Schemi P&I

8/20/2019 Schemi P&I

http://slidepdf.com/reader/full/schemi-pi 1/58

Strumentazione e Controllo dei Processi ChimiciCap.10: Schemi di Controllo

Claudio Scali

Laboratorio di Controllo dei Processi Chimici (CPCLab)

Dipartimento di Ingegneria Chimica (DICCISM)

Università di Pisa



Corso SCPC AA. 2006-2007 C. Scali, Università di PisaX, 2

SOMMARIO

• Simboli per la rappresentazione della strumentazione

• Controllo delle variabili di base:- Livello,

- Portata,

- Pressione,

- Temperatura

• Schemi di controllo in cascata e in avanti

• Schemi di controllo selettivo e a priorità

• Analisi di alcuni schemi di controllo di processi industriali




SIMBOLI(*) -1

• Simbologia per interconnessioni

(*) Rif. Normativa ISA

(Instruments Society of America)

Normative diverse a livello aziendale

• Simbologia per alimentazioni

• AS – Alimentazione ad aria

IA (aria strumenti)PA (aria impianto)

• ES – Alimentazione elettrica• GS – Alimentazione a gas

• HS – Alimentazione idraulica• NS – Alimentazione ad azoto• SS – Alimentazione a vapore• WS – Alimentazione ad acqua

Simbologia per linee e strumentazioni




SIMBOLI - 2

Simbologia per identificazione dello strumento

• Identificazione funzionale: 1°lettera

variabile

Lettere succ. Funzioni

• Variabili più comuni • Funzioni più comuni

• C composizione

• F portata

• I corrente

• L livello

• P pressione

• T temperatura• rF rapporto portate

• pH pH

• A allarme

• C controllo

• I indicazione

• R registrazione

• S interruzione




SIMBOLI -3

Simbologia grafica degli strumenti

• Strumento analogico

• Strumento digitale

• Calcolatore

• Contollore a Logica Programmabile (PLC)

• La barra orizzontale indica strumento a quadro

Esempi

TRC203

Controllo e registrazione di temperatura del loop 203 montato a quadro (analogico)

Controllo e misura di portata del loop 102 montato a quadro (digitale)FIC

102




Controllo di Base e Ottimizzazione

• Regolazione di BaseRegolazione di Base (sicurezza e gestione ordinaria) richiede controllo:

Pressione (PC), Portata (FC), Livello (LC), Temperatura (TC)

• P, F, L, T: misurabili facilmente

• In genere schemi in retroazione con regolatori PID

• In qualche caso schemi più complessi (cascata, in avanti, selettivi, a priorità)

• OttimizzazioneOttimizzazione richiede controllo di variabili di prestazione:

concentrazioni, composizioni, pesi molecolari polimeri, grammatura carta...

• In genere non misurabili facilmente in automatico

• Necessario usare schemi di controllo più complessi (MIMO, inferenziali)

e Regolatori Avanzati, Calcolatori




Controllo di Livello: LC

LC:LC: Bilancio di massa per un liquido (Qi=Qu, ρ=cost)- In genere il regolatore ha soltanto l’azione Proporzionale (offset tollerato)- La presenza di rumori sulla misura sconsiglia uso dell’azione Derivativa.

• In generale, il controllo di livello non è prioritario, in quanto:

Il serbatoio di per sè ha lo scopo di smorzare variazioni della portata in ingresso

Un controllo di livello perfetto scarica la perturbazione sull’uscita (effettoindesiderato)

Possibili soluzioni: LC non prioritario;

(1):(1): Regolatore inretroazione ( t u n i n g

b l a n d o s u L C, p e r r i d u r r e

d i s t u r b o a v a l l e )

LC

Qi

QuQu

Q i

(2):(2): Regolatore On-Offagente direttamentesulla pompa( l i v e l l o v a r ia t r a m i n e

m a x )

(3):(3): Portata di uscitaQu= costanteEccesso di portata: LCagisce su Qu’= Qi-Qu

dt dH AQQ ui ⋅+= 0





Altra soluzione: LC non prioritario

(4):(4): Cascata LC FC,nel caso di disturbi sullapressione di uscita(t u n i n g d i v e r s o LC, FC)

LC

FC

Qi

Per un aumento a gradino di qi

La portata qu aumenta gradualmente

Con regolatore P resta offset su H

Disturbo su Qi

qi

qu




s

K PP

F F xh y

Pd

ui

==

−== ;


• Il processo è un integratore puro

• Il regolatore è in generale di tipoproporzionale

Open Loop

d P d

s

K V

d

V

V

′⋅=

+=

1

• Il disturbo è sulla portata in ingresso

• La variazione di set-point introdotta èsr

s

K d Pd

sd P

d

1

'1

2

=

=⋅=→=′

• Closed Loop d’=Fi

-r

C V P

d

-

u=Fu




Controllo di Livello LC

E’ un caso in cui r≠d; E’ un caso in cui l’integratore è contenuto in P(s)

Normalmente il regolatore è proporzionale C=CP=K C (e=0 su y(r); e≠0 su y(d)

d PCV P r

PCV PCV y y y d

d r+

++

=+=11

Variazione di set-point

(variazione disturbo nulla) ( )

11

1lim)(lim

0=⋅

++⋅=

→∞→ s K K K s s

K K K s r y

V C PV

V C P

s tτ

No offset

Variazione del disturbo

(variazione set-point nulla) ( ) V C V C PV

P

s t K K s K K K s s

K s d y

11

1lim)(lim

0=⋅

++⋅=

→∞→τ

Offset

Il controllo P è sufficiente perchè permette di cambiare il livello del serbatoio e diassorbire perturbazioni sulla portata di ingresso con offset limitato (perchè K c è alto)




Controllo di Pressione PC

PC:PC:Bilancio di massa per un aeriforme

( ) ( )

00

cost.T,

PV

ui

ui

dt

dV P k

dt

dPV kGG

P k dt

V d GG

⋅+⋅+=→

=⋅=+= ρ

ρ

• Operando a volume costante, PC realizza il bilancio di massa

• In genere, il regolatore è proporzionale, un piccolo offset è tollerato

• Dinamica del processo è molto veloce

Un controllo perfetto scarica laperturbazione sull’uscita (effetto

indesiderato in molti casi)




Controllo di Pressione PC

• In molte applicazioni, la portata in ingresso (Gi) è diversa dalla portata prelevata(Gu); ad esempio: distribuzione di gas metano, generazione di gas nell’impianto(cokeria, biogas)

Prioritario: possibilità di accumulare gas

1. Serbatoio a Pressione variabile: es. centrale di distribuzione di gas metano

2. Serbatoio a Volume variabile (gasometri): es. generazione di gas nell’impianto

1. Il serbatoio deve avere la capacitàsufficiente per aasorbire le fluttuazionidi portata (Gi≠ Gu) nel range di

pressione ammesso




2. Gasometri

• A secco

• Tetto mobile realizza il volume variabile

• La pressione interna Pi è di poco superiore allaPressione atmosferica P0

• Facile da costruire, elevati valori (200x103 m3)• Problemi: tenuta (usura della guarnizione)

• A umido

• La tenuta è assicurata dal battente di liquido (acqua)

• Inconvenienti, per il caso (a): elevato volume di liquido(non utilizzato); elevata superficie di contattocontaminazione del gas si utilizza la (b)




2. Gasometri

• Particolare tipo di gasometro ad umido: gasometro a telescopio

Il volume utile è tutto il volume disponibile

Tenuta con battente di liquido

• A telescopio




Controllo di Pressione PC: Vapore

• Operazione a P=P0 (atmosferica)

• Colonna di distillazione

• PC agisce sulla portata di refrigerante

• Eventuali incondensabili sono scaricati(valvola di sfiato)

• Analoghe considerazioni per un genericocondensatore





• Operazione a P< P0 (sotto vuoto)

• PC agiscesulla portata diincondensabili

(by-pass pompadi estrazione)

• TC agiscesulla portata di

refrigerante

• LC agisce sulmotore della

pompa(discontinuo)

• PC, TC, LC, in un concentratore sotto vuoto; condensatore a superficie; scaricodiscontinuo





• Operazione a P< P0 (sotto vuoto)

• PC, TC in un concentratore sotto vuoto; condensatore a miscela; scaricobarometrico (continuo)




Controllo di Portata di Liquido o Gas

• Portata costante: requisito necessario per il funzionamento in moltissimi casi

• Processo con dinamica veloce; Regolatore P o PI

• FC è spesso l’anello interno di un controllo in cascata

• Schema generico FC

Disturbi sulla linea del riflusso in colonnasono eliminati da FC prima che si risentonosulla variabile di processo T

(in generale per una qualsiasi variabile Y)

•Schema cascata TC(YC)FC:




Controllo di una portata di liquido: Pompa Centrifuga

Schema Curva caratteristica dellapompa e del circuito

• La valvola è installata sulla mandata della pompa

• Curva caratteristica della pompa: H(Q) decresce

• Circuito: H(Q)∝ Q2

A valvola tutta aperta (Qmax): tutta la prevalenza è data esclusivamente dalleperdite di carico sulla linea

Con controllo di portata Q<Qmax: la valvola introduce una ∆Pv




Controllo di una portata di liquido: Pompa Volumetrica

a) Valvola diregolazionesulla mandata

b) Valvola diregolazione su by-pass

• La portata è controllata agendo sulnumero di giri del motore (sincrono)

- (Poco) usato

- Per piccole portate (pompe dosatrici)

• La portata è costantenecessità di by-pass

Schema b) è preferito,perchè ∆Pv bilanciano ∆PL

(in a) ∆Pv si sommano a ∆PL

Curvacaratteristica




Controllo di portata di un gas: Compressore Volumetrico

Valvola sul bypass

Valvola sull’aspirazione

Valvola sullo scarico in mandata




Controllo di portata di un gas: Compressore Centrifugo

• Problema: curva caratteristica P(Q)presenta instabilità

• 2 punti di lavoro operare a Q>Qmin

• QL>Qmin opera su V1, Vb rimane

chiusa

• QL<Qmin si apre Vb V1 resta

aperta; la portata Q>Qmin




Controllo di Portata di Solido - 1

Nastro trasportatore

• La portata G [kg/s] è data dalla massa per unità di lunghezza P [kg/m] edalla velocità v [m/s] (G= P·v)

• P si misura con una cella di carico

• La portata G può essere controllata variando la velocità del motore in C.C.

(G= P·v)





Coclea

• La portata G dipende dalla geometria: diametro esterno ed interno (De e Di),

dal passo (p), dalla velocità angolare (ω) e dal fattore di riempimento f • La velocità angolare ω è misurata

• La portata può essere regolata variando la velocità di rotazione

• Possibilità di errori dovuti alle variazioni di riempimento della coclea

( ) f p D DG ie ⋅⋅⋅−⋅=

ω

24

22





Dosatori a portata di peso (LIW)

• Viene misurata la variazione di peso della tramoggia

• La velocità di rotazione della coclea è aggiustata di conseguenza

• Permette una regolazione più precisa della portata

dt

dM G =




Controllo di Temperatura: TC

• Esigenza molto comune in tutti i casi di Riscaldamento / Raffreddamento

di un fluido (solido) di processo, o di un reattore

•Si possono usare fluidi ausiliari (F.A.) o fluidi di processo (F.P.)

•F.A. per Operazioni a temperature basse:

- Acqua di torre di raffreddamento (T≥ Tmin ÷ 35°C),

di mare, fiume o sorgente (T≥ Tmin ÷ 20°C), sottoraffreddata (T≥5°C)

- Soluzioni acquose di sali inorganici (salamoie:T≥-50°C), di composti organici (glicole)

- Fluidi frigoriferi (ammoniaca, etilene..)

• F.A. per Operazioni a temperature alte:

- Vapore d’acqua (→T= 200°C)

- Fluidi Diatermici (→T= 400°C),

- Sali Fusi (→T= 550°C)

- gas di Combustione (Forni)




TC: scambiatori

1. Riscaldatore a vapore

• Manipolata: portata vapore

• Manipolata: portata condensato

(meno usato)

3. Riscaldatore con fluido ausiliario

• Manipolata: portata fluido ausiliario.

• Manipolata: by-pass fluido di processo

(più veloce)

4. Riscaldatore con fluido processo

FP2

FP22. Riscaldatore a vapore

FP1 FP1




C, T1

C, T2

Effetto del Controllo di Temperatura TC

Scambio di calore (sensibile) tra fluidi di processo: TC agisce sulla portata del fluidocaldo C

( )21 T T cC Q

T AU Q

P −⋅⋅=

∆⋅⋅= All’aumentare di C aumenta ∆T (la

differenza di temperatura)

A: costante; U: varia poco (h ∝ v0.8)

t1

t2

C




Effetto del Controllo di Temperatura TC

Scambio di calore (latente) in un riscaldatore a vapore: TC agisce sulla portata divapore Vap

( )

⋅≅−⋅⋅=

∆⋅⋅=

V t t c FQ

T AU Q

P 12

L’apertura della valvola provoca un aumentodella pressione Pv, della Temperatura Tv e

quindi del ∆T (effetto limitato)In realtà: Atot= ACond + ASR

Aumento ∆T maggioresuperfici maggioriusate per la condensazione del vapore

diminuisce la superficie di sottoraffreddamento

TC




TC: Reattori

TC:TC: regolazione dello scambio di caloretra il mezzo in reazione eil sistema di raffreddamento;

Rif: raffreddamento di reattori esotermici:

A→ B, Qr > 0

• Calore di reazione: Qr=(- H) V r• Calore scambiato: Qs= U S (T- Tc) + F Cp (T-Ti)

- V, S: volume del reattore e superficie di scambio- , Cp: densità e calore specifico

- T, Ti, Tc: temperatura di reattore, reagenti, refrigerante- U: coefficiente di scambio di calore- r: velocità di reazione, r= A exp(-E/RT) (CA)n

- CA: concentrazione di reagente

Per il controllo di temperatura,→ T=costante→ V Cp (dT/dt)=Qr-Qs=0




Stabilità reattori

StabilitStabilitàà del reattore in anello apertodel reattore in anello aperto:per un aumento di temperatura dT>0, ilcalore scambiato deve aumentare più delcalore generato(dQs/dT)To > (dQr/dT)To

→ To - Tc < R To2 / E = ∆Tc (1)

→ U S > Qro E / R To (2)

(ipotesi: calore reagenti trascurabile)

Per reazioni a temperatura elevata non siusa acqua (pressione troppo elevata) mafluidi diatermici (FD).

Raffreddamento del reattore attraverso duecircuiti:1) interno: raffredda il reattore con FD2) esterno: raffredda FD con produzione

di vapore in caldaia

Significato:

(1) Fissato il sistema di raffreddamento (US) ela temperatura di operazione (To), latemperatura del refrigerante non può esseretroppo bassa:

TcTc >> ToTo -- ∆∆TcTc

Valori di ∆Tc (To) per E=10.000 [Kcal/Kmole]To= [°C] 100 200 300 400 500∆Tc= [°C] 27.3 44.3 65.0 89.7 118.4




TC nei Reattori: Calore generato e scambiato

La superficie di scambioLa superficie di scambio può essere:- Interna (serpentino, camicia): limitata dalle dimensioni del reattore- Esterna (scambiatore): non limitata, ma: fluido pompabile..

All’aumentare del volume del reattore (geometria cilindrica)Il calore generato: Qr =(- H) V r ≈ V ≈ D2 HIl calore scambiato: Qs =U S ≈ S ≈ D H

Q s

Q r

VmaxD

Q

Quindi per elevati volumi direattore, il sistema diraffreddamento interno non èpiù sufficiente (V>Vmax):

raffreddamento esterno, sepossibile uso di reattori in parallelo

per ottenere la potenzialitàrichiesta




TC nei Reattori: schemi in retroazione

TC

1) Serpentino

TC

2) Camicia

Piccola superficie interna al reattore Superficie limitata (legata alle dimensioni)

Per entrambi: la superficie è limitata e quindi la quantità di calore

che si può scambiare⇒

scambiatore esterno




TC nei Reattori: schemi in retroazione

TC

TC

3) scambiatore esterno

la superficie non è legata alledimensioni del reattore;

limitazione:- fluido pompabile

- non troppo viscoso...

4) scambiatore esterno + FD

raffreddamento del reattorecon il sistema a camicia

generazione di vapore con loscambiatore esterno




Schemi con più anelli di regolazione

• In aggiunta al semplice schema di controllo in retroazione, nel controllo

di base sono usati altri schemi con più di una variabile

(misurata o controllata o manipolata)

• Controllo in cascata: una variabile controllata e più variabili misurate(V. uscita, V. intermedia)

• Controllo in Avanti: una variabile controllata e più variabili misurate

(V. uscita, V. disturbo)

• Controllo Selettivo(Split-Range): una controllate e più manipolate

•Controllo a Priorità (Override, Auctioneering) : una manipolata e più controllate

Seguono Esempi di applicazione….




Controllo in cascata

Schema Risultati

• Caratteristiche

- Una sola V. MNPLT e una sola V. CTRLT (Y)- Più variabili MSRBL (Y, Y 2); Y 2 risente prima di un disturbo d1

→ due (o più) anelli di regolazione: interno (secondario), esterno (primario)

• Vantaggi

- Neutralizzazione più rapida del disturbo d1- maggiori vantaggi quando il processo interno P1 è più velocerispetto al processo esterno P2)




Controllo in Avanti

Caratteristiche:- Una sola V.MNPL e una sola V.CTRLT- Disturbi Misurabili: controllo in avanti (FF)più retroazione (FB)

- specifico per un disturbo-

Schema FF + FB(d= FA; y= CA)

CFB P

Pd

r

-

y

d

CFF

-

Risposte- OL: senza controllo- FB: in retroazione- FF1: in avanti (disturbo più lento)

- FF2: in avanti (disturbo più veloce)

Vantaggi con FF, ma basato su modelloCff=- Pd / P

Vantaggi:- neutralizzazione più rapida di d- maggiori vantaggi per

processo più veloce del disturbo




TC nei Reattori: cascata

• Nel caso di disturbi che entrano nelreattore attraverso il sistema diraffreddamento (d1), la camicia viene

influenzata prima del reattore.• Il controllo della temperatura della

camicia (anello interno) ne permetteun abbattimento più rapido.

• Il controllo della temperatura delreattore (anello esterno) garantisce la

soppressione di altri disturbi (d2).

Schema Risultati




Colonna di Distillazione: Cascata CC su TC

Spesso il controllo della composizione di un prodotto (es. distillato D) è affidato alcontrollo di temperatura di un piatto (“piatto pilota” TPP)

Infatti la composizione è difficile da misurare in linea in automatico(strumentazione costosa, non affidabile, introduzione di ritardi)

La temperatura e la composizione sono legate (a P costante)




Colonna di Distillazione: Cascata CC su TC

Disturbi su portata e composizione dell’alimentazione sono neutralizzate dalcontrollo TPP

In genere TC è sufficiente

In qualche caso si aggiunge una cascata CC su TC; in questo modo si fa uso dimisure (anche periodiche) della composizione

CC

TC

TC CC




Controllo di Concentrazione nei Reattori

– Riferimento reattore continuo con reazione A + B C(ad esempio neutralizzazione)

– La composizione in uscita spesso non è misurabile in tempo reale– Il controllo in retroazione in ogni caso interviene d o p o che il disturbo si è

risentito in uscita Controllo in Avanti, Controllo di Rapporto

Controllo in Avanti• Disturbo sulla portata FA (misurabile)

• Il regolatore in avanti intervieneimmediatamente e fa variare FB• È un’azione in anello aperto: manca la

verifica sull’uscita CA• Inoltre possono essere presenti altri

disturbi (es. concentrazione di A in FA)• Se la concentrazione in uscita è

misurabile, si aggiunge controllo inretroazione (interruttore chiuso)

• Il controllo di composizione si aggiungeagli schemi base di controllo di livello edi temperatura

LC

TC

TC

FF

CC

+

+

F A

FB

CA




Controllo di Concentrazione nei Reattori

LC

TC

TC

CC

rFC

FF

F A FB

Controllo di rapporto

• La portata FA è la variabileindipendente (misurabile)

• La portata FB è alimentata in rapportocostante• Funzionamento analogo al controllo

in avanti• È un’azione in anello aperto: manca la

verifica sull’uscita• Inoltre presenza di altri disturbi (es.concentrazione di A in FA)

• Una misura di concentrazione inuscita permette di variare il rapportodei due reagenti e ottenere un

completo abbattimento del disturbo(interruttore chiuso)

• Il controllo di composizione siaggiunge agli schemi base dicontrollo di livello e di temperatura

i h b




Forni: schema base

L’obbiettivo del sistema di

controllo e’ quello di mantenere

la temperatura in uscita dal fornoad un valore prefissato.

La più semplice configurazione,

per raggiungere l’obbiettivo, e’un controllo in retroazione (PI)

uti lizzando la portata di

combustibi le come variabile

manipolata.

F i Ri t t ll PI




Forni: Risposta con controllo PI

Variable controllataSet Point

T e m p e r a t u r a

Tempo

Possibili oscillazioni

della temperatura di

uscita.

Le cause possono

essere ricercate sia:

- fluttuazioni dellavariabile manipolata

- dinamica del forno

F i C b tibili Di i




Forni: Combustibili Diversi

I combustibi li ut ilizzati nei forni

sono generalmente di due tipi:

Liquidi

Gassosi

Questi ul timi derivano dalla rete

gas dell’ impianto e il loro utilizzo,

reso necessario per motivi

economici, e’ soggetto alla sua

disponibilita’.

I forni possono essere alimentatiutil izzando entrambi i tipi di

combustibile.

K Σ

FC FC

Fuel Gas Oil

-

+

Richiesta

totale

Bruciatori

Forni: Controllo in cascata




Forni: Controllo in cascata

Quando si usa fuel gas

come combustibile, sipossono avere variazioni

di portata, a set-point

della valvola costante

(OP costante).

Per ovviare a questo

problema si uti lizza una

configurazione di

controllo in cascata.

Forni: Controllo in avanti (FF) + retroazione (FB)




Forni: Controllo in avanti (FF) + retroazione (FB)

Ritardi nella risposta ad una

variazione della temperatura o

portata in ingresso causano

delle fluttuazioni nella variabilecontrollata (temperatura in

uscita)

Per ovviare a questo problema si

uti lizza una configurazione dicontrollo FF + FB.

Forni: Risposte con controllo FB e FB + FF




Forni: Risposte con controllo FB e FB + FF

Variable controllataSet Point


Tempo

Controllore PI Controllore FF/FB

Variabile controllataSet Point


Tempo

Forni: Controllo Rapporto Aria / Combustibile




Forni: Controllo Rapporto Aria / Combustibile

La richiesta di

aumento/diminuzione della

quantità’ di calore e’ realizzata

tramite una corrispondente

variazione di portata di

combustibile. Al fine di

massimizzare l’efficienza di

combustione, la portata d’aria

comburente deve esseremodificata mantenendo il

rapporto aria/combustibile ad

un valore costante.

Ciò viene realizzato util izzando

una configurazione di controllo

di rapporto.

Forni: Controllo Aria / Combustibile




Forni: Controllo Aria / Combustibile

A causa di possibili variazioni

della qualità del combustibile, ilrapporto ott imale

aria/combustibi le, non può

essere mantenuto.

Un modo per ovviare a questoproblema e’ quello di misurare

l’ossigeno residuo e, tramite

questo o controllare

direttamente l’aria o aggiornare

il rapporto aria combustibi le.

Controllo A Priorità




Controllo A Priorità

Caratteristiche

Il controllo a priorità viene utilizzato in sistemi nei quali si devono controllareuscite multiple (variabili controllate, VC) con una sola variabile manipolata ( VM)( o piú in generale quando VM < VC).

Poiché ogni VM consente il controllo di una sola VC , il controllo vienetrasferito da una variabile all’altra a seconda delle condizioni di eserciziorealizzate.

I sistemi di controllo a priorità sono generalmente impiegati per proteggereunità e/o la qualità di prodotti in condizioni di funzionamento non normali(per esempio, situazioni di emergenza), mantenendo un controllo piuttostoche richiedere l’arresto dell’unità stessa.

Esistono almeno due diversi tipi di controllo a priorità:

controllo Override ;controllo Auctioneering .

Controllo Override




Controllo Override

Il sistema controllo override permette, in situazioni di emergenza , di passare dalcontrollo di una variabile di uscita a quello di un’altra (loop switching ) pergarantire un funzionamento sicuro dell’unità.

Tipiche applicazioni di controllo override sono quelle nelle quali una variabile diuscita non deve superare un valore limite massimo o minimo.

Componente primario di un sistema di controllo override è il selettore (dimassimo, HS , o di minimo, LS).

Il selettore HS (LS) interviene ogniqualvolta la variabile critica aumenta(diminuisce) oltre il valore massimo (minimo) consentito.

Prevenzione di condizioni di malfunzionamento a rischio (per l’unitá e/o

per gli operatori) (tipico delle fasi transitorie, di avviamento e/odi arresto).

Controllo Override: Protezione di una caldaia




Controllo Override : Protezione di una caldaia

Obiettivo: controllare la pressione dellacaldaia agendo sulla portata di vaporeprodotto (loop 1 ).

Problema: mantenere il livello dell’acqua, L ,

al disopra di un valore minimo, Lmin , pergarantire la completa immersione delserpentino di riscaldamento.

Soluzione: Finché la portata di vaporerichiesta è tale che L > Lmin , è attivo ilcontrollo di pressione ”anello normale” (loop 1 ).

Quando L < Lmin , il selettore di minimo, LSS ,

trasferisce il controllo al controllore di livello(loop 2 ).

In ogni caso, durante ilfunzionamento “anormale”

P > Psp

il sistema override garantisce

un funzionamento sicuro.

Controllo Auctioneering




Co o o uc o ee g

Nel sistema di controllo auctioneering l’anello di controllo non cambia, cióche puó variare è la variabile controllata: tipicamente é la variabile diuscita (misura) che, tra un insieme di variabili simili, presenta il valoremassimo.

Tipiche applicazioni di controllo auctioneering si ritrovano nei sistemi aparametri distribuiti dove si desidera evitare che una variabile diprocesso critica superi un valore limite massimo (per esempio, latemperatura in reattori tubolari).

Componente primario di un sistema di controllo auctioneering è il

selettore di massimo, HS, che permette di selezionare, in modoautomatico, la misura “piú critica” (maggiore).

Controllo Auctioneering : Controllo del Picco diTemperatura in Reattori Tubolari




Temperatura in Reattori Tubolari

Obiettivo: controllare il picco di temperatura(hot spot ) che si manifesta in reattoritubolari catalitici utilizzati per reazionefortemente esotermiche (per esempio,ossid. di o -xilene o naftalene per produrre

anidride ftalica). La variabile manipolata è laportata di fluido refrigerante.

Problema: la posizione del picco ditemperatura si muove lungo il reattore aseconda delle condizioni operative (portata

e concentrazione di ingresso, temperatura)e dello stato di disattivazione delcatalizzatore.Soluzione: si dispongono diverse termocoppielungo il reattore, e si affida ad un sistema diauctioneering (ovvero, un selettore di

massimo) il compito di selezionare lamassima temperatura da inviare al controllore.In questo modo, si può ragionevolmentepensare di individuare la posizione del piccodi temperatura (hot spot).

Controllo Selettivo (Split-Range )




( p g )

Il controllo split-range viene utilizzato in sistemi nei quali si deve controllare unasingola uscita (variabile controllata, VC) con piú variabili manipolate ( VM) ) (o piú ingenerale quando il VM > VC).

Avendo una sola VC avremo anche un solo segnale di uscita dal controllore,

segnale che verrá suddiviso (in modo opportuno) ed inviato ai singoli attuatoridelle variabili manipolate disponibili.

I sistemi di controllo split-range non sono molto comuni, ma in alcuni casi

possono:fornire migliori condizioni di sicurezza;

migliorare le prestazioni ottimali dell’unità.

In altre parole si controlla una singola variabile di uscita coordinando

le azioni su diverse variabili manipolate, ciascuna delle quali ha lostesso effetto sulla variabile controllata).

Controllo Selettivo (Split-Range ): Controllo della Pressionein un Reattore




in un Reattore

Obiettivo: mantenere la pressione desideratanel reattore, agendo sulle portate deireagenti e dei prodotti.

Problema: é necessario un coordinamentodelle azioni sulle due valvole.

Soluzione: programmare l’apertura-chiusura

delle valvole in modo coordinato perottenere una prestazione migliore. Unpossibile programma di apertura-chiusuravalvole é quello indicato nella figura.

Controllo Selettivo (Split-Range ):Temperatura di un Reattore Discontinuo




Temperatura di un Reattore Discontinuo

Obiettivo: Imporre un profilo ditemperatura variabile nel reattore:

- riscaldamento iniziale,

- raffreddamento isotermo,

- riscaldamento finale

Variabile operativa: Temperatura dellacamicia; necessario un intervento su:

- portata vapore,

- acqua di raffreddamento,- acqua sottoraffreddata,

- vapore

Soluzione: programmazione

apertura/chiusura dellevalvole in modo coordinato

Schemi P&I

Documents

Transcript of Schemi P&I