modul ix pengenalansistemkontrol

Modul Praktikum TF-3206 Laboratorium Teknik Fisika IV

1

9.

MODUL IX

PENGENALAN SISTEM KONTROL :

PENGONTROLAN FLOW

9.1. Tujuan Percobaan

1. Memberikan pembahasan tentang dinamika sistemflowdan karakteristiknya

2. Melakukan identifikasi sistem

3. Memberikan pembahasan tentang sistem kontrolflow pada Mini PlantArmfield

4. Melakukan analisis pengaruh aksi Proporsional, Integral, dan Derivativepada

respon pengontrolan.

9.2. Peralatan Yang Digunakan Pada Praktikum

1. Hardware Pengontrol Mini Plant Armfield: PCT23MKII

2. Proses MiniPlant Armfield

3. Komputer + SoftwareArmfield (Akusisi Data dan Monitoring)

4.Connector Kit

9.3. Teori Dasar

Armfield Process Plant Trainer digunakan untuk mendemonstrasikan suatu

metode proses kontrol secara keseluruhan dengan menggunakan kontrol manual,

single feedback loops, hingga sophisticated cascade loops dan kontrol supervisor

yang terdistribusi untuk seluruh proses yang merupakan miniatur dari proses

produksi yang sebenarnya. Armfield Process Plant TrainerPCT23MKII

ditunjukkan pada gambar 1 berikut ini.

Gambar 1. Mini Plant Armfield

Modul IX – PengenalanSistemKontrol

2

9.

Adapun PCT23MKIIterdiri dari beberapa unit, yaitu:

9.3.1. Unit Proses

Pada unit ini proses dimodelkan dengan proses high temperature short time

(HTST) sebagai dasar dari pemodelan proses kontrol. Pada proses HTST,

temperatur aliran proses ditentukan dan dijaga tetap dalam waktu yang seminimal

mungkin. Proses HTST menggunakan tiga stage dari heat exchanger, yaitu

recycle, heating dan cooling. Proses kontrol yang lebih rumit dimodelkan dengan

menggunakan dua tangki dan sensor level yang berbeda-beda jenisnya. Unit ini

memiliki rentang pengukuran temperatur dan flow yang lebar. Pada unit ini

terdapat:

Sistem feed dengan pompa peristaltik

Unit water heating dengan pompa peristaltik

Cooling water system

Plate heat exchanger dengan holding tube

Sensor Flow pada feed line

Sensor Konduktivitas

4 sensor temperatur

Sensor Level pada product tank

High/low level switches in washing/ reagent tank

2-way solenoid valves for filling feed tanks and cooling water to exchanger

3-way solenoid valves for selecting feed tank and diverting waste product

Connections to the electrical console

Deskripsi proses pada Mini Plant Armfield dapat dijelaskan dengan melihat pada

PFD (Process Flow Diagram) seperti ditunjukkan oleh gambar 2. PFD dan

Tagname PCT23MKII diilustrasikan sebagai berikut:


3

9.

Gambar 2. PFDMini Plant Armfield

9.3.2. Console Pengontrolan

Pada console pengontrolan ini terdapat interface elektrikal, pengkondisi sinyal

untuk modul proses, dan USB interface untuk Windows. Output sensor dari

modul proses dapat ditampilkan pada LED display dan dimonitor secara eksternal.

Sinyal drive untuk modul proses dapat dikontrol secara manual melalui front

panel dari PC via USB bus, on/off controller dari sumber eksternal (misalnya

Armfield PCT19BR PLC) atau kontrol analog dari sumber eksternal (misalnya

Armfield PCT19BR PLC). Pada unit ini terdapat:

Product feed pump speed control

Heating fluid pump speed control

Heater power measurement and control

Temperature (×4), flow, level,and conductivity measurement

Digital inputs/outputs (from switches/ to solenoid valves)

Simultaneous connection of all signals to PCT19BR via 50 way IDC connector

or PC via USB port

Front panel sockets for connection to accessories, in particular industrial

controllers and chart recorder


4

9.

9.3.3. Pengontrolan Otomatis

Pengontrolan otomatis memiliki peranan yang sangat penting untuk menunjang

keberhasilan target pengontrolan secara efisien. Hal itu menyebabkan

pengontrolan otomatis selalu diimplementasikan pada berbagai proses dalam

industri. Pengontrolan otomatis ini mempunyai skema yang paling banyak

diterapkan yaitu system feedback atau system umpan balik. Sistem feedback ini

juga disebut system kalang tertutup. Feedback pada system kalang tertutup

digunakan untuk mengurangi kesalahan pada proses sistem.

Gambar 3 menunjukkan system control kalang tertutup sederhana. Pada gambar

tersebut dapat dijelaskan bahwa antara sinyal masukan dan sinyal umpan balik

terdapat sinyal error yang kemudian diolah atau dikoreksi pengontrol untuk

selanjutnya menghasilkan output system sesuaidengan yang diharapkan.

Gambar 3. Diagram Blok SistemKalangTertutup

9.3.4. Komponen – Komponen Pada Sistem Pengontrolan

Pada system pengontrolan terdapat komponen – komponen yang saling

berinteraksi dan saling mempengaruhi output sistem. Komponen – komponen

tersebut meliputi controller, final control element, proses, disturbance, dan

transmitter seperti ditunjukkan oleh gambar 4. Berikut ini merupakan penjelasan

dari komponen – komponen tersebut :

Controller ;Elemen ini merupakan elemen yang membandingkan sinyal

yang didapat dari umpan balik dengan set-point dan memberikan sinyal

koreksi untuk diaplikasikan pada elemen final control element. Kontroler

yang melakukan kalkulasi dan perhitungan pada sistem untuk


5

9.

mengondisikan keluaran sinyal yang dibutuhkan untuk memberikan aksi

pada aktuator elemen final.

Final Control Element ;Elemen ini disebut juga dengan aktuator yang

mengubah besar dari nilai variabel pengukuran dengan memanipulasi

besaran manipulated variable berdasarkan sinyal koreksi dari controller.

Perangkat ini akan melakukan aksi kontrol sistem berdasarkan perintah

dari sinyal kontrol.

Process Plant ;Pada bagian ini, plant proses merupakan komponen yang

akan dikendalikan kondisinya oleh controller melalui aksi dari elemen

pengontrol final.

Disturbance atau Load; Segala sesuatu yang berada di luar system

pengontrolan dan dapat mempengaruhi output suatu proses. Variabel yang

tidak dikontrol dapat berpotensi sebagai disturbance atau load jika nilai

variable tersebut berubah-ubah.

Feedback ;Pada elemen umpan balik, elemen ini terdiri dari sensor,

transmitter, atau transduser. Elemen ini akan merasakan (sensing) suatu

besaran dari proses yang terdapat pada sistem dan kemudian mengubahnya

ke dalam suatu besaran atau bentuk energi yang lain. Kemudian besaran

tersebut akan ditransmisikan dalam bentuk sinyal pengontrol sebagai suatu

hasil dalam pengukuran terhadap besaran yang ada.

Gambar 4. Komponen – KomponendalamSistemPengontrolan


6

9.

9.3.5. Pengenalan Pengontrol PID (Proportional, Integral, Derivative)

Di dalam suatu sistem kontrol kita mengenal adanya beberapa macam aksi

kontrol, diantaranya yaitu aksi kontrol proporsional, aksi kontrol integral dan aksi

kontrol derivative. Masing-masing aksi kontrol ini mempunyai keunggulan

keunggulan tertentu, dimana aksi kontrol proporsional mempunyai keunggulan

rise time yang cepat, aksi kontrol integral mempunyai keunggulan untuk

memperkecil error ,dan aksi kontrol derivative mempunyai keunggulan untuk

memperkecil error atau meredam overshot/undershot. Untuk itu agar kita dapat

menghasilkan output dengan risetime yang cepat dan error yang kecil kita dapat

menggabungkan ketiga aksi kontrol ini menjadi aksi kontrol PID.

a) Pengontrol proporsional

Pengontrol proposional memiliki keluaran yang sebanding atau

proposional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang

diinginkan dengan harga aktualnya). Secara lebih sederhana dapat

dikatakan bahwa keluaran pengontrol proporsional merupakan perkalian

antara konstanta proposional dengan masukannya. Perubahan pada sinyal

masukan akan segera menyebabkan sistem secara langsung mengeluarkan

output sinyal sebesar konstanta pengalinya.

Hubungan antara pita proporsional (PB) dengan konstanta proporsional

(Kp) ditunjukkan secara persentasi oleh persamaan berikut:

b) Pengontrol Integral

Pengontrol integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki

kesalahan keadaan stabil nol. Jika sebuah plant tidak memiliki unsur

integrator (1/s), pengontrol proposional tidak akan mampu menjamin

keluaran sistem dengan kesalahan keadaan stabilnya nol. Dengan

pengontrol integral, respon sistem dapat diperbaiki, yaitu mempunyai

kesalahan keadaan stabilnya nol.

c) Pengontrol Derivative


7

9.

Keluaran pengontrol Derivative memiliki sifat seperti halnya suatu operasi

differensial. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol, akan

mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat.

Secara matematis pengontrolan dengan menggunakan mode PID dapat

dirumuskan sebagai berikut:

{ ( )

∫ ( ) }

9.4. Prosedur Percobaan

Adapun prosedur percobaan dalam pengontrolan flow pada Mini Plant Armfield

dapat diuraikan sebagai berikut :

1. Percobaan Identifikasi Sistem

a) Buka software process plant trainer pada desktop

b) Pilihlah exercise C untuk menjalankan modul pengontrolan flowlalu

pilih load


8

9.

c) Lalu pilihlah tanda , untuk melihat diagram atau HMI dari sistem

d) Tekan tombol untuk mengatur besar sampling menjadi 1 second


9

9.

e) Hidupkan console PCT23

f) Pada console PCT23 dilakukan switch dari manual mode ke I/O mode

untuk settingan feed pump sementara untuk valve control pengisian tank A

tetap pada manual mode.

g) Lakukan pengisian air pada tank A dengan set SOL 4 = 1 pada PCT23

h) SET feed pump = 1 pada PCT23 untuk menghidupkan pompa feed water

i) Logging data dapat dilakukan dengan menekan tombol pada HMI

untuk memulai pengambilan data

j) Sebagai testing awal, ubah besar N1 (pompa) = 50, amati perubahan

F1dengan menekan tombol untuk melihat grafik dari proses.

k) Tekan tombol untuk melihat data yang sedang di ambil, dan setelah

selesai anda dapat menyimpan file ke dalam bentuk .xls (excel file).

l) Tekan faceplate PID 1 pada HMI lalu masukkan parameter manual output

(%) mulai 20,30,40,50,60,70,80. Lakukan masing – masing percobaan dari

kondisi awal pompa dan nilai output 0 (%). Simpan hasil percobaan

tersebut pada file yang terpisah untuk setiap nilai manual output yang

berbeda.

m) Isikan hasil percobaan pada table berikut ini


10

9.

Besar Input

sistematau

Manual Output

(%)

Nilai Steady State

Output F1

(ml/menit)

Gain

sistem

Konstanta

waktu

Time

delay

20

30

40

50

60

70

80

2. Percobaan Pengontrolan Proportional

a) Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh aksi proportional

terhadap respon flow yang dihasilkan.

b) Parameter yang harus selalu sama untuk masing – masing percobaan

adalah Manual Operation pada nilai manual ouput 0 % dan set point pada

300 ml/ menit. Untuk mengatur besar parameter kontrol dapat dilakukan

dengan menekan tombol [PID 1] pada HMI.

c) Ubah nilai-nilai pada window ini sebagai berikut :

Set point : 300 ml/menit


11

9.

Integral time : 0 sec

Derivative time : 0 secs

Proporsional band :100%, 90%, 80%, 70%,60%,50%

Mode of Operation : Automatic

Apply!

Simpan data percobaan dengan format .xls

3. Percobaan Pengontrolan Proportional + Integral

a) Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan aksi

integral pada pengontrol proportional terhadap respon flow yang

dihasilkan.

b) Untuk mengatur besar parameter control dapat dilakukan dengan menekan

tombol [PID 1] pada HMI.


set point : 300 ml/menit

Integral time : 100,90,80,70,60,50,.....,10 detik

Derivative time : 0 secs

Proporsional band :60%


Apply!


4. Percobaan Pengontrolan Proportional + Derivative

a) Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan aksi

derivative pada pengontrol proportional terhadap respon flow yang

dihasilkan.

b) Untuk mengatur besar parameter control dapat dilakukan dengan menekan

tombol [PID 1] pada HMI.


Set point : 300 ml/menit

Integral time : 0

Derivative time : 0.1;0.5;1;1.5;2 detik


12

9.

Proporsional band :80%


Apply!


9.5. Tugas Analisis Laporan

1. Identifikasi Sistem

a) Berdasarkan tabel yang telah diisi, jelaskan apa pengaruh dari penambahan

input terhadap gain sistem dan konstanta waktu.

b) Termasuk orde berapakah sistem tersebut?

2. Pengontrolan Proportional :

a) Buatlah grafik respon flow dengan parameter nilai Kp yang berbeda-beda

(dalam satu grafik saja).

b) Jelaskan pengaruh variasi nilai Kp terhadap respon flow yang dihasilkan

3. Pengontrolan PI (proportional + integral) :

a) Buatlah grafik respon flow dengan parameter nilai integral time atau Ti

yang berbeda- beda (dalam satu grafik saja).

b) Jelaskan pengaruh variasi nilai Ti terhadap respon flow yang dihasilkan

4. Pengontrolan PD (proportional + derivative) :

a) Buatlah grafik respon flow dengan parameter nilai derivative atau Td yang

berbeda-beda (dalam satu grafik saja).

b) Jelaskan pegaruh variasi nilai Td terhadap respon flow yang dihasilkan

9.6. Kesimpulan

Kesimpulan dibuat dengan rujukan tujuan percobaan dan penjelasan intisari dari

analisis yang telah dibuat.

9.7. Pustaka

Ogata,K., “Modern Control Engineering”. Prentice Hall, 2010.

modul ix pengenalansistemkontrol

Documents