Il controllo a cascata si riferisce a una strategia di controllo del processo in cui una variabile di processo è controllata manipolando il setpoint di una variabile di processo correlata. In questa particolare strategia, la variabile di interesse è controllata da due anelli di controllo che lavorano in tandem. Nelle industrie di processo chimico, viene spesso utilizzato un sistema di controllo a cascata per ridurre l’effetto di disturbi e sconvolgimenti sull’obiettivo di controllo primario.
Un circuito di controllo in cascata è costituito da un circuito primario e un circuito secondario. Questi cicli possono anche essere indicati rispettivamente come ciclo esterno e ciclo interno. L’anello primario fornisce all’anello 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 il loop secondario, o loop slave, deve seguire.
Lo scopo principale dell’utilizzo del controllo in cascata come strategia di controllo del processo è consentire all’anello 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 di processo dell’anello secondario deve essere molto più veloce della dinamica dell’anello primario. Come regola generale, la dinamica di processo dell’anello secondario deve essere almeno quattro volte più veloce della dinamica di processo dell’anello 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 anello secondario. La maggior parte dei controller di flusso ha un tempo di risposta molto rapido, che li rende candidati idonei per loop secondari. I circuiti primari tendono a concentrarsi su variabili come temperatura, livello, livelli di potenz di idrogeno (pH) o composizione chimica.
Il controllo in cascata non è necessariamente limitato a sistemi basati su due soli circuiti di controllo. Più disposizioni in cascata funzionano allo stesso modo di un tradizionale circuito di controllo in cascata, ma hanno più di due circuiti. Ad esempio, un analizzatore di composizione chimica e un circuito di controllo con un lungo tempo morto 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.
Ci sono diversi fattori che sono rilevanti nello sviluppo di controllori in cascata per un dato processo. Ad esempio, un tecnico dei controlli dovrebbe considerare se un loop secondario scelto ha avuto un forte effetto sul loop primario di interesse. L’ingegnere dovrebbe anche conoscere le dinamiche di processo del circuito secondario proposto. Tali fattori potrebbero determinare se l’anello secondario proposto è in grado di assorbire i disturbi del processo e impedire che influiscano sull’anello primario.