱ストリームの起動可否の条件がチェックされる。これは、水抜きストリーム及び冷却ストリームの停止と、加熱ストリーム自身の停止を確認することで行われる。これらが確認されると、加熱ストリームが起動され、ジャケットの加熱が実行される。加熱ストリームの停止条件は、抜出し量が所定値に到達したこと、工程分析値がスペックで規定する値に達したこと、温度が過熱したこと、及び、冷凍機が停止したことであり、これらの停止条件の１つが成立すると、加熱ストリームが停止される。
【００２８】
蒸留工程が終了し、再び冷却工程が実施される。この冷却工程は、ジャケット内の脱圧、冷却、及び、ジャケットの水抜き工程を含む。冷却ストリームの起動にあたっては、加熱ストリーム及び水抜きストリームの停止と、冷却ストリーム自身の停止がチェックされる。この冷却ストリームの停止条件は、所定の温度に到達したこと、及び、冷凍系の異常である。図６の基本シーケンスが得られたら、電気的な制御のための運転シーケンスはこれから自動的に作成される。
【００２９】
本発明のプラント運転システムでは、プラントの「どのライン」で「何をさせる」かを製造処方で定義することによって、基本シーケンスを生成させる。この段階では、ライン上の機器／計器を意識しないで済むようにしている。このために、「ストリーム」をプラント構造情報を有するオブジェクトとして扱い、このストリームを介して製造手順とプラントとを結びつける。ストリームの起動／停止の条件に関しては、設備に起因する条件及び製品（取扱い物質）に起因する条件に区分して定義する。設備に起因する条件としては、機器保護や保安上のインタロックがあり、これらは、製造手順とは別に機器常時監視のシーケンスを用意し、これから各ストリームに機器状態を通知する。また、製品に起因する条件としては、仕込み、加熱／冷却、移送等の機能タイプ別にパターン化し、ストリームオブジェクトの属性としておく。プラント技術者による定義も可能である。また、温度や圧力等のプロセス状態の目標値、タイマ等の設定値等のパラメータは製造処方で定義する。
【００３０】
ＥＦＤから具体的に運転シーケンスを作成する手順を図３を参照して説明する。まず、ＥＦＤ３０６から、ストリーム図３０７を作成する。次いで、これを単位ストリーム毎に分解して、単位ストリームオブジェクトを作成しデータベース５２とする。機器／計器データベース５１に保存されている機器／計器リストと、ストリームコネクタを含むＥＦＤにおける単位ストリームとをリンクさせる。その際に、ストリーム上の機器／計器の配列を意識しデータベース５２上に載せる。次いで、プロセス操作で同時に使用する単位ストリーム及びストリームコネクタを定義して機能ストリームオブジェクトを作成し、機能ストリームデータベース５３、及び、機能階層データベース５４に登録する。
【００３１】
基本製造処方データ３０２中の製造手順における個々のフェーズにどの機能ストリームを使用するかを定義することによって、基本製造処方に機能ストリームオブジェクトを組み込む。これによって、運転手順マニュアルのデータを含むマスタレシピ３０３が得られる。引き続き、例外処理情報を記述したデータベース５５を参照して、マスタレシピ３０３中に、機能タイプ毎に安全上の観点から機能ストリームを起動／停止する条件を付加して、基本シーケンス（ＳＦＣ）データ３０４とする。次いで、基本シーケンスデータ３０４を機能ストリーム毎にコントローラ言語に変換することによって、運転シーケンス３０５を作成し、シーケンサにダウンロードできるようにする。
【００３２】
上記のようにストリーム図を利用することによって、直感的にシーケンスを作成でき、且つ、設備改造の際のメンテナンスが容易である等のメリットが得られる。特に、機器／計器の増減では、ストリーム図は変更がないので、プラント技術者がシーケンスを変更する必要がない。配管の増減がある場合には、ストリームオブジェクトの登録／削除や機能ストリームの変更を行う。
【００３３】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明のプラント運転システムは、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【００３４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明のプラント運転システムによると、基本製造処方データに設備情報のデータを組み込む際に、運転手順マニュアル及び詳細製造処方データを含むＳＯＰデータを自動的に作成するようにしたので、プラント技術者の個人的な経験や能力に影響されず、信頼性が高い運転手順マニュアルを作成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例のプラント運転システムのブロック図。
【図２】図１のプラント運転システムの詳細を示すブロック図。
【図３】製造処方から運転シーケンスが生成されるまでのデータの流れを示すデータフロー図。
【図４】本発明のプラント運転システムシステムが利用する設備の一例を示すＥＦＤ図。
【図５】図４の設備の一部を示すストリーム図。
【図６】図５の設備で実施される工程を示すフローチャート。
【図７】編集処理ブロックの処理結果のデータを示す模式図。
【図８】運転マニュアルのデータ例。
【図９】ＳＦＣベース情報（１）の例。
【図１０】ＳＦＣベース情報（２）の例。
【図１１】ＳＦＣパラメータ情報の例。
【符号の説明】
１０：処方定義／解析用パーソナルコンピュータ
１１：入出力装置
１２：プロセスシミュレータ（シミュレータ）
１３：ＳＯＰジェネレータ
１４：編集処理ブロック
１５：マスタ情報ＤＢ
１６：ＳＯＰ生成ブロック
１７：プリント出力部
１８：ＳＯＰデータ出力部
２０：運転用パーソナルコンピュータ
２１：入出力装置
２２：運転実績ＤＢ
２３：処方管理機能
３０：シーケンサ
４０：バッチプラント[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a batch plant operating system, and more particularly to a technique that enables creation of a standard operating procedure (SOP) including a batch plant operating procedure manual and detailed manufacturing recipe data from a basic manufacturing recipe of the batch plant.
[0002]
[Prior art]
In designing a batch plant for manufacturing a new chemical product, first, a designer in the development department identifies a raw material based on the physical properties of the product, and calculates a balance of the raw material and the product to create a basic manufacturing recipe. The basic manufacturing recipe includes a summary of the type, amount, and equipment required for the reaction. Then, a plant design is performed from the basic manufacturing recipe by an engineer in the manufacturing department, a batch plant is manufactured according to the plant design, and a product is manufactured. The standard operating procedure (SOP) obtained by plant design includes plant system configuration, raw material supply amount and supply position, product takeoff position, manufacturing conditions such as plant temperature, pressure, operation time, etc. Sequence, operation procedure manual, etc. are included.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In general, products manufactured by a batch plant are high-mix low-volume production. Therefore, in the manufacture of products by the above-mentioned batch plant, efficiency is particularly improved in the creation of SOP including manuals that define the system design of the plant and its operation procedure. Is desired. Also, in creating such an SOP, there are many factors that depend on the personal ability and experience of engineers in the manufacturing department when setting temperature and pressure conditions and instructing safety procedures. Here, in the case of an inexperienced engineer, there is a problem that trouble occurs even after the batch plant is actually operated, and rework such as re-design of the system occurs.
[0004]
In view of the above, the present invention reduces the number of elements that depend on the personal capabilities and experience of engineers in the manufacturing department, and thus enables batch production that enables efficient batch plant design and creation of SOPs including operating procedure manuals. An object is to provide a plant operation system.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the batch plant operation system of the present invention is stored in the master information database, an input unit for inputting basic manufacturing recipe data of a product, a master information database for storing plant facility information, and the master information database. An edit processing block that edits the basic manufacturing prescription data based on plant equipment information, a standard processing data generator that outputs an operation procedure manual and detailed manufacturing prescription data based on output data of the editing processing block, and at least An operation control unit configured to generate plant operation prescription data based on the detailed manufacturing prescription data, and to control the operation of the batch plant based on the plant operation prescription data.
[0006]
According to the batch plant operation system of the present invention, in the editing process for editing the basic manufacturing prescription data based on the master information registered in advance, the editing result is obtained by adding the safety information on the handled substance and the information on the exception process. Therefore, an SOP including an operation procedure manual and detailed manufacturing prescription data can be easily created based on the above, so that an SOP that does not depend on the experience and skills of engineers in the manufacturing department, particularly, an operation procedure manual can be created.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, with reference to the drawings, the present invention will be described in more detail based on exemplary embodiments of the present invention. FIG. 1 is a system diagram showing an outline of a batch plant operating system of the present invention. In this operation system, when the basic manufacturing recipe 101 is determined from the reaction formula by the development department, the contents of the basic manufacturing recipe 101 are input to the personal computer 10 for definition / analysis by the engineer of the manufacturing department, The system configuration of the plant is determined based on hand-held facility information input in advance to the computer 10. Next, the operation procedure manual 103 is printed out based on this system configuration and a database created in advance. At the same time, standard operating procedure (SOP) data 102 including data of the operating procedure manual 103 and detailed manufacturing prescription data 102 is created, and the SOP data 102 is input to the plant operating computer system 20.
[0008]
The operation procedure manual 103 is created as a general document, and includes an entire list of plant facilities to be used, types and operation sequences of systems to be used, start and stop conditions, types and quantities of raw materials to be used, and the like.
[0009]
In addition, detailed manufacturing prescription data includes information on the process control method, for example, when controlling the internal temperature of the reaction can, the control configuration information such as cascade control of the internal temperature of the reaction can and the heating medium flow rate, Information related to processing, for example, the management range of process data, information on handling measures when deviating from the management range, information on protective equipment and equipment used when handling substances, and information on the qualifications required of workers included.
[0010]
The contents of the SOP data 102 are decoded by the plant operation computer system 20 and are given to the sequencer 30 as plant operation prescription data 104. At this time, necessary start / stop conditions are added from the viewpoint of safety, quality maintenance, and security regarding the equipment used. The sequencer 30 controls the operation of the batch plant 40 in accordance with the plant operation prescription data 104 to produce a prototype. The operation results of the trial production process are recorded in the database (DB) 22, the contents are examined by an engineer in the manufacturing department, the defect is corrected, and input processing is performed again by the manufacturing engineer on the prescription definition / analysis personal computer 10. Is done. As a result, the corrected SOP data 102 is generated and input to the plant operation computer 20. The sequencer 30 is controlled by the plant operation recipe data 104 obtained by decoding the corrected SOP data, and an actual product is manufactured. The operation results of product manufacture are further accumulated in the result DB 22 and used for subsequent product manufacture.
[0011]
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the prescription definition / analysis personal computer 10 and the operation personal computer 20 of the batch plant operation system of FIG. The prescription definition / analysis personal computer 10 includes an input / output device 11, a commercially available process simulator 12, and an SOP generator 13 that generates SOP data 102. When the contents of the basic manufacturing prescription are input by the engineer of the manufacturing department at the input / output device 11 of the personal computer for prescription definition / analysis, first, the type of the entire manufacturing process and its contents by simulation of the process simulator 12, Operating conditions such as temperature and pressure, mass balance during production, amount of utility such as steam and cooling water required, batch size, or system outline required for production is determined. The output of the process simulator 12 is printed out as a simulation result 201 and input to the SOP generator 13 as basic manufacturing prescription data 202.
[0012]
The SOP generator 13 includes an editing processing block 14, a master information database 15, an SOP generation unit 16, a print output unit 17, and an SOP data output unit 18. The basic manufacturing prescription data 202, which is the output of the process simulator 12, is input to the edit processing block 14. In the edit processing block 14, equipment information (EFD information), information on the thermal stability of the substance used (for example, t ° C). It is edited based on master information including information such as a rapid exothermic reaction when the state is continued for x minutes or more. As shown in FIG. 7, the edited result includes input information “A” to the process simulator, detailed procedure information “B” regarding the stream, safety information “C” regarding the handled substance, exception monitoring items, and when an exception occurs. Information on the corresponding action “D” is included.
[0013]
The information “A” input by the process simulator 12 includes information such as the stream name “A1” to be used, the type and amount of the material to be charged, the charging position, the corresponding processing, and the required time. The detailed procedure information “B” relating to the stream includes the operation state of each pump, the open / close state of the valve, and the like. Information “C” regarding safety regarding the handled substances includes information on the use of a local exhaust facility, wearing an organic mask, wearing rubber gloves, and the like. In addition, as information “D” regarding the exception monitoring item and the action to be taken when an exception occurs, the shortage is input when an “insufficient charge” alarm is issued, and the preparation is performed when an “excess charge” alarm is issued. Instruction information such as changing the batch size by the ratio between the actual result and the charge setting value is included.
[0014]
The available equipment is divided into streams for each unit function, and information is stored, and the information on each stream is information obtained by abstracting detailed information on internal devices and the like. Further, detailed information on each stream is given separately by an instrument list, a valve list, or the like for each stream. As will be described later, the stream information is databased as information for each unit stream, information as a function stream, and stream information constituting a function hierarchy.
[0015]
The data edited by the editing block 14 is input to the SOP generation unit 16, where SOP data 102 including detailed manufacturing prescription data and operation procedure manual data is generated. The operation procedure manual 103 is printed out by the print output unit 17, and the SOP data 102 is output from the SOP data output unit 18 to the driving personal computer 20.
[0016]
As illustrated in FIG. 8, the operation procedure manual is composed of columns of procedure contents, monitoring items, and exception processing. The contents of the procedure are described in an expression that the plant operator can understand the order relationship of each process, operation related to equipment such as opening / closing of the valve and starting / stopping of the pump, and information on the control system of the control system. Yes. In the monitoring items, upper and lower limit values are described from the viewpoint of quality maintenance, equipment protection, and security in process data such as the charged amount, the temperature in the apparatus, and the pressure. Exception processing describes countermeasures for cases such as monitoring items deviating from management values. In this operation procedure manual, the output data of the edit processing block 14 is re-edited by the SOP generation unit 16 in a manner that can be understood by the plant operator and divided into the following sections: procedure contents, monitoring items, and exception processing. Obtained by processing.
[0017]
The detailed manufacturing prescription data includes base information 1 and 2 for SFC (sequential function chart) notation and prescription parameter information, and is obtained by adding prescription management linkage processing to the output data of the edit processing block 14. As illustrated in FIG. 9, the SFC base information 1 indicates connection destination (TRANSITION ID) information of each step in order to express the execution sequence of unit sequences (steps) in the SFC format. An encoded transition condition and a connection destination step when the transition condition is satisfied are shown in a table format. The left table shows the first step name and the transition condition, and the right table shows the connection destination step name when the transition condition is satisfied.
[0018]
As illustrated in FIG. 10, the SFC base information 2 indicates details of transition conditions for each process step and coordinate information in SFC notation in the SFC base information 1. The transition condition includes an unconditional description (TRUE) or a specific condition and a description of the transition destination at that time. As shown in FIG. 11, the prescription parameter information includes the raw material and catalyst required for each process, or the operating conditions such as temperature and pressure, the amount of the raw material and catalyst, the default values such as temperature and pressure, The upper limit value and the lower limit value for correction are included.
[0019]
The driving personal computer 20 has an input / output device 21, a performance database 22, and a prescription management function 23 having an automatic control program. In the input / output device 21 of the driving personal computer 20, the information selected by the engineer of the manufacturing department based on the data of the operation procedure manual 103 output as printout is input and processed. Based on the data obtained by decoding the SOP data 102 input from the SOP generator 13, plant operation prescription data 104 is generated. The plant operation prescription data 104 indicates which manufacturing unit is used to manufacture the product, the order of process operations such as preparation, heating, cooling, and pressurization, and operating conditions such as temperature and pressure in each step. Contains information. The prescription management function 23 inserts data necessary for plant operation into the automatic control program based on the plant operation prescription data 104 to create an operation sequence, and based on the operation sequence, actual equipment, instruments, etc. The sequencer 30 is controlled by designating the operation for each unit sequence incorporated in the sequencer in advance. The sequencer 30 actually controls the batch plant 40 for each unit sequence, and manufactures a prototype or an actual product.
[0020]
FIG. 3 is a diagram showing in detail the contents of the master information DB 15 of FIG. 2, and shows the procedure until the operation sequence 305 is obtained from the basic manufacturing prescription 302. The master information DB 15 stores EFD (engineering flow diagram) 306 of a plant shown as a process system diagram and plant facility information including information generated therefrom. The master information DB 15 is a stream diagram 307 in which an instrument / instrument DB 51 including information on instrument numbers, instrument specifications, belonging unit streams, and array numbers of individual devices, and an EFD are decomposed into stream units. The unit stream DB 52 that stores the individual streams shown in FIG. 4 for each unit, the function stream DB 53 obtained by disassembling the stream diagram 307 for each function, and the function layer DB 54 that hierarchically displays each function stream. The information of the EFD 306 is decomposed and stored in these individual databases.
[0021]
When a process flow diagram (PFD) 301 is created based on a reaction equation for obtaining a product, basic manufacturing recipe data (general recipe) 302 is generated from the simulation. The information of this general recipe 302 is edited according to the master information which is equipment information, and further, the master recipe 303 is obtained by the processing of the SOP generation unit. Next, security information such as start conditions and stop conditions stored in the start / stop DB 55 from the viewpoint of safety for each function stream is added to the master recipe 303. As a result, a sequential function chart (SFC) 304 forming a plant operation recipe is obtained. The start / stop DB 55 is included in the driving personal computer 20 although not shown in FIG. An operation sequence 305 is generated based on the SFC information 304, and the data is inserted into a batch process control program stored in the prescription management function, and the batch process is controlled by the prescription management function.
[0022]
FIG. 4 shows an example of the EFD 306, and shows an example of the EFD of a plant that carries out batch distillation operation. This distillation batch system includes various systems such as reaction tank R101, distillation tower C201, cooling and heating jacket JKT, steam system, refrigeration system, raw material system, nitrogen introduction system, circulation system, product take-out system, The illustrated information is generally registered in the master information DB 15 in the system as CAD information.
[0023]
FIG. 5 is a stream diagram showing a temperature control system portion of a jacket (R101JKT) surrounded by a wavy line, which is a part of the system shown in FIG. For each pipe, only the connection of the system is abstracted, and specific information such as the pipe length is discarded. Each solenoid valve, operation valve, and the like constituting the control object are not represented on the stream diagram, and their arrangement information is registered in the unit stream DB as an attribute of the unit stream. What connects each piping and system | strain is all represented by connectors, such as AC1, AC2, and AC3, and the piping part divided | segmented by each connector comprises unit stream A1-A8. The relationship between the jacket R101JKT and the reaction vessel R101 is simply indicated by a wavy line indicating the flow of energy. Such a stream diagram can be automatically created by the computer system 10 by extracting the information of the EFD 306 from its functional aspect.
[0024]
FIG. 6 shows the basic sequence that forms part of the plant operating recipe for the batch distillation system of FIG. 4 obtained by the plant operating system of one example embodiment of the present invention. When the distillation batch system starts, the process proceeds to the distillation process through charging, nitrogen replacement, bottom circulation, and the like, and the distillation process proceeds in parallel with temperature rise, reduced pressure, reflux, product extraction, and Includes process analysis. When the distillation step is completed, the entire distillation batch process is completed through the respective steps such as cooling, decompression, extraction of liquid from the column, and transfer. As shown in the figure, for example, the nitrogen replacement process includes pressurization and exhaust processes, the temperature raising process includes jacket draining and heating processes, and the cooling process includes in-jacket depressure, cooling, and jacket draining processes. including.
[0025]
Here, in the jacket draining process, the jacket drain stream from the jacket R101JKT to the pit via the unit stream A3, stream connector AC2, unit stream A4, stream connector AC3, and unit stream A5 is used as a functional stream. used. In the jacket heating process, the heating stream that reaches the pit via the unit stream A1, the stream connector AC1, the unit stream A2, the jacket R101JKT, the unit stream A3, the stream connector AC2, the unit stream A4, the stream connector AC3, and the unit stream A6 functions. Used as a stream. In the jacket draining process, a cooling stream that reaches the refrigeration system via the unit stream A7, the stream connector AC2, the jacket R101JKT, the unit stream A2, the stream connector AC1, and the unit stream A8 is used as a functional stream.
[0026]
In starting the drainage of the jacket during the temperature raising process, the condition of whether or not to start the drainage stream is checked. First, the heating and cooling stream connectors AC1 are checked to check that the heating and cooling streams are stopped. Next, the connectors AC3 and AC2 of its own cooling stream are checked to check that the cooling stream is stopped. If the check result is normal, the cooling stream is activated. Thereafter, the cooling stream is stopped when the stop condition of the stream is detected by the indication change of the weigh scale of the jacket R101JKT becoming zero.
[0027]
When the jacket has been drained, the condition of whether or not to start the jacket heating stream is checked. This is done by confirming the stop of the drain and cooling streams and the stop of the heating stream itself. If these are confirmed, the heating stream is activated and the jacket is heated. The stop conditions of the heating stream are that the extraction amount has reached a predetermined value, that the process analysis value has reached the value specified in the specifications, that the temperature has been overheated, and that the refrigerator has been stopped. When one of the stop conditions is met, the heating stream is stopped.
[0028]
A distillation process is complete | finished and a cooling process is implemented again. This cooling process includes depressurization in the jacket, cooling and draining the jacket. In starting the cooling stream, the stop of the heating stream and the draining stream and the stop of the cooling stream itself are checked. The cooling stream stop conditions are that a predetermined temperature has been reached and that the refrigeration system is abnormal. When the basic sequence of FIG. 6 is obtained, an operation sequence for electrical control is automatically created from this.
[0029]
In the plant operation system according to the present invention, a basic sequence is generated by defining “what to do” in “which line” of the plant in the manufacturing recipe. At this stage, it is possible to avoid having to be aware of the equipment / instruments on the line. For this purpose, the “stream” is treated as an object having plant structure information, and the manufacturing procedure and the plant are linked through this stream. The conditions for starting / stopping the stream are defined by dividing into conditions caused by equipment and conditions caused by products (handled substances). The conditions resulting from the equipment include device protection and security interlocks, and these provide a device continuous monitoring sequence separately from the manufacturing procedure, and then notify the device status to each stream. In addition, as a condition caused by the product, it is patterned for each function type such as preparation, heating / cooling, and transfer, and is set as an attribute of the stream object. It can also be defined by a plant engineer. In addition, parameters such as target values for process conditions such as temperature and pressure, and set values for timers and the like are defined in the manufacturing recipe.
[0030]
A procedure for creating a specific operation sequence from the EFD will be described with reference to FIG. First, a stream diagram 307 is created from the EFD 306. Next, this is decomposed for each unit stream, and a unit stream object is created and used as the database 52. The device / instrument list stored in the device / instrument database 51 is linked to the unit stream in the EFD including the stream connector. At that time, the arrangement of devices / instruments on the stream is taken into consideration and placed on the database 52. Next, a function stream object is created by defining a unit stream and a stream connector used simultaneously in the process operation, and registered in the function stream database 53 and the function hierarchy database 54.
[0031]
Incorporate functional stream objects into the basic manufacturing recipe by defining which functional streams to use for each phase in the manufacturing procedure in the basic manufacturing recipe data 302. Thereby, the master recipe 303 including the data of the operation procedure manual is obtained. Subsequently, with reference to the database 55 describing the exception processing information, the basic recipe (SFC) data 304 is added to the master recipe 303 by adding a condition for starting / stopping the function stream from the viewpoint of safety for each function type. And Next, by converting the basic sequence data 304 into a controller language for each function stream, an operation sequence 305 is created and can be downloaded to the sequencer.
[0032]
By using a stream diagram as described above, it is possible to create a sequence intuitively and to obtain merits such as easy maintenance when remodeling equipment. In particular, when the number of devices / instruments is increased or decreased, the stream diagram is not changed, so that the plant engineer does not need to change the sequence. When there is an increase or decrease in piping, registration / deletion of stream objects and change of function streams are performed.
[0033]
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the suitable embodiment example, the plant operation system of this invention is not limited only to the structure of the said embodiment example, Various from the structure of the said embodiment example. Modifications and changes are also included in the scope of the present invention.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the plant operation system of the present invention, when the equipment information data is incorporated into the basic production recipe data, the SOP data including the operation procedure manual and the detailed production recipe data is automatically created. Therefore, a highly reliable operation procedure manual can be created without being influenced by the personal experience and ability of the plant engineer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a plant operation system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing details of the plant operation system of FIG. 1;
FIG. 3 is a data flow diagram showing a data flow from a manufacturing recipe to an operation sequence being generated.
FIG. 4 is an EFD diagram showing an example of equipment used by the plant operation system of the present invention.
FIG. 5 is a stream diagram showing a part of the equipment of FIG. 4;
FIG. 6 is a flowchart showing steps performed in the facility of FIG. 5;
FIG. 7 is a schematic diagram showing processing result data of an editing processing block.
FIG. 8 shows an example of operation manual data.
FIG. 9 shows an example of SFC base information (1).
FIG. 10 shows an example of SFC base information (2).
FIG. 11 shows an example of SFC parameter information.
[Explanation of symbols]
10: Personal computer for prescription definition / analysis 11: Input / output device 12: Process simulator (simulator)
13: SOP generator 14: Edit processing block 15: Master information DB
16: SOP generation block 17: Print output unit 18: SOP data output unit 20: Driving personal computer 21: Input / output device 22: Driving performance DB
23: Prescription management function 30: Sequencer 40: Batch plant

Claims (2)

製品を製造する際に必要な設備、プロセスのステップ毎の単位操作及び順序、並びに、プロセスの各ステップ毎の運転条件を含む、製品の基本製造処方データを入力する入力部と、
使用可能なプラントに含まれ、物質の流れを実現する機器／計器群を含むプラントの設備情報であって、個々の機器及び計器に関する機器／計器情報、機器及び計器を含みプロセスの機能単位毎に分解された機能ストリームを含む機能ストリーム情報、並びに、各機能ストリームの階層関係を記述した階層情報を含むプラントの設備情報を保存するマスタ情報データベースと、
基本製造処方データに基づいて、前記マスタ情報データベースに保存されたプラントの設備情報を検索し、基本製造処方データに含まれる前記必要な設備と前記プラントの設備情報に含まれる機能ストリームとを対応付け、基本製造処方に必要な機能ストリームを基本製造処方データに組み込んだ基本シーケンスを作成する編集処理ブロックと、
前記編集処理ブロックが出力する基本シーケンスの一部の単位操作について、外部入力に基づいて手動操作の設定を行い、前記基本シーケンスから該手動操作に設定された単位操作を抽出して作成した運転員の運転手順マニュアルと、ステップ毎の自動運転の単位操作を順次に含む詳細製造処方データとを出力する標準処理データ生成部と、
前記標準処理データ生成部が出力する詳細製造処方データに含まれるシーケンス制御用のシーケンスロジック及び運転パラメータを、コントローラ側の言語及びデータ構造に変換したプラント運転処方データと、運転手順マニュアルに従う運転員の操作とに基づいて、バッチプラントを運転制御するコントローラを有する運転制御部とを備えることを特徴とするバッチプラント運転システム。An input unit for inputting basic manufacturing recipe data of the product including equipment necessary for manufacturing the product, unit operation and sequence for each step of the process, and operating conditions for each step of the process ;
Equipment information of the plant including the equipment / instrument group that is included in the usable plant and realizes the material flow, and includes the equipment / instrument information related to the individual equipment and the instrument, and the functional unit of the process including the equipment and the instrument. A master information database for storing functional stream information including decomposed functional streams, and plant facility information including hierarchical information describing the hierarchical relationship of each functional stream ;
Based on the basic manufacturing prescription data, the plant equipment information stored in the master information database is searched, and the necessary equipment included in the basic manufacturing prescription data is associated with the function stream included in the plant equipment information. An edit processing block that creates a basic sequence that incorporates the functional stream required for the basic manufacturing recipe into the basic manufacturing recipe data ;
An operator created by setting a manual operation based on an external input and extracting a unit operation set to the manual operation from the basic sequence for some unit operations of the basic sequence output by the edit processing block and operating procedures manual, and the standard processed data generating unit for outputting details producing prescription data sequentially including the unit operations of the automatic operation for each step,
The plant operation prescription data obtained by converting the sequence logic and operation parameters for sequence control included in the detailed manufacturing prescription data output by the standard processing data generation unit into the language and data structure on the controller side, and the operator according to the operation procedure manual A batch plant operating system comprising: an operation control unit having a controller for controlling the operation of the batch plant based on the operation. 前記標準処理データ生成部は、例外処理情報を記述したデータベースを参照して外部から入力される、前記単位操作の手動操作における起動／停止条件を、前記基本シーケンスに付加する、請求項１に記載のバッチプラント運転システム。 The said standard process data generation part adds the start / stop condition in the manual operation of the said unit operation input from the outside with reference to the database which described the exception process information to the said basic sequence. Batch plant operation system.

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