Basic Control Theory

ၿမန္မာအင္ဂၽင္နီယာဖိုရမ္မွ Control Engineering ဘာသာရပ္ေခါင္းစဥ္ေအာက္မွာေရးခဲ႔တာၿဖစ္ၿပီး၊ ၿပန္လည္ ကူးယူေဖာ္ၿပလိုက္ပါတယ္။

valves ေတြအေႀကာင္းေရးဖို႔ 'စ' လိုက္တဲ႔အခါ၊ valve control အပိုင္းက မရိွမၿဖစ္ပါဦးမွာမို႔ gate valve နဲ႔တင္ရပ္လိုက္ရ ပါတယ္။ တခါ safety valve ေတြအေႀကာင္းေရးတဲ႔အခါ၊ control အပိုင္းကပါလာတဲ ႔ အတြက္၊ တပိုင္းတစၿဖစ္ေနတဲ႔ post ေတြကိုဆက္လို႔ရေအာင္ Basic control ကိုၿပန္သြားရပါေတာ႔တယ္။

Control engineering ဘာသာရပ္ဟာ၊ mechanical engineering, electrical engineering, electronics, hydraulics and pneumatic systems, process applications, computer နဲ႔ digital communications အစရိွတဲ႔ ဘာသာရပ္ေတြ ကိုေပါင္းစပ္ထားၿခင္းမို႔ ကၽယ္ၿပန္႔စြာေလ့လာရတဲ႔ ဘာသာရပ္ တခုၿဖစ္ပါတယ္။

ငယ္ငယ္က အင္းစိန္ GTI ပထမနွစ္နဲ႔ ဒုတိယနွစ္မွာသင္ရခဲ႔ရတဲ႔ Calculus ကဲကုလသခၽ္ာကို မုန္းခဲ႔ပါတယ္။ GTI ေနာက္ဆံုးနွစ္မွာ Industrial Electronics သင္ရတဲ႔အခါ၊ Chapter (၈) ခုပါၿပီး၊ ေနာက္ဆံုး Chapter က Control Theory ေတြၿဖစ္ပါတယ္။ ကၽြန္ေတာ္တို႔ သူငယ္ခၽင္းတအုပ္စုလံုး အဲဒီ Chapter ကိုခၽန္ၿပီး၊ ကၽန္တဲ႔ Chapter (၇) ခုကိုဖတ္ကာ စာေမးပြဲေၿဖခဲ႔ႀကပါတယ္။ သေဘ္ာကၽင္းကအထြက္၊ သေဘ္ာလိုက္ဖုိ႔ အလုပ္ရွာေတာ႔မွ၊ ခပ္ေရးေရးသတိရမိသလိုလို နဲ႔ ေကၽာင္းတုန္းက စာအုပ္ေတြကိုၿပန္လွန္ရပါေတာ႔တယ္။

 ေနာက္ပိုင္း သေဘ္ာသားတဦး အၿဖစ္နဲ႔ နွစ္ေပါင္းမၽားစြာေနခဲ႔ ရေပမယ္႔လည္း Control engineering ဘာသာရပ္ကို သတိရမိပါတယ္။ အေႀကာင္းတိုက္ဆိုင္လာလို႔ ၿပန္ေရးတဲ႔ အခါ လက္ေတြ႔လုပ္ငန္းခြင္ နယ္ပယ္မွ အင္ဂၽင္နီယာ တဦးမဟုတ္တဲ႔ အတြက္၊ အမွားအယြင္းရိွနိဳင္သလို မၿပည္႔စံုတာေတြလည္းရိွနိဳင္ ပါတယ္။ လိုေနတာေတြကိုၿဖည္႔စြက္၊ ေထာက္ၿပေပးႀကဖို႔ ဖိတ္ေခါါပါရေစခင္ဗၽား။

Automatic Controls

ဒီေနရာမွာ Automatic Controls အပိုင္းထဲမွ အေၿခခံေလးေတြကိုေဖာ္ၿပပါ႔မယ္။ Automatic controls လို႔ေခါါတဲ႔ Automation systems ေတြကိုအသံုးၿပဳတဲ႔ရည္ရြယ္ခၽက္ ကေတာ႔ Safety, Stability နဲ႔ Accuracy ရရိွေစဖို ႔ၿဖစ္ ပါတယ္။

Fig. 5.1.1 - Manual control of a simple process


Fig. Elements of automatic control

အေပါါမွာ tank ထဲကို valve တလံုးနဲ႔ေရေပးသြင္းပံုကို၊ အေၿခခံၿပီး Automatic controls ပိုင္းဆိုင္ရာ၊ အေခါါ အေဝါါေတြ ကိုေဖာ္ၿပထားပါတယ္။ tank ထဲကိုေရေပးသြင္းနဲ႔ ထုတ္ယူၿခင္းကို၊ process လို႔ ဆိုနိဳင္သလို၊ valve ကို controller အၿဖစ္သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။ Basic control theory အရ control modes ေတြကိုခြဲၿခား ႀကည္႔ရင္၊ On/ off control နဲ႔ continuous control ဆိုၿပီး (၂) မၽိဳးသာေတြ႔ရမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။

On/ off control

On/ off control ကို 2 step (or) 2 position control လို႔လည္းေခါါႀကပါတယ္။ အလြယ္တကူ ဥပမာ အေနနဲ႔ Tank ထဲကို steam အသံုးၿပဳအပူေပးၿခင္းနဲ႔ေဖာ္ၿပပါ႔မယ္။

Fig. On/off temperature control of water in a tank

Thermostat ကို 60°C မွာ set လုပ္ထားၿပီး၊ 60°C setting temperature ဟာ tank အတြက္ required temperature လည္းၿဖစ္ပါတယ္။ temperature ကို 60°C မွာရိွေနေစဖို႔၊ steam inlet valve ကို၊ အဖြင္႔ အပိတ္ လုပ္ေပးၿပီး အပူေပးမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ လက္ေတြ႔မွာ 60°C setting temperature ကို switching point အေနနဲ႔ ခၽိန္ညွိ ထားရင္၊ inlet valve ဟာ အဖြင္႔နဲ႔အပိတ္ကို rapid action နဲ႔ open/ close - အဖြင္႔ အပိတ္လုပ္ေနမွာၿဖစ္ၿပီး၊ မႀကာခင္မွာပဲ wear down ၿဖစ္ကာ၊ valve ပၽက္စီးနိဳင္ပါတယ္။

thermostat မွာ upper နဲ႔ lower switching point ေတြနဲ႔ အလုပ္လုပ္ေစတဲ႔အခါ၊ over-rapid cycling ကိုလည္းတားဆီးနိဳင္တာကိုေတြ႔ရပါတယ္။ thermostat မွာ upper setting point ကို 61°C အၿဖစ္ သတ္မွတ္ၿပီး steam valve ကို close ပိတ္ေစသလို၊ lower setting point ကို 59°C သတ္မွတ္ၿပီး open ပြင္႔ေစတဲ႔အခါ၊ 60°C set point ရရိွဖို႔၊ switching difference ±1°C ခၽိန္ ညွိေပးရမွာၿဖစ္ပါတယ္။ 2°C (±1°C) ကြာဟခၽက္ကို၊ switching differential လို႔ေခါါၿပီး၊ tank ထဲမွ temperature ဟာ 59°C မေရာက္ ခင္ steam valve ကို open ဖြင္႔ခိုင္းမွာၿဖစ္ၿပီး၊ 61°C မေရာက္ခင္မွာ close ပိတ္ခိုင္းမွာၿဖစ္ပါတယ္။

 

Fig. On/off switching action of the thermostat

အေပါါမွာ straight switching lines ေတြကိုေဖာ္ၿပထားပါတယ္။ လက္ေတြ႔မွာ steam coil ထဲက၊ အပူဟာ tank အတြင္းမွ fluid ဆီကို immediate heat transfer အေနနဲ႔ခၽက္ၿခင္းအပူကူးေၿပာင္းနိဳင္မွာ မဟုတ္ ပါဘူး။ ဒါ႔အၿပင္ 61°C upper setting limit ထက္ေကၽာ္သြားနိဳင္သလို၊ 59°C lower setting limit ထက္ လည္း ကၽသြားနိဳင္ပါ တယ္။

Fig. Tank temperature versus time

thermostat ဟာ 59°C lower setting (point A) မွာ switch ON ၿပီး၊ steam valve ကိုစဖြင္႔ခိုင္းမွာၿဖစ္ၿပီး၊ heat transfer အတြက္ အခၽိန္ယူပါတယ္။ thermostat ဟာ upper setting 61°C (point B) မွာ switch OFF ၿပီး၊ valve ကို ပိတ္ခိုင္းေပမယ္႔ steam coil ထဲမွ steam ေတြဟာ heat transfer လုပ္ရင္း၊ condensate ၿဖစ္ဖို႔ အခၽိန္ယူရတာမို႔ 61°C upper switching temperature ထက္ ေကၽာ္ သြားမွာၿဖစ္ ၿပီး၊ overshoots temperature အေနနဲ႔ point C မွာေတြ႔နိဳင္ပါတယ္။

tank ထဲမွ temperature ဟာ over shoot point C ကိုေရာက္ၿပီးတဲ႔အခါ၊ 59°C point D ကိုကၽဆင္းမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ point D ကိုေရာက္တာနဲ႔ valve ၿပန္ပြင္႔ၿပီး steam ေတြဟာ coil ထဲကိုစီးဝင္လာမွာၿဖစ္ပါ တယ္။ ဒါေပမယ္႔ tank ထဲမွ temperature ဟာ၊ under shoot point E အထိဆက္လက္ကၽဆင္းမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။

point C နဲ႔ point E peak အမွတ္ (၂) ခုႀကားမွ၊ ကြာဟခၽက္ဟကို operating differential လို႔ေခါါပါတယ္။ tank ထဲမွ fluid ရဲ႕ heat transfer characteristics နဲ႔ thermostat ရဲ႕ heat transfer characteristics တို႔အေပါါမူတည္ၿပီး operating differential ကြာၿခားနိဳင္ပါတယ္။ On/ off control မွာ upper နဲ႔ lower switching limits ေတြကတဆင္႔၊ fully open နဲ႔ fully closed ေတြကိုေဆာင္ ရြက္ေပး တာၿဖစ္ၿပီး၊ intermediate state အေနနဲ႔မပါဝင္ဘူးလို႔မေၿပာနိဳင္ပါဘူး။ controllers ေတြကိုထည္႔သြင္းတတ္ဆင္တဲ႔အခါ၊ proportioning time control အေနနဲ႔ 'on' နဲ႔ "off' ႀကားက ratio ကို လိုသလိုခၽိန္ညွိ လို႔ရပါတယ္။ proportioning action အေနနဲ႔ set point ကို bandwidth ရဲ႕ mid point မွာထားၿပီး ခၽိန္ညွိနိဳင္ပါတယ္။

bandwidth ရဲ႕ အၿပင္မွာ controlled condition ရိွခဲ႔ရင္ controller ရဲ႕ output signal ဟာ on/off device အေနနဲ ႔ေဆာင္ ရြက္ေပးမွာၿဖစ္ၿပီး၊ bandwidth အတြင္းမွာရိွတဲ႔အခါ set point နဲ႔ အတူ on/ off deviation အေနနဲ႔သာ ရိွေနမွာၿဖစ္ပါတယ္။ controlled condition ဟာ set point မွစတင္တဲ႔အခါ၊ 'on' နဲ႔ 'off' တို႔ရဲ႕ time ratio ဟာ 1:1 တနည္းအားၿဖင္႔ 'on' time = 'off' time အေနနဲ႔ရရိွမွာၿဖစ္ၿပီး၊ controlled condition ဟာ၊ set point ေအာက္မွာ ရိွခဲ႔ရင္၊ 'on' time ဟာ 'off' time ထက္ပိုမွာၿဖစ္ပါတယ္။ အကယ္၍ controlled condition ဟာ၊ set point အေပါါမွာ ရိွခဲ႔ရင္ေတာ႔ 'on' time ဟာ၊ 'off' time ထက္ နည္းမွာၿဖစ္ပါတယ္။

Continuous control

Continuous control ကို modulating control လို႔လည္းေခါါတတ္ၿပီး၊ (P) Proportional control, (I) Integral control နဲ႔ (D) Derivative control တို႔ကို တခုနဲ႔တခု အလၽဥ္းသင္႔ သလိုေပါင္းစပ္ အသံုး ခၽတဲ႔ control application ၿဖစ္ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ P + I, P + D, P + I + D control လို႔လည္းေခါါနိဳင္ ပါတယ္။

Proportional control

Proportional control ဟာ၊ basic continuous control mode ၿဖစ္ၿပီး 'P' လို႔ေရး သားေဖာ္ၿပႀကပါတယ္။ အလြယ္တကူ ဥပမာအေနနဲ႔ Tank ထဲကို fluid ၿဖည္႕ၿခင္းနဲ႔ေဖာ္ၿပပါ႔ မယ္။ ဒီေနရာမွာ proportional band ႀကီးတဲ႔အခါ၊ control process အတြက္ stable ၿဖစ္ၿပီး၊ offset တန္ဘိုးပိုမိုႀကီးမားတာ ကိုေတြ႔ရမွာၿဖစ္ၿပီး၊ proportional band ငယ္တဲ႔အခါ control process မွာ stable နည္းၿပီး၊ offset တန္ဘိုး လည္းေသးငယ္ တာကိုေတြ႔ရမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Valve 50% open

tank ထဲကို float operated control valve တလံုးနဲ႔ ေရၿဖည္႔မွာၿဖစ္ၿပီး၊ 'V' ကေတာ႔ out let မွာတတ္ဆင္ထားမယ္႔ globe valve ၿဖစ္ပါတယ္။ float operated control valve နဲ႔ out let globe valve တို႔ဟာ size, flow capacity နဲ႔ flow characteristic တို႔အတူတူပဲၿဖစ္ပါတယ္။ point B ဟာ၊ desired water level ၿဖစ္ၿပီး၊ level controller ရဲ႕ set point ၿဖစ္ပါတယ္။ valve 'V' ကို half open (50% load) အေနနဲ႔ ဖြင္႔ထားတဲ႔အခါ၊ float operated valve ဟာလည္းတဝက္သာပြင္႔ေနၿပီး၊ tank ထဲမွ level ကို point B မွာရိွေနေစမွာၿဖစ္ပါတယ္။ water entering နဲ႔ leaving tank အတြင္း fluid အဝင္နဲ႔ အထြက္ဟာ balance ၿဖစ္ေနၿပီး၊ water level B ဟာ ေၿပာင္းလဲၿခင္းမရိွပဲ၊ stable condition အေနန႔ဲ required outflow ကိုထုတ္ေပးေနပါတယ္။

valve V ကိုပိတ္လိုက္တဲ႔အခါ၊ tank ထဲမွ fluid level ဟာ ၿမင္႔တက္လာၿပီး၊ point A ကိုေရာက္တာနဲ႔ float operated valve ပိတ္သြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။ အဲဒီအေၿခအေနမွာ system ဟာ stable condition မွာ ရိွေနပါတယ္။ point B ရဲ႕အထက္ဟာ controlled level ၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Valve closed

point B နဲ႔ actual controlled level A တို႔အႀကားမွ difference ကြာဟခၽက္ကို၊ off set လို႔ေခါါပါတယ္။ valve V ကို half open (50% load) အေနနဲ႔ၿပန္ဖြင္႔လိုက္တဲ႔အခါ၊ tank ထဲ မွ fluid level ဟာ၊ မူလ desired level ၿဖစ္တဲ႔ point B ကိုၿပန္ေရာက္သြားပါတယ္။

Fig. Valve open

valve V ကို fully open (100% load) အေနနဲ႔ဖြင္႔လိုက္တဲ႔အခါမွာလည္း၊ system ဟာ၊ stable condition မွာရိွေနမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ ဒါေပမယ္႔ offset အၿပင္၊ point B နဲ႔ C ႀကားမွာ deviation ဆိုတဲ႔ level တခု ၿဖစ္ေပါါလာတာကိုေတြ႔ရပါတယ္။ point A နဲ႔ C တို႔အႀကားမွ difference ကြာဟခၽက္ဟာ proportional band ၿဖစ္ၿပီး၊ offset အၿပင္၊ deviation ပါ ပါဝင္လာၿပီး၊ P-band (Xp) အၿဖစ္ သတ္မွတ္ေခါါဆိုႀကပါတယ္။

Fig. Relationship between P-band and offset

set point ဟာ 50% valve open, valve closed နဲ႔ 100% valve open condition အစရိွတဲ႔၊၊ specific load condition ေပါါမီွေနတာကိုေတြ႔ရပါတယ္။ fulcrum ကို controller အေနနဲ႔ယူဆၿပီး၊fulcrum ရဲ႕ position ကိုေရြွ႔ႀကည္႔တဲ႔ အခါ၊ Proportional Band ဟာ လည္းေၿပာင္းလည္းမွာၿဖစ္ပါတယ္။ float နဲ႔ နီးတဲ႔အခါ narrower P-band ၿဖစ္ေပါါၿပီး၊ valve နဲ႔နီးတဲ႔အခါမွာေတာ႔ wider P-band ကိုၿဖစ္ေပါါေစပါ တယ္။ level B ဟာ 50% load level အတြက္ၿဖစ္ၿပီး၊ A နဲ႔ C တို႔ဟာ 0% load level နဲ႔ 100% load level တို႔အတြက္ၿဖစ္ပါတယ္။ offset ဟာလည္း P-band ေပါါမူတည္ၿပီးလိုက္ပါေၿပာင္းလဲတာကိုေတြ႔ရ ပါတယ္။

level, pressure, temperature တို႔ရဲ႕ load condition ေပါါမူတည္ေၿပာင္းလဲတဲ႔ P-band ကို၊ percentage နဲ႔ တိုင္းတာေဖာ္ၿပပါတယ္။ mechanical system ေတြမွာ measured value ေပါါမွာ percentage ေၿပာင္း လဲမွဳ ကေန၊ output ကိုရယူပါတယ္။ electrical နဲ႔ pneumatic system ေတြမွာေတာ႔ set value ဟာ Xp လို႔ေခါါတဲ႔ P-band ရဲ႕အလည္မွာရိွေနတာမို႔ တိုက္ရိုက္ adjust လုပ္လို႔ရတာ ကိုေတြ႔ရပါတယ္။ Xp ကို increased လုပ္ႀကည္႔တဲ႔အခါ၊ gain ေသးငယ္သြားၿပီး၊ sensitive response နည္းကာ stability ပိုေကာင္း လာပါတယ္။

Xp ကို decrease လုပ္ႀကည္႔ ရင္ေတာ႔ gain ပိုႀကီးလာၿပီး၊ sensitive response ပိုေကာင္းလာမွာၿဖစ္ ပါတယ္။ အကယ္၍ gain တန္ဘိုးသိပ္ႀကီးတဲ႔အခါ oscillation နဲ႔ unstable control condition ကိုေရာက္သြားနိဳင္တဲ႔အတြက္၊ Xp တန္ဘိုးကို limit လုပ္ေပးဖို႔လို ပါတယ္။

proportional control Gain အေႀကာင္းမသြားခင္၊ အေခါါအေဝါါေတြ ကိုေဖာ္ၿပပါဦးမယ္။ set point (SP) ဟာ static value သို႔မဟုတ္ varying value ၿဖစ္နိဳင္သလို၊ process out put နဲ႔ကိုက္ညီရမွာ ၿဖစ္ ပါတယ္။ ဥပမာအေနနဲ႔ SP ကို desired temperature အၿဖစ္ထားတဲ႔အခါ၊ static value ၿဖစ္ၿပီး၊ desired position အေနနဲ႔ထားတဲ႔အခါမွာေတာ႔ varying value အေနနဲ႔ေတြ႔ရမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Basic control loop

process ကို plant ဒါမွမဟုတ္ system လို႔လည္းေခါါႀကၿပီး၊ controlled လုပ္ဖို႔ အနည္းဆံုး input တခုရိွရမွာၿဖစ္သလို၊ measure လုပ္ဖို႔ output တခုရိွရမွာၿဖစ္ပါတယ္။ ဥပမာ အေနနဲ႔ room heater တလံုးကို process အေနနဲ႔ယူဆႀကည္႔ရင္၊ heater ရဲ႕ feed ဟာ process input ၿဖစ္ၿပီး၊ room temperature ဟာ process output ၿဖစ္ပါတယ္။ process input ဟာ controller output သို႔မဟုတ္ controller variable (CV) နဲ႔ တိုက္ရိုက္ဆက္ သြယ္ေနပါတယ္။ process output ကို၊ process variable (PV) သို႔မဟုတ္ measured variable (MV) အၿဖစ္ေဖာ္ၿပႀကၿပီး၊ system output သို႔မဟုတ္ measurement လို႔လည္းေခါါႀကပါတယ္။

error ဆိုတာကေတာ႔ set-point တန္ဘိုးမွ၊ process output တန္ဘိုးကိုနွဳတ္ယူၿခင္းၿဖင္႔ ရလာတဲ႔ တန္ဘိုးၿဖစ္ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ desired set-point မွ၊ process ဟာ ဘယ္ေလာက္ deviates ေသြဖီ သြား သလည္းဆိုတာကိုေဖာ္ၿပၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ error တန္ဘိုးသိမွသာ controller အေနနဲ႔ process ကို၊ desired set-point သို႔ၿပန္လည္ထိန္းေႀကာင္းေပးနိဳင္မွာၿဖစ္ပါတယ္။

error signal ကို၊ controllers ေတာ္ေတာ္မၽားမၽားမွာ input အေနနဲ႔အသံုးၿပဳပါတယ္။ တခၽိဳ႕ controller ေတြမွာေတာ႔ proportional, integral and derivative parts လို႔ေခါါတဲ႔ set-point weighting ေတြကို အသံုးၿပဳထားတာ ေတြ ႔ရပါတယ္။ အဲဒီ controller ေတြမွာ set-point နဲ႔ measured value တို႔ကို input (၂) ခုအေနနဲ႔ အသံုးၿပဳထားၿပီး 2-DOF controllers ေတြလို႔ေခါါႀကပါတယ္။

Controller output = K* error = K* (SP - PV)

controller တလံုးရဲ႕ proportional action ကိုေၿပာတ႔ဲအခါ၊ proportional gain အေနနဲ႔ ရည္ညြွန္းေလ့ ရိွပါတယ္။ proportional gain ဟာ set-point (SP) နဲ႔ process output (PV) တို႔ႀကားမွ ၿခားနားခၽက္ ၿဖစ္ ၿပီး၊ တနည္းအားၿဖင္႔ error ၿဖစ္ပါတယ္။ gain ကို သေက္တ K နဲ႔ ေဖာ္ၿပၿပီး၊ controller ရဲ႕ output ၿဖစ္ ပါတယ္။

လက္ေတြ႔မွာေတာ႔ controller output အေနနဲ႔ limited အကန္႔အသတ္ရိွဖို႔လိုအပ္ၿပီး၊ controller ရဲ႕ own limitations ဒါမွမဟုတ္ actuator ရဲ႕ limitations အေနနဲ႔ထည္႔သြင္းထားတာကိုေတြ႔ရပါတယ္။ controller ေတြမွာ maximum output (U max) နဲ႔ minimum output (U min) တို႔ပါရွိပါတယ္။

controller ရဲ႕ proportional band ကိုအထက္ပါပံုေသနည္းနဲ႔ေဖာ္ၿပနိဳင္ၿပီး၊ unlimited output ၿဖစ္ခဲ႔ ရင္ေတာ႔

အကယ္၍ controller output CV နဲ႔ process output PV တို႔ဟာ certain set-point SP တခုမွာ steady ၿဖစ္ေနခဲ႔လၽွင္ proportional control ကို

PV = P (CO)


CV = K* error = K* (SP - PV)

အၿဖစ္ရရိွနိဳင္ပါတယ္။ measured variable ဟာ increases ၿမင္႔တက္လာၿပီး၊ controller output CV decrease ကၽဆင္းသြားၿခင္းကို direct acting လို႔ေခါါပါတယ္။ အလားတူ measured variable decrease ကၽဆင္းသြားၿပီး၊ controller output CV increase ၿမင္႔တက္လာၿခင္းကို reverse acting လို႔ေခါါပါတယ္။ gain K ဟာ positive value အေနနဲ႔ရိွတဲ႔အခါ controller ဟာ direct acting အေနနဲ ႔ေဆာင္ရြက္ၿပီး၊ negative value အေနနဲ႔ရိွတဲ႔အခါမွာေတာ႔ reverse acting အေနနဲ႔ေဆာင္ရြက္ပါတယ္။

Fig. Effect of manual reset

proportional control မွ controller output CV ကိုႀကည္႔ရင္၊ error ပါရိွတာကိုေတြ႔ရမွာၿဖစ္ပါတယ္။ set-point နဲ႔ measured value တို႔ႀကားမွ offset ေႀကာင္႔ error ရိွတာၿဖစ္ၿပီး၊ proportional control မွာ offset ကို ဖယ္ထုတ္ဖို႔ manual reset ကိုအသံုးၿပဳႀကပါတယ္။

Proportional controller ေတြရဲ႕အာနည္းခၽက္ကေတာ႔ error ၿဖစ္ေပါါေနၿခင္းပဲၿဖစ္ပါတယ္။ ဥပမာအေနနဲ႔ tank ထဲကိုေရ အသြင္းအထုတ္လုပ္ၿခင္းနဲ႔ပဲၿပန္လည္ေဖာ္ၿပပါ႔မယ္။ operator ဟာ outflow ကိုပိုမို အလိုရိွတဲ႔အခါ၊ outlet valve ကိုပိုဖြင္႔လိုက္မွာၿဖစ္ပါတယ္။

အဲဒီအခါ ေရ level ဟာ၊ မူလရိွေနတဲ႔ set point level မွကၽဆင္းသြားပါတယ္။ ေရ level ကၽဆင္းသြား တာကို float သို႔မဟုတ္ level detector မွ၊ controller သို႔ input signal အေနနဲ႔ ေပးပို႔လိုက္တဲ ႔ အခါ၊ output အေနနဲ႔ valve ကိုပိုဖြင္႔ေပး ၿပီး inflow ကိုၿမွင္႔ကာေရကိုေပးသြင္းပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ direct acting ၿဖစ္ပါတယ္။ inlet valve ကို inflow နဲ႔ outflow တို႔ညီမၽွသည္အထိ ဖြင္႔ေပးၿပီး၊ tank ထဲ မွ ေရ level ဟာ၊ flow ညီမၽွသြားတဲ႔ အခါ ေအာက္သို႔ဆက္လက္မကၽဆင္းေတာ႔ပဲ level တခုမွာ maintain ရိွေနမွာၿဖစ္ ပါတယ္။ ၿဖစ္ေပါါလာတဲ႕ level ဟာ မူလ set level ရဲ႕ေအာက္မွာရိွေနမွာၿဖစ္ၿပီး error အေနနဲ႔ၿဖစ္ေပါါေန တာကိုေတြ႔ရမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။

proportional controller ေတြမွာ error ရိွေပမယ္႔ domestic use လို low cost application ေတြ အတြက္အသံုးၿပဳပါတယ္။ အမိွဳက္မီးရိွဳ႕စက္ incinerator တလံုးကို ဥပမာအေနနဲ႔ ေဖာ္ၿပပါဦးမယ္။ အမိွဳက္ မီးရိွဳ႕စက္မွာ furnace အတြင္းကို solenoid operated controlled valve တလံုးကိုအသံုးၿပဳၿပီး၊ fuel ကိုေပးသြင္းထားပါတယ္။

wast ေတြကိုမီးရိွဳ႕ရင္း furnace temperature ဟာ၊ မူလသတ္မွတ္ထားတဲ႔ set point ထက္ေကၽာ္သြားတဲ႔ အခါ၊ temperature sensor မွ temperature controller ကို input signal ေပးသြင္းမွာၿဖစ္ပါတယ္။ အဲဒီအခါ controller ဟာ reverse acting output အေနနဲ႔ solenoid မွတဆင္႔ valve ကို fully shut ပိတ္ၿပစ္ၿပီး၊ fuel supply အားၿဖတ္ေတာက္ကာ process ကိုရပ္တန္႔လိုက္မွာၿဖစ္ပါတယ္။ incinerator ရဲ႕ process ကိုၿပန္စမယ္ဆိုရင္ေတာ႔ controller ကို manually reset လုပ္ေပးရ ပါတယ္။

,

Fig. Direct acting signal, Fig. Reverse acting signal

direct နဲ႔ reverse proportional acting ေတြကို temperature controller အေနနဲ႔ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။

အလားတူ valve actuator အေနနဲ႔လည္း direct နဲ႔ reverse acting တို႔ကိုအသံုးၿပဳကာ အဖြင္႔အပိတ္ လုပ္နိဳင္ပါတယ္။

Integral control
process plant ေတြမွာ၊ load ေၿပာင္းလဲတဲ႔အခါတိုင္း manual rest ၿပန္လည္ၿပဳလုပ္ရသလို၊ manual rest ၿပဳလုပ္တိုင္း operator ေတြအေနနဲ႔ set value, actual value နဲ႔ required value ေတြအေပါါ ၿပန္လည္ ကိုးကားခၽိန္ညွိရပါတယ္။ reset action ကို အလိုအေလၽွာက္ေဆာင္ရြက္ေပးဖို႔လို အပ္တဲ႔ေနရာေတြမွာ proportional controller အတြင္း mechanism ေတြထည္႔သြင္းတတ္ဆင္ထားတဲ႔ Integral control ကို အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။

Proportional action နဲ႔ integral action တို႔ေပါင္းစပ္ထားတဲ႔အတြက္ Integral control ကို၊ (P + I ) control လို႔ လည္းေခါါပါတယ္။ electronic ဒါမွမဟုတ္ pneumatic integration routine တခုမွ reset function ကိုေဆာင္ ရြက္ေပးတာၿဖစ္ပါတယ္။ control deviation integrated time ၿပီးဆံုးတာနဲ႔ controller output မွတဆင္႔ offset ကို ဖယ္ထုတ္ၿပစ္ပါတယ္။ integral action time (IAT) ဆိုတာ ကေတာ႔ proportional action နဲ႔ ရရိွလာတဲ႔ output ဟာ၊ integral action အေနနဲ႔ controller output တခုၿဖစ္လာေစဖို႔လိုအပ္တဲ႔အခၽိန္ၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. P+I Function after a step change in load

controller မွတဆင္႔ error ကင္းစင္သြားသည္အထိ အရိွန္တိုးၿမွင္႔ကာ integral action အေနနဲ႔ ၿပဳလုပ္ေပး ပါတယ္။ error ကင္းစင္ေအာင္ေဆာင္ရြက္တဲ႔အခါ၊ အခၽိန္ယူရသလို၊ (P + I ) controller ေတြမွာ၊ plant ရဲ႕ dynamic behavior အရ၊ integral time ကိုလိုအပ္သလို adjust လုပ္နိဳင္တာကိုလည္းေတြ႔ရပါတယ္။ ဒါေပမယ္႔ integral action time သိပ္တိုေတာင္းလြန္းရင္၊ over-reaction နဲ႔ instability condition ၿဖစ္ေပါါ နိဳင္သလို၊ သိပ္ႀကာလြန္းရင္လည္း reset action ေနွးသြားနိဳင္ပါတယ္။

integral action time IAT လုိ႔ေခါါတဲ႔၊ integral action ရဲ႕ parameter ကို၊ repeat per minute ဆိုတဲ႔ အသံုးအနံွဳးနဲ႔ေဖာ္ၿပေလ့ရိွပါတယ္။ တမိနစ္အတြင္း ၿပဳလုပ္တဲ႔ integral action အႀကိမ္အရည္အတြက္ ၿဖစ္ ပါတယ္။ (P+I) controller ေတြမွာ adjusted လုပ္နိဳင္တဲ႔ integral action နဲ႔ပက္သက္ၿပီး၊ Repeats per minutes = 1/ (IAT in minutes), IAT = Infinity - Means no integral action နဲ႔ IAT = 0 - Means infinite integral action ဆိုတဲ႔အသံုးအနံွဳးေတြနဲ႔လည္းေဖာ္ၿပတတ္ပါတယ္။

(P+I) controllers ေတြမွာ ရုတ္တရက္ load ေၿပာင္းလဲစဥ္ time lag မွာ over shoot ၿဖစ္ေပါါတတ္ပါ တယ္။ set point 80° C အတြက္၊ P-band ကို 5° C (±2.5° C) အေနနဲ႔ ခၽိန္ညွိထားတဲ႔ plant တခုကို၊ ဥပမာေပးေဖာ္ၿပပါ႔မယ္။ ရုတ္တရက္ load ေ ၿပာင္းလဲၿခင္းေႀကာင္႔ temperature ဟာ 60° C အထိကၽဆင္း သြားတယ္ဆိုပါစို႔။

integration process ရဲ႕မူလသဘာဝအရ၊ integral control action ဟာ၊ proportional control action ရဲ႕ေနာက္မွ response လုပ္တဲ႔အတြက္၊ lag ေနာက္ကၽန္ရစ္ေနမွာၿဖစ္ပါတယ္။ အဲဒီအခါ plant ရဲ႕ initial control response မွာ actual value ဟာ out of control condition အၿဖစ္ေပါါေပါက္လာၿပီး၊ system ကို oscillation ၿဖစ္ေပါါေစပါတယ္။ oscillation ဟာ integral action နဲ႔ေဆာင္ရြက္တဲ႔ controller gain တန္ဘိုးေပါါမူတည္ၿပီး၊ အတက္အကၽအနည္းအမၽားၿဖစ္ေပါါပါတယ္။ oscillation ကိုေလၽွာ႔ခၽနိဳင္ဖို႔ gain တန္ဘိုးေသးငယ္သင္႔ပါတယ္။

တခါတရံမွာေတာ႔ plant ကို shut down လုပ္ၿပီး၊ ၿပန္ေမာင္းတဲ႔အခါေတြနဲ႔ အေပါါကဥပမာလို load set up change ၿပဳလုပ္တဲ႔အခါေတြမွာ error ပမာဏဟာ အရမ္းကိုႀကီးမားလြန္းတဲ႔အတြက္၊ control response period ပိုမိုလိုအပ္မွာၿဖစ္ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ system recover ၿပန္ၿဖစ္ဖို႔ over shoot သို႔မဟုတ္ under shoot အတြက္အခၽိန္ပိုယူရတယ္လို႔ဆိုနိဳင္ပါတယ္။ တခၽိဳ႕ (P+I) controller ေတြမွာ system equilibrium ကိုအၿမန္ဆံုးရဖို႔ integral wind-up အေနနဲ႔ rate action ကိုထည္႔သြင္းတည္ေဆာက္ႀက ပါတယ္။

Derivative control
load ေၿပာင္းတိုင္းၿဖစ္ေပါါလာတဲ႔ over shoot ကို၊ ေလၽွာ႔ခၽဖို႔ (P+I) controller ေတြမွာ derivative action လို႔ေခါါတဲ႔၊ D action ကိုထည္႔သြင္းအသံုးၿပဳႀကၿပီး (P+I+D) controller လို႔ေခါါပါတယ္။ load အလၽွင္ အၿမန္ေၿပာင္းလဲစဥ္ set point မွလြဲကာၿဖစ္ေပါါလာတဲ႔ deviation ေတြကို ေလၽွာ႔ခၽဖို႔ အတြက္သာ အသံုးၿပဳ ႀကပါတယ္။ derivative action ဟာ plant ရဲ႕ stable condition မွာ မၿဖစ္ေပါါသလို၊ derivative action ၿဖစ္ေပါါမွဳ အႀကိမ္အရည္အတြက္ သိပ္မၽားလြန္းရင္လည္း system မွာ၊ ၿပသနာေပါါေပါက္တတ္ပါတယ္။ ဒီ႔အတြက္ derivative adjustment ရဲ႕ gain ႀကီးမားသင္႔ပါတယ္။ derivative action ရဲ႕ parameter ကို၊ TD ဆိုတဲ႔အသံုးအနံွဳး နဲ႔ (P+I+D) controller မွာ ေဖာ္ၿပေလ့ရိွၿပီး၊ adjusted လုပ္နိုင္ပါတယ္။ adjusted လုပ္နိဳင္တဲ႔ derivative action နဲ႔ပက္သက္ၿပီး၊ TD = 0 - Means no D action နဲ႔ TD = Infinity - Means infinite D action ဆိုတဲ႔အသံုးအနံွဳးေတြနဲ႔ controller ေတြမွာေဖာ္ၿပတတ္ပါတယ္။

မၽားေသာအားၿဖင္႔ temperature control loops ေတြဟာ၊ smooth measurements နဲ႔ long time constant အေၿခအေနမွာရိွေပမယ႔္႔၊ တခါတရံ process variable ဟာ recover ၿဖစ္ဖို႔၊ အခၽိန္ႀကာတတ္တဲ႔ အတြက္ derivative control ကိုသံုးရပါတယ္။ အလားတူ smooth measurements အေၿခအေနမွာရိွတဲ႔ level control loops ေတြမွာလည္း၊ boiling liquids နဲ႔ gas separation processes ေတြေႀကာင္႔ oscillation ဆိုတဲ႔ noises ေတြအၿမဲၿဖစ္ေပါါ ေလ့ရိွတဲ႔အတြက္၊၊ derivative control ကိုအသံုးၿပဳႀကပါတယ္။

flow control loops ေတြမွာ noise ဟာ short time constants အေနနဲ႔သာ ၿဖစ္ေပါါတဲ႔အတြက္၊ derivative control ကိုအသံုးၿပဳဖို႔မလိုတာ ေတြ႔ရပါတယ္။ noise ကို၊ proportional control မွာ error အေနနဲ႔ ရယူၿပီး၊ integral control ကတဆင္႔၊ ခၽက္ၿခင္း reset လုပ္ေပးနိဳင္တဲ႔အတြက္ derivative control မလိုအပ္ေတာ႔ၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ liquid pressure control loops ေတြဟာလည္း၊ flow control loops ေတြ လို short time constants အေနနဲ႔သာ noise ၿဖစ္ေပါါတဲ႔အတြက္၊ derivative control ကိုထည္႔သြင္း အသံုးၿပဳဖို႔ မလိုပါဘူး။

ဒါေပမယ္႔ gas pressure control loops ေတြဟာ၊ temperature loops ေတြနဲ႔ level control loops ေတြ လို၊ integral processes မွာ noise ေတြအၿမဲၿဖစ္ေပါါတတ္တာေႀကာင္႔ derivative control ကို အသံုးၿပဳႀက ပါတယ္။

Fig. Summary of control modes and responses

continuous control မွာ (P+I+D) controller ေတြကိုအသံုးၿပဳတဲ႔အခါ၊ Proportional control (P) ဟာ၊ adjustable gain ကိုအသံုးၿပဳၿပီး၊ stability ကိုရရိွေအာင္ေဆာင္ရြက္ေပးတာၿဖစ္သလို၊ Integral control (I) ကေတာ႔၊ load ေၿပာင္းလဲတိုင္းၿဖစ္ေပါါလာတဲ႔၊ offset ကိုေလၽွာ႔ခၽေပးပါတယ္။ Derivative control (D) ကေတာ႔ rapid load changes ေတြမွာ movement ကို၊ ၿမန္ၿမန္ဆန္ဆန္ speed up ၿဖစ္ေစပါတယ္။

Control Loops နဲ႔ Dynamics အပိုင္းကိုမဆက္ခင္၊ Time constant, Hunting, Lag, Range-ability နဲ႔ Turn-down ratio အပိုင္းကိုမွတ္သားမိသေလာက္ေဖာ္ၿပပါဦးမယ္။ load ေၿပာင္းလဲတဲ႔အခါ၊ initial value မွ final value အထိေရာက္လာေစဖို႔ controller အေနနဲ႔ အခၽိန္အတိုင္းအတာတခုယူၿပီး၊ Time constant
လို ႔ေခါါႀကပါတယ္။

Fig. Time constant

Time constant ဟာ load ရဲ႕ 63.2% ခန္႔အထိ အခၽိန္ယူတာကိုေတြ႔ရပါတယ္။ load ေၿပာင္းလဲၿပီး valve ကိုၿပန္ပြင္႔ေစတဲ႔အခါ၊ valve movement ရဲ႕ 63.2% အထိ Time constant အၿဖစ္အခၽိန္ယူတာကို  ဥပမာ အေနနဲ႔ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။ 63.2% အထက္ေကၽာ္မွ တနည္းအားၿဖင္႔ valve ၿပန္ပြင္႔ဖို႔ အရိွန္ယူတဲ႔ Time constant ကိုေကၽာ္မွ valve ဟာ ပိုၿပီးၿမန္ၿမန္ပြင္႔ တာကိုေတြ႔ရ မွာၿဖစ္ပါတယ္။

Hunting ကို instability, cycling, noise နဲ႔ oscillation စတဲ႔အသံုးအနံွဳးေတြနဲ႔လည္းသံုးနံွဳးေလ့ရိွပါတယ္။ Hunting ဟာ normal operating point ကေန deviation ေတြကို အဆက္မၿပတ္ၿဖစ္ေပါါေစပါတယ္။ Hunting ၿဖစ္ေပါါရတဲ႔အေႀကာင္းေတြကေတာ႔ proportional band သိပ္ကၽဥ္းတဲ႔အခါ၊ ဒါမွမဟုတ္ integral time သိပ္တိုတဲ႔အခါေတြမွာ ၿဖစ္ေပါါတတ္သလို၊ derivative time သိပ္ႀကာရင္လည္း ၿဖစ္ေပါါ တတ္ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ plant ကိုမေမာင္းပဲအႀကာႀကီးရပ္ထးရာမွ ၿပန္ေမာင္းတဲ႔အခါေတြမွာ Hunting ၿဖစ္ေပါါတတ္သလုိ၊ proportional, integral နဲ႔ derivative adjustment ေတြလြဲမွားစြာ ခၽိ္န္ညွိၿခင္းေႀကာင္႔လည္း၊ ၿဖစ္ေပါါတာ ကိုေတြ႔ရပါတယ္။

Heat exchanger တခုမွာ load ရုတ္တရက္တက္လာတာနဲ႔ ပက္သက္ၿပီးဥပမာေပးေဖာ္ၿပပါဦးမယ္။ system မွာ load ရုတ္တရက္တက္လာတဲ႔အခါ၊ two port valve ဟာ ပိုပြင္႔ၿပီး high temperature steam ေတြကို၊ heat exchanger ထဲပိုသြင္းမွာၿဖစ္ပါတယ္။ အဲဒီအခါ heat transfer rate အေၿမာက္အမၽား တက္သြားၿပီး၊ steam ကို အေအးခံကာ condensate အေနနဲ႔ေၿပာင္းလဲေပးမယ္႔ water system temperature မွာ overshoot ၿဖစ္ေပါါလာပါတယ္။ overshoot ဟာ water system ရဲ႕ outlet မွာ rapid action နဲ႔ increase ၿဖစ္ေပါါတဲ႔အခါ၊ temperature sensor မွ two port valve ကို rapid action နဲ႔ ပိတ္ခိုင္းမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။

two port valve ပိတ္သြားတဲ႔အခါ၊ water system ရဲ႕ temperature ဟာကၽသြားၿပီး၊ sensor မွ rapid action နဲ႔ ၿပန္ဖြင္႔ေပးမွာၿဖစ္ပါတယ္။ valve ရဲ႕အဖြင္႔အပိတ္ cycle ဟာ rapid action နဲ႔ repeated ထပ္ကာ ထပ္ကာ ၿဖစ္ေပါါေနတာေတြ႔ရပါတယ္။

heat exchanger system ဟာ၊ minimum load conditions မွာ၊ steam ကို အေအးခံကာ 70° C ခန္႔ ရိွတဲ႔၊ condensate အေနနဲ႔ေၿပာင္းလဲေပးတဲ႔အခါ၊ minimum load conditions မွာ constant flow-rate နဲ႔ၿဖတ္သန္းစီးဆင္းေနတဲ႔ exchanger out let မွ၊ secondary water ဟာ 60° C ~ 65° C ခန္႔ရိွပါတယ္။ ဒီ႔အတြက္ controller ကို 65° C set point မွာခၽိန္ညွိထားၿပီး P-band ကေတာ႔ 10° C ၿဖစ္ပါတယ္။ load ရုတ္တရက္တက္လာတဲ႔အခါ steam ေတြအလံုးအရင္းနဲ႔ထပ္ဝင္လာတဲ႔အတြက္၊ condensate ရုတ္တရက္ မၿဖစ္ေတာ႔ပဲ မူလရိွေနတဲ႔ 70° C မွ၊ 140 ° C သို႔တက္သြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။ TDC ဆိုတဲ႔ temperature design constant အရ heat exchanger outlet temperature ကိုတြက္ယူနိဳင္ပါတယ္။

TDC = Temperature Design Constant, T s = Steam temperature, T 1 = Secondary fluid inlet temperature နဲ႔ T 2 = Secondary fluid outlet temperature အၿဖစ္သတ္မွတ္ၿပီး၊ minimum load conditions မွာ TDC = (70 - 60) / (70 - 65) = 10 / 5 = 2 ၿဖစ္ပါတယ္။ Steam temperature ဟာ၊ 140 ° C သို႔ေၿပာင္းသြားတဲ႔အခါ၊

T s = 140° C, T 1 = 60° C - 40° C = 20°C temperature နဲ႔ TDC = 2 ၿဖစ္တဲ႔အတြက္၊ T 2 = 140 - { (140 - 20) / 2 } = 140 - 60 = 80 ° C ၿဖစ္ပါတယ္။ outlet temperature ဟာ 80 ° C ရိွေနတဲ႔ အတြက္၊ P-band ရဲ႕အထက္မွာရိွေနတယ္လို႔ဆိုနိဳင္ၿပီး၊ sensor မွရလာတဲ႔ signal ေႀကာင္႔ controller ဟာ၊ steam valve ကိုပိတ္လိုက္ပါတယ္။ valve ပိတ္လိုက္ၿပီး steam temperature ကၽသြား တဲ႔အခါ၊ outlet temperature ဟာလည္းၿပန္ကၽသြားၿပီး valve ကိုတခါၿပန္ဖြင္႔ၿပန္ပါတယ္။ အဖြင္႔အပိတ္ cycles ဟာ control parameters ကိုမေၿပာင္းေပးမၿခင္း hunting အေနနဲ႔ၿဖစ္ေပါါေနမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။

Lag သို႔မဟုတ္ delay ဟာ plant ရဲ႕ process control condition နဲ႔ under control condition မွာပါေပါါေပါက္နိဳင္ပါတယ္။ အခန္းတခန္းကို heater အသံုးၿပဳၿပီး၊ အပူေပးထားပံုနဲ႔ ဥပမာေပးႀကည္႔ပါ႔မယ္။ room thermostat ဟာ controller ၿဖစ္ပါတယ္။ တစံုတဦးမွ ၿပတြင္းေပါက္ကို ရုတ္တရက္သြားဖြင္႔လိုက္တဲ႔ အခါ၊ ေလေအးေတြအခန္းထဲဝင္လာၿပီး room temperature ကၽသြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။ ရုတ္တရက္ေအးသြား တဲ႔ အခါ sensor မွာလည္း cools down ၿဖစ္သြားၿပီး၊ အဲဒီ႔အခိုက္အတန္႔မွာ sensor အေနနဲ႔ ခၽက္ၿခင္း response မလုပ္တာကိုေတြ႔နိဳင္ပါတယ္။ sensor ခၽက္ၿခင္း response မလုပ္တဲ႔အခၽိန္အခိုက္အတန္႔ dead time ဟာ၊ delay လို႔ေခါါတဲ႔ control lag ပဲၿဖစ္ပါတယ္။

Range-ability ကေတာ႔ minimum controllable limit နဲ႔ minimum controllable limit ႀကားမွ characteristics ကိုဆိုလုိတာၿဖစ္ပါတယ္။ ဥပမာအေနနဲ႔ control valves ေတြမွာ fully closed position ကိုမေရာက္ခင္၊ valve ဟာပိတ္ေနတာကိုေတြ႔နိဳင္ပါတယ္။ Turn-down ratio ဟာလည္း minimum controllable limit နဲ႔ minimum controllable limit တို႔ရဲ႕ အခၽိဳးအဆၿဖစ္ပါတယ္။

Control loops

Control loops ေတြကိုေလ့လာႀကည္႔တဲ႔အခါ၊ open loop နဲ႔ closed loop ဆိုၿပီး loop (၂) မၽိဳးေတြ႔ရပါ တယ္။ Closed loop control system မွာ၊ Feedback control, Feed-forward control, Single loop control, Multi-loop control နဲ႔ Cascade control စတဲ႔ အသံုးအနံွဳးေတြကိုေတြ႔နိဳင္ပါတယ္။

Open loop control
controlled condition မွာ process မွ direct feedback အေနနဲ ႔ၿပန္ လည္ေပးသြင္းၿခင္း မရိွတဲ႔ control loop မၽိဳးကို၊ open loop လို႔ေခါါပါတယ္။ controller အေနနဲ႔၊ corrective action ေဆာင္ရြက္ေပးဖို႔ မလိုတဲ႔ coarse control လို applications ေတြမွာ open loop control system ကိုအသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ ဥပမာ အေနနဲ႔ အၿပင္ဖက္မွ ambient air temperature ကို sense လုပ္ၿပီး၊ room temperature ကို controlled လုပ္တဲ႔၊ heating system တခုကိုေဖာ္ၿပပါ႔မယ္။

Fig. Open loop control

system မွာ proportional controller ကိုအသံုးၿပဳထားၿပီး၊ large proportional band အေနနဲ႔ set လုပ္ ထားပါတယ္။ အၿပင္ဖက္ ambient air temperature -1° C မွာ၊ steam valve ကို fully open ပြင္႔ေစၿပီး၊ 19° C မွာ steam valve ကို fully closed ပိတ္ကာ၊ အခန္းကိုအပူေပးပါတယ္။ အပူေပးမယ္႔အခန္း အတြင္းမွ၊ room temperature ကုိ controller ရဲ႕ feed back အေနနဲ႔အသံုးၿပဳထားၿခင္း မရိွတာ ကိုေတြ႔နိဳင္ ပါတယ္။

Fig. Open loop control system with outside temperature sensor and water temperature sensor

ဥပမာအၿဖစ္ actuator တတ္ဆင္ထားတဲ႔၊ three port mixing valve နဲ႔ အပူေပးမယ္႔ heating system တခုကိုေဖာ္ၿပထားပါတယ္။ system မွာ controller နဲ႔ outside air sensor တို႔အၿပင္၊ water line မွာ temperature sensor ကိုပါထည္႔သြင္းတတ္ဆင္ထားပါတယ္။ outside temperature sensor ဟာ remote set point အေနနဲ႔ controller ကို input ေပးသြင္းပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ water temperature sensor ဟာ offset အေနနဲ႔ controller ကိုေပးသြင္းၿပီး၊ controller မွာ၊ water temperature set point ထည္႔သြင္း ထားပါတယ္။

အၿပင္ဖက္မွာ ေအးလာတဲ႔အခါ၊ controller ဟာ water flows ကို maximum temperature အေနနဲ႔ စီးေစၿပီး၊ အၿပင္ဖက္မွာ ပူလာတဲ႔အခါ၊ water flows ကို temperature ေလၽွာ႔ခၽၿပီးစီးေစမွာၿဖစ္ပါတယ္။ အပူေပးမယ္႔ အခန္းအတြင္းမွ၊ room temperature ကုိ controller ရဲ႕ feed back အေနနဲ႔အသံုးၿပဳထားၿခင္း မရိွတဲ႔အတြက္၊ Open loop control လို႔ သတ္မွတ္နိဳင္ ပါတယ္။

Closed loop control
controlled condition မွာ process မွ direct feedback အေနနဲ ႔ၿပန္လည္ေပးသြင္းတဲ႔ control loop မၽိဳးကို၊ closed loop လို႔ေခါါပါတယ္။ corrective action ေဆာင္ရြက္ေပးဖို႔ လိုတဲ႔ applications ေတြမွာ closed loop control system ကို အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ disturbance ၿဖစ္ေပါါတတ္တဲ႔ process control applications ေတြမွာ၊ closed loop control system ကို အသံုးၿပဳပါတယ္။ disturbance ဟာ outside influences ေတြနဲ႔ load ေၿပာင္းလဲမွဳေႀကာင္႔၊ ၿဖစ္ေပါါၿပီး၊ controlled medium value ကို အေနွာက္ အယွက္ေပးပါတယ္။

Fig. Closed loop control system with sensor for internal space temperature

အေပါါပံုမွ heating system ဟာ closed loop control ၿဖစ္ပါတယ္။ အခန္းထဲကို ရုတ္တရက္ လူစုလူေဝးနဲ႔ ဝင္လာတဲ႔အခါ room temperatureခၽက္ၿခင္း ၿမင္႔တက္သြားၿပီး၊ disturbance လို႔သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။ အဲဒီအခါ room temperature sensor မွတဆင္႔ feed back ေပးသြင္းၿပီး၊ desired space temperature ကို controller မွ ၿပန္လည္ထိန္းညွိေပးပါတယ္။

Feedback control
Feedback control ဟာ disturbances ေတြကို၊ information အေနနဲ႔ၿပန္ပို႔ေပးၿပီး controller မွ corrective action ကိုေဆာင္ရြက္ေစၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ တခါတရံ Feedback control ကို Feed-forward control လို႔လည္းေခါါပါတယ္။ ဥပမာအေနနဲ႔ large steam-using process plant တခုမွာ boiler ေမာင္းေနစဥ္၊ steam valve ကို ပိုဖြင္႔လိုက္တဲ႔အခါ၊ burner မွာ အလိုအေလၽွာက္ high fire အေနနဲ႔ ကူးေၿပာင္းသြားၿခင္းကို၊ Feed-forward control လို႔ဆိုနိဳင္ပါတယ္။

Single loop control
controlled variable တမၽိဳးတည္း သံုးထားတဲ႔ closed loop control system ကို၊ Single loop control လို႔ေခါါပါတယ္။ controller မွာ output indicator ကိုတတ္ဆင္ထားေလ႔ရိွၿပီး၊ movement ကို percentage နဲ႔ေဖာ္ၿပပါတယ္။ မၽားေသာအားၿဖင္႔ temperature controlled applications ေတြမွာေတြ႔ရသလို primary sensor အၿဖစ္ thermocouple နဲ႔ PT100 platinum resistance thermometer sensors ေတြကို အသံုးၿပဳ ပါတယ္။ Single loop control မွာ၊ Set value control, Single closed loop control နဲ႔ Feedback control စတဲ႔ အသံုးအနံွဳးေတြနဲ႔ သံုးနံွဴးတတ္ပါတယ္။ heating calorifier တခုကို ဥပမာအေနနဲ႔ ေဖာ္ၿပ ပါဦးမယ္။

Fig. Single loop control on a heating calorifier

controller ဟာ sensor မွေပးပို႔လာတဲ႔ input signal နဲ႔ set point ကို compare နိွဳင္းယွဥ္ႀကည္႔ပါတယ္။ difference ကြာဟခၽက္တစံုတရာရိွတဲ႔အခါ၊ actuator သို႔ signal ေပးပို႔ၿပီး၊ 2-port steam valve ကို new position တခုသို႔ေရြွ႕လၽွားေစပါတယ္။ valve movement ကို controller မွာ valve opening percentage နဲ႔ေဖာ္ၿပပါတယ္။

Multi-loop control
controlled variable (၂) မၽိဳးကိုအသံုးၿပဳထားတဲ႔ closed loop control system ကို၊ Multi-loop control လို႔ေခါါပါတယ္။ သစ္အေခၽာထည္ေတြ၊ ေရေဆးအေၿခာက္ခံတဲ႔ process တခုကို၊ ဥပမာအေန နဲ႔ ေဖာ္ၿပ ပါဦးမယ္။ humidity sensor တခုတည္းကို conveyor ရဲ႕ အဆံုးမွာတတ္ထားၿပီး၊ controller မွတဆင္႔ furnace ကို controlled လုပ္ပါတယ္။ water supply pressure မွာ fluctuations ၿဖစ္ေပါါ တဲ႔အခါ၊ furnace အဝင္မွာရိွတဲ႔ water spray rate ဟာလည္း၊ အနည္းအမၽားေၿပာင္းလဲသြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Single humidity sensor

water spray rate ေၿပာင္းလဲမွဳေႀကာင္႔ furnace ထဲမွာ အေၿခာက္ခံတဲ႔ သစ္အေခၽာထည္ရဲ႕ စိုထိုင္းဆေၿပာင္းလဲမွဳကို၊ conveyor ရဲ႕အဆံုးမွာရိွတဲ႔ humidity sensor ဟာ အေတာ္ေနာက္ကၽၿပီးမွ၊ သိရမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ product quality မွာ variations ေတြၿဖစ္ေပါါၿပီးမွ၊ သိရတာလို႔ဆိုနိဳင္ပါတယ္။ furnace အဝင္မွာ humidity sensor ေနာက္တခုကို control loop တခုအေနနဲ႔ တတ္ဆင္လိုက္တဲ႔အခါ၊ product quality ကို အတိအကၽထိန္းနိဳင္တာေတြ႔ရပါတယ္။ furnace အဝင္မွာ တတ္ဆင္တဲ႔ humidity sensor ဟာ controller ကို၊ remote set point အၿဖစ္၊ input အေနနဲ႔ေပးသြင္းၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ furnace အထြက္ conveyor အဆံုးမွာရိွတဲ႔ local set point ရဲ႕ offset အၿဖစ္ေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။

Fig. Dual humidity sensors

ေဖာ္ၿပထားတဲ႔ပံုမွာ control loops (၂) ခုု ပါဝင္ေနတာ ေတြ႔ရမွာၿဖစ္ပါတယ္။ Loop 1 ဟာ addition of water control loop အေနနဲ႔ေဆာင္ရြက္ေပးၿပီး၊ Loop 2 ကေတာ႔ removal of water control
အေနနဲ႔ေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။ process မွာ influence တစံုတရာၿဖစ္ေပါါတဲ႔အခါ loop (၂) ခုစလံုး အေပါါ သက္ေရာက္ပါတယ္။ water pressure influence ၿဖစ္ေပါါတဲ႔အခါ၊ Loop 1 ဟာ corrective action ကိုေဆာင္ရြက္ေပးၿပီး၊ Loop 2 မွာ resulting error impact ရိွနိဳင္ပါတယ္။

Cascade control
independent variables (၂) မၽိဳးကို အသံုးၿပဳတဲ႔ closed loop control ကို Cascade control လို႔ေခါါ ပါတယ္။ plant မွာ sensor (၂) ခုနဲ႔ controller (၂) ခု တတ္ဆင္ထားၿပီး၊ single loop control (၂) စံုနဲ႔ process ကို controlled လုပ္တာၿဖစ္ပါတယ္။ liquid product ကို အပူေပးမယ္႔ steam jacketed vessel plant တခုနဲ႔ ဥပမာေပးေဖာ္ၿပ ပါဦးမယ္။ vessel ေလွာင္ကန္ထဲမွ liquid ဟာ certain temperature နဲ႔ အပူေပးထားဖို႔ လိုတဲ႔ product ၿဖစ္ပါတယ္။ အပူေပးမယ္႔ steam temperature ဟာ၊ ရိွရမယ္႔ certain temperature ထက္ပိုမၽားတာနဲ႔ product ပၽက္စီးသြားနိဳင္ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ liquid ရဲ႕ heat transfer rate ဟာ၊ certain temperature rate မွာရိွေနရမွာၿဖစ္သလို၊ certain rate ထက္ပိုၿမန္ၿပီး heat transfer အပူေပးခဲ႔ရင္ product ပၽက္စီးသြားနိဳင္ပါတယ္။

Fig. Jacketed vessel

အကယ္၍ ေလွာင္ကန္ထဲမွ liquid temperature ကို sensor နဲ႔ sense လုပ္ၿပီး၊ single loop control အေနနဲ႔ controller ဟာ low temperature မွာ steam valve ကို fully open position ဖြင္႔ေပးလိုက္ ရင္၊ jacket မွ excessive steam temperature ေႀကာင္႔ product ပၽက္စီးသြားနိဳင္ပါတယ္။ ဒီ႔အတြက္ Controller 1 ကို၊ master controller အၿဖစ္တတ္ဆင္ၿပီး၊ Controller 2 ကို slave controller အၿဖစ္ တတ္ဆင္ထားပါတယ္။

Controller 1 နဲ႔ sensor ဟာ၊ product temperature ကို monitoring လုပ္ၿပီး၊ output ကို slave controller ၿဖစ္တဲ႔၊ Controller 2 သို႔ေပးပို႔ပါတယ္။ master controller (Controller 1) ရဲ႕ output signal ဟာ၊ slave controller (Controller 2) ရဲ႕ set point ကို vary ၿဖစ္ေစၿပီး၊ Controller 2 နဲ႔ sensor ဟာ၊ jacket အ တြင္းမွ၊ steam temperature ကို monitoring လုပ္ကာ၊ out put ကို control valve သို႔ေပး
ပို ႔ၿပီး၊ controlled လုပ္ပါတယ္။

15° C မွ 80° C အထိအပူေပးၿပီး၊ liquid temperature ကို 80° C မွာ (၂) နာရီ ခန္႔ႀကာေအာင္  ထိန္းထားရမွာၿဖစ္ပါတယ္။ အပူေပးမယ္႔ steam temperature ဟာ 120° C ေအာက္မွာတင္ ရိွေနရမွာၿဖစ္ သလို၊ product temperature ဟာ 1°C/ minute rate ထက္ပိုၿပီး၊ အပူခၽိန္မတက္ဖို႔ လိုပါတယ္။ master controller မွာ ramped ၿဖစ္နိဳင္တဲ႔အတြက္၊ အပူေပးတဲ႔နံွဴး rate of increase ဟာအေရးႀကီး ပါတယ္။ ဒီအတြက္ master controller ကို reverse acting mode နဲ႔ set လုပ္ရမွာၿဖစ္ၿပီး၊ low temperature မွာ 20 mA, high temperature မွာ 4 mA output signal ကို slave controller သို႔ေပးပို႔ မွာၿဖစ္ပါတယ္။ slave controller ဟာ remote set point အေနနဲ႔ controlled လုပ္တာၿဖစ္ပါတယ္။ ဒီအခါ 80° C steam temperature မွာ 4 mA နဲ႔ 120° C မွာ 20 mA ကို output signal အေနနဲ႔ ၿပန္လည္ထုတ္ေပးမွာၿဖစ္ ပါတယ္။

Dynamics of the process

Dynamics of the process ဟာ၊ plant အမၽိဳးအစားနဲ႔ product အမၽိဳးအစားေတြေပါါမူတည္ၿပီး၊ အနည္းငယ္ ရွဳတ္ေထြးမွဳ ရိွပါတယ္။ ဒါေပမယ္႔ အေရးႀကီးတဲ႔အပိုင္းမွပါဝင္ေနတဲ႔အတြက္ အေခါါအေဝါါ အသံုးအနံွဴးေတြကို အကၽဥ္းခၽဳပ္ကာေဖာ္ၿပပါဦးမယ္။

'time constant' နဲ႔ပက္သက္ၿပီး၊ Integral control အပိုင္းမွာေဖာ္ၿပခဲ႔ပါတယ္။ total movement ရဲ႕ သံုးပံု ၂ ပံုနီးပါး အခၽိန္ကာလဟာ၊ step change ဖို႔အရိွန္ယူရတဲ႔ ကာလ ၿဖစ္ပါတယ္။ controller, components ေတြနဲ႔ sensors ေတြမွာ၊ 'time constant' လိုပဲ၊ time based responses ေတြရိွပါ တယ္။ ေမာ္ေတာ္ယာဥ္ေတြရဲ႕ transmission system မွာေတာင္ အရိွန္ယူရတဲ႔ 'time lag' ကိုေတြ႔နိဳင္ ပါတယ္။ time lag ဟာ electrical နဲ႔ electronics system ေတြမွာ၊ အေရးမႀကီးေပမယ္႔ pneumatic systems ေတြမွာေတာ႔ factor တခု အေနနဲ႔ ထည္႔သြင္းစဥ္းစားဖို႔လိုပါတယ္။ time lag နဲ႔ ပက္သက္ၿပီး အနီးစပ္ဆံုးဥပမာအေနနဲ႔ pocket နဲ႔ installed လုပ္ထားတဲ႔ thermocouples ေတြရဲ႕ response lags ကိုေဖာ္ၿပပါ႔မယ္။

Fig. Step change




Fig. Ramp change

process ေပါါမူတည္ၿပီး၊ thermocouple sensor response ကို Step change နဲ႔ Ramp change ဆိုၿပီးေတြ႔ရမွာၿဖစ္ ပါတယ္။ sensor response delay လို႔ေခါါတဲ႔ time lag ဟာ၊ control system မွ အၿခား အစိတ္အပိုင္းေတြရဲ႕ response time အေပါါမွာလည္းသက္ေရာက္ပါတယ္။ pneumatic နဲ႔ self-acting systems ေတြမွာ valve သို႔မဟုတ္ actuator movement ဟာ smooth ၿဖစ္ဖို႔လိုအပ္ပါတယ္။ sensor ရဲ႕ deviation ဟာ proportional controller အေပါါမွာ တိုက္ရိုက္ သက္ေရာက္တဲ႔ အတြက္၊ process အေပါါမွာလည္းသက္ေရာက္နိဳင္ပါတယ္။

Fig. Comparison of response by different actuators

electric actuators ေတြမွာ၊ motor မွတဆင္႔ control linkages ေတြနဲ ႔ေမာင္းနွင္ရတဲ႔အတြက္ delay ရိွ သလို၊ control signal မွာ pulses ေတြ ပါဝင္ေနတဲ႔အတြက္၊ motor စတင္လည္တဲ႔အခါ၊ actuator movement မွာ bursts ၿဖစ္ေပါါပါ တယ္။ delays ဟာ process response စတင္တဲ႔ အခၽိန္မွာ သာေပါါေပါက္ၿပီး၊ final controlled condition မွာေတာ႔ smooth ၿဖစ္သြားတာကိုေတြ႔ရပါတယ္။ တကယ္ေတာ႔ control system ရဲ႕ speed ဟာ stringent speed ေတာ႔မဟုတ္ ပါဘူး။ process သို႔မဟုတ္ plant ဟာ under control condition မွာရိွေနခဲ႔ရင္၊ control system မွာလည္း variations အမၽားအၿပား ၿဖစ္ေပါါမွာၿဖစ္ပါတယ္။

control system ဟာ process behavior အေပါါမူတည္ၿပီး၊ react လုပ္ရပါတယ္။ rapidly action behavior နဲ႔ ေဆာင္ရြက္တဲ႔ process ေတြမွာ၊ control system ဟာ quick react action နဲ႔ေဆာင္ရြက္
ဖို  ႔လိုပါတယ္။ complete control loop တခုမွာ time lag ဟာအေရးႀကီးသလို၊ controllers ေတြရဲ႕ sensitivity နဲ႔ response time အစရိွတဲ႔ static နဲ႔ dynamic behavior ေတြဟာလည္း အေရးႀကီးပါတယ္။ process ရဲ႕ static နဲ႔ dynamic behavior ကိုအေသအၿခာ သိမွသာ၊ controller, sensor နဲ႔ actuator ေတြ ကိုမွန္မွန္ကန္ကန္ေရြးခၽယ္ တတ္ဆင္နိဳင္မွာၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Step input

'Process reaction' ဆိုတာကေတာ႔ dynamic characteristic တခုၿဖစ္ပါတယ္။ setting ေၿပာင္းသြားတဲ႔ အခါၿဖစ္ေပါါလာတဲ႔ reaction ၿဖစ္ၿပီး၊ step input လို႔လည္းေခါါႀကပါတယ္။ အခၽိဳ႕ process reaction ေတြ မွာ steady state ကိုေရာက္ဖို႔၊ step input အတြင္း dead time နဲ႔ time constant ဆိုတဲ႔အခၽိန္အတိုင္း အတာ (၂) ခု ကိုၿဖတ္ေကၽာ္ရပါတယ္။

Fig. Components of process response to step changes

process temperature စတင္ေၿပာင္းလဲဖို႔ sensor မွာ dead time ဆိုတဲ႔အခၽိန္အတိုင္းအတာ တခုနဲ႔ valve သို႔မဟုတ္ actuator မွာ movement ၿဖစ္ေပါါဖို႔ အရိွန္ယူရတဲ႔ time constant ေခါါ control lag ဆိုတဲ႔ အခၽိန္အတိုင္းအတာ တခုတို႔ကို ၿဖတ္ေကၽာ္ၿပီးမွ steady state ကိုေရာက္ရိွတာၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Response curves

အကယ္၍ dead time ဟာ time constant ထက္ပိုႀကာခဲ႔ရင္၊ process control အပိုင္းမွာခက္ခဲၿပီး၊ time constant ဟာ dead time ထက္ ပိုႀကာမွသာ၊ လြယ္ကူမွာၿဖစ္ပါတယ္။ process reaction ေတြမွာ response ဟာ maximum rate နဲ႔ စတင္ၿပီး၊ တၿဖည္းၿဖည္းေနွး သြားခဲ႔ရင္ first order response လို ႔ေခါါ ပါတယ္။ အစပိုင္းမွာေနွးၿပီး ေနာက္ပိုင္းမွ ၿမန္လာ ခဲ႔ရင္ေတာ႔၊ second order response လို႔ေခါါပါတယ္။

Selection of controls 

system မွာ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳမယ္႔ controllers, valves, actuators နဲ႔ sensors အစရိွတဲ႔ components ေတြဟာလည္း Safety, Stability နဲ႔ Accuracy ရိွဖို႔ လိုအပ္ပါတယ္။

components ေတြကိုေရြးခၽယ္ တဲ႔အခါ temperature, pressure, level, flow အစရိွတဲ႔ property ေတြ ထဲမွ ဘယ္ property ကို controlled လုပ္မွာလည္း ဆို တာကို အရင္ဆံုးေရြးခၽယ္ရပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ controlled medium ရဲ႕ physical properties နဲ႔ safety features ေတြကို အေသအၿခာ သိထားဖို႔လို ပါတယ္။ pressure control မွာ differential နဲ႔ load range ေတြကိုေရြးခၽယ္ရမွာၿဖစ္သလို၊ temperature control မွာ set point ကို fixed အေနနဲ႔ထားမွာလား ဒါမွမဟုတ္ variable အေနနဲ႔ ထားမွာလား အစရိွ သလို ေရြးခၽယ္ရပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ critical temperature မွာ ဘယ္လို maintain လုပ္မလည္းဆိုတာကို ထည္႔သြင္း စဥ္းစားရပါတယ္။

components ေတြဟာ externally fitted ဒါမွမဟုတ္ 'dirty' area မွာတတ္ဆင္အသံုးၿပဳၿခင္းရိွမရိွနဲ႔ single loop ဒါမွ မဟုတ္ multi-loop အေနနဲ႔ control လုပ္ဖို႔လိုအပ္ၿခင္းရိွမရိွကိုလည္း စဥ္းစားရပါတယ္။ အသံုးၿပဳမယ္႔ materials ေတြနဲ႔ end connections ေတြရဲ႕ safety features ဟာလည္းအေရးႀကီးသလို၊ plant သို႔မဟုတ္ process ကို hazardous area မွာထားမွာလား၊ controlled medium ဟာ atmosphere သို႔မဟုတ္ environment အတြက္၊ toxic လား၊ corrosive လား၊ စတာေတြကိုလည္း စဥ္းစားဖို႔လိုပါတယ္။

Motive power

Motive power ဆိုတာကေတာ႔ controlled device အတြက္လိုအပ္တဲ႔ power source ၿဖစ္ပါတယ္။ control power လို႔ လည္းေခါါနိဳင္ပါတယ္။ ေယဘုယၽအားၿဖင္႔ electricity နဲ႔ pneumatic system ေတြ အတြက္၊ compressed air ကို သံုးသ လို၊ electro-pneumatic system ေတြကိုသံုးပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ vapor pressure system နဲ႔ enclosed hydraulic system ေတြလို Self-acting control system ေတြ မွာေတာ႔ own power ကိုပဲ၊ Motive power အၿဖစ္အသံုးၿပဳပါတယ္။ application ေပါါမူတည္ၿပီး၊ hazardous area ေတြ မွာ pneumatic သို႔မဟုတ္ self-acting controls ေတြကိုသံုးသလို၊ တခါ တရံ ေစၽးနံွဴးအရ ပိုသက္သာတဲ႔ explosion-proof electric/ electronic controls ေတြကို အသံုးၿပဳႀက ပါတယ္။ power source options ေတြအၿဖစ္၊ Self-acting controls, Pneumatic controls, Electric controls နဲ႔ Electro-pneumatic controls ဆိုၿပီးေတြ႔နိဳင္ပါတယ္။

Self-acting controls
Self-acting controls ဟာ ရိုးရွင္းလြယ္ကူၿပီး အႀကမ္းခံတဲ႔ system ၿဖစ္ပါတယ္။ ရာသီဥတုႀကမ္းတမ္း ဆိုးရြားတဲ႔ 'unfriendly' environments ေတြ အတြက္သင္႔ေတာ္ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ hazardous areas ေတြ မွာအသံုးၿပဳနိဳင္သလို၊ maintenance free လည္းၿဖစ္ပါတယ္။ installation နဲ႔ commissioning ပိုင္းမွာ လည္းလြယ္ကူပါတယ္။ proportional control အေနနဲ႔ အသံုးၿပဳတဲ႔အခါ၊ ၿမင္႔မား တဲ႔ range-ability ကို ရနိဳင္ပါတယ္။ unacceptable overrun temperature ေႀကာင္႔ controls fail မၿဖစ္ေပါါနိဳင္တာ လည္းေတြ႔ရ ပါတယ္။

Fig. Self-acting temperature controls

basic self acting temperature control system တခုကို ဥပမာအေနနဲ႔ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။ ဒါေပမယ္႔ Self-acting controls ေတြဟာအလြန္ေနွးတဲ႔ slow react action နဲ႔အလုပ္လုပ္ၿခင္း၊ Integral နဲ႔ Derivative control functions ေတြ မေဆာင္ရြက္နိဳင္ၿခင္း နဲ႔ Data ေတြကို re-transmitted မလုပ္နိဳင္ၿခင္း အစရိွတဲ႔ အားနည္းခၽက္ေတြလည္း ရိွပါတယ္။

Pneumatic controls ဟာ Self-acting controls လို၊ ရိုးရွင္းလြယ္ကူၿပီး အႀကမ္းခံတဲ႔ system ၿဖစ္ပါတယ္။ quick operation နဲ႔အလုပ္လုပ္နိဳင္တဲ႔အတြက္ process variables အႀကိမ္ႀကိမ္ေၿပာင္းေလ့ရိွတဲ႔ applications ေတြမွာ၊ အသံုးၿပဳဖို႔ သင္႔ေလၽွာ္ပါတယ္။

Fig. Pneumatic temperature control

high differential pressures မွာ valves ေတြနဲ႔ actuators ေတြကို opening force နဲ႔ အလုပ္လုပ္ေစနိဳင္သလို၊ repeatable control မွာ ensure accurate တိကၽေသၿခာဖို႔ valve positioner တတ္ဆင္ၿပီး သံုးနိဳင္ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ smooth operation ကိုလည္းရေစပါတယ္။

pneumatic control ကိုအသံုးၿပဳတဲ႔အခါ compressed air system တတ္ဆင္အသံုးၿပဳရတဲ႔အတြက္၊ installation cost ရိွသလို၊ regular maintenance ေဆာင္ရြက္ေပးဖို႔လိုပါတယ္။ basic control mode ၿဖစ္တဲ႔ on/ off control မွ၊ continuous control mode ေတြၿဖစ္တဲ႔ (P), (P+I) နဲ႔ (P+I+D) control ေတြအထိအသံုးၿပဳနိဳင္ေပမယ္႔ electronic control system နဲ႔ ေစၽးနံွဴးအရနိွဳင္းယွဥ္ႀကည္႔ရင္၊ ပိုမၽားပါတယ္။

Electric controls
Electric controls ဟာ highly accurate positioning ကိုရေစပါတယ္။ pneumatic control လိုပဲ basic control mode နဲ႔ continuous control mode ေတြအတြက္ပါအသံုးၿပဳနိဳင္ပါတယ္။

Fig. Electric control system

electric control valves နဲ႔ actuators ေတြဟာ slow response နဲ႔ အလုပ္လုပ္တဲ႔အတြက္၊ pressure control လို rapidly changing acting နဲ႔အလုပ္လုပ္မယ္႔၊ applications ေတြမွာ အသံုးမၿပဳနိဳင္ တာေတြ႔ရ ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ electric actuators ေတြဟာ pneumatic actuators ေတြေလာက္ smooth မၿဖစ္သလို၊ spring return actuators အေနနဲ႔ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳတဲ႔ အခါမွာ closing force ပိုမို လိုအပ္တာေတြ႔ရ ပါတယ္။ hazardous areas ေတြမွာအသံုးၿပဳတဲ႔အခါ intrinsically safe သို႔မဟုတ္ explosion-proof ၿဖစ္ဖို႔လည္းလိုအပ္ပါတယ္။

Electro-pneumatic controls
Electro-pneumatic controls ဟာ electronic နဲ႔ pneumatic controls ကိုေပါင္းစပ္ထားတာၿဖစ္ၿပီး၊ pneumatically actuated valves, electric/ electronic controllers, sensors ေတြနဲ႔ အတူ electro-pneumatic positioners နဲ႔ converters အစရိွတာေတြပါဝင္ပါတယ္။ force acting, smooth operation နဲ႔ movement speed တို႔အၿပင္ accuracy ကအစအၿခား control systems ေတြထက္ ပိုေကာင္းတာ ကိုေတြ႔ရပါတယ္။

Fig. Electro-pneumatic Flow Control

hazardous areas ေတြမွာအသံုးၿပဳတဲ႔အခါ intrinsically safe သို႔မဟုတ္ explosion-proof ၿဖစ္ဖို႔လိုအပ္သလို၊ compressed air supplies လည္းလိုအပ္ပါတယ္။ လက္ရိွမွာ industrial processing environments ေတြအတြက္ အသင္႔ေလၽွာ္ဆံုး control system ၿဖစ္ပါတယ္။

motive power ဆိုတဲ႔ required power source ကိုေရြးခၽယ္တဲ႔အခါ၊ process ဟာ load changes ရိွမရိွ၊ set value ကို critical သို႔မဟုတ္ non-critical အေနနဲ႔ထားရိွၿခင္းရိွမရိွနဲ႔ set value အေနနဲ႔ vary value အၿဖစ္အသံုးၿပဳၿခင္းရိွမရိွ စတဲ႔ အခၽက္ (၃) ခၽက္ကိုလည္း ထည္႔သြင္းစဥ္းစားဖို႔လိုပါတယ္။

Changes in load and time

warehouse လို၊ building အႀကီးစားေတြမွာ unit heater ေတြကို zone control အေနနဲ႔အသံုးၿပဳတဲ႔အခါ၊ solar gain နဲ႔ seasonal temperature changes ေတြကိုထည္႔သြင္းစဥ္းစားရပါတယ္။

Fig. non-critical temperature rise and fall condition

ဒါေပမယ္႔ temperature အတက္အကၽကို non-critical rise and fall condition အၿဖစ္၊ သတ္မွတ္နိဳင္ တဲ႔အတြက္၊ on/ off electric control သံုးရံုနဲ႔တင္လံုေလာက္ပါတယ္။

hot water washing သို႔မဟုတ္ rising application အေနနဲ႔ conveyor ေပါါမွာ constant flow နဲ႔ ေရြွ႕လၽားမယ္႔ process ေတြမွာလည္း၊ non-critical rise and fall condition လို႔သတ္မွတ္နိဳင္တဲ႔အတြက္ self-acting control ကို အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။

hot water storage လို႔ေခါါတဲ႔ HWS heat exchangers ေတြနဲ႔ plating tanks ေတြမွာ temperature changing demand တခါၿဖစ္ေပါါၿပီးတာနဲ႔၊ အခၽိန္အေတာ္ႀကာမွ changing demand ေနာက္တခု ၿဖစ္ေပါါတဲ႔အတြက္၊ load variation ေနွးပါတယ္။ load variation ေနွးတဲ႔ process ေတြမွာ၊ self-acting control ကို အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။

Critical nature of the set value

over shoot ပမာဏမၽားေပမယ္႔ load ဟာ steady ၿဖစ္ေနမယ္႔၊ process ေတြကို non-critical application အၿဖစ္သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။

Fig. Over shoot and set value

load steady condition မွာ non-critical application အေနနဲ႔အသံုးၿပဳမယ္တဲ႔အခါ၊ electric သို႔မဟုတ္ electro-pneumatic system နဲ႔ control လုပ္ႀကပါတယ္။ jacket cooling သို႔မဟုတ္ condenser cooling အတြက္အသံုးၿပဳမယ္႔ steam/ water heat exchangers ေတြမွာ electric သို႔မဟုတ္ electro-pneumatic system နဲ႔ control လုပ္တာကိုေတြ႔ နိဳင္ပါတယ္။

actual value ဟာ stable ၿဖစ္ဖို႔လိုၿပီး၊ offset အေနနဲ႔ ေသးငယ္ရမယ္႔ process ေတြကို critical application အၿဖစ္ သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။ load steady condition မွာ critical application အေနနဲ႔အသံုးၿပဳမယ္တဲ႔အခါ၊ self-acting သို႔မဟုတ္ pneumatic system ေတြကိုသံုးၿပီး၊ control လုပ္ႀကပါတယ္။

Fig. Stable actual value within small offset from set value

ဒါေပမယ္႔ self-acting နဲ႔ pneumatic system ေတြရဲ႕ reaction ဟာေနွးတဲ႔အတြက္၊ load variation မၽားတဲ႔အခါ၊ electric သို႔မဟုတ္ electro-pneumatic system ေတြကိုသံုးၿပီး၊ control လုပ္ႀကပါတယ္။ အရြယ္အစားႀကီးမားတဲ႔ central heating system ေတြနဲ႔ jacket heating process application ေတြမွာ၊ electric သို႔မဟုတ္ electro-pneumatic system နဲ႔ control လုပ္တာကိုေတြ႔ နိဳင္ပါတယ္။

Variable set value and critical nature

Self-acting နဲ႔ pneumatic control system ကို load variations ေနွးတဲ႔၊ process applications ေတြအတြက္သာ အသံုး ၿပဳသင္႔ပါတယ္။ temperature ဟာ set value အနားတဝိုက္မွာတင္ swing ၿဖစ္ေနဖို႔လိုတဲ႔ process application ေတြ အတြက္ electric သို႔မဟုတ္ electro-pneumatic system ေတြကိုသံုးၿပီး၊ control လုပ္ႀကပါတယ္။

Fig. Temperature swing around set value

timber curing, platen process, brick banking နဲ႔ paint drying process ေတြလို၊ temperature ဟာ set value အနား တဝိုက္မွာရိွေနရမယ္႔ process ေတြမွာ၊ electric သို႔မဟုတ္ electro-pneumatic control system ကိုအသံုးၿပဳတာေတြ႔ရ ပါတယ္။

Fig. Temperature swing around set value

multi-step textile dyeing, sterilizing, platen press, canning နဲ႔ baking အစရိွတဲ႔ process application ေတြဟာ လည္း၊ set value အနားတဝိုက္မွာ temperature swing ၿဖစ္ေနဖို႔လိုသလို၊ offset အေနနဲ႔ ေသးငယ္ရမယ္႔ process application ေတြ ၿဖစ္တဲ႔အတြက္၊ electric သို႔မဟုတ္ pneumatic actuators ေတြနဲ႔ electronics programmable controllers ေတြကိုေပါင္းစပ္ၿပီး၊ controlled လုပ္ႀကပါတယ္။

Fig. Typical ramp control - an accurate time versus temperature rate of rise



Fig. Phase temperature and time must be harmonized and close tolerance is required.

process မွာ accurate time versus ဆိုတဲ႔ တိကၽတဲ႔အခၽိန္အတိုင္းအတာတခုတိုင္း၊ temperature ခုန္ခုန္ တက္သြားေလ့ ရိွတဲ႔ ramp control လို၊ applications ေတြနဲ႔ temperature ၿမင္႔တက္တဲ႔ phase တိုင္းဟာ အခၽိန္နဲ႔ harmonized ၿဖစ္ေန ၿပီး၊ offset အေနနဲ႔ ေသးငယ္ရမယ္႔ application ေတြမွာလည္း၊ electric သို႔မဟုတ္ pneumatic actuators ေတြနဲ႔ electronics programmable controllers ေတြကိုေပါင္းစပ္ၿပီး၊ controlled လုပ္ႀကပါတယ္။ textile dyeing, curing process, sterilizing, DE-frosting food process နဲ႔ paint dying process ေတြမွာ၊ electronics programmable controllers ေတြနဲ႔ controlled လုပ္တာေတြ႔နိဳင္ပါတယ္။

Types of valves and actuators

actuator type ကိုေရြးခၽယ္တဲ႔အခါ၊ self-acting, electrical, pneumatic နဲ႔ electro-pneumatic အစရိွတဲ႔၊ motive power အမၽိဳးအစားေပါါမူတည္ၿပီး၊ ေရြးခၽယ္ရပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ body material, body pressure/ temperature limits, connections requirements နဲ႔ correct sizing method တို႔အရ ေရြးခၽယ္ရသလို၊ load states တိုင္းမွာၿဖစ္ေပါါမယ္႔ differential pressure ကိုလည္း ထည္႔သြင္း စဥ္းစားဖို႔လိုပါတယ္။ valve type ကိုေရြးခၽယ္တဲ႔ အခါမွာလည္း၊ flow medium အေပါါမွာ မူတည္ၿပီးေရြးခၽယ္ရပါတယ္။ steam application ေတြမွာ two port valve ကိုတတ္ဆင္ႀကၿပီး၊ water နဲ႔ liquid application ေတြမွာ 2-port နဲ႔ 3-port valves ေတြကိုတတ္ဆင္ႀကပါတယ္။

Fig. Mixing flow valve installation


Fig. Divert flow valve installation

mixing ဒါမွမဟုတ္ divert liquid flow ကိုရဖို႔၊ 3-port valve ေတြကို၊ water နဲ႔ liquid application ေတြ မွာ တတ္ဆင္ႀကတာၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. 2-port valve

process မွာ load demand အရ၊ variable pump speed နဲ႔ pumping rate ကို၊ အတိုးအေလၽွာ႔ လုပ္ဖို႔ လိုတဲ႔ applications ေတြ၊ process မွာ inherent system pressure ဆိုတဲ႔၊ မူလရိွေနရမယ္႔ pressure မွေၿပာင္းသြားတဲ႔အခါ၊ sequential start နဲ႔ pump ေတြအလိုအေလၽွာက္ေမာင္းဖို႔လိုတဲ႔ application ေတြနဲ႔ process မွာ system pressure ေၿပာင္းလဲတတ္တဲ႔ applications ေတြမွာ 2-port valves ေတြကို တတ္ဆင္ႀကပါတယ္။

Controllers

controller ကိုေရြးခၽယ္တဲ႔အခါ၊ dynamic of process, type of response နဲ႔ accuracy of control ဆိုတဲ႔၊ အခၽက္ (၃) ခၽက္ အေပါါမူတည္ၿပီး၊ ေရြးခၽယ္ႀကပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္process ဒါမွမဟုတ္ plant တခုလံုးရဲ႕ safety ဟာ၊ အေရးႀကီးတဲ႔အတြက္ process ဒါမွမဟုတ္ plant တခုလံုးကို၊ controlled လုပ္ေနတဲ႔ controllers ေတြဟာအေရးႀကီးတဲ႔ အစိတ္အပိုင္းေတြၿဖစ္ပါတယ္။ power failure ၿဖစ္သြား တဲ႔အခါ၊ valves ေတြဟာ open သို႔မဟုတ္ closed position ကို အလိုအေလၽွာက္ေၿပာင္းသြားေစဖို႔ controllers ေတြမွေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။

process ဒါမွမဟုတ္ plant ရဲ႕ လိုအပ္ခၽက္၊ သဘာဝေပါါ မူတည္ၿပီး၊ direct-acting ဒါမွမဟုတ္ reverse-acting အေနနဲ႔ controlled လုပ္ဖို႔ ေရြးခၽယ္ရပါတယ္။ direct-acting ဆိုတာကေတာ႔ measured variable တက္လာတဲ႔အခါ၊ controller output signal တက္လာၿခင္းနဲ႔ reverse-acting ကေတာ႔ measured variable တက္လာေပမယ္႔ controller output signal ကၽသြားၿခင္းလို႔ အလြယ္တကူ မွတ္နိဳင္ ပါတယ္။

on/ off control ေလာက္သာလိုမယ္႔ applications ေတြမွာ၊ controller ကိုတတ္ဆင္အသံုးၿပဳဖို႔မလိုပဲ၊ sensors ေတြ၊ relays ေတြနဲ႔ process ကို controlled လုပ္နိဳင္ပါတယ္။ plant သို႔မဟုတ္ process ဟာ၊ continuous control မွ၊ proportional, integral နဲ႔ derivative control ေတြကိုလိုအပ္သလိုေပါင္းစပ္ၿပီး၊ controlled လုပ္ရမယ္ဆိုရင္၊ versatility ဆိုတဲ႔၊ စြယ္စံုရ electronic controllers ေတြကို၊ တတ္ဆင္ အသံုးၿပဳဖို႔လိုလာမွာၿဖစ္ပါတယ္။ versatility electronic controller ေတြဟာ၊ temperature နဲ႔ time control, multi-loop နဲ႔ multi- input/ output control အစရိွတဲ႔ control application အမၽားအၿပား ကိုေဆာင္ရြက္ေပးနိဳင္ပါတယ္။

'good control'

application အေပါါကိုမူတည္ၿပီး၊ process တခုနဲ႔တခု controlled လုပ္ၿခင္းဟာလည္း မတူညီနိဳင္တာမို႔၊ 'good control' ကိုအတိအကၽေၿပာဖို႔ခက္တာကိုေတြ႔ရပါတယ္။ load ေၿပာင္းလဲတဲ႔အခါ၊ ၿဖစ္ေပါါလာ မယ္႔ controlled response ေတြကို၊ temperature application အေနနဲ႔ ဥပမာေပးေဖာ္ၿပပါ႔မယ္။

slow and steady heat up တၿဖည္းၿဖည္းနဲ႔ temperature ကိုၿမွင္႔တင္မယ္႔ application မၽိဳးမွာ control A ဟာ အေကာင္း ဆံုးၿဖစ္ပါတယ္။ rapid heat up ရုတ္တရက္ခၽက္ၿခင္း temperature ကို ၿမွင္႔တင္တဲ႔အခါ၊ desire value မွာေပါါေပါက္လာ မယ္႔ over shoot နဲ႔ under shoot ကိုလၽွစ္လၽဴရွဳလို႔ရတဲ႔ application မၽိဳးမွာ control B ဟာ အေကာင္းဆံုး ၿဖစ္ပါတယ္။ rapid heat up မွာ over shoot နဲ႔ under shoot မရိွ ရမယ္႔ application မၽိဳးမွာေတာ႔ control C ဟာအေကာင္းဆံုးၿဖစ္ပါတယ္။

set point သို႔မဟုတ္ desired value အနီးတဝိုက္မွာ၊ oscillation ၿဖစ္ေပါါမွဳကို လစ္လၽွဴရွဳထားလို႔မရ သလို system မွာ oscillation ရိွတဲ႔အခါ၊ 'good control' အၿဖစ္သတ္မွတ္လို႔မရပါဘူး။ oscillation ဟာ controller, sensor, actuator နဲ႔ valve အစရိွတဲ႔ components ေတြေရြးခၽယ္မွဳ မွားၿခင္းေႀကာင္႔၊ ေပါါေပါက္ တတ္သလို၊ control setting လြဲမွားၿခင္းေႀကာင္႔ လည္းၿဖစ္ေပါါတတ္ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ sensor position ေနရာလြဲကာတတ္ဆင္ထားၿခင္းေႀကာင႔္၊ dead time ဟာရိွသင္႔ တာထက္ပိုႀကာသြားရာကတဆင္႔ oscillation ၿဖစ္ေပါါတတ္ပါတယ္။

continuous action မွာ၊ oscillation ၿဖစ္ေပါါမွဳရိွမရိွကို 'good control' အေနနဲ႔ သတ္မွတ္တာၿဖစ္ၿပီး၊ on/ off action မွ desired value တဝိုက္မွာၿဖစ္ေပါါတဲ႔၊ response pattern ကိုေတာ႔၊ oscillation အေနန႔ဲ မသတ္မွတ္တာကိုေတြ႔ရပါတယ္။

Types of valves and actuators

Valves
control valves ေတြကို၊ piping system မွာ horizontal position နဲ႔တတ္ဆင္ၿပီး၊ spindle ကိုေတာ႔ vertical position နဲ႔တတ္ဆင္ထားပါတယ္။ control valves ေတြရဲ႕ size, pressure ratings, materials နဲ႔ end connections ေတြဟာအေရးႀကီးသလို၊ up stream နဲ႔ down stream ဆိုတဲ႔ valve အဝင္နဲ႔ အထြက္ piping system ကိုလည္း၊ unobstructed အတားအဆီးမရိွတဲ႔အေနအထားမၽိဳးနဲ႔ installed လုပ္ရမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။

pipework ကို normal working pressure ထက္ၿမင္႔တဲ႔ pressure နဲ႔ စမ္းသတ္ၿပီးမွသာ၊ installed လုပ္သင္႔ပါတယ္။ piping system မွတဆင္႔ dirt အမိွဳက္စေလးေတြ, abrasive မာေကၽာတဲ႔ သတၱဳအစ အနေလးေတြနဲ႔ obstructive materials ပိတ္ဆို႔တတ္တဲ႔အရာဝထၱဳေလးေတြဝင္ေရာက္မွဳေႀကာင္႔ valve ေတြပၽက္စီးနိဳင္တဲ႔အတြက္၊ valve ရဲ႕ up stream အဝင္မွာ strainer တတ္ဆင္ ထားဖို႔လိုပါတယ္။

Fig. pneumatic pressure reducing station with steam conditioning

control valves ေတြကို၊ plant ရဲ႕ essential instruments အၿဖစ္သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။ valve ရဲ႕ gland packing renewed အစားထိုးလွဲလွယ္ၿခင္းနဲ႔ valve seat လို internal parts ေတြ replacement အသစ္ လွဲလွယ္ၿခင္း၊ စတဲ႔ maintenance ၿပဳၿပင္ထိမ္းသိမ္းမွဳကိုလည္း လိုအပ္သလိုေဆာင္ရြက္ေပးရပါတယ္။ valve ေတြကုိ inspection စစ္ေဆးၿခင္း၊ maintenance ၿပဳၿပင္ထိမ္းသိမ္းၿခင္း နဲ႔ replacement အသစ္ လဲလွယ္ၿခင္း၊ အစရိွတာေတြကိုေဆာင္ရြက္တဲ႔အခါ၊ plant operation ကိုမထိခိုက္ေစဖို႔ တနည္းအားၿဖင္႔ down time ဆိုတဲ႔ process ကိုရပ္ၿပီး၊ ေဆာင္ရြက္ဖို႔မလိုေစဖို႔ by pass lines ေတြနဲ႔ isolating valves ေတြ ကိုတတ္ဆင္ထားသင္႔ပါတယ္။

Actuators/ sensors
excess heat အပူလြန္တဲ႔ေနရာေတြ၊ high humidity စိုထိုင္းဆၿမင္႔မားတဲ႔ေနရာေတြနဲ႔ corrosive fumes ဆိုတဲ႔ သတၱဳပြန္းစားမွဳကိုၿဖစ္ေပါါေစတဲ႔ ဓါတ္ေငြ႔ေတြနဲ႔ေဝးတဲ႔ေနရာေတြမွာသာ၊ actuators ေတြကို တတ္ဆင္သင္႔ ပါတယ္။ excess heat, high humidity နဲ႔ corrosive fumes ေတြဟာ diaphragms သို႔မဟုတ္ electric/ electronic items ေတြကို premature failure ဆိုတဲ႔၊ မလိုလားအပ္တဲ႔ အခၽိန္မတိုင္မွီ ပၽက္စီးၿခင္း ၿဖစ္ေစတတ္ပါတယ္။

Fig. 3-way electro-pneumatic positioner mounted on a diaphragm actuator

actuators ေတြမွာ recommended maximum ambient conditions temperature ေတြကိုေဖာ္ၿပ ထားေလ့ရိွၿပီး၊ electric actuators တခၽိဳ႕မွာ built-in heater ကိုထည္႔သြင္းတတ္ဆင္ထားတာေတြ႔ရပါ တယ္။ တခါတရံမွာ water ingress ေရစိမ္႔ဝင္ၿခင္းနဲ႔ dust ingress အညစ္အေကၽးအမွဳန္အမြွား စိမ္႔ဝင္ၿခင္းကိုေလၽွာ႔ခၽဖို႔ Enclosure type အလံုပိတ္ actuators ေတြနဲ႔ positioners ေတြကိုအသံုးၿပဳႀက ပါတယ္။

effective sensing function ကိုရဖို႔ sensors ေတြကို၊ fully and correctly immersed အေနနဲ႔ အေသ အၿခာၿမွဳတ္နံွ တတ္ဆင္ဖို႔လိုပါတယ္။ sensors ေတြကို pockets ထဲမွာတတ္ဆင္ထားတဲ႔အခါ၊ piping system, vessel နဲ႔ process plant ကို drain လုပ္စရာမလိုပဲ၊ inspection ဒါမွမဟုတ္ replacement အလြယ္တကူလုပ္နိဳင္ေပမယ္႔ pocket ေႀကာင္႔ control system မွာ delay response times ေပါါေပါက္ တတ္ပါတယ္။

Fig. heat sensor with thermal compound

heat conducting paste ဆိုတဲ႔ thermal compound သုတ္လိမ္းၿပီးမွ pocket ကို တတ္ဆင္ၿခင္းၿဖင္႔ delay response ကို၊ minimize ေလၽွာ႔ခၽနိဳင္ပါတယ္။

Power and signal lines
leak tight အေနနဲ႔တတ္ဆင္ထားတဲ႔ compressed air နဲ႔ pneumatic signal lines ေတြဟာ၊ dry ေၿခာက္ေသြ႔ဖို႔ လိုသလုိ၊ oil and dirt free ဆီနဲ႔အညစ္အေကၽးအမွဳန္အစအနေတြကင္းစင္ဖို႔၊ လိုပါ တယ္။ pneumatic controller ေတြကို valve ေတြနဲ႔ actuators ေတြရဲ႕ အနီးအနားမွာသာ installed လုပ္ၿခင္းၿဖင္႔၊ signal line ရဲ႕ capacity နဲ႔ resistance ေႀကာင္႔ၿဖစ္ေပါါလာမယ္႔ delay ကို၊ minimize ေလၽွာ႔ခၽနိဳင္ပါတယ္။

မၽားေသာအားၿဖင္႔ valve, actuator နဲ႔ positioners သို႔မဟုတ္ converters ေတြကို၊ complete pre-assembled unit အေနနဲ႔ တဆက္တည္းအၿပည္႔အစံု supplied လုပ္တ႔ဲအတြက္ အစံုလိုက္ တတ္ဆင္ ႀကၿပီး၊ တခါတရံမွာ သီးၿခားစီ supplied လုပ္တတ္ပါတယ္။ အဲဒီအခါ manufacturer's instructions အရ၊ set up လုပ္ကာ re-assemble ၿပန္ဆင္ရသလို၊ valve stroke ခၽိန္ညွိတာကအစ တိကၽမွန္ကန္ဖို႔ လိုပါ  တယ္။

Electrical wiring for electric/electronic and electro-pneumatic controls
cables ေတြကို mechanical damage မသက္ေရာက္ေစဖို႔ protected ကာကြယ္ထားရပါတယ္။ 'control' problems ဆိုတဲ႔ ထိမ္းမရသိမ္းမရကိစၥေတြကို၊ traced back ေနာက္ေႀကာင္းၿပန္ကာ စမ္းစစ္ ႀကည္႔တဲ႔ အခါ၊ incorrect wiring ေႀကာင္႔ အၿဖစ္မၽားတာကိုေတြ႔ရပါတယ္။ တခါတရံမွာ 'noise' သို႔မဟုတ္ electrical interference ေႀကာင္႔လည္းၿဖစ္ေပါါတတ္သလို၊ diagnose ၿပသနာကို အၿဖရွာတဲ႔အခါ ခက္ခဲတတ္ပါတယ္။

Controllers
controller parameters ေတြကို adjusting ခၽိန္ညွိၿခင္းမွာ၊ methods နည္းလမ္းမၽားစြာရိွပါတယ္။ mathematics ဆိုတဲ႔ သခၽ္ာအေၿခခံနဲ႔အတူ၊ control loop ရဲ႕ behavior နဲ႔ process ဒါမွမဟုတ္ application characteristics ေတြအေပါါ မူတည္ၿပီး၊ ခၽိန္ညွိႀကပါတယ္။

Fig. P-band setting reaction to change in load

P-band ဟာ၊ too wide သိပ္ကၽယ္တဲ႔အခါ offset ႀကီးမားၿပီး၊ system ဟာ curve A မွာၿပထားသလို၊ very stable တည္ၿငိမ္ေနတာေတြ႔ရပါတယ္။ P-band ဟာ၊ narrow ကၽဥ္းသြားတဲ႔အခါ၊ offset နည္းလာၿပီး၊ P-band ဟာ too narrow ကၽဥ္းသထက္ ကၽဥ္းသြားတဲ႔အခါ၊ curve B မွာ ၿပထားသလို၊ instability နဲ႔ oscillation ကိုေတြ႔ရမွာၿဖစ္ပါတယ္။ curve C ဟာ slightly wide အနည္းငယ္သာကၽယ္ ထားတဲ႔ optimum P-band ၿဖစ္ၿပီး၊ offset ပမာဏအေနနဲ႔ အနည္းငယ္သာ ရိွပါတယ္။

Fig. Integral time reaction to change in load

integral time ဟာ too short သိပ္တိုေတာင္းလြန္းရင္၊ curve A မွာၿပထားသလို၊ set point မွာ oscillation ၿဖစ္ေပါါတတ္ပါတယ္။ excessive သိပ္ႀကာလြန္းၿပန္တဲ႔အခါမွာေတာ႔ curve B မွာၿပထားသလို၊ set point ကိုၿပန္ေရာက္ဖို႔၊ အခၽိန္ႀကာလြန္းပါတယ္။ curve C ဟာ correct integral time setting ၿဖစ္ၿပီး၊ overshoot သို႔မဟုတ္ oscillation မ ၿဖစ္ေပါါပဲ၊ set point သို႔အၿမန္ဆံုး ၿပန္ေရာက္လာတာကို ေတြ႔ရ ပါတယ္။

Fig. Derivative time reaction to change in load

derivative time ဟာ excessive သိပ္ႀကာလြန္းတဲ႔အခါ၊ curve A မွာၿပထားသလို၊ over-rapid change, overshoot နဲ႔ oscillation ေတြၿဖစ္ေပါါတတ္ပါတယ္။ derivative time ဟာ too short သိပ္တိုေတာင္း လြန္းရင္လည္း၊ curve A မွာ ၿပထားသလို၊ set point ကိုၿပန္ေရာက္ဖို႔၊ အခၽိန္ႀကာလြန္းပါတယ္။ curve C ဟာ correct optimum setting ၿဖစ္ၿပီး၊ good stability အေနနဲ႔ တည္ၿငိမ္စြာ set point သို႔အၿမန္ဆံုး ၿပန္ေရာက္လာတာကို ေတြ႔ရပါတယ္။

Commissioning

plant တခုလံုးမွ controller တိုင္းကို၊ process characteristics ေတြနဲ႔ ကိုက္ညီေအာင္၊ set up လုပ္တဲ ႔ နည္းလမ္းမၽားစြာ ရိွပါတယ္။ အဲဒီနည္းလမ္းေတြထဲမွာ 'Ziegler-Nicholls method' ဟာ၊ အထိေရာက္ဆံုး ၿဖစ္တာေတြ႔ရပါတယ္။

The Ziegler-Nicholls method
Ziegler-Nicholls frequency response method ကို critical oscillation method လို႔လည္းေခါါႀကၿပီး၊ controller ကို amplifier တခုအၿဖစ္အသံုးခၽကာ၊ process ကို၊ instability condition အထိေရာက္ရိွ သြားေအာင္ adjusted ခၽိန္ညွိလိုက္ ပါတယ္။ အဲဒီအခါ process ဟာ၊ set point အနီးမွာ constant amplitude နဲ႔ fluctuating ၿဖစ္ေနတာကိုေတြ႔ရပါတယ္။ gain ကို small increase အနည္းငယ္ၿမွင္႔ တင္ လိုက္တဲ႔အခါ၊ ဒါမွမဟုတ္ proportional band ကို reduce ေလၽွာ႔ ခၽလိုက္ တဲ႔ အခါ၊ amplitude ထပ္ၿမင္႔ လာသလို၊ hunting လည္း စတင္ၿဖစ္ေပါါလာပါတယ္။

Fig. Instability caused by increasing the controller gain, with no I or D action

အၿပန္အလွန္အားၿဖင္႔ proportional band ကို၊ increased တိုးလိုက္တဲ႔အခါ၊ amplitude လည္းၿပန္ကၽ လာၿပီး၊ process ဟာ ပိုမို stable ၿဖစ္လာပါတယ္။ process ရဲ႕ stable အၿဖစ္ဆံုး condition ဟာ အလိုရိွ တဲ႔၊ setting ပဲၿဖစ္ပါတယ္။ actual proportional band setting ရဲ႕ instability point တခုမွ၊ time period (T n) မွတဆင္႔ controller setting ကိုခၽိန္ညွိတာ ၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Ziegler-Nicholls calculation

Ziegler-Nicholls method နဲ႔ (P+I+D) controller setting ကိုခၽိန္ညွိတဲ႔အခါ၊ integral time (T i) ကို၊ maximum အထိ ၿမွင္႔တင္ၿပီး၊ integral action ကိုဖယ္ထုတ္လိုက္ပါတယ္။ တခါ derivation time (T D) ကို၊ 0 အထိေလၽွာ႔ခၽကာ derivative action ကို၊ ဖယ္ထုတ္ပါတယ္။ process ဟာ stable condition ေရာက္သြားတဲ႔အထိေစာင္႔ႀကည္႔ရပါတယ္။

တခါ proportional band မွ၊ gain ကို increase လုပ္ၿပီး၊ process ကို instability point သို႔ေရာက္ေစ ပါတယ္။ time period (T n) ကို၊ measure တိုင္းတာမွတ္သားၿပီး၊ (P+I+D) controller မွာ proportional band start point အၿဖစ္၊ set လုပ္လိုက္ပါတယ္။ start point ကိုရတဲ႔အခါ၊ အေပါါမွာေဖာ္ၿပထားတဲ႔ 'Ziegler-Nicholls calculation' အတိုင္း၊ တြက္ခၽက္ ကာ၊ integral နဲ႔ derivation တို႔ကို set လုပ္ၿခင္းၿဖင္႔၊ (P+I+D) controller setting ကိုခၽိန္ညွိတာၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Effect of changing PID settings

process မွာ stability နဲ႔ response ကို၊ increase လုပ္ဖို႔လိုအပ္တဲ႔အခါမွာေတာ႔၊ အေပါါမွ 'Effect of changing PID settings' ဆိုတဲ႔ ဇယားကြက္မွာေဖာ္ၿပထားတဲ႔အတိုင္း၊ ထပ္မံခၽိန္ညွိတာကိုေတြ႔ရပါတယ္။

Bumpless transfer
controllers ေတြရဲ႕ technical specifications ကိုဖတ္ႀကည္႔တဲ႔အခါ၊ တခါတရံ bumpless transfer' ဆိုတဲ႔ usage အသံုး အနံွဳးတခုကိုေတြ႔ရတတ္ပါတယ္။ controllers ေတြမွာ 'Manual' - 'Auto' switch ဆိုတာ ပါရိွၿပီး၊ control situations အရ၊ လိုအပ္တဲ႔အခါ manual control အေနနဲ႔ အသံုးၿပဳနိဳင္ေစဖို႔ တတ္ဆင္ထား ပါတယ္။ process ကို မရပ္ပဲ၊ manual control သို႔ေၿပာင္းလိုက္တဲ႔အခါ၊ automatic control loop မွာ interruption ဆိုတဲ႔ အေနွာက္အယွက္ေတြ ၿဖစ္ေပါါတတ္ ပါတယ္။

Fig. Without bumpless transfer



Fig. With bumpless transfer

အလားတူပဲ manual control မွ၊ auto control သို႔ေၿပာင္းလိုက္တဲ႔အခါ၊ မွာလည္း interruption ဆိုတဲ႔ control levels lost ေတြၿဖစ္ေပါါတတ္ပါတယ္။ bumpless transfer ဟာ auto-manual နဲ႔ manual-auto အေၿပာင္းအလဲမွာ control situations ကိုတည္ၿငိမ္ေနေအာင္ထိန္းေပးထားၿပီး၊ output ကို match ၿဖစ္ေနေစဖို႔ ေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။

Self-tuning controllers
microprocessors ေတြကိုထည္႔သြင္းတတ္ဆင္ထားတဲ႔၊ (P+I+D) controllers ေတြကို၊ Self-tuning controllers ေတြလို ႔ေခါါပါတယ္။ Self-tuning controllers ေတြဟာ commissioning လုပ္ေပးဖို႔မလို အပ္ေတာ႔ သလို၊ on/off control အေနနဲ ႔ေၿပာင္းလဲအသံုးၿပဳနိဳင္တာကိုလည္းေတြ႔ရပါတယ္။

Fig. Basic self-tune function

system start-up လုပ္စဥ္မွာ self-tune function ကိုထည္႔သြင္းေပးလိုက္ၿပီး၊ process မွာႀကီးႀကီးမားမား အေၿပာင္းအလဲ မရိွသမၽွတေလၽွာက္လံုး၊ P I D terms ေတြကို ထိန္းသိမ္းေပးထားပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ process ရဲ႕ normal running conditions ေတြမွာလည္း၊ monitoring နဲ႔ re-sets functions ေတြကို၊ အလိုအေလၽွာက္ေဆာင္ရြက္ေပးနိဳင္ပါတယ္။

Computers in Control

ဟိုးအရင္က Stand-alone single loop controller အၿဖစ္၊ basic PID functions ေတြကိုေဆာင္ရြက္ဖို႔ flaps နဲ႔ nozzles ေတြကိုတတ္ဆင္ထားတဲ႔ pneumatic controllers ေတြကို၊ အသံုးၿပဳခဲ႔ပါတယ္။

intrinsic safety ၿဖစ္တဲ႔ အဲဒီ pneumatic controllers ေတြကို၊ တခါတရံ သေဘ္ာေဟာင္းႀကီးေတြနဲ႔ petrochemical plants အေဟာင္း ေတြမွာေတြ႔နိဳင္ပါတယ္။ process မွာ၊ local circular chart recorders ေတြနဲ႔ individually connected လုပ္ထားသလို၊ multi-pen recorders ေတြနဲ႔ control rooms ကိုလည္းဆက္သြယ္ခဲ႔ႀကပါတယ္။

Fig. Single loop controller with chart recorder

instrument အတြင္းမွာ mechanisms ေတြထည္႔သြင္းတတ္ဆင္ထားတဲ႔ multi-pen recorders ေတြဟာ inputs အေနနဲ႔ အမၽားဆံုး (၁၂) ခုေလာက္အထိလက္ခံနိဳင္ပါတယ္။ ဒီလိုနဲ႔ control room မွ၊ chart recorders ေတြေနရာမွာ computers ေတြကိုအစားထိုးတတ္ဆင္လာႀကၿပီး၊ plant တခုလံုးမွ information သို႔မဟုတ္ အခၽက္အလက္ data ေတြကို စုေဆာင္း ေဖာ္ၿပခဲ႔ပါတယ္။

Fig. single loop controllers with a central data logging computer

အဲဒီ computers ေတြဟာ အခၽက္အလက္ေတြကို၊ လက္ခံေဖာ္ၿပနိဳင္သလို၊ reports ေတြအေနနဲ႔ print out ထုတ္ယူနိဳင္ တဲ႔အတြက္၊ 'data logger computers' ေတြလုိ႔ေခါါဆိုႀကပါတယ္။ data logger computers ေတြမွာ၊ print out ထုတ္ဖို႔ programmed စီစဥ္ထားၿပီး၊ time intervals တခုတိုင္းမွာ process ရဲ႕အခၽက္အလက္ေတြကို၊ အလိုအေလၽွာက္ ထုတ္ေပး ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ process ရဲ႕အခၽက္ အလက္ေတြကို၊ အလိုရိွတဲ႔အခါတိုင္း ထုတ္ယူနိုင္ၿပီး၊ ရရိွထားတဲ႔ အခၽက္အလက္ ေတြကို၊ comparing နိွဳင္းယွဥ္ႀကည္႔ၿခင္းမွ plant ရဲ႕ performance ကိုသိနိဳင္ပါတယ္။ ဒါေပမယ္႔ 'data logger computers' ေတြ ဟာ plant operation မွာ၊ input အေနနဲ႔ေပးသြင္းနိဳင္ၿခင္းမရိွတာ ကိုေတြ႔ရပါတယ္။

၁၉၇၀ ခုနွစ္နွစ္လယ္ေလာက္ကစၿပီး၊ digital control systems ေတြကို၊ စတင္အသံုးၿပဳလာႀကၿပီး၊ central computer ဟာ sensors ေတြမွေပးပို႔တဲ႔အခၽက္အလက္ေတြကို input အေနနဲ႔လက္ခံရယူပါတယ္။ ရရိွလာ တဲ႔ အခၽက္အလက္ေတြကို၊ mathematical routines အေနနဲ႔စစ္ေဆးတြက္ခၽက္ကာ၊ output အၿဖစ္ ထုတ္ယူၿပီး၊ control devices ေတြကိုေပးသြင္းပါတယ္။

Fig. Central computer gathering data and controlling the plant

sensors ေတြမွ၊ အခၽက္အလက္ေတြကိုရယူစုေဆာင္းၿခင္း၊ correction signal အၿဖစ္၊ control devices မၽားသို႔ေပးပို႔ၿခင္း နဲ႔ process မွ data အခၽက္အလက္ေတြကို၊ monitoring unit အေနနဲ ႔ေဖာ္ၿပၿခင္း တို႔အၿပင္၊ print out ထုတ္ေပးၿခင္း တို႔ကို control room မွာတတ္ဆင္ထားတဲ႔၊ central computers မၽားမွ ေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။ ဒါေပမယ္႔ control devices မွေပးပို႔လိုက္တဲ႔၊ (4 ~ 20 mA), (0 ~ 10 V) အစရိွတဲ႔ raw instrument signals ေတြကို၊ computers ေတြ အေနနဲ႔လက္ခံနိဳင္ၿခင္းမရိွေသးပါဘူး။ ဒီ႔အတြက္ signals ေတြကို၊ translate လုပ္ေပး မယ္႔ I/O unit လို႔ေခါါတဲ႔ input/ output devices ေတြကို တတ္ဆင္လာႀကပါတယ္။

I/O units ေတြကို၊ control room မွာထားကာ၊ control devices တခုၿခင္းကို signal cable တေခၽာင္းစီသံုးၿပီး၊ signals ေတြ ေပးပို႔ပါတယ္။ အရြယ္အစားႀကီးမားတဲ႔ plant ေတြမွာ၊ cable installation, cable physical volume နဲ႔ after installation management တို႔ေႀကာင္႔၊ cost ကုန္ကၽစားရိတ္ေတြ ပိုလာပါတယ္။ I/O units ေတြကို control room မွာ မထားေတာ႔ပဲ၊ plant မွ control devices ေတြ အနီးအနားမွာ တတ္ဆင္လိုက္တဲ႔အခါ၊ installation cost အေနနဲ ႔ အနည္းငယ္ ေလၽွာ႔ကၽသြားပါတယ္။ Digital control system ေတြတိုးတက္လာတဲ႔အတြက္ DCS - Distributed Control System, SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition System နဲ႔ BMS - Building Maintenance System အစရိွတဲ႔၊ Control System ေတြကိုသံုးစြဲလာနိဳင္သလို၊ ၁၉၈၀ နွစ္ကုန္ပိုင္း ေလာက္မွာ၊ Windows O/S ဆိုတဲ႔ Windows operation system သံုးထားတဲ႔ computers ေတြနဲ႔ ေပါင္းစပ္အသံုးၿပဳလာႀကပါတယ္။ Windows screen environment ဟာ digital control system အတြက္၊ standard platform ၿဖစ္လာ ခဲ႔ၿပီး၊ common format တခုအေနနဲ႔ သံုးစြဲလာႀကပါတယ္။

Windows based data system ဟာ၊ data exchangeable system ၿဖစ္တဲ႔အတြက္၊ process မွရရိွလာတဲ႔၊ data ေတြကို words, excel နဲ႔ power point အစရိွတဲ႔ format မၽားအၿဖစ္ အလြယ္တကူေၿပာင္း လဲေပးပို႔ နိဳင္ပါတယ္။ control systems ေတြမွာ၊ data exchange language အၿဖစ္၊ DDE - Dynamic Data Exchange ကိုစတင္အသံုးၿပဳခဲ႔ၿပီး၊ ေနာက္ပိုင္းမွာ OLE - Object Linking Embedding ကို အသံုးၿပဳခဲ႔ ပါတယ္။ အဲဒီကတဆင္႔ OPC - OLE for Process Control ဆိုတဲ႔ language ကိုအစားထိုးအသံုးၿပဳခဲ႔ တာေတြ႔ရပါတယ္။

Fig. SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition System

control room computers ေတြရဲ႕ monitors ေတြကတဆင္႔၊ plant တခုလံုးရဲ႕အေၿခအေနကိုသိနိဳင္သလို၊ controllers ေတြရဲ႕ set points နဲ႔ parameters ေတြကိုလည္း၊ keyboard မွတဆင္ ႔ေၿပာင္းလဲေပး နိဳင္ ပါတယ္။ plant မွာ single loop PID controller ေတြကိုမသံုးေတာ႔ပဲ၊ stand alone controller သို႔မဟုတ္ programmable logic controllers ေတြနဲ႔ multi-loop rack mounted devices ေတြကို အသံုးၿပဳႀက ပါတယ္။ stand alone controllers ေတြဟာ၊ plant safety အတြက္ final control တနည္းအားၿဖင္႔ back up အေနနဲ႔ေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။ stand alone controller သို႔မဟုတ္ programmable logic controllers ေတြမွာ parameters ေတြကို၊ electronically download လုပ္ကာထည္႔သြင္းထားၿပီး၊ လိုအပ္ ပါက keypad ကိုသံုးကာ set points နဲ႔ parameters ေတြကို၊ ေၿပာင္းလဲနိဳင္ပါတယ္။ central computer failure ၿဖစ္ခဲ႔ရင္၊ stand alone controller ေတြမွာ ထည္႔သြင္းထားတဲ႔၊ plant ကို၊ safe condition အၿဖစ္ controlled လုပ္သြားမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။

'Fieldbus'
digital control system တိုးတက္လာတာနဲ႔အမၽွ၊ ၁၉၉၀ နွစ္လြန္ကာလ ေနာက္ပိုင္းမွာ၊ signal digital control system တမၽိဳးၿဖစ္တဲ႔၊ 'Fieldbus' system ကိုအသံုးၿပဳလာပါတယ္။ plant မွာရိွတဲ႔ sensors နဲ႔ controllers ေတြကို၊ unit address ေတြေပးပို႔ၿခင္း၊ request information အေနနဲ႔ sensor တခုၿခင္းစီမွ data ေတြကိုရယူၿခင္း၊ control action instructions မၽားကို process တခုၿခင္းစီသို႔ေပးပို႔ၿခင္းတို႔ကို၊ Fieldbus မွတဆင္႔ေဆာင္ရြက္ပါတယ္။ 'Fieldbus' မွတဆင္႔ data ေတြကို ေပးပို႔ၿခင္းနဲ႔ ရယူၿခင္းေဆာင္ရြက္ ရာမွာ stand along controllers ေတြအစား master controller ကိုသံုးၿပဳပါတယ္။

master controller ဟာ data ေတြကို organized လုပ္နိဳင္သလို၊ control logic အၿဖစ္သို႔ လည္းေၿပာင္းလဲေပးနိဳင္ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ data ေတြကို ေပးပို႔ရာမွာ၊ 'Fieldbus' နဲ႔ computer အႀကား interfacing အေနနဲ႔ လည္းေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။ 'Fieldbus' နဲ႔ computer network ကုိဆက္သြယ္ေပးတဲ႔အတြက္၊ master controller ကို bridge လို႔လည္းေခါါပါတယ္။

Fig. Bridge

master controller သို႔မဟုတ္ bridge ဟာ၊ process ဖက္အၿခမ္းမွ sensors ေတြကေပးပို႔တဲ႔၊ data ေတြ ကိုလက္ခံၿခင္းနဲ႔၊ လိုအပ္တဲ႔အခါ sensor တခုၿခင္းစီမွ data ေတြကိုရယူၿခင္း၊ ရရိွထးတဲ႔ data နဲ႔ information ေတြကို၊ mathematical routines အေနနဲ႔စီစစ္ၿပီး၊ control devices မၽားကို corrective action ေဆာင္ရြက္ဖို႔ၿပန္လည္ေပးပို႔ၿခင္း၊ process မွာ တတ္ဆင္ထားတဲ႔ equipment တခုၿခင္းကို၊ diagnostic routine အေနနဲ႔စစ္ေဆးၿခင္း အစရိွတာေတြကို ေဆာင္ရြက္ေပး ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ bridge ဟာ၊ computer network သို႔ equipment တခုမွ diagnostic routine ေတြနဲ႔ result ေတြကို၊ ေန႔ရက္ အစီအစဥ္တကၽေပးပို႔ၿခင္း၊ process ဒါမွမဟုတ္ equipment မွာ set parameter ထက္ေကၽာ္တဲ႔အခါ alarm အေနနဲ႔ ေပးပို႔ၿခင္း၊ plant performance န ဲ႔ပက္သက္ၿပီး၊ စုေဆာင္းထားတဲ႔ အခၽက္အလက္ေတြနဲ႔ လက္ရိွရယူထားတဲ႔ အခၽက္အလက္ေတြကို၊ ေပးပို႔ၿခင္းနဲ႔ safety interlocks မၽားသတ္မွတ္စီစဥ္ေပးၿခင္း အစရိွတာေတြကိုလည္း၊ ေဆာင္ရြက္ ပါတယ္။

Fig. Process control computer communicates with other computers over a network and the internet

bridge တခုဟာ process အခု (၅၀) ေလာက္ကို၊ control လုပ္နိဳင္တဲ႔အတြက္ single loop PID controller အခု (၅၀) ေလာက္နဲ႔ ညီမၽွပါတယ္။ process control အခု (၅၀) ထက္ပိုၿပီးလိုအပ္တဲ႔အခါ bridge အရည္အတြက္၊ တိုးၿပီးတတ္ဆင ္ႀကပါတယ္။ bridge ကို plant တဝုိက္မွာ၊ အဆင္ေၿပသလို တတ္ဆင္ႀကတာၿဖစ္ပါတယ္။ တခၽဳိ႕ bridge ေတြမွာ push button ေတြပါဝင္ေလ့ရိွသလို၊ ခလုပ္နိွပ္ လို္က္တဲ႔အခါ၊ display information အေနနဲ႔ေဖာ္ၿပပါတယ္။ interaction ေတြ ကိုလည္း computer keyboard မွတဆင္႔ေဆာင္ရြက္နိဳင္တဲ႔အတြက္၊ bridge ကို electronic gateway တခုလို႔သတ္မွတ္နိဳင္ ပါတယ္။

plant ေတြ မွာအသံုးၿပဳတဲ႔ HART®, CAN, PROFIBUS® နဲ႔ Interbus အစရိွတဲ႔ control system ေတြ ဟာလည္း၊ Fieldbus လို digital signal cables ေတြနဲ႔ master controller သံုးထားတဲ႔ process control system ေတြၿဖစ္ပါတယ္။ digital signal cables ေတြနဲ႔ master controller သံုးထားတဲ႔ process control system ေတြဟာ၊ plant ရဲ႕ behavior အေပါါ analysis & survey ဆန္းစစ္ေလ့လာၿပီး protocol တခု အေနနဲ႔ programmed စီစဥ္ေရးဆြဲကာ၊ product တခု အၿဖစ္ထုတ္လုပ္တဲ႔အတြက္၊ တခုနဲ႔တခု မတူညီတာ ကိုေတြ႔ရမွာၿဖစ္ပါတယ္။ Fielbus system ေတြဟာ (4 ~ 20 mA) နဲ႔ (0 ~ 10 V) raw signal ေတြကို ထုတ္ေပးတဲ႔၊ signal base instruments ေတြကိုအသံုးစရာမလိုအပ္ေတာ႔ေပမယ္႔၊ system ရဲ႕ လိုအပ္ခၽက္ အရ၊ temporary ယာယီအေနနဲ႔ပဲၿဖစ္ၿဖစ္၊ modification အစားထိုးထည္႕သြင္းဖို႔ပဲ ၿဖစ္ၿဖစ္၊ I/O units ေတြ တတ္ဆင္ၿပီး၊ raw instrument signals ေတြကိုလက္ခံနိဳင္ပါတယ္။

Fieldbus လို၊ digital signal cables ေတြနဲ႔ master controller သံုးထားတဲ႔ process control system ေတြဟာ၊ wire installation နဲ႔ controller အပိုင္းမွာ အရည္အတြက္ နည္းသြားတဲ႔အတြက္၊ system hardware အပုိင္းကိုေလၽွာ႔ခၽနိဳင္ၿခင္း၊ wire installation အပိုင္းမွာ၊ installing wire, cable tray, cabinets, conduit, junction boxes ေတြနဲ႔ terminal blocks အစရိွတာေတြကို၊ အမၽားအၿပား အသံုးၿပဳစရာ မလိုအပ္ ေတာ႔တဲ႔အတြက္၊ installation cost ကို ေလၽွာ႔ခၽနိဳင္ၿခင္း၊ equipments နဲ႔ wiring အရည္အတြက္ နည္းသြားတဲ႔အတြက္၊ control room နဲ႔ plant ရဲ႕ space မွာေနရာအပိုေတြရလာတဲ႔ အတြက္၊ အၿခား production အပိုင္းဆိုင္ရာ equipments ေတြကို၊ ပိုမိုတတ္ဆင္လာနိဳင္ၿခင္းနဲ႔ computer မွတဆင္႔၊ process logic drawing ေတြကို အလြယ္တကူ print out ထုတ္ယူနိဳင္ၿခင္းတို႔အၿပင္၊ plant နဲ႔ process control ပိုင္းဆိုင္ရာ အခၽက္အလက္ေတြကို၊ တိကၽမွန္ကန္စြာရရိွနိဳင္ၿခင္း စတဲ႔ advantages ေတြကို ရရိွလာတာေတြ႔ရပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ control system မွာ၊ fault ၿဖစ္ေပါါတဲ႔အခါ၊ software မွတဆင္႔ specific action ကိုေဆာင္ရြက္ေပးနိဳင္သလို၊ main computer failure ၿဖစ္တဲ႔ အခါမွာလည္း၊ master controller မွာ independent power supply တတ္ဆင္ထားတဲ႔ အတြက္၊ programmed သြင္းထားတဲ႔ local bridge ေတြမွတဆင္႔ process system ကို၊ safe mode အေနနဲ႔ controlled လုပ္သြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Comparison of control and management information available using DCS and Fieldbus systems

DCS Distributed Control System သံုထားတဲ႔ plant တခုနဲ႔ Fieldbus system သံုးထားတဲ႔ plant တခု တို႔ကို နိွဳင္းယွဥ္ ႀကည္႔တဲ႔အခါ၊ Fieldbus system မွ control information အၿပင္၊ process information ေတြကိုပါရရိွနိုင္တဲ႔အတြက္၊ plant ကိုစီမံခန္႔ခြဲဖို႔အတြက္၊ management information ေတြ၊ ပိုမိုရရိွတာကိုေတြ႔ရပါတယ္။ plant သို႔မဟုတ္ process ကို၊ main computer မွတဆင္႔ detailed diagnostic routine ေဆာင္ရြက္နိဳင္သလို၊ sensor failure, configuration error, communication error, valves ေတြနဲ႔ actuators ေတြရဲ႕ position, valves ေတြနဲ႔ actuators ေတြရဲ႕ movement travel time, valves ေတြနဲ႔ actuators ေတြရဲ႕ stick slip action အစရိွတာေတြကိုလည္း၊ သိနိဳင္ပါတယ္။ Fieldbus အပါအဝင္၊ digital control systems ေတြဟာ၊ process requirements ေတြ အေပါါမူတည္ၿပီး၊ အလြယ္တကူ updated လုပ္နိဳင္သလို၊ plant extension သ႔ိုမဟုတ္ new process ေတြ အတြက္လည္းအလြယ္တကူ expanded လုပ္နိဳင္တာကို ေတြ႔ရပါတယ္။


Reference and image credit to : http://blog.opticontrols.com, http://www.ykh30.dial.pipex.com, http://www.inl.gov, http://www.spiraxsarco.com, Steam Engineering Tutorial, http://www.globalspec.com, http://www.alliedsolar.ie, http://www.futuredesigncontrols.com, http://www.automation.siemens.com, http://bycon.en.ec21.com ,

Remark : All images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.