(Catatan) Pengantar Instrumentasi UAS

9. Ringkasan

Bab ini membahas aliran cairan di saluran tertutup dan terbuka, dan gas di saluran tertutup. Aliran cairan bisa laminar atau turbulen, tergantung pada tingkat aliran dan nilaiReynoldsnumber.Reynoldsnumber terkait dengan kemampuanviskositas, diameter pipa, dan kepadatan cairan. Berbagai kontinuitas dan tingkat keluraian digunakan dalam pengembangan persamaan Bernoulli, yang menggunakan konsep konservasi energi panas dari tekanan rendah dari minyak rendang. Perbuatan liar dapat dimodifikasi untuk memberi perlindungan pada permintaan maaf, diikat dengan dinding beton, dan seret. Banyak jenis sensor yang tersedia untuk mengukur laju aliran gas, cairan, slurries, dan padatan yang mengalir bebas. Sensornya bervariasi, mulai dari penyempitan tabung yang memungkinkan terjadinya penekanan tekanan pada konstriksi sehingga tidak dapat diamati, mengalir ke meter aliran elektromagnetik, ke perangkat ultrasonik. Tingkat alir dapat diukur dalam volume, total, atau massa. Pilihan sensor untuk mengukur laju aliran akan bergantung pada banyak faktor, seperti akurasi, partikulat, kecepatan aliran, jangkauan, ukuran pipa, viskositas, dan sebagainya. Hanya teknisi berpengalaman yang harus melakukan instalasi dan kalibrasi.

Persamaan Bernoulli adalah persamaan aliran berdasarkan konservasi energi.

Aliran adalah volume cairan atau gas yang melewati titik tertentu dalam jumlah waktu tertentu.

Laminar mengalir dalam cairan terjadi ketika kecepatan rata-rata relatif rendah, dan R <2.000. Alirannya ramping dan laminar tanpa pusaran.

Aliran massa adalah massa cairan atau gas yang mengalir dalam jangka waktu tertentu. Nomor Reynolds (R) adalah hubungan turunan, menggabungkan kerapatan dan viskositas cairan, dengan kecepatan aliran dan dimensi penampang melintang aliran.

Aliran total adalah volume cairan atau gas yang mengalir dalam jangka waktu tertentu.

Aliran turbulen dalam cairan terjadi ketika kecepatan aliran tinggi, dan R> 5.000. Aliran putus menjadi pola kecepatan dan edaran yang berfluktuasi.

Kecepatan fluida adalah laju rata-rata aliran fluida melintasi diameter pipa.

Viskositas adalah sifat gas atau cairan yang mengukur ketahanannya terhadap gerak atau aliran.

 

10.5 Ringkasan

Suhu adalah parameter fisik yang paling penting, karena semua parameter fisik lainnya bergantung pada temperatur. Suhu dapat diukur dengan menggunakan Celcius atau Kelvin, dalam sistem unit SI, dan Fahrenheit atau Rankine dalam sistem satuan bahasa Inggris. Bab ini menggambarkan hubungan antara unit dan memperkenalkan konsep dasar bahwa suhu adalah ukuran energi panas yang terkandung dalam tubuh atau amplitudo getaran molekuler. Amplitudo getaran dan daya tarik molekul menentukan fase bahan kimia. Energi panas dapat diukur di dalam limbah panas bumi, dan dapat dialihkan antara unsur-unsur baik dengan konduksi, konveksi, atau radiasi. Mekanisme perpindahan panas dijelaskan. Sejumlah besar instrumen tersedia untuk pengukuran suhu. Pilihan instrumen ditentukan oleh persyaratan aplikasi. Inovasi baru, seperti termometer digital semikonduktor, telah menyebabkan kematian termometer merkuri. Aplikasi On / Off yang murah menggunakan perangkat bimetallicdevices, namun ada beberapa jenis aplikasi hidraulik. Aplikasi rentang temperatur biasanya menggunakan termokopel, dan perangkat dengan akurasi tinggi adalah RTD. Beberapa perangkat memiliki waktu penyelesaian yang lama karena konstanta waktu termalnya, yang dapat dikompensasikan secara elektronik [15].

Definisi

Absolut nol adalah suhu di mana semua gerakan molekuler berhenti, atau energi dari sebuah molekul adalah nol.

British thermal unit (Btu) didefinisikan sebagai jumlah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 lb air murni 1 ° F, pada 68 ° F dan 1 atm.

Unit kalori (SI) didefinisikan sebagai jumlah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 g air murni 1 ° C, pada suhu 4 ° C pada 1 atm.

Skala Celsius atau Centigrade (° C) menggunakan 0 ° dan 100 ° (kisaran 100 °) untuk titik beku dan titik didih masing-masing air murni pada 1 atm.

Skala Fahrenheit (° F) menggunakan 32 ° dan 212 ° (kisaran 180 °) sebagai titik beku dan titik didih masing-masing air murni pada 1 atm.

Panas adalah bentuk energi, dan merupakan ukuran amplitudo getaran molekulnya, yang ditunjukkan oleh suhunya.

Joule (SI) adalah satuan energi panas.

Skala Kelvin (K) direferensikan menjadi nol mutlak, dan berdasarkan skala Celsius.

Skala Rankine (° R) adalah skala suhu yang direferensikan menjadi nol mutlak, dan berdasarkan skala Fahrenheit.

Sublimasi adalah transisi langsung dari keadaan gas ke keadaan padat tanpa memasuki keadaan cair, atau transisi langsung dari keadaan padat ke keadaan gas.

 

11.5 Ringkasan

Sejumlah sensor penting yang digunakan dalam pengendalian proses, untuk aplikasi selain karakteristikfluidcharacteristics, dibahas dalam bab ini. Sensorsformeasuring posisi linier dan rotasi, kecepatan, dan percepatan diperkenalkan. Perangkat ini memiliki banyak aplikasi dalam processcontrol. Mereka dapat digunakan sebagai transduser, untuk mengubah gerakan linier menjadi sinyal listrik, dengan menggunakan potensiometer, kopling magnetik, atau perubahan kapasitif. Perangkat lain digunakan untuk pengukuran, kecepatan, vibrasi, dan akselerasi absolut atau inkremental. Perangkat elektrik dan magnet digunakan sebagai detektor kedekatan, dan pembacaan kode batang dan strip magnetik. Pengukuran gaya, torsi, dan pengukuran beban penting dalam pengendalian proses. Stres, regangan, dan Modulus Young memainkan peran penting dalam pengukuran beban dan torsi. Sensitivitas perangkat regangan dan sel beban ditingkatkan dengan mekanisme kontrol, butismuchhigherusingpiezoelektrikelektrik. Unsur-unsur ekstrem diperhatikan pada alat pengukur dan loadcellstocompensatefortemperature efek, bila digunakan di sirkuit jembatan. Cahaya bisa dihasilkan dari beberapa sumber. Banyak bahan yang peka terhadap cahaya, dan bisa digunakan untuk mengukur intensitas cahaya. Perangkat semikonduktor diproduksi untuk memancarkan frekuensi tertentu atau warna cahaya yang berbeda, dan perangkat semikonduktor terintegrasi dengan kompensasi suhu dan pengkondisian juga dapat digunakan untuk mengubah cahaya menjadi sinyal voltase, frekuensi, atau sinyal digital.

Definisi

Posisi absolut adalah jarak yang diukur dengan memperhatikan titik referensi tetap, dan dapat diukur kapanpun daya diterapkan.

Akselerasi adalah laju perubahan kecepatan, gerak linier atau gerak rotasi. Gerak sudut adalah ukuran laju rotasi.

Kecepatan sudut adalah ukuran laju rotasi saat diputar pada kecepatan konstan sekitar titik tetap, dan percepatan sudut diukur saat kecepatan rotasi berubah.

 

Posisi sudut adalah pengukuran perubahan posisi titik sumbu tetap, diukur dalam derajat atau radian.

Arc-minute adalah perpindahan sudut 1/60 derajat.

Pasangan terjadi ketika dua kekuatan paralel dengan amplitudo yang sama, namun berlawanan arah, beraksi pada benda yang menyebabkan rotasi.

Force adalah istilah yang menghubungkan massa objek dengan percepatannya.

Posisi inkremental adalah ukuran perubahan posisi, dan tidak dirujuk ke titik tetap. Jika daya terganggu, posisi inkremental hilang.

Massa adalah ukuran kuantitas bahan dalam volume tertentu dari suatu objek.

Gerakan rectilinear diukur dengan jarak yang dilalui dalam waktu tertentu, kecepatan saat bergerak pada kecepatan konstan, atau percepatan saat bergerak berubah dalam garis lurus.

Torsi terjadi bila gaya yang bekerja pada tubuh cenderung menyebabkan tubuh berputar.

Kecepatan atau Kecepatan adalah laju perubahan posisi. Ini bisa berupa pengukuran linier atau pengukuran sudut.

Getaran adalah ukuran gerakan periodik tentang titik referensi tetap.

Bobot suatu benda adalah gaya pada massa karena tarikan gravitasi.

 

12.7 Ringkasan

Sejumlah jenis sensor diperkenalkan di bab ini. Ini tidak dipengaruhi oleh kontrol yang digunakan, namun ada banyak sekali industri. Bab ini memperkenalkan kelembaban, definisi uap air dan hubungannya dengan gas jenuh dengan menggunakan definisi volume dan tekanan, dan hubungannya dengan titik embun. Alat pengukur kelembaban, seperti psychrometers, hydrometers, anddewpointmeuringingdevices, weredescribed, aswellasmethodsformeasuring konten kelembaban dalam bahan. Kepadatan, bobot spesifik, dan berat jenis didefinisikan untuk cairan dan gas. Beberapa dari berbagai metode dan instrumen untuk mengukur jumlah ini dijelaskan. Viskositas diperkenalkan, bersama dengan formula yang digunakan untuk mengukur, berbagai jenis alat pengukur waktu yang digunakan, dan pengaruhnya terhadap gerakan di dalam cairan. Pengantar terhadap intensitas suara dan gelombang tekanan telah disediakan, dan juga penggunaan yang sederhana dari pengukuran kinerja fisik. Pengukuran tingkat diskonsentrasi dibahas dengan rumus yang digunakan untuk mengukur tingkat suara. Kebutuhan untuk mengukur pH diberikan, dan hubungannya dengan keasaman dan alkalinitas dibahas. Jenis instrumen yang digunakan dalam pengukurannya diberikan. Asap dan sensor kimia diperkenalkan, dan berbagai jenis sensor yang digunakan dalam deteksi dan pengukuran mereka tercantum.

Definisi

Titik embun adalah suhu campuran jenuh uap air di udara atau gas.

Suhu buluh kering adalah suhu campuran uap air dan udara (gas), yang diukur dengan elemen termometer kering.

Kelembaban adalah ukuran jumlah relatif uap air yang ada di udara atau di dalam gas

Bagan psikrometrik adalah grafik kombinasi yang menunjukkan hubungan antara suhu bohlam kering, suhu bola basah, kelembaban relatif, tekanan uap air, berat uap air per berat udara kering, dan entalpi (Btus per pon udara kering).

Kelembaban relatif () adalah persentase uap air menurut berat yang ada dalam volume udara atau gas tertentu, dibandingkan dengan berat uap air yang ada dalam volume yang sama dari udara atau gas yang jenuh dengan uap air, pada saat yang sama. Suhu dan tekanan.

Kelembaban, rasio kelembaban, atau kelembaban absolut tertentu adalah massa uap air dalam campuran, dibagi dengan massa udara kering atau gas dalam campuran. Temperatur wet-bulb adalah suhu udara (gas), yang diukur dengan elemen termometer yang lembab.

 

13.7 Ringkasan

Regulator dan katup tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran, dan karena mereka adalah salah satu komponen paling mahal dan paling penting dalam sistem pengendalian proses, perhatian besar harus dilakukan dalam pemilihan mereka. Berbagai jenis regulator, termasuk regulator internal dan eksternal, dibahas. Regulator dapat dimuat menggunakan pegas, berat, atau tekanan. Perangkat yang lebih mahal menggunakan perangkat pilot di loop umpan balik untuk memperoleh umpan balik sistem yang lebih tinggi, yang memberi regulasi, kontrol, dan fleksibilitas yang lebih baik. Katup yang paling umum adalah katup globe. Perangkat ini tersedia dalam banyak konfigurasi, memiliki banyak jenis colokan untuk memberikan karakteristik pembukaan, linier, atau persentase yang cepat. Ukuran katup tergantung pada tingkat aliran dan kerugian yang dapat diterima. Bahan yang digunakan bergantung pada tekanan, suhu, dan ketahanan terhadap korosi. Globe valve dapat dikonfigurasi sebagai mode safe mode dua arah atau tiga arah, membagi tubuh untuk memudahkan perawatan, dan sebagainya. Jenis katup lainnya adalah katup kupu-kupu, diafragma, bola, dan steker putar. Aktuator dapat dikendalikan secara pneumatik atau elektronik. Jenis perangkat penanganan daya elektronik yang lebih umum adalah SCR, TRIAC, dan IGBT. Perangkat kontrol elektronik memiliki operasi cepat, kuat, dan dapat menangani sejumlah besar kekuatan untuk kontrol. Perangkat dapat beroperasi dari suplai ac atau dc. Posisi aktuator dapat dikontrol oleh motor stepper atau motor menggunakan umpan balik. Tekanan berikut untuk mengendalikan posisi motor sinkron.

 

14.6 Ringkasan

Bab ini memperkenalkan PLC, dan menjelaskan bagaimana penggunaannya untuk kontrol logika sekuensial dan kontrol kontinu. Desain modular PLC memungkinkan ekspansi dari sistem kecil ke besar sesuai kebutuhan, dan hanya penggunaan jenis unit plug-in yang dibutuhkan. PLC memiliki kemampuan untuk berinteraksi dengan sensor, perangkat memori, printer, alarm, jaringan, dan Fieldbus. Modul antarmuka, yang digunakan untuk input dan keluaran diskrit dan analog, dan modul cerdas, yang digunakan untuk fungsi tertentu, dijelaskan. Modul cerdas digunakan untukPID, antarmuka jaringan, coprocessors, kontrol posisi dan gerak, injection molding, dan fungsi kecerdasan buatan. Pemrograman PLC menggunakan diagram ladder telah dibahas. Bentuk pemrograman lainnya adalah daftar instruksi, logika Boolean, dan bahasa berurutan atau tingkat tinggi. Logika ekuivalen dan konversi ke fungsi tangga diperlihatkan, serta simbol yang digunakan dalam diagram tangga. Perbandingan antara simbol tangga dan tata letak tangga ditunjukkan, dan contoh kontrol sekuensial diberikan dengan diagram tangga yang dihasilkan.

 

15.9 Ringkasan

Berbagai metode pengkondisian sinyal analog dan digital untuk mengoreksi karakteristik nonlinier pada sensor, efek suhu, dan offset nol dibahas. Metode koreksi meliputi amplifier logaritmik, amplifier pencocokan impedansi, dan penyesuaian bias pada pengkondisian linier, dan mencari tabel dan persamaan dalam pengkondisian digital. Pengkondisian berbagai jenis sensor dipertimbangkan, bersamaan dengan amplifikasi dan mode transmisi sinyal. Kedua transmisi pneumatik dan listrik dipertimbangkan, dan juga penyesuaian rentang sinyal. Bila menggunakan pemotretan transmisi listrik, voltase, arus, atau digital, dan manfaat relatifnya dibahas. Transmisi digital lebih disukai, karena kebutuhan daya yang rendah, integritas transmisi yang lebih tinggi, kecepatan yang lebih tinggi, noise yang diminimalkan, dan peningkatan interfacing langsung dengan pengontrol. Standar transmisi sinyal digital, serta penggunaan Fieldbus, untuk mengurangi biaya dan beban pada pengontrol, dibahas. Transmisi nirkabel terbagi dalam dua kategori: jarak pendek, seperti Bluetooth dan ZigBee; Dan jarak jauh, di mana sinyal telemetri dapat ditransmisikan menggunakan teknik modulasi pulsa untuk meminimalkan kebutuhan daya pada peralatan yang dioperasikan dengan baterai.

Definisi

Converters adalah perangkat yang mengubah format sinyal tanpa mengubah jenis energi (mis., Op-amp yang mengubah sinyal voltase menjadi sinyal arus).

Offset mengacu pada low end dari jangkauan operasi sinyal. Saat melakukan penyesuaian offset, output dari transduser ditetapkan untuk memberikan output minimum (biasanya nol) bila nilai sinyal input minimum.

Sensor adalah perangkat yang merasakan variabel, dan memberi keluaran (mis., Mekanis, listrik) yang terkait dengan amplitudo variabel.

Span mereferensikan kisaran sinyal (yaitu, dari nol sampai defleksi skala penuh). Pengaturan span (atau gain sistem) mengatur batas atas transduser dengan input sinyal maksimum. Biasanya ada beberapa interaksi antara offset dan span. Pengimbang harus disesuaikan terlebih dahulu, lalu rentangnya.

Transduser adalah sistem yang mengubah output dari sensor menjadi beberapa bentuk energi lainnya, sehingga dapat diperkuat dan dipancarkan dengan sedikit kehilangan informasi.

Pemancar adalah perangkat yang menerima sinyal listrik tingkat rendah dan memformatnya, sehingga bisa dikirim ke receiver jauh tanpa kehilangan integritas.

 

Process Control

16.7 Ringkasan

Bab ini membahas pengendalian proses, terminologi yang digunakan, dan berbagai metode pelaksanaan fungsi kontroler. Perbedaan antara kontrol umpan balik On / Off berurutan, dan kontrol umpan balik berkesinambungan diberikan. Kontrol umpan balik terus menerus dapat dilakukan secara proporsional, derivatif, dan integral. Jenis kontrol umpan balik lainnya yang digunakan dalam pengendalian proses adalah riam, rasio, dan umpan balik. Stabilitas sistem kontrol umpan balik dibahas, dan berbagai metode penyetelan sistem diberikan. Perangkat keras pneumatik untuk melakukan On / Off dan kontrol PID dijelaskan, dan pengoperasian pengontrol khas diberikan. Penggunaan elektronika digital untuk fungsi kontrol sekuensial telah dibahas, dan sirkuit analog untuk tindakan proporsional, derivatif, dan integral diberikan. Kombinasi rangkaian ini dalam loop umpan balik PID ditunjukkan, dan operasi mereka dibahas. Bersama dengan metode menyetel umpan balik untuk stabilitas. Pemahaman tentang sirkuit ini memungkinkan pembaca untuk memperluas prinsip-prinsip ini ke sirkuit dan metode kontrol lainnya.

Definisi

Variabel terkontrol adalah variabel input ke suatu proses yang divariasikan oleh katup untuk menjaga variabel output (variabel terukur) dalam batas yang ditetapkan.

Rentang parameter kontrol adalah kisaran keluaran pengontrol yang diperlukan untuk mengendalikan variabel masukan agar variabel yang diukur dalam kisaran yang dapat diterima.

Dead-band adalah hysteresis set antara titik deteksi dari variabel terukur saat terjadi arah positif atau negatif. Band ini adalah pemisahan antara belokan Pada set point dan turn “Off set point dari controller, dan kadang-kadang digunakan untuk mencegah perpindahan cepat antara turn On dan turn off points.

Waktu mati adalah waktu berlalu antara seketika terjadi kesalahan dan saat tindakan korektif pertama kali terjadi.

Sinyal error adalah perbedaan antara titik referensi dan amplitudo dari variabel terukur.

Waktu luang adalah waktu yang dibutuhkan agar sistem kontrol mengembalikan variabel terukur ke titik setelnya setelah ada perubahan pada variabel terukur, yang dapat merupakan hasil dari perubahan pemuatan atau perubahan titik setel.

Variabel terukur adalah variabel proses output yang harus dipegang dalam batas yang diberikan.

Offset adalah perbedaan antara variabel terukur dan titik setel setelah tingkat variabel terkontrol baru tercapai. Ini adalah bagian dari sinyal kesalahan yang diperkuat untuk menghasilkan sinyal koreksi baru, dan menghasilkan “Offset” dalam variabel terukur.

Set point adalah amplitude yang diinginkan dari variabel outpoint dari suatu proses.

Transien adalah variasi parameter beban temporer, setelah parameter kembali ke tingkat nominalnya.

Rentang variabel adalah batas yang dapat diterima di mana variabel terukur harus dipegang, dan dapat dinyatakan sebagai nilai minimum dan maksimum, atau sebagai nilai nominal (titik setel) dengan spread plus atau minus, dinyatakan sebagai persentase.

 

Documentation and P&ID

17.6 Ringkasan

Bab ini memperkenalkan dokumentasi untuk sistem alarm dan trip, PLC, dan P & ID, dan standar yang dikembangkan untuk simbol yang digunakan dalam gambar PID. Sistem alarm dan perjalanan dibahas. Sistem alarm membawa malfungsi ke perhatian operator dan personil pemeliharaan, sedangkan sistem perjalanan mematikan sistem secara tertib, jika perlu. Sistem seperti ini melakukan perjalanan ke mode aman dengan kehilangan daya, dan dirancang untuk keandalan yang tinggi dengan menggunakan komponen handal, redundansi, dan pengujian reguler. Dokumentasi alarm dan perjalanan mencakup spesifikasi persyaratan keselamatan, deskripsi sistem lengkap, tindakan yang harus dilakukan jika SIS mati, peralatan uji, prosedur uji, rekaman kegagalan, dan hasil pengujian.

Dokumentasi PLC perlu up-to-date, agar memiliki catatan yang akurat tentang pemrograman yang digunakan dalam pengendalian proses. Pembaruan dan perubahan hampir tidak mungkin tanpa catatan yang akurat. Saluran pipa dan sinyal di fasilitas proses ditunjukkan di P & ID. Simbol standar yang dikembangkan oleh ISA untuk semua berbagai instrumen, jenis koneksi antar, katup aktuator, dan fungsi instrumen diperlihatkan, bersama dengan contoh fasilitas P & ID.