Control System Monitor

Een van de productiefabrieken van een grote voedingsmiddelen leverancier heeft 6 kritieke regellussen, die een druk regelen. In verband met mogelijke uitstoot, wanneer deze druk te hoog wordt, is het van uiterst belang om deze regellussen te monitoren op hun prestaties. Dotx Control Solutions heeft, vanwege hun kennis van regeltechniek, opdracht gekregen om hun PID Monitor hiervoor in te zetten.

Monitoring

Om deze regellussen te monitoren is er een Digital Twin gemaakt van het onderdeel van de fabriek waar deze regellussen op ingrijpen. Deze Digital Twin is getraind op een aantal jaar historische data. Daarbij wordt automatisch gekeken naar onder andere:

  1. Reageren alle drukregelende kleppen zich volgens de voorspelling?
  2. Is de speling, en/of de stick-slip van deze drukregelende kleppen binnen de marge zodat het regelgedrag niet nadelig beinvloed wordt?
  3. Zijn er oscillaties (middels een frequentiespectrumanalyse) te vinden in het proces, welke duiden op randstabiel of onstabiel regelgedrag?
  4. Wat zijn de drukpieken tijdens batch processen? Hoe gedragen die zich in de tijd?
  5. Hoevaak is de regeling ‘gesatureerd’? Dat wil zeggen dat de regeling een maximale of minimale uitsturing heeft, en dus eigenlijk niet meer ‘in control’ is?

Werkwijze

Naar aanleiding van bovenstaande analyse, ontvangt onze klant direct een signaal wanneer er iets mis gaat, met een automatisch gegenereerd rapport met aanbevelingen voor de Operator om op te volgen.

Daarnaast, afhankelijk van de ernst van de opgetreden melding, analyseert Dotx Control Solutions de melding ook met de hand, om hier extra duiding aan te kunnen geven.

Vervolgens is er maandelijks nog een overleg, waarin eventuele terugkerende meldingen besproken worden zodat hier een oplossing voor gevonden kan worden.

Resultaat

  1. Geen uitstoot meer
  2. Lager energieverbruik
  3. Hogere productie

Digital Twin om ‘Big Data’ inzichtelijk te maken

In een eerder artikel, zie Bodemdiepte van een rivier voorspellen tot 9 cm nauwkeurig met een Digital Twin. is uiteengezet hoe single-beam metingen gebruikt kunnen worden om de bodemligging van de Ijssel te voorspellen. De combinatie Strukton – van den Herik had ook de wens om al hun metingen te verzamelen binnen de Digital Twin, zodat deze eenvoudig in te zien waren. In dit artikel leggen we uit hoe dit dashboard ontwikkeld is.

Strukton & van den Herik maken 4 keer per jaar een volledige 3d scan van zowel de bodem, als de oevers van de Ijssel. Dit geeft een gigantische berg aan data. Zo heeft een enkele 3d scan van de oevers van de Ijssel een grootte van 200Gb. Dit maakt het lastig om deze scans goed toegankelijk te maken.

Aan Dotx Control Solution is gevraagd om een online dashboard te maken, waarin deze data geupload kan worden, en waarin deze op een ‘google maps’ achtige manier in te zien is.

Om dit mogelijk te maken, is besloten om gebruik te maken van Azure als data opslag platform. De architectuur van de applicatie is te zien in onderstaand figuur. . De data komt dan terecht in de Cloud Storage van Azure. Ondertussen draait er een

Figuur 1: Architectuur van de applicatie

De dataflow is als volgt:

  1. Een gebruiker kan een zip-file met een nieuwe meting uploaden binnen het dashboard (de web applicatie)
  2. Deze zip-file wordt opgeslagen in een File Share op Azure
  3. Wanneer deze upload voltooid is, krijgt de Data Processing Server van Dotx een signaal om:
    • De zip file uit te pakken
    • Het dichtstbijzijnde punt van het baggerreferentievlak opzoeken (om te bepalen wat de afstand is tov het baggerreferentievlak)
    • Er wordt een .LAS bestand gemaakt
    • Dit .LAS bestand wordt omgezet naar een Octree datastruktuur, waarmee de google maps achtige zoomniveaus bereikt worden.
    • Dit octree bestand wordt weer geupload naar Azure.
  4. Binnen de web applicatie wordt gekeken welke ’tiles’ er in de huidige field-of-view zijn
  5. Deze tiles worden ingeladen in de web applicatie waardoor ze zichtbaar worden voor de gebruiker.

Resultaat

Onderstaand een figuur van hoe het dashboard voor Strukton & van den Herik eruit ziet:

Bodemdiepte van een rivier voorspellen tot 9 cm nauwkeurig met een Digital Twin.

Met Vaarwegenwijs kunt u tot op 9 centimeter nauwkeurig voorspellen wat de bodemdiepte zal worden op iedere locatie van een rivier.

De achtergrond

Rijkswaterstaat wil graag efficienter omgaan met zijn baggerstrategie voor de Ijssel. In een eerste onderzoek willen zij verkennen in hoeverre single beam dieptemetingen bruikbaar zijn om een beter inzicht te krijgen in de bodemligging van de Ijssel. Momenteel wordt er slechts 4 keer per jaar een volledige scan van de bodem gemaakt. De visie van rijkswaterstaat is, dat door single-beam dieptemetingen te gebruiken (zoals verzameld worden door het bedrijf Covadem), er een actuele bodemligging geconstrueerd kan worden, waardoor er een dagelijkse voorspelling van de bodemligging gemaakt kan worden. Om dit uit te zoeken, heeft Rijkswaterstaat gevraagd aan de aannemer die de Ijssel in onderhoud heeft, Strukton & van den Herik, hier onderzoek naar te doen. Vanwege een eerder project (zie Wegenwijs) wat Dotx Control Solutions gedaan had met Strukton Civiel op het gebied van Digital Twins, zie hebben ze Dotx Control Solution gevraagd om dit onderzoek op zich te nemen.

Partners

Strukton Civiel & van den Herik

Strukton Civiel & van den Herik zijn specialist in de nauwkeurige beoordeling, het beheer en het onderhoud van cruciale infrastructuurprojecten. Binnen hun werkterrein valt ook het onderhoud van rivieren in Oost-Nederland.

Covadem

De dataleverancier van single beam metingen: Covadem heeft een vloot van meer dan 200 schepen uitgerust met een dieptemeter, die verbonden is met de cloud. Op deze manier worden realtime single beam dieptemetingen gemaakt.

Voorspellen van de bodemligging met single beam metingen

In dit artikel leggen we uit hoe we te werk zijn gegaan om te dit onderzoeken in hoeverre het mogelijk is, en met welke nauwkeurigheid, om de bodemligging te voorspellen met enkel single beam metingen.

Ter illustratie is in het figuur hieronder te zien hoe een multibeam en single beam meting eruit zien.

In het algoritme wat Dotx Control Solutions bedacht heeft, is er een combinatie gemaakt van de single beam metingen met de multibeam metingen, waarbij de single beam metingen op een slimme manier gecalibreerd worden aan de multibeam metingen. Zo kan de absolute afwijking tot nul gereduceerd worden, iets wat met enkel Covadem metingen lastig mogelijk is, omdat de afwijking afhangt van bijvoorbeeld de belading en de trim van het schip.

Resultaten

Het resultaat van de uitgebreide studie door DOTX heeft zeer positieve resultaten opgeleverd. In de onderstaande afbeelding toont het rechterdeel een schatting van de rivierbodem op basis van alleen de single-beam metingen. Het linkerdeel toont de werkelijke rivierbodem zoals de Digital Twin die voorspelt. De nauwkeurigheid neemt toe naarmate er meer, met Covadem, uitgeruste boten over de Ijssel varen. Om een idee te geven:

  • Met 2 boten is de afwijking slechts 15cm.
  • Bij 20 passages is de gemiddelde afwijking nog maar 9 cm.

U ziet aan de kleuren dat de voorspelling van de rivierbodemligging goed overeenkomt met de werkelijke rivierbodemligging.

Wat levert dat resultaat op?

  1. Voorspelling van de huidige rivierbodemligging van de vaarweg met een nauwkeurigheid van 9cm.
  2. Bepalen waar en hoeveel er gebaggerd moet worden om de vaardiepte te bepalen
  3. Hiermee kan de volgende meerwaardes behaald worden:
    • Betere garantie dat vaardiepte er is
    • Minder, want alleen daar waar noodzakelijk, baggeren
    • Minder obstructie van de vaarweg
    • Minder uitstoot van milieubelastende stoffen (bv Stikstof)
    • Voorspelbaar en daardoor beter planbaar onderhoud.

Waarvoor kan een Digital Twin nog Meer ingezet worden?

Wij van DOTX kunnen u dus helpen met het onderhoud van rivieren. Maar waar zouden zo’n Digital Twin ook voor ingezet kunnen worden? Wat voorbeelden:

  1. Waterwegen
    • Waterhoogtes voorspellen: Om calamiteiten te voorkomen of daarvoor gewaarschuwd te worden
  2. Industriële processen
    • Virtuele Modellering: Digitale tweelingen maken het mogelijk om een nauwkeurige virtuele representatie van een fysiek systeem te creëren. Dit model kan worden gebruikt voor simulaties, analyses en optimalisaties, waardoor bedrijven beter inzicht krijgen in hun processen.
    • Voorspellend Onderhoud: Door real-time gegevens van het fysieke systeem te vergelijken met het digitale tweelingmodel, kunnen ondernemingen de staat en prestaties van hun apparatuur voorspellen. Dit maakt het mogelijk om onderhoudsactiviteiten proactief te plannen, stilstand te verminderen en de levensduur van apparatuur te verlengen.
    • Optimalisatie van Processen: Digitale tweelingen stellen bedrijven in staat om hun processen te optimaliseren door verschillende scenario’s virtueel te testen. Dit kan leiden tot efficiëntere workflows, kostenbesparingen en verbeterde productkwaliteit.
    • Real-time Monitoring: Het gebruik van digitale tweelingen maakt real-time monitoring van industriële processen mogelijk. Hierdoor kunnen bedrijven snel reageren op veranderingen, fouten detecteren en corrigerende maatregelen nemen om de operationele efficiëntie te handhaven
    • Kostenreductie: Door het verbeteren van efficiëntie, het minimaliseren van stilstand en insteltijden en het optimaliseren van resourcegebruik kunnen digitale tweelingen bijdragen aan aanzienlijke kostenreducties en vermindering van milieubelasting in industriële processen
    • Verbeterde Besluitvorming: Het hebben van een digitale tweeling als referentiepunt maakt betere en geïnformeerde besluitvorming mogelijk. Het stelt organisaties in staat om snel en flexibel te reageren op veranderende omstandigheden en markteisen.
  3. Gezondheidszorg: In de gezondheidszorg kunnen digitale tweelingen worden gebruikt om patiëntenindividuele modellen te maken. Deze modellen kunnen dienen als virtuele representaties van patiënten, waardoor artsen en zorgverleners behandelingen kunnen simuleren, gepersonaliseerde geneeskunde kunnen bevorderen en de efficiëntie van medische procedures kunnen verbeteren.
  4. Stedelijke Planning: Digitale tweelingen kunnen worden ingezet om stedelijke gebieden en infrastructuur virtueel te modelleren. Dit helpt bij het plannen van stadsontwikkeling, het voorspellen van verkeersstromen, het optimaliseren van energieverbruik en het verbeteren van de algemene leefbaarheid van steden.
  5. Landbouw: In de landbouw kunnen digitale tweelingen worden gebruikt om de groeiomstandigheden van gewassen te simuleren. Dit helpt boeren bij het optimaliseren van landbouwpraktijken, het beheren van hulpbronnen, het voorspellen van oogstrendementen en het verminderen van milieueffecten
  6. Milieumonitoring: Digitale tweelingen kunnen worden ingezet voor het modelleren en monitoren van ecosystemen en natuurlijke hulpbronnen. Dit is waardevol voor het begrijpen van klimaatverandering, het voorspellen van natuurrampen, en het bevorderen van duurzaam milieubeheer
  7. Onderwijs en Training: In het onderwijs kunnen digitale tweelingen worden gebruikt voor simulaties en trainingen in verschillende vakgebieden. Dit biedt studenten de mogelijkheid om praktijkervaring op te doen in een virtuele omgeving.
  8. Vastgoed: In de vastgoedsector kunnen digitale tweelingen worden gebruikt om virtuele modellen van gebouwen en infrastructuur te maken. Dit ondersteunt bij ontwerp, constructie en faciliteert faciliteitenbeheer.
  9. Transport en Logistiek: Digitale tweelingen kunnen worden toegepast in de transport- en logistieke sector om de efficiëntie van routes, transportmiddelen en supply chain-processen te optimaliseren.
  10. Telecommunicatie: In de telecommunicatie kunnen digitale tweelingen worden gebruikt voor het optimaliseren van netwerkprestaties, het plannen van dekking en het voorspellen van toekomstige eisen aan telecommunicatienetwerken.

Wilt u weten wat Dotx Control Solutions B.V. en Digital Twins voor u kunnen betekenen?

Neem contact op met: Leo Den Brok

M: +31652007300

E:l.denbrok@dotxcontrol.com

Control System Monitor

Een van de TATA fabrieken heeft 6 kritieke regellussen, die een druk regelen. In verband met mogelijke uitstoot, wanneer deze druk te hoog wordt, is het van uiterst belang om deze regellussen te monitoren op hun prestaties. Dotx Control Solutions heeft, vanwege hun kennis van regeltechniek, opdracht gekregen om hun PID Monitor hiervoor in te zetten.

Monitoring

Om deze regellussen te monitoren is er een Digital Twin gemaakt van het onderdeel van de fabriek waar deze regellussen op ingrijpen. Deze Digital Twin is getraind op een aantal jaar historische data. Daarbij wordt automatisch gekeken naar onder andere:

  1. Reageren alle drukregelende kleppen zich volgens de voorspelling?
  2. Is de speling, en/of de stick-slip van deze drukregelende kleppen binnen de marge zodat het regelgedrag niet nadelig beinvloed wordt?
  3. Zijn er oscillaties (middels een frequentiespectrumanalyse) te vinden in het proces, welke duiden op randstabiel of onstabiel regelgedrag?
  4. Wat zijn de drukpieken tijdens het vullen van een oven? Hoe gedragen die zich in de tijd?
  5. Hoevaak is de regeling ‘gesatureerd’? Dat wil zeggen dat de regeling een maximale of minimale uitsturing heeft, en dus eigenlijk niet meer ‘in control’ is?

Naar aanleiding van bovenstaande analyse, ontvangt TATA direct een signaal wanneer er iets mis gaat, met een automatisch gegenereerd rapport met aanbevelingen voor de Operator om op te volgen.

Daarnaast, afhankelijk van de ernst van de opgetreden melding, analyseert Dotx Control Solutions de melding ook met de hand, om hier extra duiding aan te kunnen geven.

Vervolgens is er maandelijks nog een overleg, waarin eventuele terugkerende meldingen besproken worden zodat hier een oplossing voor gevonden kan worden.

Auto-Tuning van wind turbine regelaars

Traditionele wind turbine regelingen

De regelingen van windturbines evolueeren snel en worden steeds complexer. De eerste regelsystemen voor variabele snelheid van windturbines beheersten alleen de generatorsnelheid en het generatorvermogen. Ze hadden slechts 1 PID-regellus nodig (voor snelheidsregeling via pitch), een koppel-snelheidscurve van de generator en een fine-pitch-schedule. Het afstemmen van het regelsysteem betekende dat slechts een paar parameters, zeg minder dan 5, moesten worden afgestemd.

Moderne windturbine regelingen

Echter, moderne regelaars van windturbines kunnen gemakkelijk 8 of meer PID-lussen draaien in de regelaar van de windturbine, uitgebreid met notch-filters, lead-lag-filters en low-pass-filters, gericht op niet alleen snelheidsregeling, maar ook voor-achterwaartse acceleratieregeling (om bodembelastingen op de toren te verminderen) en regeling van bladbelastingen (om belastingen op de gondel en bladen te verminderen).

Het afstemmen van al deze parameters (meer dan 200!) is niet meer zo eenvoudig, want tegenwoordig hebben we het over het afstemmen van honderden regelparameters. Bijvoorbeeld, het afstemmen van de PIDs voor de regellus van de generatorsnelheid in combinatie met de voor-achterwaartse lus is moeilijk: deze PIDs moeten niet alleen worden beoordeeld op demping en snelheid van reactie, maar ook op hun (grote!) effect op belastingen en pitch-activiteit. Daarnaast is er vaak een sterke interactie tussen deze twee regellussen.

Traditioneel stemden we het regelsysteem handmatig een keer af voor een specifieke configuratie van de windturbine en staken veel moeite in het minimaliseren van de belastingen terwijl we de vermogensafgifte maximaliseerden. Na de eerste (ontwerp van de windturbine) iteratie gingen onze klanten gewoon door met die instellingen terwijl ze de configuratie van de windturbine aanpasten, en pasten alleen de regelparameters aan indien nodig. Er is gewoonweg niet genoeg tijd voor afstemming. Het eindresultaat is een niet-optimaal ontwerp van de windturbine!

Auto Tuning: Optimalisatie naar belasting & vermogen

Om dit te veranderen, begonnen we te experimenteren met automatische tuning methoden. Het idee is relatief eenvoudig: probeer de manier waarop een regeltechnicus (zou moeten) werken te automatiseren. Eerst ontwikkelden we een algoritme dat regelparameters berekent op basis van een gespecificeerde bandbreedte van de gesloten lus (wb). Vervolgens zoeken we naar die wb-waarde die een kostenfunctie minimaliseert die (gewogen) belastingen versus vermogensafgifte bestraft. Bij deze laatste optimalisatie passen we gegevens toe die zijn gegenereerd uit belastingsimulaties op een (aero-elastisch) model.

Als voorbeeld, bekijk de grafieken hierboven. De bandbreedte werd gevarieerd (kruisjes) en voor elke waarde hebben we de toename/afname in vermogen en Ontwerp-Equivalente Belastingen (DELS) berekend, relatief aan een initiële afstemming. De ontwerper van de windturbine kan nu snel het effect van de afstemming beoordelen en beslissen tussen meer belastingvermindering met minder vermogensafgifte of andersom.

De besproken algoritmen zijn niet specifiek voor een bepaalde software voor windturbinebesturing en we hoeven niet op de hoogte te zijn van de details van uw besturingssoftware om dit te laten werken. Als u geïnteresseerd bent, neem dan alstublieft contact met ons op.

Development of a Game Arcade

Stichting Leeuw asked DotX to develop an optimised version of their hunting-simulator This simulator is a cable driven manipulator that is controlled by an operator. The operator 'teases' prey animals to hunt the manipulator (with meat). DotX has not only developed new optimized control software 'on paper', but also in the form of a game. One of the improvements is the application of 'haptic feedback'. That means, in this case, that the joystick pushes back when the manipulator approaches an obstacle.

The tension forces in the cables are generated by a control algorithm consisting of two parts. The first part calculates the desired tension forces in three perpendicular directions using 3 PID controllers (1 for each direction). These three forces are then processed through a tension distribution algorithm in closed-form as described in [1]. The haptic assistence consists of a push-back force field around fixd objects (like walls and stones in the area) that is scaled on the basis of time to collision, in the direction of the normal vector that is perpendicular to the colliding surface.

https://www.instagram.com/p/BoqTWyJi5g2/?utm_source=ig_embed

[1] T. Lam et al, “Haptic interface in UAV tele-operation using force-stifness feedback”, 2009, IEEE.

Back to Projects

Hunting-simulator

Stichting Leeuw asked DotX to develop an optimised version of their hunting-simulator. This simulator is a cable driven manipulator that is controlled by an operator. The operator ’teases’ prey animals to hunt the manipulator (with meat).

DotX has not only developed new optimized control software ‘on paper’, but also in the form of a game. One of the improvements is the application of ‘haptic feedback’. That means, in this case, that the joystick pushes back when the manipulator approaches an obstacel. The tension forces in the cables are generated by a control algorithm consisting of two parts. The first part calculates the desired tension forces in three perpendicular directions using 3 PID controllers (1 for each direction). These three forces are then processed through a tension distribution algorithm in closed-form as described in [1].

The haptic assistance consists of a push-back force field around fixed objects (like walls and stones in the area) that is scaled on the basis of time to collision, in the direction of the normal vector that is perpendicular to the colliding surface.

https://www.instagram.com/p/BoqTWyJi5g2/?utm_source=ig_embed

[1] T. Lam et al, “Haptic interface in UAV tele-operation using force-stifness feedback”, 2009, IEEE.

Vision System

The Camera Measurement System (CMS) is a high-resolution vision system built in coorperation with Tebulo (www.tebulo.com). CMS can accurately measure the 3D coordinates of both small and large objects.

Functional description

The CMS system uses a laser (number 2) to project a line (3) on an object (here: the tennis ball). It then makes a photo with its camera (1).

The CMS software then detects the laser light projection points and computes the exact coordinates of these points. Subsequently, this information is processed further into relevant data. For instance, in case of a tennis ball, CMS can measure its diameter.

Applications

Applications of the CMS system include:

  • The measurement of a steel coil’s centre of gravity location
  • Determination of the amount of loose wraps on steel coils
  • Telescoping (sizes)
  • Strip thickness
  • Strip profile

Specifications

  • Accuracy: +/- 0.5 mm
  • Measurement distances from CMS to object: 0.01 – 5.00 m
  • Software: coded in C++ Communication with external hardware: Ethernet and Profibus
en_USEnglish