Top Banner

of 22

Sistem Pengendalian Proses R1

Jul 06, 2018

Download

Documents

Dyah Dee
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    1/22

    SISTEM PENGENDALIAN PROSES

    Disusun oleh: Roni Heru Triyanto

    Ada bermacam-macam sistem pengendalian yang ada disekitar kita, termasuk 

    dalam tubuh kita. Temperatur tubuh, keseimbangan kimiawi, tanggapan pancaindra,

    dan gerakan yang ada pada tubuh manusia semuanya dibawah pengendalian otomatis

     biologis yang sangat kompleks. Hal serupa juga terdapat dalam industri-industri,

    yang banyak dan hampir selalu menggunakan sistem pengendalian untuk mengatur 

     proses yang yang berjalan pada industri tersebut. Dan dalam aplikasinya sistem

     pengendalian sebenarnya tidak terbatas pada industri saja, tetapi banyak bidang-

     bidang lain yang menggunakannya, seperti pada kedokteran, aeronotika, kimia,

    lingkunagn, sipil, listrik dan sebagainya. Tetapi dari semua bidang aplikasi tersebut

    semuanya bertujuan sama, yaitu membentuk suatu sistem pengendalian terhadap

     proses yang ada untuk dapat mencapai keluaran/ output sesuai yang dikehendaki.

    Dan dalam tulisan ini akan ditekankan pada suatu sistem pengendalian yang

    diperuntukkan pada suatu industri khususnya dalam industri migas.

    Secara umum sistem pengendalian terbagi menjadi dua, yaitu sistem

     pengendalian loop terbuka open loop! atau sering juga disebut sebagai sistem

     pengendalian umpan maju "eed"orward! dan loop tertutup close loop! atau sering

    disebut pengendalian umpan balik "eedback!.

    Sistem pengendalian loop terbuka adalah sistem pengendalian yang

    keluarannya tidak akan dapat mempengaruhi aksi dari pengendaliannya. #adi pada

    sistem pengendalian loop terbuka keluarannya tidak diukur atau diumpanbalikkan

    untuk dibandingkan dengan masukannya. Dan gambaran dari sistem pengendalianloop terbuka dapat dilihat pada $b.%.

    $b.%. Sistem &engendalian 'oop terbuka

      %  31813!8"#o$

    (ontroller)asukan

    &lant/ &roses(eluaran

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    2/22

    Sebagai contoh adalah pada proses pencucian dengan mesin cuci, biasanya

     perendaman, pencucian, dan pembilasan pada mesin cuci dioperasikan berdasarkan

    waktu, dan mesin cuci tidak mengukur signal keluaran, misalnya berupa kebersihan

    dari pakaian setelah dicuci. #adi pada sistem ini keluaran tidak dibandingkan dengan

    masukan acuan, sehingga untuk setiap masukan acuan terdapat kondisi operasi yang

    tetap. *leh karena itu ketelitian sistem bergantung pada kalibrasinya. Dan pada

    sistem pengendalian dengan loop terbuka harus dikalibrasi dengan hati-hati dan

    harus menjaga kalibrasi tersebut agar dapat diman"aatkan dengan baik. Dan pada

    sistem ini, apabila terdapat gangguan disturbance!, maka sistem akan tidak dapat

     bekerja seperti yang diinginkan. Dan aplikasi yang paling baik dari sistem pengendalian loop terbuka adalah apabila antara input dan output diketahui dan tidak 

    terdapat gangguan internal maupun eksternal.

    Sistem pengendalian loop tertutup adalah sistem pengendalian yang sinyal

    keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengendaliannya. #adi sistem

     pengendalian loop tertutup merupakan sistem pengendalian berumpan balik. &ada

    sistem pengendalian loop tertutup ini terdapat signal kesalahan penggerak, yang

    merupakan selisih antara signal masukan dan signal umpan balik yang berupa signal

    keluaran dari proses yang dikendalikan! yang diumpankan ke untuk memperkecil

    kesalahan dan membuat harga keluaran akan mendekati dengan harga yang

    diinginkan. Atau dengan kata lain, pada aksi umpan balik digunakan untuk 

    memperkecil kesalahan sistem. $ambar skematis dari sistem pengendalian loop

    tertutup dapat dilihat pada $b.+.

    $b.+. Sistem &engendalian 'oop Tertutup.

      +  31813!8"#o$

    (ontroller

    )asukan

    &lant/ &roses

    (eluaran

    lemen kur

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    3/22

    Dari pengungkapan mengenai dua sistem pengendalian, yaitu sistem

     pengendalian loop terbuka dan loop tertutup, maka akan dapat dilihat kelebihan dan

    kekurangannya. Dari segi kestabilan, maka sistem pengendalian dengan loop terbuka

    lebih mudah dibuat karena kestabilan bukan merupakan persoalan utama, tatapi

    sebaliknya pada sistem pengendalian loop tertutup kestabilan merupakan "aktor 

    utama karena cenderung ada kesalahan akibat koreksi berlebih yang dapat

    menimbulkan osilasi pada amplitudo konstan atau berubah. Dan kelebihan sistem

     pengendalian loop tertutup dibanding dengan loop terbuka adalah bahwa penggunaan

    umpan balik yang membuat respon relati" kurang peka terhadap gangguan eksternal

    dan perubahan internal pada parameter sistem. *leh karena itu pada sistem pengendalian loop tertutup dapat digunakan komponen-komponen yang relati" 

    kurang teliti dan murah untuk mendapatkan pengontrolan plant dengan teliti, hal ini

    tidak mungkin diperoleh pada sistem pengendalian loop terbuka.

    Dari kelebihan dan kekurangan kedua sistem pengendalian, maka dapat

    disimpulkan bahwa sistem pengendalian loop terbuka akan sangat cocok untuk suatu

    sistem dengan masukan yang telah diketahui dan tidak ada gangguan baik eksternal

    maupun internal. Dan sistem pengendalian dengan loop tertutup akan sangat cocok 

    untuk sistem pengendalian yang mempunyai gangguan yang tidak dapat diramalkan

    dan/ atau perubahan yang tidak dapat diramalkan pada komponen sistem.

    Dan pada pembicaraan berikutnya yaitu mengenai sistem pengendalian

     proses ini, akan ditekankan pada sistem pengendalian loop tertutup atau sistem

     pengendalian berumpan balik "eedback!. Hal ini karena hampir semua sistem

     pengendalian pada industri )igas menggunakan sistem pengendalian loop tertutup

    sebagai tulang punggung dalam pengendalian prosesnya. Dan untuk berikutnya

    apabila disebutkan sistem pengendalian proses, maka pengendalian tersebut adalah

     pengendalian loop tertutup.

    Hampir semua proses dalam dunia industri membutuhkan peralatan-peralatan

    otomatis untuk mengendalikan parameter-parameter prosesnya. *tomatisasi

    diperlukan demi kelancaran operasi, keamanan, ekonomi, dan mutu produk. ntuk 

    membentuk otomatisasi tersebut diperlukan suatu sistem pengendalian proses.

    Ada banyak parameter yang harus dikendalikan dalam suatu proses.

    Diantaranya yang paling umum adalah tekanan pressure!, aliran "low!, suhu

        31813!8"#o$

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    4/22

    temperature!, tinggi permukaan at cair le0el!. Dan untuk parameter yang lain

    misalnya pH, warna, dan sebagainya.

    Sistem pengendalian proses merupakan gabungan dari kerja alat-alat

     pengendalian otomatis. Dan semua alat-alat yang digunakan untuk membentuk 

    sistem pengendalian proses disebut instrumentasi pengendalian proses.

    1ontoh sederhana dari instrumentasi pengendalian proses adalah saklar 

    temperatur temperature switch! yang bekerja otomatis pada mengendalikan suhu

    setrika. Saklar tersebut akan otomatis memutuskan aliran listrik ke elemen pemanas

    apabila suhu setrika ada diatas titik suhu yang dikehendaki dan akan mengalirkan

    arus listrik ke elemen pemanas apabila suhu ada dibawah titik suhu yangdikehendaki. &ada pengendalian suhu tersebut parameter yang dikendalikan adalah

    suhu/ temperatur dan instrumentasi yang digunakan adalah saklar temperatur. Dan

    gabungan dari semua komponen-komponen tersebut membentuk sistem yang disebut

    sistem pengendalian proses.

    Dan dibanyak pengendalian proses yang ada didalam dunia industri!, sistem

     pengendaliannya tidak sesederhana seperti pengendalian suhu pada setrika otomatis

    yang diuraikan disebelumnya. Dan pada sistem pengendalian yang sangat kompleks,

    akan e"ekti" apabila dikerjakan dengan komputer, contohnya sistem pengendalian

    dikilang minyak bumi, pabrik pupuk, pabrik kertas, pusat pembangkitan tenaga

    listrik, dan sebagainya.

    2  31813!8"#o$

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    5/22

    1" Pen%en#alian oleh Manusia& Manual

    $b.. &engendalian le0el tangki oleh manusia/ )anual

    &ada $b.. menunjukkan bagaimana seorang operator mengendalikan le0el

    permukaan at cair! di sebuah tangki. Air yang masuk kedalam tangki dipompakan

    dari sumur dan air yang keluar dari tangki dipakai untuk keperluan pabrik. Andaikatale0el tangki yang dikehendaki selalu 345 dari ketinggian tangki, maka operator 

    harus salalu menambah atau mengurangi bukaan 0al0e apabila le0elnya tidak berada

     pada 345. 6ila le0el kurang dari 345, operator harus menambah "low dengan

    menambah bukaan 0al0e untuk dapat menaikkan le0el dari tangki dan sebaliknya

    apabila le0elnya lebih tinggi dari setpointnya 345! maka operator harus mengurangi

    "low, yaitu dengan mengurangi bukaan 0al0e untuk dapat menurunkan le0el dari

    tangki. &ada pengendalian semacam ini operator harus selalu waspada dan siap untuk 

    menambah atau mengurangi bukaan 0al0e agar le0el tetap berada pada 345 dari

    tinggi tangki. &engendalian oleh manusia ini sering disebut pengendalian manual

    manual control!. Sistem pengendalian manual ini masih tetap dipakai pada beberapa

    aplikasi pamakaian! tertentu. 6iasanya sistem ini dipakai pada proses-proses yang

    tidak banyak mengalami perubahan-perubahan beban load! atau pada proses yang

    tidak kritis. 'oad pada contoh pengendalian le0el diatas adalah "low pemakaian air di

     pabrik. Apabila pemakaian air di pabrik tidak sering berubah-ubah, maka operator 

      7  31813!8"#o$

    Set Point

    Ke Pabrik

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    6/22

    tidak perlu terus menerus mangamati le0el tangki dan manambah atau mengurangi

     bakaan 0al0e. Tatapi apabila pamakaian air di pabrik sering berubah-ubah maka

    operator harus sering melihat tinggi le0el air pada tangki dan segera melakukan

    koreksi dengan mengatur bukaan 0al0e supaya le0el tangki bisa tetap 345.

    Dari keadaan diatas, dapat dengan mudah dimengerti bahwa dasar utama

     pemilihan pengendalian manual karena keperluan proses memungkinkan

     pengendalian secara manual, artinya bahwa tidak sering terjadi perubahan beban dan

    sistem dapat menerima toleransi error yang mungkin terjadi pada pengendalian

    manual tersebut. Dari segi ekonomis pengendalian secara manual tentu lebih murah

    dibanding dengan pengendalian otomatis karena instrument yang dibutuhkanmemang lebih sederhana.

    '" Pen%en#alian Oto(atis

    &ada prinsipnya pengendalian otomatis sama dengan pengendalian manual.

    &ada pengendalian otomatis peran operator digantikan oleh sebuah alat yang disebut

    kontroller. #adi tugas menambah atau mengurangi bukaan 0al0e tidak lagi dikerjakan

    oleh operator tetapi atas perintah kontroller. *leh karena itu untuk pengendalian

    otomatis 0al0e harus dilengkapi dengan actuator sehingga unit 0al0e tersebut disebut

    control 0al0e. $ambar dari pengendalian otomatis dapat dilihat pada $b.2.

    3" Prinsi)*Prinsi) Pen%en#alian Proses

    &ada pengendalian manual seperti pada $b..! operasi yang dilakukan oleh

    operator adalah, pertama operator mengamati ketinggian le0el, kemudian

    menge0aluasi apakah le0el yang ada sudah sesuai dengan yang dikehendaki. (alau

    tidak sama dengan yang dikehendaki operator harus memperkirakan seberapa banyak 

    0al0e tersebut ditambah atau dikurangi pembukaannya. (emudian operator harus

     benar-benar mengubah bukaan 0al0e sesuai dengan yang diperkirakan tadi. Dan

    kalau dikaji lebih jauh, dalam pengendalikan proses operator mengerjakan empat

    langkah yaitu8

    Men%u+ur*(e(,an#in%+an*(en%hitun%*(en%+ore+si"

    3  31813!8"#o$

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    7/22

    $b.2. &engendalian *tomatis

    &ada waktu operator mengamati ketinggian le0el sebenarnya yang dia

    kerjakan adalah mengukur   0ariabel proses &9: &rocess 9ariable!, kemudian

    membandingkan  0ariabel proses dengan 0ariabel proses yang diinginkan, yangsering disebut set point S9: Set 9alue!. &erbedaan antara 0ariabel proses dengan set

     point disebut sebagai error, oleh karena itu error dapat dituliskan sebagai8

    rror e! : Set point S9! ; 9ariabel proses &9! atau

      : 9ariabel proses &9! ; Set point S9!

    6erdasarkan besarnya error ini operator akan menentukan arah perubahan

    dari control 0al0e menambah atau mengurangi pembukaan! dan seberapa besar 

    koreksi yang diperlukan pada 0al0e. &ada proses ini sebenarnya operator 

    menghitung   untuk menentukan pengaturan 0al0e. Setelah proses penghitungan

    operator mengkoreksi  dengan mengatur pembukaan 0al0e.

    &ada $b.2. &engendalian *tomatis! sebanarnya yang dilakukan adalah sama,

    yaitu mengukur, membandingkan, menghitung, dan mengkoreksi. Hanya pada

     pengendalian otomatis pengaturan semua dilakukan oleh alat-alat instrumentasi. #adi

     

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    8/22

     pada pengaturan otomatis manusia hanya melakukan pengaturan terhadap set point

    dan untuk yang lainya dilakukan oleh sistem instrumentasi tersebut.

    -" Ele(en*Ele(en Siste( Pen%en#alian

    ntuk melihat elemen-elemen sistem pengedalian ini digunakan diagram

    kotak, pada $b.7. ditampilkan diagram kotak sistem pengendalian otomatis. Didalam

    diagram kotak sistem pengendalian otomatis terdapat elemen proses, elemen

     pengukuran, sensing element dan transmitter!, elemen kontroller control unit!, dan

    "inal control element control 0al0e!

    $b.7. Diagram (otak Sistem &engendalian *tomatis

    ." Pen%en#ali On*O// 

    Seperti tercermin dari namanya, pengendali *n-*"" hanya bekerja pada dua

     posisi, yaitu posisi *n dan posisi *"". (alau "inal control 0al0e berupa control 0al0e,

    kerja 0al0e hanya terbuka penuh atau tertutup penuh. &ada sistem pengendalian *n-

    *"" control 0al0e tidak akan pernah bekerja di daerah antara 4 sampai %445. (arena

    kerja dari control 0al0e on-o"", hasil pengendalian on-o"" akan menyebabkan proses

    0ariabel akan bergelombang seperti terlihat pada $b.3., tidak pernah konstan,

     perubahan proses 0ariabel akan seirama dengan perubahan posisi "inal control

    element. 6esar kecilnya "luktuasi proses 0ariabel ditentukan oleh titik dimana

    kontroller on dan titik dimana kontroller o"".

      =  31813!8"#o$

    Control Unit

    Sensing ElementTransmitter 

    Proses

    Load

    Control Valve

    Controller 

    Set Point+

    -+

    -

    Error 

    Process Variable

    ControlledVariable

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    9/22

    Dari karakteristik kerjanya yang hanya on-o"", kontroller jenis on-o"" juga

    sering disebut sebagai two position controller atau gap controller.

    (erja dari pengendalian on-o"", sering didapat dengan meman"aatkan dead

     band suatu proses switch. 1ontoh pengendalian on-o"" yang paling mudah ditemui

    adalah pengendalian suhu pada setrika listrik atau pompa air otomatis. (erja dari

     pengendalian on-o"" banyak dipakai di sistem pengendalian yang sederhana karena

    harganya yang relati" murah. Tetapi tidak semua proses dapat dikendalikan dengan

     pengendali on-o"", karena banyak operasi proses yang tidak dapat mentolelir 

    "luktuasi 0ariabel proses. #adi, syarat utama untuk pengendalian on-o"" bukan untuk 

    menghemat biaya pembelian unit kontroller melainkan karena proses memang dapatmentolelir "luktuasi 0ariabel proses pada batas-batas kerja pengendalian on-o"".

    $b.3. (erja (ontroller *n-*"" 

      >  31813!8"#o$

    Off 

    On

    Status

    Pengendali

    Process variable

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    10/22

    0" Prinsi) er2a Pen%en#ali

    Selain pengendali *n-*"" yang hanya bekerja pada dua posisi on dan o"", ada

     pengendali lain yang bekerja secara kontinu. Secara kontinu artinya control 0al0e

     bekerja dari titik 45 sampai ke titik %445. #enis pengendali ini sangat banyak 

    dipakai di sistem pengendalian proses, hal ini karena banyak operasi proses yang

    tidak dapat mentolelir "luktuasi process 0ariable yang besar. Ada tiga jenis

     pengendali kontinu, yaitu pengendali &roporsional disingkat &, pengendali ?ntegral

    disingkat ?, dan pengendali Di"erensial/ Deri0ati" disingkat D.

    (arena kelebihan dan kekurangan ketiga pengendali ini, maka sering sekali

    dipakai dalam bentuk kombinasi, yaitu &@? disingkat &?, &@D disingkat &D dan&@?@D disingkat &?D. (etiga jenis pengendali ini memberikan respon yang berbeda-

     beda terhadap proses yang dikendalikan.

    &ada dasarnya, tugas sebuah pengendali kontinu terbagi dalam dua tahap,

    yaitu membandingkan dan menghitung. (edua tugas tersebut dalam diagram kotak 

    diwakili oleh kerja summing junction dan control unit lihat $b.7!. Summing

     junction bertugas membandingkan process 0ariable dengan set point dan control unit

     bertugas menghitung besar kecilnya koreksi yang diperlukan untuk memperbaiki

     proses sehingga akan didapatkan besarnya proses sama dengan harga setting yang

    kita inginkan.

    &embandingan itu dilakukan dengan mengurangi besaran set point dengan

     besaran process 0ariable measurement 0ariable! yang hasilnya adalah besaran yang

    disebut error. (arena set point bisa lebih kecil atau lebih besar dari process 0ariable

    maka nilai error dapat positi" dan negati". Dan berdasarkan besarnya error inilah

    control unit menghitung besarnya koreksi. #adi error merupakan input bagi control

    unit. Dan output dari control unit biasanya disebut manipulated 0ariable )9!.

    6esarnya manipulated 0ariable dihitung berdasarkan error dan trans"er "unction dari

    control unit.

    6esarnya set point ditentukan pada kontroller itu sendiri, yang besarnya

    dapat diatur dengan mengatur tombol set point dari kontroller tersebut. (arena

    ketentuan bahwa input kontroller mengambil dari process 0ariable dan menghasilkan

    output yang disebut manipulated 0ariable, maka untuk instalasi kontroller, signal

      %4  31813!8"#o$

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    11/22

    masukan dihubungkan dengan transmitter dan keluaran dari kontroller dihubungkan

    dengan control 0al0e.

    1ontrol )ode &, &?, &D, atau &?D! dari suatu kontroller tidak dapat dilihat

    dari luarnya saja. ntuk melihat control mode dari suatu kontroller kita harus

    membuka bagian dalam dari kontroller dan melihat mode apa saja yang digunakan

    untuk kontroller tersebut. Hal ini karena bentuk luar dari semua unit kontroller 

    adalah sama. (hususnya untuk jenis kontroller elektronik-digital hampir selalu

    mempunyai tiga buah mode8 &roporsional, ?ntegral, dan deri0ari". Dan karena belum

    tentu semua cocok dengan aplikasi kita, maka hanya mode-mode tertentu saja yang

    kita "ungsikan.Seperti yang telah diuraikan diatas, bahwa ada tiga unsur pada control unit,

    yaitu proporsional, ?ntegral, dan deri0ati". ?stilah proporsional datang dari si"at unit

    itu sendiri yang outputnya selalu sebanding proporsional! dengan perubahan error.

    6egitu pula ?ntegral, karena output unit tersebut merupakan integrasi dari errornya

    dan disebut deri0ati" karena output unit tersebut merupakan hasil de"erensial atau

    deri0ati" dari errornya.

    II" Pen%en#ali Pro)orsional 4P5

    &engendali &roporsional &! adalah salah satu mode pengendalian. Seperti

    yang tercermin dari namanya besarnya output dari pengendali &roporsional selalu

    sebanding dengan besarnya error. 6entuk trans"er "unction dari pengendali

     proporsional sangat sederhana yaitu mempunyai persamaan sbb8

    )9 : $c. e %!

    dimana8 )9 : )anipulated 9ariable output!

    $c  : $ain

      e : error 

    Dan dapat digambarkan dalam bentuk diagram kotak seperti yang terlihat pada $b.

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    12/22

    Dan dalam prakteknya gain jarang digunakan, dan yang laim digunakan adalah

    istilah &roporsional 6and &6! dimana8

    16

    G$ 7 4'5

      P

    #adi apabila &6 sama dengan 745 maka gain sama dengan + dan jika &6

    sama dengan +445 maka gain sama dengan 4.7. Dari persamaan dan contoh dapat

    dilihat bahwa &6 berbanding terbalik dengan gain-nya, kalau &6 semakin besar maka gain semakin kecil.

    alaupun hubungan input-output input dari error! pada control unit

     proporsional bukan merupakan "ungsi waktu, tetapi untuk bahan perbandingan

    dengan control lain, maka pada $b.=. ditampilkan respon sebuah pengendali

     proporsional "ungsi waktu.

    Dari $b.=. dapat dilihat besarnya output akan selalu mengikuti besarnya perubahan

    error secara proporsional. Baik turunnya error akan diikuti langsung oleh outputnya

      %+  31813!8"#o$

    error 

    Output (Gpe! (Gp"#!

    $%&

    '%&

    %&

    #%&

    $%&

    '%&

    %&

    #%&

    Gb)*) +espon sebua, Pengendali Proporsional

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    13/22

    dan besarnya selalu error dikalikan dengan gainnya. Dan karena control unit

     proporsional bukan "ungsi waktu, maka dynamic gain pengendali ini sama dengan

    steady state gain-nya. Dengan kata lain, besarnya gain tidak tergantung pada

     besarnya "rekuensi loop.

    8" Pen%ertian ias

    &ada $b.>. ditampilkan sebuah pengendalian le0el dengan menggunakan

    le0el kontroller dengan mode & &roporsional!. Andaikan keadaan sistem

     pengendalian tersebut sangat ideal, dimana saat set point 745 dan measurement

    0ariable 745 pembukaan control 0al0e juga 745. (eadaan sangat seimbang initerjadi dimana air masuk tepat sama dengan air keluar, sehingga le0el tetap dan stabil

    dititik 745. (alau dilihat dari keadaan seimbang tersebut, pada saat measurement

    0ariable atau process 0ariable &9! sama dengan set point kedua-duanya 745! pada

    saat itu error sama dengan nol. 6erdasarkan persamaan pengendali proporsional pada

     persamaan %!, pada saat error sama dengan nol output control unit proporsional juga

    sama dengan nol. (alau benar begitu keadaannya, tentu saja control 0al0e akan

    tertutup penuh pada saat error sama dengan nol. Dan kenyataannya keadaan

    keseimbangan tersebut control 0al0e membuka 745 pada saat error sama dengan

    nol. ?ni berarti kontroller tetap memiliki output 745 walaupun error sama dengan

    45. Harga output pada saat error sama dengan tersebut disebut sebagai Bias (B).

     

    $b.>. 1ontoh &engendalian 'e0el

    *leh karena itu dari persamaan pengendali proporsional diatas maka harus

    ditambahkan suatu besaran bias 6! tersebut, sehingga persamaan lengkap dari

     pengendali proporsional adalah sbb8

      %  31813!8"#o$

    'T '?1

    19

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    14/22

    )9 : $c. e @ 6 !

    #adi "ungsi dari bias adalah untuk mempertahankan output pada saat error sama

    dengan nol.

    Dari persamaan ! misalkan, pada suatu kedaan kesetimbangan, yaitu saat

    error sama dengan nol, &9:S9:745 dan output sama dengan 745, yang berarti bias

    : 745, dan pada saat tersebut &6: +44. Dan pada keadaan kesetimbangan tersebut

    misalkan terjadi pengubahan terhadap set point S9! dari 745 menjadi 345, maka

     pada output )9! akan langsung terjadi perubahan output sebesar gain dikalikan

    dengan error-nya, yaitu8%44

    : C 34-74!5 : 75

    +44

    #adi output yang terjadi adalah 745 @ 75:775.

    9" Pen%ertian O//set

    Dari persamaan ! diketahui bahwa reaksi control unit proporsional sangat

    tergantung pada besarnya &6. )isalkan suatu pengendalian low seperti pada

    $b.%4., yang dapat digambarkan diagram kotak sistem pengendalian prosesnya sbb8

      6ias

      S9 @ e $1   ∆)9 )9 $ p

    -

    &9

    Apabila sistem tersebut membentuk keseimbangan pada suatu saat sbb8

    &6:+445 $c:4,7!, S9:&9:745, $ p:% dan bias:745 dan pada suatu saat

    dilakukan perubahan pada S9-nya menjadi 345 maka sistem yang terjadi seperti

     pada tabel berikut8

    %2  31813!8"#o$

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    15/22

     Bo. &9 S9 e   ∆)9 6 )9 &9

    %

    +

    2

    7

    3

    <

    =

    >

    %4

    74

    7477

    7+,7

    7,

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    16/22

    keadaan stabil, maka akan meninggalkan error yang tidak dapat diperbaiki lagi, yang

    disebut o""set.

    #adi untuk menghilangkan o""set diperlukan suatu pengendali lain yang dapat

    menghasilkan perubahan output selama masih terdapat error. Dengan kata lain

    diperlukan pengendali yang dapat menghasilkan output yang akan dapat merubah

     besarnya bias. &engendali yang memenuhi kriteria ini adalah pengendali integral,

    atau disingkat ?.

    Si"at dasar pengendali integral adalah integrasi akan selalu dilakukan selama

    masih ada error pada pengendali tersebut. Trans"er "unction untuk unit control

    integral adalah sbb8

    %

      )9 : $c  e dt @ 6

      Ti

    Di mana8

    )9 : )anipulated 9ariable output!

    e : error input pada control unit!

      T?  : ?ntegral Time

    6 : 6ilangan tetap yang merupakan bias dari hasil integrasi sebelumnya!

    $c : $ain dari kontroller.

    Dan untuk Diagram kotak pengendali ?ntegral dapat dilihat pada $b.%%.

    S9 e % *utput

      $c  e dt @ 6

      &9 Ti

    $b.%%. Diagram (otak &engendali ?ntegral

    ?ntegral time dapat dide"inisikan sebagai waktu yang diperlukan untuk 

     pengendali integral untuk menghasilkan output sebesar $cCe. Atau kalau $c  sama

      %3  31813!8"#o$

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    17/22

    dengan satu integral time dide"inisikan sebagai waktu yang diperlukan pengendali

    integral untuk mencapai output sebesar errornya.

    I" Pen%en#ali Pro)orsional ; Inte%ral

    Si"at dari pengendali ?ntegral yang tidak mengeluarkan output sebelum selang

    waktu tertentu, pengendali integral jadi memperlambat respon walaupun pada

     pengendali ini dapat menghilangkan o""set. ntuk memperbaiki lambatnya respon

    umumnya pengendali integral dipasang paralel dengan pengendali proporsional

    seperti pada $b.%+. $abungan pengendali &? atau &? kontroller.

    $c

      e @ *utput

    S9

      % @

    &9 $c  e dt @ 6

      Ti

    $b.%+. Diagram (otak &engendali &roporsional @ ?ntegral

    6entuk trans"er "unction pengendali &? adalah8

    %

      )9 : $ce @ e dt ! @ 6

      Ti

    (arena pengendali &? merupakan gabungan dari dua unit control & dan ?,

    maka semua kelebihan dan kekurangan yang ada pada pengendali & dan ? juga ada

     padanya. Si"at pengendali & yang selalu meninggalkan o""set dapat ditutupi oleh

     pengendali ?, dan si"at pengendali ? yang lambat pada awal terjadinya error dapat

    ditutupi oleh pengendali &, sehingga pengendali &? mempunyai respon yang lebih

    cepat dari pengendali ? dan mampu menghilangkan o""set yang ditinggalkan oleh

     pengendali &. Hubungan input-output dari pengendali &? dapat dilihat pada $b.%+.

      %

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    18/22

    (alau diperhatikan pada gambar itu ada dua komponen pada besaran output.

    (omponen pertama adalah eC$c yang datang dari komponen & dan komponen kedua

    adalah hasil integrasi error e! dalam "ungsi waktu yang datang dari komponen ?.

    (arena si"atnya yang sederhana dan e"ekti", pengendali jenis ini paling sering

    dipakai untuk berbagai macam aplikasi.

    II" Pen%en#ali Di/erensial 4D5

    &ada pengendali &? adalah suatu pengendali yang sudah cukup bagus karena

    sudah dapat menghilangkan o""set. Tetapi pada pengendali &? mempunyai respon

    yang cukup lambat, dan sangat terasa apabila digunakan untuk aplikasi pada proses pengendalian temperatur. Akar masalah lambatnya pengendali &? untuk pengendalian

    temperatur ternyata disebabkan karena elemen proses temperatur membutuhkan

    energi ekstra di saat-saat awal ketika terjadi perubahan load atau perubahan set point.

    paya memperbaiki respon didapat dengan menggunakan control unit di"erensial

    atau deri0ati0e, disingkat D. *utput pengendali D merupakan di"erensial "ungsi error 

    e!. Dan sayangnya unsur D tidak dapat mengeluarkan output bila tidak ada

     perubahan error. (arena si"at ini maka pengendali D tidak pernah dipakai sendirian.

    nit pengendali D selalu dipakai dalam kombinasi dengan & dan atau ?, yaitu

    menjadi pengendali &D atau pengendali &?D. Dan karena kerja dari pengendali D

     berdasarkan perubahan error, maka pengendali D tidak baik dipakai untuk suatu

     proses yang mempunyai &9 &rocess 9ariable! beriak mengandung noise! atau &9

    yang berubah dengan cepat. (arena banyaknya kendala aplikasi unit pengendali D,

    maka tidak banyak pengendali yang menggunakan unsur pengendali D.

    lemen proses dengan &rocess 0ariable &9! temperatur biasanya

    mengandung unsur kelambatan yang besar, seperti yang terjadi pada heat eEchanger.

    Dan hampir semua proses pemanasan mengandung kelambatan yang tinggi,

    dinamika proses sangat lembam. Sebagai contoh proses pemanasan air. Temperatur 

    mula-mula 441 dan air dipanaskan agar menjadi 3441 . Dan karena lembamnya

    dinamika proses pemanasan, kalau pemanas dibiarkan kecil terus, maka pemanasan

    memakan waktu yang lama, tetapi kalau pemanas dibuat besar terus menerus, tidak 

    menutup kemungkinan temperatur melampaui harga yang diinginkan 3441!. 1ara

    e"ekti" mempercepat pemanasan adalah dengan memperbesar pemanasan disaat-saat

      %=  31813!8"#o$

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    19/22

    awal, kemudian mengurangi sedikit demi sedikit sebelum temperatur sampai dititik 

    yang diinginkan. Dan ternyata pengendali yang memenuhi kebutuhan unik ini hanya

     pengendali Di"erensial yang sering disingkat pengendali D. Dan karena si"atnya yang

    mampu untuk mengeluarkan output ekstra disaat-saat awal, maka pengendali D ini

    sering disebut pre-act kontroller.

    Trans"er "unction dari pengendali D dapat dilihat pada persamaan sbb8

      de

      )9 : $c.TD  @ 6

      dtdimana8 $c: gain

      e : error 

    TD : deri0ati0e time

    6 : bias

    S9 e de *utput

      $c TD  @ 6

      &9 dt

    $b.%. Diagram (otak &engendali Di"erensial

    Diagram kotak dari pengendali D dapat dilihat pada $b.%. Dan karena unsur 

    deri0ati" yang ada pada control unit ini, maka kalau diberikan error yang naik 

     perlahan-lahan dalam bentuk "ungsi ramp, maka output berbentuk "ungsi step. Dan

     besarnya output akan sebanding dengan kecepatan kenaikan errornya

    %>  31813!8"#o$

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    20/22

    III" Pen%en#ali Pro)orsional ; Di/erensial

    &engendalian yang merupakan gabungan antara pengendali & dan D, yang

    sering disebut pengendali &D, diagram kotaknya dapat dilihat pada $b.%2. dan untuk 

    trans"er "unctionnya adalah sbb8

      de

      )9 : $ce @ TD  ! @ 6

      dt

    (arena pengendali &D adalah gabungan pengendali proporsional den pengendali

    di"erensial, maka ia memiliki si"at yang ada pada pengendali & dan pengendali D,

    misalkan pada bagian error diberikan input mendadak naik, maka hasil outputnyamerupakan penjumlahan dari output pengendali proporsional dengan output pada

     pengendali di"erensial.

    $c

      e @ *utput

    S9

      de @

    &9 $c.TD @ 6

      dt

    $b.%2. Diagram (otak &engendali &roporsional @ Di"erensial

     

    I" Pen%en#ali Pro)orsional ; Inte%ral ; Di/erensial

    ntuk menutupi kekurangan pada pengendali &? dan &D, maka ketiga mode

    digabungkan menjadi &?D. nsur &, ?, dan D masing-masing berguna untuk 

    mempercepat reaksi sistem, menghilangkan o""set, dan mendapatkan energi ekstra di

    saat-saat awal perubahan load. Tetapi semua kelebihan pada pengendalian &?D tidak 

    dapat dipakai untuk mengendalikan semua proses/ setiap proses. Hanya yang process

    0ariable-nya tidak mengandung noise riak! yang boleh dikendalikan dengan

     pengendali &?D. *leh karena itu pengendali &?D biasanya hanya dipakai untuk 

     pengendalian temperatur. Diagram kotak untuk pengendali &?D dapat dilihat pada

    $b.%7 dan untuk trans"er unction dari pengendalian &?D adalah sbb8

    +4  31813!8"#o$

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    21/22

    % de

      )9 : $c e @ e dt @ TD   ! @ 6

      T?   dt

      $c

      e

    S9

      % *utput&9 $c  e dt @ 6

      Ti

      de

    $1.TD

      dt

    $b.%7. Diagram (otak &engendali &roporsional @ ?ntegral @ Deri0ati0e

    Dari sistem pengendalian yang telah dibicarakan, maka dapat disimpulkan bahwa8

    • &engendali &roporsional &! akan berakibat menimbulkan o""set apabila

    digunakan dalam sistem pengendalian proses

    • &engendali ?ntegral ?! melakukan perbaikan pengendalian selama masih

    menimbulkan error, oleh karena itu akan dapat digunakan untuk menghilangkan

    o""set, tetapi pengendali ? ini tidak akan cepat merespon apabila terdapat error.

    • &engendali &roporsional @ ?ntegral &?! merupakan gabungan dari &engendali &

    dan ?, yang akan saling menutupi kekurangan pada masing-masing pengendali,

    #adi pada pengendali &? ini akan dapat merespon awal apabila ada error, yaitu

    dengan pengendali & dan akan dapat menghilangkan o""set oleh pengaruh

     pengendali ?.

    • &ada pengendali &roporsional @ ?ntegral @ Deri0ati" &?D!, maka merupakan

    gabungan dari &engendali &,?, dan D. ntuk pengendali &?D ini mempunyai si"at

      +%  31813!8"#o$

  • 8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1

    22/22

    seperti pengendali &? ditambah pengendali D yang dapat melakukan aksi awal

    yang besar apabila terdapat perubahan error yang cepat seperti akibat dari

     perubahan setting. *leh karena itu pengendali &?D sangat cocok untuk sistem

     pengendalian proses yang membutuhkan energi yang besar untuk melakukan

    aksinya, seperti pengendalian temperatur. Dan tidak cocok untuk sistem

     pengendalian yang mempunyai "luktuasi perubahan error yang cepat, seperti

     pengendalian low.

    ++ 31813!8 #