"Basic Control Theory - (3) - Control Loops and Dynamics Process"

Reference, thanks and image credit to : Steam Engineering Tutorial,

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

Control Loops နဲ႔ Dynamics process အပိုင္း၊ မဆက္ခင္၊ Time constant, Hunting, Lag, Range ability နဲ႔၊ Turn-down ratio အစရိွတဲ႔၊ အေခါါအေဝါါ၊ အသံုးအနံွဳးေတြကို၊ ေဖာ္ၿပပါဦးမယ္။

'Time constant' -  load ေၿပာင္းလဲစဥ္၊ initial value မွ၊ final value အထိ၊ ေရာက္ရိွ လာေစရန္၊ controller ဟာ၊ အခၽိန္အတိုင္းအတာ တခု၊ ယူကာ၊ ေဆာင္ရြက္ရၿပီး၊ Time constant လို႔၊ ေခါါပါတယ္။ Time constant ဟာ၊ load ရဲ႕၊  initial value မွ၊ 63.2% ခန္႔ အထိ၊  အခၽိန္ 'ယူ' ပါတယ္။ load ေၿပာင္းလဲၿပီး၊ controller မွ၊ valve ကို၊ ၿပန္ 'ပြင္႔' ေစတဲ႔အခါ၊ valve movement ရဲ႕၊ 63.2% အထိ၊ အခၽိန္ယူရၿခင္းကို၊ ဥပမာ အေနနဲ႔၊ Fig. (12) မွာ၊ Time constant ဆိုၿပီး၊ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။

 Fig. (12) - Time constant

valve movement ရဲ႕ 63.2% အထက္၊ ေကၽာ္လြန္သြားမွ၊ တနည္းအားၿဖင္႔၊ valve ၿပန္ 'ပြင္႔' ရန္၊ 'အရိွန္' ယူရမယ္႔၊ Time constant အခၽိန္အတိုင္းအတာ၊ ေကၽာ္လြန္သြားမွ၊ valve ဟာ၊ ပိုၿပီး၊ လၽွင္ၿမန္စြာ 'ပြင္႔' တာကိုလည္း၊ ေတြ႔ရမွာၿဖစ္ပါတယ္။

'Hunting' -  Hunting ကို၊ instability, cycling, noise နဲ႔၊ oscillation အစရိွတဲ႔၊ အသံုးအနံွဳးေတြနဲ႔လည္း၊ ေဖာ္ၿပေလ့ရိွပါတယ္။ Hunting ဟာ၊ normal operating point မွ တဆင္႔၊ deviation ေတြ၊ အဆက္မၿပတ္၊ ၿဖစ္ေပါါေစပါတယ္။ proportional band 'ကၽဥ္းေၿမာင္း' လြန္းတဲ႔အခါ၊ ဒါမွမဟုတ္၊ integral time 'တိုေတာင္း' လြန္းတဲ႔အခါေတြမွာ၊ ၿဖစ္ေပါါ တတ္သလို၊ derivative time 'ႀကာ' လြန္းလၽွင္လည္း၊ ေပါါေပါက္တတ္ပါတယ္။

ဒါ႔အၿပင္၊ plant ကို၊ ကာလရွည္ႀကာစြာ၊ ရပ္တန္႔ ထားရာမွ၊ ၿပန္လည္ ေမာင္းနွင္တဲ႔အခါေတြမွာ၊ Hunting ၿဖစ္ေပါါတတ္သလုိ၊ proportional, integral နဲ႔၊ derivative adjustment ေတြကို၊ လြဲမွားစြာ၊ ခၽိန္ညွိၿခင္းေႀကာင္႔လည္း၊ Hunting ေပါါေပါက္တတ္ပါတယ္။ Fig. (13) မွာ၊ ဥပမာအၿဖစ္၊ heat ex-changer တခုမွာ၊ ရုတ္တရက္၊ load 'ၿမင္႔' တက္လာတာနဲ႔၊ ပက္သက္ၿပီး၊ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။

 Fig. (13) - Hunting

ရုတ္တရက္၊ load 'ၿမင္႔' တက္လာတဲ႔အခါ၊ controller ဟာ၊ heat ex-changer အဝင္မွ၊ steam ေပးသြင္းမယ္႔၊ two port valve ပိုမို 'ပြင္႔' လာေစၿပီး၊ high temperature steam ေတြကို၊ heat ex-changer အတြင္းသို႔၊ ပိုမို၊ ေပးသြင္းမွာ၊ ၿဖစ္ပါတယ္။ တဆက္တည္းမွာ၊ heat transfer rate  အေၿမာက္အမၽား ၿမင္႔ 'တက္' သြားၿပီး၊ steam ကို၊ အေအးခံကာ၊ condensate အၿဖစ္၊ ေၿပာင္းလဲေပးမယ္႔၊ water system ရဲ႕၊ temperature မွာ၊ overshoot ေတြလည္း၊ ေပါါေပါက္လာမွာ၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

water system ရဲ႕ outlet မွာ၊ overshoot ဟာ၊ rapid action ၿဖင္႔၊ ရုတ္တရက္၊  ၿမင္႔ 'တက္' လာတဲ႔အခါ၊ temperature sensor မွတဆင္႔၊ controller သို႔၊ signal ေပးပို႔ၿပီး၊ heat ex changer အဝင္ဖက္မွ၊ steam ေပးသြင္းေနမယ္႔၊ two port valve ကို၊ rapid action ၿဖင္႔၊ ခၽက္ၿခင္း၊ 'ပိတ္' ေစမွာ၊ ၿဖစ္ပါတယ္။  two port valve 'ပိတ္' သြားတဲ႔အခါ၊ water system ရဲ႕၊ temperature ကၽဆင္းသြားသလို၊ sensor မွတဆင္႔၊ controller သို႔၊ signal ေပးပို႔ၿပီး၊၊ rapid action ၿဖင္႔၊ two port valve ကို၊ ၿပန္လည္ 'ဖြင္႔' ေပးမွာလည္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

တနည္းအားၿဖင္႔၊ heat ex-changer အဝင္မွ၊  two port valve ရဲ႕၊ အဖြင္႔ အပိတ္ cycle ဟာ၊ rapid action ၿဖင္႔၊ အႀကိမ္မၽားစြာ၊  ေဆာင္ရြက္ေနၿခင္း၊ ၿဖစ္သလို၊  control parameters ကို၊ ေၿပာင္းလဲ၊ ခၽိန္ညိွမွသာ၊ ရပ္တန္႔သြားမွာ၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

'Lag'  -  Lag သို႔မဟုတ္ delay ဟာ၊ process ရဲ႕၊ control condition နဲ႔၊ under control condition အေၿခအေေတြမွာ.၊ ေပါါေပါက္နိဳင္ပါတယ္။ အခန္းတခန္းကို၊ heater အသံုးၿပဳၿပီး၊ အပူေပးထားပံုနဲ႔၊ ဥပမာေပးႀကည္႔ပါဦးမယ္။ room thermostat ဟာ၊ controller ၿဖစ္ပါတယ္။ တစံုတဦးမွ၊ ၿပတြင္းေပါက္ကို၊ ရုတ္တရက္ 'ဖြင္႔' လိုက္တဲ႔ အခါ၊ ေလေအးေတြ၊ အခန္းထဲသို႔ ဝင္လာၿပီး၊ room temperature 'ကၽဆင္း' သြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။

ရုတ္တရက္ေအးသြားတဲ႔အခါ၊ sensor လည္း၊ cools down ၿဖစ္သြားသလို၊ တုန္႔ၿပန္မွဴ response ကို၊ ခၽက္ၿခင္း 'မ' ေဆာင္ရြက္နိဳင္တာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။  sensor အေနနဲ႔၊ တုန္႔ၿပန္မွဴ response  ခၽက္ၿခင္း 'မ' ေဆာင္ရြက္နိဳင္တဲ႔၊ အခၽိန္အခိုက္အတန္႔ dead time ဟာ၊ delay လို႔ေခါါတဲ႔၊ control lag ၿဖစ္ပါတယ္။

'Range-ability' - Range-ability ကေတာ႔၊ minimum controllable limit နဲ႔၊ minimum controllable limit အႀကားမွ၊ characteristics ၿဖစ္ပါတယ္။ ဥပမာအေနနဲ႔၊ control valves ေတြမွာ၊ fully closed position သို႔ မေရာက္ရိွမီွ၊ valve ရဲ႕၊ linear, equal percentage, quick opening အစရိွတဲ႔၊ characteristics ေတြေႀကာင္႔၊ valve စတင္ 'ပိတ္' ေနတာကို၊ ေတြ႔နိဳင္ပါတယ္။

'Turn-down ratio' - Turn-down ratio ဟာလည္း၊ minimum controllable limit နဲ႔၊ minimum controllable limit တို႔ရဲ႕၊ အခၽိဳးအဆ ၿဖစ္ပါတယ္။

"Control loops"

Control loops ေတြကို၊ (i) - Opened loop control နဲ႔၊ (ii) - Closed loop control ဆိုၿပီး၊ (၂) မၽိဳး၊ ခြဲၿခားနိဳင္ပါတယ္။

(i) - "Opened loop control"

controlled condition မွာ၊ process မွ၊ direct feedback  ၿပန္လည္၊ ေပးသြင္းၿခင္း 'မရိွ' တဲ႔၊ control loop အမၽိဳးအစားကို၊ opened loop control လို႔၊ ေခါါပါတယ္။ controller အေနနဲ႔၊ corrective action ေဆာင္ရြက္ေပးရန္၊ 'မလိုအပ္' မယ္႔၊ coarse control ကဲ႔သို႔၊ applications ေတြမွာ၊ open loop control system  အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။

 Fig. (14) - Open loop control

Fig. (14) မွာ Open loop control ဆိုၿပီး၊ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။ အၿပင္ဖက္မွ၊ ambient air temperature ကို၊ sense ၿပဳလုပ္ၿပီး၊ room temperature အား၊ controlled အေနနဲ႔၊ ထိမ္းေႀကာင္းေပးမယ္႔၊ heating system တခုအၿဖစ္၊ ေဖာ္ၿပထားၿခင္းလည္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။ proportional controller  အသံုးၿပဳထားၿပီး၊ large proportional band အၿဖစ္၊ setting ခၽိန္ညိွထားပါတယ္။

အၿပင္ဖက္ ambient air temperature (-1° C) မွာ၊ controller မွ၊ steam valve ကို၊ fully open 'ပြင္႔' ေစၿပီး၊  (19° C) မွာေတာ႔၊ controller မွ၊ steam valve ကို၊ fully closed 'ပိတ္' ေစကာ၊ အခန္းအပူခၽိန္ ေပးထားၿခင္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။ အပူေပးမယ္႔၊ အခန္း အတြင္းမွ၊ room temperature ကုိ၊ controller ရဲ႕၊ feed back အၿဖစ္၊ အသံုးၿပဳထားၿခင္း 'မရိွ' တာကိုလည္း၊ ေတြ႔နိဳင္ပါတယ္။

 Fig. (15) - Open loop control system with outside temperature sensor and water temperature sensor

Fig. (15) မွာ Open loop control system with outside temperature sensor and water temperature sensor ဆိုၿပီး၊ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။ actuator တတ္ဆင္ထားတဲ႔၊ three port mixing valve နဲ႔၊ အပူေပးမယ္႔၊ heating system တခုကို၊ ဥပမာ အၿဖစ္၊ ေဖာ္ၿပထားၿခင္းလည္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

system မွာ၊ controller နဲ႔၊ outside air sensor တို႔သာမက၊ water line မွာလည္း၊ temperature sensor  ထည္႔သြင္း၊ တတ္ဆင္ထားပါတယ္။ outside temperature sensor ဟာ၊ remote set point အေနနဲ႔၊ controller သို႔.၊ input signal ေပးသြင္းပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္၊ water temperature sensor ဟာ၊ offset အေနနဲ႔၊ controller သို႔၊ ေပးသြင္းသလို၊ controller မွာ၊ water temperature set point  လည္း၊ ထည္႔သြင္းထားပါတယ္။

အၿပင္ဖက္မွာ၊ ေအးလာတဲ႔အခါ၊ controller ဟာ၊  maximum temperature အေနနဲ႔၊ water flows စီးဆင္းေစၿပီး၊ အၿပင္ဖက္မွာ၊ ပူလာတဲ႔အခါမွာေတာ႔၊  controller ဟာ၊  temperature ေလၽွာ႔ခၽၿပီး၊ water flows စီးဆင္းေစမွာၿဖစ္ပါတယ္။ အပူေပးမယ္႔ ၊အခန္းအတြင္းမွ၊ room temperature ကုိ၊ controller ရဲ႕၊ feed back အေနနဲ႔၊ အသံုးၿပဳထားၿခင္း၊ 'မရိွ' တဲ႔အတြက္၊ Open loop control အၿဖစ္၊ သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။

(ii) - "Closed loop control"

controlled condition မွာ၊ process မွ၊ direct feedback အေနနဲ႔၊ ၿပန္လည္ေပးသြင္းမယ္႔၊ control loop အမၽိဳးအစားကို၊ closed loop လို႔ေခါါပါတယ္။ Closed loop control system မွာ၊ Feedback control, Feed-forward control, Single loop control, Multi-loop control နဲ႔၊ Cascade control အစရိွတဲ႔၊ အသံုးအနံွဳးေတြ၊ ေတြ႔နိဳင္ပါတယ္။

controller အေနနဲ႔၊ corrective action ေဆာင္ရြက္ေပးရန္၊ 'လိုအပ္' မယ္႔ applications ေတြမွာ၊ closed loop control system  အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ disturbance ၿဖစ္ေပါါတတ္တဲ႔၊ process control applications ေတြမွာ၊ closed loop control system  အသံုးၿပဳတယ္လို႔၊ ဆိုနိဳင္ပါတယ္။  disturbance ဟာ၊ outside influences ေတြနဲ႔၊ load ေၿပာင္းလဲမွဳေတြႀကာင္႔၊ ၿဖစ္ေပါါလာၿပီး၊ controlled medium value ကို၊ အေနွာက္အယွက္၊ ေပးတတ္ပါတယ္။

Fig. (16) - Closed loop control system with sensor for internal space temperature

Fig. (16) မွာ Closed loop control system with sensor for internal space temperature ဆိုၿပီး closed loop control အသံုးၿပဳထားတဲ႔၊ heating system တခုကို၊ ဥပမာအၿဖစ္၊ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။ အခန္းအတြင္းသို႔၊ လူစုလူေဝး၊ ရုတ္တရက္၊ ဝင္ေရာက္လာတဲ႔အခါ၊ room temperature ခၽက္ၿခင္း 'ၿမင္႔' တက္သြားၿပီး၊ control system အတြက္၊ disturbance အၿဖစ္၊ သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။

disturbance ၿဖစ္ေပါါတဲ႔အခါ၊ room temperature sensor မွတဆင္႔၊  feed back ေပးသြင္းၿပီး၊ desired space temperature ကို၊ controller မွ၊ ၿပန္လည္ ထိန္းညွိေပးမွာလည္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

'Feedback control' - Feedback control ဟာ၊ disturbances ေတြကို၊ information အေနနဲ႔၊ ၿပန္လည္၊ ေပးပို႔ၿပီး၊ controller မွ၊ corrective action ေဆာင္ရြက္ေစၿခင္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။ တခါတရံ Feedback control ကို၊ Feed-forward control လို႔လည္း၊ ေခါါပါတယ္။ ဥပမာအေနနဲ႔ large steam-using process plant တခုမွာ၊ boiler ေမာင္းေနစဥ္၊ steam valve ကို၊ ပိုမို 'ဖြင္႔' လိုက္တဲ႔အခါ၊ burner မွာ၊ အလိုအေလၽွာက္ high fire အေနနဲ႔၊ ကူးေၿပာင္းသြားၿခင္းကို၊ Feed-forward control ရယ္လို႔၊ ဆိုနိဳင္ပါတယ္။

'Single loop control' - controlled variable တမၽိဳးတည္း၊ အသံုးၿပဳထားမယ္႔၊ closed loop control system ကို၊ Single loop control လို႔၊ ေခါါပါတယ္။ Single loop control ကို၊ Set value control, Single closed loop control နဲ႔၊ Feedback control အစရိွတဲ႔၊ အသံုးအနံွဳးေတြနဲ႔လည္း၊ ေခါါေဝါါေလ႔ရိွပါတယ္။

Single loop control ရဲ႕၊ controller မွာ၊ output indicator တတ္ဆင္၊ ထားေလ႔ရိွၿပီး၊ movement ကို၊ percentage ၿဖင္႔၊ ေဖာ္ၿပပါတယ္။ Single loop controller ေတြကို၊ temperature controlled applications ေတြမွာ၊ အသံုးၿပဳႀကၿပီး၊ primary sensor အၿဖစ္၊ thermo-couple နဲ႔၊ PT100 platinum resistance thermometer sensors ေတြ၊ အသံုးၿပဳေလ႔ ရိွပါတယ္။

 Fig. (17) - Single loop control on a heating calorifier

Fig. (17) မွာ Single loop control on a heating calorifier ဆိုၿပီး၊ ဥပမာအေနနဲ႔၊ ေဖာ္ၿပထား ပါတယ္။ controller ဟာ၊ sensor မွ ေပးပို႔လာတဲ႔၊ input signal နဲ႔၊ set point ကို၊ compare အေနနဲ႔ နိွဳင္းယွဥ္ႀကည္႔သလို၊ ကြာဟခၽက္ difference တစံုတရာ၊ 'ရိွ' လာတဲ႔အခါ၊ controller ဟာ၊ actuator သို႔၊ signal ေပးပို႔ၿပီး၊ 2-port steam valve ကို new position အေနအထား၊ တခုသို႔၊ ေၿပာင္းလဲ၊ ေရြွ႕လၽွားေစမွာ၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

'Multi - loop control' -  controlled variable (၂) မၽိဳး၊ အသံုးၿပဳထားတဲ႔၊ closed loop control system ကို၊ Multi-loop control လို႔၊ ေခါါပါတယ္။ သစ္အေခၽာထည္ေတြ၊ ေရေဆး အေၿခာက္ ခံမယ္႔၊ process တခုကို၊ ဥပမာအေနနဲ႔၊ ေဖာ္ၿပပါဦးမယ္။ Fig. (18) မွ၊ Single humidity sensor ဆိုၿပီး၊ ေဖာ္ၿပထားတဲ႔၊ ဥပမာဟာ၊ သစ္အေခၽာထည္ေတြကို၊ အေၿခာက္ ခံရာမွာ၊ humidity sensor တခုတည္း၊ အသံုးၿပဳတတ္ဆင္ထားတဲ႔၊ process လည္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

 

 Fig. (18) - Single humidity sensor

process မွာ၊ humidity sensor မွ၊ ေပးပို႔လာတဲ႔၊ signal ကို၊ controller မွ၊ လက္ခံရယူၿပီး၊ အပူေပးမယ္႔ furnace ကို၊ control အေနနဲ႔၊ လိုအပ္သလို၊ ထိန္းေႀကာင္းေပးမွာ၊ ၿဖစ္ပါတယ္။ water supply pressure မွာ၊ အေႀကာင္းတစံုတခုေႀကာင္႔၊ ေၿပာင္းလဲမွဴ fluctuations ေပါါေပါက္လာတဲ႔အခါ၊ furnace ရဲ႕၊ အဝင္ဖက္မွ၊ water spray rate လည္း၊ အနည္းနဲ႔ အမၽား၊ ေၿပာင္းလဲသြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။ water spray rate ေၿပာင္းလဲမွဳေႀကာင္႔၊ furnace ထဲမွာ၊ အေၿခာက္ ခံမယ္႔၊ သစ္အေခၽာထည္ timber-based product မွာလည္း၊ စိုထိုင္းဆ၊ ေၿပာင္းလဲမွဳ ၿဖစ္ေပါါလာပါတယ္။

conveyor ရဲ႕ အဆံုးမွာ၊ humidity sensor တတ္ဆင္ ထားတဲ႔အတြက္၊ water spray rate ေၿပာင္းလဲမွဳေႀကာင္႔၊ ေပါါေပါက္လာမယ္႔၊ စိုထိုင္းဆေၿပာင္းလဲမွဳကို၊ humidity sensor ဟာ၊ အခၽိန္ အတိုင္းအတာအရ၊ ေနာက္ကၽၿပီးမွသာ၊ 'သိ' ရမွာလည္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔၊ ထုတ္ကုန္ အရည္အေသြး၊ product quality မွာ၊ ေၿပာင္းလဲမွဳ၊ variations ေတြ၊ ၿဖစ္ေပါါၿပီးမွသာ၊ သိရိွရတယ္လို႔၊ ဆိုနိဳင္ပါတယ္။

Fig. (19) - Dual humidity sensors

Fig. (19) မွာ၊ Dual humidity sensors ဆိုၿပီး၊ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။ အပူေပးမယ္႔ furnace ရဲ႕၊ အဝင္ဖက္ ေနရာမွာ၊ control loop တခုအၿဖစ္၊ humidity sensor ေနာက္ထပ္၊ တတ္ဆင္ထားၿခင္း၊ ၿဖစ္သလို၊ product quality ကိုလည္း၊ အတိအကၽ၊ ထိန္းသိမ္းနိဳင္တာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

furnace အဝင္ေနရာမွာ တတ္ဆင္ထားတဲ႔၊ humidity sensor ဟာ၊ remote set point အၿဖစ္၊ controller သို႔၊ input signal ေပးသြင္းသလို၊ furnace အထြက္ေနရာ၊ conveyor အဆံုးမွာ၊ တတ္ဆင္ထားမယ္႔ humidity sensor ကေတာ႔၊ local set point ရဲ႕၊ offset အေနနဲ႔၊ ေဆာင္ရြက္ေပးမွာ၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

control loops (၂) ခုု ရိွေနၿပီး၊ Loop 1 ဟာ၊ addition of water control loop အၿဖစ္၊ ေဆာင္ရြက္ကာ၊ Loop 2 ကေတာ႔၊ removal of water control အၿဖစ္၊ ေဆာင္ရြက္ေပးေနပါတယ္။ အကယ္၍၊ process မွာ၊ influence တစံုတရာ၊ ရိွလာတဲ႔အခါ၊ loop (၂) ခု စလံုး အေပါါ၊ သက္ေရာက္မွာလည္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။ water pressure influence ၿဖစ္ေပါါတဲ႔အခါ၊ Loop 1 ဟာ၊ corrective action ေဆာင္ရြက္ေပးၿပီး၊ Loop 2 မွာ၊ resulting error impact ရိွနိဳင္ပါတယ္။

'Cascade control' - independent variables (၂) မၽိဳး၊ အသံုးၿပဳတဲ႔ closed loop control ကို၊ Cascade control လို႔၊ ေခါါပါတယ္။ process မွာ၊ sensor (၂) ခုနဲ႔ controller (၂) ခု၊ တတ္ဆင္ၿပီး၊ single loop control (၂) စံုၿဖင္႔၊ process ကို၊ လိုအပ္သလို၊ control အေနနဲ႔၊ ထိမ္းေႀကာင္းေပးမွာလည္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။  liquid product ကို၊ အပူေပးမယ္႔၊ steam jacketed vessel plant တခုကို၊ Fig. (20) မွာ၊ Jacketed vessel ဆိုၿပီး၊ ဥပမာအၿဖစ္၊ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။

 Fig. (20) - Jacketed vessel

ေလွာင္ကန္ vessel အတြင္းမွ၊ အရည္ liquid ဟာ၊ တိကၽတဲ႔၊ certain temperature ၿဖင္႔၊ အပူေပးထားရန္၊ လိုအပ္မယ္႔၊ product လည္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။ အပူေပးမယ္႔ steam temperature ဟာ၊ တိကၽတဲ႔ certain temperature ထက္၊ ပို 'မၽား' သြားတဲ႔အခါ၊ product ပၽက္စီးသြားနိဳင္သလို၊ liquid ရဲ႕၊ အပူကူးေၿပာင္းမွဳနံွဳးထား၊ heat transfer rate ဟာ၊ certain transfer rate မွာ၊ တည္ၿငိမ္ေနရန္၊ လိုအပ္သလို၊ certain rate ထက္၊ ပိုၿပီး၊ 'ၿမန္' သြားတာနဲ႔ product လည္း၊ ပၽက္စီးသြားနိဳင္ပါတယ္။

တနည္းအားၿဖင္႔၊ single loop control အသံုးၿပဳၿပီး၊ low temperature အေၿခအေနမွာ၊ sensor တခုတည္းမွ၊ signal ရယူကာ၊ controller မွ၊ steam valve ကို၊ fully open အၿပည္႔ 'ဖြင္႔' ေပးလိုက္ပါက၊ jacket မွတဆင္႔၊ ဝင္ေရာက္လာမယ္႔၊ excessive steam temperature ေႀကာင္႔၊ product ပၽက္စီးသြားၿခင္းရယ္လို႔၊ ဆိုနိဳင္ပါတယ္။ ဒီ႔အတြက္၊ 'Cascade control' မွာ၊ Controller 1 ကို၊ master controller အၿဖစ္၊ တတ္ဆင္ၿပီး၊ Controller 2 ကိုေတာ႔၊ slave controller အေနနဲ႔၊ အသံုးၿပဳႀကၿခင္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

ေလွာင္ကန္ vessel အတြင္းမွ၊ liquid temperature ကို၊ sensor 1 ၿဖင္႔၊ ရယူကာ၊ Controller 1 ၿဖစ္တဲ႔၊ master controller သို႔၊ input signal ေပးသြင္းပါတယ္။ master controller ဟာ၊ ရရိွလာမယ္႔၊ input signal ကို၊ monitoring အေနနဲ႔၊ ေစာင္႔ႀကည္႔ ဆံုးၿဖတ္ၿပီး၊ out put signal အၿဖစ္၊ Controller 2 ၿဖစ္တဲ႔၊ slave controller သို႔၊ ထပ္မံေပးသြင္းမွာ၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

master controller မွ၊ slave controller သို႔၊ ေပးသြင္းလိုက္တဲ႔၊ signal ဟာ၊ slave controller ရဲ႕၊ set point ကိုလည္း၊ vary အေနနဲ႔ ေၿပာင္းလဲမွဳ၊ ၿဖစ္ေပါါေစပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔၊ slave controller ဟာ၊ master controller မွ၊ ရရိွလာတဲ႔ signal နဲ႔၊ jacket ရိွ၊ sensor 2 ရဲ႕၊ steam temperature တို႔ကို၊ နိွဳင္းယွဥ္ႀကည္႔ၿပီးမွ၊ out put signal ကို၊ actuator သို႔ေပးပို႔ကာ၊ steam valve အား၊ လိုအပ္သလို၊ ထိမ္းေႀကာင္းၿခင္း၊ ၿဖစ္တဲ႔အတြက္၊ slave controller ရဲ႕၊ set point မွာ၊ vary အေနနဲ႔ ေၿပာင္းလဲမွဳေတြ၊ ေပါါေပါက္လာတာလည္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

master controller မွာ၊ ရုတ္တရက္၊ ေၿပာင္းလဲၿမင္႔တက္မွဴ ramped ေတြ၊ ၿဖစ္ေပါါနိဳင္တဲ႔ အတြက္၊ steam valve မွ တဆင္႔၊ jacket သို႔ အပူေပးရာမွာ၊ အပူေပးမွဴနံွဴးထား rate of increase လည္း၊ တိကၽရန္၊ လိုအပ္ပါတယ္။

Cascade control မွာ၊ master controller ကို၊ reverse acting mode ၿဖင္႔၊ set point ခၽိန္ညိွထားပါတယ္။ master controller ရဲ႕၊ output signal ကို၊ low temperature အေၿခအေနမွာ၊ 20 mA နဲ႔၊ high temperature အေၿခအေနမွာ၊ 4 mA ပမာဏၿဖင္႔၊ slave controller သို႔၊ ေပးသြင္းပါတယ္။

slave controller ဟာ၊ master controller မွ၊ ရရိွလာမယ္႔၊ reverse acting mode signal ကို၊ remote set point အေနနဲ႔၊ လက္ခံၿပီးမွ၊ low temperature အေၿခအေနမွာ 4 mA နဲ႔၊ high temperature အေၿခအေနမွာ 20 mA  ပမာဏၿဖင္႔၊ direct acting mode ရဲ႕၊ output signal အၿဖစ္၊ actuator သို႔၊ ေပးပို႔ကာ၊ လိုအပ္သလို၊ ထိမ္းေႀကာင္းေပးမွာလည္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

 "Dynamics of the process"

'time constant' ဟာ total movement ရဲ႕၊ (၃) ပံု (၂) ပံုနီးပါးႀကာမယ္႔၊ အခၽိန္ကာလၿဖစ္ၿပီး၊ step change ရန္၊ 'အရိွန္' ယူတဲ႔ကာလၿဖစ္ပါတယ္။ controller, components ေတြနဲ႔၊ sensors ေတြမွာလည္း၊ 'time constant' ကဲ႔သို႔၊ time based responses ေတြ၊ ရိွပါတယ္။ time based response ၿဖစ္တဲ႔၊ 'time lag' ကို၊ electrical နဲ႔ electronics system ေတြမွာသာမက၊ pneumatic systems ေတြမွာလည္း၊ factor တခု အေနနဲ႔၊ ထည္႔သြင္း စဥ္းစားရန္၊ လိုအပ္ပါတယ္။

time lag နဲ႔ ပက္သက္ၿပီး၊ အနီးစပ္ဆံုးဥပမာအၿဖစ္၊ Fig. 1 မွာ pocket ၿဖင္႔ တတ္ဆင္ထားတဲ႔၊ thermocouples ေတြရဲ႕၊ response lags ကို၊ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။ process အေပါါ မူတည္ၿပီး၊ ေပါါေပါက္လာမယ္႔၊ thermocouple sensor ရဲ႕ response ကို၊ Step change နဲ႔ Ramp change ဆိုၿပီး၊ ေတြ႔နိဳင္ပါတယ္။

sensor response delay လို႔ေခါါတဲ႔ time lag ဟာ၊ control system မွ အၿခား အစိတ္အပိုင္းေတြရဲ႕၊ response time ကို၊ သက္ေရာက္ပါတယ္။ time lag အၿဖစ္ ေပါါေပါက္လာတဲ႔၊ sensor ရဲ႕ deviation ဟာ၊ controller ကိုလည္း၊ တိုက္ရိုက္၊ သက္ေရာက္တဲ႔အတြက္၊ process ထိခိုက္နိဳင္ပါတယ္။

pneumatic နဲ႔ self-acting systems ေတြမွာ၊ valve သို႔မဟုတ္၊ actuator ရဲ၊ ေရြွ႕ေၿပာင္း လွဳပ္ရွားမွဴ movement ဟာ၊ ေခၽာေမြ႔၊ လြယ္ကူမယ္႔ smooth movement ၿဖစ္ရန္၊ လိုအပ္ပါတယ္။ electric actuators ေတြကို၊ motor မွတဆင္႔၊ control linkages ေတြၿဖင္႔၊ ေမာင္းနွင္တဲ႔အတြက္၊ 'အရိွန္' ယူတဲ႔ကာလ၊ တနည္းအားၿဖင္႔၊ time based response အေနနဲ႔ delay ရိွေနသလို၊ control signal မွာ pulses ေတြလည္း၊ ပါဝင္ေနတဲ႔အတြက္၊ motor စတင္လည္စဥ္၊ actuator movement မွာ၊ ရုတ္တရက္၊ ရုန္းကန္မွဳ bursts ေတြ၊ ၿဖစ္ေပါါနိဳင္ပါတယ္။

 Fig. (21) - Comparison of response by different actuators

Fig. (21) မွာ၊ Comparison of response by different actuators ဆိုၿပီး၊ controller မွ တဆင္႔ pneumatic နဲ႔၊ electric actuators ေတြ၊ အသံုးၿပဳကာ၊ valve အဖြင္႔ အပိတ္၊ ေဆာင္ရြက္စဥ္၊ ေပါါေပါက္လာမယ္႔ response ေတြကို၊ ဥပမာအၿဖစ္၊ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။ process response စတင္တဲ႔ အခၽိန္မွာသာ၊ time based response အေနနဲ႔၊ delay ေပါါေပါက္ၿပီး၊ 'time lag' ရဲ႕အဆံုး၊ final controlled condition မွာေတာ႔၊ ေခၽာေမြ႔၊ လြယ္ကူမယ္႔ smooth movement ရရိွသြားတာကို၊ ေတြ႔ရမွာ၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

တကယ္ေတာ႔ control system ရဲ႕ speed ဟာ၊ တသမတ္တည္း၊ ရိွေနမယ္႔ stringent speed 'မဟုတ္' သလို၊ အကယ္၍ process သို႔မဟုတ္၊ plant ဟာ၊ under control condition မွာ၊ ရိွေနခဲ႔လၽွင္လည္း၊ variations အမၽားအၿပား၊ ေပါါေပါက္ေနမွာၿဖစ္ပါတယ္။ control system ဟာ၊ process ရဲ႕၊ ပင္ကိုယ္ သဘာဝ behavior အေပါါ၊ မူတည္ၿပီး၊ တုန္႔ၿပန္မွဴ react အၿဖစ္၊ ေဆာင္ရြက္နိဳင္ရန္၊ လုိအပ္ပါတယ္။ ဥပမာ အႀကိမ္ေပါင္းမၽားစြာ၊ rapidly action behavior ၿဖင္႔၊ ေဆာင္ရြက္မယ္႔ process ေတြမွာ၊ control system ဟာ၊ quick react action အေနနဲ႔၊ လၽွင္ၿမန္စြာ၊ တုန္႔ၿပန္ရန္လည္း၊ လုိအပ္ပါတယ္။

complete control loop တခုမွာ၊ time based response ၿဖစ္တဲ႔၊ 'time lag' ကဲ႔သို႔၊ controllers ေတြရဲ႕၊ sensitivity နဲ႔ response time အစရိွတဲ႔၊ static နဲ႔ dynamic behavior ေတြဟာ၊ အေရးႀကီးပါတယ္။ process ရဲ႕၊ static နဲ႔ dynamic behavior ကို၊ အေသအၿခာ၊ သိထားမွသာ၊ controller, sensor နဲ႔၊ actuator ေတြကို၊ မွန္မွန္ကန္ကန္ ေရြးခၽယ္ၿပီး၊ တတ္ဆင္ အသံုးၿပဳနိဳင္မွာလည္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

'Process reaction' - Process reaction ကေတာ႔၊ dynamic characteristic တခုၿဖစ္ပါတယ္။ process reaction ဟာ၊ setting ေၿပာင္းလဲစဥ္၊  ေပါါေပါက္လာမယ္႔ reaction ၿဖစ္ၿပီး၊ step input လို႔လည္း၊ ေခါါႀကပါတယ္။ step input ကို၊ ဥပမာအၿဖစ္၊ Fig. (22) မွာ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။

Fig. (22) - St input and Components of process response to step changes

အခၽိဳ႕ process reaction ေတြမွာ၊ steady state သို႔၊ ေရာက္ရိွရန္၊ step input အတြင္း dead time နဲ႔၊ time constant ဆိုတဲ႔၊ အခၽိန္အတိုင္းအတာ (၂) ခု၊ ၿဖတ္ေကၽာ္ရပါတယ္။ Fig. (22) မွာ Components of process response to step changes ဆိုၿပီး၊ step input အတြင္းမွ dead time နဲ႔၊ time constant တို႔ကို၊ ဥပမာအၿဖစ္၊ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။

တနည္းအားၿဖင္႔ process temperature စတင္ ေၿပာင္းလဲရန္၊ sensor မွာ dead time ဆိုတဲ႔ အခၽိန္အတိုင္းအတာတခုနဲ႔၊ valve သို႔မဟုတ္ actuator မွာ movement ၿဖစ္ေပါါလာရန္၊ 'အရိွန္' ယူရမယ္႔ time constant ေခါါ၊ control lag ဆိုတဲ႔၊ အခၽိန္အတိုင္းအတာ တခုတို႔ကို၊ ၿဖတ္ေကၽာ္ၿပီးမွ၊ steady state သို႔၊ ေရာက္ရိွၿခင္းလည္း ၿဖစ္ပါတယ္။

အကယ္၍ dead time ဟာ၊ time constant ထက္၊ အခၽိန္အတိုင္းအတာ 'ပိုမၽား' ခဲ႔လၽွင္၊ process control ေဆာင္ရြက္ရာမွာ၊ ခက္ခဲၿပီး၊ dead time ဟာ၊ time constant ထက္၊ အခၽိန္အတိုင္းအတာ 'ေလၽွာ႔နည္း' မွသာ၊ process control ေဆာင္ရြက္ရာမွာ၊ လြယ္ကူမွာ၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

 

 Fig. (23) - Response curve

process reaction ေတြရဲ႕ response ဟာ၊ maximum rate ၿဖင္႔ စတင္ၿပီး၊ တၿဖည္းၿဖည္း 'ေနွး' သြားခဲ႔လၽွင္၊ first order response အၿဖစ္၊ သတ္မွတ္ကာ၊ minimum rate ၿဖင္႔ စတင္ၿပီး၊ တၿဖည္းၿဖည္း 'ၿမန္' လာခဲ႔လၽွင္ေတာ႔၊ second order response အၿဖစ္၊ သတ္မွတ္ပါတယ္။ Fig. (23) မွာ Response curve ဆုိၿပီး၊ process response ေတြကို၊ ဥပမာအၿဖစ္၊ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။

Summary notes

(i) - controller မွ၊ control valve 'ပြင္႔' ေစရန္၊ အခၽိန္အတိုင္းအတာ တခု၊ ယူၿပီး၊ Time constant လို႔၊ ေခါါပါတယ္။

(ii) - instability, cycling, noise နဲ႔၊ oscillation ေတြကို၊ 'hunting' လို႔၊ သတ္မွတ္ပါတယ္။ proportional band 'ကၽဥ္းေၿမာင္း' လြန္းတဲ႔အခါ၊ ဒါမွမဟုတ္၊ integral time 'တိုေတာင္း' လြန္းတဲ႔အခါေတြနဲ႔၊  derivative time 'ႀကာ' လြန္းလၽွင္၊ 'hunting' ေတြ၊ ေပါါေပါက္နိဳင္ ပါတယ္။

(iii) - sensor အေနနဲ႔၊ တုန္႔ၿပန္မွဴ response  ခၽက္ၿခင္း 'မ' ေဆာင္ရြက္နိဳင္တဲ႔၊ အခၽိန္အခိုက္အတန္႔ dead time ဟာ၊ delay လို႔ေခါါတဲ႔၊ control lag ၿဖစ္ပါတယ္။ control condition နဲ႔၊ under control condition အေၿခအေေတြမွာ၊ control lag ေပါါေပါက္နိဳင္ ပါတယ္။

(iv) - minimum controllable limit နဲ႔၊ minimum controllable limit အႀကားမွ၊ characteristics ဟာ၊ 'Range-ability' ၿဖစ္ပါတယ္။

(v) - Control loops ေတြကို၊ Opened loop control နဲ႔၊ Closed loop control ဆိုၿပီး၊ ခြဲၿခားနိဳင္ပါတယ္။

(vi) - process မွ၊ direct feedback  ၿပန္လည္၊ ေပးသြင္းၿခင္း 'မရိွ' တဲ႔၊ control loop ကို၊ opened loop control လို႔၊ ေခါါပါတယ္။

(vii) - process မွ၊ direct feedback ၿပန္လည္ေပးသြင္းမယ္႔၊ control loop ကို၊ closed loop လို႔ေခါါပါတယ္။

(viii) - Closed loop control မွာ၊ Feedback control,Multi-loop control နဲ႔၊ Cascade control တို႔၊ ပါဝင္ပါတယ္။

(ix) -  disturbances ေတြ၊ ၿပန္လည္၊ ေပးပို႔ၿပီး၊ controller မွ၊ corrective action ေဆာင္ရြက္ေစမယ္႔၊ control loop ဟာ၊ Feedback control ၿဖစ္ပါတယ္။

(x) - controlled variable sensor (၁) ခုနဲ႔ controller (၁) ခုသာ၊ အသံုးၿပဳထားမယ္႔၊ control loop ကို၊ Single loop control လို႔၊ ေခါါပါတယ္။

(xi) -  controlled variable sensor (၂) နဲ႔ controller (၂) ခု၊ အသံုးၿပဳထားတဲ႔၊ control loop ကို၊ Multi-loop control လို႔၊ ေခါါပါတယ္။

(xii) - independent variables (၂) မၽိဳး၊ အသံုးၿပဳတဲ႔၊ control loop ကို၊  Cascade control လို႔၊ ေခါါပါတယ္။  sensor (၂) ခုနဲ႔ controller (၂) ခု၊  အသံုးၿပဳပါတယ္။

(xiii) - 'time lag' ကို၊ electrical နဲ႔ electronics system ေတြမွာသာမက၊ pneumatic systems ေတြမွာလည္း၊ factor တခု အေနနဲ႔၊ ထည္႔သြင္း စဥ္းစားရန္၊ လိုအပ္ပါတယ္။

(xiv) - process reaction ဟာ၊ setting ေၿပာင္းလဲစဥ္၊  ေပါါေပါက္လာမယ္႔ reaction ၿဖစ္ၿပီး၊ step input လို႔လည္း၊ ေခါါပါတယ္။

(xv) - process reaction ေတြရဲ႕ response ဟာ၊ maximum rate ၿဖင္႔ စတင္ၿပီး၊ တၿဖည္းၿဖည္း 'ေနွး' သြားခဲ႔လၽွင္၊ first order response အၿဖစ္၊ သတ္မွတ္ပါတယ္။

(xvi) - minimum rate ၿဖင္႔ စတင္ၿပီး၊ တၿဖည္းၿဖည္း 'ၿမန္' လာခဲ႔လၽွင္ေတာ႔၊ second order response အၿဖစ္၊ သတ္မွတ္ပါတယ္။