CHAPTER 1 : INTRODUCTION TO CONTROL SYSTEM

1.1    Describe an electrical, pneumatic and hydraulic control.

Terangkan kawalan elektrik, pneumatik dan hidraulik.

Sistem Kawalan Elektrikal

1.  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. 

2.  Hukum voltan Kirchoff, (hukum gelung) menyatakan pada mana-mana ketika jumlah aljabar voltan di keliling sebarang gelung dalam litar elektrik adalah sifar.

3.  Model matematik litar elektrik boleh diperolehi dengan mengenakan satu atau kedua-dua hukum Kirchoff terhadapnya. 

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

Sistem Kawalan Pneumatik

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

2.    Mempunyai penggunaan yang meluas dalam perusahaan.

3.    Pneumatik memerihal sistem bendalir yang yang menggunakan udara atau gas manakala hidraulik merujuk kepada yang menggunakan minyak. 

4.    Pneumatik adalah sistem yang digerakkan dengan menggunakan media udara bertekanan.

Sistem Kawalan Hidraulik

1.    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 rendah. 

2.    Hidraulik memerihal sistem bendalir yang menggunakan minyak. 

3.    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. 

4.    Gabungan sistem elektronik dan hidraulik digunakan dengan meluas kerana ia menggabungkan kebaikan kedua-dua kawalan elektronik dan kuasa hidraulik.

1.1.1    Name the common application in electrical, pneumatic and hydraulic control.

Namakan aplikasi bersama dalam kawalan elektrik, pneumatik dan hidraulik.

Aplikasi Sistem Kawalan Elektrikal

1. Bekalan elektrik (AT) atau (DC)

2. Elemen masukan (suis, sensor, injap, komponen elektronik)

3. Elemen produk (motor, cahaya dan sebagainya)

4. Penyambung kabel

Aplikasi Sistem Kawalan Pneumatik

1.    Proses perindustrian

2.    Sistem kawalan kedudukan dan kelajuan

3.    Sistem brek kenderaan, hon dan hentakan

4.    Sistem penyemburan air, lift dan pintu automatik.

Aplikasi Sistem Kawalan Hidraulik

1.    Stering kuasa dan sistem brek pada kenderaan

2.    Mekanisma pemanduan kapal-kapal besar

3.    Sistem kawalan mesin

1.2    Identify general terms used in process control.

Mengenal pasti istilah umum yang digunakan dalam kawalan proses.

1.2.1    Define process variables, dynamic variables, servo control, feedback control, process, regulation, set points, interference and error, controller, measurement element and so on.

Tentukan pembolehubah proses, pembolehubah dinamik, kawalan servo, kawalan maklum balas, proses, peraturan, titik set, gangguan dan kesilapan, pengawal, unsur pengukuran dan sebagainya.

1.   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.

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

3.    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.

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

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

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

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

8.   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.

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

11. 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.

                                         

                             

1.3    Identify basic process control system.

Mengenal pasti sistem kawalan proses asas.

1.3.1    Recognize the basic elements for process control (example level control in a tank, temperature control etc.)

Mengenalpasti elemen asas untuk kawalan proses (kawalan tahap contoh dalam tangki, kawalan suhu dan lain-lain)

Sistem Kawalan Dalam Tangki

rajah 1.3.1.1

1.    Satu pemancar tahap, pengawal tahap, dan injap kawalan digunakan untuk mengawal paras cecair di dalam tangki proses.

2.    Tujuannya adalah untuk mengekalkan tahap cecair pada beberapa ketinggian yang ditetapkan di atas bahagian bawah tank.It diandaikan bahawa kadar aliran ke dalam tangki adalah rawak.

3.    Pemancar peringkat adalah alat yang mengukur tahap cecair di dalam tangki dan menukarkan ia menjadi isyarat pengukuran yang berguna, yang dihantar ke pengawal peringkat.

4.    Pengawal tahap menilai pengukuran, membandingkan ia dengan titik set diingini, dan menghasilkan satu siri tindakan pembetulan yang dihantar ke injap kawalan.

5.    Injap mengawal aliran bendalir dalam paip outlet untuk mengekalkan tahap dalam tangki.

Sistem Kawalan Dalam Suhu

rajah 1.3.1.2

1.  Untuk mengawal pembolehubah dinamik dalam proses, mesti mempunyai maklumat mengenai kemasukan atau ubah sendiri. Maklumat ini diperolehi dengan mengukur pembolehubah.

2.  Pengukuran merujuk kepada pertukaran pembolehubah proses ke isyarat analog atau digital yang boleh digunakan oleh sistem kawalan.

3.    Peranti yang melaksanakan pengiraan awal dipanggil sensor atau alat.

4.   Biasanya ukuran adalah tekanan, tahap, suhu, aliran, kedudukan dan kelajuan.

5.    Keputusan apa-apa pengukuran adalah penukaran pembolehubah dinamik ke dalam beberapa maklumat berkadar yang diperlukan oleh unsur-unsur lain dalam gelung kawalan proses atau urutan.

1.3.2    Explain the processes of measurement, evaluation and control elements from 1.3.1.

Terangkan proses pengukuran, penilaian dan kawalan dari unsur-unsur 1.3.1.

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.

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.

1.3.3    Draw and label block diagram of basic elements of process control.

Lukiskan gambarajah blok dan label unsur-unsur asas kawalan proses.

1.3.4    Explain the purposes and use of open loop and closed loop block diagrams.

Terangkan tujuan dan penggunaan gelung terbuka dan gambarajah blok gelung tertutup.

Sistem Kawalan Gelung Buka

rajah 1.3.4.1

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

rajah 1.3.4.2

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

1.3.5    Differentiate open loop from closed loop process control by identifying negative and positive feedback.

Bezakan gelung terbuka dari gelung tertutup kawalan proses dengan mengenal pasti maklum balas negatif dan positif.

Blok Suapbalik Positif

rajah 1.3.5.1

Blok Suapbalik Negatif

rajah 1.3.5.2

1.3.6    Build examples of open loop and closed loop process control with the aid of block diagrams.

Bina contoh gelung terbuka dan tertutup kawalan proses gelung dengan bantuan gambarajah blok.

1.3.7    Define automatic control system.

Takrifkan 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.

1.3.8    Explain the purpose, advantages and disadvantages of automatic control system usage.

Terangkan maksud, kelebihan dan kekurangan penggunaan sistem kawalan automatik.

Kebaikan Sistem Kawalan Automatik :

1.    Mengurangkan kos pengeluaran dengan mengurangkan bilangan pekerja.

2.    Menghasilkan keluaran bermutu tetap.

3.    Meninggikan kadar pengeluaran dan kecekapan.

Kekurangan Sistem Kawalan Automatik :

1.    Mengurangkan peluang pekerjaan kepada manusia.

2.    Kos penyelengaraan yang tinggi.

1.4    Identifying method of setting up a process control loop system.

Mengenal pasti kaedah menubuhkan sebuah sistem gelung kawalan proses.

1.4.1    Describe the need for a system control diagram.

Terangkan keperluan untuk gambarajah kawalan sistem.

1.4.2    Explain with the aid of diagrams.

Terangkan dengan bantuan gambarajah.

1)    Free single variable loop

Gelung angkubah tunggal bebas

rajah 1.4.2.1

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 1.4.2.2

2)    Interacting single variable loop

Gelung angkubah tunggal saling tindak

rajah 1.4.2.3

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

3)    Multivariable loop

Gelung angkubah berbilang

rajah 1.4.2.4

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

1.4.3    Identify the need of a cascade control system.

Kenal pasti keperluan sistem kawalan lata.

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.

1.4.4    Explain the most important characteristics of a cascade control system with the aid of block diagrams.

Terangkan ciri-ciri yang paling penting dalam sistem kawalan lata dengan bantuan gambarajah blok.

rajah 1.4.4

1.4.5    Explain the necessity of quality in control system.

Terangkan keperluan kualiti dalam sistem kawalan.

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.

1.4.6    Define quality in terms of loop interference, stability, minimal error and minimal duration.

Tentukan kualiti dari segi gangguan gelung, kestabilan, kesilapan yang minimum dan tempoh minimum.

1. 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.

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

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

1.4.7    Analyze over-damped, critically damped and under-damped sketching.

Menganalisis teredam lampau, teredam kritikal dan kurang redaman lakaran.

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:

1.    Lebih redam (over damped)

2.    Redaman genting (critical damped)

3.    Kurang Redaman (under damped)

rajah 1.4.7