Che cos'è il controllo in cascata?
Il controllo a cascata si riferisce a una strategia di controllo di processo in cui una variabile di processo viene controllata manipolando il setpoint di una variabile di processo correlata. In questa particolare strategia, la variabile di interesse è controllata da due circuiti di controllo che lavorano in tandem. Nelle industrie di processo chimico, un sistema di controllo a cascata viene spesso utilizzato per ridurre l'effetto di disturbi e sconvolgimenti sull'obiettivo di controllo primario.
Un loop di controllo in cascata è costituito da un loop primario e un loop secondario. Questi loop potrebbero anche essere definiti rispettivamente loop esterno e loop interno. Il loop primario fornisce al loop secondario un setpoint, o target, per un processo correlato all'obiettivo di controllo primario. Il loop primario è talvolta noto come loop master perché fornisce un setpoint che deve essere seguito dal loop secondario o loop slave.
Lo scopo principale dell'utilizzo del controllo in cascata come strategia di controllo del processo è quello di consentire al circuito secondario di controllare i disturbi prima che possano influenzare l'obiettivo di controllo primario. Affinché questo sistema di controllo funzioni in modo efficace, la dinamica del processo del circuito secondario deve essere molto più veloce della dinamica del circuito primario. Come regola generale, la dinamica del processo del loop secondario deve essere almeno quattro volte più veloce della dinamica del processo del loop primario.
L'applicazione più comune del controllo in cascata per la maggior parte dei processi chimici prevede l'uso di un controller di flusso come circuito secondario. La maggior parte dei controller di flusso ha un tempo di risposta molto rapido, rendendoli candidati idonei per i loop secondari. I circuiti primari tendono a concentrarsi su variabili quali temperatura, livello, livelli di potenziale idrogeno (pH) o composizione chimica.
Il controllo in cascata non è necessariamente limitato ai sistemi basati solo su due circuiti di controllo. Le disposizioni a cascata multiple funzionano allo stesso modo di un circuito di controllo a cascata tradizionale ma hanno più di due circuiti. Ad esempio, un analizzatore di composizione chimica e un circuito di controllo con un tempo morto lungo potrebbero fare affidamento su un circuito di controllo della temperatura per eliminare i disturbi del processo. Il circuito di controllo della temperatura potrebbe quindi fare affidamento su un controller ancora più veloce, come un controller di flusso.
Esistono diversi fattori che sono rilevanti nello sviluppo dei controller in cascata per un determinato processo. Ad esempio, un ingegnere di controllo dovrebbe considerare se un circuito secondario scelto ha avuto un forte effetto sul circuito primario di interesse. L'ingegnere dovrebbe anche conoscere le dinamiche di processo del circuito secondario proposto. Tali fattori potrebbero determinare se il circuito secondario proposto è in grado di assorbire i disturbi del processo e impedire loro di influenzare il circuito primario.