pengendalian proses produksi dan pengandalian
Di Chap. 8, representasi diagram blok dari sistem kontrol sederhana (Gambar 82) adalah
dikembangkan. Bab ini akan memusatkan perhatian pada kontroler dan elemen
kontrol akhir
dan akan membahas karakteristik dinamik dari beberapa komponen yang
umum digunakan. Seperti ditunjukkan dalam Gambar. 8-2, sinyal input ke
controller adalah kesalahan, dan
sinyal output dari kontroler diumpankan ke elemen kontrol akhir. Dalam banyak
proses
sistem kontrol, sinyal output ini adalah tekanan udara, dan elemen kontrol akhir
adalah
pneumatik katup yang membuka dan menutup sebagai tekanan udara pada
perubahan diafragma.
Untuk analisis matematis dari sistem kontrol, itu sudah cukup untuk
menganggap
kontroler sebagai komputer sederhana. Sebagai contoh, sebuah kontroler
proporsional dapat dianggap
sebagai perangkat yang menerima sinyal kesalahan dan menempatkan sinyal
sebanding untuk itu. Demikian pula, elemen kontrol akhir dapat dianggap
sebagai perangkat yang menghasilkan korektif
tindakan pada proses. Tindakan korektif dianggap sebagai matematis terkait
dengan sinyal output dari controller. Namun, hal ini diinginkan untuk memiliki
beberapa penghargaan mekanisme fisik aktual yang digunakan untuk mencapai
hal ini. Untuk alasan ini, kita mulai bab ini dengan deskripsi fisik dari katup
kontrol pneumatik dan disederhanakan deskripsi controller proporsional.
Sampai sekitar tahun 1960, sebagian besar pengendali yang pneumatik.
Meskipun pengendali pneumatik masih digunakan dan berfungsi dengan baik di
banyak instalasi, pengendali yang
dipasang hari ini adalah instrumen elektronik atau berbasis komputer. Untuk
alasan ini, proporsional
pengontrol yang akan dibahas dalam bab ini akan elektronik atau berbasis
komputer. Itu
fungsi pemindahan yang disajikan dalam bab ini berlaku untuk kedua jenis
kontroler, dan diskusi sama sekali tidak membatasi. Perangkat pneumatik lain,
seperti katup kontrol,
ditemukan di seluruh pabrik pengolahan kimia dan merupakan bagian yang
sangat penting dari kimia
sistem kontrol proses. Setelah pembahasan pendahuluan, alih fungsi akan
disajikan untuk disederhanakan atau ideal versi katup kontrol dan pengendali
konvensional. Ini
fungsi transfer untuk tujuan praktis, cukup akan mewakili perilaku dinamis
katup kontrol dan pengendali. Oleh karena itu, mereka akan digunakan dalam
bab-bab berikutnya
untuk analisis matematika dan desain sistem kontrol.
9.1 MEKANISME
Control Valve
Katup kontrol ditunjukkan pada Gambar. 9-1 berisi perangkat pneumatik (katup
bermotor) yang
bergerak batang katup sebagai tekanan pada pegas diafragma perubahan.
Batang
posisi plug dalam lubang tubuh katup. Pada katup udara-ke-dekat, seperti udara
tekanan meningkat, steker bergerak ke bawah dan membatasi aliran fluida
melalui
katup. Pada katup udara-ke-terbuka, katup terbuka dan memungkinkan aliran
yang lebih besar sebagai katup-top meningkatkan tekanan udara. Pilihan antara
udara-ke-terbuka dan udara-ke-close biasanya dibuat berdasarkan pertimbangan
keselamatan. Jika tekanan udara instrumen gagal, kita ingin katup gagal dalam
posisi yang aman untuk proses tersebut. Sebagai contoh, jika katup kontrol
berada dipendinginan air masuk ke jaket pendingin untuk reaktor kimia
eksotermis, kita akan
ingin katup gagal terbuka sehingga kita tidak kehilangan aliran air pendingin ke
reaktor. Di
situasi seperti ini, kita akan memilih katup udara-ke-dekat. Motor katup sering
dibangun sehingga posisi batang katup proporsional tekanan katup-top.
Kebanyakan katup komersial bergerak dari terbuka untuk menutup sepenuhnya
sebagai tekanan katup-top perubahan dari 3 sampai 15 psig.
Secara umum, laju aliran cairan melalui katup tergantung pada hulu dan
tekanan cairan hilir dan ukuran pembukaan melalui katup. Plug dan
kursi (atau lubang) dapat dibentuk sehingga berbagai hubungan antara posisi
batang dan
ukuran pembukaan (maka, flow rate) yang diperoleh. Dalam contoh kita, kita
berasumsi untuk kesederhanaan bahwa pada kondisi mapan aliran (untuk tetap
hulu dan hilir tekanan fluida) sebanding dengan katup-top tekanan pneumatik.
Sebuah katup memiliki hubungan ini disebut
katup linier. Sebuah diskusi yang lebih lengkap katup kontrol disajikan dalam
Chap. 19.
Pengawas
Kontrol hardware yang dibutuhkan untuk mengontrol suhu aliran panas
meninggalkan sebuah
penukar ditunjukkan pada Gambar. 9-2. Hardware ini terdiri dari komponenkomponen berikut
tercantum di sini bersama dengan konversi masing-masing:
Transducer (suhu ke arus)
Komputer / Controller (arus ke arus)
Converter (arus ke-tekanan)
Katup kontrol (tingkat tekanan-to-aliran)
Gambar 9-2 menunjukkan bahwa termokopel digunakan untuk mengukur suhu;
sinyal
dari termokopel dikirim ke transduser, yang menghasilkan arus keluaran dalam
kisaran 4 sampai 20 mA, yang merupakan fungsi linear dari input. Output dari
transduser
memasuki controller di mana ia dibandingkan dengan set point untuk
menghasilkan sinyal error. Itu
komputer / controller mengkonversi kesalahan untuk sinyal output dalam kisaran
4 sampai 20 mA dalam sesuai dengan algoritma kontrol komputer. Satu-satunya
algoritma kontrol yang kita miliki
dianggap sejauh ini telah proporsional. Kemudian dalam bab ini algoritma kontrol
lainnya
akan dijelaskan. Output dari komputer / controller memasuki converter, yang
menghasilkan output dalam kisaran 3 sampai 15 psig, sebagai fungsi linear dari
input. Akhirnya,
output tekanan udara konverter dikirim ke bagian atas katup kontrol, yang
menyesuaikan aliran uap ke penukar panas. Kami berasumsi bahwa katup linier
dan merupakan jenis udara-ke-terbuka. Kekuatan eksternal (120 V) yang
diperlukan untuk setiap komponen juga
ditunjukkan pada Gambar. 9-2. Listrik yang dibutuhkan untuk transduser,
komputer / controller, dan
converter. Sebuah sumber dari 20 psig udara juga diperlukan untuk converter.
Untuk melihat bagaimana komponen berinteraksi satu sama lain,
mempertimbangkan proses yang akan beroperasi pada steady state dengan
suhu keluar sama dengan set point. Jika suhu
dari aliran menurun proses dingin, peristiwa berikut terjadi: Setelah beberapa
menunda termokopel mendeteksi penurunan suhu keluar dan menghasilkan
perubahan proporsional dalam sinyal ke controller. Begitu controller mendeteksi
penurunan suhu, relatif terhadap set point, meningkat output pengontrol sesuai
untuk bertindak proporsional. Peningkatan sinyal untuk converter menyebabkan
tekanan keluaran
dari converter untuk meningkatkan dan membuka katup yang lebih luas
mengakui aliran yang lebih besar dari aliran proses panas. Peningkatan aliran
arus panas akhirnya akan meningkatkan output
suhu dan memindahkannya menuju set point. Dari deskriptif kualitatif ini, kita
melihat
bahwa aliran sinyal dari satu komponen ke yang berikutnya adalah sedemikian
rupa sehingga suhu keluar penukar panas harus kembali menuju set point.
Sebuah P & ID setara
(Perpipaan dan diagram instrumentasi) untuk sistem kontrol ini ditunjukkan pada
Gambar. 9-3 (untuk P & ID simbol lainnya, lihat App. 9A). Dalam sistem kontrol
dengan baik-tuned, respon suhu akan berosilasi di sekitar titik set sebelum
datang ke steady state. Kami akan
memberikan perhatian yang cukup besar terhadap respon sistem kontrol dalam
sisanya
buku ini. Pembahasan lebih lanjut juga akan diberikan pada katup kontrol di
Chap. 19.
Untuk kenyamanan dalam menggambarkan berbagai undang-undang kontrol
(atau algoritma) di akhirat bagian dari bab ini, transduser, controller, dan
konverter akan disatukan dalam satu
blok, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 9-4.
Ini menyimpulkan pengantar singkat kami untuk katup dan pengendali. Kami kini
hadir
mentransfer fungsi untuk perangkat tersebut. Alih fungsi ini, terutama untuk
pengendali,
didasarkan pada perangkat yang ideal yang dapat diperkirakan hanya dalam
praktek. Tingkat
pendekatan cukup baik untuk menjamin penggunaan alih fungsi ini untuk
menggambarkan
perilaku dinamis dari mekanisme kontrol untuk keperluan desain biasa.
9.2 FUNGSI TRANSFER IDEAL
Control Valve
Sebuah katup pneumatik selalu memiliki beberapa lag dinamis, yang berarti
bahwa posisi batang
tidak merespon instan untuk perubahan tekanan yang diterapkan dari controller.
Dari percobaan yang dilakukan pada katup pneumatik, telah ditemukan bahwa
hubungan
antara aliran dan tekanan katup-katup atas untuk linear sering dapat
direpresentasikan
oleh fungsi transfer orde pertama; demikian
di mana K v adalah gain steady-state, yaitu, konstanta proporsionalitas antara
SteadyState yang
rate dan tekanan katup-top mengalir, dan tv adalah waktu yang konstan dari
katup.
Dalam banyak sistem praktis, waktu yang konstan dari katup sangat kecil jika
dibandingkan dengan konstanta waktu dari komponen lain dari sistem kontrol,
dan
fungsi transfer katup dapat didekati dengan constant.Under kondisi ini, katup
dikatakan untuk berkontribusi diabaikan lag dinamis.
Untuk membenarkan perkiraan katup cepat dengan fungsi transfer, yang hanya
K v, mempertimbangkan katup orde pertama dan proses orde pertama
dihubungkan secara seri, seperti
ditunjukkan pada Gambar. 9-5 Menurut pembahasan Chap.. 6, jika kita
asumsikan tidak ada interaksi (yang umumnya
berlaku untuk kasus ini), hubungan antara tekanan udara ke katup dan output
dari proses (mungkin suhu reaktor) adalah
sehingga kombinasi proses dan katup pada dasarnya adalah orde pertama. Ini
jelas menunjukkan
bahwa ketika waktu yang konstan dari katup jauh lebih kecil daripada proses,
fungsi transfer katup dapat diambil sebagai K v.
Sebuah katup pneumatik khas memiliki konstanta waktu dari urutan 1 s. Banyak
industri
proses berperilaku sebagai sistem orde pertama atau sebagai serangkaian
sistem orde pertama memiliki
konstanta waktu yang dapat berkisar dari satu menit sampai satu jam. Untuk
sistem ini kita harus
menunjukkan bahwa lag katup diabaikan, dan kami akan membuat sering
menggunakan ini
pendekatan.
Controller
Pada bagian ini, kami menyajikan fungsi transfer untuk kontroler yang sering
digunakan dalam
proses industri. Karena transduser dan konverter akan disatukan
dengan controller untuk kesederhanaan, hasilnya adalah bahwa masukan akan
menjadi variabel diukur
x (misalnya, suhu dan tingkat cairan) dan output akan menjadi sinyal p
pneumatik.
(Lihat Gambar. 9-4.) Sebenarnya bentuk ini (x sebagai input dan sebagai output
p) berlaku untuk pneumatik a
kontroler. Untuk kenyamanan, kami akan mengacu pada komponen disamakan
sebagai controller
dalam pembahasan berikut, meskipun controller elektronik sebenarnya hanyalah
salah satu dari
komponen.
KONTROL PROPORSIONAL. Jenis paling sederhana dari kontroler adalah kontroler
proporsional.
(Kontrol ON / OFF adalah benar-benar sederhana, tetapi merupakan kasus khusus
dari proporsional
kontroler seperti yang akan kita lihat segera.) Tujuan kami adalah untuk
mengurangi kesalahan antara keluaran proses dan set point. The proporsional
controller, seperti akan kita lihat, dapat mengurangi kesalahan, tetapi tidak
dapat menghilangkan itu. Jika kita dapat menerima beberapa kesalahan residu,
proporsional kontrol dapat menjadi pilihan yang tepat untuk situasi ini.
The pengendali proporsional hanya memiliki satu parameter disesuaikan, gain
kontroler.
The pengendali proporsional menghasilkan sinyal output (tekanan dalam kasus
pneumatik a
controller, saat ini, atau tegangan untuk pengendali elektronik) yang sebanding
dengan
e error. Tindakan ini dapat dinyatakan sebagai
dimana p? sinyal output dari controller, psig atau mA
K c? gain proporsional, atau sensitivitas
e? kesalahan? (Set point)? (Diukur variabel)
p s? a, output steady-state konstan dari controller [nilai bias, lihat
Pers. (8.19) dan (8.23)]
The e error, yang merupakan perbedaan antara set point dan sinyal dari
pengukur
elemen, mungkin dalam setiap unit yang sesuai. Namun, unit set point dan
variabel yang diukur harus sama, karena kesalahan adalah perbedaan antara
kuantitas.
Dalam controller memiliki keuntungan disesuaikan, nilai gain K c dapat
divariasikan dengan
masuk ke dalam controller, biasanya dengan cara keypad (atau tombol pada
peralatan yang lebih tua).
Nilai ps adalah nilai dari sinyal output ketika e adalah nol, dan dalam kebanyakan
pengendali
ps dapat disesuaikan untuk mendapatkan sinyal output yang dibutuhkan ketika
sistem kontrol
adalah pada steady state dan e? 0.
Untuk mendapatkan fungsi transfer dari Eq. (9.3), pertama-tama kita
memperkenalkan penyimpangan
variabel
ON / OFF KONTROL. Sebuah kasus khusus dari kontrol proporsional adalah on /
off control. Jika gain
K c dibuat sangat tinggi, valve akan bergerak dari satu posisi ekstrem ke yang
lain jika
Proses menyimpang hanya sedikit dari set point. Tindakan yang sangat sensitif
ini disebut on /
off tindakan karena katup adalah baik terbuka penuh (atas) atau tertutup penuh
(off); yaitu, katup
bertindak sebagai saklar. Ini adalah kontroler yang sangat sederhana dan
dicontohkan oleh thermostat digunakan dalam sistem home-pemanas. Dalam
prakteknya, sebuah band mati dimasukkan ke controller. Dengan band mati,
kesalahan mencapai beberapa nilai positif yang terbatas sebelum controller
"Menyala." Sebaliknya, kesalahan harus turun untuk beberapa nilai negatif yang
terbatas sebelum controller "mati." Perilaku ini ditunjukkan pada Gambar. 9-7.
Memperluas lebar Band mati membuat controller kurang peka terhadap
kebisingan dan mencegah fenomena mengobrol, dimana controller cepat akan
berputar dan berhenti sebagai kesalahan berfluktuasi sekitar nol. Berceloteh
merugikan kinerja peralatan.
dikembangkan. Bab ini akan memusatkan perhatian pada kontroler dan elemen
kontrol akhir
dan akan membahas karakteristik dinamik dari beberapa komponen yang
umum digunakan. Seperti ditunjukkan dalam Gambar. 8-2, sinyal input ke
controller adalah kesalahan, dan
sinyal output dari kontroler diumpankan ke elemen kontrol akhir. Dalam banyak
proses
sistem kontrol, sinyal output ini adalah tekanan udara, dan elemen kontrol akhir
adalah
pneumatik katup yang membuka dan menutup sebagai tekanan udara pada
perubahan diafragma.
Untuk analisis matematis dari sistem kontrol, itu sudah cukup untuk
menganggap
kontroler sebagai komputer sederhana. Sebagai contoh, sebuah kontroler
proporsional dapat dianggap
sebagai perangkat yang menerima sinyal kesalahan dan menempatkan sinyal
sebanding untuk itu. Demikian pula, elemen kontrol akhir dapat dianggap
sebagai perangkat yang menghasilkan korektif
tindakan pada proses. Tindakan korektif dianggap sebagai matematis terkait
dengan sinyal output dari controller. Namun, hal ini diinginkan untuk memiliki
beberapa penghargaan mekanisme fisik aktual yang digunakan untuk mencapai
hal ini. Untuk alasan ini, kita mulai bab ini dengan deskripsi fisik dari katup
kontrol pneumatik dan disederhanakan deskripsi controller proporsional.
Sampai sekitar tahun 1960, sebagian besar pengendali yang pneumatik.
Meskipun pengendali pneumatik masih digunakan dan berfungsi dengan baik di
banyak instalasi, pengendali yang
dipasang hari ini adalah instrumen elektronik atau berbasis komputer. Untuk
alasan ini, proporsional
pengontrol yang akan dibahas dalam bab ini akan elektronik atau berbasis
komputer. Itu
fungsi pemindahan yang disajikan dalam bab ini berlaku untuk kedua jenis
kontroler, dan diskusi sama sekali tidak membatasi. Perangkat pneumatik lain,
seperti katup kontrol,
ditemukan di seluruh pabrik pengolahan kimia dan merupakan bagian yang
sangat penting dari kimia
sistem kontrol proses. Setelah pembahasan pendahuluan, alih fungsi akan
disajikan untuk disederhanakan atau ideal versi katup kontrol dan pengendali
konvensional. Ini
fungsi transfer untuk tujuan praktis, cukup akan mewakili perilaku dinamis
katup kontrol dan pengendali. Oleh karena itu, mereka akan digunakan dalam
bab-bab berikutnya
untuk analisis matematika dan desain sistem kontrol.
9.1 MEKANISME
Control Valve
Katup kontrol ditunjukkan pada Gambar. 9-1 berisi perangkat pneumatik (katup
bermotor) yang
bergerak batang katup sebagai tekanan pada pegas diafragma perubahan.
Batang
posisi plug dalam lubang tubuh katup. Pada katup udara-ke-dekat, seperti udara
tekanan meningkat, steker bergerak ke bawah dan membatasi aliran fluida
melalui
katup. Pada katup udara-ke-terbuka, katup terbuka dan memungkinkan aliran
yang lebih besar sebagai katup-top meningkatkan tekanan udara. Pilihan antara
udara-ke-terbuka dan udara-ke-close biasanya dibuat berdasarkan pertimbangan
keselamatan. Jika tekanan udara instrumen gagal, kita ingin katup gagal dalam
posisi yang aman untuk proses tersebut. Sebagai contoh, jika katup kontrol
berada dipendinginan air masuk ke jaket pendingin untuk reaktor kimia
eksotermis, kita akan
ingin katup gagal terbuka sehingga kita tidak kehilangan aliran air pendingin ke
reaktor. Di
situasi seperti ini, kita akan memilih katup udara-ke-dekat. Motor katup sering
dibangun sehingga posisi batang katup proporsional tekanan katup-top.
Kebanyakan katup komersial bergerak dari terbuka untuk menutup sepenuhnya
sebagai tekanan katup-top perubahan dari 3 sampai 15 psig.
Secara umum, laju aliran cairan melalui katup tergantung pada hulu dan
tekanan cairan hilir dan ukuran pembukaan melalui katup. Plug dan
kursi (atau lubang) dapat dibentuk sehingga berbagai hubungan antara posisi
batang dan
ukuran pembukaan (maka, flow rate) yang diperoleh. Dalam contoh kita, kita
berasumsi untuk kesederhanaan bahwa pada kondisi mapan aliran (untuk tetap
hulu dan hilir tekanan fluida) sebanding dengan katup-top tekanan pneumatik.
Sebuah katup memiliki hubungan ini disebut
katup linier. Sebuah diskusi yang lebih lengkap katup kontrol disajikan dalam
Chap. 19.
Pengawas
Kontrol hardware yang dibutuhkan untuk mengontrol suhu aliran panas
meninggalkan sebuah
penukar ditunjukkan pada Gambar. 9-2. Hardware ini terdiri dari komponenkomponen berikut
tercantum di sini bersama dengan konversi masing-masing:
Transducer (suhu ke arus)
Komputer / Controller (arus ke arus)
Converter (arus ke-tekanan)
Katup kontrol (tingkat tekanan-to-aliran)
Gambar 9-2 menunjukkan bahwa termokopel digunakan untuk mengukur suhu;
sinyal
dari termokopel dikirim ke transduser, yang menghasilkan arus keluaran dalam
kisaran 4 sampai 20 mA, yang merupakan fungsi linear dari input. Output dari
transduser
memasuki controller di mana ia dibandingkan dengan set point untuk
menghasilkan sinyal error. Itu
komputer / controller mengkonversi kesalahan untuk sinyal output dalam kisaran
4 sampai 20 mA dalam sesuai dengan algoritma kontrol komputer. Satu-satunya
algoritma kontrol yang kita miliki
dianggap sejauh ini telah proporsional. Kemudian dalam bab ini algoritma kontrol
lainnya
akan dijelaskan. Output dari komputer / controller memasuki converter, yang
menghasilkan output dalam kisaran 3 sampai 15 psig, sebagai fungsi linear dari
input. Akhirnya,
output tekanan udara konverter dikirim ke bagian atas katup kontrol, yang
menyesuaikan aliran uap ke penukar panas. Kami berasumsi bahwa katup linier
dan merupakan jenis udara-ke-terbuka. Kekuatan eksternal (120 V) yang
diperlukan untuk setiap komponen juga
ditunjukkan pada Gambar. 9-2. Listrik yang dibutuhkan untuk transduser,
komputer / controller, dan
converter. Sebuah sumber dari 20 psig udara juga diperlukan untuk converter.
Untuk melihat bagaimana komponen berinteraksi satu sama lain,
mempertimbangkan proses yang akan beroperasi pada steady state dengan
suhu keluar sama dengan set point. Jika suhu
dari aliran menurun proses dingin, peristiwa berikut terjadi: Setelah beberapa
menunda termokopel mendeteksi penurunan suhu keluar dan menghasilkan
perubahan proporsional dalam sinyal ke controller. Begitu controller mendeteksi
penurunan suhu, relatif terhadap set point, meningkat output pengontrol sesuai
untuk bertindak proporsional. Peningkatan sinyal untuk converter menyebabkan
tekanan keluaran
dari converter untuk meningkatkan dan membuka katup yang lebih luas
mengakui aliran yang lebih besar dari aliran proses panas. Peningkatan aliran
arus panas akhirnya akan meningkatkan output
suhu dan memindahkannya menuju set point. Dari deskriptif kualitatif ini, kita
melihat
bahwa aliran sinyal dari satu komponen ke yang berikutnya adalah sedemikian
rupa sehingga suhu keluar penukar panas harus kembali menuju set point.
Sebuah P & ID setara
(Perpipaan dan diagram instrumentasi) untuk sistem kontrol ini ditunjukkan pada
Gambar. 9-3 (untuk P & ID simbol lainnya, lihat App. 9A). Dalam sistem kontrol
dengan baik-tuned, respon suhu akan berosilasi di sekitar titik set sebelum
datang ke steady state. Kami akan
memberikan perhatian yang cukup besar terhadap respon sistem kontrol dalam
sisanya
buku ini. Pembahasan lebih lanjut juga akan diberikan pada katup kontrol di
Chap. 19.
Untuk kenyamanan dalam menggambarkan berbagai undang-undang kontrol
(atau algoritma) di akhirat bagian dari bab ini, transduser, controller, dan
konverter akan disatukan dalam satu
blok, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 9-4.
Ini menyimpulkan pengantar singkat kami untuk katup dan pengendali. Kami kini
hadir
mentransfer fungsi untuk perangkat tersebut. Alih fungsi ini, terutama untuk
pengendali,
didasarkan pada perangkat yang ideal yang dapat diperkirakan hanya dalam
praktek. Tingkat
pendekatan cukup baik untuk menjamin penggunaan alih fungsi ini untuk
menggambarkan
perilaku dinamis dari mekanisme kontrol untuk keperluan desain biasa.
9.2 FUNGSI TRANSFER IDEAL
Control Valve
Sebuah katup pneumatik selalu memiliki beberapa lag dinamis, yang berarti
bahwa posisi batang
tidak merespon instan untuk perubahan tekanan yang diterapkan dari controller.
Dari percobaan yang dilakukan pada katup pneumatik, telah ditemukan bahwa
hubungan
antara aliran dan tekanan katup-katup atas untuk linear sering dapat
direpresentasikan
oleh fungsi transfer orde pertama; demikian
di mana K v adalah gain steady-state, yaitu, konstanta proporsionalitas antara
SteadyState yang
rate dan tekanan katup-top mengalir, dan tv adalah waktu yang konstan dari
katup.
Dalam banyak sistem praktis, waktu yang konstan dari katup sangat kecil jika
dibandingkan dengan konstanta waktu dari komponen lain dari sistem kontrol,
dan
fungsi transfer katup dapat didekati dengan constant.Under kondisi ini, katup
dikatakan untuk berkontribusi diabaikan lag dinamis.
Untuk membenarkan perkiraan katup cepat dengan fungsi transfer, yang hanya
K v, mempertimbangkan katup orde pertama dan proses orde pertama
dihubungkan secara seri, seperti
ditunjukkan pada Gambar. 9-5 Menurut pembahasan Chap.. 6, jika kita
asumsikan tidak ada interaksi (yang umumnya
berlaku untuk kasus ini), hubungan antara tekanan udara ke katup dan output
dari proses (mungkin suhu reaktor) adalah
sehingga kombinasi proses dan katup pada dasarnya adalah orde pertama. Ini
jelas menunjukkan
bahwa ketika waktu yang konstan dari katup jauh lebih kecil daripada proses,
fungsi transfer katup dapat diambil sebagai K v.
Sebuah katup pneumatik khas memiliki konstanta waktu dari urutan 1 s. Banyak
industri
proses berperilaku sebagai sistem orde pertama atau sebagai serangkaian
sistem orde pertama memiliki
konstanta waktu yang dapat berkisar dari satu menit sampai satu jam. Untuk
sistem ini kita harus
menunjukkan bahwa lag katup diabaikan, dan kami akan membuat sering
menggunakan ini
pendekatan.
Controller
Pada bagian ini, kami menyajikan fungsi transfer untuk kontroler yang sering
digunakan dalam
proses industri. Karena transduser dan konverter akan disatukan
dengan controller untuk kesederhanaan, hasilnya adalah bahwa masukan akan
menjadi variabel diukur
x (misalnya, suhu dan tingkat cairan) dan output akan menjadi sinyal p
pneumatik.
(Lihat Gambar. 9-4.) Sebenarnya bentuk ini (x sebagai input dan sebagai output
p) berlaku untuk pneumatik a
kontroler. Untuk kenyamanan, kami akan mengacu pada komponen disamakan
sebagai controller
dalam pembahasan berikut, meskipun controller elektronik sebenarnya hanyalah
salah satu dari
komponen.
KONTROL PROPORSIONAL. Jenis paling sederhana dari kontroler adalah kontroler
proporsional.
(Kontrol ON / OFF adalah benar-benar sederhana, tetapi merupakan kasus khusus
dari proporsional
kontroler seperti yang akan kita lihat segera.) Tujuan kami adalah untuk
mengurangi kesalahan antara keluaran proses dan set point. The proporsional
controller, seperti akan kita lihat, dapat mengurangi kesalahan, tetapi tidak
dapat menghilangkan itu. Jika kita dapat menerima beberapa kesalahan residu,
proporsional kontrol dapat menjadi pilihan yang tepat untuk situasi ini.
The pengendali proporsional hanya memiliki satu parameter disesuaikan, gain
kontroler.
The pengendali proporsional menghasilkan sinyal output (tekanan dalam kasus
pneumatik a
controller, saat ini, atau tegangan untuk pengendali elektronik) yang sebanding
dengan
e error. Tindakan ini dapat dinyatakan sebagai
dimana p? sinyal output dari controller, psig atau mA
K c? gain proporsional, atau sensitivitas
e? kesalahan? (Set point)? (Diukur variabel)
p s? a, output steady-state konstan dari controller [nilai bias, lihat
Pers. (8.19) dan (8.23)]
The e error, yang merupakan perbedaan antara set point dan sinyal dari
pengukur
elemen, mungkin dalam setiap unit yang sesuai. Namun, unit set point dan
variabel yang diukur harus sama, karena kesalahan adalah perbedaan antara
kuantitas.
Dalam controller memiliki keuntungan disesuaikan, nilai gain K c dapat
divariasikan dengan
masuk ke dalam controller, biasanya dengan cara keypad (atau tombol pada
peralatan yang lebih tua).
Nilai ps adalah nilai dari sinyal output ketika e adalah nol, dan dalam kebanyakan
pengendali
ps dapat disesuaikan untuk mendapatkan sinyal output yang dibutuhkan ketika
sistem kontrol
adalah pada steady state dan e? 0.
Untuk mendapatkan fungsi transfer dari Eq. (9.3), pertama-tama kita
memperkenalkan penyimpangan
variabel
ON / OFF KONTROL. Sebuah kasus khusus dari kontrol proporsional adalah on /
off control. Jika gain
K c dibuat sangat tinggi, valve akan bergerak dari satu posisi ekstrem ke yang
lain jika
Proses menyimpang hanya sedikit dari set point. Tindakan yang sangat sensitif
ini disebut on /
off tindakan karena katup adalah baik terbuka penuh (atas) atau tertutup penuh
(off); yaitu, katup
bertindak sebagai saklar. Ini adalah kontroler yang sangat sederhana dan
dicontohkan oleh thermostat digunakan dalam sistem home-pemanas. Dalam
prakteknya, sebuah band mati dimasukkan ke controller. Dengan band mati,
kesalahan mencapai beberapa nilai positif yang terbatas sebelum controller
"Menyala." Sebaliknya, kesalahan harus turun untuk beberapa nilai negatif yang
terbatas sebelum controller "mati." Perilaku ini ditunjukkan pada Gambar. 9-7.
Memperluas lebar Band mati membuat controller kurang peka terhadap
kebisingan dan mencegah fenomena mengobrol, dimana controller cepat akan
berputar dan berhenti sebagai kesalahan berfluktuasi sekitar nol. Berceloteh
merugikan kinerja peralatan.