Referat fra INCOOP workshop 23-24 Jan 2003

From: Sigurd Skogestad (skoge@chemeng.ntnu.no)
Date: Mon Jan 27 2003 - 17:57:13 CET


---------------------------------------------
Rapport fra INCOOP workshop
Dusseldorf 23-24  Jan. 2003
---------------------------------------------

Hei PROST'ere

Her kommer litt informasjon om INCOOP-workshopen som nylig ble avholdt i Dusseldorf.

Innhold:
1. "Gutta på tur"
2. Hva er INCOOP?
3. Kort referat fra workshopen
4. Hva skjer videre med INCOOP?
5. Deltagerliste

For mer informasjon om INCOOP:  http://www.lfpt.rwth-aachen.de/INCOOP/
CD fra workhsopen ligger på: ~skoge/prost/proceedings/incoop_workshop_jan03/
Div. papers fra prosjektet finnes på: http://www.lfpt.rwth-aachen.de/INCOOP/Publications/

-Hilsen Sigurd Skogestad

************************************************************************
PROST - Styrkeområde i Prosess-systemteknikk ved NTNU/SINTEF
Mer informasjon: http://kikp.chembio.ntnu.no/research/PROST
************************************************************************

1. "Gutta på tur" har vært i Dusseldorf på INCCOP-workshop.
Totalt var det ca. 70 deltagere derav følgende fra Norge:
Håvard Nordhus, Richard Sagli, Stig Strand (alle Statoil), Tor Steinar Schei (Cybernetica), Bernt Lie (Telemark) og Sigurd Skoegstad (NTNU) 
- for noenlunde fullstendig deltagerliste se slutten av denne mailen.


-----------------
2. Hva er INCOOP?
-----------------

INCOOP  = EU-prosjekt på "Integrated process control and plantwide optimization"

Ideen bak INCOOP var å samle akademiske miljøer (utvikle metoder), industri (komme
med case studier og data) og leverandørindustri (utvikle og overta programvare).
INCOOP startet i mars 2000 etter en laaaang oppstartfase som går tilbake til våren 1996, med første
EU-søknad i 1998 (med Statoil og NTNU) som fikk avslag, og ny søknad i 1999 (der Statoil trakk seg og
NTNU falt ut etter misforståelse) som fikk tilslag. Ton Backx (nå IPCOS, tidligere Setpoint
og Aspentech) har hele tiden vært den som har drevet prosjektet fremover.

Den tekniske løsningen som har vært studert i INCOOP er å ha lineær MPC med setpunkt-trajektor
generert fra en ulineær dynamisk optimalisering. Denne trajektoren kan være beregnet offline for ulike
forstyrrelser (og så bruke interpolering e.l.) eller kan beregnes ved real-time dynamisk optimalsiering
som "trigges" ved behov.
Begge applikasjonene (MPC og RTO) baseres på en ulineær dynamisk modell som oppdaters med
extended Kalman filter, og som genererer lokal lineær modell for MPC.   
I prosjektet har man brukt gProms til modellering/simulering og Matlab til regulering.
Integrert med standard OPC software og Cape Open standarder

Deltagere i INCOOP-prosjektet 2000-2003 har vært:

1. RWTH Aachen (Wolfgang Marquardt)
2. TU Delft (Bosgra, Grievink)
3. TU Eindhoven (Bosch)
4. IPCOS (leverandørfirma) (Ton Backx)
5. MDC Technology (leverandørfirma) (Chris Hawkins - driver med RTO, eies nå av det amerikanske Emerson-konsernet)
6. Shell (P.J.Brouwer)
7. Bayer (de Meyer- senere sluttet, Martin Friedrich har nå tatt over).

Her er "Work packages" som har utgjort prosjektet:

1. Inventory and definition, Bayer (H. De Meijer/M. Friedrich)
2. Hybrid modelling for control and optimisation, TU Delft (J. Grievink)
3. Model reduction for non-linear control and dynamic optimisation, TU Delft (O. Bosgra)
4. Data and model reconciliation, TU Delft (O. Bosgra)
5. Dynamic RTO for trajectory optimisation, RWTH Aachen (W. Marquardt)
6. High Performance Non-linear MPC, TU Eindhoven (P. van den Bosch/T. Backx)
7. Development D-RTO tools, MDC (C. Hawkins)
8. Development high performance non-linear MPC software tools, IPCOS Technology (T. Backx)
9. Field test process 1, Bayer (H. De Meijer/M. Friedrich)
10. Field test process 2, Shell (P.-J. Brouwer)
11. Exploitation, MDC (C. Hawkins/T. Backx)
12. Dissemination, RWTH Aachen (W. Marquardt/O. Bosgra)
13. Project management/coordination: Bayer (H. De Meijer/M. Friedrich)
    Technical project coordination: IPCOS Technology (T. Backx)

Finansiering: Har over 3 år fått 2 mill Euro fra EU (de akademiske får dekket 100% av utgiftene og industri 50%).

--------------------------------------------------
3. Kort referat fra INCOOP workshopen
--------------------------------------------------

I de store hele må dette sies å ha vært et vellykket prosjekt, og
resultatene ble presentert på workshopen 23-24. jan 2003. Her følger en kort
oversikt over presentasjonene. De fleste finnes er tilgjengelig på en CD som ble utedelt
(se http://www.nt.ntnu.no/~skoge/prost/proceedings/incoop_workshop_jan03/ )

Møtet startet torsdag 23. januar med:

11:00 Welcome and introduction Martin Friedrich, Bayer AG
        ... Martin har overtatt som "sjef" de siste 1.5 år av prosjektet - ryddig kar som leder
        reguleringsaktiviteten i Bayer i Leverkusen.

11:15 General scope  of INCOOP Ton Backx, IPCOS Technologya
        ... generell oversikt fra den egentlige lederen av INCOOP-prosjektet

13:30 Process modeling and modelbased automation Costas Pantelides, PSE Ltd. (invitert foredrag)
        ... Costas har vært professor ved Imperial College, men leder nå firmaet bak gProms som
        jeg tror har bortimot 100 ansatte. Det var ikke så mye nytt i foredraget hans.  
        .... gProms kan håndtere partielle diff-ligninger, men man må være forsiktig med grensebetingelser.

14:30 Real time dynamic optimization Wolfgang Marquardt, RWTH Aachen
     ... en del interessant her... Det mest tidskrevende er numerisk integrerasjon (>90%).
        Også sensitivitetsligningen integreres (dx/du).
      Anbefaler sekvensiell metode (Marquardt) istedet for simultan (Biegler).
      Alternativet til dynamic RTO er å forberegne optimal trajectory for ulike forstyrrelser
      og evt. interpolere, men dette er selvsagt ikke optimalt.
     ... har ikke sett så mye på basisreguleringen og evt. valg av gunstige variable for
        optimal trajektor (self-optimizing control) ...

15:30 State estimation and long horizon MPC for nonlinear industrial applications Siep Weiland, TU Eindhoven
        Grei oversikt, men ikke så mye nytt her (bruker extended Kalman filter, men
        problem  å håndtere med constraints på tilstander, f.eks. masse må være positiv)
        Ønsker lang control horison n - bruker algoritme som kun øker lineært med n (og ikke n^3)
        
16:15 Hybrid modeling and model reduction Johan Grievink, TU Delft
        NB "hybrid" betyr her kombinasjon empirisk+fundamental modell og
        ikke diskret+kontinuerlig som vel er den vanligste betydningen.
        Grievink fant at modeller med lavere orden brukte mer regnetid (!) fordi "sparsity" ble ødelagt ved modellreduksjonen.
        
17:15 Shell case study Piet-Jan Brouwer, Shell International Chemicals
        Shell case study. Vessel, reactor, 3 columns with 2 products. Stiff problem, large problem.
        Existing Aspen Dynamics model was far too slow to use on-line, and also not sufficiently robust.
        Aspen Model has 7000 differential equations, 30000 equations in total.
        Main problem: How get faster control, epspecially for load (throughput) changes (actually NOT
        a problem for Shell at present, as real plant is running OK although level control is slack.....)
        There is at least one unconstrained DOF related to reactor selectivity

17:45 polymerisation processes, Guido Dünnebier, Bayer AG
        Bayer case study. Polymerization process.
        Same motivation as for Shell: Load changes, but also grade change problems.
        Model has 200 states and 2500 algebraic variables
        Ett problem er at reaktoren er ustabil, og den stabilserende temperaturreguleringen
        kan ikke gjøres for rask pga. begrensninger på kjølingen.

Etter en middag torsdag på en hyggelig "øl-bule" fortsatte møtet fredag 24. januar:

08:30 Plant-wide on-line dynamic modeling with state estimation Philippe Hayot, Dow Chemicals + S.Papastratos (ex.AspenTech) (invited)
       .. friends of Ton Backx.. again extended Kalman filter..
     tuning of Kalman filter is an art, start with some initial scaling

09:30 INCOOP software architecture and demo, Mario Balenovic, TU Eindhoven + Aachen student
     OPC-server som binder sammen gProms (dynanisk simulering), Historian, Scheduler,MPC prototyp (Matlab),
     State estimator (Matlab), Optimizer.
     Bruker IPCOS integrated solution platform (IISP)

10:30 INCOOP methodology applied to Shell case, Adrie Huesman and Peter Verheijen, TU Delft
        Peter (med hvitt skjegg og skjerf) beskrev gProms-modellen som har 2000 diff.ligninger + 18000 statiske ligninger.
        Adrie (yngre kar med 10 år i Shell raffinering, men nå i akademia) beskrev reguleringen.
        Beskrev først basisregulering.
        Den fulle ulineære modellen har 1100 tilstander. Men de hadde laget en linær modell med 50
        tilstander basert på "balanced trucation", og tilstandene her oppdaterte de med Kalman filter.
        Litt uklart hva de gjorde, men ideen er i alle fall å oppdatere den fulle modellen fra
        den reduserte modellen ved å bruke den inverse av projeksjonsmatrisene fra det fulle rom (1100) til den reduserte rom (50).
        SLICOT-rutiner var bedre en Matlab for lineær algebra beregninger.
        Problem: Selv men redusert modell bruker MPC (uten observer) 6 min. pr. eksekvering.

11:00 INCOOP methodology applied to Bayer case, Jitendra V. Kadam, RWTH Aachen
  ... stort sett det samme som Wolfgang sa, dvs. Wolfgang brukte mange av de samme transparentene.

12:00 Final discussion, vendors’ and end users’ viewpoint, audience feedback Ton Backx, IPCOS
      ... en god del diskusjon...

Oppsummering Ton Backx: Trenger bedre teknologi for modellering og modellreduksjon.

-----------------------------
4. Hva skjer videre med INCOOP?
-----------------------------

INCOOP vurderes som vellykket i EU-systemet, og selv om forlengelser ikke er
mulig er "INCOOP 2" under planlegging.  Vi (NTNU og Statoil) var med på
en "Expression of interest" (MATCH) som ble innsendt ifjor sommer.

Tilbakemelding fra EU-systemet på MATCH-innspillet er at man
        - bør  vurdere få med seg andre EOIs (INSYST og ARTeMIS som Morten Hovd har ledet)
        - Extension to also cover Process Development and Process Engineering,
        - Extension to cover technology that can be applied in a wider field of (Processing) industries
        (e.g. Chemical Processing Industries, Hydrocarbons Processing Industries, Automotive Industries,
        Glass Industries, Steel Industry, Food Industry)

Ton Backx har invitert NTNU, Statoil og Cybernetica til å bli med som partnere i "INCOOP 2".
Han har spurt Ron Weerdmeester (ekspert på å skrive EU-søknader) om å hjelpe med
å skrive søknaden. Kostnaden er 15000 Euro, og Ton ber om 1000 Euro fra hver partner som
ønsker å bli med på søknaden. Ton ønsker svar i løpet av tidlig denne uka (slutten av jan. 2003).
Jeg har meddelt Ton at jeg kommer til å slutte meg til på vegne av PROST-miljøet ved NTNU, og Statoil
har også meddelt at de blir med.

Dem 6. februar skal det være et møte ved Imperial College (PSE) i London for å diskutere
korrdinering mellom MATCH (Ton Backx), INSYST (Stratos Pistikipolous) og ARTeMIS (Morten Hovd, men
han kommer ikke siden han er i USA). Det hadde vært fint om en fra Trondheimsmiljøet deltok  (jeg kan ikke stille selv),
men deltagelse fra oss er vel ikke kritisk.

Videre planer for "INCOOP 2" er:

Stage 1 (24. april 2003): Innsending av prosjektforslag på ca. 10 sider, med mål, partnere, work packages  etc.
        Utvalgte forslag herfra går videre til:

Stage 2 (16. sept. 2003): Full søknad (det skal være meget gode sjanser for å få et prosjekt hvis man kommer så langt).


 
---------------------------
5. Deltagerliste
---------------------------

Name Vorname Anrede Firma
1. Backx Ton Mr IPCOS Technology
2. Bausa Jens Mr BASF AG
3. Betlem Ben Mr Univ. of Twente / CT
4. Boell Michael Mr Basell Polyolefine GmbH
5. Bonvin Dominique Prof. Dr. Lehrstuhl für Prozesstechnik, RWTH Aachen
6. Bosgra O.H. Dr Mr.  Mechanical Engineering Systems and Control, TU Delft
7. Brahmadatta Mishra Mr Max-Planck-Institute
8. Brouwer Piet-Jan Mr Shell International Chemicals B.V.
9. Colantonio Celeste Mr Shell International Chemicals B.V.
10. Cruse Andreas Mr Lehrstuhl für Prozesstechnik, RWTH Aachen
11. de Wolf Sjoerd Mr Shell International Chemicals B.V.
12. Dünnebier Guido Dr Mr Bayer Technology Services
13. Errington Adam Mr Newcastle University
14. Frick Alexander Mr ABB Corperate Research
15. Friedrich Martin Mr Bayer Technology Services
16. Grievink Johan Mr Delft University
17. Häfele Martin Mr Max-Planck-Institut
18. Hahn Jürgen Mr Lehrstuhl für Prozesstechnik, RWTH Aachen
19. Harnischmacher Gerrit Mr Lehrstuhl für Prozesstechnik, RWTH Aachen
20. Hawkins Chris Mr MDC Technology
21. Hayot Philippe Mr Dow Chemicals
22. Heyen Georges Mr Universite de Liege
23. Huesman Adrie Mr Delft University
24. Kadam Jitendra Mr Lehrstuhl für Prozesstechnik, RWTH Aachen
25. Kalbasenka A.N. Mr Mechanical Engineering Systems and Control, TU Delft
26. Kalitventzeff Boris Mr Universite de Liege
27. Kienle Achim Mr Max-Planck-Institut
28. Klatt Karsten-Ulrich Mr Bayer Technology Services
29. Lankers Katharina Mrs Schott Glas
30. Leineweber Daniel Dr Mr Bayer AG BBS-HR Training & Development
31. Marquardt Wolfgang Prof. Dr. Lehrstuhl für Prozesstechnik, RWTH Aachen
32. Montague Gary Mr Newcastle University
33. Nordhus Havard Mr Statoil
34. Oldenburg Jan Mr Lehrstuhl für Prozesstechnik, RWTH Aachen
35. Pantelides Costas Prof Process Systems Enterprise
36. Piechottka Uwe Mr Degussa AG z.Hd. Frau Weber/PA
37. Prata Adrian Mr ABB Research Center
38. Ramos-Plasencia Alfredo Mr Lehrstuhl für Prozesstechnik, RWTH Aachen
39. Roffel Beian Mr Univ. of Twente / CT
40. Rogowski Andreas Dr Mr Inventa-Fischer
41. Sagli Richard Mr Statoil
42. Schei Tor Steimar Mr Cybernetica AS
43. Schlegel Martin Mr Lehrstuhl für Prozesstechnik, RWTH Aachen
44. Schmal Pieter Mr Delft University
45. Schmidt Joachim Dr Mr Amersham Health
46. Schopfer Georg Mr Lehrstuhl für Prozesstechnik, RWTH Aachen
47. Schüler Michael Mr Siemens Axiva GmbH & Co. KG
48. Schulz Rainer Mr Bayer AG BBS-HR Training & Development
49. Sevinc Erman Mr Lehrstuhl für Prozesstechnik, RWTH Aachen
50. Skogestad Sigurd Mr Norwegian Univ. of
51. Strand Stig Mr Statoil
52. Tiagounov Andrei Mr TU Eindhoven
53. Till Jochen Mr Universität Dortmund
54. Toumi Abdeloziz Mr Universität Dortmund
55. van den Berg J. Mr Mechanical Engineering Systems and Control, TU Delft
56. van Hessem D.H. Mr Mechanical Engineering Systems and Control, TU Delft
57. Vasbinder Rob Mr Honeywell
58. Verheijen Peter Mr Delft University
59. Vermum Christian Mr Oxeno GmbH
60. Wallat Wolfgang Mr Schott Glas
61. Willis Mark Mr Newcastle University
62. Yorgancigil Sinan Mr Lehrstuhl für Prozesstechnik, RWTH Aachen
++  Lie Bernt, Telemark
Det var totalt ca. 75 tilstede



This archive was generated by hypermail 2.1.3 : Fri Sep 05 2003 - 16:42:08 CEST