WIM B04 sem 2 IS Process Control System 2

KERTAS
PENERANGAN

MODUL 13

B04-42-23 PROCESS CONTROL SYSTEM 2

GROUP CLUSTERING MODULE 13
B04-42-23 – LA2 INSTRUMENTATION & CONTROL OPERATION

C02.03 Monitor instrument & Control equipment operation
C02.04 Rectify operation mulfuction
C02.05 Prepare instrumentation & Control operation report

B[ [Type text]

MUKASURAT 2

[Type text]

INSTITUSI LATIHAN
JABATAN TENAGA MANUSIA
KEMENTERIAN SUMBER MANUSIA

MALAYSIA

KERTAS PENERANGAN

KOD DAN NAMA B04 SIJIL TEKNOLOGI INSTRUMEN PERINDUSTRIAN

KURSUS

KOD DAN NAMA B04-42-23 PROCESS CONTROL SYSTEM 2
MODUL

AKTIVITI
PEMBELAJARAN LA 2 INSTRUMENTATION & CONTROL OPERATION

CU.WA C02.03 / L3
NO./LEVEL C02.04 / L3,
C02.05 / L3.

OBJEKTIF APPLY CONTROL LOOP FUNCTIONAL CHECK USING PROCESS
PRESTASI AND INSTRUMENTATION DIAGRAM (P&ID), INSTRUMENT LOOP
AKHIRAN (TPO) DIAGRAM ,PROCESS OPERATING MANUAL, DCS OPERATING
MANUAL,INSTRUMENT OPERATING MANUAL, PERSONAL
PROTECTIVE EQUIPMENT (PPE),TEST EQUIPMENT OPERATING,
PROCESS FLOW DIAGRAM, LOGIC DIAGRAMS AND REPORT FORM
SO THAT:
1. CONTROL LOOP FUNCTIONAL CAN BE APPLIED AND IDENTIFED
2. CONTROL LOOP SYSTEM FAULTS CAN BE EXPLAINED APPLIED
AND
3. PROCESS CONTROL LOOP FAULTS APPLIED
IN ACCORDANCE WITH JOB SPECIFICATION REQUIREMENTS AND
MAINTENANCE TECHNICAL MANUAL.

B[ [Type text]

B04-42-23-LA2-IS1 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 3

[Type text]

1. TAJUK : PROSES KAWALAN GELUNG (CONTROL LOOP PROCESS)
2. ISTILAH TERMINOLOGI DALAM KAWALAN PROSES

 Analog Signal - Isyarat-isyarat analog seperti isyarat voltan atau arus elektrik yang

mewakili suhu, tekanan, tahap dan lain-lain. Biasanya isyarat arus elektrik adalah 4 - 20
mA di mana 4 mA ialah titik minimum dan 20 mA ialah titik maksimum.
 Auto Mode - Dalam mod auto output dikira oleh pengawal menggunakan isyarat ralat

dimana ia merupakan perbezaan antara titik set dan proses pembolehubah.
 Cascade – Penggunaan dua atau lebih pengawal untuk bekerja bersama-sama.

Keluaran pengawal utama ialah titik set untuk pengawal di bahagian sekunder "slave"
 Dead Band - Julat melalui bahagian satu input boleh diubah-ubah tanpa memulakan

satu reaksi.
 Dead Time – Jumlah masa yang di ambil oleh proses pemboleh ubah untuk mula

berubah apabila terdapat perubahan pada keluaran injap kawalan, frekuansi yang
berubah-ubah dan lain-lain.
 Digital Signal – Satu nilai diskret bagi sesuatu tindakan. Isyarat digital menggunakan

kod binari yang diwakili oleh 1 dan 0 digunakan sebagai petunjuk.
 Discrete I/O - ON atau OFF isyarat yang diterima atau di hantar ke bahagian operasi
“ field “.
 Dominant Lag Process – Kebanyakan proses terdiri daripada dead time dan lag.

Jika masa lag lebih besar dari dead time, proses akan menjadi domain bagi proses lag
tersebut.
 Error – Perbezaan antara nilai titik set dan nilai proses yang sebenar.
 Gain – Gandaan dalam proses dimana apabila adanya perubahan di bahagian keluaran

maka akan berlaku perubahan di bahagian masukan. Jika gandaan terlalu banyak ia
menjadikan gelung kawalan itu menjadi tidak stabil (berayun). Gain = 100 / Proportional
Band.
 Hysteresis – Kesan dari perubahan isyarat sebelum keluaran (injap kawalan)

bertindak.
 Input/Output - I/O – Pendawaian pada peralatan di bahagian operasi “field” ke

perkakasan elektronik..
 Lag Time / Time Constant – Jumlah masa yang diperlukan oleh proses pemboleh ubah

mencapai 63.2% daripada keseluruhan proses selepas dead time daripada berlakunya
perubahan pada injap kawalan.

B[ [Type text]

B04-42-23-LA2-IS1 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 4

[Type text]

 Overshoot – Jumlah proses yang melebihi tahap yang ditetapkan semasa perubahan
dalam sistem semasa berlaku perubahan dalam titik set.
 Process Value (PV) - Nilai sebenar dalam gelung kawalan, suhu, tekanan, aliran,
komposisi, pH, dan lain-lain
 Repeatability - Perubahan pada keluaran untuk perubahan yang sama di bahagian
masukan.
 Reset Windup – Tindakan reset “Integral” yang berterusan adalah penting untuk
menukar nilai keluaran pengawal selepas pengeluaran sebenar mencapai had fizikal.
 Response Time – Kadar tindak balas dari Transmitter.
 Set Point – Nilai yang ditetapkan untuk sesuatu proses pemboleh ubah.

3. SISTEM KAWALAN GELUNG SUAPBALIK (“SINGLE-LOOP FEEDBACK CONTROL”)

Sistem kawalan gelung suapbalik merupakan sistem yang mengirim semula
sebahagian daripada isyarat output kembali ke bahagian input. Kawalan suap balik
membolehkan isyarat output yang tidak sejajar diselaraskan kembali secara automatik
kepada aras isyarat yang dikehendaki.

Di dalam kawalan gelung suap balik, perkara yang diukur adalah pembolehubah
proses yang dimanipulasikan (PV). Nilai pembolehubah proses yang diukur (PV) akan
dibandingkan dengan titik set (SP). Isyarat keluaran daripada pengawal akan di hantar ke
bahagian elemen kawalan terakhir (injap kawalan) untuk dimanipulasikan bagi menjana
isyarat ralat (e = PV - SP).

Pembolehubah proses akan dikesan atau diukur oleh Transmitter yang bertindak
sebagai sensor dan menukarkan isyarat dalam bentuk piawaian (standard signal). Nilai
yang diukur akan dibandingkan dengan titik set. Jika perbezaan atau kesilapan wujud di
antara nilai sebenar dan nilai yang dikehendaki dalam proses, pengawal akan mengambil
tindakan pembetulan untuk membolehkan proses kembali kepada nilai yang dikehendaki.
Pembolehubah proses hanya akan berhenti dimanipulasi apabila PV = SV dan ralat
bersamaan dengan sifar. Ketika itu, proses adalah stabil.

B[ [Type text]

B04-42-23-LA2-IS1 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 5

[Type text]

3.1. Gambarajah Blok Diagram Sistem Kawalan Gelung Suapbalik (Single-loop
Feedback Control)

Rajah 1 : Blok Diagram Sistem Kawalan Gelung Suapbalik

3.2. Jenis – jenis Gelung Suapbalik
 Suapbalik Positif

Rajah 2. Suapbalik Positif

 Suapbalik Negatif

B[ [Type text]

B04-42-23-LA2-IS1 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 6

[Type text]

3.3. Kebaikan dan Keburukan Sistem Kawalan Gelung Suapbalik

Kebaikan Keburukan

 Sistem kawalan yang mudah.  Gangguan mempengaruhi
 Pengawal sistem kawalan pada sistem kawalan
suapbalik.
suapbalik berfungsi dengan
pengetahuan proses yang
minimum.
 Merupakan strategi kawalan
yang paling biasa dalam
industri proses

Jadual 1 : Sistem Gelung Suapbalik

3.4. Gelung Kawalan Tekanan (Pressure Control Loop)

Gelung kawalan tekanan merupakan sistem untuk mengawal sesuatu proses
tekanan yang boleh dikategorikan mengikut jenis bendalir seperti cecair, wap atau
gas. Berdasarkan Rajah 2 di bawah, pam akan menyedut masuk bendalir melalui
saluran paip dan memasuki pada bahagian injap kawalan untuk dimanipulasikan.
Pembolehubah proses akan dimanipulasi secara berterusan dan diukur oleh
Pressure Transmitter sebelum memasuki tangki (vassel). Kandungan bendalir di
dalam tangki adalah sama dengan nilai pada titik set yang telah di tetapkan pada
pengawal pneumatik (Pneumatic Controller).

Gelung kawalan tekanan mempunyai kelajuan yang berbeza-beza dimana ia
boleh bertindak balas terhadap perubahan dalam beban atau untuk mengawal
tindakan secara perlahan-lahan atau dengan cepat. Kelajuan dalam gelung kawalan
tekanan boleh ditentukan oleh isipadu bendalir proses tersebut.

Rajah 3. Gelung Kawalan Tekanan

B[ [Type text]

B04-42-23-LA2-IS1 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 7

[Type text]

3.1. Gelung Kawalan Aliran (Flow Control Loop)

Secara umumnya, gelung kawalan aliran adalah untuk mengawal kadar aliran
dalam proses. Sistem ini yang mempunyai tindak balas yang pantas terhadap
perubahan proses. Oleh itu, gelung kawalan aliran akan menghasilkan ayunan
(noise) pada isyarat kawalan. Bagi mengatasi proses terus berayun (oscillatory),
peralatan yang digunakan mesti mempunyai sampel dan masa tindak balas yang
pantas. Contohnya Flow Transmitter , merupakan alat yang mempunyai fungsi
redaman untuk tujuan menghapuskan ayunan (noise) pada proses. Biasanya dalam
gelung kawalan aliran terdiri daripada sensor aliran, Transmitter, Controller, injap
dan pam seperti Rajah 3.

Rajah 4 : Gelung Kawalan Aliran
-

response of a self
-
regulating process.

3.2. Gelung Kawalan Paras (Level Control Loop)

Gelung kawalan paras adalah untuk mengawal paras samaada cecair atau
bendalir dalam proses. Perubahan kelajuan dalam gelung kawalan paras
bergantung pada saiz dan bentuk vessel. Sebagai contoh, semakin besar vessel
yang digunakan semakin lama masa diperlukan.

Di dalam industri pengukuran paras boleh menggunakan mana-mana
teknologi pengukuran paras sesuatu pembolehubah proses seperti ultrasonik, radar
pelampung dan pengukuran tekanan. Bahagian masukan atau keluaran elemen
kawalan terakhir dalam gelung kawalan paras biasanya akan di hubungkan ke
bahagian tangki seperti Rajah 4 kerana ia merupakan bahagian yang kritikal untuk
mengelakkan limpahan tangki (overflow).

B[ [Type text]

B04-42-23-LA2-IS1 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 8

[Type text]

Rajah 5 : Gelung Kawalan Paras

3.1. Gelung Kawalan Suhu (Temperature Control Loop)

Gelung kawalan suhu dalam Rajah 5 merupakan sistem untuk mengawal
suhu cecair sesuatu proses. Proses suhu adalah melibatkan tindak balas yang
perlahan dan lambat. Oleh itu, masa yang lama diperlukan untuk mengawal dan
menstabilkan suhu cecair proses tersebut. Bagi proses suhu ia menggunakan
strategi kawalan suap depan (feedforward) untuk meningkatkan kelajuan tindak
balas gelung suhu.

Antara peralatan yang digunakan dalam gelung kawalan suhu adalah seperti
RTD atau Thermocouple merupakan sensor suhu yang biasa digunakan. Selain itu,
TemperatureTransmitter, Controller dan elemen kawalan akhir seperti injap bahan
api untuk pembakar atau heat exchanger. Kadang kala medium penyejuk ditambah
dalam gelung kawalan suhu untuk mengekalkan suhu proses.

Rajah 6 : Gelung Kawalan Suhu

B[ [Type text]

B04-42-23-LA2-IS1 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 9

[Type text]

4. CIRI-CIRI PROSES (PROCESS CHARACTERISTICS)
4.1. Jenis-jenis proses

Rajah 7. Jenis Proses
4.1.1. Self Regulating
Self-regulating merupakan satu proses yang mempunyai kaedah mengawal
pembolehubah proses secara mengimbangi perubahan pada output pengawal. Di
dalam sistem ini seperti Rajah 6, keupayaan self-regulating direka untuk
menghasilkan keseimbangan antara aliran keluar cecair dan aliran yang masuk ke
injap kawalan adalah sama. Jika injap dibuka lebih luas, tahap cecair tangki akan
meningkat.Ini akan menyebabkan peningkatan yang sama dalam tekanan di
bahagian bawah tangki. Melalui julat had yang tertentu , aliran cecair dalam sistem
ini akan terkawal dengan sendiri. Faktor utama yang menghadkan sistem ini adalah
kedalaman dan saiz sesuatu tangki simpanan.

Rajah 8 : Sistem aliran cecair secara Seft Regulating.

B[ [Type text]

B04-42-23-LA2-IS1 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 10

[Type text]

Rajah 9 : Graf tindak balas proses self-regulating process

4.1.1. Non-Self Regulating

Rajah 8 menunjukan pengawalan proses secara non-self regulating. Dalam
kes ini, pam digunakan untuk mengawal kadar aliran proses. Aliran cecair yang
keluar adalah terhad kepada sesuatu nilai mengikut kelajuan malar oleh pam yang
digunakan. Semakin laju pam beroperasi, menyebabkan tahap cecair tangki akan
meningkat.Jika aliran masuk dan aliran keluar adalah sama, ia akan menyebabkan
tangki akan menjadi kosong atau melimpah. Kawalan jenis ini mempunyai
kecenderungan untuk bergerak ke arah ketidakseimbangan. Oleh itu, proses
kawalan tambahan mesti digunakan untuk mengekalkan tahap keseimbangan dalam
tangki.

Rajah 10 : Sistem aliran cecair secara Non-self regulating

B[ [Type text]

B04-42-23-LA2-IS1 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 11

[Type text]

Rajah 11 : Graf tindak balas proses Non-self
regulating

-
5. PROSES DINA-reMsIpKon(sDeYofNaAsMelfIC BEHAVIOR PROCESS)

regulating process.

Proses dinamik adalah sistem paling kompleks yang mempunyai ciri-ciri dominan
yang biasanya boleh dianggarkan untuk tindak balas pertama atau kedua sistem. Oleh itu
pemahaman kedua-dua sistem ini adalah sangat berguna.

5.1. Sistem Pertama (First Order System)

A first-order system merupakan sistem yang tidak bertindak balas serta-merta
terhadap perubahan secara tiba-tiba di bahagian input sehingga selepas tempoh
masa tindak balas proses 63.2% selesai. Secara teorinya output proses masih tidak
mencapai nilai stabil yang baru dimana anggaran nilai baru adalah τ bersamaan 3
hingga 5 proses time constants.

Rajah 12 : Graf tindak balas first-order lag di bahagian input
system to step

B[ [Type text]

B04-42-23-LA2-IS1 WIM/B04/2-2015/S02/P0 MUKASURAT 12

response of a self [Type text]
-

regulating process.

5.1.1. TIGA (3) klasifikasi kelas utama tingkah laku

 Process Gain (Gp)

Berapa banyak pembolehubah proses diubah apabila pembolehubah
dimanipulasikan (contohnya apabila injap ditukar).
 Time Constant (Ʈ)

Berapa pantas tindak balas pembolehubah proses terhadap
perubahan pembolehubah dimanipulasikan.
 Dead Time (Ʈd)

Tempoh masa sebelum pembolehubah proses berubah apabila
berlaku perubahan dalam pembolehubah dimanipulasikan.

Rajah 13 : Graf yang melibatkan Process Gain, Time
Constant dan Dead Time

-

response of a self

5.2. Sistem- kedua (Second Order System)

regulating process.

Di dalam second order system, tindak balas yang berlaku adalah lebih pantas
daripada first order system. Apabila nilai ζ = 1 tindak balas proses memerlukan
masa yang singkat untuk menghampiri proses 63.2%. Sekiranya ζ yang lebih besar
digunakan masa tindak balas adalah lebih panjang untuk mencapai proses 63.2%
dan menghasilkan nilai offset. Jika ζ nilai lebih kecil digunakan pembolehubah
proses akan menghasilkan ayunan seperti Rajah 12

Rajah 14 : Graf tindak balas second-order lag di bahagian input

B[ [Type text]

B04-42-23-LA2-IS1 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 13

- [Type text]

response of a self
-

regulating process.

5.2.1. Ciri-ciri sistem teredam (Characteristics of under-damped
system )

 Rise Time

Masa output proses mengambil masa pertama untuk mencapai nilai
stabil yang baru.
 Time to First Peak

Masa yang diperlukan untuk output mencapai nilai maksimum yang
pertama.
 Settling Time

Masa yang diperlukan untuk output proses mencapai dan kekal di dalam
jalur lebar yang sama dengan jumlah perubahan dalam setpoint.
 Overshoot

Nilai maksimum nisbah puncak ke puncak
 Decay Ratio

Nisbah dua kitaran puncak ke puncak (positif dan negatif).
 Period of Oscillation

Masa di antara dua puncak berturut-turut.

B[ [Type text]

B04-42-23-LA2-IS1 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 14

[Type text]

6. SOALAN : Berikan definasi istilah terminology berikut :
1.
i. Dead Time
2. ii. Time Constants
3.
4. Senaraikan TIGA (3) kebaikan untuk sistem gelung suap balik.
5. Berikan TIGA (3) klasifikasi utama bagi tingkah laku proses dinamik
Terangkan perbezaan antara self-regulating dan non-self regulating
Terangkan secara ringkas gelung kawalan tekanan.

7. RUJUKAN :

1. www.engineeringtoolbox.com/process-control-terms-d_666.html / Process
Control and Common Terms / 19 Mac 2013 / 9.00a.m

2. www.docstoc.com / Dynamic Behavior of Control Systems / 19 Mac 2013 /
12.00p.

B[ [Type text]

B04-42-23-LA2-IS1 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 15

[Type text]

INSTITUSI LATIHAN
JABATAN TENAGA MANUSIA
KEMENTERIAN SUMBER MANUSIA

MALAYSIA

KERTAS PENERANGAN

KOD DAN NAMA B04 SIJIL TEKNOLOGI INSTRUMEN PERINDUSTRIAN

KURSUS

KOD DAN NAMA B04-02-13 PROCESS CONTROL SYSTEM 2

MODUL

AKTIVITI
PEMBELAJARAN LA 2 INSTRUMENTATION & CONTROL OPERATION

CU.WA C02.03 / L3
NO./LEVEL C02.04 / L3,
C02.05 / L3.

OBJEKTIF APPLY CONTROL LOOP FUNCTIONAL CHECK USING PROCESS
PRESTASI AND INSTRUMENTATION DIAGRAM (P&ID), INSTRUMENT LOOP
AKHIRAN (TPO) DIAGRAM , PROCESS OPERATING MANUAL, DCS OPERATING
MANUAL,INSTRUMENT OPERATING MANUAL, PERSONAL
PROTECTIVE EQUIPMENT (PPE), TEST EQUIPMENT OPERATING,
PROCESS FLOW DIAGRAM, LOGIC DIAGRAMS AND REPORT FORM
SO THAT:
1. CONTROL LOOP FUNCTIONAL CAN BE APPLIED AND IDENTIFED
2. CONTROL LOOP SYSTEM FAULTS CAN BE EXPLAINED APPLIED
AND
3. PROCESS CONTROL LOOP FAULTS APPLIED
IN ACCORDANCE WITH JOB SPECIFICATION REQUIREMENTS AND
MAINTENANCE TECHNICAL MANUAL.

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS2 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 16

[Type text]

TAJUK : PENALAAN (PID TUNING)

1. PENGENALAN

Pengawalan proses adalah perkara utama dalam industri proses. Ia adalah sangat
penting untuk memastikan proses kerja berjalan sebaiknya dan dalam keadaan selamat
untuk persekitaran serta dapat menjaga kualiti produk yang sedang diproses. Dalam
usaha untuk memastikan pengawal (Controller) bekerja dengan baik, ia mesti ditala (tune)
sebaik mungkin dengan menggunakan kaedah-kaedah tertentu bergantung kepada
dinamik sistem yang melibatkan nilai PID.

2. DEFINASI

Penalaan (Tuning) merupakan proses untuk menentukan nilai optimum unsur-unsur
dalam sistem untuk mencapai produk yang berkualiti tinggi. Dalam sistem kawalan, hanya
mod pengawal sahaja yang boleh ditala (tune). Penalaan pengawal adalah untuk
menentukan nilai optimum bagi gain, reset time and derivative time. Nilai PID optimum
untuk satu sistem, tidak mungkin nilai PID optimum yang lain.

.

3. KRITERIA PENALAAN (TUNING CRITERIA)

3.1. Kriteria Khusus (Specific Criteria)
 Decay Ratio
 Kurangkan Settling Time

3.2. Kriteria Am (General Criteria)
 Kurangkan kepelbagaian (Minimize variability)
 Kebolehpercayaan (kekal stabil apabila terdapat gangguan yang besar dalam
proses).
 Elak perubahan yang berlebihan dalam pembolehubah dimanipulasi

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS2 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 17

[Type text]

4. KAEDAH PENALAAN (TUNING METHOD)
TIGA (3) KAEDAH PENALAAN :
 Trial and Error
 Step Test or Transient response curve
 Ultimated sensitivity

4.1. Kaedah Trial and Error

Tidak ada formula atau kaedah yang tertentu untuk menentukan kaedah
secara Trial and Error. Kaedah ini tidak memerlukan pengetahuan dan kemahiran
yang tinggi kerana hanya perlu mecuba-cuba nilai PID sehingga tindak balas proses
menjadi stabil. Namun ia boleh menghasilkan overshoot atau undershoot.

4.1.1. Langkah-langkah untuk kaedah Trial and Error
 Letakkan Controller dalam keadaan manual dan kawal Controller

Output (CO) sehingga proses menjadi stabil dan menghampiri nilai
operasi sebenar (titik set).
 Keluarkan tindakan pada Integral dan Derivative (I = max, D=0)
 Gunakan tindakan Proportional sahaja dengan meletakkan Gain
pada nilai terendah.
 Kemudian letakkan Controller dalam keadaan automatik.
 Lakukan pengujian pada proses dengan mengubah nilai titik set dan
buat penandaan perubahan pada beban proses.
 Ubah nilai Proportional Gain sehingga anda memerhatikan sedikit
ayunan.
 Ulangi langkah ini sehingga anda melihat ciri-ciri redaman yang
dikehendaki (misalnya instance quarter-amplitude decay amplitud).
 Jangan bimbang pada ketika ini offset akan mengimbangi antara set-
titik dan pengukuran, selagi tidak menggunakan tindakan Integral
offset akan menjadi seolah-olah stabil.

4.1.2. Kebaikan menggunakan kaedah Trial and Error
 Kaedah yang mudah hanya memerlukan logik tanpa memerlukan
pengetahuan dan kemahiran yang tinggi.

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS2 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 18

[Type text]

4.1.3. Keburukan menggunakan kaedah Trial and Error

 Memerlukan masa yang lama untuk mengoptimumkan nilai kp, Ti
dan Td jika proses dinamik yang digunakan agak perlahan
contohnya proses suhu.

 Ia boleh menyebabkan kehilangan proses pengeluaran dan
mengurangkan kualiti produk.

 Continuous cycling merupakan keadaan yang kurang dikehendaki
dalam proses.Oleh itu, jika gangguan luaran atau berlaku perubahan
dalam proses semasa Controller Tuning akan menyebabkan operasi
menjadi tidak stabil dan menyediakan keadaan yang berbahaya
pada personal dan persekitiran.

4.2. Kaedah Step Test or Transient Response Curve

Secara tradisinya, kawalan dalam mod gelung terbuka perlu menggunakan
teknik pengujian (bump test). Apabila menganalisis data proses dalam mod gelung
buka, seseorang itu perlu berhati-hati kerana kesan daripada diprogramkan ke
dalam sistem ia boleh hilang.

4.2.1. Langkah-langkah untuk kaedah Step Test or Transient
Response Curve

 Letakkan Controller dalam keadaan manual dan kawal Controller
Output (CO) sehingga proses menjadi stabil dan menghampiri nilai
operasi sebenar (titik set).

 Lakukan perubahan pada Controller Output (CO) dengan melaras
pada nilai MV serta mengambil kira nilai-nilai parameter seperti
(process gain, time constant dan dead time) yang ditentukan
daripada tindak balas tersebut.

 Bagi proses self-regulating tindak balas daripada setiap perubahan
adalah dalam bentuk “S” seperti Rajah 1.

 Kumpulkan data dan plot bagi tiga parameter yang diperlukan iaitu
(process gain, time constant dan dead time).

α = Dead Time
Ʈ = Time Constant

Rajah 1 : Tindak balas Step Test or Transient Response Curve

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS2 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 19

[Type text]

 Process Gain = K = Perubahan pada PV

Perubahan pada MV

 Dead Time = Jarak (mm) x Kelajuan carta (mm/h)

 Time Constant = Jarak proses 63.2% (mm) x Kelajuan carta (mm/h)

4.2.2. Kebaikan Step Test or Transient Response Curve
 Pengawalan yang mudah dam ringkas
 Tidak mempengaruhi bahagian keluaran.

4.2.3. Keburukan Step Test or Transient Response Curve
 Sekiranya gangguan berlaku secara ketara semasa ujian dilakukan

tiada tindakan pembetulan akan diambil. Akibatnya, proses akan
menjadi lebih tidak stabil dan memberikan keputusan ujian yang
mengelirukan.
 Untuk proses yang bukan linear, keputusan ujian akan menjadi
sensitif terhadap magnitud dan arah bagi setiap perubahan yang
berlaku. Jika perubahan magnitude terlalu besar ia akan
mempengaruhi keputusan tetapi sekiranya perubahan magnitude
terlalu kecil, sambutannya mungkin sukar untuk membezakan
daripada fluctuations biasa kerana adanya gangguan.
 Kaedah ini tidak sesuai digunakan bagi proses yang tidak stabil.
 Untuk continuous controllers kaedah ini lebih cenderung kepada
kesilapan penentukuran pengawal.

4.3. Kaedah Ultimated Sensitivity
Kaedah ini berguna untuk proses yang mempunyai sasaran atau proses ytidak

stabil yang boleh menyebabkan ayunan sistem.

4.3.1. Langkah-langkah untuk kaedah Ultimated Sensitivity

 Letakkan Controller dalam keadaan auto dan tunggu sehingga
proses menjadi stabil dimana PV=SV

 Keluarkan tindakan pada Integral dan Derivative (I = max, D=0)
 Gunakan tindakan Proportional sahaja dengan meletakkan Gain

pada nilai terendah.

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS2 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 20

[Type text]

 Kemudian naikan nilai Proportional Gain sedikit demi sedikit dan lihat
tindak balas pada proses sehingga mendapatkan magnitud ayunan
pada sistem yang setara seperti Rajah 2 di bawah.

Rajah 2 : Tindak balas Ultimated Sensitivity

 Kumpulkan data dan plot yang diperlukan.
 Puncak ke puncak = Jarak (mm) x Kelajuan carta (mm/h)

4.3.2. Kebaikan Ultimated Sensitivity
 Pembolehubah proses akan menghampiri keadaan nomal proses

yang boleh mengurangkan gangguan.
 Masa pengawalan yang lebih cepat kerana mod pada keadaan auto.

Proses akan manipulasikan ralat secara automatik.
 Dalam automatik, sasaran yang selamat boleh ditetapkan, dan

gelung mempunyai beberapa peluang pada pemulihan daripada
gangguan.

4.3.3. Keburukan Ultimated Sensitivity
 Binaan sistem yang kompleks.

5. KAEDAH PENGIRAAN PENALAAN (TUNING)
Terdapat TIGA (3) kaedah pengiraan yang digunakan dalam melakukan PID Tuning
 Ziegler-Nichols
 Cohen-Coon
 Lambda

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS2 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 21

[Type text]

5.1. Pengiraan Ziegler-Nichols
Tuning yang menggunakan pengiraan Ziegler-Nichols tidak tertumpu pada

sesuatu plant sahaja. Sebaliknya, berdasarkan beberapa parameter yang
menyediakan pencirian mudah untuk mengawal plant iaitu :

i. Kp – gandaan pengawal
ii. Ti - masa penyepadu pengawal itu berterusan
iii. Td - masa terbitan pengawal itu berterusan

5.1.1. Pengiraan Ziegler-Nichols untuk kawalan gelung buka
 Untuk pengiraan Ziegler-Nichols untuk kawalan gelung buka perlu

mempunyai tiga parameter (process gain, time constant dan dead
time) seperti Rajah 3 di bawah.

Rajah 3 : Tindak balas Step Test

 Dapatkan data untuk tiga parameter daripada plot graf yang telah
dicatatkan. Kirakan :

 Process Gain = Kp = Perubahan pada PV
Perubahan pada MV

= Kp = 102 - 80
71-67

= Kp = 5.5

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS2 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 22

[Type text]

 Dead Time = Perbezaan masa yang diambil untuk berubah
= (9.36-9.32)
= 4 minit x 60 saat
= 240 saat

 Time Constant = Masa untuk 63.2% proses
= (9.45-9.36)
= 9 minit x 60 saat
= 540 saat

 Masukan formula Ziegler-Nichols untuk kawalan gelung buka
i. P Control: Kc = tau / (Kp * Td)
ii. PI Control: Kc = 0.9 * tau / (Kp * Td); Ti = 3.33 * td
iii. PID Control: Kc = 1.2 * tau / (Kp * Td); Ti = 2 * Td; Td = 0.5 *Td

 Setelah itu, masukan nilai-nilai pengawalan PID dalam mod
Controller.Lihat tindak balas pada graf yang terhasil. Sekiranya nilai
PID yang dimasukan adalah nilai yang optimum maka ia akan
menjadikan proses tersebut stabil namun apabila nilai PID yang
digunakan tidak ideal bagi proses tersebut, ayunan akan terhasil.

 Jika tidak dapat untuk mendapatkan nilai optimum bagi proses
tersebut process gain perlu dibahagikan dua untuk mengurangkan
overshoot bagi meningkatkan kestabilan.

 Bandingkan tetapan nilai PID Controller yang baru dikira dengan
nilai sebelumnya dan memastikan bahawa apa-apa perbezaan yang
besar dalam jumlah yang dijangka adalah wajar.

 Buat nota penetapan pengawal sebelumnya, nilai tetapan yang baru
beserta tarikh dan masa perubahan.

 Menguji nilai tetapan PID Controller yang baru. Pastikan sambutan
adalah selaras dengan objektif kawalan keseluruhan gelung.

 Memantau prestasi Controller secara berkala untuk beberapa hari
selepas penalaan (Tuning) untuk mengesahkan operasi yang lebih
baik di bawah keadaan proses yang berbeza.

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS2 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 23

[Type text]

A Kebaikan Ziegler-Nichols untuk kawalan gelung buka
 Pantas dan mudah untuk digunakan berbanding kaedah lain
 Ia adalah satu kaedah yang mantap dan popular
 Teknik ini kurang gangguan untuk melaksanakannya

B Keburukan Ziegler-Nichols untuk kawalan gelung buka
 Ia bergantung kepada nilai Proportional dan mengurangkan nilai
Integral dan Derivative dalam Controller.
 Anggaran untuk Kp, Ti, dan nilai-nilai Td mungkin tidak sepenuhnya
tepat untuk sistem yang berbeza.
 Nilai I dan D tidak dapat ditetapkan jika pengawalan PD Controller
dilakukan.

5.1.2. Pengiraan Ziegler-Nichols untuk kawalan gelung tutup

 Untuk pengiraan Ziegler-Nichols untuk kawalan gelung tutup
memerlukan Controller dalam keadaan Auto. Set nilai Proportional
gain dengan nilai yang kecil (Kc). Nilai Integral dan Derivative tidak
digunakan. Tingkatkan nilai Proportional gain sehingga memperolehi
graf sinus seperti Rajah 4 di bawah

Rajah 4 : Tindak balas Ultimated Sensitivity

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS2 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 24

[Type text]

 Kcu = Nilai minimum bagi gain dimana hanya P sahaja digunakan
pada sistem supaya perolehi ayunan berterusan)

 Pu = Jarak antara puncak ke puncak ayunan

Jadual 1 : Jadual formula Ziegler-Nichols untuk kawalan gelung tutup

 Masukan semua data menggunakan jadual seperti Jadual1 di atas.
 Setelah itu, masukan nilai-nilai pengawalan PID dalam mod

Controller.Lihat tindak balas pada graf yang terhasil. Sekiranya nilai PID
yang dimasukan adalah nilai yang optimum maka ia akan menjadikan
proses tersebut stabil namun apabila nilai PID yang digunakan tidak
ideal bagi proses tersebut, ayunan akan terhasil.
 Jika tidak dapat untuk mendapatkan nilai optimum bagi proses tersebut
process gain perlu dibahagikan dua untuk mengurangkan overshoot
bagi meningkatkan kestabilan.
 Bandingkan tetapan nilai PID Controller yang baru dikira dengan nilai
sebelumnya dan memastikan bahawa apa-apa perbezaan yang besar
dalam jumlah yang dijangka adalah wajar.
 Buat nota penetapan pengawal sebelumnya, nilai tetapan yang baru
beserta tarikh dan masa perubahan.
 Menguji nilai tetapan PID Controller yang baru. Pastikan sambutan
adalah selaras dengan objektif kawalan keseluruhan gelung.

A Kebaikan Ziegler-Nichols untuk kawalan gelung tutup
 Eksperimen yang mudah, hanya perlu menukar pengawal P sahaja
 Termasuk keseluruhan dinamik proses, yang memberikan gambaran
yang lebih tepat tentang bagaimana sistem tersebut berfungsi.

B Keburukan Ziegler-Nichols untuk kawalan gelung tutup
 Eksperimen boleh memakan masa
 Boleh meneroka ke kawasan-kawasan yang tidak stabil manakala
ujian pengawal P, yang boleh menyebabkan sistem untuk menjadi di
luar kawalan

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS2 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 25

[Type text]

5.2. Pengiraan Cohen-Coon

Kaedah Cohen-Coon diklasifikasikan sebagai kaedah 'offline' untuk penalaan,
yang bermaksud bahawa langkah perubahan boleh diperkenalkan kepada input
sekali ia adalah pada keadaan mantap. Kemudian output boleh diukur berdasarkan
berterusan masa dan kelewatan masa dan tindak balas ini boleh digunakan untuk
menilai parameter kawalan awal. Kaedah ini hanya digunakan untuk model tertib
pertama dengan kelewatan masa, disebabkan oleh hakikat bahawa pengawal tidak
serta-merta bertindak balas kepada gangguan (gangguan langkah progresif dan
bukannya serta-merta).

5.2.1. Langkah melakukan kaedah pengiraan Cohen-Coon

 Dapatkan parameter FOPTD (first order plus time delay) model
 Pastikan proses ini adalah stabil
 Lakukan perubahan dalam pembolehubah yang dimanipulasikan
 Tunggu sehingga proses berada pada keadaan mantap baru seperti

graf pada Rajah 5

Rajah 5 : Tindak balas graf proses

 Dapatkan parameter berikut daripada graf :

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS2 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 26

[Type text]

 Masukan nilai parameter dalam Jadual 2 di bawah :

Jadual 2 : Jadual formula Cohen-Coon

C Kebaikan pengiraan Cohen-Coon
 Sesuai untuk sistem yang mempunyai kelewatan masa
 Cepat tertutup semasa tindak balas gelung

D Keburukan pengiraan Cohen-Coon
 Tidak sesuai untuk sistem gelung tutup
 Hanya boleh digunakan untuk model peringkat pertama termasuk
kelewatan proses yang besar.
 Kaedah di luar talian.
 Anggaran untuk Kc, τi, dan nilai-nilai τd mungkin tidak sepenuhnya
tepat untuk sistem yang berbeza

5.3. Pengiraan Lambda
Kaedah-kaedah penalaan Lambda, kadang-kadang juga dikenali sebagai

Model Kawalan Dalaman (IMC) penalaan, menawarkan alternatif yang kukuh untuk
memperhalusi kaedah-kaedah yang bertujuan untuk kelajuan, seperti Ziegler-
Nichols, Cohen-Coon, dan lain-lain Walaupun Lambda dan peraturan IMC diperolehi
berbeza, kedua-dua hasil peraturan yang sama untuk pengawal PI pada proses
self-regulating. Kaedah penalaan Lambda bertujuan untuk lag tertib pertama
ditambah dengan Dead Time kepada perubahan titik set.

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS2 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 27

[Type text]

5.3.1. Langkah pengiraan Lambda

 Pastikan proses pembolehubah tidak overshoot daripada nilai titik
set selepas terdapatnya gangguan atau perubahan pada nilai titik
set.

 Kaedah-kaedah penalaan Lambda adalah kurang sensitif kepada
mana-mana kesilapan yang dibuat apabila menentukan Dead Time
melalui langkah perubahan. Masalah ini adalah perkara biasa
dengan proses lag-dominan.

 Satu gelung kawalan Lambda diperkemaskan menyerap gangguan
yang lebih baik, dan pas kurang daripada itu ke seluruh proses. Ini
adalah ciri yang sangat menarik untuk menggunakan penalaan
Lambda dalam proses sangat interaktif.

 Pengguna boleh menentukan masa tindak balas yang dikehendaki
bagi gelung kawalan. Ini menyediakan satu faktor penalaan yang
boleh digunakan untuk mempercepatkan dan melambatkan tindak
balas gelung.

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS2 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 28

[Type text]

6. SOALAN :

1. Nyatakan TIGA (3) kaedah melakukan Penalaan (Tuning)
2. Berikan DUA (2) keburukan kaedah Penalaan Trial and Error
3. Nyatakan TIGA (3) parameter yang diperlukan dalam penalaan Step Test
4. Berikan TIGA (3) kaedah pengiraan yang biasa digunakan dalam penalaan

(Tuning)
5. Berikan DUA (2) kebaikan dan keburukan menggunakan pengiraan Zeigler-

Nichols untuk gelung buka

7. RUJUKAN :

1. www.isa.org / PID tuning rules / 19 Mac 2013 / 2.30p.m
2. books.google.com.my / Process Control: Concepts Dynamics And

Applications - Page 355 / 19 Mac 2013 / 3.00p.m
3. http://www.apco-inc.com/articles/pidtune2.pdf / 19 Mac 2013 / 4.00p.m
4. http://www.chem.mtu.edu/~tbco/cm416/tuning_methods.pdf / 19 Mac 2013 /

8.30p.m
5. Buku : Igor Boiko / Non-Parametric Tuning of PID Controller / Electrical

Engineering Department the Petroleum Institute Abu Dhabi, United Arab
Emirates/2013

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS2 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 29

[Type text]

INSTITUSI LATIHAN
JABATAN TENAGA MANUSIA
KEMENTERIAN SUMBER MANUSIA

MALAYSIA

KERTAS PENERANGAN

KOD DAN NAMA B04 SIJIL TEKNOLOGI INSTRUMEN PERINDUSTRIAN
KURSUS

KOD DAN NAMA B04-02-13 PROCESS CONTROL SYSTEM 2
MODUL

AKTIVITI LA 2 INSTRUMENTATION & CONTROL OPERATION
PEMBELAJARAN

CU.WA C02.03 / L3
NO./LEVEL C02.04 / L3,
C02.05 / L3.

OBJEKTIF APPLY CONTROL LOOP FUNCTIONAL CHECK USING PROCESS
PRESTASI AND INSTRUMENTATION DIAGRAM (P&ID), INSTRUMENT LOOP
AKHIRAN (TPO) DIAGRAM , PROCESS OPERATING MANUAL, DCS OPERATING
MANUAL,INSTRUMENT OPERATING MANUAL, PERSONAL
PROTECTIVE EQUIPMENT (PPE), TEST EQUIPMENT OPERATING,
PROCESS FLOW DIAGRAM, LOGIC DIAGRAMS AND REPORT FORM
SO THAT:
1. CONTROL LOOP FUNCTIONAL CAN BE APPLIED AND IDENTIFED
2. CONTROL LOOP SYSTEM FAULTS CAN BE EXPLAINED APPLIED
AND
3. PROCESS CONTROL LOOP FAULTS APPLIED
IN ACCORDANCE WITH JOB SPECIFICATION REQUIREMENTS AND
MAINTENANCE TECHNICAL MANUAL.

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS3 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 30

[Type text]

1. TAJUK : PENGAWALAN PID

2. PENGENALAN

Algoritma PID adalah pengawal maklum balas yang paling popular digunakan dalam
industri proses. Ia adalah algoritma yang mudah difahami yang mantap yang boleh
memberikan prestasi kawalan yang sangat baik walaupun ciri-ciri proses dinamik yang
berbeza-beza di loji.

3. BLOK DIAGRAM PENGAWALAN PID

Rajah 1 : Blok Diagram Pengawalan PID

4. MOD ASAS PENGAWALAN PID

 Mod Proportional : Nilai keluaran yang berbeza-beza berdasarkan sejauh mana nilai
berada dari sasaran.
 Mod Integral : Nilai keluaran yang berbeza-beza berdasarkan kepada berapa lama masa
yang diambil untuk mendapatkan sasaran.
 Mod Derivative : Nilai keluaran yang berza-beza berdasarkan perubahan dalam error.
Apabila perubahan besar berlaku maka tindak balas yang besar pun berlaku.

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS3 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 31

[Type text]

4.1. Mod Proportional

Bagi kes yg memerlukan satu kawalan yg lebih smooth (mudah)
Menyediakan satu isyarat kawalan yg sejajar dgn ralat

4.1.1. Ciri-ciri Mod Proportional

Overshoot tinggi
Pengaruh pada sistem :

I. Menambah atau mengurangi kestabilan
II. Dapat memperbaiki respon khususnya : rise time, settling

time
III. Mengurangi (bukan menghilangkan) Error steady state
IV. Apabila nilai controller gain bertambah maka OFFSET akan

berkurangan dan menyebabkan gelung kawalan menjadi
tidak stabil.
Pengawal Proporsional menghasilkan isyarat keluaran yang
berkadar terus dengan isyarat ralat.
Semakin besar error, semakin besar isyarat kendali yang dihasilkan
oleh pengawal

4.1.2. Aplikasi mod Proportional

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS3 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 32

[Type text]

Rajah 2 : Tindak balas proses apabila K = 1.2, Stabil

Rajah 3 : Tindak balas proses apabila K = 1.6, Tidak stabil

4.2. Mod Integral

Menyediakan satu isyarat kawalan yg berubah pada kadar yg sejajar terhadap isyarat
ralat.
Apabila nilai isyarat ralat adalah besar maka isyarat kawalan akan meningkat secara
drastik dan sebaliknya.

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS3 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 33

[Type text]

4.2.1. Ciri-ciri Mod Integral

Menghilangkan Error Steady State
Respon lebih lambat (dibanding P)
Dapat menimbulkan ketidakstabilan .
Biasanya tidak digunakan secara bersendirian.
Tidak menghasilkan OFFSET.
Ia akan menyebabkan terjadinya Overshoot.
Jika “ Proses Lag” sangat besar, Error akan berayun pada nilai lebih
kurang sifar.
Keluaran pengawalan Integral akan berubah sehingga error
bersamaan sifar.

4.2.2. Aplikasi Mod Integral

B04-02-13-LA2-IS3 Rajah 4 : Tindak balas dengan Controller P,Kp = 2 MUKASURAT 34

B[ [Type text] [Type text]

WIM/B04/22015/S02/P0

Rajah 5 : Tindak balas dengan Controller PI, Kp = 2 , Ki = 1

Rajah 6 : Tindak balas dengan Controller Ki = 1

4.3. Mod Derivative

Pengaruh pada sistem memberikan efek redaman pada sistem yang berosilasi
sehingga dapat memberi nilai Kp yang besar.
Memperbaiki respon transien, kerana memberikan aksi ketika berlaku perubahan
error
D hanya berubah apabila ada perubahan error, dan D akan static apabila error =
sifar.
Sehingga D tidak boleh digunakan sendiri semakin cepat error berubah, semakin
besar aksi pengawalan yang dihasilkan.

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS3 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 35

[Type text]

Rajah 6 : Tindak balas dengan Controller P sahaja

Rajah 7 : Tindak balas dengan Controller PD, Kp = 1, Kd = 3

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS3 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 36

[Type text]

5. PID CONTROLLER ALGORITMA

Controller algoritma boleh dibahagian kepada TIGA (3) bahagian :
 Proportional plus Integral (P+I)
 Proportional plus Derivative (P+D)
 Proportional plus Integral plus Derivative (P+I+D)

5.1. Proportional plus Integral (P+I)

 Proportional controller tidak mampu untuk mengurangkan kesan
bebanan pada

sistem tanpa ralat
 Sementara Integral Controller boleh menyediakan keadaan ralat
sifar tetapi

mempunyai tindakbalas yang perlahan.
 Gabungan kedua-dua controller ini mampu menyelesaikan kedua-
dua masalah di

atas.

5.1.1. Ciri-ciri Proportional plus Integral (P+I)
 Aksi integral bukan untuk mengembalikan ke error nol, tapi

memantau error muncul di panjang waktu, sehingga output yang
cukup untuk membuka control valve
 Tidak ada offset
 Respon lebih lambat, kerana error tidak dapat dihilang-kan dengan
cepat
 Overshoot paling tinggi

5.1.2. Block Diagram Proportional plus Integral (P+I)

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS3 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 37

[Type text]

5.1.3. Tindak balas proses Proportional plus Integral (P+I)

Rajah 8 : Tindak balas dengan Controller P sahaja

Rajah 9 : Tindak balas dengan Controller PI

5.1.4. Kebaikan Proportional plus Integral (P+I)
 Nilai offset tidak dikekalkan
 Peningkatan dalam (PB) biasanya diperlukan untuk mengatasi

ketidakstabilan proses.
5.1.5. Keburukan Kebaikan Proportional plus Integral (P+I)
 Kemungkinan overshoot terjadi pada permulaan proses

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS3 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 38

[Type text]

5.2. Proportional plus Derivative (P+D)

 Derivative control action menyediakan satu isyarat kawalan yang
sejajar terhadap kadar perubahan bagi isyarat ralat

 Ia jarang digunakan secara sendiri kerana ia tidak akan menjana
sebarang outputkecuali nilai ralat yang berubah

 Digabungkan dengan proportional controller supaya dapat
menjangkakan perubahan pada ralat dan menyediakan
tindakbalas(isyarat kawalan) yang lebih cepat terhadap sebarang
perubahan.

5.2.1. Ciri-ciri Proportional plus Derivative (P+D)

 Disebut juga anticipatory/rate control
 Aksi pengawalan didasarkan pada mode derivative yang terjadi

hanya saat error
 berubah
 Efeknya sama dengan proportional dengan gain yang tinggi
 Respon sangat cepat
 Overshoot sangat rendah
 Ada offset tapi lebih kecil

5.2.2. Block Diagram Proportional plus Derivative (P+D)

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS3 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 39

[Type text]

5.2.3. Tindak balas proses Proportional plus Derivative (P+D)

Rajah 10 : Tindak balas dengan Controller P sahaja

Rajah 11 : Tindak balas dengan Controller PD
5.2.4. Kebaikan Proportional plus Derivative (P+D)
 Proses menjadi stabil
5.2.5. Keburukan Proportional plus Derivative (P+D)
 Terhasil sedikit nilai offset
 Tindak balas kepada perubahan yang berulang

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS3 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 40

[Type text]

5.3. Proportional plus Integral plus Derivative (P+I+D)

 Gabungan controller Proportional, Integral dan Derivative
 Paling kerap dan biasa digunakan
 Menyediakan isyarat kawalan yang bertindakbalas dengan cepat
 Kawalan yng baik terhadap kestabilan sistem
 Ralat steady-state yang rendah

5.3.1. Ciri-ciri Proportional plus Integral plus Derivative (P+I+D)

 Paling baik tetapi paling mahal
 Mengkompromi antara kebaikan dan keburukan Controller di atas
 Offset dihilangkan dengan aksi integral, sedangkan aksi derivative

menurunkan overshoot dan waktu osilasi
 Digunakan pada sistem yang agak lambat contohnya proses suhu

5.3.2. Blok Diagram Proportional plus Integral plus Derivative
(P+I+D)

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS3 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 41

[Type text]

5.3.1. Tindak balas Proportional plus Integral plus Derivative (P+I+D)
Rajah 12 : Tindak balas dengan Controller P sahaja
Rajah 13 : Tindak balas dengan Controller PID

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS3 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 42

[Type text]

6. SOALAN :

1. Nyatakan TIGA (3) mod asas pengawalan PID
2. Lukiskan gambarajah blok diagram bagi pengawalan PID
3. Berikan DUA (2) cirri-ciri bagi pengawalan mod Proportional
4. Berikan DUA (2) kebaikan dan keburukan pengawalan PD
5. Lukiskan graf tindak balas bagi pengawalan P sahaja, PI, PD dan PID

7. RUJUKAN :

1. books.google.com.my/ Practical PID Control / 20 Mac 2013 / 9.00a.m
2. http://www.appdigitech.com/PID_doc.pdf / Dr M.J. Willis / Dept. of Chemical

and Process Engineering University of Newcastle / 1998
3. blog.opticontrols.com / PID Controllers Explained | Control N / 20 Mac 2013 /

12.00a.m

B[ [Type text]

B04-02-13-LA2-IS3 WIM/B04/22015/S02/P0 MUKASURAT 43

[Type text]

INSTITUSI LATIHAN
JABATAN TENAGA MANUSIA
KEMENTERIAN SUMBER MANUSIA

MALAYSIA

KERTAS PENERANGAN

KOD DAN NAMA B04 SIJIL TEKNOLOGI INSTRUMEN PERINDUSTRIAN
KURSUS

KOD DAN NAMA B04-02-13 PROCESS CONTROL SYSTEM 2
MODUL

AKTIVITI LA 2 INSTRUMENTATION & CONTROL OPERATION
PEMBELAJARAN

CU.WA C02.03 / L3
NO./LEVEL C02.04 / L3,
C02.05 / L3.

OBJEKTIF APPLY CONTROL LOOP FUNCTIONAL CHECK USING PROCESS
PRESTASI AND INSTRUMENTATION DIAGRAM (P&ID), INSTRUMENT LOOP
AKHIRAN (TPO) DIAGRAM , PROCESS OPERATING MANUAL, DCS OPERATING
MANUAL,INSTRUMENT OPERATING MANUAL, PERSONAL
PROTECTIVE EQUIPMENT (PPE), TEST EQUIPMENT OPERATING,
PROCESS FLOW DIAGRAM, LOGIC DIAGRAMS AND REPORT FORM
SO THAT:
1. CONTROL LOOP FUNCTIONAL CAN BE APPLIED AND IDENTIFED
2. CONTROL LOOP SYSTEM FAULTS CAN BE EXPLAINED APPLIED
AND
3. PROCESS CONTROL LOOP FAULTS APPLIED
IN ACCORDANCE WITH JOB SPECIFICATION REQUIREMENTS AND
MAINTENANCE TECHNICAL MANUAL.

B04-02-13-LA2-IS4 [ MUKASURAT 44

WIM/B04/22015/S02/P0

Type text] [Type text] [Ty pe t ext]

1. TAJUK : PIPING AND INSTRUMENT DIAGRAM ( P&ID)

2. PENGENALAN

Istilah P&ID ialah (Piping And Instrument Diagram) P & ID juga dikenali
sebagai Rajah Aliran Kejuruteraan atau Rajah Aliran Mekanikal. P & ID sering
digunakan dalam industri proses untuk menunjukkan aliran proses dan peralatan
yang dipasang dan lain-lain instrumen. Ia juga untuk menunjukkan sambungan
peralatan proses dan peralatan yang digunakan untuk mengawal proses

3. DEFINASI

Piping And Instrument Diagram memainkan peranan penting dalam reka
bentuk dan kejuruteraan loji proses dan sistem paip. P & ID adalah rajah skema
yang mengandungi butir-butir kejuruteraan dan reka bentuk loji proses. Ia adalah
perwakilan bergambar :

 Butiran paip utama dan Instrumen
 Skim kawalan dan shutdown
 Keperluan undang-undang dan keselamatan
 Maklumat asas untuk permulaan dan operasi
P & ID adalah dokumen kerja yang digunakan oleh setiap disiplin yang
terlibat dalam reka bentuk, kejuruteraan dan pembinaan loji proses. Ia digunakan
sebagai layout Loji Proses dan rujukan rekabentuk paip untuk menyemak
kejuruteraan dan reka bentuk dokumen dan lukisan yang berkaitan dengan projek.

4. PERKARA YANG PERLU ADA DALAM P&ID

 Semua peralatan dan spesifikasi biasanya dalam bentuk jadual
 Semua spesifikasi paip dan talian
 Semua komponen sistem paip seperti kelengkapan, bebibir dan injap

dengan spesifikasinya
 Semua peralatan dan komponen kawalan
 Arahan aliran
 Maklumat pembolehubah proses seperti tekanan,paras,aliran dan

suhu.
 Spesifikasi bahan
 Perkara Khusus seperti penyaring.

B04-02-13-LA2-IS4 [ MUKASURAT 45

WIM/B04/22015/S02/P0

Type text] [Type text] [Ty pe t ext]

 Input Kawalan dan Output, Interlocks dan sistem penggera
 Rujukan penyambungan
 Input sistem kawalan komputer
 Pengenalan komponen dan subsistem undang lain untuk dihantar

P & ID memainkan peranan yang penting dalam penyelenggaraan loji dan
pengubahsuaian di mana mereka menunjukkan turutan fizikal peralatan dan sistem
serta penyambungannya. Pada peringkat reka bentuk iamenyediakan asas bagi
pembangunan skim kawalan sistem, yang membolehkan untuk keselamatan
selanjutnya dan siasatan operasi seperti HAZOP (Kajian Bencana dan
Kebolehoperasian).

5. SIMBOL ISA P&ID

Dalam industri proses, satu simbol piawaian digunakan untuk menyediakan
paip dan rajah (P & ID) peralatan. Kebanyakan lukisan P & ID mempunyai simbol
instrumen berdasarkan ISA standard S5.1.

5.1. ISA S5.1
ISA S5.1 mentakrifkan empat simbol umum untuk mengenal pasti instrumen
pada paip dan instrumentasi Rajah (P & ID) iaitu :

I. Instrumen diskret

II. Dikongsi kawalan dan paparan

III. Fungsi komputer

IV. Pengawal logik boleh atur (Programmable Logic Controller)

Simbol-simbol yang berbeza yang digunakan dalam P & ID yang
dikumpulkan ke dalam tiga kategori lokasi iaitu :

I. Lokasi utama iaitu bilik kawalan pusat
II. Lokasi tambahan mungkin panel tempatan dalam bidang atau

proses
III. Di pasang di Filed

B04-02-13-LA2-IS4 [ MUKASURAT 46

WIM/B04/22015/S02/P0

Type text] [Type text] [Ty pe t ext]

5.1. ASAS SIMBOL P&ID

Jadual 1. Simbol P&ID
6. FUNGSI ASAS P&ID

Fungsi utama alat dan komponen kawalan ialah untuk pemantauan, paparan,
rakaman dan kawalan pembolehubah proses. Simbol Instrumen dan kawalan
terdiri daripada bentuk bulatan seperti rajah 1 dengan singkatan huruf di dalamnya.
Singkatan adalah menerangkan fungsi komponen instrumen atau kawalan.

Rajah 1 : Bentuk simbol ISA yang digunakan dalam P&ID

B04-02-13-LA2-IS4 [ MUKASURAT 47

WIM/B04/22015/S02/P0

Type text] [Type text] [Ty pe t ext]

Elemen kawalan Instrumen boleh dikumpulkan ke dalam kategori yang
berbeza berdasarkan pembolehubah. Huruf pertama dalam singkatan instrumen
menunjukkan proses ubah yang sedang dipantau atau dikawal seperti rajah 2.
Empat pembolehubah proses biasa ialah :

I. Aliran (F)
II. Level (L)
III. Tekanan (P)
IV. Suhu (T)

Huruf kedua dalam simbol merujuk kepada instrumen atau peralatan yang
digunakan. Contonya :

I. Controller (C)
II. Recorder (R)
III. Transmitter (T)

Nombor pada P & ID simbol dalam rajah peralatan mewakili nombor tag
instrumen. Selalunya nombor-nombor ini dikaitkan dengan gelung kawalan tertentu
(contohnya, penunjuk suhu dan pengawal 123) seperti rajah 2 di bawah.

FIC
123

Rajah 2 : Contoh simbol ISA yang digunakan dalam P&ID

7. KEFUNGSIAN INSTRUMEN DALAM P&ID

Fungsi biasa dilakukan oleh alat-alat dan komponen kawalan adalah:
 Alarms (A)
Penggera adalah peranti bertanggungjawab untuk memberi amaran kepada operator loji
tentang keadaan berbahaya pada proses pembolehubah. Penggera biasanya terdiri
daripada bunyi dan output cahaya yang menarik perhatian pengusaha kilang. Pada P &
ID, fungsi penggera digunakan untuk mengubah suai pembolehubah proses asas seperti
tekanan, suhu, tahap dan aliran.

B04-02-13-LA2-IS4 [ MUKASURAT 48

WIM/B04/22015/S02/P0

Type text] [Type text] [Ty pe t ext]

 Controller (C)

Pengawal ialah alat yang menerima data dari instrumen
pengukuran, membandingkan data ke titik set diprogramkan, dan, jika
perlu, isyarat elemen kawalan untuk mengambil tindakan pembetulan.
Pengawal bertanggungjawab untuk mengawal pembolehubah proses.
Pengawal biasa menerima input mengenai status perubahan proses
dan membandingkan nilai dengan "titik set" dan memulakan tindakan
yang sewajarnya. Injap kawalan melaksanakan tindakan kawalan.
Seperti yang dijelaskan dalam singkatan Instrumen yang digunakan
dalam P & ID, fungsi pengawal ditandakan dengan huruf (C).

 Indicator (I)

Penunjuk ialah satu peranti yang boleh dibaca manusia yang
memaparkan
maklumat mengenai proses. Petunjuk mungkin semudah tekanan atau
suhu tolok atau lebih kompleks, seperti digital membaca keluar peranti.
Beberapa penunjuk hanya memaparkan pembolehubah yang diukur,
manakala yang lain mempunyai butang kawalan yang membolehkan
pengendali untuk menukar tetapan dalam bidang ini. Petunjuk yang
terletak di unit proses juga dikenali sebagai "Tolok". A Level Gauge
(LG) adalah petunjuk yang digunakan dalam pengukuran paras cecair
dalam saluran proses. Sekali lagi pada P & ID, fungsi penunjuk
mengubah pembolehubah peralatan asas seperti level, aliran, suhu
dan tekanan.

 Sensor (S)

Sensor adalah elemen yang pertama dalam gelung kawalan

proses. Ia

sering dipanggil elemen utama. Sensor adalah alat yang mengukur

nilai pembolehubah proses. Contoh sensor iailah Themocouple dan

meter orifis yang digunakan dalam suhu dan ukuran aliran masing-

masing. Transduser digunakan dalam menukar ukuran analog kepada

nilai digital. Pada P & ID, sensor diwakili oleh gabungan huruf yang

berlainan bagi contoh FE dan TE mewakili sensor aliran (unsur aliran)

dan sensor suhu (suhu elemen) masing-masing.

 Recorder (R)

Perakam ialah alat yang rekod pengeluaran alat ukuran.
Perakam yang berbeza memaparkan data yang di kumpulkan.
Beberapa senarai perakam satu set bacaan dan masa bacaan telah
diambil, yang lain membuat carta atau graf bacaan. Perakam yang
mewujudkan carta atau graf dipanggil perakam carta. Maklumat
perakam adalah sangat berguna dalam memantau prestasi loji dan
kawalan kualiti produk. Pada P & ID, fungsi perakam ditandakan
dengan huruf (R). Ia menandakan instrumen dengan fungsi rakaman.

B04-02-13-LA2-IS4 [ MUKASURAT 49

WIM/B04/22015/S02/P0

Type text] [Type text] [Ty pe t ext]

 Transmitter (T)
Penghantar adalah peranti yang menukarkan bacaan dari sensor atau
transduser menjadi isyarat standard dan menghantar isyarat kepada
monitor atau pengawal. Jenis penghantar termasuk:

I. Pressure Transmitter
II. Level Transmitter
III. Flow Transmitter
IV. Temperature Transmitter
V. Analytic (O2 [oxygen], CO [carbon monoxide], and pH)

Transmitters.

Pemancar merupakan peralatan yang biasa dan popular dalam sistem
kawalan. Ini adalah kerana, sering terdapat keperluan untuk menghantar
data dari sensor dalam bidang ke pusat bilik kawalan bagi tujuan
pemantauan atau kawalan. Pada P & ID, fungsi pemancar (T) mengubah
pembolehubah proses asas seperti tekanan, suhu, tahap dan aliran.

8. SINGKATAN INSTRUMENT DIGUNAKAN DALAM P&ID

Biasanya singkatan Instrumen yang digunakan dalam P & ID terdiri daripada
dua huruf: pertama menunjukkan pembolehubah proses dan kedua menunjukkan
fungsi alat. Sebagai contoh, singkatan instrument "PI" menandakan "Petunjuk
Tekanan". Kadang-kadang, huruf ketiga adalah termasuk dalam singkatan alat
untuk menggambarkan fungsi serentak dalam penggunaan peralatan. Sebagai
contoh: singkatan "FRC" mewakili "Perakam Aliran dan Pengawal" yang
menerangkan kedua-dua rakaman dan kawalan fungsi dan singkatan "PAL"
menandakan "Tekanan penggera Rendah" yang menerangkan penggera
digunakan sekiranya keadaan tekanan rendah .Jadual 1 di bawah mengandungi
beberapa singkatan alat yang digunakan bersama-sama dengan P&ID simbol
dalam rajah peralatan.

B04-02-13-LA2-IS4 [ MUKASURAT 50

WIM/B04/22015/S02/P0

Type text] [Type text] [Ty pe t ext]