Raccolta casi Working Model, visualNastran & SimWise - Il visualNastran cuoce la pasta!


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IL VISUALNASTRAN CUOCE LA PASTA!

Esempio di controllo intelligente in impianto di cottura presso la Sagit di Cisterna

Il team del prof. Alessandro De Carli del Dipartimento di Informatica e Sistemistica dell'Università di Roma "La Sapienza", ed in particolare il neoingegnere Giammarco Merli, ha recentemente migliorato il sistema di controllo, già installato e funzionante, su una linea di cottura della pasta presso la SAGIT Spa sita in Cisterna.





La simulazione tramite prototipi virtuali può fornire un supporto decisionale estremamente importante durante l'intero ciclo di vita di un impianto: sia durante la fase iniziale di progettazione e sviluppo, sia durante la sua messa in marcia e gestione operativa. Fornisce un modo, a volte il solo possibile, economico ed efficiente per analizzare il sistema.

Nella progettazione dei sistemi produttivi, il prototipo virtuale consente di indagare un nuovo sistema al fine di evitare errori dispendiosi e di osservarne le reazioni conseguenti all'applicazione di certe condizioni operative.
Il Working Model ed il visualNastran, software di prototipazione virtuale in ambiente Windows, aiutano allora a trasferire il mondo reale della meccanica Newtoniana sul desktop del computer, mentre la semplice ma potente interfaccia grafica costruisce gli scenari e le situazioni dell'esperimento.
Inoltre, visto che si hanno a disposizione due software potenti come visualNastran e Matlab, uno per la simulazione di carichi meccanici e uno per programmare le funzioni di controllo, grazie all'interfaccia di visualNastran è possibile sfruttarli entrambi e simultaneamente progettando il controllo in Matlab e verificandone la validità tramite la simulazione in visualNastran.

Il sistema dinamico in visualNastran è un modello complesso, caratterizzato sia dalla dinamica principale che dalla dinamica secondaria, costituita da tutti quei fenomeni che sarebbero trascurati realizzando il modello direttamente in ambiente Simulink.

La "vecchia linea"

  • A- Dosatori - Dispositivi per il dosaggio del prodotto in grado di erogare 30 dosi/minuto.
  • B- Nastro trasportatore - E' costituito da due catene che scorrono a velocità costante tra due pulegge. Le due catene scorrono per mezzo di rulli su due guide parallele che hanno la funzione di evitare inflessioni lungo il percorso.
  • C- Pentola - E' la parte della linea in cui avviene la cottura del prodotto. La sua lunghezza è tale che, fissata frequenza di dosaggio (30 dosi/min) e quindi la velocità del nastro, il tempo di transito del vassoio è esattamente uguale al tempo di cottura del prodotto.
  • D- Tunnel del freddo - E' la parte di linea in cui avviene l'ENCRUSTING, cioè l'indurimento superficiale del prodotto cotto.
  • E- I vassoi - Il prodotto nella linea si muove dentro vassoi che sono costituiti di due parti: la parte inferiore è una struttura rigida in cui sono ricavate delle "coppe" che conterranno il prodotto dopo la cottura; la parte superiore contiene degli "imbuti" che hanno la finalità di sostenere prodotto secco sopra le "coppe".
  • Il vassoio ed il ciclo di lavoro

  • Il vassoio vuoto posto sul nastro passa sotto ai dosatori che sono in grado di erogare 30 dosi di prodotto al minuto
  • Il vassoio con il prodotto secco scende nella pentola. Il tempo di transito è uguale al tempo di cottura
  • Il vassoio con il prodotto cotto esce dalla pentola
  • La parte superiore del vassoio torna in testa alla linea
  • Il prodotto viene raffreddato con dei getti d'acqua fredda per bloccare la cottura
  • Il vassoio con il prodotto cotto transita nel tunnel del freddo dove avviene l'indurimento
  • Il vassoio all'uscita del tunnel del freddo viene capovolto per far uscire il prodotto ormai cotto e indurito
  • Il vassoio viene ricapovolto e torna in testa alla linea
  • Problema di flessibilità della "vecchia linea"

    Per soddisfare i requisiti di una produzione che sta sempre più cambiando è nata l'esigenza della flessibilità nei volumi, nella composizione della produzione e nei prodotti.
    Ecco che la linea in esame si è rivelata ben presto inadeguata in quanto è in grado di cuocere un solo tipo di prodotto con un ben determinato tempo di cottura (dipendente essenzialmente dallo spessore del prodotto).

    Caso di funzionamento con un tempo di cottura maggiore di quello con cui è stata dimensionata la linea

  • la velocità del nastro trasportatore deve diminuire in quanto deve aumentare il tempo di transito del vassoio nella pentola
  • la frequenza dei dosaggi deve diminuire in quanto il vassoio transita più lentamente sotto i dosatori
  • il tempo di permanenza del vassoio nel tunnel del freddo è maggiore provocando un indurimento eccessivo dei "nidi"
  • La produttività della linea si riduce
  • Caso di funzionamento con un tempo di cottura minore di quello con cui è stata dimensionata la linea

  • la velocità del nastro trasportatore deve aumentare in quanto deve diminuire il tempo di transito del vassoio nella pentola
  • la frequenza dei dosaggi dovrebbe aumentare ma ciò non è possibile in quanto la linea è stata dimensionata con i dosatori che lavorano al massimo delle loro capacità
  • il tempo di permanenza dei vassoi nel tunnel del freddo potrebbe essere insufficiente per l'ENCRUSTING
  • La funzionalità della linea viene meno
  • La "nuova linea" flessibile

    L'idea di fondo è stata quella di rendere indipendenti i tre segmenti funzionali:

  • dosaggio
  • cottura
  • encrusting
  • Ciò è stato ottenuto utilizzando più di un nastro trasportatore ed elevatori per la movimentazione del vassoio nella linea.





    Aspetti fondamentali della "nuova linea" flessibile

  • La lunghezza della pentola è fissa
  • Il nastro che trasporta i vassoi dentro la pentola, varia la velocità in base al tempo di cottura
  • Il numero di vassoi presenti nella pentola varia in base al tempo di cottura
  • La lunghezza della pentola è fissa ed è stata determinata prendendo in considerazione il massimo tempo di cottura previsto




  • Il controllo della linea

    Lo sforzo compiuto è stato quello di mettere a punto un algoritmo "flessibile" per la movimentazione dei vassoi nella pentola, cioè in grado di calcolare, per diversi tipi di prodotto, la giusta velocità dei vassoi nella pentola per ottenere il miglior tempo di transito e quindi il corretto tempo di cottura.
    La lunghezza del percorso del vassoio nella pentola è stata divisa in un numero di "passi" variabile in base al tempo di cottura.
    Il vassoio scende nella pentola, compie il numero di passi previsto ed esce dalla pentola.
    Ogni passo prevede:

  • un tempo di sosta, cioè un tempo in cui il vassoio rimane fermo al fine di permettere al discensore di posare un nuovo vassoio nella pentola e all'ascensore di far uscire dalla pentola un vassoio a cottura ultimata
  • un tempo di posizionamento, cioè un tempo in cui il vassoio percorre l'intera lunghezza del passo corrente






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