SISTEM BERKADARAN DAN KAMILAN (P+I)

Proses ini menggunakan berkadar ruang yang besar untuk mengurangkan kitaran adalah ralat biasanya tetap (mengimbangi). Satu lagi ruang yang besar berkadar atau perubahan beban yang lebih besar, kesilapan yang lebih baik lebih besar lagi. Dengan mod integrasi diperlukan. Gunakan balas penting berkadar tetapi mengurangkan pulangan ke atas titik set adalah lebih penting. Apabila penting yang digunakan ia akan terus berubah selagi terdapat output kesilapan sehingga kesilapan itu menjadi sifar.

Mod Kawalan berkadar dan penting (P + I) adalah: -

        P (t) = + Kp KpEp

    Boleh didapati dari kawasan Ep bawah graf (%) melawan masa

                                         

                                            

Nilai Kp=5 , KI 1.05s-1 dan P(0) = 20%. Plotkan graf keluasan pengawal untuk masukan di atas.

sistem kawalan berkadaran + terbitan (P+D)

Jenis Pengawal tidak boleh mengelakkan kesilapan kekal. Tetapi ia adalah berguna untuk proses yang memuatkan cepat berubah manakala ralat tetap yang menyebabkan tidak boleh diterima.

sistem kawalan berkadaran+ terbitan+ kamilan (P+I+D)

Fungsi individu berkadar, penting dan derivatif pengawal melengkapi satu sama lain. Jika mereka digabungkan mungkin untuk membuat satu sistem yang bertindak balas dengan cepat kepada perubahan (derivatif), kedudukan trek diperlukan (berkadar), dan mengurangkan kesilapan keadaan mantap (integral).

Ambil perhatian bahawa korelasi ini mungkin tidak betul-betul benar, sebab P, saya dan D adalah bergantung satu sama lain. Mengubah salah satu daripada pembolehubah ini boleh menukar kesan dua yang lain.

kelebihan dan kekurangan sistem yang terdapat dalam sistem kawalan ;

SISTEM KAWALAN TERBITAN (D)

Sistem Kawalan Terbitan (D)
Mod kawalan ini digunakan kapada kadar perubahan ralat. Ia juga dipanggil pengawal kadar. Mod ini tidak boleh diguna secara sendiri kerana bila ralat 0 atau tetap pengawal tidak boleh bertindak atau keadaannya adalah normal di mana tidak ada ralat langsung.

Graf Lengkuk Pindah Pengawal Terbitan (D)

Rajah 1.0 Graf Lengkuk Pindah Pengawal Terbitan (D)

Persamaan Pengawal Terbitan (D)

Kawalan ini bergantung kepada kadar perubahan ralat. Mod kawalannya ialah:

Di mana Kd= angkatap gandaan terbitan.

dEp    = ialah kadar perubahan ralat.

dt

Gandaan terbitan dan masa tindak terbitan

Kawalan ini tidak digunakan secara tunggal. Biasanya digunakan bersama-sama dengan jenis pengawal bekadaran atau kamilan. Kd atau gandaan tetap derivatif dipanggil juga masa derivatif  dan unitnya dalam minit. Ciri-ciri pengawal ini seperti dalam Rajah1,0 yang menunjukan kaitan antara keluaran pengawal dengan kadar pernukaran ralat. Ini menunjukkan bagi setiap perubahan pada ralat terdapat satu nilai keluaran. Perhatikan bahawa ralat keluaran adalah bergantung kapada kadar perubahan ralat dan bukan pada ralat.

PENGAWAL KAMILAN (I)

Kawalan Berkadar (P)

Graf Lengkuk Ciri Pengawal Berkadaran

Dalam kebanyakan pengawal berkadaran RB berubah dalam julat yang luas seperti 0%-200%. Jika ruang berkadaran sempit, maka kawalannya menyerupai kawalan NYALA/PADAM. Bagi ralat melebihi ruang berkadaran, keluaran pengawal adalah 100% atau 0% bergantung kepada kaadaan ralat (+ve atau -ve). Keluaran P(0) biasanya dipilih sebagai 50% untuk mengimbangi keluaran pengawal kerana ralat berlaku di atas dan di bawah titik set. Gambarajah di bawah menunjukan ciri-ciri kawalan berkadaran.

Luarset (offset)

Satu ciri penting pengawal ini ialah berlakunya ralat atau luarset bila terjadi perubahan beban dalam proses. kesannya boleh dikurangkan dengan menbesarkan nilai gandaan Kp tetapi tindakan ini akan mengecilkan ruang berkadaran. Untuk melihat bagaimana luarset terjadi, katakan pada beban biasa ialah 50% di mana ralatnya adalah 0. Jika berlaku perubahan bebaan di mana keluaran pengawalnya terpaksan diubah supaya ralat menjadi 0. Disebabkan oleh perhubungan satu dengan satu diantara keluaran pengawal yang baru tidak boleh mencapai ralat sifar.Ralat ini adalah tetap dan dipanggil luarset.

Keburukan Pengawal Berkadaran

• Wujudnya Offset (ralat) dalam mencapai kestabilan.
• Offset (ralat) ini boleh dikurangkan dengan memberikan nilai gandaan (kp) yang tinggi.
• Nilai Gandaan yang tinggi akan mengecilkan RB dan oleh itu gerakan/ayunan ke nilai stabil akan lebih cepat.

Rumus Peratus Ralat

Contoh 

Sebuah pengawal numat jenis berkadaran digunakan untuk mengawal suhu dalam proses melebur. uhu titik set ialah 750⁰C dan julat alat suhu ialah 0-1000⁰C. Ruang berkadaran ditentukan pada 15%. Julat keluaran tekanan dari pengawal ialah 20-100 kN/m2 dan nilai keluaran tekanan meningkat apabila suhu meningkat. Jika nilaia keluaran tekanan diset pada 60kN/m2 untuk titik set suhu, cari:

1. Nilai suhu untuk keluaran tekanan 20kN/m2
2. Nilai suhu untuk keluaran tekanan 100kN/m2
3. Nilai tekanan bilai suhu 735⁰C

Pada tekanan 100kN/m2  P=100%

KAWALAN PROSES GELUNG TERBUKA DAN GELUNG TERTUTUP

Pengkajian yang dilakukan di dalam bidang kejuruteraan kawalan membolehkan sistem kawalan diklasifikasikan kepada dua.

• Sistem kawalan gelung terbuka
• Sistem kawalan gelung tertutup

Sistem Kawalan Gelung Buka. 

Sistem di mana keluarannya tidak memberikan kesan ke atas tindakan kawalan di namakan sistem kawalan gelung buka. Dengan lain perkataan, tindakan kawalan bagi sesuatu sistem tidak bergantung kepada keluarannya.

Sistem Kawalan Gelung Tertutup.  

Sistem kawalan suapbalik seringkali dirujuk sebagai sistem kawalan gelung tertutup. Dalam keadaan praktik, istilah kawalan suapbalik dan kawalan gelung tertutup sering digunakan bertukar ganti.

Terdapat DUA (2) jenis gelung suapbalik iaitu:

• Suapbalik positif
• Suapbalik negatif

Contoh : Gambarajah blok sebuah sistem gelung tertutup suapbalik negatif.

Keluaran C(s) didapati dengan mendarab masukan ,E(s) dengan G(s). Manakala E(s) didapati dengan mendapatkan perbezaan di antara masukan, R(s) dengan hasil darab keluaran dan gandaan tetap, H(s).

C(s)  = E(s) G(s)  …………………… (i)

E(s) = R(s) – C(s)H(s)………………. (ii)

Masukan (ii)  ke dalam (i)

C(s) = [R(s) – C(s) H(s) ]G(s)

C(s) = R(s)G(s) –  C(s) H(s) G(s)

C(s)[ 1 + H(s) G(s)]  = R(s) G(s)

                        C(s)    =            G(s)

	_______      ________________

                        R(s)              1 + H(s) G(s)

C(s)/R(s)  adalah fungsi pemindahan sistem gelung tertutup dengan suapbalik negatif.

Contoh: Gambarajah  1.4.1 menunjukkan gambarajah skematik sebuah sistem kawalan suhu automatik. Lukiskan gambarajah bloknya.

GAMBARAJAH 1.4.1

Untuk mendapatkan gambarajah blok, pertama kita mesti mengetahui pembolehubah dinamik sistem misalnya, bagi proses di atas ialah suhu.  Suhu disukat oleh jangkasuhu rintangan dan nilainya diubahsuai oleh tranducer kepada nilai rintangan.  Nilai rintangan ini dimasukkan  ke titik  perbandingan.  Kemudian nilai rintangan  titik set  dan nilai yang disukat dibandingkan.  Perbezaan  yang didapati dari bandingan ini dinamakan isyarat ralat.  Isyarat ralat disampaikan ke pengawal yang menentukan  tindakan elemen  kawalan  terakhir iaitu pemanas.  Pemanas akan mengawal suhu cecair  mengikut isyarat yang diterima dari pengawal suhu.

Gambarajah blok bagi sistem kawalan automatik

ELEMEN-ELEMEN ASAS DALAM KAWALAN PROSES

Di dalam bahagian ini anda akan di dedahkan kepada contoh-contoh yang berkaitan dengan sistem kawalan proses.

Gambarajah di atas menunjukkan seorang operator mengawal kadar aliran cecair keluaran dengan membuka atau menutup injap dan pada ketika yang sama memerhatikan paras cecair di dalam tangki melalui kaca penglihatan. Cecair di dalam tangki tersebut masuk melalui paip masuk.

Dalam kawalan sistem ini:

• Proses ialah kombinasi cecair, tangki, cecair masukan dan cecair keluaran.
• Pembolehubah dinamik ialah paras di dalam tangki.
• Penyuaitepatan ialah penentuan paras cecair pada satu nilai yang dikehendaki.

Jika  pada satu ketinggian, T, injap keluaran dilaraskan supaya kadar aliran keluaran sama dengan kadar aliran masukan dan keadaan ini berterusan,  ketinggian paras, T tidak berubah.Apabila gangguan berlaku kepada aliran masukan di mana aliran masukan melebihi aliran keluaran, paras cecair akan meningkat.  Sekiranya tidak ada operator untuk mengawal injap supaya paras dikembalikan ke nilai T, air akan terus melimpah keluar.  Sistem ini dinamakan Sistem Gelung Terbuka. Jika ada operator untuk mengawal injap keluaran supaya ketinggian paras dikembalikan pada nilai T, maka keadaan adalah terkawal.  Ini kerana operator menyuapbalik  maklumat paras melalui pemerhatian dan kemudian mengambil kira perbezaan paras untuk bertindak (mengawal).  Sistem ini dipanggil Sistem Gelung Tertutup.  Semua sistem gelung tertutup mempunyai suapbalik.

Dalam hal ini terdapat tiga istilah penting yang digunakan  untuk pengawalan :

• Sukatan
• Penilaian
• Elemen Kawalan

Gambarajah berikut menjelaskan susunatur untuk ketiga-tiga istilah dalam suatu proses.

• SUKATAN:

Pembolehubah dinamik disukat supaya nilainya dapat dibandingkan dengan nilai titik set.  Nilai sukatan adalah dalam voltan, arus, tekanan dan sebagainya.  Selalunya  suatu tranducer digunakan untuk sukatan awal dan sukatan ini ditukarkan kepada isyarat-isyarat tentuan (signal conditioning)

• PENILAIAN:

Sukatan diteliti untuk menentukan tindakan jika perlu. Penelitian ini dilakukan oleh pengawal yang memproses isyarat pneumatik, elektronik atau menggunakan komputer. Penilaian mengandungi satu perbandingan antara nilai titik set dengan nilai yang disukat dan kemudiannya mengeluarkan tindakan supaya nilai pembolehubah dapat dikembalikan  ke titik set.

• ELEMEN KAWALAN

Elemen yang terakhir dalam gelung kawalan ialah elemen kawalan terakhir (final control element) yang bertujuan untuk menetapkan perubahan yang dikehendaki  supaya nilai pembolehubah dikembalikan ke titik set. Elemen ini menerima isyarat masukan dari pengawal dan isyarat ini diubahsuai kepada gerakan yang dikehendaki dalam proses.  Contoh ialah alat pemanas, injap, alat pembesar, motor dan lain-lain lagi.

GAMBA RAJAH BLOK ELEMEN-ELEMEN ASAS KAWALAN PROSES

Gambarajah blok sebuah gelung kawalan proses.

Masukan / Rujukan: 

Isyarat yang disuap kepada sistem dan dikenali juga sebagai rujukan atau titik set.

Isyarat Ralat: 

Perbezaaan di antara isyarat masukan dan isyarat suapbalik / keluaran.

Pengawal: 

Peranti yang mengawal proses sesuatu sistem dan bertindak terhadap isyarat ralat untuk mengurangkan ralat bagi mengeluarkan keluaran seperti yang dikehendaki.

Proses: 

Satu proses yang berterusan yang terdiri daripada pergerakan-pergerakan yang dikawal secara sistematik untuk menghasilkan keputusan yang tertentu.

Keluaran: 

Biasanya terdiri daripada pembolehubah seperti suhu, tekanan, halaju dan lain-lain.

Elemen Pengukuran / Sukatan: 

Peranti yang digunakan untuk mengukur isyarat keluaran.

PERBEZAAN ANTARA SISTEM KAWALAN GELUNG TERBUKA DAN GELUNG TERTUTUP

Sistem Kawalan Gelung Buka:

• Sistemnya mudah
• Ketepatannya ditentukan dengan penentukuran (calibration) elemennya
• Sistem tidak mempunyai masalah dengan ketidakseimbangan

Sistem Kawalan Gelung Tertutup

• Pembinannya lebih  komnplek
• Ketepatannya lebih tinggi
• Ketidak linearan dapat dikurangkan

PENGGUNAAN SISTEM

Gelung Terbuka

• Mesin basuh
• Pemanas
• Lampu

Gelung Tertutup

• Lampu Trafik
• Pendingin udara
• Saterika