TY - CONF A1 - Kern, Simon A1 - Guhl, Svetlana A1 - Meyer, Klas A1 - Wander, Lukas A1 - Paul, Andrea A1 - Bremser, Wolfram A1 - Maiwald, Michael T1 - Mathematical and statistical tools for online NMR spectroscopy in chemical processes N2 - Monitoring chemical reactions is the key to chemical process control. Today, mainly optical online methods are applied, which require excessive calibration effort. NMR spectroscopy has a high potential for direct loop process control while exhibiting short set-up times. Compact NMR instruments make NMR spectroscopy accessible in industrial and harsh environ¬ments for advanced process monitoring and control, as demonstrated within the European Union’s Horizon 2020 project CONSENS. We present a range of approaches for the automated spectra analysis moving from conventional multivariate statistical approach, (i.e., Partial Least Squares Regression) to physically motivated spectral models (i.e., Indirect Hard Modelling and Quantum Mechanical calculations). By using the benefits of traditional qNMR experiments data analysis models can meet the demands of the PAT community (Process Analytical Technology) regarding low calibration effort/calibration free methods, fast adaptions for new reactants or derivatives and robust automation schemes. T2 - Advanced Mathematical and Computational Tools in Metrology and Testing conference CY - Glasgow, United Kingdom DA - 29.08.2017 KW - Online NMR Spectroscopy KW - Process Control KW - Partial Least Squares Regression KW - Indirect Hard Modelling KW - Quantum Mechanics KW - First Principles PY - 2018 SN - 978-9-813-27429-7 VL - 89 SP - 229 EP - 234 PB - World Scientific CY - New Jersey AN - OPUS4-51391 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bröcker, S. A1 - Klaer, R.-H. A1 - Kockmann, N. A1 - Maiwald, Michael T1 - Process Industry United in the Digital World - The current landscape of research for the digitalization of the process industry N2 - The Tutzing Symposium "100 % digital: survival strategies for the process industry" (see 4.1) in April 2018 was characterized by a great momentum which has been taken up and continued until today. The aim was to implement the ideas from the Tutzing Symposium in a coordinated and targeted manner. For this purpose, development needs as well as the numerous currently planned or already started research and development activities in the context of digitalisation were first compiled and analysed. This resulted in the current research landscape for digitalization in the process industry. It now enables to identify open topics and to translate them into research funding programs as well as to define new projects in the dialogue between users, suppliers and research, which are to be meaningfully interlinked and consolidated with existing projects. Due to the strong interest in digitalisation, activities are constantly being added, so that this paper can only provide a snapshot of the situation in the period 2019-2020. KW - Process Industry KW - Digitalisation KW - Tutzing Symposion KW - research landscape KW - Process Control PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-512265 UR - https://processnet.org/en/TAKdigital.html SP - 1 EP - 15 AN - OPUS4-51226 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Maiwald, Michael T1 - OPC-UA für Prozessindustrie und Laborwelt - Offener Standard für die störungsfreie Kommuniktaion N2 - Im privaten Umfeld machen wir uns keine Gedanken mehr über die Einbindung von elektronischen Geräten in Netzwerke, sei es bei der Verbindung des Mobiltelephons mit dem W-Lan-Netzwerk des Hotels oder von Freunden oder des drahtlosen Kopfhörers mit dem Notebook: Wir erwarten, dass es auf Anhieb funktioniert. Dahinter stecken offene Standards für die Konnektivität. Dafür braucht man immer zwei Dinge: Einen physischen Kommunikationskanal, auf dem die Datenpakete zwischen den Komponenten und Geräten hin- und herwandern und eine einheitliche Kommunikationssprache, so dass sich die Komponenten und Geräte auch untereinander verstehen, weil sie dieselbe Sprache sprechen und automatisch wissen, was sie miteinander zu besprechen haben. Wenn man eine sichere Konnektivität bevorzugt, werden weitere Informationen benötigt, wie etwa ein Passwort. Auch für die störungsfreie Kommunikation aller Automatisierungskomponenten der Prozessindustrie untereinander oder etwa für die Kommunikation von Geräten in einem analytischen Labor wird ein einheitliches Protokoll (Kommunikationssprache) und ein einheitlicher Feldbus (Kommunikationskanal) benötigt. Mittlerweile gilt der Standard OPC Unified Architecture (OPC-UA) für das Erstere als gesetzt und kann als ein kleiner Triumph von Industrie 4.0 betrachtet werden. OPC-UA kann auf verschiedenen Kommunikationskanälen laufen – am liebsten solchen, die eine angemessene Bandbreite oder Datenrate haben. Was den dazu notwendigen physischen Kommunikationskanal betrifft, findet man aus verschiedenen Gründen einen sehr spezialisierten und historisch über Jahrzehnte gewachsenen Lebensraum vor, der Operational Technology (OT) genannt wird. Zumeist findet man Zwei- und Vierdraht-Techniken mit Strom- und Spannungs-Signalübertragung, zum Beispiel mit 4–20 mA. Kommunikationsstandards wie eingangs erwähnt, wie Ethernet oder W-Lan sind absolut die Seltenheit. Dieses wird für die sogenannte Informationstechnik (Information Technology, IT) eingesetzt und ist aus Sicherheitsgründen heute komplett von der OT getrennt. Auch wenn es der OT nicht gefällt, wachsen die beiden Welten IT und OT aber stetig weiter zusammen, da die IT bereits viele funktionierende und preislich attraktive Lösungen bereithält. Die vermeintliche Sicherheit, Verfügbarkeit und Echtzeitfähigkeit der klassischen OT, aber auch ihre Komplexität müssen im Zuge der Digitalen Transformation nun sorgfältig abgewogen werden. KW - Prozessindustrie KW - Laborkommunikation KW - Konnektivität KW - OPC-UA KW - Digital Transformation KW - Labor-IT PY - 2021 UR - https://analyticalscience.wiley.com/do/10.1002/was.00170277/full/blaetterkatalog_git1021.pdf SN - 0016-3538 VL - 65 IS - 10 SP - 1 EP - 4 PB - Wiley CY - Weinheim AN - OPUS4-53566 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Current activities to implement the technology roadmap „Process Sensors 4.0“ N2 - As presented at the NAMUR general meeting 2015, the technology roadmap "Process Sensors 4.0" identifies the necessary requirements as well as the communication abilities of such process sensors. We report on the progress of discussions in trialogue between users, software and device manufacturers as well as the research. An important key is the definition of an appropriate and uniform topology for such smart sensors, which will be driven forward in a new NAMUR AK 3.7 "smart sensors" in mutual exchange with device and software manufacturers and research institutions. T2 - NAMUR General Meeting 2016 CY - Bad Neuenahr, Germany DA - 10.11.2016 KW - Prozess-Sensoren KW - Prozess-Sensoren 4.0 KW - Prozess-Spektroskopie KW - Process analytical technology PY - 2016 AN - OPUS4-38228 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Maiwald, Michael T1 - Die Technologie-Roadmap „Prozess-Sensoren 4.0“ – Chancen für neue Automatisierungskonzepte und neue Geschäftsmodelle N2 - Die auf der NAMUR HS 2015 vorgestellte Technologie-Roadmap „Prozess-Sensoren 4.0“ zeigt die nötigen Anforderungen an Prozess-Sensoren sowie an deren Kommunikations-fähigkeiten auf. Eine Topologie für smarte Sensoren, das Zusammenwirken mit daten- und modellbasierte Steuerungen bis hin zur Softsensorik sowie weitere Anforderungen an Sensoren sind heute noch nicht angemessen beschrieben. Wir müssen jetzt schnell die Weichen für eine smarte und sichere Kommunikationsarchitektur stellen, um zu einer störungsfreien Kommunikation aller Sensoren auf Basis eines einheitlichen Protokolls zu kommen, welches alle Sensoren ausgeben und verstehen. KW - Prozess-Sensoren KW - Prozess-Sensoren 4.0 KW - Industrie 4.0 KW - OPC UA KW - Prozessanalytik KW - Prozessindustrie KW - Automatisierung PY - 2016 UR - https://www.di-verlag.de/de/atp-plus-Smart-Sensors SN - 2510-3911 VL - 01 IS - 1 SP - 12 EP - 21 PB - DIV Deutscher Industrieverlag GmbH CY - München AN - OPUS4-38229 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kern, Simon A1 - Meyer, Klas A1 - Maiwald, Michael T1 - NMR-Spektroskopie im Feld - Eine neue Online-Methode für die Prozesskontrolle N2 - Flexible, modulare Produktionsanlagen auf der Basis von verfahrenstechnischen Teilmodulen stellen einen vielversprechenden Ansatz für die kontinuierliche Produktion von Fein- und Spezialchemikalien dar. Der Schwerpunkt des Horizont-2020-Projekts der Europäischen Kommission CONSENS (Integrated Control and Sensing) liegt in der Implementierung von innovativen Sensorkonzepten zur Prozessüberwachung und -regelung innerhalb von containerbasierten modularen Produktionsan lagen. In diesem Artikel wird die Feldintegration eines Online-NMR-Sensors als smartes Modul für die Prozesskontrolle beschrieben. Dieses Modul basiert auf einem kommerziell erhältlichen Niederfeld-NMRSpektrometer, das zurzeit für die Anwendung im Laborbereich erhältlich ist. Für die Feldintegration wurde ein ATEX-zertifiziertes, explosionsgeschütztes Gehäuse entwickelt sowie Automationsschemen für den unbeaufsichtigten Betrieb und für die spektrale Datenauswertung erstellt. Nachdem die Machbarkeit und Leistungsfähigkeit des Sensorkonzeptes in Laborexperimente an einer aromatischen Substitutionsreaktion bereits erfolgreich demonstriert wurde, ist die Inbetriebnahme des NMR-Sensormoduls in industrieller Umgebung für 2017 geplant. KW - Prozessanalytik KW - Reaction monitoring KW - Industrie 4.0 KW - Online-NMR-Spektroskopie KW - CONSENS KW - Prozess-Sensoren PY - 2016 SN - 2190-4111 VL - 58 IS - 12 SP - 21 EP - 25 PB - DIV Deutscher Industrieverlag GmbH CY - München AN - OPUS4-38675 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Maiwald, Michael ED - Maiwald, Michael T1 - Trends in der Prozessanalytik N2 - Aktuell wird von der Prozessindustrie die Weiterentwicklung einiger Messaufgaben und Technologien als sehr bedeutend eingeschätzt. Dazu zählen Infrarot-Kaskadenlaser, die Online-Analyse von Partikeln und Emulsionen, neuartige NIR/MIR-Spektroskopiemodule und deren Miniaturisierung sowie die Weiterentwicklung und Kostenvergünstigung der Raman-Spektroskopie. Heute wie morgen müssen Prozess-Sensoren zuerst die Aufgabe des robusten Messens und der Generierung von Prozessinformationen erfüllen. KW - Prozessanalytik KW - Sensoren KW - Trends KW - Process Analytical Technology PY - 2016 UR - http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cite.201690036/full DO - https://doi.org/10.1002/cite.201690036 SN - 0009-286X VL - 88 IS - 6 SP - 683 EP - 683 PB - Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA CY - Weinheim AN - OPUS4-38090 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Paul, Andrea A1 - Carl, Peter A1 - Westad, Frank A1 - Voss, J.-P. A1 - Maiwald, Michael T1 - Towards process spectroscopy in complex fermentation samples and mixtures N2 - Supernatants from a fermentation process of Pichia pastoris were investigated by Raman spectroscopy. Using partial least squares regression, the principal substrates glycerol and methanol could be predicted, however not the expressed protein. To gain further insight, a priori prepared calibration samples were studied by vibrational-, UV/Vis-, and fluorescence spectroscopy. For the quantification of glycerol and methanol, Raman spectroscopy was identified as the most sensitive technique, and superior to near-infrared spectroscopy, but not for protein contents below 1 g L–1. Both UV/Vis absorption and fluorescence spectroscopy are well suited for the quantification of protein, however, best results were obtained with UV/Vis absorption. KW - Fluorescence KW - NIR spectroscopy KW - Partial least squares regression KW - Pichia pastoris KW - Raman spectroscopy KW - UV/VIS spectroscopy PY - 2016 DO - https://doi.org/10.1002/cite.201500118 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 VL - 88 IS - 6 SP - 756 EP - 763 PB - WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA CY - Weinheim, Germany AN - OPUS4-36755 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Esche, E. A1 - Müller, D. A1 - Maiwald, Michael A1 - Wozny, G. T1 - Raman-based advanced control of an absorption desorption system N2 - For absorption processes with fluctuating feed gas compositions it is vital to continuously adjust the operation point to achieve energy efficiency. In this contribution a Raman-based advanced process control (APC) is introduced for the absorption of carbon dioxide (CO2) using an aqueous solution of monoethanolamine (MEA). The APC is based on a Raman spectroscopic analysis of the composition and CO2 load of the scrubbing liquid and a non-linear model predictive control (NMPC) to adjust the scrubbing liquid cycle. In addition, an outer real-time optimization loop is set in place to update the set points for the absorption process depending on the current feed gas composition minimizing the energy consumption of the process. Implementation and testing of the APC have been carried out in a mini-plant at TU Berlin. During a plant operation of more than 160 hours robustness and stability of the APC were shown. T2 - 12th International Symposium on Process Systems Engineering and 25th European Symposium on Computer Aided Process Engineering CY - Kopenhagen, Denmark DA - 31.05.2015 KW - Raman spectroscopy KW - Advanced process control KW - CO2 KW - Carbon dioxide KW - Absorption KW - Process analytical technology PY - 2015 UR - https://www.elsevier.com/books/12th-international-symposium-on-process-systems-engineering-and-25th-european-symposium-on-computer-aided-process-engineering/author/978-0-444-63429-0 SN - 9780444634290 SN - 9780444634450 VL - 37 SP - 1523 EP - 1528 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-37669 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Die Technologie-Roadmap „Prozess-Sensoren 4.0“ – Chancen für neue Automatisierungskonzepte und neue Geschäftsmodelle N2 - Derzeit finden gravierende Veränderungen im Umfeld der Informations- und Kommunikationstechnik statt, die eine große Chance für die optimierte Prozessführung und Wertschöpfung mit darauf abgestimmten vernetzt kommunizierenden Sensoren bieten. Diese Art „smarte“ Sensoren stellen Dienste innerhalb eines Netzwerks bereit und nutzen Informationen daraus. Dieses ist die Voraussetzung für die Realisierung von Cyber Physical Systems (CPS) innerhalb zukünftiger Automatisierungskonzepte für die Prozessindustrie, wie sie auch durch das Zukunftsprojekt „Industrie 4.0“ adressiert werden. Smarte Prozess-Sensoren ermöglichen neue Geschäftsmodelle für Anwender, Gerätehersteller, Dienstleister. T2 - SICK Prozessindustrie-Tage 2016 CY - Gelsenkirchen, Germany DA - 22.09.2016 KW - Roadmap KW - Prozess-Sensoren 4.0 KW - Prozessanalytik KW - Smart Sensors KW - Automatisierung KW - Prozessindustrie PY - 2016 AN - OPUS4-37390 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Esche, E. A1 - Kraemer, B. A1 - Müller, D. A1 - Meyer, Klas A1 - Zientek, Nicolai A1 - Maiwald, Michael A1 - Wozny, G. T1 - Improved desorption control via Raman spectroscopy N2 - In this contribution a Raman spectrometer based control structure for the heating of a desorption column is proposed. For this purpose calibration experiments for the absorption of carbon dioxide using monoethanolamine solutions are carried out and calibration models are developed to measure both carbon dioxide liquid loads and monoethanolamine mass fractions. The calibration experiments are supported by online NMR spectroscopy to accurately measure the appearance of all species in the electrolyte system. Both models are tested during the plant operation of a mini-plant for the oxidative coupling of methane and the proof of concept for the control structure is given. The Raman spectroscopy implemented in the ATEX conform mini-plant shows a reliable and robust performance being even indifferent to impurities hindering the GC analysis. T2 - 20th International Conference of Process Engineering and Chemical Plant Design CY - Berlin, Germany DA - 15.10.2014 KW - Absorption KW - Carbon capture KW - Raman spectroscopy KW - desorption control KW - Prozessanalytik KW - Process analytical technology PY - 2014 UR - https://www.verfahrenstechnik.tu-berlin.de/fileadmin/fg158/Dokumente/Manuskripte/2014/20th-ICPEPD-Proceedings.pdf SN - 978-3-00-047364-7 SP - 223 EP - 233 PB - Technische Universität Berlin CY - Berlin AN - OPUS4-37399 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Maiwald, Michael T1 - Editorial: Es ist Arznei, nicht Gift, was ich dir reiche N2 - Im Rahmen der Herstellung und Überwachung von Arzneimitteln käme wohl niemand – außer dem alten Paracelsus – auf die Idee, diese Aussage in irgendeiner Form anzuzweifeln. Zeit, der Pharmazeutischen Industrie endlich einmal ein Kompliment zu machen. Danke zu sagen, für die technisch, wissenschaftliche Kultur, die fast für jede Krankheit etwas parat hat und uns, unserer Familie, unseren Freunden ein unbeschwertes und langes Leben ermöglicht. Leute, verkauft Euch doch nicht immer so schlecht! KW - Editorial KW - Nathan der Weise KW - Lessing KW - Quality by design KW - Real time release KW - PAT/QbD KW - Prozessanalytik PY - 2012 SN - 2191-8341 VL - 2 IS - 3 SP - 161 PB - Editio-Cantor-Verlag für Medizin und Naturwissenschaften (ECV) CY - Aulendorf AN - OPUS4-37401 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -