Concetti Chiave
- La conoscenza dei parametri di processo è fondamentale per mantenere il controllo e intervenire in caso di variazioni dai valori di set point negli impianti industriali.
- La simbologia degli strumenti di controllo utilizza lettere specifiche per indicare grandezze monitorate e le loro funzioni, facilitando la comprensione del sistema di regolazione.
- I regolatori possono essere di tipo ON-OFF o continui, con i secondi che offrono una regolazione più precisa attraverso azioni proporzionali, integrali e derivate.
- Le regolazioni avanzate, come quelle in cascata e selettive, permettono una gestione più efficace dei processi, migliorando la reattività e la stabilità del sistema.
- La regolazione multivariabile considera l'influenza reciproca di più anelli di regolazione, gestendo in modo ottimale input e output multipli all'interno del processo industriale.
Importanza dei parametri di processo
Nei processi industriali è importante la conoscenza dei parametri (variabili di processo) che regolano il processo stesso, per potere intervenire, in caso di variazione delle grandezze dai valori di “set point” (valore ottimale della grandezza). Si utilizza alla scopo un sistema di controllo di processo capace di regolare una variabile in modo da mantenere entro i limiti il valore della grandezza monitorata. A volte dopo la correzione resta un piccolo errore, “offset” (cioè non si ritorna esattamente al set point).
Simbologia e metodi di regolazione
La simbologia degli strumenti di controllo è formata da più lettere:
la prima lettera indica la grandezza monitorata: T temperatura, P pressione, F portata, L livello, D densità.
la seconda indica la funzione svolta dallo strumento: I indicatore , R registratore, C controllore.
Il collegamento sul fluido di processo (tratto più marcato) si rappresenta con un tratto più leggero tagliato da due trattini.
La regolazione può avvenire con metodo pneumatico o elettrico. Valvole comandate da un computer ( modulo di controllo automatico che regola in modo continuo).
La regolazione elettrica è utilizzata quando non si è in presenza di liquidi infiammabili.
L’ organo “attuatore” pneumatico è costituito da un corpo valvola (es: una valvola a diaframma azionata da aria compressa) dove passa il fluido, in cui è presente un “otturatore” (come nella valvola a spillo) il quale scendendo o salendo chiude o apre il foro di passaggio modificando il flusso.
Esempi di anelli di regolazione
Vediamo alcuni esempi di anelli di regolazione:
Il sistema di controllo automatico può essere del tipo: ON-OFF, è il caso dello scaldabagno. Se l’indicatore di temperatura scende al di sotto del valore prestabilito automaticamente dà l’input affinché si accenda la resistenza riscaldante e viceversa.
La regolazione feedback a risposta automatica è il più usato sistema di controllo e regolazione automatica.
La causa che perturba la grandezza monitorata è detto “disturbo”.
Schema a blocchi del processo di “autoregolazione in retroazione feedback (anello a circuito chiuso)”.
Il “sensore” effettua la misura della grandezza monitorata e tramite un “trasduttore”, che trasforma la lettura in un impulso, la invia al “controllore”. Questi la confronta con il valore di set-point e se a seguito di un “disturbo” essa risulta variata, il controllore invia il comando all’attuatore che, agendo su una valvola servocomandata, effettua la correzione della grandezza.
Componenti dello schema di autoregolazione
Analizziamo le parti dello schema:
L’ATTUATORE è un servomotore pneumatico o elettrico, che agisce con una valvola.
Il SENSORE è uno strumento che effettua la lettura della grandezza.
Il CONTROLLER è un computer capace di confrontare il valore della grandezza letta con il valore di SET-POINT dato e trasforma la grandezza misurata in un impulso.
Esso è interfacciato con il trasduttore e con l’ATTUATORE.
Si definisce Resistenza l’ostacolo che si presenta per riportare la variabile al valore di set-point.
Il Tempo morto è il tempo necessario per l’operazione.
I parametri più comunemente controllati negli impianti chimici sono:
La temperatura
La pressione
La portata
Il livello
Il pH
La densità
IL REGOLATORE
Tipi di regolatori e loro azioni
I regolatori ON-OFF non sono in grado di mantenere il SET POINT ma inducono oscillazioni al sistema, pertanto sono poco usati.
I regolatori continui sono computer e svolgono azione di INDICATORI e REGOLATORI e si distinguono in:
Regolatore ad azione proporzionale P: il regolatore reagisce agli spostamenti dal SET POINT della grandezza in modo proporzionale. Cioè quanto maggiore è lo spostamento tanto maggiore è la risposta dell’organo regolante. Risulta efficace per spostamenti piccoli e di breve durata. Nel caso di spostamenti permanenti necessita di un intervento manuale.
Regolatore ad azione integrale I: serve a ripristinare esattamente il valore di SET POINT . Il ritorno è graduale in maniera oscillante. Non si presta per grandi spostamenti.
Regolatore ad azione derivativa D: la regolazione è più veloce quanto più veloce è lo spostamento, ma non è in grado di avvertire gli scostamenti permanenti.
Le azioni dei tre meccanismi si possono combinare in un unico regolatore sommando la bontà di uno con l’altro nei seguenti modi:
Regolatori ad azione PI : in questo modo si ha un regolatore in grado di reagire in modo adeguato allo scostamento e ripristinare esattamente il SET POINT.
Regolatori PD: migliorano il proporzionale in termini di prontezza della risposta conservandone i limiti (si possono verificare scostamenti permanenti).
Regolatori PID: risultano i più efficaci perché al PD aggiungono la risposta veloce (rientro al set-point).
Regolazione avanzata e multivariabile
La regolazione può essere effettuata singolarmente per ciascuna grandezza o in modo multiplo, ad esempio:
Regolazione in cascata: il segnale in uscita dal primo va in ingresso al secondo e così via. Il vantaggio consiste nella regolazione rapida.
Regolazione di rapporto: si usa quando vi è una doppia alimentazione ( ad esempio in un reattore ) e il rapporto tra le due alimentazioni deve restare costante.
Regolazione selettiva: regolazione in retroazione; si ha quando più variabili sono controllate da una sola variabile controllante.
Regolazione in avanti:detta anche regolazione feedforward, è un tipo di regolazione ad anello aperto in cui l'azione regolante viene elaborata in base alla misura dei disturbi prima che questi influenzino il processo. Ovviamente può correggere l'influenza dei soli disturbi sui quali si effettua la misura.
Regolazione multivariabile: regolazione che tiene conto della reciproca influenza di più anelli di regolazione che agiscono sullo stesso processo;
MIMO = multiple input – multiple output.
Domande da interrogazione
- Qual è l'importanza della conoscenza dei parametri di processo nei processi industriali?
- Quali sono le principali grandezze monitorate negli impianti chimici?
- Quali sono i tipi di regolatori e le loro azioni?
- Cosa si intende per regolazione in cascata e quali sono i suoi vantaggi?
- Che cos'è la regolazione multivariabile e come funziona?
La conoscenza dei parametri di processo è fondamentale per intervenire in caso di variazioni dai valori di set point, garantendo così il corretto funzionamento del sistema di controllo di processo (testo).
Le grandezze più comunemente controllate includono temperatura, pressione, portata, livello, pH e densità (testo).
I regolatori possono essere ON-OFF, che inducono oscillazioni, o continui, come P, I, D, PI, PD e PID, ognuno con specifiche modalità di risposta agli spostamenti dal set point (testo).
La regolazione in cascata implica che il segnale in uscita da un regolatore alimenta il successivo, permettendo una regolazione più rapida (testo).
La regolazione multivariabile considera l'influenza reciproca di più anelli di regolazione che agiscono sullo stesso processo, ottimizzando il controllo in situazioni complesse (testo).
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