Regolazione temperatura freezer industriale (con s7 300)

[DesmoGiec]

Ciao ragazzi,
vi chiedo aiuto per una regolazione di temperatura di un freezer industriale usato per raffreddamento e mantecazione di creme per dolci.
Vi do i dettagli del sistema:
    • PLC usati, siemens s7 300 (di vari tipi, non sono tutti lo stesso modello, e di freezer ne abbiamo una ventina)
    • Termoregolazione: i freezer hanno un compressore, sotto inverter, con scambiatore acqua/freon ed una valvola proporzionale che gestisce il flusso di freon
    • Il produttore ha usato i blocchi di mamma siemens per effettuare la regolazione pid (i continuos control), ma diciamo pure che non va.
      Quando il pv supera l'sp, compressore e valvola vanno a chiodo e la capacità di raffreddamento è fin troppo elevata.
      Quando il pv è sotto l'sp, compressore e valvola si chiudono ed il freezer non riesce a raffreddare adeguatamente.
      Sostanzialmente, questo pid non è un pid ma funziona on/off
      
      
Io ho provato a rifare la regolazione da 0, utilizzando tutte le possibili combinazioni di p i d, ma ci sono alcune variabili da tenere in considerazione. Variabili che mi fanno uscire un po matto :\
Cominciamo con i prodotti usati.
Le creme sono diverse e di diverso tipo, significa quindi con diverse densità e diverse temperature di lavorazione.
Mediamente le creme entrano nei freezer a circa 50/60°C. La temperatura media di lavorazione, per ottenere una buona mantecatura con l'azoto, si aggira sui 1/2°C.
L'abbattimento della temperatura (e la mantecazione) è garantito da una camera d'agitazione nella quale la crema viene letteralmente sbattuta da una sorta di agitatore, che garantisce l'assorbimento dell'azoto ma anche scambio termico.
Questo agitatore (ovviamente..) gira a 600rpm. Ma alcune creme, per non venir troppo stressate, usano l'agitatore a velocità più basse. Questo significa che anche lo scambio termico ne risente, rallentando il raffreddamento.
L'altra variabile è la portata del prodotto.
Per alcune lavorazioni usiamo portate di 300 KG/h, per altre 500/600.
Il tempo di permanenza nel cilindro di raffreddamento varia di conseguenza, ed io non riesco ad ottenere una regolazione buona.
C'è inoltre da dire che, alla modulazione della valvola propozionale, i risultati del cambiamento di temperatura li noto dopo un periodo di tempo più o meno lungo, circa 2 minuti.
Purtroppo a lavoro ho un milione di lavori da seguire, e non mi son mai messo a cercare di creare una regolazione pid fatta ad hoc, senza magari usare i blocchi siemens.
Per levarmi una variabile, ossia la velocità del compressore, ho provato anche a vincolare la velocità a 50Hz, che significa usare il compressore a circa l'80%. Volevo quindi regolare solo la variazione di freon tramite la valvola proporzionale.

Avete qualche consiglio da darmi?
Se servono altri dettagli, chiedete pure!

 

 

Edit:

probabilmente ho omesso una piccola parte.

La difficoltà sta nello trovare una regolazione "morbida" e lineare.

Le prove che ho fatto hanno dato risultati troppo rapidi in un sistema troppo lento a rispondere ma con grande sensibilità anche al piccolo cambiamento.

Ho provato anche ad aumentare il tempo di campionamento, son passato da pochi decimi a qualche secondo.

Ma i risultati, lenti o veloci che siano stati, hanno sempre avuto grandi oscillazioni, il problema principale del sistema.

[Livio Orsini]

Se c'è una valvola proporzionale ed un compressore controllato da inverter non capisco perchè debba lavorare tutto o niente.

L'uscita del PID cosa comanda e come comanda. In tutta la tua desrizione non hai scritto niente  aquesto proposito.

C'è un riferimento proporzionale per la valvola?

C'è un riferimento proporzionale per la velocità del compressore?.

 

Basta escludere integrale e derivativo, mettere il guadagno proporzionale basso e verificare, per prima cosa, come vanno i riferimenti della valvola e/o del compressore

[DesmoGiec]

Il pid gestisce direttamente il riferimento analogico.

Un pid per valvola, un pid per compressore.

La valvola lavora in 4-20, l'inverter 0-10.

Come detto, il compressore ho provato a tenerlo fisso a 50Hz, per avere meno variabili d'ambiente

(e perchè, soprattutto, se lavora abbastanza lentamente si innescano basse pressioni d'olio nel circuito e va in stallo. Preferisco quindi farlo lavorare costante ed agire solo sulla valvola)

La valvola, usando solo il fattore p, modula correttamente in base al guadagno impostato (con il pid del produttore invece faceva on/off, andando al max o min impostato)

Quello che non mi riesce è avere una regolazione lineare del sistema

 

[Livio Orsini]

Ma forse perchèil sistema non è lineare.

[DesmoGiec]

Certo, può essere tutto.

Il mio obiettivo è quello, però, di far lavorare al meglio quello che ho sottomano.

Non ricerco la regolazione perfetta per carità, il sistema in se non lo permette troppo.

Ma eliminare le grandi oscillazioni di temperatura, o almeno ridurle ampiamente, sarebbe già un risultato

[Livio Orsini]

Non confondiamo un sistema stabile con uno lineare.

Se oscilla non è stabile, ovvero non è ottimizzato e tarato in modo acconcio.

 

Io ti consiglio di agire in questo modo.

Blocca la velocità del compressore a 50Hz.

Escludi le componenti integrale e derivativo.

Metti il proporzionale ad un guadagno basso, poi dai una variazione di set poi a gradino ed osserva il comportamento del sistema. Cresi il guadagno sino a che la risposta al gradinon comincia a manifestare instabilità; sei già al limite quando hai una sovraelongazione significativa.

Riduci un poco il guadagno proporzionale ed inserisci un integrale lento. (tempo di integrazione lungo)

Poi cresci la velocità dell'integrale diminuendone il tempo di integrazione, sino ai primi sintomi di instabilità.

 

Se proprio non è indispensabile non inserirei il derivativo.

 

Una volta ottimizzato questo anello, prova a variare a gradini la velocità del compressore ed osservane il funzionamento, in modo da capirne l'influenza.

 

Io userei i 2 anelli in  parallelo dove la velocità del comnpressore funge da regolazione grossolana e quella della valvola da regolazione fine.

 

Nella sezione didattica, sottosezione elettrotecnica c'è un link  ad un mio tutorial sulle regolazioni, magari potrebbe suggerirti qualche idea. Il link alla sezione lo trovi sotto la mia firma.

[DesmoGiec]

Grazie Livio.

Guarderò da casa appena riesco (qui a lavoro, assurdamente, il forum funziona, ma nella sezione didattica non mi fa entrare per "policy aziendale").

Settimana prossima farò i test da te consigliati!

Thanks!