1.1 Sejarah SPO

MK. Sistem Pengendalian Otomatis 4 sks Teknik Fisika ITS

MK Daring Terbuka dan Terpadu

www.pditt.belajar.kemdikbud.go.ig

SEJARAH PERKEMBANGAN

TEKNIK PENGENDALIAN OTOMATIS

PENGANTAR

Dalam kehidupan kita sehari-hari seringkali kita ingin mengendalikan segala sesuatu agar

berjalan sesuai dengan apa yang kita kehendaki. Tujuan utamanya adalah agar hidup kita terasa

nyaman dan berkwalitas. Pada bagian ini akan dijelaskan sejarah perkembangan teknik

pengendalian otomatis.

SEJARAH PERKEMBANGAN TEKNIK PENGENDALIAN

OTOMATIS Di beberapa industri seperti industri proses, manufaktur dan sistem yang lain, membutuhkan

suatu sistem yang mampu untuk mengendalikan satu / beberapa variabel agar proses terjamin

keberlangsungannya. Ada beberapa kejadian di industri yang menunjukkan bahwa pentingnya

sistem pengendalian pada proses di industri, seperti meledaknya tangki NH3 di pabrik

Petrokimia, suhu gas yang terlalu tinggi yang keluar dari cerobong di pabrik Semen, terjadinya

tabrakan kapal pada sistem transportasi laut, terjadinya perubahan fungsi rem pada mobil dan

sebagainya. Kejadian tersebut menunjukkan bahwa tidak baiknya dan mungkin tidak adanya

sistem pengendalian tekanan dan suhu pada tangki, pengendali suhu pada proses semen,

pengendali arah pada kemudi kapal, pengendali pada rem, dan sebagainya.

Pada awal penggunaan teknik pengendalian secara otomatik ini, adalah lahir pada pengembangan

mekanisme yang mengatur pelampung mulai kira kira 300 SM sampai 1 M di Yunani. Dan

kemudian dalam perkembangannya digunakan sistem berumpan balik yang pertama di Eropa,

pada sistem pengatur suhu dari Cornelis Drebbel (1572 1633) dari Belanda. Dennis Papin (1647

1712) adalah yang pertama kali menemukan pengatur tekanan untuk pembangkit uap pada

tahun 1681. Pengatur tekanan ini bentuknya mirip pengatur keselamatan (safety regulator) pada

katup pemasak bertekanan (pressure cooker). Dan kemudian pengatur berumpan balik pertama

kali yang digunakan di industri adalah bola pengatur dari James Watt yang dikembangkan tahun

1769 untuk mengendalikan mesin uap. Alat yang sepenuhnya mekanis ini mengatur kecepatan

poros penggerak (shaft) dan menggunakan gerakan bola (flyball) untuk mengatur bukaan katup

sehingga bola pemberatnya akan naik, dan sejumlah uap akan masuk ke mesin. Bila kecepatan

bertambah, bola pemberat akan naik, dan bergerak menjauhi poros penggerak sehingga

menyebabkan katup menutup. Bola pemberat ini membutuhkan daya yang diambil dari mesin

untuk membuatnya berputar, dan ini membuat pengukuran kecepatan menjadi kurang teliti. Masa

masa sebelum tahun 1868 ditandai oleh perkembangan Sistem Pengaturan Otomatik yang

ditemukan secara intuitif. Untuk mempertinggi ketelitian sistem pengaturan membawa sistem ke

arah peredaman, atenuasi, osilasi transien yang lebih sedikit dan bahkan menjadikannya tidak

stabil. Hal inilah yang menyebabkan para ahli mengembangkan teori tentang pengendalian

automatis, seperti J.C Maxwell merumuskan dalam teori matematik, yang berhubungan dengan

teori pengendalian dengan menggunakan bentuk persamaan differensial untuk governor. Dalam

waktu bersamaan I. A Vyshnegradskii merumuskan pula bentuk model matematis dari berbagai

regulator.

Perkembangan teori pengendalian otomatik dan aplikasinya sebelum perang Dunia II di Amerika

berbeda dengan di Eropa dan Uni Sovyet. Adanya sistem telepon dan penguat elektronik

menyebabkan munculnya teori yang dikemukakan oleh Bode, Nyquist dan Black di

Laboratorium Bell Telephone. Dalam kawasan frekuensi , telah digunakan terutama untuk

menggambarkan penguat berumpan balik yang dirumuskan dalam bentuk bandwidth dan

variabel frekuensi yang lain. Sedangkan di Uni Sovyet, perkembangan teori pengendalian ini

diilhami oleh para ahli bidang mesin, sehingga cenderung dalam analisa kawasan waktu. Selama

perang Dunia II, dirasakan kebutuhan tentang pengendalian otomatik semakin meningkat, hal ini

saat dilakukan perancangan pesawat berpilot automatis, sistem pangarah senjata, sistem

pengendalian untuk arah antena radar, dan penerapan lain dalam bidang militer. Tentu saja hal

ini membutuhkan teori baru untuk perkembangan perancangan sistem pengendalian, hingga

sampai dengan tahun 1940 an, dilakukan metode trial eror dalam aplikasinya. Selama dasawarsa

50 an, titik berat teori pengendalian otomatik terletak pada metode bidang s (variabel komplek),

terutama pendekatan root locus karena memungkinkan dilakukan dengan bantuan komputer.

Tabel Error! No text of specified style in document.-1Sejarah teknik pengendalian

Tahun Penemu Keterangan

300

SM

Greece Valve apung dan regulator untuk

pengendalian ketinggian fluida

1770 James Watt Mesin uap, governor untuk

pengendalian kecepatan

1868 James Maxwell (Cambridge

University)

Teori tentang governor

1893 E.J Routh (Soviet union) Kriteria kestabilan

1893 A.M. Lyapunov Teori kestabilan, berdasar formulasi

state space

1927 HS Black dan HW Bode (AT & T

Bell Lab).

Feedback amplifier elektronik

1930 Norbert Wiener (MIT) Teori proses stokastik

1932 H Nyquist (AT & T Bell Lab). Kriteria kestabilan dari gain

Nyquist atau plot phase

1936 A Calleneder, DR Hartee dan A

Porter (Inggris)

Pengendali PID

1948 Claude Shannon (MIT) Teori matematika tentang

komunikasi

1948 WR Evans Metode root locus

1940 Bell Lab ( MIT) Teori dan aplikasi servomekanisme,

cybernetik dan pengendalian

1959 HM Payneter (MIT) Teknik Grafik Bond untuk

pemodelan sistem

1965 LA Zadeh Teori Himpunan Fuzzy dan Logika

Fuzzy dapat digunakan untuk

pengendali

1970an Pengendalian cerdas pengembangan

dari jaringan syaraf tiruan: pada

robot dan otomasi di industri

(Amerika Utara, Jepang, Eropa)

1980an Pengendalian robust : pada robot

atomasi secara fleksibel di berbagai

bidang

1990an Aplikasi produksi smart :

pengembangan mekatronika

Di Uni Sovyet lain lagi, dalam perkembangan teori pengendalian otomatik, domain waktu dan

domain frekuensi digunakan secara serentak untuk menganalisa sistem pengendalian. Sedangkan

sistem pengendalian modern yaitu sistem yang bertujuan untuk teknik pengendalian yang

berkaitan dengan analisa dan rancangan yang berkepentingan dengan sistem yang mempunyai

sifat mengorganisasikan sendiri, mudah menyerap dan menyesuaikan diri dengan keadaan

sekelilingnya serta bersifat optimal. Dampak dari teknik pengendalian modern adalah

produktivitas di dindustri meningkat.

Tabel Error! No text of specified style in document.-2 Perkembangan Industri Instrumen dan

Pengendalian Tahun Nama Perusahaan Produksi

1844 Siemens Governor cronometrik dengan aksi integral

1800 Brown Instrumen Pirometer untuk alat ukur suhu 1880 Taylor Instrumen Termometer dan barometer 1888 Fisher Governor Pengendali 1885 Butz Thermo - electric Thermo electric regulator 1913 Honeywell Heating Speciality Sistem pemanas air untuk rumah tangga 1903,1915 Bristol Company Pengendali suhu, indikator tekanan dan

perekam 1899 Morris Leeds Co Instrumen untuk laboratorium:

galvanometer, instrumentasi industri (1920)

1900 Tagliabue Co Pengontrol suhu udara 1916 Bailey Meter Co Instrumen untuk operasi boiler 1937 Fisher & Porter Rotameter 1934 Billman Control Motor Valve

Feedforward variator Sistem elektrik pada HVAC

Selanjutnya berkembang beberapa teknik pengendalian otomatik dengan berbagai metode, baik

yang dinamakan sebagai metode klasik, metode adaptif, modern maupun menggunakan logika

penalaran seperti manusia. Demikian pula hampir semua industri proses maupun industri

manufaktur seperti industri : pengecoran logam, pulp dan kertas, pembangkit daya, perminyakan,

kimia, kayu, keramik dan glas , perakitan, peralatan rumah tangga, dsb. Sejarah dari teknik

pengendalian dapat dilihat pada tabel 1.1 di atas.

Gambar 1 Governor untuk sistem pengendali kecepatan buatan J. Watt, merupakan suatu sistem

pengendali primitif. Gambar disamping menunjukkan skema dari governor.

Sebagai ilustrasi dari sejarah perkembangan instrumen dan sistem pengendalian di

beberapa industri dapat dilihat pada Tabel 1.2 di atas.

Gambar 2 Diagram sistem pengendalian modern

Mengapa perlu mempelajari teori tentang sistem pengendalian ? Tentu saja

ini berkaitan dengan apa tujuan yang hendak dicapai, diantaranya yaitu :

Momodifikasi atau meningkatkan performansi keluaran (baik statik maupun dinamik) dari

suatu sistem (robot, proses di industri pesawat terbang, manufaktur dll), caranya adalah dapat

dilakukan dengan merubah respon sistem atau menstabilkan plant yang tidak stabil. Pada

tujuan yang pertama ini dilakukan strategi yang dinamakan pengendali servo.

Menjaga kondisi operasi pada susatu sistem adalah fixed (misalkan, laju aliran pada pipa,

kecepatan motor, ketinggian pesawat terbang, arah dari kapal dsb) dengan adanya gangguan

dari luar (seperti adanya kebocoran pada pipa, gangguan angin, arus laut dan gelombang

dsb).Pada strategi kedua dinamakan kita merancang suatu regulator.

Membuat proses / plat tidak sensitif terhadap perubahan sifat internalnya atau dikatakan

kekokohan robustness.

Mencapai suatu kondisi yang lebih ekonomis (misalkan energi, waktu, bahan bakar dsb)

dengan cara meningkatkan operasi pada plant. Startegi seperti ini dikatakan sebagai optimasi.

Gambar 3 Diagram sebuah sistem pengendalian.

Dalam dunia industri sistem pengendalian otomatis sangat penting keberadaannya, tidak saja

untuk menjamin keberhasilan pencapaian tujuan dari suatu proses, tetapi juga untuk menjaga

kualitas, menghemat energi, menekan biaya. Untuk memahami pentingnya suatu sistem

pengendalian automatis ini, dapat dilihat dari skematik pada Gambar 1 di bawah ini.

Gambar 4 Prinsip dalam perancangan sistem pengendalian