e4141_sistem kawalan 1

i

MODUL POLITEKNIK

KEMENTERIAN PENDIDIKAN MALAYSIA

EE44114411

SISTEM KAWALAN I

Tengku Nadzion B. Tengku Ibrahim (PJB) Absah Bt. Md. Yusof (PJB).

http://modul2poli.blogspot.com/

ii

Nama : Tengku Nadzion Bin Tengku Ibrahaim

Alamat : Jabatan Kejuruteraan Elektrik

Politeknik Johor Bahru 81700 Pasir Gudang Johor

Telefon : 07-2612488 ext. 8014/8015

Kelulusan : Sarjana Pendidikan (UTM) Sarjana Muda Sains Kejuruteraan Elektrik (UTM) Diploma Kejuruteraan Elektrik (UTM)

Jawatan : Pensyarah

Nama : Absah Bt Md Yusof

Alamat : Jabatan Kejuruteraan Elektrik

Politeknik Kulim kedah Kulim, Kedah

Telefon : -

Kelulusan : Sarjana Pendidikan (UTM) Sarjana Muda Sains Kejuruteraan Elektrik- Instru & Contr (UTM) Sijil Kejuruteraan Elektrik- Elekt Jangkawas & Kawalan (PUO)

Jawatan : Pensyarah

BIODATA PENULIS MODUL E4141 SISTEM KAWALAN I


iii

GRID KURIKULUM Grid Kurikulum modul ini adalah berdasarkan kepada kurikulum yang sedang digunakan di

Politeknik Kementerian Pendidikan Malaysia.

TOPIK

UNIT Pengenalan Sistem Kawalan 1 2 Prinsip Pengawal 3 4 Pengawal Analog dan Berdigit 5 6 Rangkap Pindah 7 Ujian Kestabilan dan Prestasi 8 Analisis dan Rekabentuk Root-Locus Serta Sambutan Frekeuensi 9

UNIT 1 PENGENALAN KEPADA SISTEM KAWALAN

1.1 Kawalan Elektrik 1.2 Kawalan Pneumatik 1.3 Kawalan Hidraulik 1.4 Istilah Umum Kawalan Proses 1.5 Elemen-elemen Asas dalam kawalan Proses 1.6 Gambarajah Blok Kawalan Proses. 1.7 Gelung terbuka dan Gelung Tertutup Kawalan Proses 1.8 Sistem Kawalan Automatik.

UNIT 2 PENGENALAN KEPADA SISTEM KAWALAN

2.1 Tatarajah sistem kawalan 2.2 Kualiti Sistem Kawalan

UNIT 3 PRINSIP PENGAWAL

3.1 Prinsip-prinsip pengawal 3.2 Mentakrifkan susulan 3.3 Menyatakan sebab berlakunya susulan 3.4 Mengenalpasti jenis susulan di dalam sesuatu proses 3.4.1 Susulan jarak/halaju (L=d/v) 3.4.2 Susulan pemindahan 3.4.3 Susulan Kawalan 3.5 Menerangkan prinsip kawalan Buka / Tutup: Tanpa tindihan dan dengan tindihan 3.6 Menerangkan ciri-ciri kawalan Buka / Tutup bagi sistem tanpa tindihan

UNIT 4 PRINSIP PENGAWAL

4.1 Lakaran graf masukan dan keluaran 4.2 Graf lengkuk ciri pengawal berkadaran 4.3 Keburukan pengawal berkadaran 4.4 Pengawal kamilan (I) 4.5 Kebaikan dan keburukan Pengawal Kamilan (I) 4.6 Sistem kawalan terbitan (D) 4.7 Sistem kawalan rencam


iv

UNIT 5 PENGAWAL ANALOG DAN BERDIGIT 5.1 Pengawal Analog 5.2 Jenis-jenis Amplifier 5.3 Pengawal dua mod

UNIT 6 PENGAWAL ANALOG DAN BERDIGIT

6.1 Pengenalan PLC 6.2 Simbol-simbol asas PLC 6.3 Rajah Tangga 6.4 Pemasa (Timer) 6.5 Pembilang (Counter) 6.6 Sistem Kawalan Teragih (DCS) 6.7 Definisi DCS 6.8 Stesyen semesta 6.9 Konsol 6.10 Asas Proses

UNIT 7 RANGKAP PINDAH 7.1 Konsep transformasi Laplace 7.2 Teorem Transformasi Laplace 7.3 Rajah Blok 7.4 Takrif Rangkap Pindah 7.5 Rangkap pindah gelung terbuka dan tertututp 7.6 Teknik pengurangan rajah blok 7.7 Graf Aliran Isyarat 7.8 Graf aliran isyarat bagi sistem kawalan

UNIT 8 UJIAN KESTABILAN DAN PRESTASI

8.1 Lakaran Bode 8.2 Margin gandaan dan margin fasa 8.3 Kriteria Kestabilan Routh-Hurwitz

UNIT 9 ANALISIS LONDAR PUNCA

9.1 Sifat umum londar punca 9.2 Lakaran Londar Punca 9.3 Aturan Am melakar Londar Punca


v

PANDUAN MENGGUNAKAN MODUL

1. Modul ini dibahagikan kepada 9 unit. Setiap unit disediakan dalam jilid yang sama. 2. Muka surat dinomborkan berdasarkan kepada kod subjek, unit dan halaman.

E4141 / UNIT1 / 1 Subjek Unit 1 Halaman 1

3. Pada permulaan unit, objektif am dan khusus dinyatakan 4. Setiap unit mengandungi urusan aktiviti dan diberikan simbol berikut :-

OBJEKTIF Bahagian ini mengandungi objektif am dan khusus setiap pembelajaran.

INPUT Input mengandungi maklumat yang akan anda pelajari.

AKTIVITI Bahagian ini mengandungi proses pembelajaran secara aktif untuk menguji kefahaman anda. Anda perlu ikuti dengan teliti dan melaksanakan arahan yang diberikan.

MAKLUMBALAS KEPADA AKTIVITI Bahagian ini mengandungi jawapan kepada soalan-soalan yang dikemukakan dalam aktiviti.


vi

5. Anda perlu mengikuti unit demi unit yang disediakan 6. Anda boleh meneruskan unit selanjutnya setelah berjaya melalui unit sebelumnya dan

yakin dengan pencapaian anda. PERNYATAAN TUJUAN Modul ini disediakan untuk kegunaan pelajar-pelajar semester 5 kursus Diploma di Jabatan

Kejuruteraan Elektrik. Ianya bertujuan untuk memberi pendedahan kepada pelajar tentang

konsep sesuatu unit ke arah pembelajaran kendiri atau dengan bimbingan daripada pensyarah.

PRA-SYARAT KEMAHIRAN DAN PENGETAHUAN Pra-syarat untuk mengikuti modul ini adalah pelajar mesti berada di semester 5. OBJEKTIF AM Diakhir modul ini, pelajar-pelajar akan dapat: Memahami, mempelajari terhadap sistem kawalan. Mempelajari, memahami prinsip pengawal serta menggunakannya untuk menyelesaikan

persamaan-persamaan. Mempelajari, memahami sistem pengawal analog berdigit serta melaksankan mod

berkadaran, kamilan dan derivatif. Mempelajari, memahami fungsi dan definasi transformasi laplace serta menggunakannya

bagi membentuk gambarajah blok mewakili sesuatu sistem. Mempelajari, memahami lakaran bode serta menggunakan untuk menguji kestabilan dan

prestasi sesebuah sistem. Mempelajari, memahami kaedah Routh-Locus bagi menganalisa dan mereka bentuk sistem.

PENILAIAN KENDIRI Penilaian kendiri menguji kefahaman anda dalam setiap unit.

MAKLUMBALAS KEPADA PENILAIAN KENDIRI Bahagian ini mengandungi jawapan kepada soalan-soalan yang dikemukakan dalam penilaian kendiri.


vii

PERALATAN & SUMBER YANG PERLU DIGUNAKAN BERSAMA MODUL

1. Kalkulator

2. Kertas graf / semi-log

3. Alat-alat geometri

RUJUKAN 1. Katsuhiko Ogata, Modern Control Engineering, Prentice Hall Of India

2. Ernest O.Doebelin, Control System Principles And Design, John Wiley & Sons

3. Benjamin Kuo, Automatic Control System, Prentice Hall

4. Chen N Hass, Element Of Control system Analysis, Prentice Hall

5. Douglas M. Considine, Process Instruments and Controls Handbook (3rd. Edition),

McGraw Hill Book Company

6. Curtis D. Johnson, Process Control Instrumentation Technology (Second Edition), John Wiley & Sons, New York, Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore

7. E.A Parr, Industrial Control handbook (Volume 2), BSP Professional Books (Oxford London Edinburgh)

8. Manual Book Introduction to DCS, Instep, Petronas

9. Sistem Kawalan, Siri Nota Panduan Politeknik, Malaysia

10. A Bigginer to PLC, OMRON, 1999

11. Introduction To DCS Operation (TDC 3000), Manual Book, INSTEP , Petronas


viii

SOAL SELIDIK MODUL OLEH PELAJAR

Tajuk Modul : _________________________ Kod Modul : _____________ Nama Pelajar : _______________________ No. Pendaftaran: ____________ Kursus : ____________________________________ Nama Penulis Modul : ______________________________ Sila gunakan skala berikut untuk penilaian anda.

4 Sangat setuju 3 Setuju 2 Tidak setuju 1 Sangat tidak setuju Arahan : Tandakan pada ruangan skor yang dipilih.

Bil ELEMEN PENILAIAN SKALA

A. FORMAT 1 2 3 4 1 Susun atur muka surat adalah menarik. 2 Saiz font yang digunakan adalah senang untuk dibaca.

3 Saiz dan jenis gambar serta carta yang digunakan sesuai dengan input.

4 Carta dan gambar senang dibaca dan difahami.

5 Jadual yang digunakan tersusun dengan teratur dan mudah difahami.

6 Teks input disusun dengan cara yang mudah difahami. 7 Semua ayat berbentuk arahan dipamerkan dengan jelas. B. ISI KANDUNGAN 1 2 3 4

8 Saya faham semua objektif dengan jelas. 9 Saya faham pada idea yang disampaikan.

10 Cara persembahan idea adalah menarik. 11 Semua arahan yang diberikan mudah difahami.

12 Saya boleh melaksanakan semua arahan yang diberikan dalam unit ini.

13 Soalan dalam aktiviti adalah mudah dijawab. 14 Saya boleh menjawab soalan-soalan dalam penilaian kendiri. 15 Maklum balas boleh membantu mengenalpasti kesilapan saya. 16 Ayat-ayat yang digunakan mudah difahami. 17 Gaya penulisan menarik. 18 Saya boleh mengikuti unit ini dengan mudah. 19 Unit ini memudahkan saya mempelajari & memahami topik ini. 20 Penggunaan modul ini menarik minat saya.


E4141 PENGENALAN KEPADA SISTEM KAWALAN E4141 / UNIT 1 / _______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________

1

Objektif Am : Mengenali istilah-istilah umum yang digunakan di dalam kawalan proses

Objektif Khusus : Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat:

Menakrifkan pemboleh ubah yang digunakan dalam kawalan proses Menyatakan tujuan suatu sistem diwakili dengan gambarajah blok

Melukis gambarajah blok elemen-elemen asas kawalan proses

Membezakan sistem kawalan gelung tertutup dan terbuka

Mengenalpasti gelung suapbalik positif dan negatif

Menyenaraikan kebaikan dan keburukan di antara sistem kawalan gelung

terbuka dan sistem kawalan gelung tertutup

Memberi takrifan sistem kawalan automatik

Menyenaraikan kebaikan dan keburukan sistem kawalan automatik

OBJEKTIF



_______________________________________________________________________________________________

2

INPUT

1.0 PENGENALAN

Dalam kehidupan seharian, kita sering berhadapan dengan berbagai proses semulajadi alam seperti hujan,

angin, suhu, tekanan dan lain-lain lagi. Kejadian seperti ini terjadi dengan sendiri dan prosesnya dikatakan

proses lazim. Daripada kejadian seperti ini manusia mula berfikir serta berminat untuk mengawal dan

menyuai tepat parameter-parameter ini untuk kebaikan mereka. Hasilnya beberapa proses yang berguna

seperti yang terdapat sehingga ke hari ini. Proses kawalan moden telah menjadi satu bidang teknologi

yang berasingan apabila diketahui bahawa prinsip-prinsip dan teknik-teknik kawalan boleh digunakan di

dalam proses-proses pengilangan.

Seperti bidang kejuruteraan yang lain, banyak kejayaan baru dari segi teknikal telah dicapai. Teori-teori

baru telah dicipta dan pengetahuan ini sangat berguna supaya lebih ramai pakar dalam bidang ini dapat

dilahirkan. Jurutera kawalan proses bertugas untuk merekabentuk keseluruhan sistem kawalan proses.

Pengetahuan yang mendalam mengenai ciri-ciri pengawal, ciri-ciri gelung kawalan dan kestabilan proses

diperlukan. Ahli teknologi kawalan pula bertugas merekabentuk elemen-elemen tertentu dalam gelung

kawalan supaya keluaran proses yang dikehendaki tercapai. Pengetahuan yang mendalam tentang

pengukuran, sistem pneumatik, elektrik, elektronik dan rekabentuk adalah diperlukan.

Manakala seorang juruteknik kawalan proses pula bertanggungjawab untuk memasang dan menguji

elemen-elemen gelung kawalan proses. Dengan itu pengetahuan tentang cara kerja proses secara

keseluruhan, pendawaian, elektronik, pneumatik dan alat bengkel adalah perlu.

Kegunaan sistem kawalan automatik di dalam industri memerlukan ramai orang yang mahir di dalam

bidang-bidang yang disebutkan seperti jurutera kawalan, ahli teknologi dan juga juruteknik.



_______________________________________________________________________________________________

3

SISTEM KAWALAN ELEKTRIK,PNEUMATIK DAN HIDRAULIK 1.1KAWALAN ELEKTRIK

Hukum asas yang menguasai litar elektrik ialah hukum arus dan hukum voltan Kirchoff. Hukum arus

Kirchoff, (hukum nod) menyatakan bahawa jumlah aljabar semua arus yang memasuki dan meninggalkan

nod adalah sifar. Hukum voltan Kirchoff, (hukum gelung) menyatakan pada mana-mana ketika jumlah

aljabar voltan di keliling sebarang gelung dalam litar elektrik adalah sifar. Model matematik litar elektrik

boleh diperolehi dengan mengenakan satu atau kedua-dua hukum Kirchoff terhadapnya. Pengkajian

terhadap sistem kawalan elektrik melibatkan perintang, pemuat, pearuh dan penguat kendalian.

Contoh 1.1 (a) Litar L-R-C

(b) Galangan kompleks

(a) Litar L-R-C

(b) i. Galangan kompleks (b) ii. Galangan kompleks

L R

C eoei

Z1

Z2 eoei

Z1 Z2

e1 e2

e



_______________________________________________________________________________________________

4

1.2KAWALAN PNEUMATIK

Sebagai bahantara paling cekap untuk menghantar isyarat dan kuasa, bendalir sama ada cecair atau gas,

mempunyai penggunaan yang meluas dalam perusahaan. Dalam bidang kejuruteraan, istilah pneumatik

memerihal sistem bendalir yang yang menggunakan udara atau gas manakala hidraulik merujuk kepada

yang menggunakan minyak.

SISTEM KAWALAN PNEUMATIK Pneumatik adalah sistem yang digerakkan dengan menggunakan media udara bertekanan. Perkembangan

teknologi yang berterusan telah menyaksikan pembangunan yang drastik dalam sistem kawalan pneumatik

tekanan rendah bagi sistem kawalan perusahaan. Di antara sebabnya termasuklah ciri tahan letupan,

kepermudahan dan mudah senggaraan. Hari ini, perancangan dan pembangunannya dalam bidang

automasi membolehkan sistem ini beroperasi untuk menggantikan kerja manusia.

PENGGUNAAN SISTEM PNEUMATIK

i. Proses perindustrian

ii. Sistem kawalan kedudukan dan kelajuan

iii. Sistem brek kenderaan, hon dan hentakan

iv. Sistem penyemburan air, lift dan pintu automatik.

KEBAIKAN DAN KEKURANGAN SISTEM PNEUMATIK

Kebaikan Keburukan

1 Bekalan udara yang tidak terputus-putus Tidak dapat berperanan sebagai pelincir

terhadap bahagian-bahagian yang bergerak.

2 Pengaruh suhu ke atas kelikatan udara amat kecil Mempunyai ciri masa lengah yang panjang.

3 Tidak memerlukan saluran balik seperti hidraulik.

Udara dibebaskan ke atmosfera selepas digunakan

4 Sistem ini bersih

1.3KAWALAN HIDRAULIK Udara termampat jarang digunakan bagi kawalan berterusan pergerakan peranti yang mempunyai jisim

yang berkasar disebabkan oleh daya beban dari luar, kecuali untuk pengawal pneumatik bertekanan



_______________________________________________________________________________________________

5

rendah. Bagi kes sebegini sistem pengawal hidraulik biasanya lebih disukai. Dalam bidang kejuruteraan,

istilah hidraulik memerihal sistem bendalir yang menggunakan minyak.

SISTEM KAWALAN HIDRAULIK

Penggunaan meluas litar hidraulik dalam perkakas mesin, sistem kawalan pesawat udara dan

pengendalian yang serupa berlaku kerana faktor seperti kepositifan, kejituan, kebolehlenturan, nisbah

kuasa kuda berat yang tinggi permulaan cepat, menghenti dan balikan yang lancar dan tepat dan

kepermudahkendalian. Gabungan sistem elektronik dan hidraulik digunakan dengan meluas kerana ia

menggabungkan kebaikan kedua-dua kawalan elektronik dan kuasa hidraulik.

PENGGUNAAN SISTEM HIDRAULIK

i. Stering kuasa dan sistem brek pada kenderaan

ii. Mekanisma pemanduan kapal-kapal besar

iii. Sistem kawalan mesin

KEBAIKAN DAN KEKURANGAN SISTEM HIDRAULIK

Kebaikan Keburukan

1 Bendalir hidraulik bertindak sebagai pelicin,

sebagai tambahan pembawa haba yang sesuai

Kuasa hidraulik tidak mudah terdapat

berbanding dengan kuasa elektrik

2 Penggerak hidraulik bersaiz kecil tetapi boleh

membina daya atau kilas yang besar

Kos sistem hidraulik lebih tinggi berbanding

sistem elektrik untuk fungsi yang serupa

3 Pengerak hidraulik mempunyai laju tindak

balas yang lebih tinggi dengan mula, henti dan

balikan laju yang pantas

Kebakaran dan bahaya letupan melainkan

penggunaan bendalir api digunakan

4 Penggerak hidraulik boleh dikendalikan dalam

keadaan berterusan, terputus-putus, membalik

dan bertegun tanpa rosak

Minyak tercemar boleh menyebabkan sistem

hidraulik tidak boleh berfungsi dengan baik

5 Laju jatuh apabila beban dikenakan adalah

kecil memandangkan bocoran yang rendah

dalam penggerak

Sistem ini mudah menjadi serabut kerana

kesukaran dalam menyenggara sistem

hidraulik yang bebas dari kebocoran



_______________________________________________________________________________________________

6

Uji kefahaman anda sebelum meneruskan ke input selanjutnya. Sila semak jawapan anda pada maklumbalas yang disediakan.

1.1 Nyatakan hukum-hukum asas yang terdapat dalam sistem elektrik?

1.2 Apakah tiga komponen utama dalam sistem elektrik dan lukiskan simbol-simbol yang

1.3 Penggunaan meluas dalam perkakasan mesin dan sistem kawalan pesawat udara disebabkan

oleh faktor kejituan, kebolehlenturan, dan nisbah kuasa kuda berat yang tinggi. Nyatakan sistem kawalan yang dijelaskan oleh penyataan tersebut.

1.4 Senaraikan penggunaan sistem kawalan pneumatik dan sistem kawalan hidraulik secara praktik.

1.5 Nyatakan satu (1) perbezaan utama di antara sistem kawalan pneumatik dan sistem kawalan

hidraulik.

AKTIVITI



_______________________________________________________________________________________________

7

1. 1 Hukum Kirchoff arus dan hukum Kirchoff voltan 1.2

i. Perintang ii. Pemuat iii. Pearuh

1.3 Sistem kawalan hidraulik.

1.4 Penggunaan sistem pneumatik

i. Proses perindustrian

ii. Sistem kawalan kedudukan dan kelajuan

iii. Sistem brek kenderaan, hon dan hentakan

iv. Sistem penyemburan air, lift dan pintu automatik.

Penggunaan Sistem Hidraulik

i. Stering kuasa dan sistem brek pada kenderaan

ii. Mekanisma pemanduan kapal-kapal besar

iii. Sistem kawalan mesin

1.5 Sistem pneumatik menggunakan medium udara bertekanan dan sistem hidraulik

menggunakan minyak.

MAKLUM BALAS



_______________________________________________________________________________________________

8

INPUT

1.4 ISTILAH-ISTILAH UMUM KAWALAN PROSES

Di dalam bahagian ini kita akan memberi tumpuan terhadap istilah-istilah yang biasa digunakan dalam

kawalan proses.

Sistem kawalan suapbalik. Sistem kawalan suapbalik merupakan sebuah sistem di mana keluaran sentiasa dibandingkan dengan titik set masukan dan perbezaan di antara nilai tersebut dijadikan asas untuk

kawalan.

Sistem kawalan servo. Sistem kawalan servo merupakan sebuah sistem kawalan suapbalik di mana keluarannya adalah kedudukan, halaju atau pecutan.

Sistem kawalan proses. Sistem kawalan proses merupakan sebuah sistem penyuaitepatan (kawalan automatik) di mana pembolehubah keluarannya berupa suhu, tekanan, aliran, paras, nilai pH atau

sebagainya.

Proses. Proses adalah suatu saling tindak yang komplek yang mengandungi aksi dan reaksi mengikut aturcara yang tertentu.

Pembolehubah. Pembolehubah ialah sebarang parameter fisikal seperrti suhu, tekanan, paras, kadar aliran dan sebagainya.

Pemboleubah dinamik. Pembolehubah dinamik ialah sebarang parameter fisikal yang boleh berubah nilainya secara spontan atau melalui pengaruh luar.

Penyuaitepatan. Penyuaitepatan adalah suatu operasi untuk menetapkan berbagai nilai pembolehubah dinamik kepada nilai yang dikehendaki atau berhampirannay.

Proses pembolehubah tunggal. Proses pembolehubah tunggal proses yang mempunyai satu pembolehubah sahaja.



_______________________________________________________________________________________________

9

Proses pembolehubah majmuk. Proses pembolehubah majmuk adalah proses yang mengandungi lebih dari satu pembolehubah.

Kawalan proses. Kawalan proses merupakan suatu tindakbalas fisikal di dalam satu proses di mana satu masukan (bahan mentah) boleh menghasilkan beberapa keluaran yang ditetapkan.

Kawalan proses lazim. Kawalan proses lazim adalah suatu operasi yang menyuaitepat berbagai ciri fisikal yang berlaku dengan sendiri. Contohnya ialah penyuaitepatan suhu dalam badan, perjalanan darah

dalam badan, sistem perpeluhan dan sebagainya.



_______________________________________________________________________________________________

10

Uji kefahaman anda sebelum meneruskan ke input selanjutnya. Sila semak jawapan anda pada maklumbalas di halaman berikutnya.

1. 6 Dalam lajur 1 terdapat takrifan-takrifan yang terdapat dalam kawalan proses. Lajur 2 ialah

pembolehubah-pembolehubah yang berkaitan dengan takrifan tersebut. Padankan butiran dalam

lajur 2 ke dalam ruang-ruang kosong dalam lajur 1. Setiap istilah boleh digunakan sekali atau tidak

digunakan langsung.

Lajur 1 Lajur 2

Parameter fisikal yang boleh A Kawalan suapbalik

berubah secara spotan.

B Proses

Nilai pembolehubah yang dikehendaki

dalam suatu proses. C Pembolehubah dinamik

Perbezaan antara nilai diukur dengan D Sistem servo

nilai titik set.

E Ralat

Sistem kawalan suapbalik di mana

keluarannnya adalah halaju sdan pecutan. F Gangguan

Keluarannya dibandingkan dengan titik set H Titik set

dan dijadikan asas kawalan.

AKTIVITI



_______________________________________________________________________________________________

11

1.6

C

H

A

D

E

MAKLUM BALAS



_______________________________________________________________________________________________

12

INPUT

1.5 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:

I. Proses ialah kombinasi cecair, tangki, cecair masukan dan cecair keluaran.

II. Pembolehubah dinamik ialah paras di dalam tangki.

III. 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.

masukan

injap

Kaca penglihatan

Tinggi paras cecair, T

keluaran



_______________________________________________________________________________________________

13

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 :

a. Sukatan

b. Penilaian

c. Elemen Kawalan

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

a. 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)

b. 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.



_______________________________________________________________________________________________

14

c. 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. 1.6GAMBARAJAH BLOK ELEMEN-ELEMEN ASAS KAWALAN PROSES Untuk memudahkan analisa kawalan proses selalunya elemen-elemen di dalam gelung kawalan

digambarkan sebagai satu blok. Gambarajah blok ialah perwakilan bergambar fungsi yang dilakukan oleh

setiap komponen dan aliran isyarat. Ianya bertujuan untuk memudahkan sistem dianalisa sebagai suatu

interaksi di antara system-sistem yang lebih kecil dan memudahkan rekaan sistem-sistem kecil apabila ciri

keseluruhan sistem diketahui.

Gambarajah blok di bawah menerangkan gelung kawalan proses yang mengandungi elemen asas seperti

pengawal elemen kawalan terakhir, proses dan sukatan.

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.

Pengawal Proses

Sukatan

masukan keluaran Isyarat ralat (e)



_______________________________________________________________________________________________

15

PERBEZAAN ANTARA SISTEM KAWALAN GELUNG TERBUKA DAN GELUNG

TERTUTUP

Sistem Kawalan Gelung Buka Sistem Kawalan Gelung Tertutup

1 Sistemnya mudah Pembinannya lebih komnplek

2 Ketepatannya ditentukan dengan penentukuran (calibration) elemennya Ketepatannya lebih tinggi

3 Sistem tidak mempunyai masalah dengan ketidakseimbangan Ketidak linearan dapat dikurangkan

PENGGUNAAN SISTEM a) Gelung terbuka

I. Mesin basuh II. pemanas III. Lampu dll

b) Gelung tertutup

i. lampu trafik ii. Pendingin udara iii. saterika



_______________________________________________________________________________________________

16

Uji kefahaman anda sebelum meneruskan input selanjutnya. Sila semak jawapan anda pada yang

disediakan.

1.7 Berdasarkan rajah di bawah, tentukan parameter yang mewakili proses, pembolehubah dinamik

dan penyuaitepat.

1.8 Nyatakan dan terangkan dengan ringkas tiga istilah penting yang digunakan dalam pengawalan.

1.9 Nyatakan tujuan gambarajah blok.

1.10 Lukiskan gambarajah blok kawalan proses yang mengandungi pengawal, proses, sukatan,

masukan, keluaran dan ralat.

1.11 Berdasarkan gambarajah dibawah huraikan proses kawalan yang berlaku serta lukiskan

gambarajah blok bagi sistem tersebut

masukan

injap

Kaca penglihatan

Tinggi paras cecair, T

keluaran

AKTIVITI



_______________________________________________________________________________________________

17

1.7 i. Proses - cecair, tangki, cecair masukan dan cecair keluaran.

ii. Pembolehubah dinamik tinggi paras cecair, T

iii. Penyuaitepatan kotak kaca penglihatan

1.8 a. Sukatan merupakan pembolehubah dinamik yang diukur dan dibandingkan dengan

titik set.

b. Penilaian mengandungi satu perbandingan di antara titik set dengan nilai yang diukur.

c. Elemen kawalan mempunyai tujuan untuk menetapkan perubahan yang berlaku dan

mengembalikan nilai pembolehubah ke titik set.

1.9 i. Untuk membolehkan sistem kawalan proses boleh dianalisa sebagai suatu interaksi di

antara sistem-sistem yang lebih kecil dan mudah.

ii. Untuk memudahkan rekaan sistem-sistem kecil (subsistem) bila ciri keseluruhan sistem

diketahui.

1.10

masukan

pengawal Injap pneumatik

pelampong

keluaran

AKTIVITI 1e

MAKLUM BALAS



_______________________________________________________________________________________________

18

1.11 Dalam sistem di atas pengawal akan mengimbangkan paras cecair dalam tangki dengan

membandingkan paras cecair tersebut dengan masukan dan membetulkan sebarang ralat dengan

mengawal bukaan injap pneumatik.

Berikut adalah gambarajah blok bagi pengawal tersebut:

Injap pneumatik Nilai dikehendaki

Pengawal Proses

Sukatan

masukan Keluaran Isyarat ralat (e)

Pengawal

Pelampung

Nilai sebenar Keluaran

Air tangki



_______________________________________________________________________________________________

19

INPUT

1.7 KAWALAN PROSES GELUNG TERBUKA DAN GELUNG TERTUTUP Pengkajian yang dilakukan di dalam bidang kejuruteraan kawalan membolehkan sistem kawalan

diklasifikasikan kepada dua.

a. Sistem kawalan gelung terbuka

b. 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.

i.

Gelung suapbalik

SISTEM

keluaranmasukan

+E(s)

-

SISTEMkeluaran

masukan

pembanding



_______________________________________________________________________________________________

20

Terdapat DUA (2) jenis gelung suapbalik iaitu:

i. Suapbalik positif

ii. Suapbalik negatif

Contoh : Gambarajah blok sebuah sistem gelung tertutup suapbalik negatif.

Gambarajah blok sebuah gelung kawalan proses

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.

R(s)

+E(s)

-

G(s)keluaran masukan

pembanding

H(s)

C(s)



_______________________________________________________________________________________________

21

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.

STS

Gambarajah blok bagi sistem kawalan automatik

Nota: Mulai sekarang apabila istilah pembolehubah digunakan, ia akan membawa erti pembolehubah

dinamik dan istilah ralat akan membawa erti isyarat ralat.

Pengawal

Sukatan -

Tranducer Proses Keluaran

masukan Pengawal

pemanas

jangkasuhu

Titik set

keluaran



_______________________________________________________________________________________________

22

Uji kefahaman anda sebelum meneruskan ke INPUT selanjutnya. Sila semak jawapan anda pada

maklumbalas yang disediakan.

1.12 Item ini terdiri daripada peralatan yang digunakan seharian. Sila nyatakan samada peralatan

tersebut menggunakan sistem kawalan gelung terbuka atau gelung tertutup.

1. Cerek elektrik

2. Mesin basuh

3. Pembakar roti

4. Seterika elektrik

5. Pendingan udara

6. Pam tandas

7. Sistem kawalan kapalterbang

8. Pendarat kapalterbang secara automatik

9. kawalan radar dan meriam

1.13 Buktikan nisbah keluaran terhadap masukan bagi gambarajah blok di bawah adalah

J(s) = G(s)

T(s) 1 G(s)H(s)

T(s)

+E(s)

-

G(s)keluaranmasukan

pembanding

H(s)

J(s)

AKTIVITI



_______________________________________________________________________________________________

23

1.14 Gambarajah dibawah menunjukkan gambarajah blok bagi sistem bersuapbalik negatif. Labelkan

isyarat masukan (r), isyarat ralat (e), isyarat keluaran (c) , isyarat suapbalik (b) dan G dan H adalah

gandaan tetap.



_______________________________________________________________________________________________

24

1.12

1. Gelung terbuka

2. Gelung terbuka

3. Gelung terbuka

4. Gelung terbuka

5. Gelung tertutup

6. Gelung tertutup

7. Gelung tertutup

8. Gelung tertutup

9. Gelung tertutup

1.13

J(s) = E(s) G(s) (i)

E(s) = R(s) J(s)H(s). (ii)

Masukan (ii) ke dalam (i)

J(s) = [T(s) J(s) H(s) ]G(s)

J(s) = T(s)G(s) J(s) H(s) G(s)

J(s)[ 1 + H(s) G(s)] = T(s) G(s)

J(s) = G(s) T(s) 1 + H(s) G(s)

MAKLUM BALAS



_______________________________________________________________________________________________

25

INPUT

1.8 SISTEM KAWALAN AUTOMATIK

Sistem kawalan automatik ialah satu sistem kawalan di mana nilai pembolehubah yang dikawal seperti

suhu, tekanan, kadar aliran, paras dan lain-lain dibandingkan dengan nilai titik set pembolehubah.

Kemudian gerakan pembetulan diambil supaya ralat dikecilkan. Dalam keseluruhan sistem ini manusia

tidak campur tangan. Semua sistem kawalan automatik adalah sistem gelung tertutup yang mempunyai

suapbalik (feedback).

Kegunaan sistem kawalan automatik semakin meluas di dalam industri dan mempunyai banyak kebaikan.

Di antaranya ialah:

I. Mengurangkan kos pengeluaran dengan mengurangkan bilangan pekerja.

II. Menghasilkan keluaran yang bermutu tetap.

III. Meninggikan kadar pengeluaran dan kecekapan.

IV. Boleh digunakan di tempat yang merbahaya dan yang tidak boleh dicapai oleh

manusia seperti di dasar laut, planet dan sebagainya.

V. Komputermikro yang murah boleh digunakan dalam pross kawalan automatik.

VI. Memberikan kesenangan serta kemudahan kepada manusia seperti mesin basuh

automatik, penghawa dingin dan lain-lain.



_______________________________________________________________________________________________

26

Uji kefahaman anda sebelum meneruskan ke INPUT selanjutnya. Sila semak jawapan anda pada


1.15 Berikan difinisi sistem kawalan automatik. 1.16 Nyatakan kebaikan dan keburukan sistem kawalan automatik. 1.17 Senaraikan EMPAT (4) sistem kawalan automatik yang digunakan didalam sektor perindustrian.

AKTIVITI



_______________________________________________________________________________________________

27

1.15 Sistem kawalan automatik ialah satu sistem kawalan di mana nilai pembolehubah yang dikawal seperti suhu, tekanan, kadar aliran, paras dan lain-lain dibandingkan dengan nilai titik set pembolehubah.

1.16 Kebaikan dan keburukan sistem kawalan automatik

KEBAIKAN KEBURUKAN

1 Mengurangkan kos pengeluaran dengan

mengurangkan bilangan pekerja.

Mengurangkan peluang pekerjaan kepada

manusia.

2 Menghasilkan keluaran yang bermutu

tetap. Kos penyelenggaraan yang tinggi.

3 Meninggikan kadar pengeluaraan dan

kecekapan.

1.17

1. pengawalan mutu barang-barang buatan kilang

2. pengautomatan

3. pengawalan sistem memesin

4. sistem berkomputer

5. sistem pengangkutan

6. teknologi moden bagi angkasa

7. sistem senjata moden

8. robotik

9. sistem pembuatan

MAKLUM BALAS



_______________________________________________________________________________________________

28

PENILAIAN KENDIRI

ANDA telah menghampiri kejayaan. Sila cuba semua soalan dalam penilaian kendiri ini dan semak jawapan anda pada maklumbalas yang disediakan. Jika ada masalah yang timbul, sila berbincang dengan pensyarah anda. Selamat mencuba semoga BERJAYA!!!.

Arahan : Jawab semua soalan

1. Apakah yang dimaksudkan dengan Sistem Kawalan Suapbalik?

2. Nyatakan 2 (DUA) jenis Sistem Kawalan Suapbalik.

3. Dengan bantuan gambarajah, lukis dan labelkan gambarajah blok sistem kawalan suapbalik positif

dan sistem kawalan suapbalik negatif

4 Dapatkan rangkap pindah keseluruhan bagi gambarajah blok di atas dengan menggunakan teknik

pengurangan rajah blok.

G1(s)

H1(s)

H2(s)

R(s)

C(s)

_ _

+



_______________________________________________________________________________________________

29

MAKLUM BALAS KENDIRI

1. Sistem kawalan suapbalik ialah suatu sistem di mana keluarannya akan disuapbalik bagi tujuan

perbandingan jika terdapat sebarang perubahan pada prosesnya.

2. i. Gelung tertutup

ii. Gelung terbuka.

3

Gambarajah blok suapbalik positif

Gambarajah blok suapbalik positif 4. C(s) / R(s) = G1H1 / (1 + G H1 H2)

G1H1

1 + G H1 H2

R(s)

C(s)

R(s)

+E(s)

+

PROSESkeluaranmasukan

pembanding

SUAPBALIK

C(s)

R(s)

+E(s)

-

PROSESkeluaranmasukan

pembanding

SUAPBALIK

C(s)



_______________________________________________________________________________________________

1

Objektif Am : Mengenalpasti cara menyediakan sistem gelung kawalan proses

Objektif Khusus : Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat:

mengenali tatarajah sistem kawalan menerangkan gambarajah gelung angkubah tunggal bebas menerangkan gambarajah gelung angkubah tunggal saling tindak menerangkan gambarajah gelung angkubah berbilang menjelaskan keperluan sistem kawalan kaskad menjelaskan ciri-ciri terpenting sistem kawalan kaskad berpandukan rajah

blok menerangkan keperluan kualiti dalam sistem kawalan mentakrifkan kualiti dari segi gangguan gelung, kestabilan, ralat minima dan

jangkamasa minimum mengenali lakaran teredam lebih, redaman genting dan kurang redam

OBJEKTIF



_______________________________________________________________________________________________

2

INPUT

2. 01TATARAJAH SISTEM KAWALAN Dalam sistem kawalan proses, pengetahuan dalam tatarajah sistem adalah penting untuk memudahkan

analisa sesuatu sistem. Beberapa tatarajah yang perlu diketahui termasuklah:

i. Gelung angkubah tunggal bebas

ii. Gelung angkubah tunggal saling tindak

iii. Gelung angkubah berbilang

Gelung angkubah tunggal bebas. Contoh gelung angkubah tunggal bebas dapat diperhatikan dalam Rajah 2.1.

Raajah 2.1

Dalam gelung angkubah tunggal bebas ini, sistem hanya mempunyai satu masukan, R(s) di mana isyarat

ralat, E(s) akan di bandingkan dengan masukan ini. Jika gelung suapbalik, H(s) = 1 , maka sistem ini

dikatakan mempunyai suapbalik uniti.

Rajah 2.2

R(s) G(s)+

E (s)

-

keluaranmasukan

pembanding

C(s)

H(s)

R(s) G(s)+

E (s)

-

keluaranmasukan

pembanding

C(s)

H(s) = 1



_______________________________________________________________________________________________

3

Gelung angkubah tunggal saling tindak. Contoh gelung angkubah tunggal saling tindak dapat diperhatikan dalam Rajah 2.3 di bawah.

Rajah 2.3

Dalam gelung angkubah tunggal saling tindak ini, sistem mempunyai satu masukan, R(s) dan mempunyai

lebih daripada satu gelung suapbalik.

Gelung angkubah berbilang. Kebiasaannya mempunyai lebih dari satu masukan, R(s) serta mempunyai gelung suapbalik.

Raajah 2.4

Gelung Angkubah Kaskad (Lata). Contoh gelung angkubah kaskad dapat diperhatikan seperti Rajah 2.5. Contoh gelung angkubah kaskad.

Rajah 2.5

R(s) G(s)+

E (s)

-

keluaranmasukan

pembanding

C(s)

H1(s)

H2(s)

-

R(s) G1(s)+

-

keluaran masukan pembanding

H(s)

C(s) G2(s)

U(s)

+

keluaran G1(s)

G2(s) G3(s) masukan

G1(s) G2(s) G3(s)

masukan keluaran



_______________________________________________________________________________________________

4

Uji kefahaman anda sebelum meneruskan ke input selanjutnya. Sila semak jawapan anda pada


2.1 Mengapakah pengetahuan dalam tatarajah sistem kawalan perlu dalam menganalisa sesuatu

sistem?

2.2 Nyatakan tatarajah yang terdapat di dalam sistem kawalan.

2.3 Nyatakan perbezaan di antara tatarajah sistem kawalan dengan sistem kawalan kaskad.

AKTIVITI



_______________________________________________________________________________________________

5

2.1 Untuk memudahkan proses menganalisa sistem

2.2

i. Gelung angkubah tunggal bebas



2.3 Sistem kawalan kaskad tidak mempunyai mekanisme untuk membetulkan geraklaku sistem apabila

kelakuan komponen-komponen itu tidak memuaskan. Sistem jenis ini adalah mudah dan paling

ekonomik tetapi tidak tepat dan kurang penggunaannya. Manakala tatarajah sistem kawalan

mempunyai komponen asas (iaitu sistem gelung buka) dan dua komponen lain seperti pengesan

ralat dan gelung suapbalik.

MAKLUM BALAS



_______________________________________________________________________________________________

6

INPUT

2.2 KUALITI SISTEM KAWALAN

Tujuan sistem dalam sesuatu industri ialah menghasilkan keluaran yang memuaskan. Proses keluaran

adalah bergantung kepada beberapa operasi gelung proses untuk mencapai ciri-ciri yang dikehendaki.

Ukuran terhadap kualiti sistem ialah sejauh mana gelung proses boleh mengeluarkan keluaran yang

mempunyai spesifikasi yang tetap dan memuaskan. Kualiti sistem kawalan boleh ditentukan melalui:

i. Kestabilan

ii. Ralat minima

iii. Masa (Jangkamasa) minima

i. Kestabilan Ciri yang paling asas untuk mendefinisikan kualiti gelung kawalan ialah keupayaan gelung kawalan

memberikan regulasi yang stabil ke atas parameter yang terdapat di dalamnya. Regulasi yang stabil

bermaksud nilai parameter tidak meningkat secara keterlaluan (without limit) akibat sistem yang tak stabil

atau kerosakan alat yang berlaku.

ii. Ralat minimum Nilai ralat minima yang dicatatkan selepas sesuatu gangguan dilaksanakan.

iii. Jangkamasa minimum Nilai masa yang minima bagi nilai parameter kembali ke nilai titik set atau berhampiran selepas gangguan.

Jika terdapat keadaan di mana kesemua kualiti sistem adalah ideal, bagaimana pula kita hendak

mentaksirkan kualiti ke atasnya?



_______________________________________________________________________________________________

7

SISTEM TIDAK STABIL Kewujudan sistem yang tidak stabil boleh diklasifikasikan kepada tiga jenis dimana ianya berdasarkan

tindakbalas (response). Tindakbalas ini selalunya bergantung kepada gandaan pengawal. Tiga jenis

tindakbalas adalah seperti berikut:

i. Lebih redam (over damped)

ii. Redaman genting (critical damped)

iii. Kurang Redaman (under damped)



_______________________________________________________________________________________________

8

2.4 Gambarajah blok di bawah mewakili sistem kawalan paras dalam tangki yang berlaku secara

automatik. Sekiranya sistem kawalan tersebut dikendalikan secara manual oleh manusia, gantikan

setiap parameter dalam gambarajah blok tersebut dengan parameter yang dicadangkan.

Parameter cadangan

2.5 Nyatakan kepentingan kualiti sistem kawalan dan bagaimana ianya ditentukan?

2.6 Nyatakan tindakbalas yang mungkin berlaku sehingga menjejaskan kestabilan sistem dan

lakarkan graf yang mewakili tindakbalas tersebut?

keluaran INJAP PNEUMATIK

+-

AIR TANGKI PENGAWAL

PELAMPUNG

masukan

AIR TANGKI MATA OTAK OTOT-OTOT

AKTIVITI



_______________________________________________________________________________________________

9

2.4

2.5 Kualiti sistem adalah penting di dalam sesuatu sistem kawalan kerana untuk memastikan keluaran

atau output yang dihasilkan berada dalam keadaan yang dikehendaki iaitu berada dalam

spesifikasi yang tetap dan memuaskan. Ianya boleh ditentukan dengan kestabilan, ralat minimum

dan jangkamasa minimum.

2.6 Antara tindakbalas yang menjejaskan kestabilan sistem ialah redaman lampau, redaman genting

dan kurang redaman.

keluaran OTOT-OTOT +-

AIR TANGKI OTAK

MATA

masukan

MAKLUM BALAS



_______________________________________________________________________________________________

10

PENILAIAN KENDIRI

ANDA telah menghampiri kejayaan. Sila cuba semua soalan dalam penilaian kendiri ini dan semak

jawapan anda pada maklumbalas yang disediakan. Jika ada masalah yang timbul, sila berbincang dengan

pensyarah anda. Selamat mencuba semoga BERJAYA!!!.

1. Berikan definisi bagi sukatan terakhir terhadap kualiti sistem.

2 Apakah yang dimaksudkan dengan istilah Regulasi?

3 Lukiskan gambarajah blok bagi gelung angkubah tunggal bebas, gelung angkubah saling tindak

dan gelung angkubah berbilang.

4 Seorang budak perempuan pergi ke pasar hendak membeli bahan-bahan untuk memasak tomyam.

Bahan-bahan yang dibeli olehnya ialah daging, rempah tomyam dan sayur-sayuran. Lukiskan

gambarajah kaskad untuk menyediakan toyam berpandukankan bahan-bahan yang dibeli oleh

budak perempuan tersebut.



_______________________________________________________________________________________________

11


1. Sukatan terakhir ialah gelung proses berupaya mnegeluarkan keluaran atau output yang

mempunyai spesifikasi yang tetap dan memuaskan.

2. Regulasi ialah di mana nilai parameter tidak meningkat secara keterlaluan. Ia wujud

daripada sistem yang tidak stabil atau di sebabkan oleh kerosakan alat yang berlaku.

3 i. Gelung angkubah tunggal bebas


R(s) G(s)+

E (s)

-

keluaranmasukan

pembanding

C(s)

H(s)

pembanding

keluaranC(s) R(s)

G(s)E (s)

-

masukan

H1(s)

H2(s)

-

+



_______________________________________________________________________________________________

12


4.

R(s) G1(s)+

-

keluaranmasukan pembanding

H(s)

C(s) G2(s)

U(s)

+

R(s) daging

tomyammasukan

C(s) Rempah tomyam Sayur-sayuran


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/1

Objektif Am: Mempelajari dan memahami jenis-jenis susul proses, pengawal BUKA/TUTUP tindihan dan tanpa tindihan.

Objektif Khusus: Di akhir unit ini pelajar-pelajar sepatutnya dapat:

Mengenali dan dapat menakrifkan susulan dalam sistem proses kawalan.

Menerangkan ciri-ciri kawalan BUKA/TUTUP tanpa tindihan dan istilah-istilah purata, titik set, terlajak kadar kenaikan dan kadar menurun.

Menyelesaikan masalah menggunakan persamaan kadar menaik, kadar menurun dan kadar purata.

Menerangkan ciri-ciri kawalan BUKA/TUTUP bagi sistem tindihan dan istilah-istilah tindihan, titik set atasan dan titik set bawahan.

OBJEKTIF


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/2

INPUT

3.1 PRINSIP-PRINSIP PENGAWAL 3.2 MENTAKRIFKAN SUSULAN Susul Pemindahan Susul adalah merupakan kelambatan yang berlaku untuk mencapai sesuatu nilai.@ keluaran yang ditetapkan pada satu proses. 3.3 MENYATAKAN SEBAB BERLAKUNYA SUSULAN Susul pemindahan berlaku apabila tenaga dipindahkan melalui elemen rintangan kepada elemen keupayaan atau sebaliknya. Dengan lain perkataan susul adalah bergantung kepada nilai rintangan oleh kerana terdapat rintangan, maka pemindahan itu akan mengambil masa. Dalam bentuk graf boleh dinyatakan seperti berikut. mak mak 0 0

masa masa

Graf ideal(tiada rintangan) Graf terdapat rintangan 3.4 MENGENALPASTI JENIS SUSULAN DI DALAM SESUATU PROSES Contoh susul pemindahan adalah pada:

1. Sistem numatik 2. Sistem Elektrik


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/3

3.4.1 Susul Jarak/Halaju Susul Jarak/Halaju ditakrifkan sebagai jangka masa diantara perubahan yang berlaku dengan perubahan nilai isyarat. Contoh: Halaju cecair Pemanas jarak pengesan Bagi gambarajah di atas jika pemanas meningkat, suhu cecair yang mempunyai halaju (V) akan mengalami kenaikan suhu yang hanya akan dikesan oleh elemen pengesan selepas susul waktu L saat. Nilai susul waktu , L terikat pada nilai jarak, d dan nilai halaju, V.

saatVdL

smHalajumJarakL

=

=)/(

)_(

Gambarajah Susul Jarak Halaju dalam prosees mencampur air sejuk dan air panas.

Air sejuk A V halaju air B

Air panas dan air panas bercampur di A dan ini akan menghasilkan cecair pada suhu tertentu. Perubahan suhu dapat di kesan oleh B. Masa yang diambil bagi perubahan di A dan dikesan di B ialah L = d/V. Inilah yang dinamakan Susul Jarak/Halaju. Dalam teori tiada berlaku perubahan dalam saiz gangguan diantara pemanas dan pengesan. Kesan susul dapat ditunjukkan dalam graf di bawah apabila gangguan yang diberikan adalah dalam bentuk:

Air panas

injap


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/4

(i) Gangguan tangga (ii) Gangguan tanjakan (iii) Gangguan sinus.

(i) Gangguan tangga

saiz Masukan Keluaran t L (ii) Gangguan tanjakan saiz Masukan Keluaran t L (iii) Gangguan sinus

L

t

keluaranmasukan


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/5

Contoh 1: Sejenis cecair mengalir melalui 1 saluran yang mempunyai pemanas dan suhunya diambil 2 meter dari pemanas. Saluran itu mempunyai garis pusat 0.5 meter dan kadar aliran ialah 1m3/s. Cari nilai susul jalur halaju. Penyelesaian: Jarak (d) = 2 meter Garispusat (D)=0.5 meter. Kadar aliran=1m3/s L=Jarak/halaju=d/v (saat) Halaju=isipadu/Luas Luas saluran = j2 = (0.5/2)2=0.196m2 Halaju(V) = isipadu/Luas

Halaju = 2

3

196.0/1msm

= 5.1m/s

Susul jalur/Halaju(L) = sm

m/1.5

2


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/6

Contoh 2: Diketahui susul J/H satu aliran gas ialah 2 saat. Cari isipadu gas yang mengalir dalam sebatang saluran yang mempunyai jejari 3 cm dalam masa 3 saat. Jarak pada pemanas ke Jangkasuhu adalah 4 meter. L = susul J/H = Jarak/Masa= 2 saat Jejari = 3 cm = 0.03m Masa = 3 saat Jarak = 4 meter V(isipadu) = ? L = 2 = Jarak/Halaju 2 = 4meter/halaju halaju = 2ms-1 halaju = isipadu/luas Luas = j2 = (0.03)2 = 0.00283 isipadu = 2 x Luas = 2 x 0.00283 = 0.00565 = 5.65x10-3m3


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/7

3.4.2 SUSULAN PEMINDAHAN 1.Susul Pemindahan untuk numatik Sistem yang menggunakan tekanan udara mampat. Bekalan tekanan P1 Tekanan yang dimasukkan ke dalm tangki P2 adalah masa untuk mencapai satu tahap tekanan yang maksima. FORMULA:

===

KPP

dtdP

KP

KPP

dtdP

212

212

= KdtPPdP 21 2

-lnktPP = )21(

)1(12 kt

ePP=

2.Susul Pemindahan pada sistem elektrik.

P2 tangki

R V1

V2

injap


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/8

2121

221

VVdVdt

RC

dtdVC

RVVi

=

==

= dtRCVVdV1

212

-ln (V1-V2)=t/RC Sistem numatik P P=P1(1-e-t/k) P1 0.63P P2 t=k, P2=P1(1-e-1)

t Sistem elektrik V P=P1(1-e-t/k) V1 0.63V V2 t=RC, V2=V1(1-e-1)

t


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/9

1.Dengan bantuan gambarajah yang sesuai, terangkan maksud Susul Jarak/Halaju.

Bagi gambarajah dibawah, buktikan bahawa susul pemindahan untuk litar elektrik adalah

V2=V1(1-e-t/RC)

i

2.Cecair yang mengalir di dalam sebuah tiub mempunyai satu pemanas dimana suhunya di

ambil 4 meter dari pemanas. Tiub tersebut mempunyai garis pusat 0.5m dengan kadar alirannya

adalah 2m3/s. cari susul jarak/Halaju.

R

V1

V2 C

AKTIVITI


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/10

1 a)Masa yang diambil bagi perubahan yang dilakukan dan dikesan oleh pengesan.

Halaju

cecair

Pemanas pengesan

L= Jarak/halaju

=d saat/V

b)

dtdVCi

RVV

RVi

2

21

=

==

==

==

221

1

221

1

)1........(221

dvVV

Rdt

dVVV

Cdt

dtdVC

RVVi

MAKLUM BALAS


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/11

!!!.......2)1(1

221

1211

21

1ln)21ln(

)21ln(1ln

)21ln(

/

/

/

/

terbuktiVeV

VeVV

eVVV

eVVV

RCtVVv

VvVRCt

VVKRCt

RCt

RCt

RCt

RCt

==

==

=

=+=+

2.

kadar aliran

2m3/s

pemanas 4 meter jangka suhu D= 0.5m

Luas saluran =j2 =(0.25/2)2 =0.196m2

Halaju(V) = (2m2/s )/ 0.196m2

= 10.22/s

Halaju J/H = L= d/V

= 4m/10.2m/s

= 0.392s


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/12

INPUT

3.5 Kawalan BUKA/TUTUP (ON/OFF, TWO STEP, TWO MODE) Pengawal ON/OFF satu pengawal di mana keluarannya samada ON sepenuhnya (maksima) @ OFF sepenuhnya (minima). Ini menyebabkan penggerak (actuator) membekalkan kuasa sepenuhnya kepada proses @ menutup bekalan proses sepenuhnya. Lengkok pindah pengawal adalah seperti berikut; saiz 100% 0% -Ep 0 +Ep ralat (%)t Ciri-ciri kawalan NYALA/PADAM

(i) Cara pengawalan yang paling asas (ii) Paling mudah dan murah. (iii) Elemen kawalan terakhir boleh dianggap dalam dua keadaan iaitu ON dan OFF. (iv) Oleh kerana susul pemindahan dalam system, nilai pembolehubah meningkat lebih

dari nilai titik set @ menurun lebih bawah dari titik set. Nilai yang lebih dari titik set dinamakan nilai terlajak (over shoot). Nilai dibawah set dinamakan nilai di bawah landasab (undershoot).

3.6Kawalan Buka/Tutup Tanpa Tindihan Ciri-ciri Kawalan boleh digambarkan dalam rajah dibawah:

Nyala Nilai terlajak

Ayunan suhu

Titik set

Padan (tutup)

Nilai dibawah landasan


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/13

Analisa Matematik kawsan Buka Tutup yang tidak bertindak F C H A B A B G D Gambarajah menunjukkan perbezaan londar suhu berhampiran pemanas dan pengesan. Dalam keadaan praktik graf suhu-masa bagi kawalan nyala/padam tidak bertindih adalah

seperti dalam gambarajah di atas. OABCD ialah londar bagi suhu proses berhampiran pemanas. OFGH ialah londar suhu proses berhampiran pengesan (kelewatan masa adalah

disebabkan oleh susul jarak/halaju dan susul pemindahan). Gerakan (tindakbalas pengawal adalah bergantung kepada suhu mengesan serta titik set

iaitu A dan B.

Kecerunan DA, pdmds

= kadar perubahan suhu semasa pemanasan.

Kecerunan AB, ddmds

= kadar perubahan suhu masa pendinginan.

Nilai terlajak atas/bawah Kecerunan OA adalah tangen A B O A B

Tetapi tan =m

AA

'

)2....(..........'

)1.(..........'

'

ddtdsBB

pdmdsAA

TANAA

m

m

=

==


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/14

Dengan ini nilai terlajak atas,

pdtdsAA m

= '

nilai terlajak bawah,

ddtdsBB m

= '

Nilai suhu purata Snp Nilai suhu purata boleh didapati dari persamaan berikut;

2)( MinMakSnp +=

Dari gambarajah diatas; Nilai suhu maksima, Smak = St.s + AA Nilai suhu minima, Smin = St.s - BB

2''.

2''.2

2)'.()'.(

2min)max(

BBAAsStSnp

BBAAsStSnp

BBsStAAsStSSSnp

+=

+=

++=+=

Diketahui:

pdtdsAA m )(' = maka ddt

dsBB m

= ' oleh sebab itu;

+=

2.

ddtdsp

dtds

sStSnpmm

+= ddtdsp

dtdssStSnp m

2.


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/15

Untuk mencari nilai ralat (offset) Ralat = Snp St.s

= ddtdsp

dtdsRalat m

2

Kalau , ddtdsp

dtds

=

maka ralat = 0

Contoh soalan 1; Didalam sebuah system, nilai susul pemindahannya ialah 0.5saat, kadar meningkat suhu 2K/saat. Kadar pendinginan suhu 1K/s dan suhu titik set ialah 353K. Cari

(i) Nilai terlajak(overshoot) (ii) Nilai bawah landasan (undershoot) (iii) Nilai ralat(offset) (iv) Nilai suhu purata

Penyelesaian:

KsSt

sKddtds

sKpdtds

s

o

o

o

m

353.

/1

/2

5.0

==

=

=

(i)Nilai terlajak

KsKsx

pdtds

o

o

m

1

25.0

==

=


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/16

(ii)Nilai bawah landasan

ddtds

m

=

K

sKxo

o

5.0

/15.0

==

(iii) Nilai ralat

= ddtdsp

dtdsRalat m

2

[ ][ ]K

sK

sKsK

o

o

oo

25.0

/125.0

/1/225.0

==

=

(iv) Nilai suhu purata = St.s + Ralat = 353K + 0.25K = 353.25K Contoh soalan 2;

Titik set suhu di dalam sebuah kawasan BUKA/TUTUP ialah 353K. Suhu pengesan meningkat dari 303K kepada 333K dalam masa 10 saat. Toleransi ralat dalam sistem ialah 3K. susul proses = 1.5saat.

Cari;

I. Kadar pendinginan

II. Purata suhu sukatan


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/17

Penyelesaian; I.

sKsKKKp

dtds

KsSt

oo

oo

o

/310

30303333

353.

===

=

sKddtds

ddtdssKsK

ddtdssK

sK

ddtdssKsK

ddtdsp

dtdsRalat

saatKralat

o

oo

oo

oo

m

m

o

/1

/3/4

/35.1

6

/325.13

2

5.13

=

=

=

=

==

=

II.

Snp = St.s + Ralat

= 353K + 3K = 356K

Kawalan Buka Tutup Bertindih (Dengan zon Berkecuali) Kawalan BUKA -TUTUP dengan bertindih mengandungi zon berkecuali digunakan proses sifat-

sifat kawalan boleh dijelaskan melalui gambarajah dibawah;

Arah pendinginan

Arah pemanasan


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/18

Untuk menjelaskan lagi konsep ini, perhatikan graf dibawah.

+S

t.s

- t.s

Kawasan buka-tutup pada masa suhu meningkat

Kawasan buka-tutup pada masa suhu

menurun

- t.s +

Zon berkecuali


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/19

Contoh soalan:

Di dalam suatu system kawalan proses paras cecair, system ini menukarkan secara linear nilai

paras 40-60 meter kepada isyarat kawalan yang bernilai 4-20mA. Satu geganti digunakan

sebagai pengawal (BUKA/TUTUP) untuk membuka @ menutup injap masukan. Geganti ini

ditutup pada 12 mA dan terbuka pada 10mA.

I. Cari hubungan anatar paras cecair dengan arus dalam system tersebut.

II. Berapakah nilai bertindihnya dalam meter.

Penyelesaian:

I.

Hubungan linear antara paras dan arus.

P = KI + Io

Bila P= 40, I = 4mA

40= 4K + Io ..(1)

Bila P= 60, I=20mA

60= 20K + Io.(2)

selesaikan persamaan serentak

40=4K + Io(1)

60=20K + Io(2)

20=16K

K=1.25m/mA

Y=mx + c P=KI + Io

P

I(mA)


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/20

Masukan K=1.25m/mA kedalam (1)

40=4K + Io

40=(1.25)4 + Io

40=5 + Io

Io= 35mA

Hubungan antara paras cecair dan arus ialah

P= 1.25 I + 35

II. Geganti tertutup apabila nilai arus = 12mA (pada titik set atas)

PA = 1.25 (12)+35

Geganti terbuka apabila nilai arus = 10mA

PB = 1.25(10) + 35

= 47.5 meter

Nilai bertindih = PA PB

= (50-47.5) Meter

= 2.5 Meter


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/21

1.Terangkan perbezaan di antara pengawal Buka-Tutup bertindih dengan pengawal Buka-tutup

tanpa Tindihan .

2.Nilai suhu tangki air telah terturun antara 20K per min kerana kehilangan panasnya kepada udara kesa. Pada ketika pemanasan dinyalakan system ini mendapat panas hingga nilai suhu

meningkat 6K per min. Satu kawalan BUKA/TUTUP yang mempunyai 0.5 min susul kawalan dan nilai bertindih 6% daripada nilai titik set. Nilai titik set ialah 333K. Lukiskan graf suhu pemanasan dengan nilai masa dan carikan nilai berkala ayunan (tempoh ayunan). Titik graf

permulaan adalah dari titik set dan nilai suhu dijangka terturun.

AKTIVITI


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/22

1.Pengawal Buka-tutup bertindih wujud di zon berkecuali (nilai bertindih).

2.

min5.0

min/6

min/2

==

=

m

o

o

Kpdtds

Kddtds

nilai bertindih 6% daripada nilai titik set. = 6% x 333K = 20K

Nilai titik set atas = 333K + 20K =353K

Nilai titik set bawah = 333K - 20K = 313K

Nilai terlajak = pdtds

= 0.5min x 6K = 3K


K

Kx

ddtds

o

m

01

min/25.0

==

=

MAKLUM BALAS


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/23

Nilai suhu tertinggi = 333K + 20K+3K=356K

Nilai suhu terendah = 333K 1 20K-1K = 312K

pdtdsAA

AApdtds

AATan

m

m

m

=

=

=

'

'

'

min222

312356

min33.76

312356

min5.102

312333

3

2

1

=

=

=

=

=

=

K

K

K

om

om

om

suhu

Masa(min)

353K

356K

333K

313K312K

m1 m2 m3


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/24

PENILAIAN KENDIRI

ANDA telah menghampiri kejayaan. Sila cuba semua soalan dalam penilaian kendiri ini dan semak jawapan anda pada maklumbalas yang disediakan. Jika ada masalah yang timbul, sila berbincang dengan pensyarah anda. Selamat mencuba semoga BERJAYA!!!.

1.Dengan bantuan gambarajah yang sesuai , lakarkan kawalan Buka- Tutup tanpa tindihan.

2.Apakah yang dimaksudkan susul pemindahan?

3.Dimanakah anda boleh dapati susul pemindahan?

4.Apakah yang dimaksudkan kawalan BUKA-TUTUP?

5.Nyatakan 4 (EMPAT) ciri-ciri kawalan NYALA/PADAM.

6. Suatu operasi pemanasan air tangki dijalankan di mana suhu air telah menaik antara 4K persaat kerana pemanasan yang berterusan. Pada suatu ketika pemanasan dikurangkan dan

suhu air tersebut telah turun 8K per min. Satu pengawal BUKA-TUTUP yang mempunyai 0.4 min susul kawalan dan nilai bertindih 5% daripada nilai titik set. Nilai titik set ialah 300K. Lukiskan graf suhu pemanasan dengan masa dan carikan nilai tempoh ayunan. Titik graf

permulaan adalah dari titik set dan suhu dijangka menaik.

7. Titik set suhu dalam kawalan Buka-tutup ialah 300C. Suhu meningkat dari 280K kepada

295K dalam masa 5 saat. Tolenrasi ralat sistem ialah 5K, manakala susul proses ialah 2.5

saat. Cari;

I. Kadar Pendinginan

II. Suhu Nilai Purata

III. Nilai terlajak

IV. Nilai bawah landasan


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/25


1 2. Susul Pemindahan Susul adalah merupakan kelambatan yang berlaku untuk mencapai sesuatu nilai.@ keluaran yang ditetapkan pada satu proses. Susul pemindahan berlaku apabila tenaga dipindahkan melalui elemen rintangan kepada elemen keupayaan atau sebaliknya. Dengan lain perkataan susul adalah bergantung kepada nilai rintangan oleh kerana terdapat rintangan, maka pemindahan itu akan mengambil masa. 3. susul pemindahan boleh didapati pada:

1.Sistem numatik 2.Sistem Elektrik

4 Pengawal BUKA/TUTUP satu pengawal di mana keluarannya samada ON sepenuhnya (maksima) @ OFF sepenuhnya (minima). Ini menyebabkan penggerak (actuator) membekalkan kuasa sepenuhnya kepada proses @ menutup bekalan proses sepenuhnya. 5. Ciri-ciri kawalan NYALA/PADAM

I. Cara pengawalan yang paling asas II. Paling mudah dan murah. III. Elemen kawalan terakhir boleh dianggap dalam dua keadaan iaitu ON dan OFF. IV. Oleh kerana susul pemindahan dalam system, nilai pembolehubah meningkat lebih dari

nilai titik set @ menurun lebih bawah dari titik set. Nilai yang lebih dari titik set dinamakan

Nyala Nilai terlajak

Ayunan suhu

Titik set

Padan (tutup)



PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/26

nilai terlajak (over shoot). Nilai dibawah set dinamakan nilai di bawah landasab (undershoot).

6.

min4.0

/4

/480/8

==

==

m

o

oo

mKpdtds

mKsKddtds

Nilai bertindih = 5% nilai titik set.

= KKKx ooo 31515300100

5 =+

Nilai titik set atas= 300K + 15K=315K Nilai titik titik set bawah = 300K -15K=285K Nilai terlajak = p

dtds

m

= 0.4min x 4K =1.6K

Nilai dibawah landasan = ddtds

m

= 0.4m(480K/m) =192K Nilai suhu tertinggi = 300K + 15K + 1.6K = 316.6K Nilai suhu terendah =300K -15K - 1.6K = 283.4K

pdtdsAA

AApdtds

AA

m

m

m

=

=

=

'

'

'tan

min4.190min/93min/4.283

min6.237min/93min/6.316

min207min/93min/300

3

2

1

====

==

KK

KK

KK

oom

oom

oom

min

316. K

suhu

315K 300K 285K 93K


PRINSIP PENGAWAL

E4141/UNIT3/27

7. I Kadar Pendinginan

280)( =pdtds oK

= 295K-280K 5s = 3K/s m =2.5s

Ralat =5K Oleh itu kadar pendinginan = (ds/dt)d

= ddtdsp

dtdsRalat m

2

5 oK = 2.5[3oK/s (ds/dt)d] 4oK/s = 3oK/s (ds/dt)d (ds/dt)d= -1oK/s ii Suhu Purata

KsKK

sksKsK

ddtdspdtdsSS

o

oo

oo

mTSNP

305)/4(25.1300

)]/1(/3[25.2300

])/()/[(2

=+=

==

+=

iii Nilai Terlajak

KsKspdtds

o

m

5.7)/3(5.2

)/(0

===

iv. Nilai di bawah landasan

ddtdsm )/(= =2.5s(-1oK/s) =-2.5oK


PRINSIP PENGAWAL E4141 / UNIT 4 / 1

Objektif Am: Mempekenalkan kepada pelajar Ciri-Ciri Pengawal berkadaran(P), pengawal kamilan (I), Pengawal Terbitan(D), Pengawal berkadaran + Kamilan (P+I), Pengawal Berkadaran + terbitan (P+D), Pengawal berkadaran +kamilan + terbitan (P+I+D).

Objektif Khusus: Di akhir unit ini pelajar sepatutnya dapat:

Mengenalpasti serta menyelesaikan masalah bagi sistem kawalan berkadaran

(P), kawalan kamilan (I),kawalan terbitan(D) Menerangkan sistem kawalan P+I,P+D,P+I+D Membezakan di antara sistem kawalan P+I,P+D,P+I+D

OBJEKTIF



INPUT

4.0 PRINSIP PENGAWAL 4.1 Lakaran Graf Masukan dan Keluaran Kawalan NYALA/PADAM

Kawalan NYALA/PADAM atau ON/OFF keluaran pengawal adalah pada 100% atai 0% bergantung kepada nilai ralat samada melebihi atau kurang dari titik set atau zon bertindih. Dalam kawalan berkadaran terdapat satu pehubungan yang linear di antara keluaran pengawal dengan ralat. Di dalam julat ralat tersebut, satu nilai ralat terdapat satu nilai bagi keluaran. Julat ralat untuk keluaran pengawal dari 0% ke 100% ini dinamakan ruang berkadaran kerana nilai keluaran yang berkadaran hanya dalam julat tersebut. Gamabarajah 4.0 menunjukan perhubungan ini.

P%

100% 0% Ralat

- Ep 0 + Ep

Gambarajah 4.0: Definasi Ruang Berkadaran

Daripada graf boleh didapati kecerunan, kp = 100/RB maka,

RB=100/kp

Di mana kp angkatap masa RB Ruang berkadaran

RB



Ciri-ciri Ruang Berkadaran

1. Hubungan antara keluaran dangan ralat adalah linear. 2. Nilai julat ralat untuk 0% ke 100% keluaran pengawal dinamakan Ruang Berkadaran

(RB) atau (PB- Propotional Band )

3. Formula: RB =kp

100

Kp= angkatap gandaan berkadaran 4. Nilai keluaran pengawal untuk ralat yang terkeluar dari julat ialah 100% atau 0%

bergantung kepada ralat dan angkatap gandaan. 5. Keluaran pengawal dihubungkan dengan ralat oleh persamaan berikut:

)0(PEkP pp += 6. Nilai untuk P(0) biasanya dipilih sebagai 50%. 7. RB yang sempit akan bertindak seperti kawalan BUKA -TUTUP.

4.1 Kawalan Berkadaran (P)

P = kpEp + P(0)

Nilai keluaran(%) = (angkatap gandaan) (ralat) + (nilai keluaran bila ralat 0)

Di mana, kp - angkatap

Ep - Ralat P(0) - Pengawal pada ralat = 0

4.2 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 keadaan 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.



RB luas

P%

100% RB Sambutan berkadaran 0% RB sempit Ralat

- Ep 0 + Ep

Gambarajah Ciri-ciri kawalan berkadaran Luarset (offset)

Satu ciri penting pengawal ini ialah berlakunya ralat tetap atau luarset bila terjadiperubahan beban dalam proses. Kesannya boleh dikurangkan dengan membesarkan 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 pehubungan satu dengan satu diantara keluaran pengawal yang baru tidak boleh mencapai ralat sifar. Ralat ini adalah tetap dan dipanggil luarset.

P%

Keluaran pengawal 100%

Plama P baru

0%

Ralat

- Ep 0 + Ep

Ralat luarset



4.3 Keburukan Pengawal Berkadaran

1. Wujudnya Offset (ralat) dalam mencapai kestabilan 2. Offset (ralat) ini boleh dikurangkan dengan memberikan nilai gandaan (kp) yang tinggi. 3. Nilai Gandaan yang tinggi akan mengecilkan RB dan oleh itu gerakan/ayunan ke nilai stabil akan

lebih cepat.

Rumus Peratus Ralat

Ep(%) = 100min

XCCCCs

mak

TS

Di mana - Cs adalah nilai ukuran

- CTS nilai titik set - Cmak Suhu maksima - Cmin

e4141_sistem kawalan 1

Documents