CD Automation fornisce un’ampia gamma di regolatori per il controllo e la regolazione di impianti industriali single loop, multi loop, programmabili, universali e a più zone di intervento. La gamma comprende prodotti di CD Automation, ma anche Fuji, West, PMA e CAL.
Cerchiamo oggi di indagare la funzione dei regolatori e in particolare di proporre un confronto tra il controllo on/off (acceso/spento) e quello proporzionale.
Cosa sono i regolatori?
I regolatori si inseriscono nella rassegna della strumentazione di controllo, la quale può essere definita come l’insieme degli strumenti di misura, regolazione e monitoraggio dei processi industriali. Per controllare con precisione una variabile di processo, senza l’intervento dell’operatore, si impiega infatti un sistema di controllo, il quale si basa su un dispositivo che accetta in ingresso un segnale, come ad esempio una termocoppia o RTD. Questi, nel caso di termoregolazione, confronta la temperatura effettiva con la temperatura di controllo desiderata, o setpoint, e fornisce un’uscita ad un elemento di controllo, come un riscaldatore o ventilatore.
Come funzionano?
I regolatori permettono dunque, tramite l’impostazione del valore della variabile di processo desiderata (setpoint), di controllare e di mantenere costante il dato prefissato, confrontando il valore rilevato dal sensore con quello impostato dall’utilizzatore.
Esistono tre categorie principali di funzionamento dei regolatori: controllo on/off, proporzionale e PID.
Il controllo PID
Partiamo dalla terza tipologia di dispositivo di controllo. I regolatori PID forniscono un controllo Proporzionale-Integrale-Derivativo (PID). Il controller combina il controllo proporzionale, che presenteremo a breve, con due ulteriori correzioni, dipendenti dal tempo, che aiutano l’unità a compensare automaticamente i cambiamenti nel sistema. Queste regolazioni consentono un controllo del processo estremamente stabile in applicazioni in cui i requisiti di carico del sistema cambiano frequentemente. Tale modalità richiede un’accurata regolazione di tutti i parametri per funzionare correttamente.
Controllo on/off: di cosa si tratta?
Entriamo ora nel vivo dell’argomento odierno, analizzando il funzionamento dei regolatori on/off. Il controllo acceso/spento è la forma più elementare per il controllo ad esempio della temperatura. L’uscita del dispositivo è attivata (acceso) o disattivata (spento), senza stato intermedio. Nel caso di regolazione della temperatura ciò significa che la fonte di calore funziona a piena potenza e viene spenta o accesa a seconda della temperatura del sistema. La maggior parte delle persone ha familiarità con questo concetto, in quanto è utilizzato dai termostati degli appartamenti.
Il differenziale on/off
Il meccanismo è però meno banale di quanto si immagini. Tali regolatori sono infatti dotati di una funzione nota come differenziale on/off o isteresi. Questo differenziale necessita che la temperatura superi il valore di riferimento di una certa quantità prima di spegnere o accendere l’uscita. Il differenziale on/off impedisce, inoltre, all’uscita di oscillare velocemente quando la temperatura cambia in modo repentino attorno al valore di riferimento, causando possibili danni al relè, ai contattori o alle valvole.
Controllo proporzionale: di cosa si tratta?
I regolatori proporzionali spezzano invece il ciclo on/off, riducendo la potenza media fornita al riscaldatore, quando la temperatura si avvicina al setpoint. Questo ha l’effetto di rallentare il riscaldatore in modo che lo stesso non superi il valore di riferimento, avvicinandosi allo stesso e mantenendo una temperatura stabile.
L’azione proporzionale agisce all’interno di un intervallo di valori attorno alla temperatura di riferimento o setpoint. Fuori da questo intervallo il dispositivo agisce invece come un’unità on/off.
Come funzionano i controllori proporzionali?
All’interno dell’intervallo di riferimento l’uscita viene accesa e spenta in proporzione alla differenza di misura dal valore di riferimento. Al valore di riferimento (punto medio della banda proporzionale) il rapporto d’uscita on:off è 1:1; ciò significa che i tempi di accensione e spegnimento sono uguali. Se la temperatura è più lontana dal valore di riferimento, i tempi di on e off variano in proporzione alla differenza di temperatura. Se la temperatura è al di sotto del valore di riferimento, l’uscita sarà mantenuta accesa più a lungo, se la temperatura è troppo alta, l’uscita sarà mantenuta invece off più a lungo.
Quando il processo è regolato correttamente, la potenza in uscita dal controller corrisponde esattamente ai requisiti del processo e si raggiunge quindi un controllo completamente stabile. Un vantaggio impossibile da ottenere con il controllo on/off.
Si può utilizzare il controllo proporzionale con dispositivi che possono essere solo accesi o spenti?
Giunge spontaneo chiedersi come si possa impiegare il controllo proporzionale con dispositivi che dispongono solo dello stato acceso/spento, come relè o elettrovalvole. Bisogna, però, considerare come tali dispositivi possano essere accesi o spenti per una parte del tempo. Per esempio, averli accesi per il 50% del tempo equivale a impiegare il 50% della potenza. Se si imposta un tempo di ciclo di 8 secondi, con l’uscita attiva per 2 e spenta per 6, si impiega il 25% della potenza. Lo stesso si verifica con un ciclo di 64 secondi: 16 acceso e 48 spento. Nel secondo caso, però, il numero di cicli di commutazione verrebbe ridotto considerevolmente. E si tratta di un dato non indifferente.
Non si può semplicemente utilizzare un tempo di ciclo lungo?
Potrebbe sembrare quindi che un tempo di ciclo lungo sia sempre ottimale per ridurre la quantità di usura dei dispositivi meccanici durante il processo. Tuttavia un tempo di ciclo lungo non favorisce un controllo puntuale. Se si imposta infatti un tempo di ciclo eccessivamente lungo il rischio di oscillazione aumenta, come si verifica per il controllo on/off.
Quali valutazioni vanno fatte?
Come per altri aspetti del controllo di processo, il compromesso è dunque indispensabile. Ma, in linea generale, è meglio impostare un tempo di ciclo lungo, se questo consente un controllo adeguato del processo. Un’eccezione può essere fatta nel caso in cui quest’ultimo sia di natura solida. Tale opzione consente infatti di impostare un tempo di ciclo notevolmente inferiore.</
Perché ricorrere a un controllo on/off?
Al netto della maggiore stabilità garantita dal controllo proporzionale, perché si dovrebbe puntare su un controllo on/off?
La semplicità dei regolatori on/off può attrarre gli utenti, se il processo non richiede un elevato livello di stabilità. A differenza del controllo proporzionale, quello on/off ha solo un parametro da regolare: il differenziale on/off.
Ci sono, inoltre, alcuni contesti in cui non è appropriato l’utilizzo di regolatori con controllo proporzionale. Ad esempio, per il compressore di un frigorifero è opportuno investire in regolatori on/off. I compressori, infatti, non possono essere accesi e spenti frequentemente, come richiederebbe un controllo proporzionale.
Una scelta cruciale per il tuo processo
Poste queste considerazioni, in linea generale, per una maggiore stabilità dei processi, è comunque preferibile ricorrere al controllo proporzionale.
La scelta del corretto regolatore per ciascun processo va però valutata con attenzione, attraverso il supporto di un team di esperti.
Ed è proprio l’esperienza che CD Automation mette a disposizione dei propri clienti, offrendo una gamma di prodotti, propri e di altre aziende, di primissima categoria, oltre a soluzioni atte a rispondere alle esigenze di ciascun processo e a incrementare il ciclo di vita dei diversi componenti.
Sei dunque interessato a ricevere una consulenza dall’équipe di CD Automation per scegliere il regolatore più adatto per i tuoi obiettivi? Contattaci! Riceverai indicazioni strategiche per garantire la maggiore stabilità ai tuoi processi e allungare la vita di relè, contattori e valvole.
