AFM020P Apparecchiatura didattica per la formazione sul controllo di processo: banco per la regolazione multivariabile1 Panoramica del prodotto
1.1 Introduzione
Il "controllo di processo" è l'abbreviazione di "controllo automatico dei processi produttivi" e costituisce una componente fondamentale della tecnologia di automazione. Generalmente, si riferisce ai processi produttivi tipici dei settori petrolifero, chimico, energetico, metallurgico, dell'industria leggera, dei materiali da costruzione, dell'energia nucleare, ecc. Nei moderni processi di produzione industriale, la tecnologia di controllo di processo svolge un ruolo sempre più rilevante nel raggiungimento di indicatori tecnico-economici ottimali, nel miglioramento dei benefici economici e della produttività del lavoro, nel perfezionamento delle condizioni operative e nella tutela dell'ambiente ecologico.
Ponendo l'automazione e i sistemi informativi dell'industria di processo come filo conduttore, abbiamo progettato e realizzato un sistema di attrezzature didattiche complete per la pratica di laboratorio, incentrato sulle tecnologie chiave e sui sistemi di controllo di processo; tale sistema costituisce la base pratica fondamentale per i laboratori di ingegneria specializzata.
La progettazione di questa unità formativa è razionale e caratterizzata da un'elevata versatilità: non solo soddisfa i requisiti didattici sperimentali dei corsi professionali in materie specialistiche quali automazione industriale, controllo automatico e affini, ma si presta anche all'utilizzo da parte di studenti post-laurea per attività di ricerca e sviluppo su specifici argomenti.
1.2 Caratteristiche
1. Adotta una struttura portante in profilati di alluminio industriale, con un design trasparente e un'interfaccia aperta. Il sistema prevede un'installazione di tipo "desktop" (da tavolo), garantendo una collocazione flessibile; il banco operativo è inoltre predisposto per l'alloggiamento di un computer.
2. Il prodotto si basa su una struttura da tavolo con telaio in lega di alluminio; il design, che integra l'oggetto del controllo e il sistema di controllo, è di tipo modulare ("a fissione"): i componenti possono essere assemblati e posizionati congiuntamente sulla postazione di lavoro oppure utilizzati separatamente in base alle necessità. Ad esempio, aggiungendo un sistema di controllo a diversi moduli di carico simulato (sotto forma di "cassette sospese"), è possibile configurare il dispositivo come unità di addestramento PLC, incrementando notevolmente la flessibilità di utilizzo dell'attrezzatura.
3. L'interfaccia di ingresso/uscita del dispositivo offre un'ottima compatibilità; le unità di pilotaggio (drive) e le unità di controllo PLC sono realizzate sotto forma di moduli a "cassetta sospesa", facilmente sostituibili. Tali moduli possono fungere sia da carichi per circuiti elettronici, sia da oggetti di esecuzione per il sistema di controllo PLC, consentendo inoltre espansioni e aggiornamenti in base alle esigenze.
4. Il sistema impiega componenti industriali ampiamente diffusi per la misurazione di temperatura, portata, livello del liquido e pressione, risultando ideale per le attività di rilevamento e calibrazione dei sensori.
5. È possibile applicare il concetto di controllo a condivisione di tempo (time-sharing) per acquisire simultaneamente due o tre parametri di processo; ad esempio, è possibile monitorare contemporaneamente un set di misurazione della portata e un set di misurazione della temperatura. Il sistema in oggetto è interamente realizzato in lega di alluminio e, integrando concetti ingegneristici con prospettive estetiche, è stato concepito per fungere da laboratorio professionale per la sperimentazione di processi e apparecchiature, costituendo un moderno laboratorio dimostrativo.
6. Il dispositivo di controllo di base consente di completare programmi di formazione sul controllo di processo, gestendo la regolazione di cinque parametri fondamentali — portata, temperatura, pressione, livello del liquido e composizione — e implementando funzioni di regolazione PID; ciò permette di raggiungere svariati obiettivi didattici e pratici.
7. Il sistema impiega una pompa dell'acqua a bassa pressione; l'uscita della pompa dispone di due circuiti selezionabili — uno con valvola di regolazione e uno diretto — utilizzabili in base alle specifiche esigenze dell'esperimento.
8. Il cablaggio di tutti i sensori e degli strumenti è convogliato verso un pannello terminale centralizzato; è possibile selezionare i circuiti dei sensori in base ai dati richiesti, consentendo un abbinamento flessibile tra sensori e strumenti in funzione del contenuto sperimentale.
9. L'interfaccia di ingresso/uscita del dispositivo offre un'elevata compatibilità; le unità di azionamento e l'unità di controllo principale sono realizzate sotto forma di moduli a pannello (box sospesi), facilmente sostituibili. Tali moduli possono fungere da carichi per circuiti elettronici o da oggetti di attuazione per sistemi di controllo PLC, offrendo inoltre la possibilità di espansione e aggiornamento in base alle necessità.
10. Il sistema di controllo elettrico si avvale di un PLC AB 2080-LC50, dotato di moduli di espansione analogica e altri dispositivi correlati; tale configurazione rappresenta lo standard prevalente per il controllo dei processi nelle piccole apparecchiature industriali.
5 Esperimenti completi
(1) Esperimento di misurazione del livello del liquido
(2) Esperimento di controllo della pressione
(3) Esperimento di controllo della temperatura
(4) Esperimento di controllo della portata
(5) Esperimento di controllo PID dei parametri di portata
(6) Esperimento di controllo PID dei parametri di temperatura
(7) Esperimento di controllo PID dei parametri di qualità dell'acqua
(8) Esperimento di controllo PID dei parametri di pressione
(9) Esperimento di controllo PID dei parametri di livello del liquido
(10) Esperimento sul circuito di acquisizione e confronto del segnale di temperatura
(11) Esperimento sul circuito di confronto per l'acquisizione del segnale di portata
(12) Esperimento sul circuito di confronto per l'acquisizione del segnale di pressione
(13) Esperimento sul circuito di confronto per l'acquisizione del segnale di livello del liquido
(14) Esercitazione pratica sui sistemi di controllo a ciclo singolo
(15) Esperimento di controllo del livello del liquido nel serbatoio
(16) Esperimento di determinazione del controllo della temperatura dell'acqua in condizioni statiche
(17) Esperimento di determinazione del controllo della temperatura dell'acqua in condizioni dinamiche
(18) Determinazione della portata della valvola elettrica
(19) Esperimento di controllo della mandata della pompa a velocità variabile
(20) Esperimento di determinazione del controllo della pressione nel serbatoio
(21) Esperimento di protezione contro le perdite di pressione nel serbatoio dell'acqua
(22) Esperimento di comprensione, composizione dello schema di controllo e cablaggio della struttura hardware del dispositivo di controllo e rilevamento di processo
(23) Esperimento di regolazione operativa e impostazione dei parametri della strumentazione, sostituzione degli strumenti, ecc.
(24) Calibrazione dei sensori (traslazione dello zero e regolazione del fondo scala)
