(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品の製造設備をユニットに区分し、各ユニットにおける製造手順が中工程、小工程に階層化されるバッチプラントの制御システムで実行する製品製造プログラムの作成を支援するプログラム設計装置であって、
中工程を構成する小工程の手順が中工程毎に定義されたテンプレートを格納するテンプレート格納部と、
製法毎にユニット毎の中工程の手順を示す中工程フローの定義を受け付ける中工程フロー定義部と、
中工程単位の連携動作の指定を受け付け、さらに、中工程単位の連携動作に基づいて小工程単位の連携動作の指定を受け付ける連携定義部と、
前記テンプレートを参照して、前記中工程フローを小工程フローに展開し、前記小工程フローと前記指定された小工程単位の連携動作とに基づいて製品製造プログラムを作成する製品製造プログラム作成部と、
を備えることを特徴とするプログラム設計装置。
【請求項２】
前記連携定義部は、中工程単位の連携動作について、同期連携と非同期連携と区別して指定を受け付けることを特徴とする請求項１に記載のプログラム設計装置。
【請求項３】
前記連携定義部は、中工程単位の連携動作について、連携の順序の情報を含めて指定を受け付けることを特徴とする請求項１または２に記載のプログラム設計装置。
【請求項４】
前記中工程フロー定義部は、中工程フローの定義受け付けの際に、それぞれの中工程を示す工程シンボルを編集画面上に表示し、工程シンボルの配置の指定を受け付けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプログラム設計装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のプログラム設計装置と、前記製品製造プログラムを実行してロット単位の製品製造を制御するバッチプラント制御装置と、を備えることを特徴とするバッチプラント制御システム。
【請求項６】
前記バッチプラント制御装置は、
製造する製品の指示と製品を製造する順番の指示とを含む製造指図を受け付け、
前記製品製造プログラムに従って、指定された製造順序通りにユニットにおける中工程が行なわれるようにロット単位の製品製造を制御するロット管理部を備えることを特徴とする請求項５に記載のバッチプラント制御システム。
【請求項７】
製品の製造設備をユニットに区分し、各ユニットにおける製造手順が中工程、小工程に階層化されるバッチプラントの制御システムで実行する製品製造プログラムの作成を支援するプログラム設計支援方法であって、
製法毎にユニット毎の中工程の手順を示す中工程フローの定義を受け付けるステップと、
中工程単位の連携動作の指定を受け付けるステップと、
中工程を構成する小工程の手順が中工程毎に定義されたテンプレートを参照して、前記中工程フローを小工程フローに展開するステップと、
中工程単位の連係動作に基づいて小工程単位の連携動作の指定を受け付けるステップと、
前記小工程フローと小工程単位の連携動作に基づいて製品製造プログラムを作成するステップと、
を有することを特徴とするプログラム設計支援方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッチプラントの制御システムに関し、特に、制御システムで実行する製品製造プログラムの作成を支援する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッチプラントにおける制御システムを構築する場合には、一般に、製造工程や生産設備のモデル化が行なわれる。バッチプラントに関する国際標準規格の総称であるＳ８８では、制御システムを構築する際の重要なモデルとして、プロセスモデル、物理モデル、手順制御モデルを扱っている。
【０００３】
プロセスモデルは、化学反応や物理反応等のプロセス面から見た階層化モデルである。例えば、「仕込み」「冷却」「添加」等の設備の概念を持たない化学的、物理的変化で製造工程が表現される。
【０００４】
物理モデルは、ハードウェアの面から見た階層化モデルである。例えば、図１０に示すように、「タンク」「調合釜」「ポンプ」「流量計」「バルブ」等の機器の集まりである装置（「ユニット」と称する）の連結で生産設備の関係が表現される。
【０００５】
手順制御モデルは、ソフトウェアの面から見た階層化モデルである。例えば、ユニットにおける「仕込み」「添加」「移送」等（「中工程」と称する）毎に詳細な手順（「小工程」と称する）が階層的に表現される。
【０００６】
制御システムへの実装にあたっては、手順制御モデルに基づいて製品の製法毎に製品製造プログラムを作成する。そして、各ユニットに配置されたフィールド機器を制御するバッチプラント制御装置で製品製造プログラムを実行することにより、バッチプラントにおける製品製造が行なわれる。
【０００７】
ところで、バッチプラントでは、ロットと呼ばれる製造単位毎に製品を製造するが、複数のロットを同時に製造することで生産効率を上げる運用をすることが多い。ここで、異なる製品であれば当然に別ロットとなり、同時に製造される同じ製品であっても製造単位が異なれば別ロットとなる。
【０００８】
あるユニットで、あるロットに対する中工程を行なっているときに、他のユニットでは他のロットに対する中工程を行なうことができるため、例えば、図１１に示すように、４つのユニットで構成されるバッチプラントであれば、最大４ロットが同時に製造可能となる。この場合、同じユニットであっても、ロット毎に異なる中工程が行なわれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−２４３１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
複数のロットを同時製造するバッチプラントにおける制御システムでは、単純に、ユニット毎に各製品の中工程や小工程を制御するだけでは不十分であり、例えば、以下に示すような機能がさらに要求される。
【００１１】
まず、ユニット間の実行順番を管理する必要がある。これは、例えば、図１２に示すように、ユニットＡからユニットＢ、ユニットＣに同時に要求を行なった後、ユニットＣからユニットＡへの移送をユニットＢからユニットＡへの移送よりも先に行なわなくてならない制約がある場合の管理機能である。
【００１２】
また、ユニット間の連携動作においても、例えば、図１３（ａ）に示すように、ユニットＡからユニットＢに要求を行ない、ユニットＢから回答があった後に移送を行なうような同期連携と、図１３（ｂ）に示すように、ユニットＡからユニットＢに要求を行なうことで完了する非同期連携があり、これらを区別して管理する機能が必要となる。
【００１３】
さらには、ユニット毎にロットの製造順序を遵守する管理機能が必要である。一般に、あるユニットで、異なるロットに対する中工程を順次行なう場合、ロット番号の若いロットから処理を行なわなければならない。これは、機器の洗浄や汚染防止策等がロット番号順の製造が前提となっているためである。
【００１４】
例えば、図１４に示すように、ユニットＤが、ロット番号Ｎの製品Ｘの製造とロット番号Ｎ＋１の製品Ｙの製造の両方に使われる場合、ユニットＤでは、ロット番号Ｎ＋１が先行していても、ロット番号Ｎ＋１の処理よりもロット番号Ｎの処理を先に行なわなくてはならない。
【００１５】
従来、このような各機能は個別のプログラムで実現されており、その実現方法や管理方法は、それぞれのプログラムを作成するプログラマに依存していた。このため、それぞれの機能の連携の全体像を把握することが困難であり、制御システムの構築に時間を要する上に、バッチプラントの変更に対応させることが極めて難しかった。
【００１６】
そこで、本発明は、バッチプラントの制御システムで動作させる製造製品プログラムを簡易に作成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様であるプログラム設計装置は、製品の製造設備をユニットに区分し、各ユニットにおける製造手順が中工程、小工程に階層化されるバッチプラントの制御システムで実行する製品製造プログラムの作成を支援するプログラム設計装置であって、中工程を構成する小工程の手順が中工程毎に定義されたテンプレートを格納するテンプレート格納部と、製法毎にユニット毎の中工程の手順を示す中工程フローの定義を受け付ける中工程フロー定義部と、中工程単位の連携動作の指定を受け付け、さらに、中工程単位の連携動作に基づいて小工程単位の連携動作の指定を受け付ける連携定義部と、前記テンプレートを参照して、前記中工程フローを小工程フローに展開し、前記小工程フローと前記指定された小工程単位の連携動作とに基づいて製品製造プログラムを作成する製品製造プログラム作成部と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記連携定義部は、中工程単位の連携動作について、同期連携と非同期連携と区別して指定を受け付けることができる。
また、前記連携定義部は、中工程単位の連携動作について、連携の順序の情報を含めて指定を受け付けることができる。
また、前記中工程フロー定義部は、中工程フローの定義受け付けの際に、それぞれの中工程を示す工程シンボルを編集画面上に表示し、工程シンボルの配置の指定を受け付けることができる。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様であるバッチプラント制御システムは、上述のプログラム設計装置と、前記製品製造プログラムを実行してロット単位の製品製造を制御するバッチプラント制御装置と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記バッチプラント制御装置は、製造する製品の指示と製品を製造する順番の指示とを含む製造指図を受け付け、前記製品製造プログラムに従って、指定された製造順序通りにユニットにおける中工程が行なわれるようにロット単位の製品製造を制御するロット管理部を備えることができる。
上記課題を解決するため、本発明の第３の態様であるプログラム設計支援方法は、製品の製造設備をユニットに区分し、各ユニットにおける製造手順が中工程、小工程に階層化されるバッチプラントの制御システムで実行する製品製造プログラムの作成を支援するプログラム設計支援方法であって、製法毎にユニット毎の中工程の手順を示す中工程フローの定義を受け付けるステップと、中工程単位の連携動作の指定を受け付けるステップと、中工程を構成する小工程の手順が中工程毎に定義されたテンプレートを参照して、前記中工程フローを小工程フローに展開するステップと、中工程単位の連係動作に基づいて小工程単位の連携動作の指定を受け付けるステップと、前記小工程フローと小工程単位の連携動作に基づいて製品製造プログラムを作成するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、バッチプラントの制御システムで動作させる製造製品プログラムを簡易に作成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係るバッチプラント制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２】プログラム設計装置１００の製品製造プログラム作成支援動作について説明するフローチャートである。
【図３】中工程の定義処理を説明する図である。
【図４】連携する中工程の接続処理を説明する図である。
【図５】連携フラグの名称設定処理を説明する図である。
【図６】連携フラグの名称設定処理までを終えたときの表示画面例を示す図である。
【図７】小工程フローを説明する図である。
【図８】バッチプラント制御装置の製品製造制御動作について説明するフローチャートである。
【図９】ロット毎の製品製造のイメージを示す図である。
【図１０】物理モデルを説明する図である。
【図１１】複数ロットの同時製造を説明する図である。
【図１２】ユニット間の実行順番を管理する機能を説明する図である。
【図１３】ユニット間の同期連携と非同期連携とを説明する図である。
【図１４】ユニット毎にロットの製造順序を遵守する管理機能を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るバッチプラント制御システム１０の構成を示すブロック図である。本図に示すように、バッチプラント制御システム１０は、プログラム設計装置１００、バッチプラント制御装置２００、フィールド機器３００を備えている。
【００２１】
フィールド機器３００は、バルブ、測定機器、変換器等であり、バッチプラントに含まれるユニット毎に複数種、複数台配置されている。
【００２２】
プログラム設計装置１００は、製品製造プログラムの作成を支援する装置であり、テンプレート格納部１１０、中工程フロー定義部１２０、連携定義部１３０、製品製造プログラム作成部１４０を備えている。プログラム設計装置１００は、ＰＣ等の汎用的な情報処理装置を用いて構成することができる。
【００２３】
テンプレート格納部１１０は、ユニットにおける「仕込み」「添加」「移送」等の各種中工程について、あらかじめ準備されたテンプレートを格納する領域である。
【００２４】
テンプレートは、中工程毎に作成され、その中工程を構成する小工程の手順が定義されている。例えば、中工程「仕込み」のテンプレートには、「送液要求」「単独原料受入」「マテバラチェック」といった手順で小工程が定義されている。また、小工程には、他の中工程に含まれる小工程との連携、例えば、同期連携要求、非同期連携受付等が必要なものがあり、そのような小工程については、連結用のノードが定義されている。
【００２５】
中工程フロー定義部１２０は、製法毎に、ユーザからユニット単位で中工程フローの定義を受け付ける。中工程フローの定義に際しては、テンプレート格納部１１０に格納された中工程のテンプレートを利用し、中工程を示すシンボルマークを編集画面上で中工程の手順に沿って配置すればよい。
【００２６】
連携定義部１３０は、まず、ユーザから中工程単位で連携の指定を受け付け、その後、連携した中工程に含まれる小工程単位で連携の指定を受け付ける。中工程単位の連携の指定は、連携する中工程のシンボルマーク同士を線で連結して、名称を設定すればよい。連携の指定に際しては、同期連携と非同期連携とを区別し、連携の実行順序も定義する。
【００２７】
小工程単位の連携の指定は、指定された中工程同士の連携を、小工程同士の具体的な連携として示すために行なうものである。小工程単位の連携に際しては、連携された中工程に含まれる小工程の中から、対象となる連結用のノード同士を連結すればよい。
【００２８】
製品製造プログラム作成部１４０は、ユーザから定義された中工程フローを、テンプレートにしたがって、小工程フローに展開する。そして、中工程同士で指定された連携を基にして小工程同士の連携の指定を受け付けて、製法毎の製造手順を示す製品製造プログラムを作成する。製品製造プログラムでは、ユニット毎に中工程単位で小工程の手順と連携とが定義される。
【００２９】
バッチプラント制御装置２００は、製品製造プログラムを実行してユーザに指定された製品のロット単位の製造を制御する装置であり、ロット管理部２１０、ユニット制御部２２０、フィールド制御部２３０を備えている。バッチプラント制御装置２００は、例えば、コンピュータシステムを用いて構成することができる。
【００３０】
ロット管理部２１０は、製品製造プログラム受付部２１１、製造指図受付部２１２、実行制御部２１３を備えている。
【００３１】
製品製造プログラム受付部２１１は、プログラム設計装置１００が作成した製品製造プログラムの入力を受け付ける。製造指図受付部２１２は、ユーザから製造指図を受け付ける。製造指図には、製造する製品、量、製品を製造する順番（ロット番号）の指定が含まれる。同一機能のユニットが複数ある場合には、使用するユニットの指定を含めてもよい。実行制御部２１３は、製造指図に従って製品製造プログラムを実行する。製品製造プログラムの実行の際には、ロット番号順に処理が行なわれるようにユニット制御部２２０に指示を送る。
【００３２】
ユニット制御部２２０は、ロット管理部２１０の指示に基づいて、ユニットにおける小工程の実行を制御する。このため、ユニット制御部２２０は、小工程毎の工程実行プログラム２２２を備えたユニット制御プログラム２２１を、バッチプラントに含まれるユニットに対応して備えている。小工程の実行に際しては、工程実行プログラム２２２に従ってフィールド制御部２３０に指示を送る。
【００３３】
フィールド制御部２３０は、ユニット制御部２２０の指示に基づいてフィールド機器３００の動作を制御したり、フィールド機器３００から測定値等の情報を取得したりする。
【００３４】
次に、プログラム設計装置１００の製品製造プログラム作成支援動作について、図２のフローチャートを参照して説明する。まず、中工程フロー定義部１２０が、ユーザから定義対象製品の設定を受け付ける（Ｓ１０１）。すなわち、製品製造プログラムを作成する製品を特定する。
【００３５】
次に、中工程フロー定義部１２０は、製品の製造に使用するユニットの登録を受け付ける（Ｓ１０２）。ユーザは、調合タンク、反応タンク、保管タンク等のバッチプラントの装置構成に対応するユニットを登録する。
【００３６】
そして、中工程フロー定義部１２０は、ユニット毎に中工程フローの定義を受け付ける（Ｓ１０３）。中工程フローの定義は、図３に示すように、表示画面上の登録したユニットに対応した領域に、中工程の名称が表示された工程シンボルを工程順に配置することで行なうことができる。各工程シンボルは、テンプレート格納部１１０にあらかじめ準備されている。
【００３７】
中工程フローの定義を終えると、連携定義部１３０が、連携する中工程の接続をユーザから受け付ける（Ｓ１０４）。中工程の連結は、図４に示すように、連携する中工程の工程シンボル同士を線で連結する。連結された線を連携フラグと称する。工程シンボルは同期連携用の端子と、非同期連携用の端子を備えており、同期連携用の端子同士を接続すると連携フラグが実線で表示され、非同期連携用の端子同士を接続すると連携フラグが破線で表示される。なお、連携する中工程には、「原料タンク」のような動作を行なわないユーティリティ設備等が含まれる。
【００３８】
そして、各連携フラグの名称をユーザから受け付ける（Ｓ１０５）。連携フラグは、名称でその動作が規定される。具体的には、原料の投入、液移送等の同期連携を示す同期連携フラグは、ＴＸＸという名称を付し、付帯設備の起動、ユーティリティ設備への液要求等の非同期連携を示す非同期連携フラグは、ＲＸＸという名称を付すものとする。これにより、同期連携と非同期連携とを区別して管理する機能が実現される。
【００３９】
ここで、ＸＸは、連携の実行順序を示し、先に行なう連携ほど若い数字の名称を付す。ユーザは、図５に示すように、最初に行なう同期連携であれば、同期連携フラグに「Ｔ０１」という名称を付し、最初に行なう非同期連携であれば、同期連携フラグに「Ｒ０１」という名称を付すようにする。これにより、ユニット間の実行順番を管理する機能が実現される。図６は、連携フラグの名称設定処理までを終えたときの表示画面例を示している。この表示画面は、例えば、製品の製造手順を示すドキュメントに転用することができる。これにより、例えば、バッチプラントのメンテナンスが容易となる。
【００４０】
各連携フラグの名称を受け付けると、製品製造プログラム作成部１４０が、中工程フローを小工程フローに展開する（Ｓ１０６）。小工程フローへの展開は、テンプレート格納部１１０に格納されたテンプレートに基づいて行なう。これにより、各ユニットについて、小工程の手順が定義されることになる。
【００４１】
次に、ユーザから小工程単位の連携の指定を受け付ける（Ｓ１０７）。小工程単位の連携の指定に際しては、図７に示すように、中工程フローから展開された小工程フローが表示されるため、接続元の小工程と接続先の小工程とを画面上で指定すればよい。このとき、ユーザの操作を簡易化するために、設定済みの中工程単位の連携フラグに基づいて、接続先の候補となる小工程がリスト表示される。
【００４２】
小工程単位で連携が指定されると、小工程フローと小工程単位の連携フラグとに基づいて、製品製造プログラム作成部１４０が、製品製造プログラムを生成する（Ｓ１０８）。製品製造プログラムは、製品の製造手順をユニット毎に小工程のフローで示し、さらに小工程の同期連携、非同期連携を示したバッチプラント制御装置２００で実行可能なプログラムである。
【００４３】
次に、バッチプラント制御装置２００における製品製造制御動作について図８のフローチャートを参照して説明する。
【００４４】
まず、ロット管理部２１０の製品製造プログラム受付部２１１が、製品製造プログラム作成部１４０が作成した製品製造プログラムの入力を受け付ける（Ｓ２０１）。製品製造プログラムは、製造対象とする製品の製法毎に、例えば、ユーザの指示に基づいて受け付けるようにする。
【００４５】
次に、ロット管理部２１０の製造指図受付部２１２が。ユーザから製造指図を受け付ける。製造指図には、製造する製品、ロット量、製品を製造する順番（ロット番号）の指定が含まれる。同一機能のユニットが複数ある場合には、使用するユニットの指定を含めてもよい。
【００４６】
製造指図を受け付けると、実行制御部２１３が、製造する製品の製品製造プログラムとロット順序に従って、各ユニットにおいてロット番号順に処理が行なわれるようにユニット制御部２２０に指示を送る（Ｓ２０４）。図９は、ユニット毎に中工程フローが定義された製品製造プログラムがロット番号順に実行される様子を示したイメージ図である。すなわち、ロット番号Ｎとして製品Ｘを製造し、ロット番号Ｎ＋１として製品Ｙを製造し、ロット番号Ｎ＋２として製品Ｚを製造する場合において、各ロットにおける中工程フローとユニットの流れが整理されることになる。
【００４７】
ロット管理部２１０の実行制御部２１３は、各ロットで使用されるユニットを把握することができるため、同一のユニットが使用される異なるロットについて、ロット順序で処理が行なわれるようにユニット制御部２２０に指示を行なう。これにより、ユニット毎にロットの製造順序を遵守する管理機能が実現される。
【符号の説明】
【００４８】
１０…バッチプラント制御システム、１００…プログラム設計装置、１１０…テンプレート格納部、１２０…中工程フロー定義部、１３０…連携定義部、１４０…製品製造プログラム作成部、２００…バッチプラント制御装置、２１０…ロット管理部、２１１…製品製造プログラム受付部、２１２…製造指図受付部、２１３…実行制御部、２２０…ユニット制御部、２２１…ユニット制御プログラム、２２２…工程実行プログラム、２３０…フィールド制御部、３００…フィールド機器
【図１】
0006418996.tif 000002
【図２】
0006418996.tif 000003
【図３】
0006418996.tif 000004
【図４】
0006418996.tif 000005
【図５】
0006418996.tif 000006
【図６】
0006418996.tif 000007
【図７】
0006418996.tif 000008
【図８】
0006418996.tif 000009
【図９】
0006418996.tif 000010
【図１０】
0006418996.tif 000011
【図１１】
0006418996.tif 000012
【図１２】
0006418996.tif 000013
【図１３】
0006418996.tif 000014
【図１４】
0006418996.tif 000015