Číslo projektu:
VEGA 1/0691/21
Názov projektu:
Efektívne riadenie priemyselných prevádzok s použitím dát
Grantová schéma:
VEGA
Typ projektu:
Výskumné projekty VEGA
Začiatok projektu:
01.01.2021
Koniec projektu:
31.12.2024
Zodpovedný riešiteľ:
Radoslav Paulen
Zástupca zodpovedného riešiteľa:
Miroslav Fikar
Riešitelia:
Diana Dzurková, Rastislav Fáber, Martin Kalúz, Alajos Mészáros, Martin Mojto, Erika Pavlovičová, Carlos E. Valero, Richard Valo, Marek Wadinger

Anotácia

Projekt je zameraný na zefektívňovanie priemyselných chemických prevádzok pri nakladaní so zdrojmi a pri znižovaní spotreby energií. Efektívne riadenie prevádzky sa dosiahne ako súzvuk nástrojov pre plánovanie výroby a pre pokročilé automatické spätnoväzbové riadenie. Technológia, ktorá umožňuje dosiahnutie týchto cieľov, je založená na využívaní dát a) pre vytváranie vstupno-výstupných dátových modelov alebo modelov založených na fyzikálnych mechanizmoch s korekciou pomocou dátových členov a b) pre spoľahlivé monitorovanie nemerateľných prevádzkových veličín. Vylepšené matematické modely sa následne používajú pri optimalizácií prevádzky a pri riadení priemyselných zariadení založenom na optimalizácii. Navrhnuté algoritmy a riadiace štruktúry sú testované simulačne i v laboratórnych podmienkach. Projekt takisto rozvíja spoluprácu s priemyslom.

Kľúčové slová: procesné riadenie, matematické modelovanie, odhad stavov, dátová analýza, redukcia spotreby energie, optimalizácia procesných prevádzok

Ciele

Ekonomické tlaky vyžadujú väčšiu flexibilitu (chemických či biochemických) výrobných prevádzok pri spracovávaní surovín rôznorodej kvality či zohľadňovaní rôznych reštrikcií, napr. pre znižovanie dopadu výroby na životné prostredie. Aby sa v takomto kontexte dosiahla efektívnosť prevádzky, výrobné jednotky musia byť manažované integrovane, čo predstavuje jeden z hlavných princípov Priemyslu 4.0. Vo väčšine prevádzok sa používajú plánovacie nástroje na určenie cieľov výroby jednotlivých výrobných jednotiek berúc do úvahy cenu produktov a zákaznícke objednávky. Kvôli integrovanému charakteru výrobných prevádzok je však možné dosiahnuť stanovené ciele viacerými výrobnými cestami, čo nie je vždy využívané ani v tých najmodernejších prevádzkach. Cieľom práce je preto vývoj metód na vybratie efektívnych výrobných ciest z hľadiska spotreby materiálov a energií v reálnom čase. Tento cieľ, obsiahnutý v prioritách RIS3, sa dosiahne vďaka vyvinutiu presných prediktívnych matematických modelov umožňujúcich celoprevádzkovú optimalizáciu a zlepšením funkčnosti a účinnosti riadiacich systémov, ktoré zabezpečia dosahovanie stanovených cieľov pre jednotlivé výrobné jednotky. Hlavným znakom vyvinutých algoritmov bude použitie dostupných dát a) pre off-line návrh monitorovacích, optimalizačných a riadiacich algoritmov s použitím (veľkého množstva) historických dát (big data) a b) pre real-time spracovanie on-line prevádzkových dát na zlepšenie dynamickej odozvy automatického riadenia. Získané výsledky budú publikované na významných vedeckých konferenciách a v časopisoch s vysokým impakt faktorom. Tiež budú implementované v softvérových balíkoch s otvoreným kódom a sprístupnené na internete. Projekt tiež vyvinie úsilie o transfér výsledkov do praxe s priemyselným partnerom, ropnou rafinériou Slovnaft, a.s. Vyvinuté metódy by mali dosiahnuť akceptáciu navrhovaného riešenia manažmentom podniku a operátormi. Projekt teda nielen navrhne teoretické metódy ale súčasne ich aj implementuje v otvorených softvérových balíkoch.

Publikácie

2024

  1. A. Ahmad – R. Paulen – R. Valo – M. Fikar – S. Engell: Iterative real-time optimization of a membrane pilot plant. Control Engineering Practice, zv. 147, str. 105907, 2024.   Zenodo
  2. D. Dzurková – O. Mészáros – M. Kalúz: Privacy Preserving Approximated Optimal Control of Pasteurization Unit Using Homomorphic Encryption. Editor(i): Louise Travé-Massuyès, V 12th IFAC Symposium on Fault Detection, Supervision and Safety for Technical Processes, International Federation of Automatic Control, č. 4, zv. 58, str. 544–549, 2024.   Zenodo
  3. R. Fáber – M. Mojto – K. Ľubušký – R. Paulen: From Data to Alarms: Data-driven Anomaly Detection Techniques in Industrial Settings. Editor(i): Flavio Manenti, G.V. Rex Reklaitis, V 34th European Symposium on Computer Aided Process Engineering /15th International Symposium on Process Systems Engineering, zv. 53, str. 2857–2862, 2024.   Zenodo
  4. R. Fáber – M. Mojto – K. Ľubušký – R. Paulen: Integrated Data Analytics and Regression Techniques for Real-time Anomaly Detection in Industrial Processes. V 12th IFAC Symposium on Advanced Control of Chemical Processes, str. 320–325, 2024.   Zenodo
  5. A. Maidi – R. Paulen – J. Corriou: Velocity control design of hyperbolic distributed parameter systems using zeroing dynamics and zeroing-gradient dynamics methods. Journal of Process Control, zv. 138, str. 103210, 2024.   Zenodo
  6. M. Micherda – K. E. Özdemir – R. Paulen: Control of Laboratory Distillation Column with Methanol-Water Mixture. V 50th International Conference of the Slovak Society of Chemical Engineering SSCHE 2024, Slovak Society of Chemical Engineering, Bratislava, SK, 2024.   Zenodo
  7. M. Ružička – I. Helgeland – R. Paulen: Modelling and Optimal Operation of a Forward Osmosis Process. V 50th International Conference of the Slovak Society of Chemical Engineering SSCHE 2024, Slovak Society of Chemical Engineering, Bratislava, SK, 2024.   Zenodo
  8. M. Ružička – I. Helgeland – R. Paulen: Modelling and Simulation of a Forward Osmosis Process. Editor(i): Flavio Manenti, G.V. Rex Reklaitis, V 34th European Symposium on Computer Aided Process Engineering /15th International Symposium on Process Systems Engineering, zv. 53, str. 319–324, 2024.   Zenodo
  9. J. Vargan – J. Puk – K. Ľubušký – M. Fikar: Steady-State Optimality Analysis of MPC Controllers. Editor(i): Flavio Manenti, G.V. Rex Reklaitis, V 34th European Symposium on Computer Aided Process Engineering /15th International Symposium on Process Systems Engineering, zv. 53, 2024.   Zenodo

2023

  1. R. Fáber – K. Ľubušký – M. Mojto – R. Paulen: Enhancing Industrial Data Analysis through Machine Learning-based Classification of Petrochemical Datasets. V 49th International Conference of the Slovak Society of Chemical Engineering SSCHE 2023, Slovak Society of Chemical Engineering, Bratislava, SK, str. 160–160, 2023.   Zenodo
  2. R. Fáber – K. Ľubušký – R. Paulen: Machine Learning-based Classification of Online Industrial Datasets. Editor(i): R. Paulen and M. Fikar, V Proceedings of the 2023 24th International Conference on Process Control, IEEE, Slovak University of Technology in Bratislava, Radlinského 9, 81237, Bratislava, Slovakia, str. 132–137, 2023.   Zenodo
  3. M. KalúzR. KohútD. Dzurková: MPC-Mimicking Neural Network Based on Homomorphic Encryption. Editor(i): R. Paulen and M. Fikar, V Proceedings of the 2023 24th International Conference on Process Control, IEEE, Slovak University of Technology in Bratislava, Radlinského 9, 81237, Bratislava, Slovakia, str. 126–131, 2023.   Zenodo
  4. M. Mojto – K. Ľubušký – M. FikarR. Paulen: Comparing Linear and Nonlinear Soft Sensor Approaches for Industrial Distillation Columns. V 49th International Conference of the Slovak Society of Chemical Engineering SSCHE 2023, Slovak Society of Chemical Engineering, Bratislava, SK, str. 159–159, 2023.   Zenodo
  5. M. Mojto – K. Ľubušký – M. FikarR. Paulen: Input Structure Selection for Soft-Sensor Design: Does It Pay Off?. Editor(i): R. Paulen and M. Fikar, V Proceedings of the 2023 24th International Conference on Process Control, IEEE, Slovak University of Technology in Bratislava, Radlinského 9, 81237, Bratislava, Slovakia, str. 162–167, 2023.   Zenodo
  6. M. Mojto – K. Ľubušký – M. FikarR. Paulen: Data-Driven Indication of Flooding in an Industrial Debutanizer Column. Editor(i): Antonis Kokossis, Michael C. Georgiadis, Efstratios N. Pistikopoulos, V 33rd European Symposium on Computer Aided Process Engineering, Elsevier, č. 1, zv. 33, str. 1001–1006, 2023.   Zenodo
  7. M. Mojto – K. Ľubušký – M. FikarR. Paulen: Design of Multi-Model Linear Inferential Sensors with SVM-based Switching Logic. V IFAC World Congress 2023, Yokohama, Japan, str. 2545–2550, 2023.     Zenodo
  8. M. Mojto – K. Ľubušký – M. FikarR. Paulen: Data-Based Design of Multi-Model Inferential Sensors. Computers & Chemical Engineering, zv. 178, 2023.   arXiv   Zenodo
  9. M. Ružička – I. Helgeland – R. Paulen: Modelovanie procesu doprednej osmózy. V Membránové procesy pro udržitelný rozvoj - MEMPUR 2023, str. 35–36, 2023.   Zenodo
  10. J. Vargan – J. Puk – K. Ľubušký – M. Fikar: Steady-State Analysis of Industrial MPC Controllers. Editor(i): R. Paulen and M. Fikar, V Proceedings of the 24th International Conference on Process Control - Summaries Volume, Slovak Chemical Library, Slovak University of Technology in Bratislava, Radlinského 9, SK812-37, Bratislava, Slovakia, 2023.   Zenodo

2022

  1. D. Dzurková – M. Bakošová – A. Vasičkaninová: Implementation of Fuzzy Logic Controllers on Laboratory System of Heat Exchangers. V 2022 Cybernetics & Informatics (K&I), 2022.
  2. R. Fáber – R. Valo – M. Roman – R. Paulen: Towards Temperature Monitoring in Long-Term Grain Storage. V 2022 Cybernetics & Informatics (K&I), str. 1–6, 2022.   Zenodo
  3. M. FikarM. KlaučoK. Kiš: A General Controller Tuning using Governors. 2022.
  4. M. FikarM. KlaučoR. Paulen: Theory of Automatic Control I. Practice Examples, FCHPT STU v Bratislave, 2022.
  5. A. R. Gottu Mukkula – R. Paulen: Robust Design of Optimal Experiments Considering Consecutive Re-Designs. Editor(i): Luis Ricardez-Sandoval, Jesus Pico, V 13th IFAC Symposium on Dynamics and Control of Process Systems, including Biosystems, IFAC, str. 14–19, 2022.
  6. J. MiklešĽ. ČirkaJ. OravecM. Fikar: Návrh H2 a Hinf riadenia s využitím Ljapunovových funkcií, FCHPT STU v Bratislave, 2022.
  7. M. Mojto – K. Ľubušký – M. FikarR. Paulen: Data-based Design of Inferential Sensors for an Industrial Depropanizer Column with Data Pre-treatment Analysis. Editor(i): Mário Mihaľ, V 48th International Conference of the Slovak Society of Chemical Engineering SSCHE 2022 and Membrane Conference PERMEA 2022, Slovak Society of Chemical Engineering, Bratislava, SK, str. 200, 2022.
  8. M. Mojto – K. Ľubušký – M. FikarR. Paulen: Support Vector Machine-based Design of Multi-model Inferential Sensors. Editor(i): Ludovic Montastruc, Stephane Negny, V 32nd European Symposium on Computer Aided Process Engineering, Elsevier, č. 1, zv. 32, str. 1045–1050, 2022.
  9. M. Mojto – K. Ľubušký – M. FikarR. Paulen: Multi-Model Soft-Sensor Design for a Depropanizer Distillation Column. V Advanced Process Modelling Forum 18-19 October 2022, 2022.   Zenodo
  10. C. E. Valero – R. Paulen: Zonotope Order Reduction in Robust Estimation. V 23rd International Carpathian Control Conference, IEEE, zv. 23, str. 392–397, 2022.
  11. C. E. Valero – R. Paulen: Fault Detection in Networked Control Systems. A Robust Approach. V Summer Workshop on Interval Methods 2022, https://www.swim2022.de/fileadmin/swim2022/musterbilder/13th_SWIM_Book_of_Abstracts.pdf, zv. 13, str. 16–17, 2022.
  12. A. Vasičkaninová – M. Bakošová – A. Mészáros: Cascade fuzzy control of a tubular chemical reactor. Editor(i): Ludovic Montastruc, Stephane Negny, V 32nd European Symposium on Computer Aided Process Engineering, Elsevier, č. 1, zv. 32, str. 1021–1026, 2022.

2021

  1. A. Ahmad – R. Paulen – R. Valo – M. Fikar – S. Engell: Experimental validation of iterative real-time optimization for a continuously operated membrane separation pilot plant. V ECCE 13 & ECAB 6 - 13th European Congress of Chemical Engineering & 6th European Congress of Applied Biotechnology - Book of Abstracts, DECHEMA e.V., str. 499–500, 2021.
  2. M. Fikar – M. Furka – M. HorváthováK. Kiš – M. Mojto: Dynamic Optimisation Toolbox dynopt 5.0. Editor(i): R. Paulen and M. Fikar, V Proceedings of the 23rd International Conference on Process Control, IEEE, Slovak University of Technology, str. 296–301, 2021.
  3. A. R. Gottu Mukkula – M. Mateáš – M. FikarR. Paulen: Robust multi-stage model-based design of optimal experiments for nonlinear estimation. Computers & Chemical Engineering, zv. 155, str. 107499, 2021.   arXiv
  4. M. Mateáš – R. Paulen: Optimal Experiments via Sequential and Two-stage Designs. Editor(i): R. Paulen, M. Fikar and J. Oravec, V Proceedings of the 23rd International Conference on Process Control - Summaries Volume, Slovak Chemical Library, Slovak University of Technology in Bratislava, Radlinského 9, SK812-37, Bratislava, Slovakia, str. 47–47, 2021.
  5. M. Mojto – K. Ľubušký – M. FikarR. Paulen: Data Treatment of Industrial Measurements: From Online to Inferential Sensors. Editor(i): R. Paulen, M. Fikar and J. Oravec, V Proceedings of the 23rd International Conference on Process Control - Summaries Volume, Slovak Chemical Library, Slovak University of Technology in Bratislava, Radlinského 9, SK812-37, Bratislava, Slovakia, str. 52–53, 2021.
  6. M. Mojto – K. Ľubušký – M. FikarR. Paulen: Data-based Industrial Soft-sensor Design via Optimal Subset Selection. Editor(i): Metin Türkay, Rafiqul Gani, V 31st European Symposium on Computer Aided Process Engineering, Elsevier, zv. 31, str. 1247–1252, 2021.
  7. M. Mojto – K. Ľubušký – M. FikarR. Paulen: Data-based design of inferential sensors for petrochemical industry. Computers & Chemical Engineering, zv. 153, str. 107437, 2021.   arXiv
  8. C. E. Valero – M. Bakošová: Classic Methodologies in Control of a Yeast Fermentation Bioreactor. Editor(i): R. Paulen and M. Fikar, V Proceedings of the 23rd International Conference on Process Control, IEEE, Slovak University of Technology, 2021.
  9. C. E. Valero – R. Paulen: Set-membership State Estimation for a Continuous Stirred-Tank Reactor. V 9th International Conference on Systems and Control, 2021.
  10. P. Valiauga – X. Feng – M. Villanueva – R. Paulen – B. Houska: Set-membership Estimation using Ellipsoidal Ensembles. Editor(i): Jong Min Lee, V 16th IFAC Symposium on Advanced Control of Chemical Processes ADCHEM 2021, Elsevier, str. 596–601, 2021.     arXiv
  11. A. Vasičkaninová – M. Bakošová – A. Mészáros: Control of Heat Exchangers in Series Using Neural Networks. Editor(i): R. Paulen and M. Fikar, V Proceedings of the 23rd International Conference on Process Control, IEEE, Slovak University of Technology, str. 237–242, 2021.
  12. A. Vasičkaninová – M. Bakošová – A. Mészáros: Fuzzy Control Design for Energy Efficient Heat Exchanger Network. Chemical Engineering Transactions, zv. 88, str. 529–534, 2021.

Riešitelia


Zodpovednosť za obsah: doc. Ing. Radoslav Paulen, PhD.
Posledná aktualizácia: 23.11.2020 9:25
Facebook / Youtube

Facebook / Youtube

RSS