2.2 Elemen Perancangan Sistem Pengendali

Dalam usaha merancang suatu sistem pengendali yang dapat memenuhi kebutuhan

suatu proses kimia terdapat beberapa unsur penting daan pertanyaan dasar yang akan

timbul dan harus diperhatiikan. Unsur-unsur tersebut adalah sebagai berikut :

I. Mendefenisikan/ Menentapkan Tujuan/ Sasaran Pengendalian (Define Control

Objectives)

Pertanyaan 1 :

Apakah tujuan operasional yang harus dicapai oleh penggunaan suatu sistem

pengendali?

Jawaban terhadap pertanyaan ini bisa salah satu atau kombinasi dari:

Menekan Pengaruh Gangguan Eksternal

Memastikan Kestabilan Suatu Proses Kimiawi

Optimasi Kinerja Suatu Proses Kimiawi

Pada awal perancangan, tujuan/ sasaran pengendalian (control objectives) didefinisikan

secara kualitatif, selanjutnya tujuan ini dikuantifikasi, biasanya dalam bentuk variabel

output.

Contoh 2.3

Untuk sistem CSTR Yang telah dibahas pada contoh 1.2 , tujuan pengendalian yang

ingin dicapai(control objectives) adalah sebagai berikut:

Secara Kualitatif : menjamin kestabilan pada P2, keadaan steady state yang tidak

stabil.

Secara Kuantitatif : temperatur (variabel output), tidak bervariasi lebih dari 5%

harga nomonalnya.

Contoh 2.4

Untuk tangki pemanas berpengaduk pada conyoh 1.1 , tujuan pengendalian yang ingin

dicapai (control objectives) adalah sebagai berikut :

Secara Kualitatif : menjaga temperatur (T) keluar dan volume (V) tetap.

Secara Kuantitatif : menjaga agar T = Ts

V = Vs

dengan Ts dan Vs nilai yang diinginkan

II. Menentukan Variabel yang Harus Diukur(Select Measurements)

Pertanyaan 2 :

Variabel manakah yang harus diukur agar kinerja operasi pabrik dapat dimonitor?

Terdapat beberapa jenis pengukuran variabel yang dapat diterapkan untuk

pengendalian proses :

1. Primary Measurements :

Bila memungkinkan, sebaiknya pada pengendalian proses harga variabel yang

menjadi objective pengendalian langsung dimonitor/ diukur. Cara pengukuran

variabel proses menjadi control objective pengendalian tersebut langsung disebut

primary measurements.

Contoh 2.5

Control objective pada sistem tangki pemanas berpengaduk (contoh .1) adalah untuk

mempertahankan nilai T dan V cairan dalam tangki pada harga tertentu :

T = Ts , V = Vs

Dengan demikian, usaha pertama yang harus dilakukan adalah memasang alat

pengukur untuk dapat mengamati nilai T dan V cairan dalam tangki secara langsung,

misalnya dengan menggunakan termokopel untuk pengukuran T dan differential

pressure cell untuk pengukuran V.

2. Secondary Measurements

Pada kasus-kasus tertentu, variabel yang merupakan control objective tidak dapat

diukur secara langsung (unmeasured output). Pada kasus-kasus dengan control

objectives tidak dapat diukur secara langsung, harus diukur variabel lain yang

tergolong measured variabel dan dapat dikorelasikan melalui suatu hubungan

matematis tertentu dengan unmeasured output yang ingin dikendalikan.

Measured Output = f (secondary measurements)

3. Pengukuran External Disturbance

Pengukuran disturbances sebelum variabel tersebut masuk kedalam proses dapat

sangat menguntungkan, karena hasil pengukuran tersebut dapat memberikan

informasi mengenai kelakuan proses yang akan terjadi. Informasi tersebut dapat

digunakan untuk menentukan aksi pengendalian yang harus diambil dengan

menggunakan Sistem Pengendalain Feed-Forward.

III. Penentuan Variabel yang akan Dimanipulasi

Dalam suatu proses kimia biasanya terdapat beberapa input variabels yang dapat

diatur dengan bebas. Pemilihan variabel mana yang harus ditetapkan sebagai

manipulated variabels merupakan tugas yang krusial, karena pilihan yang diambil akan

mempengaruhi kualias pengendalian yang dihasilkan.

IV. Pemilihan Konfigurasi Pengendalian

Terdapat beberapa alternatif konfigurasi sistem pengendali. Perbedaan-

perbedaan yang dapat diamati pada sistem penegndali temperatur serta sistem

pengendali ketinggian cairan secara garis besar dapat disimpulkan bahwa :

1. Terdapat perbedaan variabel yang diukur, tetapi hasil pengukuran digunakan untuk

memanipulasi variabel yang sama.

2. Variabel yang diukur sama, tetapi hasil pengukuran tersebut digunakan untuk

memanipulasi variabel yang berbeda.

V. Perancangan Sistem Pengendali

Sistem pengendali adalah elemen aktif dalam sistem pengendalian yang

menerima informasi dan pengukuran dan membuat tindakan yang sesuai untuk

mengatur harga manipulated variables.

Pengaruran manipulated variables oleh controller sangat tergantung pada control

law yang diterapkan secara otomatis oleh controller.

Contoh:

Pada tangki pemanas berpengaduk ingin dilakukan pengaturan temperatur cairan dalam

tangki jika temperatur aliran masuk Ti berubah. Pada kasus ini, measured variable

adalah temperatur cairan dan manipulated variable adalah laju alir steam Q. Pertanyaan

yang timbul dari kasus tersebut adalah sebagai berikut:

Bagaimana seharusnya Q berubah untuk menjaga temperatur K konstan, bila T

berubah?

Untuk menjawab pertanyaan tersebut terlebih dahulu dibuat asumsi-asumsi mengenai

keadaan sistem tersebut sebagai berikut :

1. Mula-mula temperatur cairan Ts dan volume cairan V berharga konstan (sistem

berada pada keadaan steady state).

2. Pada t = 0, tiba-tiba terjadi perubahan T aeperti ditunjukkan dalam gambar 2.6

Untuk mengendalikan temperatur cairan, dapat dicoba beberapa control law yang umum

diterapkan dalam sistem pengendalian :

1. Penggunaan Pengendalian Proporsional

Pada pngendalian proporsional, nilai Q akan berubah sebanding dengan selisih

temperatur cairan terukur dengan temperatur yang diinginkan sebagai berikut:

Q = −α ' (T−Ts)+Qs

Hasil pengendalian berupa respons temperatur pada pengendalian feedack secara

proporional dapat dilihat pada gambar 2.7

Dari gambat tersebut terlihat bahwa tujuan pengendalian tidak tercapai, karena nilai

T – Ts ≠ 0, sehingga dapat disimpulakn bahwa proportional control law tidak dapat

digunakan untuk sistem yang akan dikendalikan.

2. Penggunaan Pengendalian Integral

Pada Pengendalian integral, nilai Q akan berubah sebanding dengan integral waktu dari

T – Ts sebagai berikut :

Q = −α '∫0

t

(T – Ts )+Qs

Hasil pengendalian berupa respons temperatur pada pengendalian feedback secara

integral dapat dilihat pada gambar 2.8

Dari gamabr tersebut terlihat bahwa pengendaluan secara integral dapat memaksa nilai

(T – Ts )menjadi 0, sehingga pengendalian integral dapat digunakan untuk sistem yang

akan dikendalikan. Dari gamabr tersebut juga terlihat bahawa kualitas pengendalian

bergantung ada nilai -α ' akan menyebabkan nilai T-Ts mencapai 0 lebih cepat atau

lebih lambat, juga mengakibatkan osilasi pada waktu yang lebih cepat atau lebih lambat.

3. Penggunaan Pengendali Proporsional-Integral

Kedua contro law diatas dapat juga digabungkan untuk menghasilkan proportional

integral controller dengan persamaan pengendalian berikut :

Q = −α ' (T−Ts )−α '∫0

t

(T – Ts )dt +Qs

2.3 Aspek Pengendalian Keseluruhan Pabrik

Contoh-contoh yang telah diberikan sebelumya hanya melibatkan satu unit proses,

seperti CSTR, tangki pemanas berpengaduk, atau reaktor batch. Pada kenyataannya

sangat jarang terdapat suatu proses kimia yang hanya terdiri dari 1 unit saja. Proses

kimia umumnya terdiri dari banyak unit : reavtors, separators, hea exchangers, tanks,

pumps, compressors, yang saling berhubungan dengan adanya aliran maerial dan energi

dari satu unit ke unti lainnya. Pada proses kimai yang rumit tersebut akan timbul hal-hal

karakteristik yang tidak terjadi pada pengoperasian satu unit proses saja.