Capitolo 1
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1.1 Introduzione
Il monitoraggio delle prestazioni di sistemi controllati (Control Loop Performance Monitoring: CLPM) ha un ruolo di primaria importanza nell’ottimizzazione della conduzione degli impianti, come richiesto dalle crescenti esigenze di efficienza e di competitività dell’industria. L’obiettivo è un’analisi automatica per individuare gli anelli di regolazione a bassa prestazione perché caratterizzati da risposte lente o oscillanti, comprendere le cause di tali fenomeni e fornire all’operatore dei suggerimenti su come intervenire.
In questo capitolo verrà effettuata una trattazione sulle problematiche generali del monitoraggio dei sistemi controllati, in particolare verranno sviluppati i seguenti argomenti:
¾ Caratteristiche generali dei Sistemi di Controllo Distribuiti (DCS) commerciali, usati industrialmente per controllare i processi di una larga tipologia di impianti e peculiarità del DCS in uso presso la raffineria Eni di Livorno
¾ Descrizione degli algoritmi implementati nel PCU che permettono di individuare la presenza di risposte lente (Test sulla risposta lenta) e oscillanti (Test di Hägglund, 1995)
¾ Introduzione al fenomeno dell’attrito nelle valvole e analisi di alcune tecniche automatiche per la sua individuazione (Bicoerenza, Cross-Correlazione, Relay e Test di Yamashita)
1.2 Sistemi di controllo distribuiti
Per controllare i processi di una larga tipologia di impianti, che possono essere caratterizzati da centinaia di anelli di regolazione, vengono utilizzati dei Sistemi di Controllo Distribuiti (DCS) commerciali. Esistono vari produttori che offrono DCS anche molto diversi tra loro; i più grandi sono la Bailey, la Emerson-Fisher, la Foxboro e la Honeywell.
Un generico sistema di controllo distribuito deve essere facile da configurare e da modificare, e deve essere in grado di comandare un numero elevato di anelli di controllo. Un DCS comprende un numero elevato di anelli di regolazione operanti sulle singole variabili di processo, che sono gestiti da sistemi di controllo a livello superiore con funzione di supervisione e ottimizzazione. Tra i diversi componenti viene realizzato un intenso scambio di dati, trasferendo informazioni sullo stato del processo e sulle modifiche da effettuare (set-point, parametri del regolatore, ecc…). Da un punto di vista prettamente informatico, un DCS consiste in un certo numero di nodi basati su microprocessori che sono interconnessi da una rete di comunicazione digitale, spesso chiamata “autostrada dei dati”. Le funzioni di controllo dei processi possono essere distribuite funzionalmente e/o geograficamente. Una distribuzione funzionale permette di raggruppare e implementare funzioni di controllo collegate in un singolo nodo. Una distribuzione geografica, invece, permette ai nodi del controllo di processo di essere fisicamente posizionati vicino alle apparecchiature messe sotto controllo. Dato che i nodi all’interno del DCS sono collegati tra loro attraverso una connessione veloce, questi possono essere fisicamente lontani centinaia di metri. Gli elementi di un generico DCS sono mostrati in fig. 1.2.1. Un numero elevato di computer locali sono connessi al processo: ognuno di essi è responsabile del rilevamento di alcuni processi e di una parte dell’azione di controllo locale. Questi riportano i risultati delle misurazioni e dell’azione di controllo imposta ad altri computer attraverso l’autostrada di dati. L’autostrada rende poi disponibili le informazioni agli schermi delle varie postazioni di controllo degli operatori, invia nuovi dati e richiama dati storici dall’archivio, e connette il computer di controllo principale alle altre parti della rete. Un computer di supervisione è, invece,
