FINAL CONTROL OPERATION

1
FINAL CONTROL OPERATION

• SIGNAL CONVERSION
• ACTUATOR
• FINAL CONTROL ELEMENT

2
PROCESS CONTROL SYSTEM
3
FCE
Actuator
Signal Conversion
4
SIGNAL CONVERSION

• ANALOG ELECTRICAL SIGNAL
• Current (4 20) mA
• Voltage (0 5) V
• DIGITAL ELECTRICAL SIGNAL
• 4-bit word
• PNEUMATIC SIGNAL
• Pressure (3 15) psi

5
ANALOG ELECTRICAL SIGNAL

• RELAY ? ON/OFF CONTROL
• Electromechanical Relay
• Solid State Relay (SCR, TRIAC)
• AMPLIFIER ? PROPORTIONAL CONTROL
• Motor control
• Heat control
• Light-level control
• MOTOR CONTROL
• Control motor speed

6
Contoh Soal 4.1 Sebuah penguat magnetik (magnetic
amplifier) memerlukan input sebesar tegangan 5
10 volt. Besarnya input tegangan ini ditentukan
oleh sinyal kontrol yang besarnya 4 20 mA.
Rancang suatu signal conversion system yang dapat
digunakan untuk keperluan ini.
Signal Conversion System
Magnetic Amplifier
Controller
Jawab
Signal Conditioning
Current to Voltage Converter
Voltage Amplifier
7
Summing Amplifier
Current to Voltage Converter
Vin
Inverting Amplifier
8
Latihan Soal 1 Sebuah sinyal kontrol 4 20 mA
yang dibebani oleh tahanan sebesar 100 ? akan
digunakan untuk menghasilkan suatu sinyal
penggerak motor (motor drive signal) sebesar 20
40 V. Bila tersedia sebuah penguat daya dengan
penguatan 10 dan sanggup menghasilkan tegangan
sebesar 0 100 V, rancang suatu signal
conversion system yang dapat digunakan untuk
keperluan ini.
9
DIGITAL ELECTRICAL SIGNAL

• ON/OFF CONTROL
• 0 atau 1 (1-bit word)
• Change speed
• Move up and down
• SMOOTH CONTROL
• N-bit word
• Valve positioning
• Digital to Analog Converter (DAC)

10
Contoh Soal 4.2 Sebuah sinyal digital 4bit word
akan digunakan untuk mengontrol 2-? resistive
heater. Output panas (daya disipasi) yang
dihasilkan oleh pemanas ini tergantung pada
inputnya yang berupa tegangan sebesar (024)
volt. Untuk itu dipakai sebuah 10-volt DAC,
sebuah penguat dan sebuah unity gain high-current
amplifier.
a).Hitung daya disipasi minimum dan
maksimumnya. b).Berapa perubahan daya disipasi
yang terjadi untuk setiap perubahan LSB (Least
Significant Bit).
Jawab
11
(No Transcript)
12
(No Transcript)
13
Latihan Soal 2 Sebuah motor yang dikendalikan
oleh sinyal digital dapat menghasilkan kecepatan
putar sebesar 200 rpm per volt. Kecepatan putar
minimum terjadi bila inputnya 5 volt dan
kecepatan maksimum terjadi bila inputnya 10 volt.
Bila digunakan 5-bit, 15 volt reference DAC,
tentukan
a).Minimum speed word dan maximum speed
word b).Speed change per LSB change
14
PNEUMATIC SIGNAL

• Pneumatic Amplifier
• Pressure (low) ? Pressure (high)
• Flapper/Nozzle System
• Mechanical (distance) ? Pressure
• Current-to-Pressure Converter
• (4 20) mA ? (3 15) psi

15
Pneumatic Amplifier
16
Flapper/Nozzle System
17
Signal pressure versus gap distance
18
Current to pressure converter (I/P)
19
ACTUATOR

• ELECTRICAL ACTUATOR
• Solenoid
• Electrical Motor
• DC Motor
• AC Motor
• Induction Motor
• Stepper Motor
• PNEUMATIC ACTUATOR
• HYDRAULIC ACTUATOR

20
SOLENOID
Electrical signal ? Translational movement
21
Solenoid used to change gears
22
DC MOTOR
Electrical signal ? Rotational movement
23
(No Transcript)
24
Starting torque
Speed control
Starting torque Speed control
25
AC MOTOR
26
INDUCTION MOTOR
27
STEPPER MOTOR
28
(No Transcript)
29
PNEUMATIC ACTUATOR
30
(No Transcript)
31
HYDRAULIC ACTUATOR
32
Latihan Soal 3 Sebuah stepper motor mempunyai
step sebesar 7,5o. Hitung kecepatan putar (rpm)
yang dihasilkan bila mendapat input berupa
pulsa-pulsa dengan laju 2000 pps.
33
Latihan Soal 4 Suatu sistim hidrolik menggunakan
piston-piston berdiameter 2 cm dan 40 cm. Berapa
gaya yang harus diberikan pada piston yang lebih
kecil agar piston yang lebih besar dapat
mengangkat beban bermassa 500 kg.
34
Latihan Soal 5 Suatu pneumatic actuator yang
mendapat input 9-psi diinginkan dapat membuka
feed hopper yang memerlukan gaya sebesar 30 lb.
Berapa luas diafragma yang diperlukan ?
35
FINAL CONTROL ELEMENT

• MECHANICAL
• Solid Material Hopper Valve
• Paper Thickness
• ELECTRICAL
• Motor Speed Control
• Temperature Control
• FLUIDS VALVE
• Control-Valve Principles
• Control-Valve Types
• Control-Valve Sizing

36
Mechanical final control element Hopper valve
37
Mechanical final control element Movable roller
38

• Motor Speed Control
• Load , supply voltage level, magnetic field

Electrical final control element Motor
39
FCE
Electrical final control element Motor
(Intermediate)
40
FCE
Electrical final control element Electrical
heater
41
CONTROL-VALVE PRINCIPLES
p2
p1
Bernoulli

• Constriction constant
• - Valve size
• Geometrical structure
• Fluid

42
Contoh Soal 4.6 Pada suatu pipa berdiameter 5 cm
terdapat control-valve dengan constriction
constant sebesar 0,009 m3/s per kPa½. Pada saat
terbuka penuh (maksimum) hitung kecepatan fluida
yang mengalir bila beda tekanan (pressure-drop)
pada control-valve tersebut adalah 1,1 psi (1 psi
6,895 kPa).
Jawab
43
Control-Valve Characteristic
Stem position, S
Flow rate, Q
44
CONTROL-VALVE TYPES
45
CONTROL-VALVE TYPES
46
(No Transcript)
47
Q4
Q3
Q2
Q1
Equal percentage ?
48
(No Transcript)
49
Contoh Soal 4.7 Suatu equal percentage valve
mempunyai debit maksimum sebesar 50 m3/s dan
debit minimum sebesar 2 m3/s. Bila full travel
dari stem adalah 3 cm, hitung debitnya pada saat
stem position 1 cm (1-cm opening).
Jawab
50
CONTROL-VALVE SIZING
Q Debit gallons per minute, gpm
Cv Flow coefficient of control-valve
?p Pressure drop psi
SG Specific gravity
Cv ( valve capacity, correction factor) adalah
banyaknya debit air dalam gallon per minute yang
mengalir melalui control valve dalam keadaan
terbuka penuh (fully open) bila diberi beda
tekanan sebesar 1 psi.
51
Control-Valve Size and Flow Coefficient
Valve Size inches CV
¼ 0,3
½ 3
1 14
1 ½ 35
2 55
3 108
4 174
6 400
8 725
52
Contoh Soal 4.8 Cairan ethyl alcohol dengan berat
jenis sebesar 0,8 akan dipompa dengan tekanan
maksimum sebesar 50 psi.
a) Hitung kapasitas dari suatu control-valve yang
mampu mengalirkan cairan ini dengan debit sebesar
150 gpm b) Tentukan ukuran control valve yang
sesuai
Jawab
Ukuran control-valve 1½ in 3,8 cm
53
FLUID CONTROL EXAMPLE
54
(No Transcript)
55
Latihan Soal 6 Tentukan ukuran control valve yang
sesuai untuk memompa cairan dengan debit sebesar
600 gpm dengan perbedaan tekanan maksimum 55 psi.
Berat jenis cairan adalah 1,3.
56
Latihan Soal 7 Sebuah equal percentage control
valve mempunyai rangeability sebesar 32. Bila
debit maksimum adalah 100 m3/hr, hitung debitnya
pada bukaan 2/3 dan bukaan 4/5.
57
Latihan Soal 8 Tinggi air yang akan dikontrol
adalah 20 m dan debit output yang melalui control
valve pada keadaan normal adalah 65 m3/hr,
seperti terlihat pada gambar di bawah ini.
Tentukan ukuran control valve yang sesuai.
58
Latihan Soal 9 Pada latihan soal 8 di atas, valve
actuator mempunyai rangeability sebesar 30 dan
maximum stem travel sebesar 5 cm. Pada keadaan
normal control valve dibuka separuh. Tentukan
debit minimum, debit maksimum dan stem opening
untuk debit sebesar 100 m3/hr.
59
Latihan Soal 10 Sebuah quick opening valve
berubah dari tertutup penuh ke terbuka penuh
dalam 5 putaran poros. Porosnya digerakkan oleh
stepper motor dengan 3,6o per step melalui
reducer 101. Bila laju pulsa input maksimum pada
stepper motor adalah 250 pps, hitung waktu
tercepat yang dibutuhkan untuk membuka control
valve dari tertutup penuh menjadi terbuka penuh.
60
Latihan Soal 11 Sebuah control valve beroperasi
dari sinyal kontrol 3 15 psi. Agar diperoleh
debit sebesar 40 gpm, nyatakan besarnya sinyal
input (dalam psi dan ) bila control valvenya
adalah
a). Linier dari 0 ke 90 gpm b). Equal percentage
dengan R 30 dan Qmin 15 gpm