PID in cascata per impianto di sterilizzazione

[marco1278]

Ciao,

apro questa discussione perché avrei bisogno di un parere su un sistema di regolazione.

Ho un impianto di sterilizzazione per prodotti alimentari liquidi che in poche parole è composto da due tubi metallici coassiali.

Nel tubo interno scorre il prodotto mentre in quello esterno scorre acqua surriscaldata prodotta da uno scambiatore vapore/acqua.

 

Nel sistema sono presenti:

- sensori di temperatura in entrata e in uscita del prodotto

- sensori di temperatura in entrata e in uscita dell’acqua

- valvola modulante del vapore

- pompa dell’acqua a inverter

- sensore di portata dell’acqua 

 

Il programma a PLC gestisce il sistema in questo modo:

1. Un PID1 lavora sulla temperatura del prodotto in uscita e riceve in ingresso un SETPOINT_RICETTA. Questo pid genera in uscita un segnale 0-100%.

2. Un PID2 lavora sulla temperatura dell’acqua di riscaldo e genera un segnale 0-100% che comanda la valvola del vapore.

Questo pid riceve in ingresso un riferimento calcolato come: SETPOINT_RICETTA + K*OUT_PID1

3. Il valore K è impostato a nei parametri generali

4. Un PID3 gestisce la portata dell’acqua di riscaldo agendo sulla velocità della pompa.

 

L’impianto lavora con SETPOINT_RICETTA = 95 °C o 130 °C gradi e K =10 °C.

 

Con questo sistema la temperatura dell’acqua di riscaldo può variare  da 95-105 °C o 130-140 °C.

 

Da progetto il costruttore ha calcolato appunto 10 °C di delta tra acqua di riscaldo e prodotto, ma l’impianto è lentissimo a reagire e in alcuni casi anche se OUT_PID1 è al 100% la temperatura del prodotto non raggiunge il setpoint ma rimane piuttosto bassa di 5 °C.

 

Stavo pensando di variare la regolazione ma non saprei proprio come fare.

 

Qualcuno ha qualche consiglio da darmi?

 

Grazie 

 

Ciao

Modificato: 14 ore fa da marco1278

[drn5]

Così su due piedi senza altre info direi che c'è poca superficie di scambio e/o il prodotto transita troppo velocemente.

[acquaman]

Che differenza c'è tra la temperatura di ingresso e di uscita dell'acqua? puoi provare a variare la portata, per vedere se cambia qualcosa, alle volte un flusso troppo veloce non permette lo scambio di calore.

[Livio Orsini]

Per aumentare la velocità di riscaldo del prodotto bisogna agire sulle due portate: aumentare al massimo la portata dell'acqua di riscaldo, diminuire la portata del prodotto; inoltre cercare di mantenere la temperatura d'ingresso dell'acqua di riscaldo al massimo.

 

Però per un'analisi più precisa e puntuale del sistema mancano tutti dati.

Modificato: 4 ore fa da Livio Orsini

[marco1278]

Ciao, grazie per le risposte.

 

L’impianto riscalda il prodotto, lo mantiene alla temperatura per un tempo di sosta 10 secondi (facendolo scorrere in un tubo di lunghezza definita) e poi lo raffredda con un sistema uguale a quello di riscaldo ma con acqua gelida.

La portata del prodotto è 150kg/h e deve rimanere costante altrimenti cambia il tempo di sosta.

 

La differenza di temperatura dell’acqua di riscaldo è circa 5 gradi. Entra a 140 e esce a 135.

Ho provato a variare la portata e chiaramente varia anche la tramissione del calore e il delta T.

 

L’impianto prima di processare il prodotto viene messo a regime con acqua che continua a circolare ad anello (riscaldo, sosta, raffreddamento). C’è proprio questa fase di ASSESTAMENTO di 20 minuti che serve per far stabilizzare i PID.

Poi al momento della produzione viene pompato dentro il prodotto, che è alla stessa temperatura dell’acqua prima del trattamento termico, e il prodotto stesso spinge fuori l’acqua.

 

Il mio dubbio sono i due PID in cascata. Volevo provare a comandare la valvola del vapore direttamente dall’uscita del PID1 per vedere se si riesce a velocizzare la risposta.

 

Con acqua l’impianto riesci a raggiungere la condizione di regime, ma quando arriva il prodotto, che è più viscoso, inizia a perdere temperatura e non raggiunge più la temperatura di progetto.

 

[Livio Orsini]

21 minuti fa, marco1278 ha scritto:

l mio dubbio sono i due PID in cascata. Volevo provare a comandare la valvola del vapore direttamente dall’uscita del PID1 per vedere se si riesce a velocizzare la risposta.

 

La velocità di risposta non dipende dal PID che, tra l'altro da come lo hai descritto, è un proporzionale puro. La velocità di risposta dipende dalle costanti fisiche del processo.

Per elevare una quantità x di liquido di y gradi, è necessaria una ben determinata quantità di calore. Quindi per aumentare la velocità con cui il liquido raggiunge la temperatura voluta, o si accrece la temperatura delll'elemento riscaldante o si diminuisce la quantità di liquido da riscaldare. Questa è una legge fisica ben precisa e non c'è possibiità di fare altrimenti.

[acquaman]

Se non puoi cambiare le temperature puoi solo agire sulla portata di acqua, fai delle prove a portate differenti fino a trovare la soluzione migliore la temperatura in uscita più alta.
Oltre puoi solo agire sulla temperatura dell'acqua.

[Marco Fornaciari]

Si, va bene tutto, ma con quei numeri relativi a portate e temperature stiamo parlando di tolleranze attorno/minore al 5%, è dura fare qualcosa di più preciso in ambiente industriale di produzione.

Tra l'altro 150 l/h sono una portata molto piccola: 0,041 litri al secondo, è dura fare un sistema di regolazione a PID che funzioni come desidera il tecnologo o/e il processo di produzione.

Lì bisogna riprogettare tutta quella parte di macchina, magari usando come riscaldante delle resistenze elettriche suddivise in più sezioni, e comandate in PWM.

 

Meglio PID indipendenti ovvero non usare proprio i PID: già nel 1990 ho risolto qui problemai senza PID ma utilizzandole media continue a facendo modificare la macchina (c'erano proprio degli errori di base da meno che principianti: ho ottenuto curve piatte di pressione e portata vapore dopo una rampa in autoacquisizione e autoregolazione di meno di un minuto, parlo di 5000 + 5000 mc/h di vapore.

Il sistema lo ho utilizzato anche in altri contesti con gli stessi risultati.