PROCESS INSTRUMENTATION AND CONTROL/STRUMENTAZIONE E CONTROLLO DEI PROCESSI CHIMICI

Ingegneria Alimentare - Food Engineering PROCESS INSTRUMENTATION AND CONTROL/STRUMENTAZIONE E CONTROLLO DEI PROCESSI CHIMICI

0622800034
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
INGEGNERIA ALIMENTARE
2017/2018



ANNO CORSO 1
ANNO ORDINAMENTO 2016
SECONDO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
660LEZIONE
Obiettivi
Conoscenza e comprensione
Comprensione della terminologia utilizzata per la misura delle grandezze di processo, la strumentazione di processo, le valvole industriali, la regolazione ed il controllo automatico degli impianti di processo.
Conoscenze dei principi fondamentali per le misure di temperatura, pressione, portata, livello.
Analisi dei sistemi dinamici lineari con la trasformata di Laplace.
Comprensione del concetto di controllo in retroazione (feedback).

Conoscenza e capacità di comprensione applicate - analisi ingegneristica
Il corso mira a fornire agli studenti le conoscenze preliminari e di base per affrontare la regolazione degli impianti ed il controllo automatico di processo.
Saper scegliere il sensore giusto per la misura delle principali variabili di processo in un impianto industriale. 
Sviluppare semplici modelli dinamici macroscopici di singole apparecchiature tipiche dell’industria chimica ed alimentare.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate – progettazione ingegneristica
Effettuare la scelta ed il dimensionamento di massima della valvola di regolazione.
Elaborare semplici schemi di controllo in retroazione, scegliere il controllore come regolatore singolo ed impostarne i parametri (tuning). 

Autonomia di giudizio – pratica ingegneristica
Comprendere principi e contenuti della documentazione tecnica di sensori e valvole, sia da laboratorio che per l’industria di processo.
Saper valutare caratteristiche e vantaggi tra le varie tipologie di sensori e valvole per l’industria di processo.
Saper effettuare una lettura di massima di un Piping and Instrumentation Diagram (P&ID). 

Capacità trasversali - capacità di apprendere
Riconoscere le grandezze di processo, la strumentazione di processo, le valvole industriali, la regolazione ed il controllo automatico degli impianti di processo sulla base della loro terminologia in lingua inglese.
Saper applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, ed approfondire gli argomenti trattati usando materiali diversi da quelli proposti.

Capacità trasversali - capacità di indagine
Saper effettuare un’indagine preliminare di mercato per scegliere un sensore industriale o da laboratorio.
Saper effettuare un’indagine preliminare di mercato per scegliere una valvola o un rubinetto da laboratorio.
Distinguere le differenze nel comportamento dinamico di un processo chimico o alimentare nella configurazione ad anello aperto (open loop) o chiuso (closed loop).
Prerequisiti
Per il proficuo raggiungimento degli obiettivi prefissati, sono richieste le conoscenze matematiche di base, in particolare per le equazioni differenziali ordinarie, la padronanza sui bilanci macroscopici di materia e di energia in condizioni non stazionarie nonché le conoscenze di base di termodinamica e fluidodinamica. 
Contenuti
Proprietà generali dei sensori. Strumenti e tecniche di misura di temperatura, pressione, livello, portata. h Lez. 12 h Eserc. 1 h Lab. 1
Classificazioni e tecnologia delle valvole. Valvole di regolazione: definizioni, coefficiente di efflusso, caratteristica intrinseca, caratteristica installata, cavitazione e flashing, dimensionamento di massima. . Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) h Lez. 10 h Eserc. 5 h Lab. 0 
Definizioni e proprietà; risoluzione di ODE con Laplace; antitrasformazione in fratti semplici. Concetto di Funzione di trasferimento h Lez. 5 h Eserc. 1 h Lab. 0
Concetto di variabile di stato; modelli ingresso-stato-uscita. Sistemi dinamici lineari di riferimento: 1° ordine, 2° ordine, ritardo di trasporto. Linearizzazione di semplici sistemi dinamici non-lineari. Modello First-order-plus-dead-time (FOPDT). h Lez. 8 h Eserc. 3 h Lab. 0
Diagramma a blocchi del controllo in retroazione: sensori, trasmettitori, controllori, attuatori, elementi finali di controllo, linee di segnali. Variabili caratteristiche: set point, load, variabile manipolata, variabile controllata. Problema della regolazione e del servomeccanismo. Risposta open loop e closed loop nel dominio di Laplace. Il problema dell’offset. Concetto di stabilità BIBO h Lez. 5 h Eserc. 1 h Lab. 0
Controllori a relay e PID. Criteri di prestazione del controllore. Tuning dei controllori della classe PID: metodi open loop: Cohen-Coon, IMC, 1° Ziegler-Nichols; metodi closed loop: 2° Ziegler-Nichols. h Lez. 6 h Eserc. 1 h Lab. 1.
Metodi Didattici
L’insegnamento contempla 60 ore (6 CFU) tra lezioni teoriche svolte dal docente con ampio impiego di slides ed animazioni computerizzate (46 h), attività di laboratorio (2 h) ed esercitazioni in aula svolte dal docente sulla lavagna (12h). Delle 12 h complessive, da 2 a 4h di esercitazioni  saranno svolte in aula informatica con l’impiego del software didattico Loop-Pro Control Station® e 2 h di esercitazioni saranno svolte in aula con l’impiego della Workstation carrellata MPS® PA per misura e controllo automatico di livello, portata, temperatura e pressione. Quest’ultima è stata acquistata dalla ditta Festo Education sul Fondo Funzionamento Lab Didattici 2015 del Consiglio Didattico di Ingegneria Chimica. 
Ad ogni studente è consegnata una copia con licenza del s/w Loop-Pro Control Station®. Quest’ultima è acquistata annualmente dalla ditta Control Station® sul Fondo Funzionamento Lab Didattici del Consiglio Didattico di Ingegneria Chimica. 
Al termine del corso, è facoltativamente assegnato ad ogni studente che lo desideri un progettino (Project Work) per lo studio della dinamica o controllo di un processo, da sviluppare con il s/w Loop-Pro Control Station® e da presentare al docente per l’esame.
Verifica dell'apprendimento
La valutazione del raggiungimento degli obiettivi prefissati avviene mediante due sole prove scritte e, facoltativamente, la discussione di un progettino individuale (Project Work), che l’allievo prepara con il s/w Loop-Pro Control Station® e che può aggiungere fino a 3 punti su 30 per il voto finale. 
Ciascuna prova scritta si compone di varie sezioni, alcune a quiz, altre richiedenti risposte aperte, altre calcolative. Le sezioni hanno un peso diverso ai fini dell’attribuzione del voto della prova: per il compito N.1 ha più peso la sezione “Problema di dimensionamento della valvola di regolazione”; per il compito N.2 ha più peso la sezione “Sviluppo di un modello matematico dinamico per un sistema a parametri concentrati”. 
Ciascuna prova scritta si intende superata con il minimo punteggio (18/30) se lo studente ha almeno affrontato la sezione del compito avente il peso maggiore e contemporaneamente ha fornito risposte valide al 50% dei quesiti. Ai fini della lode, si terrà conto della quantità (risposta esauriente e corretta anche numericamente a circa il 90% dei quesiti) ma anche della qualità (linguaggio scientifico appropriato e padronanza della materia) dell’esposizione scritta.
Testi
Magnani G., P. Ferretti e P.Rocco, “Tecnologie dei Sistemi di Controllo”, 2° ed., McGraw-Hill Libri Italia, ISBN 88 386 6321-1
Stephanopoulos G., “Chemical process control: an introduction to theory and practice”, Prentice Hall, ISBN 0131286293

sito WEB con il materiale utilizzato dal docente per lezioni ed esercitazioni in aula:
http://www.adic.unisa.it/dida/bacheca/strum_contr/index 
sito WEB di riferimento per lo studio personale e gli esami:
http://comet.eng.unipr.it/~miccio
Altre Informazioni
SITO WEB DI RIFERIMENTO PER LO STUDIO PERSONALE E GLI ESAMI:
HTTP://COMET.ENG.UNIPR.IT/~MICCIO
  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2019-05-14]