315

12.1 Pengertian Sistem PengaturanPengertian kontrol atau pengaturan adalah proses atau upaya untuk mencapai tujuan. Sebagaicontoh sederhana dan akrab dengan aktivitas sehari-hari dari konsep kontrol atau pengaturanadalah saat mengendarai kendaraan. Tujuan yang diinginkan dari proses tersebut adalahberjalannya kendaraan pada lintasan (track) yang diinginkan. Ada beberapa komponen yangterlibat di dalamnya, misalnya pedal gas, speedometer, mesin (penggerak), rem, dan pengendara.Sistem kontrol berkendaraan berarti kombinasi dari komponen-komponen tersebut yangmenghasilkan berjalannya kendaraan pada lintasan yang diinginkan. Ketika jalan lengang danaturan memperbolehkan, pengendara mempercepat laju kendaraan dengan membuka pedal gas.Demikian pula, jika ada kendaraan lain di depan atau lampu penyeberangan berwarna merahmaka pengendara menginjak rem dan menurunkan kecepatannya. Semua upaya itu dilakukanuntuk mempertahankan kendaraan pada lintasan yang diinginkan.

Misalnya kita ingin mengatur agar tegangan yang dihasilkan oleh generator arus searah bernilaikonstan, seperti pada Gambar 12.1.

Dalam sistem tersebut, karena tegangan keluaran U diinginkan tetap maka arus keluaran I berubahsesuai dengan nilai beban. Arus keluaran dihasilkan oleh kecepatan putar rotor pada generatoryang dibangkitkan oleh arus eksitasi Ie. Dengan berubah-ubahnya arus I maka arus eksitasi Iejuga harus berubah mengikuti nilai arus I tersebut. Perubahan arus eksitasi dilakukan secaramanual. Besar arus eksitasi disesuaikan dengan kebutuhan untuk menghasilkan arus keluaranI oleh generator. Karena pengaturan ini dilakukan secara manual, seorang operator harus terus-menerus melihat besar arus keluaran yang diinginkan untuk disesuaikan dengan besar aruseksitasi yang diperlukan. Dalam istilah teknik kontrol, tegangan U disebut variabel yang dikontrolx, arus eksitasi disebut variabel buatan (manipulated variable) y, dan arus beban I disebut variabelgangguan (disturbance variable) z. Tegangan konstan yang diinginkan dalam pengaturan inidisebut variabel acuan (referensi). Dalam bentuk diagram blok, sistem kontrol digambarkan padaGambar 12.2. Dalam diagram blok tersebut, plant (objek yang dikontrol) menghasilkan variabelyang dikontrol serta kontroler menghasilkan variabel termanipulasi.

BAB 12TEKNIK PENGATURAN OTOMATIS

Gambar 12.1 Pengaturan manual tegangan pada Generator

316

Plant Variabel yang dikontrol Aktuator

Motor listrik Kecepatan putar KontaktorGenerator Tegangan TransistorPengatur suhu ruangan suhu Thyristor

Istilah Simbol Contoh

Variabel yang dikontrol x TeganganVariabel acuan w Tegangan acuanVariabel termanipulasi y Arus eksitasiSelisih (error) e Selisih teganganVariabel gangguan z Arus beban

Contoh lain dapat disebutkan berupa proses memindahkan barang oleh tangan kita. Pada prosestersebut, tujuannya adalah posisi atau letak barang yang diinginkan. Komponennya berupa tangan(dalam hal ini tentunya dengan otot tangan), mata, dan otak sebagai pengontrol. Pada saattangan bergerak untuk memindahkan barang, mata akan menangkap informasi tentang posisipada saat itu. Informasi tersebut diproses oleh otak untuk disimpulkan apakah posisinya sudahbenar atau tidak. Selanjutnya, apabila posisinya masih belum tercapai maka otak akanmemerintahkan otot tangan untuk bergerak memindahkan barang ke posisi yang diinginkan.Proses pengaturan suhu tubuh adalah juga contoh dari sistem kontrol. Tujuannya menjaga suhutubuh agar berjalan normal. Secara umum dapat dikatakan semua proses yang terjadi di alampada hakikatnya adalah sebuah sistem kontrol.Dalam teknik kontrol dipelajari tentang pengaturan sistem agar menghasilkan keluaran yangdiinginkan. Komponen utama sistem kontrol terdiri atas objek yang dikontrol (disebut plant),variabel (besaran) yang dikontrol, dan aktuator. Tabel 12.1 memperlihatkan contoh sistem kontroldengan komponen-komponennya. Misalnya plant berupa motor listrik, maka variabel yang dikontroladalah kecepatan dan aktuatornya adalah kontaktor.Tabel 12.1 Contoh Komponen Sistem Kontrol

Tabel 12.2 memperlihatkan istilah teknis dalam sistem kontrol serta simbol formalnya

Tabel 12.2 Istilah Penting dalam Sistem Kontrol

Selain secara manual, pengaturan tegangan pada generator bisa dilakukan secara otomatismenggunakan Thyristor, seperti diperlihatkan pada Gambar 12.3.

Gambar 12.2 Diagram blok sistem kontrol

317

Dalam pengaturan secara otomatis, peranan operator diganti oleh peralatan atau komponenyang secara otomatis bekerja sesuai dengan fungsi operator. Pada Gambar 12.3, peranan operatordiganti oleh gabungan antara sensor tegangan (berupa trafo tegangan) dan Thyristor sebagaiaktuator penghasil arus eksitasi yang mengatur kecepatan putar rotor dalam generator.Dalam sistem tersebut, setiap harga tegangan yang dihasilkan oleh generator ditangkap olehtrafo tegangan untuk dibandingkan dengan tegangan acuan (referensi). Selisih tegangan ini menjadiinput pemicu (trigger) Thyristor yang menentukan nilai arus eksitasi dan output tegangan yangselanjutnya mempengaruhi generator untuk menghasilkan tegangan output yang diinginkan.Prinsip pengaturannya sebagai berikut: apabila tegangan output lebih rendah dari tegangan acuanmaka Thyristor akan menghasilkan arus eksitasi sehingga tegangan output generator naikmendekati harga tegangan acuannya. Sebaliknya jika tegangan output lebih tinggi dari teganganacuan maka Thyristor akan menghasilkan arus eksitasi sehingga tegangan output generatorturun mendekati harga tegangan acuannya.

12.2 Diagram Blok Sistem KontrolAda dua bentuk umum sistem kontrol:a. Sistem Kontrol Lingkar-terbuka (Open-Loop Control System).b. Sistem Kontrol Lingkar-tertutup (Closed-Loop Control System) atau sistem kontrol dengan

umpan balik (Feedback Control System).

Sistem kontrol yang pertama sering disebut pengaturan secara manual, sedangkan yang keduadisebut kontrol otomatis. Seperti diperlihatkan pada Gambar 12.2, untuk memudahkan melihatproses pengaturan yang berlangsung dalam sistem kontrol, dibuat diagram blok yangmenggambarkan aliran informasi dan komponen yang terlibat dalam sistem kontrol tersebut.Gambar kotak mewakili tiap komponen dalam sistem kontrol, sedangkan aliran informasidiperlihatkan dengan garis dengan tanda anak panah di salah satu ujungnya yang menandakanarah informasi atau data dalam proses pengaturan tersebut. Diagram blok sistem kontrol lingkar-terbuka (SKL-buka) diperlihatkan dalam Gambar 12.4.

Diagram blok sistem kontrol lingkar-tertutup diperlihatkan dalam Gambar 12.5.

Gambar 12.3 Pengaturan tegangan secara otomatis

Gambar 12.4 Diagram blok sistem kontrol open-loop

318

Dalam sistem kontrol lingkar-tertutup, nilai keluaran berpengaruh langsung terhadap aksipengaturan. Sinyal selisih (error) yaitu perbedaan antara masukan acuan dan sinyal umpan balikdiberikan kepada kontroler sedemikian sehingga dalam prosesnya memperkecil selisih danmenghasilkan keluaran sistem pada harga atau kondisi yang diinginkan. Sistem kontrol lingkartertutup dalam kenyataannya selalu merujuk kepada sistem yang menggunakan umpan balikuntuk mengurangi error sistem.

Sistem kontrol lingkar-terbuka adalah sistem yang keluarannya tidak berpengaruh terhadap aksipengaturan. Dengan kata lain, dalam sistem ini keluarannya tidak diukur ataupun diumpanbalikkanuntuk dibandingkan dengan masukan. Contoh praktis sistem ini adalah mesin cuci. Perendaman,pencucian, dan penyabunan dalam mesin cuci beroperasi berdasarkan waktu yang ditentukanoleh pengguna. Mesin tidak mengukur kondisi sinyal keluaran berupa kebersihan pakaian. Dalamsistem tersebut, keluaran tidak dibandingkan dengan masukan acuan, sehingga masukan acuanberhubungan dengan kondisi operasi (operating condition) yang tetap. Akibatnya ketelitian sistemsangat bergantung kepada kalibrasi. Dalam hal adanya gangguan, sistem kontrol lingkar-terbukatidak akan menunjukkan hasil yang diharapkan. Sistem kontrol ini dapat digunakan dalam praktikhanya jika hubungan antara masukan dan keluaran diketahui dan tidak ada gangguan.

Keuntungan dari sistem kontrol lingkar-tertutup terlihat dari penggunaan umpan balik yangmembuat respon sistem tidak terlalu peka (sensitif) terhadap gangguan luar ataupun perubahannilai-nilai komponen dalam sistem. Hal tersebut memungkinkan penggunaan komponen yangtidak akurat dan murah untuk mewujudkan pengendalian yang akurat untuk suatu plant. Dari sisikestabilan, sistem kontrol lingkar-terbuka relatif lebih mudah dibuat karena kestabilan sistembukan masalah utama. Di lain pihak, kestabilan menjadi masalah besar dalam sistem kontrollingkar-tertutup karena penanganan error yang berlebihan bisa menyebabkan osilasi. Sistemkontrol ini bermanfaat apabila ada gangguan yang bersifat sukar ditentukan atau diramalkan,tetapi biasanya sistem kontrol lingkar tertutup juga memerlukan daya dan biaya yang relatif lebihbesar dibandingkan dengan sistem kontrol lingkar-terbuka yang bersesuaian.

Dewasa ini dengan kemajuan teknologi dalam bidang elektronika dan komputer, hampir seluruhsistem dikendalikan secara elektronis dan terkomputerisasi. Peran manusia menjadi hanyasebagai operator. Dalam merealisasikan sistem yang dikendalikan dengan komputer makapenambahan komponen pengubah dari sinyal analog ke digital dan sebaliknya mutlak diperlukanuntuk menjamin keberlangsungan proses dalam sistem tersebut.

Contoh 1: Pemanasan air

Perhatikan diagram skematik sistem pemanasan air pada Gambar 12.6.

Gambar 12.5 Diagram blok sistem kontrol closed-loop

319

Skema tersebut memperlihatkan sistem pengaturan yang bertujuan untuk memperoleh air panasdengan suhu tertentu. Air yang akan dipanaskan disimpan dalam tangki air (PLANT). Mekanismepemanasan air dilakukan dengan mengalirkan uap panas ke dalam saluran uap panas yangselanjutnya uap panas ini akan memanaskan air dingin yang masuk ke dalam tangki. Seorangoperator (KONTROLER) bertugas untuk mengatur aksi buka tutup katup (AKTUATOR) padasaluran uap panas.Algoritma kontrolnya adalah apabila suhu air panas kurang dari yang diinginkan maka bukakatup saluran uap, sebaliknya jika suhu air panas lebih dari yang diinginkan maka tutup katupsaluran uap. Sebuah termometer (SENSOR) digunakan untuk mendeteksi besar suhu air panasyang dihasilkan. Sistem kontrol tersebut dapat dilihat melalui diagram blok Gambar 12.7.

Meskipun ada sensor berupa termometer pada sistem ini, kita tidak dapat mengatakan sistemini sebagai SKL-tutup, karena data suhu tidak diproses langsung oleh sistem tetapi diprosesmelalui operator. Dengan kata lain, intervensi operator menyebabkan berlangsungnya prosesdalam sistem. Apabila diinginkan menjadi sistem kontrol lingkar-tertutup, maka fungsi operatorharus diambil alih oleh peralatan elektronika pemroses keputusan (misalnya komputer ataumikrokontroler) serta rangkaian penggerak (driver) pemutar buka tutup katup. Selain itu, sensorelektronis juga menjadi kebutuhan untuk menjamin tersedianya informasi keluaran yang terus-menerus. Bentuk diagram blok sistem kontrol lingkar-tertutup untuk sistem pemanasan air inidiperlihatkan pada Gambar 12.8.

Contoh 2. Pengaturan tinggi permukaan air

Gambar 12.9 secara skematik memperlihatkan pengaturan tinggi permukaan air. Dalam sistemini, yang ingin diatur adalah tinggi permukaan air dalam tangki (PLANT). Seorang operator

Gambar 12.6 Sistem Pemanasan Air

Gambar 12.7 Diagram blok sistem pemanasan air

Gambar 12.8 Diagram blok sistem pemanasan air secara otomatis

320

Gambar 12.12 kontrol otomatis pada mobile robot

(KONTROLER) bertugas membuka tutup kran air (AKTUATOR) untuk menjaga tinggi permukaanair yang tetap. Algoritma kontrolnya adalah buka kran air apabila tinggi permukaan air turun dantutup kran air apabila tinggi permukaan air lebih dari yang diinginkan.

Di sini yang berfungsi sebagai sensor adalah mata sang operator yang selalu melihat tinggipermukaan air. Diagram blok sistem kontrol lingkar terbuka untuk sistem ini dapat digambarkandalam bentuk berikut.

Contoh 3. Mobile Robot

Mobile robot secara sederhana didefinisikan sebagai robot yang bergerak sendiri mengikuti jalur(path) yang diinginkan untuk menghindari rintangan. Prototipenya diperlihatkan dalam Gambar12.11.

Prototipe mobile robot tersebut dilengkapi dengan sensor ultrasonik untuk mendeteksi jarakdirinya ke penghalang di depan, samping kiri, dan kanannya.Selain itu, mikrokontroler digunakan sebagai pengaturnya, dan motor stepper difungsikan untukmenggerakkan rodanya. Cara kerjanya sebagai berikut. Robot berjalan dalam arah lurus kedepan, jika sensor depan mendeteksi adanya penghalang, maka sensor samping (kiri dan kanan)akan mendeteksi ada atau tidak penghalang. Jika di kiri tidak ada penghalang, maka robotberbelok ke kiri, sebaliknya jika penghalangnya di kiri, maka dia berbelok ke kanan. Jikapenghalang juga berada di kiri dan kanan, maka robot bergerak mundur.Diagram blok sederhana untuk menggambarkan sistem tersebut diperlihatkan pada Gambar12.12.

Gambar 12.10 Diagram blok pengaturan tinggi air

Gambar 12.11 Prototipe mobile robot

Gambar 12.9 Pengaturan tinggi permukaan air

321

Gambar 12.14 Hubungan tegangan fungsi arus

Gambar 12.13 Perilaku statis Generator Arus Searah

12.3 Perilaku Sistem KontrolAda dua tipe perilaku sistem kontrol, yaitu statis dan dinamis. Perilaku statis sistem kontroldiperlihatkan oleh hubungan linear antara variabel yang dikontrol dengan perubahan variabeltermanipulasinya, sedangkan perilaku dinamis ditandai oleh respon sistem kontrol terhadapinputnya.Sebagai contoh, Gambar 12.13 memperlihatkan sistem kontrol pada generator arus searahdengan variabel yang dikontrol berupa tegangan dan variabel termanipulasinya arus eksitasipada lilitan medannya. Gambar 12.13a adalah diagram rangkaiannya. Sedangkan Gambar12.13b memperlihatkan karakteristik statis dari sistem kontrol pada generator tersebut.

Untuk setiap nilai arus yang dihasilkan oleh generator, hubungan antara arus eksitasi dan tegangankeluaran digambarkan dengan garis lurus (persamaan linear) seperti diperlihatkan pada Gambar11.14.

Perilaku statis dari sistem kontrol dinyatakan dengan koefisien transfer (Ks), yaitu angka yangmenunjukkan perbandingan antara perubahan nilai variabel yang dikontrol (x) dengan perubahannilai variabel termanipulasi (y).Secara grafis, hubungan tersebut diperlihatkan pada Gambar 12.15.

322

Dari grafik tersebut, koefisien transfer dinyatakan dengan rumus:

KS = ∆∆

xy

Contoh: Sebuah pemanas listrik memerlukan arus dari 5 A sampai 7 A untuk menghasilkansuhu dari 80°C sampai 100°C. Hitung koefisien transfer dari sistem tersebut.Jawab :

KS = ∆∆

xy

= ° − °

−100 80

7 5C CA A

= 10KA

Perilaku sistem dinamis ditinjau dari respon sistemyang dikontrol terhadap input berbentuk tangga (step).Input berasal dari variabel termanipulasi, sedangkanrespon sistemnya berupa variabel yang dikontrol. Gambar11-16 memperlihatkan respon sistem dan simbolnya.Berdasarkan bentuk responnya, ada lima klasifikasi sistemkontrol.1. Sistem kontrol tanpa waktu tunda (PT0),2. Sistem kontrol waktu tunda satu langkah (PT1),3. Sistem kontrol waktu tunda dua langkah (PT2),4. Sistem kontrol waktu tunda banyak (PTn), dan5. Sistem kontrol dengan waktu mati (dead time).

P pada penamaan sistem tersebut berarti proporsional, artinya bentuk sinyal reponnya sebandingdengan bentuk sinyal inputnya. T berindeks berarti waktu tunda respon terhadap inputnya. Waktutunda adalah waktu yang dibutuhkan oleh respon sistem untuk mencapai bentuk inputnya. T0 (T-nol) artinya tidak ada waktu tunda pada respon sistem, sehingga untuk sistem PT0 begitu inputdiberikan pada sistem atau sistem dijalankan, respon sistem langsung mengikuti bentuk inputnya.T1 berarti waktu tunda responnya tingkat satu, T2 berarti waktu tunda responnya tingkat dua, danseterusnya. Secara umum, semakin besar tingkat waktu tundanya semakin lambat respon outputterhadap inputnya.Bentuk respon sistem PT0 diperlihatkan pada Gambar 12.16a. Pada gambar tersebut terlihatsistem merespon inputnya secara langsung tanpa ada selang waktu. Simbol sistem PT0diperlihatkan pada Gambar 12.16b. Terlihat bahwa pada sistem PT0, nilai output langsung mengikutinilai inputnya tanpa penundaan waktu.

Gambar 12.16 Sistem PT0

Gambar 12.15 Perubahan tegangan fungsi arus eksitasi

323

Sebagai contoh dari sistem ini adalah pengaturan arus kolektor suatu transistor bipolar denganinput arus basisnya. Sementara sistem PT1 diperlihatkan pada Gambar 12.17. Model fisik darisistem PT1 menggambarkan sebuah proses pemanasan air dengan mengalirkan uap panas padasebuah tangki melalui operasi buka tutup katup. Tujuan pengaturannya adalah air diinginkanmemiliki suhu tertentu.

Pada saat katup dibuka untuk mengalirkan uap panaske dalam tangki, proses pemanasan mulaiberlangsung. Suhu air bertambah seiring denganbanyaknya uap panas yang mengalir ke dalam tangki.

Perubahan suhu air dalam tangki mengikuti grafikpada Gambar 12.18a. Pada grafik tersebut, xmenyatakan suhu air setiap saat, sedangkan ymenandai suhu air yang diinginkan. Perubahan suhuair berlangsung lambat dan mengikuti bentukeksponensial dengan konstanta waktu Ts. Simbolsistem PT1 diperlihatkan pada Gambar 12.18b.

Terlihat bahwa nilai outputnya mencapai ataumengikuti nilai inputnya dalam waktu tertentu (waktutunda). Contoh lain dari sistem PT1 adalah kumparan,karena jika tegangan diberikan pada kumparan, arusyang muncul mengikuti bentuk eksponensial sepertipada Gambar 12.18a.

Radiator pemanas ruang dengan uap pemanas merupakan contoh sistem PT2 diperlihatkan padaGambar 12.19.

Model radiator dengan saluran masuk uap panas melalui katup dan dilengkapi saluran keluarudara dari radiator tersebut. Prinsip pengaturannya sama dengan pemanasan air, yaitu diharapkanradiator tersebut memiliki suhu akhir tertentu. Pada saat katup uap panas dibuka maka prosespemanasan mulai berlangsung. Adanya saluran keluar yang tidak dilengkapi katup menyebabkansuhu dalam radiator tidak mengalami perubahan, seolah-olah uap panas yang masuk langsungdibuang melalui saluran keluar. Kondisi ini berlangsung dalam rentang waktu tertentu yang disebutwaktu mati (deadtime) Tu. Apabila proses pemasukan uap panas terus berlangsung, makaperubahan suhu dalam radiator mengikuti pola grafik pada Gambar 12.20. Suhu akhir diperoleh

Gambar 12.17 Model fisik PT1

Gambar 12.18 Respon Kontrol PT1

Gambar 12.19 Model Sistem Kontrol PT2

324

dalam selang waktu tertentu yang disebut waktu menetap (settling time) Tg. Adanya dua parameterwaktu tunda Tu dan Tg menyebabkan sistem ini disebut sistem PT2.Simbol sistemnya diperlihatkan pada Gambar 12.20b. Dapat dilihat pada simbol itu, bahwaoutput sistem mulai merespon setelah beberapa saat (waktu mati) dan mencapai inputnya setelahselang waktu tertentu (waktu menetap).Contoh lain dari sistem PT2 ini adalah motor arus searahdengan magnet permanen, dimana kecepatannya diaturmelalui perubahan arus jangkar. Sistem ini memiliki duakonstanta waktu, satu untuk lilitan jangkar dan yanglainnya untuk mempercepat bagian jangkar. Sementaraitu, sistem PTn adalah sistem dengan respon yang sangatlambat dibandingkan dengan dua sistem terdahulu. Kalausistem PT1 waktu tundanya mungkin berkisar dalamsatuan milidetik dan sistem PT2 waktu tundanya dalamkisaran puluhan milidetik, maka waktu tunda untuk sistemPTn mungkin berkisar dalam satuan detik sampai puluhandetik. Secara grafik, bentuk respon untuk sistem PTnsama dengan sistem PT2 yaitu memiliki dua konstantawaktu seperti diperlihatkan pada Gambar 12.21.Perbedaannya terletak pada kisaran waktu tunda dalamsatuan puluhan detik.Misalnya dalam suatu sistem kontrol ada enam komponenyang terlibat dalam proses pengaturan dan masing-masingmenyumbang waktu tunda terhadap sistem makasistemnya disebut sistem PT6.Kelompok lainnya adalah sistem kontrol dengan waktumati (deadtime). Seperti diuraikan sebelumnya, waktumati didefinisikan sebagai saat ketika sistem tidakmerespon inputnya. Jadi output sistem baru munculsetelah waktu mati. Gambar 12.22 memperlihatkanproses pemindahan barang atau bahan di sebuah prosesproduksi dari satu tempat ke tempat lain melalui banberjalan. Karena ada waktu yang dibutuhkan oleh barangatau bahan untuk berpindah dari posisi semula ke posisiakhir, maka ada rentang waktu kosong (deadtime) sebelumoutput sistem – dalam hal ini awal proses di bagianberikutnya – terjadi.

Secara grafik, respon sistem kontrol yang memiliki waktumati diperlihatkan pada Gambar 12.23a. Terlihat bahwaoutput baru muncul (x) setelah waktu mati (Tt) dari waktuawal inputnya (y). Sedangkan simbol sistem kontroldengan waktu mati diperlihatkan pada Gambar 12.23b.

Gambar 12.20 Respon sistem PT2

Gambar 12.21 Respon kontrol PTn

Gambar 12.22 Model deadtime

Gambar 12.23 Respon kontroldeadtime

325

12.4 Tipe KontrolerKontroler dapat diibaratkan sebagai otak dari sistem kontrol. Komponen tersebut berfungsi sebagaipusat pengatur proses dalam sistem kontrol. Secara teknis, ada dua input ke kontroler, yaituoutput sebenarnya yang dihasilkan plant (disebut variabel yang dikontrol x) dan masukan acuan(referensi w). Input yang diproses oleh kontroler adalah selisih dari dua input tersebut (error e),sedangkan output kontroler berupa variabel termanipulasi (y).Berdasarkan cara kerjanya ada dua tipe kontroler, yaitu kontroler kontinyu dan kontroler diskrit.Kontroler diskrit terdiri atas kontroler dua posisi (On-Off) dan kontroler tiga posisi. Kontrolerkontinyu terdiri atas lima jenis, yaitu kontroler Proporsional (P), Kontroler integral (I), kontrolerProporsional dan Integral (PI), kontroler Derivatif (D), kontroler Proporsional Derivatif (PD), dankontroler Proporsional-Intergral-Derivatif (PID).

12.5 Kontroler Dua PosisiKontroler tipe ini memiliki prinsip kerja nyala-padam (On-Off) secara bergantian dengan waktuyang ditentukan, sehingga dinamai juga kontroler On-Off. Salah satu penerapan kontroler inimisalnya pada pengaturan suhu ruangan agar berada di antara dua nilai suhu rendah dan tinggi(suhu nyaman). Apabila ruangan bersuhu rendah maka kontroler bekerja untuk menaikkan suhuruangan, sebaliknya apabila suhu ruangan mencapai posisi suhu tinggi maka kontroler bekerjauntuk menurunkan suhu ruangan dengan cara memutus arus pemanasnya. Karakteristik kontrolerini diperlihatkan pada Gambar 12.24. Kondisi suhu mengikuti grafik pada Gambar tersebut.

Pada saat awal proses pemanasan ruangan, suhu naik sedikit demi sedikit sampai mencapaisuhu tingginya. Karena ketidakidealan sistem, timbul waktu tunda Tu. Waktu tunda tersebutmuncul baik pada saat kondisi on ke off ataupun sebaliknya dari kondisi off ke on seperti terlihatpada Gambar tersebut sebagai akibat komponen atau pengatur tidak bisa langsung meresponperubahan inputnya.Pada kontroler ini bentuk kurva karakteristik input-outputnya disebut hysteresis seperti terlihat dibagian kiri Gambar 12.24. Dengan melihat kurva ini, perpindahan (transisi) dari posisi on ke offberlangsung ketika suhu mencapai suhu tinggi (xo) dan sebaliknya perpindahan posisi off ke onterjadi pada saat suhu mencapai suhu rendah (xu). Simbol kontrol dua posisi (On-Off) diperlihatkanpada Gambar 12.25.

Gambar 12.24 Kontroler dua posisi (On-Off)

326

Gambar 12.29 Karakteristikkontroler tiga posisi denganposisi tengah nol

Gambar 12.27 Kontrol tigaposisi

Gambar 12.28 Karakteristik dansimbol kontroler tiga posisi

Kontroler suhu bimetal adalah sebuah kontroler dua posisi yang diperlihatkan pada Gambar12.26. Posisi On-Off-nya ditentukan oleh kontak bimetal. Apabila suhu panas maka kepingbimetal akan melengkung sedemikian sehingga kontak terlepas sehingga elemen pemanasnyaterputus kontaknya sehingga suhu akan turun. Adanya magnet menyebabkan suatu saat kepingbimetal kembali akan tertarik dan menyebabkan kontak kembali bekerja dan proses pemanasanberlangsung kembali. Karena suhu naik, keping bimetal kembali melengkung dan memutus kontakdengan pemanas, sehingga proses awal berulang, dan seterusnya.

12.6 Kontroler Tiga PosisiKontroler tiga posisi Gambar 12.27 memiliki karakteristik satu posisi On dan dua posisi Off,atau sebaliknya dua On dan satu Off. Dalam bentuk rangkaian listrik digambarkan pada Gambar12.27. Pemanas listrik R1, terhubung pada induk sakelar 1 dan 2. sedangkan pemanas R2hanya terhubung pada sakelar cabang 2 saja.Ketika posisi sakelar pada 0, kedua pemanas posisi Off dan kedua pemanas tidak mendapatcatu daya listrik, hasilnya suhu dingin. Ketika sensor suhu mencapai angka setting tertentusakelar cabang akan menghubungkan cabang 1 dengan pemanas R1, satu pemanas bekerja.Jika pemanas akan dinaikkan temperaturnya, sensor temperatur menggerakkan sakelar ke cabang2, pada posisi ini pemanas R1 dan R2 secara bersamaan bekerja dan dihasilkan temperatur lebihtinggi.Karakterisitik dan simbol dari kontroler tiga posisi terlihat pada Gambar 12.28.Contoh pemakaian kontroler tiga posisi adalah pada sistem pengaturan suhu yang memerlukantiga keadaan, yaitu panas-tinggi, panas-sedang, dan keadaan mati (Off), seperti diperlihatkanpada Gambar 12.29.

Gambar 12.25 Simbol kontrol on-off Gambar 12.26 Kontroler suhu bimetal

327

Gambar 12.32 Respon kontrol proporsional

12.7 Kontroler Proporsional (P)Kontroler proporsional memiliki karakteristik bahwa outputnyaberupa variabel yang dikontrol berubah sebanding(proporsional) dengan inputnya yang berupa variabel selisih(error) antara masukan acuan (reference) dengan variabel ter-manipulasi atau output nyata dari plant. Karakteristik dandiagram blok kontroler ini diperlihatkan pada Gambar 12.30.Aplikasi kontroler proporsional misalnya pada pengaturantinggi permukaan air seperti pada Gambar 12.31. Buka tutupkatup akan sebanding dengan posisi pelampung yangmengukur selisih antara tinggi permukaan air yang diinginkan(referensi) dengan tinggi air sesungguhnya (x).Apabila tinggi air sesungguhnya sangat rendah maka katupakan membuka lebar-lebar, sebaliknya apabila tinggi airsesungguhnya melebihi tinggi air acuan maka katup akanmenutup sekecil mungkin.Respon sistem kontrol dengan kontroler proporsionaldiperlihatkan pada Gambar 12.32. Hubungan antara variabelyang dikontrol y dengan error e dinyatakan dengan bentukpersamaan linier dengan konstanta kesebandingan(proporsional) KRP.

12.8 Kontroler Integral (I)Laju perubahan (kecepatan) nilai output dari kontrolerintegral sebanding dengan nilai inputnya. Input sistemberupa variabel selisih (error) antara masukan acuan(referensi) dengan variabel termanipulasi atau output nyatadari plant.Jadi, jika selisih acuan dengan output nyata besar makaperubahan nilai output juga besar, artinya aktuator akan”mengejar” selisih tersebut, sehingga diharapkanselisihnya semakin kecil. Karakteristik dan diagram blokkontroler integral diperlihatkan pada Gambar 12.33.Dibandingkan dengan kontroler proporsional, pemakaiankontroler integral relatif lebih baik dalam hal memperkecilselisih antara masukan acuan dengan output nyata.Dengan demikian, kontroler integral akan mendorongsistem yang dikontrol (plant) untuk mencapai output yangdiinginkan, sehingga selisih (error)-nya semakin kecil.

Gambar 12.31 Aplikasi kontroler proporsional

Gambar 12.30 Kontrol proporsional

Gambar 12.33 Kontroler Integral

328

Gambar 12.35 Kontroler proporsional integral Gambar 12.36 Aplikasi Kontroler PI

Aplikasi kontroler integral ini misalnya pada pengaturanlevel permukaan air yang melibatkan motor sebagaikomponen aktuatornya, seperti diperlihatkan padaGambar 12.34.Dalam sistem tersebut, operasi buka tutup katupdilakukan oleh motor listrik. Torsi motor yang dihasilkanbergantung kepada nilai selisih antara acuan (yh) denganoutput nyata (y) yang diukur melalui pelampung. Semakinbesar selisih tersebut, yaitu apabila kecepatanberkurangnya air semakin besar (misalnya saatpemakaian air yang banyak), maka torsi motor akansemakin besar dan mempercepat buka katup, sehinggaair akan semakin banyak mengalir. Dengan demikiandiharapkan tangki air akan terisi air lagi secara cepatsampai ketinggian yang diinginkan.

12.9 Kontroler Proporsional Integral (PI)Kontroler PI merupakan gabungan fungsi dari kontroler proporsional dan integral. Penggabunganini untuk menutupi kekurangan kontroler P yang relatif lambat responnya, sementara kontroler Pdigunakan untuk mempertahankan agar kontroler masih merespon meskipun untuk nilai selisihyang kecil. Respon sistem terhadap input tangga (step) dan diagram blok dari kontroler inidiperlihatkan pada Gambar 12.35.

Aplikasi tipe kontroler ini diperlihatkan pada Gambar 12.36. Pada sistem ini, buka tutup katupberlangsung atas dasar data output nyata yang diukur melalui pelampung dan torsi motor. Torsimotor berubah berdasarkan nilai selisih antara ketinggian air nyata (y) dan tinggi air yang diinginkan(yh). Kombinasi dua mode pengontrolan ini menghasilkan operasi katup yang efektif, karenabuka tutupnya menyesuaikan dengan kondisi air yang ada dalam tangki.

12.10 Kontroler Derivatif (D)Penggunaan kontroler P saja dalam sistem kontrol kadang-kadang menyebabkan respon sistemmelebihi input acuannya. Misalnya level air dalam tangki melebihi dari tinggi yang diinginkan.Keadaan ini disebut overshoot.

Untuk mengurangi atau menghindari kondisi ini maka digunakan kontroler tipe derivatif. Input kekontroler derivatif berupa perubahan selisih antara output nyata dan masukan acuannya ataukecepatan error, sehingga apabila selisih antara output nyata dan masukan acuannya semakinbesar maka kontroler mengirimkan sinyal ke aktuator yang semakin besar pula.

Gambar 12.34 Aplikasi kontrolerintegral

329

Dengan demikian, nilai ouput yang melebihi nilai acuannya ditekan sekecil mungkin. Responkontroler ini untuk input tangga (step) dan input lereng (ramp) diperlihatkan pada Gambar 12.37dan Gambar 12.38.

Aplikasi kontroler ini diperlihatkan pada Gambar 12.39. Pada sistem ini, buka tutup katupbergantung kepada perubahan nilai selisih antara tinggi air nyata yang diukur melalui pelampung(y) dan tinggi air yang diinginkan (yh).

Dalam keadaan tangki kosong artinya selisihnya besar, maka katup akan membuka dengancepat sehingga laju air masuk ke tangki semakin besar. Apabila keadaan air mendekati penuh,maka nilai selisihnya kecil, sehingga katup akan memperkecil volume air yang masuk ke dalamtangki.

12.11 Kontroler Proporsional Derivatif (PD)Karena kontroler derivatif mampu mengurangi overshoot yang terjadi dalam sistem kontrol, makapenggabungan dua tipe kontroler P dan D cukup efektif untuk mendapatkan respon sistem yangbaik. Kontroler PD memadukan fungsi kontroler P dan D. Respon kontroler terhadap input lereng(ramp) dan diagram blok kontroler ini diperlihatkan pada Gambar 12.40.

Apabila kontroler PD diterapkan pada pengaturan tinggi air maka buka tutup katupnya berdasarkandata selisih dan laju perubahan selisih antara tinggi air nyata (y) dengan tinggi air yang diinginkan(yh), seperti diperlihatkan pada Gambar 12.41.Ketika pengisian air dalam tangki penampung mencukupi maka pelampung akan bergerak keatasdan menggerakkan dua tuas. Tuas atas menggerakkan piston dalam silinder yang akan meutupkatup aliran air. Tuas bawah mengimbangi gerakan oleh tekanan pegas akibat dorongan piston.

Gambar 12.37 Respon kontrolerderivatif untuk sinyal step

Gambar 12.38 Respon kontrolerderivatif untuk sinyal lereng

Gambar 12.39 AplikasiKontroler Derivatif

Gambar 12.40 Respon kontroler PD terhadap sinyal lereng Gambar 12.41 AplikasiKontroler PD

330

12.12 Kontroler PIDDari uraian sebelumnya, karena tipe kontroler memiliki keunggulan dan kelemahan masing-masing, maka untuk mendapatkan hasil pengontrolan yang baik digunakan perpaduan tiga tipekontroler tersebut. Kontroler ini memadukan fungsi tiga kontroler sebelumnya (P, I, dan D), sehinggadisebut kontroler PID. Dengan kontroler PID diharapkan responnya sangat cepat (keunggulankontroler P), errornya sangat kecil (keunggulan kontroler I), dan overshoot-nya kecil (keunggulankontroler D). Respon kontroler terhadap input tangga (step) dan diagram bloknya diperlihatkanpada Gambar 12.42.

Aplikasi kontroler PID dalam sistem kontrol tinggi air dalam tangki diperlihatkan pada Gambar12.43. Perhatikan kontroler ini merupakan gabungan kontroler PI yang ada digambar 12.26 dengankontroler jenis Derivatif pada Gambar 12.36. Pengisian permukaan air setinggi h akan di ikutioleh pergerakan pelampung yang menggerakkan baik tuas, maupun potensiometer yangmemberikan umpan balik pada motor DC yang mengisi air. Jika permukaan air sesuai dengansetting, maka pelampung akan bergerak keatas. Potensiometer akan memperkecil tegangan,motor DC akan mati. Sekaligus katup akan menutup aliran air yang menuju ke bak penampungbawah.Untuk memudahkan analisis sistem kontrol biasanya digunakan analogi penggambaran sistemkontrol dengan rangkaian listrik. Tipe kontroler, diagram blok, analogi rangkaian listrik, hubunganantarvariabelnya dicantumkan dalam tabel berikut.

Tabel 12.3 Aplikasi Op-Amp sebagai Kontroller

Gambar 12.42 Respon kontroler PID terhadap sinyal step Gambar 12.43 Aplikasi kontrolerPID

331

Gambar 12.44 Karakteristik osilasi

12.13 Karakteristik Osilasi pada Sistem KontrolAda tiga karakteristik osilasi apabila sebuah lingkar (loop) diterapkan pada sistem kontrol, yaituloop stabil, loop batas stabil, dan loop tidak stabil. Bentuk karakteristiknya diperlihatkan padaGambar 12.44.

Dalam sistem kontrol dengan loop stabil, respon sistemnya bisa mengikuti masukan acuannyadengan error semakin kecil dan menuju nol. Sementara untuk loop batas stabil, output sistemnyaberosilasi terus-menerus, yang pada tingkat tertentu merusak komponen sistemnya.Karakteristik loop yang tidak stabil adalah kualitas terburuk dari sistem kontrol. Dalam sistemtersebut, respon sistem melebihi dari nilai masukan acuannya dan semakin lama semakin besar.Hal ini tentu saja menyebabkan kerusakan dalam sistem. Misalnya pada pengaturan kecepatanmotor arus searah terjadi loop tidak stabil maka motor berputar semakin lama semakin besarsampai melebihi batas kecepatan nominalnya yang tercantum dalam nameplate-nya. Tentu sajayang terjadi adalah motor menjadi rusak karena terjadi panas berlebih dalam komponen motortersebut.

12.14 Seleksi Tipe Kontroler untuk Aplikasi TertentuDalam prakteknya, penggunaan tipe kontroler sangat bergantung kepada jenis aplikasi yangakan menggunakan kontroler dalam realisasinya. Selain pertimbangan ekonomis, hal-hal teknisberkaitan dengan karakteristik sistem, sifat-sifat fisis dari besaran yang dikontrol, dan kemudahandalam realisasi menentukan tipe kontroler yang digunakan dalam aplikasi tersebut. Tabel dibawah ini merupakan perbandingan pemilihan tipe kontroler untuk aplikasi tertentu.

332

Kontroler Toleransi 20% di Atas Besaran Operasi Nonperiodik dari Sistem

Kontrol Jenis Parameter Gangguan Referensi GangguanReferensi

P

PI

PID

KRP

KRP

Tn

KRP

Tn

Tv

0,7 ·1SK ·

g

u

TT

0,7 ·1SK ·

g

u

TT

2,3 · Tu

1,2 ·1SK ·

g

u

TT

2 · Tu

0,42 · Tu

0,7 ·1SK ·

g

u

TT

0,6 ·1SK ·

g

u

TT

Tg

0,95 ·1SK ·

g

u

TT

1,35 · Tu

0,42 · Tu

0,3 ·1SK ·

g

u

TT

0,6 ·1SK ·

g

u

TT

4 · Tg

0,95 ·1SK ·

g

u

TT

2,4 · Tu

0,42 · Tu

0,3 ·1SK ·

g

u

TT

0,35 ·1SK ·

g

u

TT

1,2 · Tg

0,6 ·1SK ·

g

u

TT

Tg

0,5 · Tu

Krp Konstanta Proporsional, Ks konstanta penguatan Proporsional, Tn waktu reset kontroler integral, Tg waktukompensasi, Tu waktu tunda, Tv waktu reset kontroler derivatif.

Jika sistem kontrol mengandung waktu mati (dead time) Tt, maka parameter Tu diganti dengan Tu + Tt.Jika sistem kontrol tanpa kompensasi maka parameter Tg dihilangkan dari persamaan.

Sistem yang dikontrol Kontroler

Jenis Contoh P I PI PD PID ON-OFF

P0PT1PTpPT1I0IT1

Aliran cairanTekananTemperaturPerpindahan massaLevel ketinggian airLevel ketinggian minyak

–+(S), ++(F)

––++

+++(S), ++(F)

++++

+(S), ++(F)

+++–+

– –– –

–++––+

_++––

+(F), ++(S)

–++–++

– – tidak stabil, – tidak layak, + layak, ++ direkomendasikan, (F) referensi, (S) gangguan.

Tabel 12.4 Perbandingan Jenis Kontroller untuk Masing-Masing Aplikasi

12.15 Optimisasi KontrolerDalam menerapkan tipe kontroler untuk aplikasi tertentu, beberapa parameter yang harusdiperhatikan adalah konstanta waktu dari masing-masing tipe kontroler, waktu tunda (delay time),dan waktu menetapnya (settling time). Ada dua pendekatan yang cukup terkenal dan praktis(rule of thumb) dalam menentukan nilai optimal dari suatu parameter relatif terhadap parameterlainnya, yaitu pendekatan Chien/Hornes/Reswick dan pendekatan Ziegler/Nichols. Nilai optimalmasing-masing parameter tersebut diperlihatkan pada tabel berikut.

Tabel 12.5 Parameter Kontroler dengan Pendekatan Chien/Hornes/Reswick

333

Tabel 12.6 Parameter Ziegler-NicholsContoh: Sebuah sistem kontrol suhumembutuhkan spesifikasi kontroler sebagai berikut: waktu tunda Tu = 60 detik, waktu akhir responkontroler (settling time) Tg = 600 detik, dankonstanta proporsional KS = 10 K/A. Dengankriteria 20% osilasi dari nilai output kontrolernya,tentukan nilai parameter KRP, Tn, dan Tv apabiladipilih kontroler PID untuk merealisasikan kontrolertersebut.

Jawab: Dari tabel, KRP = 1,2 × 1SK ×

g

u

TT = 1,2 ×

110 ×

60060 = 1,2 A/K

Tn = 2Tu = 2 × 60 = 120 detik; dan Tv = 0,42Tu = 0,42 × 60 = 25,2 detik

12.16 ElektropneumatikDi industri banyak digunakan komponen-komponen yangmerupakan kombinasi elektrik dan pneumatik, yang disebutelektropneumatik. Pneumatik dapat digunakan untukmengontrol daya dengan bantuan sinyal listrik (biasanyadigunakan 24 V DC). Sinyal-sinyal DC tersebut diaktifkanmelalui rangkaian logika. Rangkaian dari komponen-komponen tersebut bekerja dengan energi listrik.

12.17 Komponen ElektropneumatikDi bagian aktuator, pneumatik digunakan seperti pada silinder dan throttle dan katup penghalang.Bagian-bagian tersebut bekerja secara elektropneumatik. Komponen elektropneumatik terdiribagian elektrik, elektropneumatik, dan bagian mekanik.

12.17.1 Bagian ElektrikBagian ini biasanya berupa rangkaian tertutup dan mempunyai bagian output yang digunakanuntuk menyambungkannya dengan komponen atau bagian lain sesuai dengan kebutuhan. Dipasaran biasanya tersedia dalam bentuk sakelar tekan (pushbutton) atau selector switch, normallyopen, normally clossed atau dalam bentuk toggle Gambar 12.46 Untuk model selector switch,bekerja berdasarkan mekanis, dan akan tetap pada posisinya sampai ada yang mengubahnya.Misalnya dia akan tetap off sebelum ada orang yang mengubah posisi sakelar menjadi on.Sedangkan untuk model sakelar tekan, akan bekerja selama beberapa waktu saja setelah sakelartersebut ditekan. Untuk tipe toggle, sakelar akan berubah fungsi setiap kali ditekan. Misalnyasatu kali ditekan dia akan tertutup (dan terus bertahan) dan ditekan lagi sakelar akan terbuka.

12.17.2 Sensor-SensorMelalui pengesetan pada sensor, informasi-informasi dari luar yang menunjukkan kondisi bagianyang dikontrol (misalnya perubahan tekanan, tegangan, posisi silinder, dan sebagainya) dapatditeruskan ke bagian pengontrol.

Tabel 3 Parameter Ziegler-Nichols

Kontroler KRP ≤ Tn ≥ Tv ≤

P

PI

PD

PID

0,5 · KRP0

0,45 · KRP0

0,8 · KRP0

0,6 · KRP0

–

0,85 · T0

–

0,5 · T0

–

–

1,2 · T0

0,12 · T0

Gambar 12.45 Komponenelektropneumatik

334

Sebuah limit-switch mekanik Gambar 12.47 dapat di set pada posisi tertentu, sehingga ketikaada benda kerja yang menyentuh limit-swtich tersebut, maka dia akan mengeluarkan sinyaluntuk mengontrol kerja mesin atau bagian dari mesin. Limit-switch biasanya berfungsi sebagaipembuka atau penyambung dan pengubah aliran arus. Sakelar tekan biasanya berfungsi sebagaipenyambung, pemutus atau pengubah aliran arus dengan cara mengeset sakelar pada tekanantertentu. Ketika tekanan mencapai nilai seting yang ditetapkan, maka sakelar akan terbuka atautertutup, atau mengalihkan arah arus. Tekanan input didapat dari sebuah piston yang akanmenghasilkan daya tekan. Daya tekan tersebut dapat diatur melalui sebuah tombol putar Gambar12.48. Ketika ada tekanan melebihi nilai settingnya, maka limit switch akan bekerja. Saat inibanyak digunakan sakelar tekan yang bekerja secara elektronis. Sakelar tekanan elektronisbekerja melalui tekanan yang terjadi pada membran. Sakelar magnet jenis proximity juga dapatdiset pada posisi tertentu dalam silinder Gambar 12.49. Biasanya rumah kontak sakelar iniberupa diode jenis LED yang akan langsung menyala saat terjadi kontak (sakelar tersambung).

Karakteristik penting sakelar jenis ini sebagai berikut.• Bekerja tanpa memerlukan daya.• Waktu pensakelaran yang singkat

(sekitar 0.2 ms).• Bebas waktu tunggu.• Masa pakainya panjang.• Sensitifitasnya terbatas.• Dengan medan magnet yang tinggi komponen ini tidak dapat diset.• Hanya memerlukan sedikit instalasi.

Sakelar proximity merupakan sensor non-kontak, bekerja berdasarkan induksi magnet yangditimbulkan oleh belitan pada kontak-dalam. Sakelar ini dapat berfungsi sebagai pemutus,penyambung, atau pengubah arah arus. Medan magnet biasanya segera berintegrasi denganbadan piston, sehingga kontak bergerak.

Gambar 12.49 Proximity switchterpasang pada silinder

Gambar 12.48 Limit switchtekanan

Gambar 12.47 Limit switch

Gambar 12.46 Tombol NO,NC dan toggle

335

Gambar 12.51 Kontaktor dengan kontak utama dan kontak bantu

Gambar 12.50 Konstruksi Relay dankontaktor

12.17.3 Relay dan KontaktorRelay dan kontaktor merupakan sakelar yang bekerja berdasarkan prinsip elektro-magnetik yangterjadi pada kontaktor-kontaktornya Gambar 12.50. Arus masuk melalui belitan eksitasi (terminalA1 dan A2). Jangkar akan bergerak dan kontak bekerja. Jika aliran arus pada jangkar terputus,maka sambungan akan terputus pula.Relay dan kontaktor bekerja dengan prinsip yang sama. Oleh karena itu Gambar potongansakelarnya digambarkan sama. Relay biasanya bekerja dengan daya rendah (sekitar 1kW,kontaktor bekerja dengan daya yang lebih besar sampai 100 kW.Relay bekerja dengan tegangan bebas. Inidimaksudkan relay dapat bekerja dengantegangan yang berbeda-beda. Relay banyakdigunakan untuk berbagai jenis kontrol, peng-aturan, dan pengecekan, seperti:• Relay menunjukkan gambaran antara sinyal

dan daya• Dapat bekerja dengan tegangan yang

berbeda-beda• Relay dapat bekerja dengan tegangan DC

maupun AC• Relay dapat bekerja dengan sinyak-kuadrupel• Relay juga dapat bekerja dengan delay

sinyal.

Relay tersedia dalam tipe normally-open (terbuka),tertutup, atau sebagai pengubah aliran arus(Gambar 12.51) menunjukkan rangkaian kontakatau sambungan sebuah relay.• Belitan untuk arus eksitasi digambarkan

sebagai A1 dan A2• Relai digambarkan sebagai K1, K2, dan

seterusnya.• Rangkaian kontak relay digambarkan melalui angka-angka yang terdiri dari dua deret. Deret

pertama merupakan order atau tingkatan, deret kedua merupakan jenis deret kontak.

336

Gambar 12.53 Batang jangkar katup magnetikGambar 12.52 Katup Magnetik

12.17.4 Katup MagnetikKatup magnetik merupakan konverter elektromagnetik, yang menggambarkan adanya bagiankontrol mekanis dan elektronik. Katup magnetik terdiri dari belitan magnet (ini adalah elemenelektronik) dan katup pneumatik. Arus listrik mengalir melalui belitan magnet, yang akanmembangkitkan medan elektromagnetik, sehingga dapat menarik jangkar. Jangkar terhubungdengan pendorong katup, di mana tekanan udara dikontrol. Di dalam pendorong katup terdapatgerbang jangkar yang akan bergerak, sehingga dapat mengubah status sambungan (tersambungatau terputus).Prinsip kerja katup kontrol 3/2 (Gambar 12.51): dimulai dari penyetelan dasar katup, yaitu denganmenutup aliran udara dari 1 ke 2. Magnet yang dibangkitkan oleh belitan akan menaikkan jangkarke atas, sehingga akan terjadi aliran udara bebas dari 1 ke 2. Selanjutnya, pengaliran udara-3dalam jangkar akan menghalangi udara dari atas ke bawah. Oleh karena itu, tidak ada arus lagiyang mengalir melalui belitan (spul) dari jangkar ke bawah dan aliran dari 1 ke 2 juga terhalang;dalam waktu yang bersamaan akan terjadi pertukaran udara dari 3 ke 2. Dengan bantuan tangan,poros elektromagnet dapat berputar, dan ini akan mempengaruhi adanya pertukaran udara tersebut.Di dalam elektropneumatik terdapat valve yang dapat dikontrol.Keunggulan penggunaan kontrol dengan elektropneumatik adalah belitan magnet relatif berukurankecil, sehingga hanya memerlukan arus dan daya listrik kecil, menunjukkan dasar fungsi sebuahelektropneumatik Gambar 12.52. Sinyal listrik akan mengakibatkan jangkar bekerja membukakatup kontrol dan ini akan menimbulkan perubahan tekanan pada piston, sehingga katup akanterbebas dari kontrol tekanan.

Katup Magnetik 3/2 dengan Penyetelan BalikGambar 12.53 menunjukkan penyetelan dasar dari katup magnetik 3/2. Di sini aliran udara darijalur 1 ke-2 dihalangi dengan mengontrol katup magnetik 3/2, sementara udara dapat masukmelalui jalur 3 ke-2. Tekanan udara pada jalur 1 akan mengakibatkan lempeng penahan bergerakke kiri dan jangkar akan bergerak ke depan. Melalui eksitasi belitan magnet, maka jangkar akanbergerak ke kiri sehingga kedalamannya akan bertambah.

Oleh karena itu, terdapat aliran tekanan udara pada lempeng yang dikontrol, dan akanmengakibatkan terjadinya tekanan pada piston ke arah kanan, sehingga udara dapat mengalirdari jalur 1 ke-2. Pada saat ini aliran udara masuk dari jalur 3 ke-1 terhalang.

337

Gambar 12.54 Katup magnetik 3/2

Pada saat sinyal kontrol bekerja, akan ada tekanan udara pada lempeng kontrol, yangmenyebabkan piston bergerak ke kiri, dan katup akan teraliri udara melalui lubang di dalamjangkar di jalur 82. Tekanan udara juga dapat diatur melalui perangkat yang dapat diatur dengantangan.

Katup magnetik 5/2 mempunyai perbedaanbentuk fisik jika dibandingkan katup magnetik 3/2(Gambar 12.54). Secara prinsip kedua katuptersebut mempunyai cara kerja yang sama, yaituperlu belitan magnet yang tereksitasi untukmenggerakkan piston, tetapi untuk katup ini tidakada definisi penyetelan dasar.

Katup Magnetik Impulse 5/2 (Gambar 12.55)mempunyai prinsip kontrol yang sama dengankatup magnetik yang dijelaskan sebelumnya.Perbedaan tersebut terletak pada sinyal listrikpembangkit eksitasi pada belitan magnet. Di sini,belitan magnet hanya memerlukan impuls yangpendek, untuk mempertahankan piston pada posisitertentu.

Katup magnetik jalur 5/3Gambar 12.56 menunjukkan penyetelan dasarkatup 5/3 (penyetelan halus di-off-kan), yaitudengan mencegah aliran udara dari jalur 1 ke 2dan dari 1 ke 4. Lubang yang menghubungkankedalaman jangkar-jangkar akan berada padatekanan di port 1. Melalui eksitasi sebuah magnetakan mulai dijelaskan prinsip pengontrolan katupdan piston yang akan mengubah posisi sakelar.Dengan menggunakan eksitasi magnet akanmemungkinkan feder pusat berada di posisi tengah.Pengaturan katup mendapat masukan udara darijalur 82 atau 84, yang perlu diperhatikan, bahwauntuk mengatur gerakan katup diperlukan sinyalkontrol untuk Y1 hingga Y2, tanpa mempertahankanimpuls katup dalam memori. Jika ada sinyalkontrol, maka katup akan berada di tengah.

Gambar 12.57 Katup magnetik 5/3

Gambar 12.56 Katup magnetik impulse 5/2

Gambar 12.55 Katup magnetik 5/2

338

12.18 Rangkaian DasarSeperti halnya pada pneumatik, pada elektropnuematik pun dapat dibuat rangkaian dasar yangharus di set secara bersama-sama. Di sini kembali berlaku prinsip-prinsip perancangan rangkaianyaitu dengan memperhatikan fungsi dan karakteristik penyetelan.Komponen-komponen harus ditangani dengan baik sehingga dapat berfungsi baik dan dapatdirencanakan pengontrolan yang sesuai.

12.18.1 Operasi Maju dan Mundur SilinderCara kerja silinder sangat berbeda dengan cara kerja pneumatik. Di sini tidak ada pengaturansecara langsung. Dalam praktik, pengaturan dilakukan melalui relay. Kontrol jenis ini mem-punyai keunggulan, bahwa arus relay dapat digunakan untuk mengaktifkan perangkat lainnya.

Operasi satu arah dari SilinderDengan mengoperasikan sakelar-1 Gambar 12.56 maka relay K1 akan energized dan ini akanmeng-aktifkan kontak relay pada lead arus-2 serta katup magnetik Y1 di bagian silinder 1V1,sehingga jalur katup 3/2 dapat memberikan pengontrolan. Silinder 1A1 akan bergerak ketika S1dioperasikan lagi dan mencapai ujung tabung ketika S1 dioperasikan untuk waktu yang diperlukansilinder bergerak dari ujung ke ujung tabung.

Gambar 12.58 Silinder tunggal dengan katup magnetik 3/2

Gambar 12.59 Silinder operasi ganda katup 5/2

339

Gambar 12.60 Silinder ganda dengan katup 5/3

Silinder dengan Operasi GandaDi sini juga akan dijelaskan kemungkinan-kemungkinan pengaturan yang lebih banyak karenamenggunakan pengaturan tekanan udara secara ganda. Silinder pada Gambar 12.57 atas hanyaakan bergerak ketika S1 ditekan untuk waktu selama silinder bergerak.Gambar 12.57 bawah menunjukkan bahwa silinder 1A1 bergerak berdasarkan impuls yangdiperoleh dari S1 dan S2 yang ditekan sesaat saja. Katup path 5/2 1V1 merupakan sebuahkatup dengan memori.Oleh karena itu, untuk mengoperasikannya hanya diperlukan impuls yang pendek saja periodenya.S1 dapat dioperasikan kembali ketika S2 dioperasikan, sehingga belitan magnet Y1 dan Y2akan aktif, dan pengaturan katup 1V1 tidak dapat dialihkan. Impuls 1V1 tersimpan oleh sinyalyang pertama kali datang.

340