PENGENDALIAN KETINGGIAN CAIRAN

(CRL 1)

A. TUJUAN PERCOBAAN

Setelah melakukan percobaan ini diharapkan mahasiswa dapat:

1. Melakukan simulasi pengendalian on-off dengan menggunakan peralatan CRL

2. Menjelaskan pengertian Set-point,gain,open time

3. Memahami mekanisme pengendalian on-off

4. Mencetak grafik pengendalian on-off dan menjelaskan grafik tersebut

B. BAHAN DAN ALAT YANG DIGUNAKAN

- Satu set unit CRL

- Satu set personal komputer

- Air dalam tangki penampungan

C. DASAR TEORI

Peralatan simulasi proses CRL dibuat oleh DIDACTA Italia dan dikembangkan

untuk mempelajari teknik pengendalian level (ketinggian) permukaan fluida cair, yang

dalam hal ini fluida yang digunakan adalh air. Konfigurasi yang digunakan untuk

simulasi ini adalah sistim loop terbuka (open loop) dan sistim loop tertutup (closed loop).

Selain itu, juga dipelajari mode pengendalian dengan pengendalian dengan pengendali

(controller) tak kontinyu (ON-OFF Controller) dan pengendali kontinyu (Three tern-

controller; P/I/D).

Metode pengendalian terbagi atas :

a. pengendalian diskontinyu

pengendali dua posisi (on-off)

pengendali dengan resitive probes

b. pengendali kontinyu

pengendali Proporsional (P), misal : pengendali flow, level

pengendali proporsional Integral (PI), untuk flow, level, dan suhu

pengendali Proporsional Derivatif (PD)

pengendali Proporsional Integral Derivatif (PID)

PERALATAN CRL

Bagian-bagian alat pengendali ketinggian fluida (CRL) dan gambar panel contoh

pengendali ketinggian fluida dapat dilihat pada halaman lampiran. Peralatan CRL ini terdiri

dari beberapa unit :

1. Tangki air kapasitas 20 liter

2. Pompa sentrifugasi dengan laju 20 liter/menit

3. Katup jenis PNEUMATIK proporsional dengan input 3-5 psi

4. Transduser I/P

5. Inlet udara tekan (dioperasikan pada 2 bar, min)

6. Pengukur tekanan udara tekan

7. Alat pengatur tekanan udara tekan secara manual

8. Controller elektronik MiniReng (alat tambahan)

9. Peralatan listrik (panel CRL)

10. Computer dan printer (aplikasi window)

11. Tangki bening berskala

12. Katup pengeluaran manual, V1 dan V2

13. Transduser P II

14. Katup selenoid untuk input gangguan (disturbance)

15. Sinyal penggerak (actuating signal)

16. Sinyal variable yang dikendalikan (controller var, signal)

17. Sinyal gangguan (noise)

URAIAN SINGKAT

Liquid yang berada di tangki (1) di pompakan ke tangki berskala (11) oleh pompa

sentrifugal (2) dibawah pengendalian katup pneumatic proporsional (3). Pengisian tangki

berskala (11) menghasilkan tekanan pada bagian dasar tangki yang ekivalen terhadap

ketinggian (level) liquid dalam tangki, dideteksi oleh transduser P/I (13) dan ditransmisikan

sebagai sinyal Y ke unit pengkondisi (panel Kontrol, 9) outputnya berupa sinyal X yang

berasal dari panel control (9) ditransmisikan ke katup pneumatic proporsional dengan

bantuan udara tekan yang disuplai oleh inlet udara tekan (5). Katup V1 dan V2 dapat diatur

secara manual untuk tertutup dan terbuka penuh dalam hubungan dengan tangki berskala

(11). Katup solenoid (14) memungkinkan untuk pengendalian gangguan aliran air. Unit

pemakaian katup 14, V1 harus dalam keadaan terbuka penuh.

Panel Kontrol

Panel kontrol (9) terdiri dari beberapa indikator yang menunjukkan kerja peralatan pada

unit CRL ini

1. Skalar utama (main switch) yang mensuplai arus listrik dari socket dinding peralatan

CRL.

2. Lampu indicator kerja pompa, menunjukkan pompa sedang hidup.

3. Lampu indicator kerja level minimal dan maksimal untuk pemakaian resislive probe.

Resitive probe terletak di dalam tngki berskala, berbentuk seperti elektroda terbuat

dari logam dalam ukuran panjang berbeda.

4. Penunjuk ketinggian (level ndicator) dalam satuan %

5. Lampu indicator, menunjukkan posisi katup untuk menimbulkan gangguan sesuai

posisi NO.

a. 0-katup solenoid tidak diaktifkan secara manual

b. PC-katup solenoid dikendalikan malalui computer

6. Sinyal pengaturan, X dalam bentuk output analoq

7. Sinyal dikendalikan, Y controller var, dalam bentuk output analog

8. Selector pemilih untuk jenis mode control :

a. pengendalian gerakan katup secara manual

b. unit off (0) posisi pengendali tidak hidup

c. pengendalian dengan resistive probe

d. pengendalian dengan PC

e. pengendalian dengan minireg, (alat tambahan)

f. pengendalian dengan MRRP, (alat tambahan)

9. Pengaturan Katup secara manual (trimmer)

10. Lampu penunjuk power suplai

Tipe pengendali ON-OFF merupakan cara sederhana untuk mengimplementasikan

kontrol otomatis menggunakan aktuator dua posisi controller dengan open-close position atau

berdasarkan terminology biasa, ON-OFF position. Aksi pengendali dapat terlihat seperti

berikut ini :

0 per e ¿ -D

Xi = 1 per e D

Xi = -1 per e ¿¿DDimana : Xi = sinyal controller output pada waktu i

e = nilai perbedaan aliran (error), e = Y'-SP

D = hysterisis pada controller

Xi-1 = nilai sinyal pada waktu tertentu ( 0 atau 1)

Dalam beberapa kasus untuk e¿ D , Xi = G damana G disebut gain dari regulator.

Perubahan dari level ‘terbuka’ ke level ‘tertutup’ atau sebaliknya, secara normal

membutuhkan waktu tertentu, T sesuai dengan motorized valve. Dalam kasus software ON-

OFF, untuk mengeset semua parameter, contohnya :

SP set point (%)

D Hysterisis (%)

T open / closes time

G Gain

Pada pengendalian ON-OFF, penggerak (actuator) hanya berada pada dua keadaan

posisi ON (hidup) atau posisi OFF (mati), dimana pada unit CRL ini diasumsikan katup

pneumatic berada pada posisi membuka atau menutup aliran yang menuju tangki berskala.

Pada keadaan ini, katup akan terbuka apabila level air berada dibawah dari level yang

diinginkan (set-point) atau katup penutup apabila level air melebihi dari set point. Disini akan

terdapat batasan level (level threshold) yang berhubungan dengan set point, apabila batasan

ini dilampaui karena level bertambah atau berkurang, katup juga berubah posisinya, hal ini

akan menimbulkan perubahan posisi katup disekitar batasan level, yang timbul pada

pengoperasian normal. Ketika level sedikit di bawah set point, katup akan terbuka sehingga

level melebihi set point dengan cepat, kemudian katup menutup dan level berkurang kembali

dan seterusnya berulang-ulang.

Untuk mengatasi masalah ini dan mencegah ausnya penggerak (katup), ada baiknya

diberikan dua batasan level yang diatur secar simetris diatas dan dibawah set point.

Batasan atas dilampaui apabila level meningkat, katup akan menutup.

Batasan bawah dilampaui apabila level berkurang, katup akan terbuka.

Interval antara level yang dikehendaki dengan salah satu batas level dinamakan

HISTERISIS. Semakin besar histerisis, semaknin rendah tekanan pada actuator.

D.GAMBAR ALAT(TERLAMPIR)

E. PROSEDUR KERJA

1. Selector kontrol (23) dipanel kontrol unit CRL diset pada posisi “PC” dan

selector noise (20) pada 0.

2. Katup V1 dan V2 dibuka dan volume tangki dikosongkan. Katup V2 diatur agar

tertutup sekitar 25%, katup V1 tetap terbuka.

3. Unit CRL dihidupkan dengan mengaktifkan tombol saklar utama.

4. Katup tekanan (7) diputar sambil ditarik dan diatur dengan memutarkan katup

tersebut agar tekanan yang terbaca di (6) maksimal 2 bar.

5. Computer dihidupkan, program CRL dijalankan dan dipilih file “new”

6. Dipilih regulator On-Off pada “regulator type”, klik oke, lalu klik oke lagi

7. Pada monitor PARAMETER, dimasukkan :

- Set point : 30%

- Histerisis : 5%

- Open Time : 2 s

- Gain : 0,5

8. Tombol “Start” ditekan untuk memulai percobaan

9. Kejadian di unit CRL dan grafik terbentuk di observasi

10. Setelah berjalan 10 menit, tombol “FREEZE” ditekan. Hal ini menyebabkan

proses berhenti

11. Parameter diubah sesuai perintah instruktur, tekan ENTER atau klik Oke

12. Tombol start ditekan kembali, gerakan yang terjadi baik di unit CRL maupun

grafik yang terbentuk di observasi

13. Langkah 11 diulangi apabila perlu. Tombol “FREEZE” ditekan, dan printer

dihidupkan, klik tombol “Print” untuk memulai pencetakan grafik

14. Pada akhir percobaan klik tombol “Quit” lalu yes file”, pilih Exit dan tekan yes

15. Tangki dikosongkan dan saklar utama dimatikan.

F.ANALISA PERCOBAAN

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan tentang CRL (Pengendalian Level

Ketinggian) tipe ON/OFF dapat dianalisa bahwa CRL adalah suatu peralatan pengendalian

level yang memanfaatkan sinyal tekanan dalam suatu aliran fluida. Alat ini dihubungkan

dengan Personal Computer sebagai media pemantau jalannya proses pengendalian

ketinggian. Pada praktikum ini memahami prinsip kerja dari pengendalian ketinggian cairan

untuk didapat 4 grafik yang nilai parameternnya berbeda beda yaitu nilai setpoint, histeritis,

open time dan gain.

Sistem kerja pengendalian ini merupakan yang paling sederhana, dimana penggerak

(actuator) hanya berada pada dua posisi ON (hidup) atau posisi OFF (mati). Pada unit CRL

ini diasumsikan actuator adalah katup pneumatik yang kanan berada pada posisi membuka

atau menutup aliran yang menuju tangki berskala. Katup akan terbuka apabila level air berada

dibawah dari level yang diinginkan (set point) dan katup menutup apabila level air melebihi

dari set point. Disini akan terdapat batasan level (level threshold) yang berhubungan dengan

set point, apabila batasan ini dilampaui karena level bertambah atau berkurang, katup juga

berubah posisinya. Hal ini akan menimbulkan perubahan posisi katup disekitar batasan level,

yang timbul pada pengeporasian normal. Ketika level sedikit di bawah set point, katup akan

terbuka seingga level melebihi setpoint dengan cepat, kemudian katup menutup dan level

berkurang kembali dan seterusnya berulang – ulang. Interval antara level yang dikehendaki

dengan salah satu batas level dinamakan        histerisis. Semakin besar histerisis, semakin

rendah tekanan pada actuator.

Pada percobaan grafik 1 dimasukkan nilai setpoint sebesar 30-50%, hiteritis sebesar

3%, open time sebesar 2S dan nilai gain sebesar 0.5. Set point pada grafik 1 menunjukkan

bahwa ketinggian air yang harus dicapai sebesar ±30% dan kemudian diubah menjadi ±50%

disini perubahan dilakukan untuk melihat perbedaan yang dihasilkan grafik atau yang terbaca

oleh grafik jika nilai setpointnya dinaikkan, jadi ketinggian air meningkat atau nak sebesar

±50%. Untuk nilai hiteritis 3% menunjukkan interval atau jarak level air atau actual signal

yang berada diatas set point. Untuk open time 2S menunjukkan bukaan atau on-off alat pada

saat mengisi dan menutup sebesar 2 detik. Sedangkan dari grafik tersebut terlihat bahwa gain

0,5 actual signal tepat berada di garis set point tetapi tidak dimasukkan grafik dibawah angka

0,5 maka actual signal dibawah garis set point. Begitu juga sebaliknya jika gain yang

dimasukkan diatas 0,5 maka actual signal berada diatas garis set point.

Pada percobaan grafik 2 dimasukkan nilai setpoint sebesar 50%, histeritis sebesar 3-

1%, open time sebesar 2S dan nilai gain sebesar 0.5. Set point pada grafik 2 sama halnya

dengan grafik 1 maupun grafik lainnya bahwa set point disini menunjukkan untuk ketinggian

air yang harus dicapai sebesar nilai yg telah masukkan di setpoint. Yang mengalami

perubahan yaitu nilai histeritis yaitu dari 3% menjadi 1% hal ini menunjukkan bahwa interval

atau actual signal sebesar 3% menjadi 1% hal yang terlihat pada grafik adalah perubahan

jarak actual signal yang jauh menjadi rapat karena perubahan nilai histerisis. Untuk nilai gain

dan open time pada grafik 2 sama seperti grafik 1.

Pada percobaan grafik 3 yang mengalami perubahan adalah nilai open time, pada

permulaan percobaan nilai yang dimasukkan untuk open time sebesar 1S kemudian selang

waktu tertentu nilai open time diubah menjadi 10S dan kemudian diubah kembali menjadi 2S.

Pada grafik terbaca jarak on-off dan saat mengisi air terlihat jelas bahwa jarak 1S lebih rapat

dibanding jarak 2dan 10S. Untuk pengisian air dengan menggunakan opentime 10S lebih

banyak terisi namun bukaan lebih lama untuk menutup dibanding dengan 1S dan 2S. Untuk

open time 1S dapat merusak bukaan karena kerja bukaan lebih cepat dan tidak adanya jarak

untuk menutup dapat merusak alat.

Pada percobaan grafik 4 yang mengalami perubahan adalah nilai gain, untuk nilai

gain yang dimasukkan pertama sebesar 0.5 seang beberapa waktu mengalami perubahan

dengan mengganti nilai gain menjadi 0.7 dan kemudian diganti kembali menjadi 0.9. Yang

terlihat pada grafik adalah perubahan jarak garis gain berada 0.5 dibawah garis set point dan

0.5 diatas garis set point. Untuk nilai gain 0.7 dan 0.9 sama halnya dengan nilai gain 0.5 yaitu

garis gain berada diatas garis setpoint dan berada dibawah garis set point sebesar nilai yg

dimasukkan. Pada grafik jarak antara garis gain kebawah set point dan diatas set point lebih

terlihat perbedaannya nilai gain sebesar 0.9.

G. KESIMPULAN

Dari praktikum yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa :

- Nilai set point, histerisi, open time dan gain akan sangat berpengaruh pada saat

pembuatan grafik.

- Pada grafik menunjukkan semakin besar nilai histerisis yang digunakan maka

semakin jauh jarak actual signal dan control variabel.

- Pengendalian ON-OFF dilakukan dengan memanfaatkan sinyal tekanan.

- Semakin besar histerisis, semaknin rendah tekanan pada actuator

PENGENDALIAN RESISTIVE PROBES

A. Tujuan Percobaan

Membedakan pengendalian ON/OFF dan pengedalian Resistive

Menentukan kapan sebaiknya pengendalian Resistive Probes

Mencetak grafik dan menganalisa grafik yang terbentuk

B. Alat dan Bahan

Seperangkat peralata CRL

Satu set personal komputer

Air

C. Dasar Teori

Tangki bening berskala unit CRL mempunyai tiga buah probes didalamnya

yang berfungsi untuk mengukur level fluida (R1, R2, dan R3). R1 dan R2 dapat

berfungsi sebagai batas atas pada pengendalian on – off.

Apabila katup pengeluaran (V2) terbuka, tangki pada keadaan kosong dan

selektor pada panel kontrol (23) berada pada posisi sesuai resistive probes yaitu antara

0 dan PC, maka air akan mengalir mengisi tangki. Sistim akan membuka katup

pneumatik sebesar 100% sampai level mencapai R2 dan melewati batas bawah R2

tersebut, katup terbuka kembali, demikian berulang seperti pada pengendalian on –

off. R3 berada pada posisi level 85% sedangkan R2 pada level 75% kontrol pada

posisi 0.

D. Langkah Kerja

E. Data Pengamatan

F. Analisa percobaan

Setelah melakukan praktikum “Pengendalian Kontinyu P/I/D” dapat dianalisa

bahwa system pengendalian secara kontinyu berbeda dengan system pengendalian tak

kontinyu (On/Off). Pada system control kontinyu, system secara kontinyu melakukan

evaluasi antara error dan set point dan secara kontinyu pula memberikan masukan

(input) bagi elemen control akhir untuk melakukan perunahan agar harga

pengendalian (control point) mendekati atau sama dengan harga set point.

Pengendalian kontinyu ini menggunakan beberapa variable yaitu set point,

proporsional band, integral time, dan derivative time. Pada praktikum kali ini

dilakukan 8 kali pecobaan dengan berbagai variasi sebagai perbandingan.

Perbandingan yang pertama pada percobaan 1 dan 2 dengan variasi proporsional

(band, pada percobaan 1 100% dan pecobaan 2 150%). Dari data yang didapat terlihat

bahwa pada percobaan 1 mempunyai nilai control varoabel dan act signal lebih tinggi

dan lebih cepat terjadi perpotongan antara contr var dan act signal. Ini berarti semakin

besar nilai proporsional band maka semakin rendah nilai contr var dan act signal yang

di dapatkan.

Perbandingan yang kedua pada percobaan 3 dan 4 dengan variasi integral time,

pada percobaan 3 yaitu 1 min dan pada percobaan 4 yaitu 1,5 min. dari data yang di

dapat terlihat bahwa nilai control variable dan act signal pada percobaan 3 lebih tinggi

dan mengalami perpotongan antara set point dan act signal pada menit ke 4.

Sedangkan pecobaan 4 tidak mengalami perpotongan. Hal ini berarti semakin besar

nilai integral time semakin kecil nilai contr var dan act signal yang dihasikan sehingga

tidak dapat terjadi perpotongan dengan set point.

Perbandingan yang keriga pada percobaan 5 dan 6 dengan variasi integral time

sama seperti pada pecobaan 3 dan 4. Tetapi npada percobaan 5 dan 6 ini

menggunakan nilai derivative 0,5 min sedangkan pada percobaan 3 dan 4 tidak

menggunakan nilai derivative. Dari data yang di dapatkan terlihat bahwa hasil yang di

dapatkan sama seperti percobaan 3 dan 4, yaitu semakin besar nilai integral time maka

semakin kecil nilai contr var dan act signal yang dihasikan sehingga tidak dapat

terjadi perpotongan dengan set point. Tetapi pada percobaan 5 dan 6 ini menggunakan

nilai derivative sehingga nilai act signal yang dihasilkan lebih kecil dan lebih lama

mengalami perpotongan dengan set point.

Perbandingan yang keempat pada percobaan 6, 7, dan 8 dengan variassi nilai

derivative, pada percobaan 6 yaitu 0,5 min, percobaan 7 yaitu 0,75 min dan percobaan

8 yaitu 1 min. dari data yang di dapatkan terlihat bahwa hasilnya sama dengan

percobaan 5 dan 6 yaitu semakin tinggi nilai derivative maka semakin lama act signal

mengalami perpotongan dengan set point.

G. Kesimpulan

Dari percobaan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa :

Pada grafik 1 dan 2 semakin besar nilai proporsional band maka semakin kecil nilai

control variable dan act signal di dapatkan.

Pada grafik 3 dan 4 semakin besar nilai integral time maka semakin kecil nilai

contr var dan act signal yang dihasilkan.

Pada grafik 5 dan 6 semakin besar nilai integral time maka semakin kecil nilai

contr var dan act signal yang dihasilkan.

Pada grafik 6, 7, dan 8 semakin tinggi nilai derivative maka semakin lama act

signal mengalami perpotongan dengan set point.