Een biofarmaceutisch bedrijf heeft DotX gevraagd om:

• On-site assistentie bij het toepassen van de PID Tuner om 4 regellussen af te stemmen in twee 2000 L bioreactoren.
• On-site training in PID-afstemming met behulp van de DotX PID Tuner-software.

In deze post leggen we uit hoe we hebben samengewerkt en de geweldige resultaten hebben behaald.

De uitdagingen op het gebied van controle

De bioreactor in kwestie is een modern en hoogtechnologisch apparaat met PID-regellussen voor pH, opgelost zuurstof (DO) en temperatuur. Het meest uitdagende om te controleren is DO, omdat dit wordt geregeld door een mix van gassen, waaronder zuurstof, CO2 en lucht. De PID-uitvoer van de DO-lus is de invoer voor een schema van deze gassen.

Analyse van de PID-lussen

We hebben de regelschema’s en gegevens van de laatste batch geanalyseerd. Uit onze analyse bleek het volgende:

• Alle PID-regelafstemmingen konden met minstens een factor 2 worden verbeterd (in termen van reactietijd en demping van de gesloten lus).
• Er was een probleem met het schema voor gassen die worden gebruikt om DO te regelen: op een gegeven moment veroorzaakte dit schema instabiel lusgedrag.
• Het was nuttig om laagdoorlaatfilters toe te voegen aan het DO-signaal om pieken te voorkomen bij het toepassen van de D-actie in de PID-regelaar.

Resultaat met de DO-lus

Hieronder ziet u gemeten gegevens van de DO-lus vóór optimalisatie (verzameld in een batch ervoor) en daarna (verzameld in de batch na het wijzigen van de PID-instellingen). Duidelijk is dat rond t=75 uur de afwijkingen van het streefdoel met meer dan een factor 10 zijn verminderd. Dit is gedeeltelijk te danken aan de veranderingen in het gasschema en de verbeterde PID-afstemming.

Resultaat met de pH-lus

Hieronder ziet u gemeten gegevens van de pH-lus vóór optimalisatie (verzameld in een batch ervoor) en daarna (verzameld in de batch na het wijzigen van de PID-instellingen). Het is duidelijk dat de reactietijd van de gesloten lus aanzienlijk is verbeterd (met meer dan een factor 4), demping is verbeterd en de afwijkingen van het streefdoel zijn verminderd met meer dan een factor 3.

Crown van Gelder is een papierproducent. Bij de productie van papier uit pulp moet het malen van de pulp worden uitgevoerd met minimale schommelingen, terwijl het pulppeil in de mixer (tank) binnen vaste grenzen moet blijven. DotX heeft het besturingssysteem in januari 2008 op een zodanige manier gewijzigd dat de malingschommelingen met meer dan 40% zijn verminderd. De onderstaande figuur toont (geschaalde) metingen.

Klant: Tata Steel, Nederland. In een hoogoven ontsnappen uitlaatgassen tijdens het proces van ijzerproductie. Deze gassen passeren onder andere door een gasturbine om elektrische energie op te wekken. Ideaal gezien wordt het vermogen van de turbine gemaximaliseerd, terwijl de druk in de hoogoven (die direct wordt beïnvloed door de gasturbine) zo constant mogelijk blijft. DotX heeft de processen gemodelleerd met behulp van een snelle grijze-box modelleringsmethode en op basis van het model verschillende wijzigingen voorgesteld voor het bestaande controlesysteem. De adviezen van DotX zijn geïmplementeerd door interne medewerkers van Tata en in bedrijf gesteld. Sindsdien produceert de gasturbine die is aangesloten op de hoogoven op 99% van zijn elektrische capaciteit.

Klant: ISPT, Nederland. ISPT, een afkorting van het Institute for Sustainable Process Technology, is een zogenaamd topkennisinstituut, dat wil zeggen een instituut waar grote en kleine bedrijven en universiteiten samenwerken en medegefinancierd worden door de Nederlandse overheid. In 2011 raakte DotX betrokken bij het ISPT-project PH-00-04, getiteld “Intelligente waarneming en regeling voor farmaceutische batchkristallisatie”. Het doel van dit project (waarin 12 bedrijven en kennisinstituten deelnemen) is het ontwikkelen en testen van verbeterde batchregeling. Dit doel moet worden bereikt door (1) de zaadtechniek te verbeteren, (2) het toepassen en testen van onlinemeettechnieken voor de distributie van kristalgrootte en voor de concentratie van de oplossing, en (3) het toepassen en testen van methoden om de groeisnelheid van kristallen en de kristalgrootte te regelen. Eind 2010 was een meetskid gerealiseerd met vier verschillende onlinemeetsensoren en een pomp om suspensies van kristallen te circuleren. Het meetskid kan via slangen worden aangesloten op elke batchreactor, zie de bovenstaande figuur. DotX heeft de software en computersystemen geïntegreerd in een controleplatform. Dit platform maakt een breed scala aan taken mogelijk, waaronder het realtime uitlezen van alle metingen, realtime trending van elke gemeten variabele, en onderzoekers in staat stellen algoritmen van elke complexiteit te programmeren in hun favoriete softwareomgeving (Matlab), om de batchvolgorde, zaaien en koelvloeistof tijdens een batch te regelen. Het controleplatform integreert in wezen een veelvoud aan software- en hardwareproducten verspreid over verschillende pc’s en PLC’s, met behulp van drie verschillende communicatieprotocollen.