final control dan actuator okay
Post on 18-Jan-2016
62 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Instrumentasi dan Pengendalian Proses| Mei 2013
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Instrumentasi digambarkan sebagai "the art and science of measurement
and control". Atau dengan kata lain instrumentasi adalah seni dan ilmu
pengetahuan dalam penerapan alat ukur dan sistem pengendalian pada suatu
obyek untuk tujuan mengetahui harga numerik variable suatu besaran proses dan
juga untuk tujuan mengendalikan besaran proses supaya berada dalam batas
daerah tertentu atau pada nilai besaran yang diinginkan (set point). Operasi di
industri proses seperti kilang minyak (refinery) dan petrokimia (petrochemical)
sangat bergantung pada pengukuran dan pengendalian besaran proses. Beberapa
besaran proses yang harus diukur dan dikendalikan pada suatu industri proses,
misalnya aliran (flow) di dalam pipa, tekanan (pressure) didalam sebuah vessel,
suhu (temperature) di unit heat exchange, serta permukaan (level) zat cair di
sebuah tangki.nSelain besaran proses di atas, beberapa besaran proses lain yang
cukup penting dan kadang-kadang perlu diukur dan dikendalikan oleh karena
kebutuhan specific proses, diantaranya ; hydrogen ion concentration (pH),
moisture content, conductivity, density or specific gravity, combustible content of
flue gas, oxygen content of flue gas, chromatographic stream composition,
nitrogen oxides emissions, calorimetry (BTU content) dan sebagainya.
Suatu sistem pengendalian proses terdiri atas beberapa unit komponen
antara lain, sensor atau transducer yang berfungsi menghasilkan informasi tentang
besaran yang diukur, transmitter yang memproses informasi atau sinyal yang
dihasilkan oleh sensor atau transducer agar sinyal tersebut dapat ditransmisikan,
controller yang berfungsi membandingkan sinyal pengukuran dengan nilai
besaran yang diinginkan (set point) dan menghasilkan sinyal komando
berdasarkan strategi control tertentu serta actuator (final control) yang berfungsi
mengubah masukan proses sesuai dengan sinyal komando dari pengontrol.
Berdasarkan latar belakang tersebut, pada makalah ini penulis hanya akan
membahas tentang final control dan actuator.
Kelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013
1
Instrumentasi dan Pengendalian Proses| Mei 2013
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang diatas, penulis dapat merumuskan masalah sebagai
berikut:
Apa yang dimaksud dengan final control dan actuator?
Apa fungsi dari final control dan actuator?
Apa saja jenis-jenis final control dan actuator?
Bagaimana cara kerja sebuah final control dan actuator?
1.3 Manfaat Penulisan
Adapun manfaat yang diharapkan dari penulisan makalah ini yaitu selain
memenuhi tugas dari dosen mata kuliah, juga bertujuan untuk memberi masukan
ilmu pengetahuan bagi semua khalayak pada umumnya dan khususnya bagi
penulis pribadi, sehingga kedepannya dapat lebih mengetahui segala hal mengenai
final control dan actuator.
Kelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013
2
Instrumentasi dan Pengendalian Proses| Mei 2013
BAB II
ISI
2.1 Final control
Didalam sistem pengendalian suatu proses industri, salah satu elemen
sistem kontrol yang sangat penting adalah final control element (control valve).
Elemen ini mengimplementasikan keputusan yang diambil oleh kontroler.
Misalnya, apabila kontroler “memutuskan” untuk menaikkan laju aliaran (flow
rate) suatu fluida, maka control valve akan membuka atau menutup untuk
mengimplementasikannya. Pentingnya menggunakan ukuran control valve yang
benar harus merupakan penekanan didalam desain suatu sistem kontrol agar
tujuan pengendalian suatu proses dapat terpenuhi. Ukuran control valve yang
terlalu kecil tidak akan bisa melaksanakan tugas, dan harus diganti dengan yang
lebih besar. Ukuran yang terlampau besar akan menyedot biaya awal lebih besar
serta biaya pemeliharaan yang cukup besar.
Dilihat dari segi operasinya valve yang over size akan memberikan fungsi
control yang tidak baik dan dapat menyebabkan ketidak stabilan system. Suatu
controller yang mahal, sensitive dan akurat akan menjadi tidak berarti jika control
valve tidak dapat mengoreksi aliran secara benar untuk menjaga titik control.
Fungsi dari elemen kontrol akhir adalah menterjemahkan sinyal-sinyal kontrol
energi rendah ketingkat tindakan yang sesuai dengan proses yang dikontrol.
Cara kerja kontrol akhir melibatkan sejumah langkah yang diperlukan
untuk mengkonversikan sinyal kontrol (yang dibangkitkan oleh alat kontrol
proses) menjadi aksi proporsional pada proses itu sendiri. Jadi,
untukmenggunakan sinyal kontrol 4 - 20 mA untuk menvariasikan suatu itngkat
aliran yang besar, dari katakanlah 10,0 m3/menit sampai 50,0 m3/menit sudah
tentu memerlukan beberapa operasi lanjutan. Operasi lanjutan tertentu bervariasi
berdasarkan desain kontrol proses akan tetapi generalisasi tertentu dapat dibuat
berdasarkan tahapan-tahapan dari sinyal kontrol sampai ke elemen kontrol akhir
itu sendiri.
Untuk suatu aplikasi kontrol proses tertentu, konversi alat kontrol proses
menjadi suatu fungsi kontrol dapat dijelaskan secara bertahap seperti ditunjukkanKelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013
3
Instrumentasi dan Pengendalian Proses| Mei 2013
pada Gambar 2.1. Disini, sinyal kontrol masukan boleh diambil dari berbagai
bentuk, termasuk arus listrik, sinyal digital, atau tekanan pneumatik.
Gambar 2.1 Elemen-elemen Operasi Kontrol Akhir
2.2 Konversi Sinyal
Tahap ini mengacu pada modifikasi yang harus dibuat pada sinyal kontrol
untuk melakukan interfis dengan tahap kontrol berikutnya, yakni aktuator
(penggerak). Jadi, jika suatu elemen kontrol katup akan dioperasikan denganaktuator
motor listrik. Maka sinyal kontrol DC 4/20 mA harus dimodivikasi untuk
mengoperasikan motor. Jika motor DC digunakan mungkin dilakukan konversi dari
arus ke tegangan dan amplifikasi. Peralatan-peralatan yang melakukan konversi
sinyal seperti ini disebut transduser, karena mengkonversikan sinyal-sinyal kontrol
dari bentuk yang satu ke bentuk lainnya seperti dari arus ketekanan, dari arus
ketegangan, dan seterusnya.
Tujuan utama dari konversi sinyal adalah mengkonversikan sinyal kontrol
energi rendah menjadi sinyal energi tinggi untuk mengendalikan penggerak. Sinyal-
sinyal keluaran alat kontrol biasanya ada dalam salah satu dari ketiga bentuk berikut
ini :
1. Sinyal arus listrik, biasanya 4 sampai 20 mA.
2. Sinyal tekanan pnemetik, biasanya 3 sampai 15 psi (0,2 – 1 Bar)
Kelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013
4
Sinyal Kontrol Konversi Sinyal Aktuator
Elemen kontrol akhir
Proses
Instrumentasi dan Pengendalian Proses| Mei 2013
3. Sinyal-sinyal digital, biasanya tegangan-tegangan level TTL dalam format
seri atau paralel.
2.3 Aktuator
Hasil konversi sinyal memberikan sinyal yang telah diperkuat dan/atau sinyal
yang telah diubah yang dirancang untuk beroperasi (menggerakkan) suatu mekanisme
guna mengubah variabel yang sedang dikontrol pada proses. Efek langsungnya
biasanya diimplementasikan oleh sesuatu di proses misalnya katup atau pemanas
yang harus dioperasikan oleh sejumlah perlengkapan. Aktuator adalah terjemahan
dari sinyal kontrol (terkonversi) menjadi tindakan pada elemen kontrol. Jadi, jika
sebuah katup akan dioperasikan, maka aktuator adalah sebuah peralatan yang
mengkonversikan sinyak kontrol menjadi tindakan fisik berupa bukaan atau tutupan
katup tersebut.
Jika sebuah katup (valve) dipakai untuk mengontrol aliran fluida, sejumlah
mekanisme harus membuka atau menutu katup secara fisik. Jika sebuah pemanas
(heater) dipakai untuk memanaskan sebuah system, sejumlah peralatan harus
mematikan (meng-OFF-kan) atau menyalakan (meng-ON-kan) pemanas atau
mengubah-ubah eksitasinya. Ini merupakan contoh-contoh akan kebutuhan sebuah
penggerak di loop kontrol proses. Aktuator bias mempunyai sejumlah bentuk yang
berbeda-beda guna memenuhi kebutuhan-kebutuhan khusus dari loop-loop kontrol
proses. Pada bagian ini akan dibahas beberapa tipe aktuator listrik, pneumatik dan
hidrolik.
2.3.1 Aktuator Listrik
Beberapa tipe aktuator elektrik adalah sebagai berikut:
a. Solenoid
b. Motor stepper
c. Motor DC
d. brushless DC-motors
e. Motor Induksi
f. Motor Sinkron
Pada makalah ini, penulis hanya akan membahas solenoid dan motor
stepper.
Kelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013
5
Instrumentasi dan Pengendalian Proses| Mei 2013
a. Solenoid
Suatu solenoid adalah suatu alat dasar yang mengkonversi suatu sinyal
listrik ke dalam gerakan mekanis, pada umumnya seperti garis. Seperti
ditunjukkan Gambar 2.2, solenoid terdiri dari suatu kumparan dan alat pengisap.
Pengisap tersebut adalah free-standing atau dimuati pegas. Kumparan mempunyai
beberapa rating tegangan atau arus dan tipenya bisa dc atau ac. Spesifikasi
solenoid meliputi rating listrik dan gaya pengisap menarik atau mendorong ketika
yang diberi tegangan tertentu. Beberapa solenoid terbatas hanya untuk tugas
sebentar-sebentar oleh karena batasan yang berkenaan dengan panas. Dalam hal
ini, duty cycle maksimum (persentase total waktu) akan ditetapkan. Solenoid
digunakan ketika suatu gaya mendadak yang besar harus dipakai untuk
melaksanakan beberapa pekerjaan.
Gambar 2.2. Solenoid
b. Motor Stepper
Motor Stepper adalah motor DC yang gerakannya bertahap (step per step) dan
memiliki akurasi yang tinggi tergantung pada spesifikasinya. Motor stepper
mengkonversikan pulsa elektrik yang diberikan padanya menjadi gerakan diskrit
rotor yang disebut step. Motor stepper terdiri dari staor electromagnet dan rotor
magnet permanen. Setiap motor stepper mampu berputar untuk setiap stepnya
dalam satuan sudut (0.75, 0.9, 1.8), makin kecil sudut per step-nya maka gerakan
per step-nya motor stepper tersebut makin presisi.
Motor stepper banyak digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang biasanya
cukupmenggunakan torsi yang kecil, seperti untuk penggerak piringan disket atau
piringan CD. Dalam hal kecepatan, kecepatan motor stepper cukup cepat jika
dibandingkan dengan motor DC. Motor stepper merupakan motor DC yang tidak Kelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013
6
Instrumentasi dan Pengendalian Proses| Mei 2013
memiliki komutator. Pada umumnya motor stepper hanya mempunyai kumparan
pada statornya sedangkan pada bagian rotornya merupakan magnet permanent.
Dengan model motor seperti ini maka motor stepper dapat diatur posisinya pada
posisi tertentu dan/atau berputar ke arah yang diinginkan, searah jarum jam atau
sebaliknya. Kecepatan motor stepper pada dasarnya ditentukan oleh kecepatan
pemberian data pada komutatornya. Semakin cepat data yang diberikan maka
motor stepper akan semakin cepat pula berputarnya. Pada kebanyakan motor
stepper kecepatannya dapat diatur dalam daerah frekuensi audio dan akan
menghasilkan putaran yang cukup cepat. Untuk mengatur gerakan motor per step-
nya dapat dilakukan dengan 2 cara berdasarkan simpangan sudut gerakannya yaitu
full step dan half step.
2.3.2 Aktuator Pneumatik
Aktuator digunakan untuk mennggerakkan control valve. Pengoperasian
aktuator melibatkan penempatan bagian yang dapat digerakkan (plug, ball or vane).
Adapun bagian-bagian aktuator dapat dilihat pada Gambar 2.3. Prinsip kerja aktuator
yaitu tekanan udara yang masuk melalui air inlet mendorong actuator yang ditahan
dua buah atau lebih per/pegas penahan, sehingga spindle penggerak valve terangkat.
Besarnya persentase valve opening sebanding dengan besarnya persentase air
pressure yang masuk.
Gambar 2.3. Pneumatic actuatorKelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013
7
Instrumentasi dan Pengendalian Proses| Mei 2013
Gambar 2.4. Control valve with actuator normaly closed type
2.3.3 Aktuator Hidrolik
Aktuator sistem hidrolik adalah komponen yang melakukan aksi atau
meneruskan daya dari pompa untuk melakukan kerja. Untuk beberapa kasus yang
membutuhkan gaya yang sangat besar, luas diafragma pneumatik yang dibutuhkan
untuk sinyal-sinyal control standar mungkin akan menjadi terlalu besar dilihat dari
pertimbangan praktis. Dalam kasus seperti ini, digunakan aktuator hidrolik. Prinsip
kerjanya diperlihatkan pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5. Penggerak hidrolik
.
Kelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013
8
Instrumentasi dan Pengendalian Proses| Mei 2013
2.3 Elemen Kontrol
Peralatan ini mempunyai pengaruh langsung pada variabel dinamis proses
dan dirancang sebagai bagian integral dari proses. Jadi, jika kita ingin mengontrol
aliran maka elemen kontrol yang berupa sebuah katup, harus ada langsung di
sistem aliran. Demikian juga, jika kita ingin mengontrol suhu, maka mekanisme
atau elemen kontrol yang punya pengaruh langsung terhadap suhu harus
dilibatkan di proses. Ini bisa berupa kombinasi pemanasan/pendingin yang
digerakkan secara listrik oleh relay atau katup pneumatik guna mengontrol fluks
dari reaktan. Berdasarkan cara kerjanya control element terbagi tiga, yaitu :
mekanikal, elektrik dan fluid valve.
2.3.1 Mecanical control elements
Elemen kontrol yang melakukan beberapa operasi mekanis dalam proses
dapat digambarkan dalam contoh berikut ini :
1. Solid material hopper valves
Perhatikan tangki pemasokan gandum pada gambar 2.6. Sistem kontrol
digunakan adalah untuk menjaga aliran gandum dari tangki penyimpanan untuk
menyediakan laju alir konstan pada konveyor tersebut. Aliran ini tergantung pada
ketinggian gandum didalam tangki, oleh karena itu katup hopper harus membuka
atau menutup untuk mengkompensasikan variasi. Pada kasus ini operasi aktuator
type-vane valve untuk mengontrol laju aliran gandum. Jadi sensor yang ada pada
konveyer akan mengukur laju aliran gandum tersebut. Kemudian data yang
terukur tersebut dikirm ke ccontroller untuk kemudian dibandingkan dengan
setpoint. Jadi selisih angka pada yang terukur dengan setpoint tersebut, akan
dikirim ke actuator dalam bentuk sinyal, sehingga aktuator akan menggerakkan
hopper valve tersebut, harus menutup atau membuka. Aktuator bisa menjadi
motor untuk menyesuaikan posisi poros, silinder hidrolik atau mekanisme lain.
Kelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013
9
Instrumentasi dan Pengendalian Proses| Mei 2013
Gambar 2.6 Mechanical control elements in the rorm of a hopper valve
2. Paper Thickness
Pada gambar 2.7 merupakan fitur penting dari sebuah sistem untuk
mengontrol ketebalan kertas yang akan ditampilkan. Kertas ini adalah suspensi
serat basah yang dilewatkan diantara roller. Dengan memvariasikan pemisahan
roller, ketebalan kertas diatur. Elemen kontrol mekanik yang ditampilkan adalah
roller bergerak. Aktuator bisa jadi adalah sebuah elektrikal, pneumatik, atau
hidrolik dan menyesuaikan pemisahan roller berdasarkan ukuran ketebalan.
2.3.2 Electrical Control Elements
Pada Gambar 2.7, diperlihatkan sebuah sistem kontrol yang dipakai untuk
mengontrol suhu pembakaran kue yang ditentukan oleh warna kue tersebut.
Sistem pengukuran optik menghasilkan sinyal 4 – 20 mA yang merupakan
reprerentasi analog dari warna kue (dengan demikian menunjukkan pembakaran
yang tepat).
Kelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013
10
Instrumentasi dan Pengendalian Proses| Mei 2013
Gambar 2.7. Sistem proses kontrol yang memperlihatkan cara kerja kontrol akhir
Alat kontrol membandingkan pengukuran dengan set point dan
mengeluarkan sinyal 4 – 20 mA yang meregulasi kecepatan motor pengumpan
sabuk ban berjalan guna mengatur waktu pembakaran di oven. Cara kerja kontrol
akhir digambarkan oleh konversi sinyal yang mentranformasikan sinyal 4 – 20
mA menjadi sinyal 50 – 100 V yang dibutuhkan oleh kontrol kecepatan motor.
Motor itu sendiri adalah penggerak, sedangkan rakitan sabuk ban berjalan adalah
elemen kntrol. Karena aplikasi teknik proses kontrol di industri bervariasi seperti
jenis industri itu sendiri, dalam hal ini tidak praktis jika kita ingin membahas
teknik kontrol akhir secra keseluruhan. Dengan memperlajari sejumlah contoh
saja, pembaca diharapkan siap untuk menganalisis dan memahami teknik-teknik
lainnya yang ada di industri.
2.3.3 Fluid Valves Control Elements
Pada gambar 2.7 merupakan elemen kontrol pengendali aliran fluida cair.
Pada kasus ini, aktuator yang digunakan adalah pneumatic actuator. Jika laju
aliran fluida terlalu besar atau terlalu kecil maka sensor akan mengirim sinyal ke
kontrolle untuk kemudian dibandingkan dengan set point. Kemudian selisih
dengan set point tersebutt akan dikirim dalam bentuk sinyal ke actuator, sinyal
yang dikirm dalam bentuk arus listrik yang kemudian dikonversi ke tekanan. Kelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013
11
Instrumentasi dan Pengendalian Proses| Mei 2013
Tekanan udara tersebut lah yang akan menggerakkan actuator harus membuka
atau menutup.
Gambar 2.8 Pneumatic actuator yang dihubungkan ke control valve
Kelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013
12
Instrumentasi dan Pengendalian Proses| Mei 2013
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
1. Fungsi kontrol akhir dapat diimplementasikan oleh pengkondisian sinyal,
sebuah actuator, dan sebuah elemen control akhir.
2. Pengkondisian sinyal melibatkan perubahan sebuah sinyal control menjadi
bentuk sinyal dan daya yang diperlukan untuk memberikan energy kepada
aktuator.
3. Aktuator adalah tahap antara sinyal control yang dikonversikan dan elemen
kontrol akhir. Aktuator listrik yang umum adalah solenoid, motor stepper,
motor DC dan motor AC.
4. Aktuator pneumatic dan hidrolik sering dipakai pada kontrol proses karena
memungkinkan dihasilkannya gaya-gaya yang sangat besar dari system
tekanan yang sederhana.
5. Elemen kontrol akhir aktual bervariasi sebagaimana aplikasinya di industri.
3.2 Saran
Bagi pemakalah selanjutnya yang ingin menjadikan makalah ini sebagai
referensinya, disarankan untuk lebih menambah ilustrasi-ilustrasi, baik gambar,
tabel maupun grafik agar lebih mempermudah pembaca untuk memahami setiap
keterangan yang diberikan dalam pembahasan mengenai final control dan actuator
ini.
Kelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013
13
top related