skoge@chembio.ntnu.no
30 Jan 2001 11:59:09 +0100
Hallo alle PROST'ere og andre kollegaer,
Jeg har vært ute og reist igjen, nærmere bestemt til en
prosesregulerings-konferanse i USA. Her kommer en liten rapport.
-Hilsen Sigurd Skogestad
-----------------------------------
Chemical Process Control 6 (CPC'6)
Tuscon, Arizona, 7-12 Jan. 2001
-----------------------------------
http://www.che.wisc.edu/cpc-6/
Proceedings ligger inntil videre utenfor mitt kontor i kjemiblokk 4.
Denne konferansen arrangeres hvert 5. år og har som mål å evaluere
status innenfor området prosessregulering og identifisere nye
områder for forskning og anvendelse.
De fleste foredragene er derfor inviterte og har preg av oversiktsforedrag.
Møtet ble holdt på Westward Look Resort like nord for sentrum av Tuscon.
Lokalene var meget bra, maten var dyr, og det var rikelig med servering
av drinker for å få samtalene til å flyte på kvelden.
Vi hadde godt sommervær selv om vi fikk en del regn etterhvert.
--------------
Hvem var der?
--------------
Det var en bra forsamling med ca. 135 deltagere, derav ca. 70 fra universiteter, 40 fra
prosessindustrien og 25 fra leverandørindustrien (med Aspentech og
Honeywell som de største). Hovedparten av deltagerne var fra USA, med
Canada på 2. plass.
Fra Norge deltok Tore Lid og meg selv (Tore har vært
stipendiat hos meg på kjemisk prosessteknologi i 3 år, men han har nå gått
tilbake til sin stilling ved Statoil Mongstad). Vi presenterte 2 postere:
1. Tore Lid, Stig Strand & Sigurd Skogestad: On-line optimization of a
crude oil heat exchanger network
2. Truls Larsson, Sigurd Skogestad & Kristin Hestetun: Self-optimizing
control of a large-scale plant: The Tennessee eastman process
I tillegg deltok min ex-dr.ing. student Ying Zhao som nå jobber hos Cominco
i Trail, Canada (de driver med mineralutvinning og hun er den eneste i deres
prosessreguleringsgruppe).
Fra Sverige deltok Bengt-Ove Andersson og Gunnar Berggren fra Borealis i
Stenungsund.
Fra Danmark deltok Sten Bay Jørgensen sammen med en ny dr.student (Dennis Bonne)
samt Torsten Vagn Jensen fra FLS Automation.
Fra Finland var det ingen denne gang.
Ellers var det en del Norges-venner, her definert som personer som vært
minst et par ganger i Norge, bl.a. Douglas C. White (Aspentech, med mange
turer til Mongstand, og med aner fra Melhus) og Zakwan Alzein (Honeywell,
som har oppdrag på Hydro Rafnes for øyeblikket),
pluss en rekke akademiske venner som er omtalt under (foredragsholdere).
Av andre Norgesvenner nevner jeg William Cluett (Un. Toronto) som vurderer
å ta friår i Trondheim, og Kent Rasmussen (Aspentech) som bl.a. kjente
Asbjørnsen og Terjesen fra lang tid tilbake.
--------------
Store linjer
--------------
Dette er det 6. møtet i denne serien som altså har som mål
å etablere status og se fremover. Tidligere møter (vi har kopier
av alle proceedings i biblioteket vårt i kjemiblokk 4):
1976: CPC'1 (Pacific Grove, California) -
litt pessimistisk stemning over liten bruk av avansert regulering
og stor avstand mellom teori og praksis.
1981: CPC'2 (Sea Island, Georgia),
MPC/DMC har såvidt blitt tatt i bruk i industrien, men mye skepsis
1986: CPC'3 (Asilomar, California)
Egen sesjon om MPC. Nyeste utvikling er Robust control
1991: CPC'4 (South Padre Island, Texas)
MPC kommer i industrien, men ennå ikke fullt gjennomslag. Lite nytt.
1996: CPC'5 (Tahoe City, California)
MPC har gjort fullt gjennomslag i større prosessanlegg. Mye optimisme
2001: CPC'6 (Tuscon, Arizona)
MPC og annen on-line optimalisering er moden teknologi
og tas i økende grad i bruk i industrien.
Jeg har selv vært bare på møtene i 1991 og 2001, og jeg synes at årets
møte var vesentlig bedre enn i 1991.
Men som det ble påpekt av en enkelte av de ca. 3 garvede deltagere som har
deltatt på alle møtene (bl.a. Tom Edgar og Dale Seborg) så savnet man de
intense diskusjonene og motsetningene som preget de tidligste møtene.
Men så hadde man den gang personer som Balchen som ikke var redde for
å si fra....
Årets møte tok seg opp en del etter at Morari mandag
tok ordet og etterlyste mer perspektiv og tanker om fremtiden.
Organisatorer for årets møte var Jim Rawlings og Tunde Ogunnaike, som
hadde gjort en utmerket jobb, men som kanskje ikke hadde understreket
nok for sine foredragsholdere at undertittelen for konferansen var
"Assessment and New directions for research", men som nevnt tok dette
seg opp en del etter Morari's innlegg.
Hovedinntrykket av konferansen var at prosessregulering har kommet
veldig langt i løpet av de siste 10-20 årene og er en stor suksess.
Det var likevel noe mismot pga. at det idag tildels er vanskelig å få
finansiert forskning innen prosessregulering i USA. Dette er delvis
relatert til at de store bedriftene har redusert på sine sentrale
tekniske staber og til at det amerikanske forskningsrådet (NSF) regner
prosessregulering som moden teknlogi.
-------------------------
Litt fra foredragene
-------------------------
SØNDAG kveld begynte med foredrag av den mer kommersielle sorten:
Lowell Koppel (ex. Purdue Univ. og Aspentech og nå eget firma) snakket
om "Business process control - the outer loop".
Her var det mye snakk om "Key performance indicators" (KPI's)
(som jeg fant ut er det samme som "controlled variables" men
på et høyere nivå, så ideen som "self-optimizing control" kan
kan brukes til et systematisk valg av disse.) Koppel snakket
om at man heller burde optimalisere direkte uten bruk av KPI's
(som jo er temmelig opplagt dersom man tilstrekkelig informasjon)
Patrick Kennedy (OSI software) sa at software prosjekter som varer over
6 mnd. er mislykket (jeg er også en varm tilhenger av å holde ting
enkelt), og snakket forøvrig varmt om Microsoft.NET
MANDAG morgen var det "back to basics" med vekt på modellering og identifisering.
Wolfgang Marquardt (Aachen) holdt et utmerket oversiktsforedrag om
fundamentale matematiske modeller og ulineær modellreduksjon.
Ton Backx (tilbake i sitt eget firma IPCOS) skulle også snakke om modellering
men det beveget seg litt vel mye på det overordnete plan.
Sten Bay Jørgensen (DTU) og Jay Lee (Georgia Tech) snakket så om "Recent
Advances and Challenges in Process Identification" hvor de hevdet at
"closed-loop identification" ikke har vært benyttet i praksis i industrien.
De tenkte her selvsagt på de nyeste metodene, men det er likevel symptomatisk
at det ikke nevnte Ziegler-Nichols' metode basert på generering av stående
svingninger med P-regulator som i også er en "closed-loop" metode.
Det var etter disse tre forøvrig utmerkede fordragene at Morari kom med
sine relativt krasse kritikk av at han savnet vyer for fremtiden og tanker
om hva som har skjedd de siste 5 årene. Han kritiserte også foredragsholderne,
spesielt Marquardt, for å ha "faled to consider the role of feedback", dvs. man
trenger ikke modellere alt siden man kan bruke lokal feedback.
MANDAG KVELD var viet til "life sciences" og "bio" men pga. en lang fjelltur
samt tidsforskjellen til Norge som da begynte å gjøre seg gjeldene har jeg
ikke så mye å berette.
TIRSAG MORGEN var viet til CONTROL THEORY og her hadde man gode foredragsholdere
og en del interessant å by på:
Dimitri Bersekas (MIT): Neuro-dynamic programming: An overview
(fikk torsdag kveld pris for å ha kombinert på en utmerket måte
to metoder (neurale nettverk og dynamisk programmwering) som
fra før er i miskreditt).
Jan C. Willems (Groningen): The behavioral approach to control
(dvs. skiller i utgangspunket ikke mellom input og output - hans
snakket her til menigheten for kjemiteknikere er i utgangspunktet
trent til å ikke skille mellom disse når de setter opp modeller).
(Willems fikk senere pris for det høyeste antall egensiteringer -
9 av 12).
Eduaro D. Sontag (Rutgers Univ.): Input-State Stability (ISS).
Han snakket meget raskt og overbevisende for ISS
("den eneste naturlige definisjonen av stabilitet for ulineære
systemer - og begrepet ulineær H-uendelig er forresten noe tull")
og han reklamerte sterkt for sin hjemmeside
http://www.math.rutgers.edu/~sontag
Sonntag er forøvrig en av de få som har tatt doktorgrad for Rudi Kalman
og han hevdet at Kalman tok mange av sine ideer, bl.a. om controllability,
fra computer science (automata theory).
TIRSDAG kveld var viet til "hybride systemer"
Stefam Kowalewski fra Bosch (ex.student fra Engell) ga en bra oversikt.
Manfred Morari (ETH Zurich) har i det siste arbeidet mye med MPC anvendt på
systemer med diskrete tilstander.
Han brukte ordet "hybrid system" for å dekke kombinasjonen av
kontinuerlig og diskret, dvs. et hybrid system har både
"kontinuerlige og diskrete tilstander".
Han kritiserte Marquardts bruk av begrepet "hybrid
modell" som var å dekke kombinasjonen "fundamental og empirisk modell".
Morari sa videre at vi som driver med prosessregulering
ved universitetene må fortsette utviklingen fra å arbeide med
"teori som leter etter anvendelse" (dominerende på 70-tallet)
til å istedet se på
"anvendelse som leter etter teori".
Ignacio Grossman holdt et foredrag om diskret MINLP optimalisering.
Iiro Harjunkoski som vi håper kommer til Trondheim snart var medforfatter.
En av anvendelsene var optimalsering av oljeproduksjon fra mange brønner.
ONSDAG morgen var tema "controller performance monitoring" som viste seg å være en
rent kanadisk sesjon (svenskene er også sterke her, men de var ikke med).
Lane Desborough og Randi Miller (Honeywell, men utdannet i Canada)
la frem en god del interessante tall. I USA var et i 1997
8320 kontinuerlige prosessanlegg (basert på tall fra DOE), derav:
246 oljeraffinierier
584 papirfabrikker
2994 kjemiske prosessanlegg
3043 kraftverk
1453 metallurgiske anlegg
Hver av disse anleggene har mellom 500 og 5000 reguleringssløyfer.
Poenget med dette var å vise at svært få av disse sløyfene får noen særlig
oppfølging fra prosessingeniører.
Karakterisering av reguleringssløyfer som Honeywell har
gjort med basis i 26000 reguleringssløyfer:
36% open-loop
16% Excellent
16% Acceptable
22% Fair
10% Poor
Algoritme benyttet i basisreguleringen (11600 sløyfer i 18 anlegg):
97.3% PID (og andelen har økt de siste årene)
1.7% ikke-PID tilbakekobling (inkl. ulineær, adaptiv...)
1.0% foroverkobling
Følgende målinger benyttes:
2% sammensetning
22% strømmengde (flow)
12% nivå
16% trykk
14% temperatur
Den store fordelen med PID er det ikke trenges noen modell. Typisk kostnad for å
fremskaffe en modell er $250-$1000 pr. modell.
MPC brukes nesten utelukkende til dynamisk optimalisering og i liten grad til
multivariabel regulering.
Han trakk til slutt frem noen forslag til forskningsområder:
- Stick-slip detection
- sammenheng mellom "loop performance" og "KPI's" (Key performance indicators)
Sirish Shah (Un. Alberta) snakket om "Multivariate controller performance"
men det ble mye ligninger og det var ikke lett å få tak i budskapet.
Thomas Harris (Queen's Univ.) holdt et bra foredrag om
"controller performance monitoring".
ONSDAG ettermiddag var det en ekstra diskusjonssesjon om
"Control theory: Of any help to process control engineers"
der bl.a. undertegnede deltok i panelet.
ONSDAG kveld var tema "kjemiske reaktorer og separatorer", men det var mest diverse.
Stratos Pistikopolous (Imperial College) ga en oversikt over sitt arbeid innen
"simultaneous design og control optimization"
Kartsen Klatt (In. Dortmund) snakket om simulering av "moving bed chromatography".
Dominique Bonvin (ETH Lausanne) snakket om
"Dynamic Optimization in the Batch Chemical Industry"
(se også paper av Visser et al. i JPC, 2000, 399-410).
Det dreide seg mye om en gjenoppdagelse av fordelen med å bruke en
feedback implementasjon av den optimale løsningen (dette er jo spesielt
aktuelt for batch-prosesser), og en god del lignet på "self-optimizing control".
For å illustrere likheten la os ta et sitat fra paperet:
"The idea of invariant-based optimization is to identify those
important charateristics of the optimal solution that are
invariant under uncertainty and provide them as references to
a feedback control scheme"
Videre:
"Optimality despite uncertainty is approached by working close
to the active constraints"
For å være retteferdig så må det legges til at han presenterte en god del
interessant teori rundt dette. Han brukte bl.a. betingelsen Hui = 0
(Hamiltonian lik null) som følger av Pomtryagins maksimumsprinsipp -
dette ligner mye på ting Ivar Halvorsen har gjort for det stasjonære tilfellet.
TORSDAG morgen var tema "modeling and control of complex products". Det var tre gode
oversiktsforedrag over "nye" områder for chemical process control:
Mike Henson (Louisiana State Un.) snakket om bioreaktorer og modellering av cellevekst.
Masoud Soroush (Drexel Univ.) og Frank Doyle (Un. Delaware) snakket om modellering
av polymerreaktorer.
Richard Braatz (U. Illinois Urbana) og Shinji Hasebe (Kyoto) snakket om krystallisasjon.
Braatz nevnte at han satser på mye krystallisasering og har skaffet seg mye
eksperimentelt utstyr.
TORSDAG ettermiddag var det postersesjon der vi som nevnt hadde to bidrag.
TORSDAG kveld var det konferansemiddag på Sonora Desert Museum
med humoristiske prisutdelinger med Tom Edgar og Dale Seborg som ledere (nevnt over).
FREDAG morgen var avslutningssesjonen der tema industriens syn,
hovedsaklig rundt "plantwide control".
Jim Downs (Eastman) snakket om å koble "control strategy" og MPC
(et tema etter mitt hjerte).
Han nevnte at Eastman utviklet sin egen MPC-teknologi i 1991 og begynte med
en DMC algoritme med sprangrespons. Men i 1996 skiftet de over
til en tilstandsromformulering (basert på Muske & Rawlings' artikkel).
De hadde funnet at MPC fungerte utmerket som en erstatning for de tilfellene
der man tidligere trengte logikk og velgere.
Men han kom med ekempler som viste hvordan man kan komme i problemer med MPC
og at man derfor fortsatt trenger å tenke seg litt om.
Downs kom førøvrig med ganske harde utfall mot leverandørindustrien og mente at
de ofte sto i veien for direkte kontakt mellom universitet og industri.
KOPI: s. 384!
Robert Young og Donald Bartusiak (Exxon Mobil) snakket om deres implementering av
ulineær tilstandsromsbaserte MPC som ble utviklet i 1994 (og patentert i 1997)
for å takle produktoverganger for en polymeringsprosess. De har nå omtrent 30
implementasjoner.
Tom Badgwell (Aspentech) hevdet i en kommentar til foredraget at dette var et
"historisk øyeblikk" fordi det var første gang at noen rapporterte om en ulineær
"first principles" MPC. Men jeg påpekte i diskusjonen at Borealis (den gang
Statoil) satte i drift en ulineær MPC allerede i 1993 og publiserte dette på et
ESCAPE-møte i 1994:
Hillestad, M. and Andersen, K.S., "Model Predictive Controller for Grade
Transitions of a Polypropylene reactor", ESCAPE-4, Dublin March 28-30 1994,
Published in IChemE (UK) symposium series, volume 133, 1994, pp. 41-46.
(jeg har sendt en mail om dette til Exxon-gutta med kopi til Thomas
Badgwell og Jim Rawlings)
Tariq Samad (Honeywell) snakket helt til slutt om "Enterprise optimization" som
er plantide control helt fra prosessen og opp til "business planning".
I oppsummeringen av møtet mente alle at "det hadde vært en fint møte". En fra
industrien sa at han likte dette møtet mye bedre enn industri-møtene han
vanligvis deltok på fordi folk her var langt mer kritiske til det faglige innholdet.
- SLUTT -
--------------------------
Litt diverse
-------------------------
This archive was generated by hypermail 2.0b3 on Tue Jan 30 2001 - 15:33:35 MET