Cod Modulo di base e controllo di livello completo con opzionali cod

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1 AUTOMAZIONE E CONTROLLO DI PROCESSO MPCT - Modular Process Control Trainer Cod Modulo di base e controllo di livello completo con opzionali cod Generalità Didacta propone una soluzione assolutamente nuova per lo studio delle tecniche di controllo di processo, caratterizzata da: Costo limitato; Elevata modularità ed espandibilità; Numerose possibilità applicative ed esercitazioni pronte per l uso; Software didattico per Windows. Tutto ciò è ottenuto attraverso un architettura aperta costituita da un sistema di base che consente già i primi esercizi sul controllo di livello e da kit aggiuntivi per realizzare rispettivamente il controllo di flusso, il controllo di pressione, il controllo di temperatura, il controllo di ph e il controllo di conducibilità II sistema MPCT è un trainer basato su Personal Computer, modulare e di costo contenuto, per lo studio delle tecniche di Controllo di Processo. II modulo base comprende l apparecchiatura elettrica ed i componenti per ii controllo di Livello. Alcuni kit aggiuntivi permettono di realizzare ii controllo di Flusso, di Pressione, di Temperatura,di ph e di conducibilità utilizzando la maggior parte dei componenti del modulo base. Una scheda A/D-D/A ed un software estremamente evoluto consentono di realizzare il controllo e di introdurre disturbi via software in tempo reale, di impostare i parametri di controllo PID o ON-OFF, di impostare il livello o la tipologia del Set-Point e del disturbo, di monitorare le grandezze in gioco ecc. E così possibile svolgere l attività di laboratorio in modo estremamente produttivo in condizioni molto vicine a quelle presenti in ambito industriale. DIDACTA Italia S.r.l. - Strada del Cascinotto, 139/ Torino - Italy Tel Fax info@didacta.it

2 2. Composizione Il gruppo è costituito da: Modulo di base e controllo di livello (Cod ); Kit opzionale per il controllo di flusso (Cod ); Kit opzionale per il controllo di pressione (Cod ); Kit opzionale per il controllo di temperatura (Cod ); Kit opzionale per il controllo del ph (Cod ) Kit opzionale per il controllo della conducibilità (Cod ) Software didattico di regolazione CRS/MPCT (Cod ); Regolatore elettronico opzionale MiniReg (Cod ). Fig. 1 - Composizione del gruppo Fig. 2 - Schema modulo base per controllo di livello (IN Segnale di livello, OUT1Segnale regolante, OUT2 Segnale di disturbo). 3. Descrizione Modulo di base e controllo di livello (cod ) Si compone di: Serbatoio acqua in acciaio inox Serbatoio trasparente graduato in plexiglas (dimensioni ø 40 x 300 mm); N. 2 pompe peristaltiche azionate da un motore c.c. a magneti permanenti retroazionato con segnale tachimetrico, rispettivamente per il controllo della grandezza regolata e del disturbo (portata max. 7 l/h); Trasduttore di pressione mbar con uscita normalizzata ma; Unità di alimentazione elettrica, condizionamento e visualizzazione segnali; Scheda A/D-D/A a 14 bit per Personal Computer. Il modulo base consente, senza alcuna aggiunta, lo studio della regolazione di livello, secondo lo schema di Fig. 2. In questo caso il trasduttore di pressione fornisce un segnale elettrico corrispondente al livello del liquido nel serbatoio graduato. II segnale regolante agisce sulla portata in ingresso al serbatoio mentre il segnale di disturbo agisce sulla portata in uscita. L apparecchiatura elettrica fornita col modulo base è già predisposta per tutti i kit opzionali: essa include ad esempio l adattatore per la sonda PT100 compresa nel kit temperatura ed il convertitore frequenza/tensione per il kit flusso. I moduli aggiuntivi possono pertanto essere installati anche dall utente in modo molto semplice e rapido in qualsiasi momento. Kit per il controllo di flusso, opzionale (cod ) Si compone: Turbina per la misura del flusso; Flussometro per la lettura diretta del flusso (portata max. 12 l/h) Utilizzando le pompe e l apparecchiatura elettrica comprese nei sistema base si può realizzare lo schema di Fig.3 e realizzare un processo in cui la grandezza controllata è una portata (flusso). Page 2

3 Fig.3 - Schema modulo base con kit per controllo di flusso (IN Segnale di flusso, OUT1 Segnale regolante, OUT2 Segnale di disturbo). Kit per il controllo di pressione, opzionale (cod ) Si compone di: Tappo a morsetti di Hoffmann per il serbatoio del modulo base; Manometro ad U mbar. Fig. 4 - Schema modulo base con kit per controllo di pressione (IN Segnale di pressione, OUT1 Segnale regolante, OUT2 Segnale di disturbo) Il kit consente di realizzare un nuovo processo in cui la variabile regolata è la pressione della camera d aria compresa tra il liquido nel serbatoio ed il tappo a tenuta ermetica, realizzando così lo schema di Fig. 4. La pressione è controllata attraverso la portata d acqua in ingresso mentre il disturbo è creato attraverso la variazione della portata in uscita. Kit per il controllo di temperatura, opzionale (cod ) Si compone di: Resistenza riscaldante 200W; Termoresistenza Pt100; Termometro per la lettura della temperatura nel serbatoio acqua calda; Termostato bimetallico per il controllo di massima temperatura. E possibile realizzare un processo in cui la grandezza regolata è la temperatura di un liquido secondo lo schema di Fig. 5. La grandezza controllata è la temperatura del liquido presso il miscelatore, acquisita tramite la sonda FF100 collegata all apparecchiatura elettrica per la visualizzazione digitale in gradi centigradi e la trasmissione del segnale elettrico alla scheda A/D-D/A. L azione di riscaldamento è svolta dalla serpentina elettrica fornita nel kit mentre l azione di raffreddamento è svolta dall acqua fredda contenuta nella vasca di scarico. Il segnale regolante agisce sulla portata dell acqua calda mentre il segnale di disturbo provoca la variazione del flusso d acqua fredda in ingresso al miscelatore. Nel caso si desideri protrarre il controllo a lungo è necessario evitare che l acqua nella vasca di scarico si riscaldi eccessivamente, predisponendo un alimentazione d acqua ausiliare esterna e consentire lo scarico, ancora all esterno, dell acqua calda. A B Pump 2 Pump 1 OUT1 OUT2 IN C.R.P. Fig. 5 - Schema modulo base con kit per controllo di temperatura (IN Segnale di temperatura, OUT1 Segnale regolante, OUT2 Segnale di disturbo). Fig. 6 Schema modulo base con kit per controllo di ph (IN Segnale di ph, OUT1 Segnale regolante, OUT2 Segnale di disturbo).

4 Kit per il controllo di ph, opzionale (cod ) Si compone di: Serbatoio per soluzione di disturbo e soluzione correttiva, realizzato in acciaio; Sonda per la misura del ph; Agitatore per miscelare la soluzione controllata. Il kit permette di realizzare un processo in cui la grandezza regolata è il ph di un liquido, secondo lo schema di fig. 6. Il ph viene acquisito tramite una sonda collegata all apparecchiatura elettrica per la visualizzazione digitale e la trasmissione del segnale elettrico alla scheda AD/DA. Nel serbatoio per la soluzione di disturbo viene posta una miscela acida, mentre nel serbatoio per la soluzione correttiva viene posta una miscela basica. Nel serbatoio principale del gruppo si trova il liquido di cui bisogna controllare il ph. La portata della soluzione di disturbo viene impostata dall utente, mentre la portata della soluzione correttiva viene determinata dal segnale di ritorno della sonda di ph; la velocità delle pompe è regolabile e permette dunque di variare la portata dei due fluidi. E inoltre possibile utilizzare come soluzione di disturbo una miscela basica e come soluzione correttiva una miscela acida. Kit per il controllo della conducibilità, opzionale (cod ) Si compone di: Sonda per la misura della conducibilità. Il kit permette di realizzare un processo in cui la grandezza regolata è la conducibilità di un liquido, secondo lo schema di fig. 7. La conducibilità viene acquisita tramite una sonda collegata all apparecchiatura elettrica per la visualizzazione digitale e la trasmissione del segnale elettrico alla scheda AD/DA. La conducibilità viene variata aumentando o diminuendo la temperatura dell acqua. Pertanto la sua regolazione si ottiene variando la portata di acqua fredda (o calda) che serve a raggiungere il set-point. Il kit per il controllo della conducibilità deve essere fornito assieme al kit opzionale per il controllo del ph (cod ) COLD HOT Pump 2 Pump 1 OUT1 OUT2 IN C.R.P. Fig. 7- Schema modulo base con kit per controllo di conducibilità (IN Segnale di conducibilità, OUT1 Segnale regolante, OUT2 Segnale di disturbo). Fig.8 Software didattico di regolazione CRS/MPCT Software didattico di regolazione CRS/MPCT (cod ) Il software di controllo e monitoring consente la realizzazione di un controllo digitale via software di tipo PID oppure ON-OFF per tutti i processi previsti. Non è pertanto necessario acquisire altro software per l utilizzo dei kit aggiuntivi. E possibile impostare, in modo indipendente ed in tempo reale le costanti relative al tipo di controllo (banda proporzionale, tempo integrale e tempo derivativo per il PD, banda d isteresi per il controllo ON-OFF), oltre al livello o alla pendenza del set-point. Anche il disturbo può essere introdotto da software. E possibile scegliere tra diversi tipi di disturbo: impulso, gradino, rampa, sinusoide verificando la risposta del sistema nei diversi casi. Il software permette di monitorare il processo in tempo reale mostrando a video il diagramma della grandezza regolata, del segnale regolante e del set point in funzione del tempo (vedi Fig. 8). Tale diagramma può essere stampato in qualsiasi momento mentre i campioni dei segnali ed i parametri di controllo possono essere salvati su file, in formato ASCII, o stampati. E anche possibile utilizzare il software esclusi-vamente per l acquisizione e visualizzazione dei segnali regolante e regolato utilizzando per il controllo un regolatore esterno di tipo elettronico (es. il Regolatore Elettronico opzionale). Nel caso venga usato un regolatore elettronico dotato di input per Set-Point remoto, come il Regolatore Elettronico opzionale, è possibile variare da software il Set-Point del regolatore, simulando così un processo con regolatore locale ed impostazione del set-point remoto, visualizzando a video i segnali interessati. Page 4

5 Regolatore Elettronico Opzionale MiniReg (cod ) Il Regolatore Elettronico MiniReg è uno strumento ad alta affidabilità, realizzato con tecnologia digitale a microprocessore, in grado di regolare qualunque grandezza fisica acquisita tramite trasduttori con uscita elettrica di tipo normalizzato. Il Regolatore Elettronico a tre azioni (Proporzionale, Integrale, Derivativa) ha le seguenti caratteristiche: Set-Point impostabile sia manualmente in modo diretto sia esternamente a distanza; Impostazione di un Set-Point a rampa la cui pendenza è calcolabile su base di un ora; Possibilità di impostare allarmi di massima e minima indipendenti; Memoria per la conservazione dei parametri impostati; Semplice programmazione e richiamo dei dati tramite tastiera; Chiara visualizzazione di parametri e allarmi su display; Possibilità di Self-Tuning e determinazione automatica dei parametri di regolazione ottimale. 4. Applicazioni Studio dei processi realizzati coi diversi kit e della componentistica impiegata (es. rilievo della caratteristica della termoresistenza impiegata nel controllo di temperatura o della turbinetta impiegata nel controllo di flusso); Controllo manuale del processo; Determinazione delle caratteristiche del sistema ad anello aperto; Determinazione delle caratteristiche del sistema ad anello chiuso con controllo PID e verifica dell effetto separato delle tre azioni di regolazione, proporzionale, integrale, derivativa; Studio della stabilità del sistema nelle diverse condizioni e calibrazione delle diverse azioni di regolazione; Determinazione delle caratteristiche del sistema ad anello chiuso con controllo ON-OFF; Confronto tra processi aventi diverse costanti di tempo (livello, flusso, pressione, temperatura ph e conducibilità) e tra le problematiche connessi al relativo controllo; Studio della risposta del sistema a disturbi di vario tipo (impulso, gradino, rampa, sinusoide); Dimostrazione sull uso di un regolatore locale di tipo elettronico con input per set-point remoto. 5. Configurazione Richiesta PC Hardware PC minimo Pentium con Hard Disk (> 10Gb) e CD drive, scheda grafica SVGA minimo, Mouse, RAM 32 MB porta USB Stampante Grafica. Software Windows XP o successivi. 6. Servizi Richiesti Alimentazione elettrica: 220/240 V CA - 50/60 Hz 7. Peso e Dimensioni Sistema base Dimensioni: 700x400x1000 mm Peso: 50 kg Kit Aggiuntivi Sono costituiti da diversi elementi di peso e dimensioni contenuti. Regolatore elettronico opzionale Dimensioni: 200x350x200 mm Peso: 1,5 kg

6 Cod. R00787/I 0910 Ed. 01 Rev. 04 In qualsiasi momento e senza preavviso, la Didacta Italia potrà apportare ai propri prodotti, ferme restando le caratteristiche essenziali descritte, le modifiche che riterrà opportune secondo le esigenze di carattere costruttivo o didattico. Page 6

7 AUTOMAZIONE E CONTROLLO DI PROCESSO CRL-CRL/E - Unità di Studio Controllo e Regolazione Livello 1. Generalità II gruppo consente di analizzare il comportamento di un anello di regolazione in cui la grandezza regolata è il livello dell acqua in un serbatoio. La possibilità di seguire visivamente il comportamento della grandezza regolata rende molto intuitivi i concetti di base delle tecniche di controllo e regolazione. Lo studente può analizzare l'effetto dei diversi parametri di regolazione sulle prestazioni della catena di regolazione e sulla stabilità del sistema e può familiarizzare con i componenti correntemente usati nelle applicazioni industriali, essendo l'impianto interamente realizzato con componentistica industriale. Il gruppo è disponibile in due versioni dove l elemento di regolazione è costituito rispettivamente da una valvola pneumatica (CRL) o da una valvola elettrica motorizzata (CRL/E). 2. Composizione Il gruppo CRL è composto da: Modulo di processo con valvola pneumatica e apparecchiatura elettrica (cod ); Software di controllo e monitoring CRS/L (cod ); Regolatore elettronico MiniReg (opzionale - cod ); Software Simulazione Controllo e Regolazione CRSS (opzionale - cod ); Elettrocompressore (opzionale - cod ). Il gruppo CRL/E è composto da: Modulo di processo con valvola elettrica e apparecchiatura elettrica (cod ); Software di controllo e monitoring CRS/L (cod ); Regolatore elettronico MiniReg (opzionale - cod ). I componenti opzionali sono descritti in schede separate. DIDACTA Italia S.r.l. - Strada del Cascinotto, 139/ Torino - Italy Tel Fax info@didacta.it

8 3. Descrizione Modulo di Processo e Apparecchiatura Elettrica Lo scopo del processo (vedi fig. 3) è quello di controllare il livello dell acqua nel serbatoio (11) in presenza di un flusso di disturbo in uscita. Il livello dell acqua viene acquisito attraverso un trasduttore di pressione (13), convertito in un segnale elettrico (Y) e fornito all'apparecchiatura elettrica (9). Il controllo avviene variando il flusso in ingresso nel serbatoio creato dalla pompa centrifuga (2). Ciò avviene nel gruppo CRL attraverso la valvola pneumatica (3), e nel gruppo CRL/E attraverso la valvola elettrica motorizzata (15). Il controllo in catena chiusa può avvenire in diversi modi: via software, utilizzando il software CRS operante sul Personal Computer (10); tramite un sistema di sonde resistive inserite nel serbatoio (11); tramite il regolatore elettronico opzionale MiniReg (8); Il controllo, di tipo PID (Proporzionale Integrale Drivativo) oppure On-Off avviene confrontando il segnale corrispondente al livello (Y) con un segnale di Set-Point, scelto dall'utente. In funzione della logica di controllo il regolatore provvede quindi a generare un segnale regolante (X) che agisce sulla valvola (3) o (15), variando il flusso in ingresso nel serbatoio (11). Il Personal Computer può inoltre controllare il flusso di disturbo generando un segnale (n) che agisce sulla elettrovalvola (14). L'apparecchiatura elettrica (17) comprende i comandi per i principali componenti elettrici del gruppo, la scheda di conversione AD/DA per interfacciare il Personal Computer attraverso la porta USB, un display digitale per la visualizzazione del valore di livello. Fig. 1 - Software CRS: Finestra di impostazione parametri PID Fig. 2 - Software CRS: Diagramma segnali in tempo reale. CRS/L - Software di Controllo e Monitoring II software di controllo e monitoring, operante in ambiente MS-Windows, consente la realizzazione di un controllo digitale via software di tipo PID oppure On-Off. E possibile impostare, in modo indipendente ed in tempo reale, i parametri della regolazione (vedi fig. 1) e le caratteristiche dei segnali di Set-Point e di disturbo. II software permette di osservare il processo in tempo reale mostrando a video il diagramma della grandezza regolata, del segnale regolante, del segnale di Set-Point, del segnale di disturbo in funzione del tempo (vedi fig. 2). Tale diagramma può essere stampato in qualsiasi momento mentre i campioni dei segnali ed i parametri di controllo possono essere salvati su file, in formato ASCII, o stampati. È anche possibile utilizzare il software esclusivamente per osservare il processo utilizzando per il controllo un regolatore esterno (es. il MiniReg opzionale). In questo caso è possibile trasmettere da software il Set-Point al regolatore. 4. Applicazioni Studio del processo e delle componentistica industriale impiegata; Determinazione delle caratteristiche del sistema ad anello aperto; Determinazione delle caratteristiche del sistema ad anello chiuso con regolazione PID ed effetti delle tre azioni di regolazione, proporzionale, integrale, derivativa; Studio della stabilità del sistema nelle diverse condizioni e calibrazione delle diverse azioni di regolazione; Determinazione delle caratteristiche del sistema ad anello chiuso con regolazione On-Off ed effetti dei parametri del regolatore; Dimostrazione sull'uso di un regolatore locale di tipo elettronico con Set-Point remoto (con MiniReg opzionale); Page 2

9 5. Configurazione Richiesta PC Hardware PC minimo Pentium con Hard Disk (>10Gb) e CD drive, scheda grafica SVGA 800x600, mouse, RAM 32 MB, porta USB; Stampante grafica. Software MS-Windows XP o successivi. 6. Servizi Richiesti Alimentazione elettrica 220/240 V CA - 50/60 Hz Aria compressa: 5 bar; min. 200 l/min (non richiesta con CRL/E) 7. Pesi e Dimensioni Dimensioni: 770 x 450 x 110 mm Peso: 50 kg Fig. 3 - Sinottico generale 1. Vasca di raccolta acqua 2. Pompa centrifuga 3. Valvola pneumatica proporzionale (CRL) 4. Trasduttore corrente / pressione (CRL) 5. Alimentazione aria compressa (CRL) 6. Manometro aria compressa (CRL) 7. Regolatore manuale pressione aria compressa (CRL) 8. Regolatore elettronico opzionale MiniReg 9. Apparecchiatura elettrica 10. Personal Computer 11. Serbatoio graduato trasparente 12. Valvole manuali di introduzione disturbo 13. Trasduttore pressione / corrente 14. Elettrovalvola di introduzione disturbo 15. Valvola elettrica motorizzata (CRL/E) 16. Valvola di scarico X. Segnale regolante Y. Segnale grandezza controllata n. Segnale di disturbo

10 Cod. R00783/I 0308 Ed. 01 Rev. 03 In qualsiasi momento e senza preavviso, la Didacta Italia potrà apportare ai propri prodotti, ferme restando le caratteristiche essenziali descritte, le modifiche che riterrà opportune secondo le esigenze di carattere costruttivo o didattico. Page 4

11 AUTOMAZIONE E CONTROLLO DI PROCESSO CRT - Unità di Studio Controllo e Regolazione Temperatura 1. Generalità Il gruppo consente di analizzare il comportamento di un anello di regolazione in cui la grandezza regolata è la temperatura di un liquido in un serbatoio. Il problema del controllo della temperatura è tra i più comuni nella automazione di fabbrica e nel controllo di processo. E inoltre molto interessante dal punto di vista didattico poiché la temperatura varia molto lentamente nel tempo e consente quindi di applicare facilmente diverse tecniche di controllo e di valutare gli effetti dei parametri di regolazione interessati. Lo studente può sperimentare l uso di tipi diversi di regolatori correntemente usati nelle applicazioni industriali, in condizioni molto realistiche, essendo l impianto interamente realizzato con componentistica industriale. Il sistema consente di svolgere tutte le prove attraverso il Personal Computer ed un apposito software per Windows. E adatto ad un laboratorio interdisciplinare poiché presenta contenuti meccanici, chimici, elettronici, informatici. 2. Composizione Il gruppo CRT è composto da: Modulo di processo con apparecchiatura elettrica (cod ); Software di controllo e monitoring CRS/T (cod ); Regolatore elettronico MiniReg (opzionale - cod ); Software Simulazione Controllo e Regolazione CRSS (opzionale - cod ). I componenti opzionali sono descritti in schede separate. DIDACTA Italia S.r.l. - Strada del Cascinotto, 139/ Torino - Italy Tel Fax info@didacta.it

12 3. Descrizione Modulo di Processo e Apparecchiatura Elettrica Lo scopo del processo (vedi fig. 3) è quello di controllare la temperatura dell acqua contenuta in un serbatoio in Pirex (12) in presenza di disturbi esterni. L acqua viene prelevata da una vasca di raccolta (1) attraverso una pompa centrifuga (2) e immessa in un circuito. Durante il percorso forzato l acqua raggiunge il serbatoio (12) dove può essere riscaldata variando l intensità di corrente elettrica in una resistenza elettrica (11). Dal serbatoio (12) l acqua torna nella vasca di raccolta (1). Il flusso principale può essere regolato attraverso la valvola (3) e misurato attraverso il flussimetro (7). Le valvole (4) e (5) consentono invece di creare un flusso indipendente di disturbo. Il valore della grandezza controllata (Y) viene acquisito attraverso una sonda Pt100. Una seconda sonda Pt100 fornisce un segnale (T max ) ad un termostato di sicurezza incluso nell apparecchiatura elettrica (9). Poiché tale termostato consente di impostare manualmente la temperatura massima, esso può anche essere usato come regolatore On-Off. Il controllo in catena chiusa può avvenire in diversi modi: via software, utilizzando il software CRS/T operante sul Personal Computer (10); tramite il regolatore elettronico opzionale MiniReg (8); tramite il termostato compreso nell apparecchiatura elettrica (9). Il controllo, di tipo PID (Proporzionale Integrale Derivativo) oppure On-Off, avviene confrontando il segnale corrispondente alla temperatura dell acqua nel serbatoio (Y) con un segnale di Set-Point, scelto dall'utente. Il regolatore provvede quindi a generare un segnale regolante (X) che agisce sulla corrente nella resistenza (11). Il Personal Computer può inoltre controllare il flusso di disturbo generando un segnale (n) che agisce sulla elettrovalvola (4). L'apparecchiatura elettrica (9) comprende, oltre al termostato di sicurezza, i comandi per i principali componenti elettrici del gruppo, la scheda di conversione AD/DA per interfacciare il Personal Computer attraverso la porta USB, un display digitale per la visualizzazione del valore istantaneo di temperatura. Fig. 1 - Software CRS/T: Finestra impostazione parametri On-Off Fig. 2 - Software CRS/T: Diagramma segnali in tempo reale Software di Controllo e Monitoring CRS/T II software di controllo e monitoring, operante in ambiente MS-Windows, consente la realizzazione di un controllo digitale via software di tipo PID o On-Off. E possibile impostare, in modo indipendente ed in tempo reale, i parametri della regolazione (vedi fig. 1) e le caratteristiche dei segnali di Set-Point e di disturbo. II software permette di osservare il processo in tempo reale mostrando a video il diagramma della grandezza regolata, del segnale regolante, del segnale di Set-Point, del segnale di disturbo in funzione del tempo (vedi fig. 2). Tale diagramma può essere stampato in qualsiasi momento mentre i campioni dei segnali ed i parametri di controllo possono essere salvati su file, in formato ASCII, o stampati. È anche possibile utilizzare il software esclusivamente per osservare il processo utilizzando per il controllo un regolatore esterno (es. il MiniReg opzionale). In questo caso è possibile trasmettere da software il Set-Point al regolatore. 4. Esperienze Studio del processo e delle componentistica industriale impiegata; Determinazione delle caratteristiche del sistema ad anello aperto; Determinazione delle caratteristiche del sistema ad anello chiuso con regolazione PID ed effetti delle tre azioni di regolazione, proporzionale, integrale, derivativa; Studio della stabilità del sistema nelle diverse condizioni e calibrazione delle diverse azioni di regolazione; Determinazione delle caratteristiche del sistema ad anello chiuso con regolazione On-Off ed effetti dei parametri del regolatore; Dimostrazione sull'uso di un regolatore locale di tipo elettronico con Set-Point remoto (con MiniReg opzionale). Page 2

13 5. Configurazione Richiesta PC Hardware PC minimo Pentium con Hard Disk (>10Gb) e CD drive, scheda grafica SVGA 800x600, mouse, RAM 32 MB, porta USB; Stampante grafica. Software MS-Windows XP o successivi. 6. Servizi Richiesti Alimentazione elettrica 220/240 V CA - 50/60 Hz 7. Pesi e Dimensioni Dimensioni: 750 x 450 x 750h mm Peso: 30 kg Fig. 3 - Sinottico generale 1. Vasca di raccolta acqua 2. Pompa centrifuga 3. Valvola manuale di regolazione flusso principale 4. Elettrovalvola di introduzione disturbo 5. Valvola per la limitazione manuale flusso di disturbo 6. Valvola manuale 7. Flussometro per lettura diretta flusso 8. Regolatore elettronico opzionale MiniReg 9. Apparecchiatura elettrica 10. Personal Computer (non incluso) 11. Resistenza elettrica di riscaldamento 12. Serbatoio in pirex con 2 sonde Pt Valvola di scarico X. Segnale regolante Y. Segnale grandezza controllata n. Segnale di disturbo T max Segnale per termostato di sicurezza

14 Cod. R00786/I 0308 Ed. 01 Rev. 03 In qualsiasi momento e senza preavviso, la Didacta Italia potrà apportare ai propri prodotti, ferme restando le caratteristiche essenziali descritte, le modifiche che riterrà opportune secondo le esigenze di carattere costruttivo o didattico. Page 4

15 AUTOMAZIONE E CONTROLLO DI PROCESSO CRF-CRF/E - Unità di Studio Controllo e Regolazione Flusso 1. Generalità II gruppo consente di analizzare il comportamento di un anello di regolazione in cui la grandezza regolata è il flusso di un liquido in un circuito. Rispetto ad altre grandezze come il livello o la temperatura il flusso varia in funzione del segnale regolante in modo molto più rapido. Ciò rende particolarmente interessante il problema della scelta della tecnica di controllo. Lo studente può analizzare l'effetto dei diversi parametri di regolazione sulle prestazioni della catena di regolazione e sulla stabilità del sistema e può familiarizzare con i componenti correntemente usati nelle applicazioni industriali, essendo l'impianto interamente realizzato con componentistica industriale. Il gruppo è disponibile in due versioni dove l elemento di regolazione è costituito rispettivamente da una valvola pneumatica (CRF) o da una valvola elettrica motorizzata (CRF/E). 2. Composizione Il gruppo CRF è composto da: Modulo di processo con valvola pneumatica e apparecchiatura elettrica (cod ); Software di controllo e monitoring CRS/F (cod ); Regolatore elettronico MiniReg (opzionale - cod ); Software Simulazione Controllo e Regolazione CRSS (opzionale - cod ); Elettrocompressore (opzionale - cod ). Il gruppo CRF/E è composto da: Modulo di processo con valvola elettrica e apparecchiatura elettrica (cod ); Software di controllo e monitoring CRS/F (cod ); Regolatore elettronico MiniReg (opzionale - cod ). I componenti opzionali sono descritti in schede separate. DIDACTA Italia S.r.l. - Strada del Cascinotto, 139/ Torino - Italy Tel Fax info@didacta.it

16 3. Descrizione Modulo di Processo e Apparecchiatura Elettrica Lo scopo del processo (vedi fig. 3) è quello di controllare il flusso di acqua nel circuito principale del sistema in presenza di un flusso di disturbo. Il flusso principale è creato dalla pompa centrifuga (2) ed è diretto verso la vasca di raccolta ed alimentazione (1) attraverso la valvola (14), normalmente aperta. Le valvole (11) e (12) consentono di creare un flusso indipendente di disturbo. Il valore della grandezza controllata viene acquisito attraverso un trasduttore a turbina (16), convertito in un segnale elettrico (Y) e fornito all'apparecchiatura elettrica (9). Il flussometro (13) consente invece la misura diretta dello stesso flusso. Il controllo avviene nel gruppo CRF attraverso la valvola pneumatica (3), e nel gruppo CRF/E attraverso la valvola elettrica motorizzata (15). Il controllo in catena chiusa può avvenire in diversi modi: via software, utilizzando il software CRS/F operante sul Personal Computer (10); tramite il regolatore elettronico opzionale MiniReg (8); Il controllo, di tipo PID (Proporzionale Integrale Derivativo), avviene confrontando il segnale corrispondente al flusso (Y) con un segnale di Set-Point, scelto dall'utente. Il regolatore provvede quindi a generare un segnale regolante (X) che agisce sulla valvola (3) o (15), variando il flusso principale in modo diretto. Il Personal Computer può inoltre controllare il flusso di disturbo generando un segnale (n) che agisce sulla elettrovalvola (12). L'apparecchiatura elettrica (9) comprende i comandi per i principali componenti elettrici del gruppo, la scheda di conversione AD/DA per interfacciare il Personal Computer attraverso la porta USB, un display digitale per la visualizzazione del valore istantaneo di flusso. Fig. 1 -Software CRS/F: Finestra di impostazione Set- Point Fig. 2 - Software CRS/F: Diagramma segnali in tempo reale Software di Controllo e Monitoring CRS/F II software di controllo e monitoring, operante in ambiente MS-Windows, consente la realizzazione di un controllo digitale via software di tipo PID. E possibile impostare, in modo indipendente ed in tempo reale, i parametri della regolazione e le caratteristiche dei segnali di Set-Point (vedi fig. 1) e di disturbo. II software permette di osservare il processo in tempo reale mostrando a video il diagramma della grandezza regolata, del segnale regolante, del segnale di Set-Point, del segnale di disturbo in funzione del tempo (vedi fig. 2). Tale diagramma può essere stampato in qualsiasi momento mentre i campioni dei segnali ed i parametri di controllo possono essere salvati su file, in formato ASCII, o stampati. È anche possibile utilizzare il software esclusivamente per osservare il processo utilizzando per il controllo un regolatore esterno (es. il MiniReg opzionale). In questo caso è possibile trasmettere da software il Set-Point al regolatore. 4. Esperienze Studio del processo e della componentistica industriale impiegata; Determinazione delle caratteristiche del sistema ad anello aperto; Determinazione delle caratteristiche del sistema ad anello chiuso con regolazione PID ed effetti delle tre azioni di regolazione: proporzionale, integrale, derivativa; Studio della stabilità del sistema nelle diverse condizioni e calibrazione delle diverse azioni di regolazione; Dimostrazione sull'uso di un regolatore locale di tipo elettronico con Set-Point remoto (con MiniReg opzionale); Page 2

17 5. Configurazione Richiesta PC Hardware PC minimo Pentium con Hard Disk (>10Gb) e CD drive, scheda grafica SVGA 800x600, mouse, RAM 32 MB, porta USB; Stampante grafica. Software MS-Windows XP o successivi. 6. Servizi Richiesti Alimentazione elettrica 220/240 V CA - 50/60 Hz Aria compressa: 5 bar; min. 200 l/min ( non richiesta con CRF/E) 7. Pesi e Dimensioni Dimensioni: 770 x 450 x 1000h mm Peso: 45 kg Fig. 3 - Sinottico generale 1. Vasca di raccolta acqua 2. Pompa centrifuga 3. Valvola pneumatica proporzionale (CRF) 4. Convertitore corrente / pressione (CRF) 5. Alimentazione aria compressa (CRF) 6. Manometro aria compressa (CRF) 7. Regolatore manuale pressione aria compressa (CRF) 8. Regolatore elettronico opzionale MiniReg 9. Apparecchiatura elettrica 10. Personal Computer (non incluso) 11. Valvola per la limitazione manuale flusso di disturbo 12. Elettrovalvola di introduzione disturbo 13. Flussometro per lettura diretta flusso 14. Valvola per la limitazione manuale flusso principale 15. Valvola elettrica motorizzata (CRF/E) 16. Trasduttore di flusso a turbina 17. Valvola di scarico X. Segnale regolante Y. Segnale grandezza controllata n. Segnale di disturbo

18 Cod. R00784/I 0308 Ed. 01 Rev. 03 In qualsiasi momento e senza preavviso, la Didacta Italia potrà apportare ai propri prodotti, ferme restando le caratteristiche essenziali descritte, le modifiche che riterrà opportune secondo le esigenze di carattere costruttivo o didattico. Page 4

19 AUTOMAZIONE E CONTROLLO DI PROCESSO CRP - Unità di Studio Controllo e Regolazione Pressione 1. Generalità Il gruppo consente di analizzare il comportamento di un anello di regolazione in cui la grandezza regolata è la pressione dell aria in un serbatoio. Il problema del controllo della pressione è tra i più comuni nella automazione di fabbrica e nel controllo di processo. Rispetto ad altre grandezze come il livello o la temperatura la pressione varia in funzione del segnale regolante in modo molto più rapido. Ciò rende particolarmente interessante il problema della scelta della tecnica di controllo. Lo studente può analizzare l effetto dei diversi parametri di regolazione sulle prestazioni della catena di regolazione e sulla stabilità del sistema e può familiarizzare con i componenti correntemente usati nelle applicazioni industriali, essendo l impianto interamente realizzato con componentistica industriale. Il sistema consente di svolgere tutte le prove attraverso il Personal Computer ed un apposito software per Windows. E adatto ad un laboratorio interdisciplinare poiché presenta contenuti meccanici, chimici, elettronici, informatici. 2. Composizione Il gruppo CRP è composto da: Modulo di processo con apparecchiatura elettrica (cod ); Software di controllo e monitoring CRS/P (cod ); Regolatore elettronico MiniReg (opzionale - cod ); Software Simulazione Controllo e Regolazione CRSS (opzionale - cod ); Elettrocompressore (opzionale - cod ). I componenti opzionali sono descritti in schede separate. DIDACTA Italia S.r.l. - Strada del Cascinotto, 139/ Torino - Italy Tel Fax info@didacta.it

20 3. Descrizione Modulo di Processo e Apparecchiatura Elettrica Lo scopo del processo (vedi fig. 3) è quello di controllare la pressione dell aria contenuta in un serbatoio metallico (17) in presenza di disturbi esterni. L aria è immessa nel serbatoio principale (17) attraverso un serbatoio polmone (19), tramite una valvola regolabile manualmente (18). All uscita dal serbatoio principale una valvola pneumatica proporzionale (13) regola la fuoriuscita di aria: agendo su di essa è possibile controllare la pressione interna al serbatoio in modo adeguato. Le valvole manuali (14) e (15) e l elettovalvola (16) consentono di inserire un secondo canale di uscita, in modo da simulare il verificarsi di disturbi indipendenti rispetto alla normale attività di regolazione. I manometri Bourdon a molla (6) e (12) consentono la misura rispettivamente della pressione nel serbatoio principale (grandezza regolata) e della pressione regolante che agisce sulla valvola pneumatica (13). Il valore della grandezza regolata (0 2.5 bar) viene acquisito attraverso un trasduttore di pressione di tipo estensimetrico (7). Il controllo in catena chiusa può avvenire in diversi modi: via software, utilizzando il software CRS/P operante sul Personal Computer (10); tramite il regolatore elettronico opzionale MiniReg (8); Il controllo, di tipo PID (Proporzionale Integrale Derivativo) avviene confrontando il segnale corrispondente alla pressione nel serbatoio (Y) con un segnale di Set-Point, scelto dall'utente. In funzione della logica di controllo il regolatore provvede quindi a generare un segnale regolante (X) che, convertito in un segnale di pressione attraverso il convertitore I/P (11), agisce sulla valvola pneumatica (13), variando il flusso in uscita dal serbatoio principale. Il Personal Computer può inoltre controllare il flusso di disturbo generando un segnale (n) che agisce sull elettrovalvola (16). L'apparecchiatura elettrica (9) comprende i comandi per i principali componenti elettrici del gruppo, la scheda di conversione AD/DA per interfacciare il Personal Computer attraverso la porta USB, un display digitale per la visualizzazione del valore di pressione nel serbatoio principale. Fig. 1 - Software CRS/P: Finestra impostazione parametri PID Fig. 2 - Software CRS/P: Diagramma segnali in tempo reale Software di Controllo e Monitoring CRS/P II software di controllo e monitoring, operante in ambiente MS-Windows, consente la realizzazione di un controllo digitale via software di tipo PID. E possibile impostare, in modo indipendente ed in tempo reale, i parametri della regolazione (vedi fig. 1) e le caratteristiche dei segnali di Set-Point e di disturbo. II software permette di osservare il processo in tempo reale mostrando a video il diagramma della grandezza regolata, del segnale regolante, del segnale di Set-Point, del segnale di disturbo in funzione del tempo (vedi fig. 2). Tale diagramma può essere stampato in qualsiasi momento mentre i campioni dei segnali ed i parametri di controllo possono essere salvati su file, in formato ASCII, o stampati. È anche possibile utilizzare il software esclusivamente per osservare il processo utilizzando per il controllo un regolatore esterno (es. il MiniReg opzionale). In questo caso è possibile trasmettere da software il Set-Point al regolatore. 4. Esperienze Studio del processo e delle componentistica industriale impiegata; Determinazione delle caratteristiche del sistema ad anello aperto; Determinazione delle caratteristiche del sistema ad anello chiuso con regolazione PID ed effetti delle tre azioni di regolazione, proporzionale, integrale, derivativa; Studio della stabilità del sistema nelle diverse condizioni e calibrazione delle diverse azioni di regolazione; Dimostrazione sull'uso di un regolatore locale di tipo elettronico con Set-Point remoto (con MiniReg opzionale); Page 2

21 5. Configurazione Richiesta PC Hardware PC minimo Pentium con Hard Disk (>10Gb) e CD drive, scheda grafica SVGA 800x600, mouse, RAM 32 MB, porta USB; Stampante grafica. Software MS-Windows XP o successivi. 6. Servizi Richiesti Alimentazione elettrica 220/240 V CA - 50/60 Hz Aria compressa: 5 bar, min. 200 l/min 7. Pesi e Dimensioni Dimensioni: 660 x 460 x 720h mm Peso: 40 kg Fig. 3 - Sinottico generale 1. Alimentazione aria compressa 2. Manometro alimentazione serbatoio ausiliario 3. Regolatore manuale alimentazione convertitore I/P 4. Manometro alimentazione convertitore I/P 5. Limitatore di pressione di sicurezza serbatoio ausiliario 6. Manometro pressione serbatoio principale 7. Trasduttore Pressione / Corrente 8. Regolatore elettronico opzionale MiniReg 9. Apparecchiatura elettrica 10. Personal Computer (non incluso) 11. Convertitore Corrente / Pressione 12. Manometro pressione regolante 13. Valvola pneumatica proporzionale 14. Valvola per la limitazione manuale flusso di disturbo 15. Valvola per l introduzione manuale disturbo 16. Elettrovalvola di introduzione disturbo 17. Serbatoio principale 18. Valvola manuale ingresso aria serbatoio principale 19. Serbatoio polmone ausiliario 20. Regolatore manuale alimentazione serbatoio ausiliario X. Segnale regolante Y. Segnale grandezza controllata n. Segnale di disturbo

22 Cod. R00785/I 0308 Ed. 01 Rev. 03 In qualsiasi momento e senza preavviso, la Didacta Italia potrà apportare ai propri prodotti, ferme restando le caratteristiche essenziali descritte, le modifiche che riterrà opportune secondo le esigenze di carattere costruttivo o didattico. Page 4

23 AUTOMAZIONE E CONTROLLO DI PROCESSO MINIREG - Regolatore Elettronico Programmabile - Cod Generalità Il Regolatore Elettronico Minireg è uno strumento ad alta affidabilità, realizzato con tecnologia digitale a microprocessore, in grado di regolare qualunque grandezza fisica acquisita tramite trasduttori con uscita elettrica di tipo normalizzato. Il regolatore può essere facilmente connesso ad un processo esistente. In particolare può operare direttamente con le unità Didacta CRL, CRF, CRT, CRP, MPCT, PN47D. 2. Caratteristiche Regolazione PID (Proporzionale, Integrale, Derivativa) Regolazione On-Off Set-Point impostabile sia manualmente in modo diretto sia esternamente a distanza; Impostazione di un Set-Point a rampa la cui pendenza è calcolabile su base di un ora; Possibilità di impostare allarmi di massima e minima indipendenti; Memoria per la conservazione dei parametri impostati; Semplice programmazione e richiamo dei dati tramite tastiera; Chiara visualizzazione di parametri e allarmi su display; Possibilità di Self-Tuning e determinazione automatica dei parametri di regolazione ottimale. 3. Servizi richiesti Alimentazione Elettrica: 220 V, monofase, 50/60 Hz 4. Peso e Dimensioni: Dimensioni: 250 x 160 x 160 h mm Peso: 3 kg DIDACTA Italia S.r.l. - Strada del Cascinotto, 139/ Torino - Italy Tel Fax info@didacta.it

24 Cod. R00019/I 0398 Ed. 01 Rev. 01 In qualsiasi momento e senza preavviso, la Didacta Italia potrà apportare ai propri prodotti, ferme restando le caratteristiche essenziali descritte, le modifiche che riterrà opportune secondo le esigenze di carattere costruttivo o didattico. Page 2

25 AUTOMAZIONE E CONTROLLO DI PROCESSO CRSS - Software di Simulazione Controllo e Regolazione - Cod Generalità Il CRSS è un software applicativo, interamente sviluppato dalla Didacta Italia, che permette di simulare processi industriali e quindi di studiare le tecniche di controllo relative. L utilizzazione di questo software offre due notevoli vantaggi: primo, permette di ridurre l investimento necessario per dotare il laboratorio di impianti reali; secondo, permette di ridurre notevolmente i tempi necessari alla conduzione delle prove. I processi predefiniti che si possono simulare sono: regolazione di livello; regolazione di temperatura; regolazione di pressione; regolazione della velocità di un motore a c.c. In alternativa ai processi predefiniti, è possibile impostare altri processi ricorrendo a modelli matematici. Inoltre si può simulare il regolatore per esempio PID, On/Off, eccetera. Infine, si può inserire un disturbo o un valore di set-point scelto fra una serie di funzioni predefinite. Attraverso una scheda di conversione AD/DA si può anche utilizzare il CRSS per regolare processi reali dotati di trasduttori con uscite normalizzate. 2. Descrizione 2.1 Ambiente Operativo Il software CRSS permette di configurare l ambiente operativo visualizzando le seguenti finestre: animazione del processo; diagramma in tempo reale di set point, grandezza controllata, segnale regolante e segnale di disturbo; schema a blocchi; strumenti virtuali. La configurazione dell ambiente operativo può essere poi salvata su disco in modo da poterla utilizzare nelle successive sessioni di lavoro. DIDACTA Italia S.r.l. - Strada del Cascinotto, 139/ Torino - Italy Tel Fax info@didacta.it

26 Fig. 1 - Schema a blocchi Fig. 2 - Definizione del processo 2.2 Definizione del Sistema Simulato Il CRSS consente di simulare sistemi che operano secondo lo schema a blocchi riportato in figura 1. Per definire un sistema simulato occorre caratterizzare i seguenti elementi: Processo Regolatore Disturbo Set Point Sorgente del disturbo Il processo può essere scelto tra quattro modelli predefiniti: livello, temperatura, pressione, motore c.c.. In alternativa, è possibile descrivere il processo matematicamente attraverso la funzione di trasferimento nella frequenza complessa s (del primo o del secondo ordine) oppure attraverso la sua trasformata z. Il regolatore può essere di tipo PID (Proporzionale Integrativo Derivativo) oppure On-Off, fornendo in ciascun caso i relativi parametri. In alternativa anche il regolatore può essere descritto per via matematica. Il Set Point e il segnale sorgente del disturbo vengono definiti scegliendo tra una lista di funzioni (gradino, impulso, continua, onda quadra, onda sinusoidale, ecc.) e fornendo i parametri necessari a definire il segnale nei diversi casi. La configurazione del sistema simulato può essere salvata su file per essere ricaricata in sessioni di lavoro successive. 2.3 Conduzione delle prove di simulazione Una volta definito il sistema simulato è possibile analizzarne il comportamento nel tempo. La simulazione può avvenire in tempo reale o simulato. Nel secondo caso è possibile definire liberamente la velocità di esecuzione della prova, rendendola molto veloce. E anche possibile operare in tempo discreto, procedendo un istante alla volta su comando dell utente. Durante la prova è possibile osservare il comportamento del sistema attraverso un animazione realistica e attraverso le altre finestre selezionate nell ambiente operativo. E anche possibile interagire con il sistema modificandone i parametri durante l esecuzione, sospendere, interrompere o ricominciare la simulazione. Al termine è possibile salvare su disco l intera simulazione e/o stampare i diagrammi e i valori istantanei dei segnali. I dati salvati su disco (in formato Testo) possono essere ricaricati per riesaminare la prova in tempi successivi ed esportati facilmente in altri programmi (Excel, Access, MathLab ) per successive analisi. Page 2

27 Fig.3 - Definizione del regolatore Fig. 4 - Conduzione della prova 3. Esercitazioni Risposta dinamica dei processi (prova a catena aperta) - Processo termico: risposta al gradino. - Motore CC: risposta al gradino. - Processo termico: risposta in frequenza. - Motore CC: risposta in frequenza. Prove di controllo a catena aperta - Processo termico: regolazione manuale senza disturbo. - Processo termico: regolazione manuale con disturbo. Controllo a catena chiusa - Regolatore puramente proporzionale. - Regolatore proporzionale integrale. - Regolatore proporzionale integrale derivativo. - Regolazione instabile. - Saturazione del regolatore. 4. Configurazione richiesta PC PC IBM o compatibile min. Pentium con Hard Disk, CD ROM, scheda grafica SVGA, mouse, RAM min. 64 MB. Stampante grafica. Software: MS-Windows 98, NT, 2000, XP. Cod. R00260/I 0600 Ed. 01 Rev. 01 In qualsiasi momento e senza preavviso, la Didacta Italia potrà apportare ai propri prodotti, ferme restando le caratteristiche essenziali descritte, le modifiche che riterrà opportune secondo le esigenze di carattere costruttivo o didattico.