pengendalian proses (kasus start up, servo dan regulatory)

Laporan Praktikum Dosen Pembimbing Instrumentasi dan Pengendalian Proses Dr.Ir.Bahruddin, MT

PENGENDALIAN PROSES(KASUS START UP, SERVO DAN REGULATORY)

Kelompok : II (Dua)

Nama : Rita P. Mendrova (1107035609)

Ryan Tito (1107021186)

Yakub J. Silaen (1107036648)

LABORATORIUM DASAR-DASAR PROSES KIMIA

PROGRAM STUDI D-III TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS RIAU

2013

ABSTRAK

Pengendalian proses adalah suatu kegiatan untuk menjaga kondisi dari suatu sistem dengan cara mengatur variable manipulasi dalam suatu system tersebut. Percobaan pengendalian proses dilakukan agar dapat mengetahui atau memahami dinamika proses pada kasus start-up, servo, dan regulatory, dengan berbagai variasi mode controller. Pada kasus start-up digunakan set point 200 dan bukaan valve 180o, untuk kasus servo digunakan perubahan set point menjadi 300 dan bukaan valve 180o, dan pada kasus regulatory digunakan gangguan pulse, yaitu dengan membuka V3 sebesar 90o selama selang waktu dua menit. Pada percobaan ini dilakukan variasi mode controller, yaitu Proportional (P) dengan gain 25 dan 50, Proportional-Integral (PI) dengan gain 25, reset 0,5 dan 2,5, serta Proportional-Integral-Derivative (PID) dengan gain 25, reset 2,5, rate 1 dan 2. Pengambilan data dilakukan tiap 10 detik hingga mencapai nilai setpoint untuk tiap variasi percobaan. Dari hasil percobaan diperoleh hasil pada kasus star up, mode controller yang paling baik untuk digunakan adalah mode Proporsional Integral controller (PI) dengan gain 25 reset 0,5 dan waktu untuk mencapai setpoint selama 150 detik. Untuk kasus servo, mode controller yang paling baik untuk digunakan adalah mode Proporsional Integral Derivative controller (PID) dengan gain 25 reset 0,5 rate 2 dan waktu untuk mencapai setpoint selama 140 detik. Untuk kasus regulatory berupa gangguan pulse, mode controller yang paling baik untuk digunakan adalah mode Proporsional Integral controller (PI) dengan gain 25 reset 0,5 dan waktu untuk mencapai setpoint selama 240 detik.

Kata kunci: Proportional, Proportional-Integral, Proportional-Integral-Derivative, regulatory, servo, start-up, pulse.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Tujuan Percobaan

Tujuan percobaan pengendalian proses diantaranya:

a) Memahami sistem kerja pengendalian proses

b) Mengoperasikan sistem pengendalian proses dengan menggunakan

beberapa mode controller yaitu P-controller, PI-controller dan PID-

controller.

c) Mengoperasikan proses start up, servo dan regulatory berupa gangguan

pulse yang dilengkapi sistem pengendali pada berbagai parameter

pengendali.

d) Mempelajari dan menganalisis dinamika proses start up, servo dan

regulatory berupa gangguan pulse yang dilengkapi sistem pengendali

1.2 Dasar Teori

Arus cairan di dalam sistem tangki proses pada industri tidak statis tetapi

sangat dinamis. Artinya, level tangki berubah dengan adanya perubahan beban

gangguan (laju alir volumetrik) yang masuk ke proses. Oleh karena itu, kelakuan

dinamik (dynamic behavior) sangat penting untuk dikenali bagi para engineer atau

operator pabrik. Selain itu, penerapan pengendalian proses juga sangat penting

untuk menunjang kelangsungan sistem tangki proses secara otomatis.

Pengontrolan dapat diartikan sebagai pengaturan atau pengendalian.

Pengontrolan dalam proses produksi didefinisikan sebagai upaya pengaturan

untuk mempertahankan nilai atau output yang diinginkan tetap terjaga dari

pengaruh perubahan atau deviasi yang ditimbulkan oleh proses tersebut. Integrasi

komponen kontrol dan measurement, berfungsi untuk mendapatkan sistem kontrol

yang tepat. Dalam melakukan tuning controller ada beberapa metode yang secara

umum dapat dibagi dua, yaitu: open loop dan closed loop tuning. Pada cascade

control, bagian sekunder di tuning terlebih dahulu diikuti bagian primer.

Pengaturan yang presisi dari level, pressure, temperature, dan flow adalah

unsur penting dalam aplikasi proses. Perubahan kecil pada control dan

pengukuran, akan membawa dampak yang besar pada proses produksi.

Pengontrolan secara elektrik dan pneumatik atau kombinasinya lebih banyak

ditemukan dalam industri maupun aplikasi teknis lainnya. Hal ini disebabkan

beberapa kelebihan yang diberikannya, yaitu pemakaian daya yang lebih kecil,

kemampuan untuk pengontrolan jarak jauh, lebih mudah diperoleh dan responnya

lebih cepat. Disamping itu dimensi peralatan dapat dibuat lebih kecil.

1.2.1 Konsep Pengendalian Proses

Pengendalian proses adalah suatu kegiatan untuk menjaga kondisi dari

suatu sistem dengan cara mengatur variabel manipulasi dalam suatu sistem

tersebut. Hakikat utama sistem pengendalian adalah menjaga atau mengendalikan

process variableagar selalu sama dengan set point. Walaupun keadaan steady itu

tidak pernah tercapai sepenuhnya, tetap diupayakan agar process variable dapat

sedekat mungkin dengan set point pada keadaan load. Langkah utama yang

dilakukan setelah merencanakan semua instrumentasi pengendalian adalah

menyetel sistem agar process variable dapatmengikuti setpoint. Sistem harus

disetel (tuning) agar tidak berisolasi pada semua kondisi operasi.

Suatu proses kimia secara umum ditunjukkan melalui Gambar 1.1,

memiliki output (y), potensial disturbance atau gangguan (d) dan manipulated

variable (m), sehingga tujuan pengendalian proses dilakukan untuk menjaga nilai

output (y) tetap pada suatu nilai yang diinginkan (setpoint, ysp).

Gambar 1.1 Diagram Blok Sistem Proses, (a), (b)

Gambar 1.1 b menggambarkan langkah pengendalian proses. Aksi

pengendali dilakukan dengan mengendalikan output tersebut dengan cara

mengukur, membandingkan, mengevaluasi dan mengoreksi. Adapun langkah-

langkahnya adalah sebagai berikut :

Mengukur nilai output menggunakan perangkat pengukur yang sesuai. Nilai

yang ditunjukkan oleh sensor pengukur dinotasikan sebagai ym.

Membandingkan nilai output hasil pengukuran (ym) dengan nilai output yang

diinginkan (setpoint, ysp). Hasil perbandingan berupa penyimpangan atau

error.

ε= ysp – ym

Nilai penyimpanan ε ditransmisikan ke pengendali utama (main

controller). Pengendali utama kemudian mengubah nilai manipulated variabel

(m) dengan cara tertentu untuk memperkecil penyimpangan ε. Controller tidak

mengubah nilai m secara langsung, tetapi melakukannya melalui peralatan yang

disebut elemen pengendali akhir (final control element).

1.2.2 Metode Pengendalian Proses

1.2.2.1 Pengendalian oleh Manusia (Manual Control)

Pada pengendalian secara manual memanfaatkan ketelitian dari operator

untuk mengendalikan suatu besaran proses. Jika harga proses tidak sesuai dengan

yang dikehendaki oleh operator, maka operator tersebut akan melakukan

adjustemet sebagai koreksi terhadap besaran proses tersebut sampai proses

berjalan stabil dan hal ini dilakukan berulang-ulang selama kondisi proses tidak

sesuai dengan yang dikehendaki oleh operator. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat

pada Gambar 1.2.

Gambar 1.2Manual Control

Pada Gambar 1.2 di atas terlihat bahwa seorang operator sedang

mengamati variabel temperatur pada sebuah pemanas (furnace), apabila hasil

penunjukan pada indikator temperatur (temperature gauge) lebih besar dari

temperatur yang dikehendaki oleh operator, maka operator tersebut akan

menambah jumlah aliran dengan menambah bukaan valve, begitu juga sebaliknya

apabila hasil pembacaan pada temperatur gauge lebih kecil dari temperatur yang

dikehendaki maka operator akan mengurangi jumlah aliran dengan jalan

mengecilkan bukaan valve. Dilihat dari segi ekonomis, pengendalian secara

manual lebih murah dibandingkan dengan pengendalian secara otomatis karena

instrumen yang dibutuhkan lebih sederhana.

1.2.2.2 Pengendalian Otomatis (Automatic Control)

Pada prinsipnya pengendalian otomatis sama dengan pengendalian

manual. Pada pengendalian otomatis, peranan dari operator digantikan oleh suatu

alat yang disebut pengendali (controller). Sehingga yang bertugas menambah dan

mengurangi bukaan valve tidak lagi dikerjakan oleh operator tetapi atas perintah

controller, operator hanya bertugas memberikan harga ke controller (set value /

set point = SV / SP). Oleh karena itu pengendalian otomatis pada valve harus

dilengkapi dengan actuator sehingga unit valve tersebut disebut dengan control

valve. Sehingga apabila terjadi ketidaksesuaian harga yang diberikan operator

terhadap controller (SV), maka atas perintah controller akan membuka atau

menutup sesuai dengan kondisi operasi yang sedang berjalan (process variable =

PV). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 1.3.

Gambar 1.3 Pengendalian otomatis

1.2.3 Sistem Instrumentasi dan Pengendalian

Tujuan dari penerapan sistem pengendalian di dalam industri proses

berkaitan dengan segi ekonomis. Oleh karena itu sistem pengendalian yang

diterapkan diharapkan dapat menghasilkan :

1. Kualitas produk yang lebih baik dalam waktu pemrosesan yang lebih

singkat.

2. Biaya produksi yang lebih murah

3. Peningkatan keselamatan personil dan peralatan.

4. Pengurangan polusi lingkungan dari bahan limbah hasil proses.

Yang termasuk dalam sistem pengendalian meliputi :

1. Karakteristik proses.

2. Sistem pengukuran.

3. Pemrosesan data otomatis

4. Sistem pengontrolan dengan elemen kontrol akhir (final control

element).

1.2.4 Elemen – Elemen Sistem Pengendalian

Di dalam blok diagram sistem pengendalian akan selalu dijumpai

komponen – komponen pokok seperti elemen pengukur (sensing elemen dan

transmitter), elemen controller (control unit) dan final control element (control

valve). Sistem pengendalian harus sesuai dengan kebutuhan pengendalian yang

diinginkan dalam suatu proses pengendalian. Untuk mencapai tujuan tersebut

perlu diperhatikan langkah-langkah dalam mendisain sistem pengendalian.

Beberapa elemen penting dan pertimbangan dasar yang harus diperhatikan dalam

desain sistem pengendalian proses pada pabrik adalah :

1. Proses, tatanan peralatan suatu fungsi tertentu . input proses dapat

bermacam – macam yang pasti merupakan besaran yang dimanipulasi oleh

final control element agar measurable variable sama dengan set point

input

2. Controller variable, besaran yang dikendalikan, besaran ini juga disebut

sebagai proses variable

3. Manipulated variable, variable yang akan dimanipulasi agar sesuai

dengan set pointnya.

4. Disturbance, besaran lain yang dapat menyebabkan berubahnya control

variable

5. Transmitter, alat yang berfungsi merubah sinyal (besaran) yang ditangkap

oleh sensor menjadi besaran yang dapat dibaca oleh controller.

6. Control unit, bagian dari controller yang menghitung besarnya koreksi

yang diperlukan. Input control unit adalah error dan output adalah sinyal

yang keluar dari controller.

Sistem pengendalian dalam suatu proses ataupun pabrik diterapkan untuk

memenuhi 3 kelompok kebutuhan yaitu:

1. Menekan pengaruh gangguan eksternal

2. Memastikan kestabilan suatu proses

3. Mengoptimasi kinerja suatu proses

1.2.5 Desain Elemen Pengendali Proses

Desain sistem pengendalian harus sesuai dengan kebutuhan pengendalian

yang diinginkan dan bekerja dalam pengendalian proses pabrik. Untuk mencapai

tujuan tersebut perlu diperhatikan langkah-langkah dalam mendesain sistem

pengendalian. Beberapa elemen penting dan pertimbangan dasar yang harus

diperhatikan dalam desain sistem pengendalian proses pada pabrik adalah :

1. Pendefinisian/penetapan tujuan dan sasaran pengendalian (control

objective definition)

2. Penentuan variabel yang harus diukur (measurement selection)

3. Penentuan variabel yang akan dimanipulasi (manipulated variables

selection)

4. Pemilihan konfigurasi pengendalian (control configuration selection)

5. Perancangan sistem pengendali (controller design)

1.2.6 Pemilihan Variabel yang Dimanipulasi

Dalam proses kimia, umumnya terdapat beberapa variabel input yang

dapat diatur dengan bebas. Untuk memilih variable mana yang akan dimanipulasi,

harus dipertimbangkan efek dari tindakan yang diambil terhadap kualitas

pengendalian. Sebagai contoh pengendalian ketinggian cairan dalam reaktor,

tangki, ataupun kolom distilasi dapat dilakukan dengan mengatur laju alir masuk

dan laju alir keluar cairan.

1.2.7 Pemilhan Konfigurasi Pengendalian

Konfigurasi pengendalian merupakan suatu struktur informasi yang

digunakan untuk menghubungkan variable pengukuran terhadap variabel yang

akan dimanipulasi. Sebagai contoh pengendalian temperature dan ketinggian

cairan pada reaktor, kolom distilasi, mixer, dan alat lainnya memiliki beberapa

alternative konfigurasi system pengendali. Perbedaan-perbedaan yang dapat

diamati pada system pengendali temperature dan system pengendali ketinggian

cairan terjadi karena (1) terdapat perbedaan variabel yang diukur, tetapi hasil

pengukuran digunakan untuk memanipulasi variabel yang sama, atau (2) variabel

yang diukur sama, tetapi hasil pengukuran tersebut digunakan untuk

memanipulasi variabel yang berbeda. Ada 2 tipe konfigurasi pengendalian, antara

lain:

1. Feedback Control Configuration

Konfigurasi ini mengukur secara langsung variabel yang dikendalikan

untuk mengatur harga variabel yang dimanipulasi. Tujuan pengendalian ini

adalah mempertahankan variabel yang dikendalikan pada level yang

diinginkan (set point).

2. Feedforward Control Configuration

Konfigurasi sistem pengendali feedforward memanfaatkan pengukuran

langsung pada disturbance untuk mengatur harga variabel yang akan

dimanipulasi. Tujuan pengendalian adalah mempertahankan variabel output yang

dikontrol pada nilai yang diharapkan. Pada beberapa kasus penggunaan

feedforward juga dikombinasikan dengan feedback control.

1.2.8 Perancangan Sistem Pengendalian

Sistem pengendali (controller) adalah elemen aktif dalam system

pengendalian yang menerima informasi dari pengukuran dan membuat tindakan

yang sesuai untuk mengatur harga manipulated variables. Pengaturan

manipulated variables sangat bergantung pada control law yang diterapkan secara

otomatis pada controller. Beberapa control law yang umum diterapkan pada

system pengendalian:

1. Penggunaan proportional controller (P-controller) dimana nilai output

dari P-controller akan sebanding terhadap error.

…………………....................... (1.1)

2. Penggunaan proportional-integral controller (PI-controller) dimana nilai

output dari PI-controller akan sebanding terhadap error ditambah suatu

factor dikali nilai integrasi error sebagai fungsi waktu.

....................................... (1.2)

3. Penggunaan proportional-integral-derivative controller (PID-controller)

dimana nilai output dari PID-controller akan ditentukan oleh konstanta

yang menghubungkan kesebandingan error terhadap output ditambah

suatu factor dikali nilai integrasi error sebagai fungsi waktu lalu ditambah

suatu factor dikali nilai diferensial (gradien/slope) error sebagai fungsi

waktu.

........................... (1.3)

1.2.8.1 Pengendali Proposional

Proporsional adalah persen perubahan sinyal kendali sebanding dengan

persen perubahan sinyal pengukuran. Dengan kata lain sinyal kendali merupakan

kelipatan sinyal pengukuran. Respon proporsional merupakan dasar pengendali

PID. Pemakaian pengendali proporsional selalu menghasilkan offset. Offset berarti

pengendali mempertahankan nilai PV pada suatu harga yang berbeda dengan

setpoint. Offset muncul dalam usaha pengendali mempertahankan keseimbangan

massa dan/atau energi. Pengendali proporsional hanya dapat digunakan untuk

proses yang dapat menerima offset. Faktor kelipatan disebut gain pengendali (Kc).

Pengendali proporsional sebanding dengan error-nya.

Persamaan matematika :

dengan,

U = Keluaran pengendali (sinyal kendali),

Kc = Proportional gain (gain pengendali)

= Error (SP – PV)

Uo = bias, yaitu nilai sinyal kendali saat tidak ada error ( = 0)

Istilah gain pengendali biasanya dinyatakan dalam proportional band (PB)

Harga PB berkisar 0 – 500.

PB pada dasarnya menunjukkan persentasi rentang PV yang dapat

dikendalikan atau range error maksimum sebagai masukan pengendali yang dapat

menyebabkan pengendali memberikan keluaran dengan range maksimum.

Semakin sempit proportional band, offset semakin kecil yang sesuai dengan

proses dengan kapasitas besar, waktu mati kecil sehingga dapat memakai

proportional band yang sempit.

KcSinyal kendali (u)

Error ()

Tanggapan loop terbuka pengendali proporsional

Gambar 1.4 Respon Pengendali Proporsional

Karakteristiknya :

a. overshoot tinggi

b. waktu penetapan besar

c. periode osilasi sedang

d. adanya offset/droop/steady-state error: beda antara set point dan control

point (harga controlled variable pada kesetimbangan baru); offset terjadi

karena aksi control proporsional dengan error.

e. gainnya: Kcsangat mempengaruhi error, makin besar Kc makin kecil

offsetnya, meski ada harga Kc maksimum.

f. istilah lain gain: proportional band (PB); PB=100/Kc; Kc yang besar sama

dengan PB yang kecil atau tipis. Definisi lain PB: error yang dibutuhkan

untuk menghasilkan keluaran tambahan dari kontroler ke control valve.

1.2.8.2 Pengendali Proporsional- Integral

Penambahan fungsi aksi integral pada pengendali proporsional adalah

menghilangkan offset dengan tetap mempertahankan respons. Pada pengendali

proporsional-integral sistem pengendali cenderung mudah osilasi, sehingga PB

perlu lebih besar.

Persamaan pengendali PI

i i

Kc.

Kc.Sinyal Kendali (MV)

Pengukran (PV) Setpoint

dengan : i = waktu integral (integral action)

Aksi integral merespons besar dan lamanya error. Aksi integral dapat

dinyatakan dalam menit per-pengulangan (= waktu integral) atau pengulangan

per-menit (konstanta integral). Respon loop terbuka pengendali proporsional-

integral (PI) pada gambar 1.5

Persamaan :

Gambar 1.5 Respon loop terbuka Pengendali Proporsional-Integral (PI)

Catatan :

Waktu integral tidak boleh lebih kecil disebanding waktu mati proses sebab

valve akan mencapai batas sebelum pengukuran (PV) dapat dibawa kembali

ke setpoint.

Ketika aksi integral diterapkan pada sistem pengendalian yang memiliki error

dalam waktu yang lama, misalnya proses batch, maka aksi integral akan

mengemudikan sinyal kendali kea rah keluaran maksimum menghasilkan

integral resr wind-up atrau ke arah minimum (integral reset wind-down).

Karakterisitiknya :

a. aksi integral bukan untuk mengembalikan ke error nol, tapi menjaga pada

harga yang muncul di sepanjang waktu, sehingga ada output yang cukup

untuk membuka controlvalve

b. tidak ada offset

c. respon lebih lambat, karena error tidak dapat dihilangkan dengan cepat

d. harga overshoot paling tinggi

e. dipakai bila kelemahan di atas ditoleransi sementara offset tidak

f. disebut pula reset action

1.2.8.3 Pengendali Proporsional Integral Derivatif

Kelambatan akibat aksi integral dapat dihilangkan dengan menambah aksi

aksi derivative pada pengendali proporsional integral (PI) sehingga menghasilkan

jenis pengendali proporsional-integral-derivatif (PID). Aksi derivarif bertujuan

mempercepat respons perubahan PV dan memperkecil overshoot, namun sistem

ini sangat peka terhadap gangguan bising (noise). Sistem ini sangat cocok pada

proses yang memiliki konstanta waktu jauh lebih besar dibanding waktu mati,

penambahan aksi derivative dapat memperbaiki kualitas pengendalian, namun

tidak dapat digunakan pada proses dengan waktu mati dominant, penambahan aksi

derivative dapat menyebabkan ketidakstabilan, sebab adanya keterlambatan (lag)

respons pengukuran.

Persamaan standar pengendali proporsional-integral-derivatif (PID)

dengan :

d = waktu derivative (menit)

Sinyal pengukuranSetpoint

Konstanta waktu derivatifSinyal kendali

P

i

a

bc

D

I

c = 0,632 b

Derivatif gain =a + ba

τ d =(a + ba ) x Konstanta waktu derivatif

Gambar 1.6 Respon loop terbuka pada Pengendali Proporsional-Integral-

Derivative (PID)

Sifat-sifat pengendali proporsional-integral-derivatif (PID) yaitu

tanggapan cepat dan amplitude osilasi kecil (lebih stabil), tidak terjadi offset dan

peka terhadap noise.

Karakteristiknya :

a. Paling baik, tapi paling mahal

b. Mengkompromi antara keuntungan dan kerugian kontroler di atas

c. offset dihilangkan dengan aksi integral, sedangkan aksi derivatif

menurunkan overshoot dan waktu osilasi

d. digunakan pada sistem yang agak lamban/melempem

e. kontroler sering dipasang karena berbagai kepandaian yang dimilikinya

dan bukan karena analisis sistem mengindikasikan kebutuhan akan ketiga

mode kontrol di atas.

Sinyal pengukuranSetpoint

Konstanta waktu derivatifSinyal kendali

Pa

bc

D

1.2.8.4 Pengendali Proporsional - Derivatif

Pengendali proporsional-derivatif (PD) banyak menimbulkan masalah

sehingga model pengendali ini hamper tidak pernah dipakai di industri karena

kepekaan terhadap noise dan tidak sesuai untuk proses dengan waktu dominan.

Model pengendali PD sesuai untuk proses multikapasitas, proses batch dan proses

lain yang memiliki tanggapan lambat.

Persamaan standar pengendali proporsional-derivatif (PD)

c = 0,632 b

Derivatif gain =a + ba

τ d =(a + ba ) x Konstanta waktu derivatif

Gambar 1.7 Respons steep loop terbuka pengendali (PD)

Pengendali proporsional derivative (PD) tanggapan cepat terhadap respons

dengan overshoot kecil namun sangat peka terhadap noise.

Karakteristiknya :

a. disebut juga anticipatory/rate control

b. aksi kontrol didasarkan pada mode derivatif yang terjadi hanya saat error

berubah

c. efeknya mirip dengan proporsional dengan gain yang tinggi

d. respon sangat cepat

e. overshoot sangat rendah

1.2.9 Penggunaan Computer Digital pada Pengendalian Proses

Dalam aspek pengendalian seluruh pabrik tidak hanya melibatkan satu unit

proses, seperti CSTR, tangki berpengaduk, kolom distilasi. Pada kenyataannya

proses produksi produk dari bahan baku dengan reaksi tertentu ini terdiri dari

banyak unit yang saling berhubungan dengan adanya aliran bahan (material) dan

energi dari satu unit ke unit lainnya. Pada proses kimia tersebut akan timbul hal-

hal karakteristik yang tidak terjadi pada pengoperasian satu unit proses saja.

Kemajuan teknologi komputer yang sangat pesat dengan harga yang semakin

terjangkau membuat perangkat ini banyak digunakan untuk pengendalian dalam

proses-proses kimia. Instrumen pengendalian pada pabrik besar dan modern

umumnya dirancang menggunakan komputer pengendali secara digital. Beberapa

aplikasi spesifik computer untuk pengendalian proses adalah sebagai berikut:

Direct Digital Control (DDC)

Komputer digital dapat dipakai mengendalikan secara simultan beberapa

output. Pada system control utama (supervisor controller) terdapat satu prosesor

computer untuk mengendalikan dan mengoperasikan proses. Jadi, semua data

dikumpulkan dalam satu unit komputer. Komputer digunakan untuk mengubah

nilai set point sesuai dengan harga parameter local controller. Local controller

berfungsi sebagaimana sinyal digital yang diterapkan pada Direct Digital

Controller (DCC).

Distributed Control System (DCS)

Penggunaan system control dengan memakai satu buah computer untuk

mengendalikan sebuah unit operasi akan lebih mudah diterapkan. Namun, system

supervisor control akan mengalami kesulitan jika diterapkan pada unit yang

kompleks karena akan dihasilkan suatu pengendalian dan pengoperasian yang

sangat kompleks dan rumit.

Scheduling Computer Control (SCC)

Kemungkinan penggunaan komputer yang terakhir adalah untuk mengatur

Penjadwalan operasi suatu pabrik kimia.

BAB II

METODOLOGI PERCOBAAN

2.1 Bahan dan Alat

Bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah air dan udara. Air yang

digunakan pada percobaan harus air yang bersih, bebas dari pengotor seperti

logam berat maupun pengotor organik. Periksa air umpan, jika kotor maka harus

segera diganti. Udara dipasok dari udara sekitar menggunakan unit kompresor

utama yang selanjutnya didistribusikan ke alat percobaan melalui pipa besi dan

selang bertekanan.

Alat yang digunakan pada praktikum ini adalah Control Trainer H-ICS-8189

yang dilengkapi dengan Universal Modular Controller UMC800 yang digunakan

untuk berinteraksi dengan user dan peralatan bantuan lainnya seperti stopwatch

dan alat tulis untuk mencatat perubahan-perubahan variabel proses yang terjadi

saat melakukan percobaan.

Gambar 2.1 Skema Peralatan Percobaan Pengendalian level

2.2 Prosedur Percobaan

Percobaan pengendalian level terdiri dari 3 percobaan, yaitu kasus start-up,

servo dan regulatory. Dengan beberapa variabel percobaan yang sesuai dengan

penggunaannya pada berbagai sistem pengendali, dapat dilihat pada tabel berikut

ini :

Tabel 2.1 Variabel percobaan dengan berbagai sistem pengendali

Sistem Pengendali

Variabel Percobaan

Gain Reset Rate

P25 - -

50 - -

PI25 0,5 -

25 2,5 -

PID25 0,5 1

25 2,5 2

Sebelum memulai percobaan, dilakukan terlebih dahulu start-up peralatan.

Langkah-langkah persiapan peralatan start-up :

1. MCB unit compressor utama diatur pada posisi ON.

2. Katup udara dibuka 50%, dari kompresor ke unit Control Trainer.

3. Kabel power dihubungkan kesumber arus listrik.

4. Saklar MCB dinaikkan pada Main Power, ditunggu beberapa saat (5

menit) hingga putaran kipas pada unit pengendali konstan.

5. MCB DC Power dinaikkan.

6. MCB Instrumen Power dinaikkan, ditunggu beberapa saat hingga display

UMC800 menampilkan loop trend dari proses yang sedang berlangsung.

7. Katup V3 dan V4 dipastikan dalam posisi tertutup penuh.

8. Katup V4 dibuka penuh (putaran1800).

9. MCB Pump dinaikkan, pompa akan mengalirkan air dari tangki umpan

ketangki proses.

a) Percobaan 1: kasus start-up

1. Jika didalam tangki proses masih terdapat air, maka katup V3 dibuka

penuh dan ditunggu hingga air dalam tangki proses kosong.

2. V3 diatur pada posisi tertutup penuh dan V4 dibuka dengan bukaan 1800.

3. Harga parameter pengendalian dimasukkan, berupa Set-point, Gain,

Reset dan Rate yang dapat di akses melalui Home Loops Level

Tune Constant. Sedangkan untuk pengaturan level dapat diakses melalui

button 1 pindah ke display level menggunakan panah kanan tombol

input set point kemudian dimasukkan harga set point botton 1.

4. Pada percobaan start-up ini, praktikan menggunakan harga parameter,

Untuk proportional controller menggunakan harga gain 25 dan 50

pada setpoint 200 dengan bukaan V4 1800.

Untuk proportional integral controller menggunakan harga gain 25

dengan harga reset 0,5 dan 2,5 pada setpoint 200 dengan bukaan V4

1800.

Untuk proportional integral derivative controller menggunakan

harga gain25 dan reset 2,5 dengan harga rate 1 dan 2 pada setpoint

200 dengan bukaan V4 1800.

5. Saklar MCB pump dinaikkan, kemudian dilakukan pengambilan data

sesaat setelah air mengisi tangki proses. Dalam percobaan praktikum ini

praktikan mengambil data selang 10 detik sampai respon level terlihat

stabil.

b) Percobaan 2: kasus servo

Percobaan untuk kasus servo merupakan lanjutan dari kasus start-up proses.

Pada percobaan ini praktikan akan memasukkan harga set-point yang baru.

Kemudian mengamati perubahan tinggi air dan mencatat perubahan variabel

proses sesaat setelah harga set-point yang baru dimasukkan.

Pada percobaan ini, praktikan merubah harga setpoint dari 200 menjadi 300,

dengan menggunakan harga parameter yang sama pada percobaan start-up.

Untuk proportional controller menggunakan harga gain 25 dan 50 dengan

bukaan V4 1800.

Untuk proportional integral controller menggunakan harga gain 25 dengan

harga reset 0,5 dan 2,5 dengan bukaan V4 1800.

Untuk proportional integral derivative controller menggunakan harga

gain25 dan reset 2,5 dengan harga rate 1 dan 2 dengan bukaan V4 1800.

c) Percobaan 3: kasus regulatory

Proses untuk kasus disturbance dilakukan untuk mempelajari kelakuan

dinamika pengendalian level dengan memberikan gangguan dari luar sistem.

Setelah itu dilakukan pengambilan data.

Pada percobaan praktikum ini, praktikan menggunakan gangguan pulse. Pulse

dilakukan dengan merubah bukaan pada V3 dari posis 00 keputaran 900 selama dua

menit dan ditutup kembali hingga akhir percobaan, sedangkan V4 tetap terbuka

1800. Harga parameter yang digunakan sama seperti pada percobaan kasus

sebelumnya.

Untuk proportional controller menggunakan harga gain 25 dan 50 pada

setpoint 200.

Untuk proportional integral controller menggunakan harga gain 25

dengan harga reset 0,5 dan 2,5 pada setpoint 200.

Untuk proportional integral derivative controller menggunakan harga

gain25 dan reset 2,5 dengan harga rate 1 dan 2 pada setpoint 200.

BAB III

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Kasus Star Up

Kasus pertama dalam sistem pengendalian proses adalah kasus start up.

Pada kasus start up, pengendalian level dimulai pada saat tangki dalam keadaan

kosong, dengan menggunakan set point 200 mm. Pengendalian proses dilakukan

dengan menggunakan tiga mode controller yaitu Proporsional controller (P),

Proporsional Integral controller (PI) dan Proporsional Integral Derivative

controller (PID). Pada masing-masing mode controller diberikan dua variasi

gain, reset dan rate yang berbeda. Pada percobaan yang telah dilakukan, untuk

Proporsional controller menggunakan variasi gain sebesar 25 dan 50.

Proporsional Integral controller menggunakan gain sebesar 25 dengan variasi

reset sebesar 0,5 dan 2,5. Sedangkan Proporsional Integral Derivative controller

menggunakan gain sebesar 25, reset sebesar 2,5 dengan variasi rate sebesar 1 dan

2. Pada kasus star up, V3 tertutup rapat atau berada pada posisi 0o sedangkan V4

terbuka 180o.

3.1.1 Proporsional controller (P)

Hubungan level terhadap waktu pada mode Proporsional controller yang

menggunakan gain 25 dan 50 disajikan pada Gambar 3.1.

0 100 200 300 400 500 600 700 8000

50

100

150

200

250

Gain 25

Gain 50

Set point

Waktu (detik)

Pre

sen

t V

alu

e

Gambar 3.1 Kasus start-up pada mode Proporsional Controller

Berdasarkan Gambar 3.1 pada proses start up, level mulai naik dari detik

ke-0, hingga mencapai setpoint 200. Pada sistem pengendali proportional (P) nilai

setpoint pada gain 25 tercapai pada detik ke-230, namun present value kemudian

turun dan mencapai setpoint kembali pada detik ke-460. Setpoint pada gain 50

tercapai pada detik ke-150, kemudian respon level berfluktuasi dengan stabil

disekitaran setpoint hingga akhir percobaan. Sesuai dengan teori yang menyatakan

bahwa gain 50 lebih stabil dari pada gain 25 yang dibuktikan dengan fluktuasi

nilai gain 50 yang lebih kecil dan stabil daripada nilai gain 25 (Coughanowr,

1991). Naiknya gain kontroler akan mengurangi offset, sehingga level air dalam

tangki lebih stabil.

3.1.2 Proporsional Integral controller (PI)

Hubungan level terhadap waktu pada mode Proporsional Integral controller

yang menggunakan gain 25 dengan variasi reset 0,5 dan 2,5 disajikan pada

Gambar 3.2.

0 50 100 150 200 250 300 350 4000

50

100

150

200

250

Gain 25 Reset 0,5

Gain 25 Reset 2,5

Set point

Waktu (detik)

Pre

sen

t V

alu

e

Gambar 3.2 Kasus start-up pada mode Proporsional Integral Controller

Berdasarkan Gambar 3.2, pada sistem pengendali proportional integral (PI)

nilai setpoint pada reset 0,5 tercapai pada detik ke-70, sedangkan pada reset 2,5

tercapai pada detik ke-170. Pada percobaan mode proportional integral controller

yang menggunakan dua variabel reset, didapatkan hasil bahwa respon level akan

lebih cepat mencapai setpoint dan lebih cepat stabil pada mode PI yang

menggunakan reset 0,5 dibandingkan dengan respon level pada mode PI yang

menggunakan reset 2,5. Pada proportional integral controller, penambahan

fungsi aksi integral pada pengendali proporsional berfungsi untuk menghilangkan

offset dengan tetap mempertahankan respons. Dimana offset adalah pengendali

yang mempertahankan nilai PV pada suatu harga yang berbeda dengan setpoint

atau dapat dikatakan error yang permanen. Artinya, semakin besar nilai reset

(integral time) maka semakin kecil peluang terjadinya offset. Namun hasil yang

didapat pada percobaan justru sebaliknya. Hal ini bisa terjadi dikarenakan pada

reset 2,5 data tidak stabil dan berubah-ubah.

3.1.3 Proporsional Integral Derivative controller (PID)

Hubungan level terhadap waktu pada mode Proporsional Integral

Derivative controller yang menggunakan gain 25, reset 2,5 dengan variasi rate 1

dan 2 disajikan pada Gambar 3.3.

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

50

100

150

200

250

Gain 25 Reset 2,5 Rate 1


Set point

Waktu (detik)

Pre

sen

t V

alu

e

Gambar 3.3 Kasus start-up pada mode Proporsional Integral Derrivative

Controller

Berdasarkan Gambar 3.3, untuk sistem pengendali Proporsional Integral

Derivative Controller (PID), baik pada rate 1 maupun 2, respon level terus

meningkat hingga melewati setpoint, untuk kemudian turun kembali mendekati

nilai setpoint. Nilai setpoint untuk rate 1 tercapai pada detik ke-60 namun terus

meningkat kemudian turun kembali mendekati nilai setpoint dan mulai stabil pada

detik ke-200. Setpoint pada PID dengan rate 2 juga tercapai pada detik ke-60,

namun level terus meningkat hingga terjadi flooding pada detik ke- 260, kemudian

turun kembali sedikit demi sedikit dan mencapai setpoint pada detik ke-1160.

Aksi derivative berguna untuk menghilangkan kelambatan respon akibat

aksi integral. Dimana pengendali Proporsional Integral Derivatif (PID) memiliki

sifat cepat tanggap dan amplitudo osilasi kecil (lebih stabil), tidak terjadi offset

dan peka terhadap noise dan dengan cepat mengembalikan variabel yang

dikendalikan ke nilai awalnya (Coughanowr, 1991). Namun pada percobaan

didapat hasil bahwa rate 1 lebih stabil dari pada rate 2 yang dibuktikan dengan

fluktuasi nilai rate 1 yang lebih kecil dari nilai rate 2. Selain itu rate 1 lebih cepat

mencapai setpoint yang telah ditentukan. Ini bisa jadi disebabkan karena reset

yang digunakan terlalu tinggi yaitu 2,5. Sedangkan berdasarkan hasil percobaan

kasus star up untuk PI, reset yang bagus adalah sebesar 0,5. Disamping itu, nilai

rate yang terlalu tinggi menyebabkan terjadinya flooding pada PID dengan rate 2.

3.1.4 Kinerja Pengendali P, PI dan PID pada Kasus Star Up

Berdasarkan hasil percobaan pada kasus star up untuk masing-masing

mode, maka variabel yang terbaik dalam sistem pengendalian tersebut dapat

dibandingkan, sehingga dapat diketahui sistem pengendali mana yang memiliki

stabilitas dan respon level yang terbaik. Perbandingan dari ketiga mode controller

yang digunakan disajikan pada Gambar 3.4.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500

50

100

150

200

250

Mode P

Mode PI

Mode PID

Set point

Waktu (detik)

Pre

sen

t V

alu

e

Gambar 3.4 Kasus start-up pada mode P, PI dan PID

Berdasarkan gambar 3.4 dapat dilihat dari ketiga mode yang digunakan pada

kasus start up, mode yang paling bagus untuk digunakan adalah mode

Proporsional Integral controller (PI). Hal ini dikarenakan mode PI lebih cepat

mencapai setpoint dan fluktuasi nilai yang lebih kecil sehingga menyebabkan

respon lebih berosilasi. Dari keseluruhan sistem pengendali P, PI, dan PID secara

teori menyatakan bahwa sistem pengendali PID memiliki stabilitas yang lebih

baik dibandingkan sistem pengendali P dan PI , karena pada mode PID akan lebih

cepat mencapai setpoint dan fluktuasi yang diperoleh lebih kecil. Tetapi dari

percobaan didapatkan mode PI lebih bagus dari P dan PID. Hal ini dikarenakan

pada sistem pengendali PID, nilai reset dan rate yang diberikan terlalu besar,

sehingga terjadi sulit mencapai kesatbilan pada setpoint.

3.2 Kasus Servo

Kasus kedua dalam sistem pengendalian proses adalah kasus servo. Kasus

servo merupakan lanjutan dari kasus start up, yaitu dengan memasukkan harga

setpoint yang baru pada saat tangki telah berisi air hingga setpoint awal. Setpoint

yang digunakan adalah dari 200 diubah menjadi 300, menggunakan tiga mode

controller yaitu Proporsional controller (P), Proporsional Integral controller (PI)

dan Proporsional Integral Derivative controller (PID). Pada masing-masing mode

controller diberikan dua variasi gain, reset dan rate yang berbeda. Pada

percobaan yang telah dilakukan, untuk Proportional controller menggunakan

variasi gain sebesar 25 dan 50. Proportional Integral controller menggunakan

gain sebesar 25 dengan variasi reset sebesar 0,5 dan 2,5. Sedangkan Proporsional

Integral Derivative controller menggunakan gain sebesar 25, reset sebesar 2,5

dengan variasi rate sebesar 1 dan 2. Pada kasus ini V3 tertutup rapat atau berada

pada posisi 0o sedangkan V4 terbuka 180o.




0 200 400 600 800 1000 1200150

200

250

300

350

400

Gain 25

Gain 50

Set point awal

Set point akhir

Waktu (detik)

Pre

sen

t V

alu

e

Gambar 3.5 Kasus servo pada mode Proporsional Controller

Gambar 3.5 menunjukkan hubungan antara waktu dan level pada kasus

servo yang menggunakan mode proporsional controller dengan set point 200 dan

kemudian diubah menjadi 300 dengan memvariasikan gain, yaitu sebesar 25 dan

50. Berdasarkan Gambar 3.5 untuk gain 25 set point 300 tercapai pada detik ke-

890, sedangkan untuk gain 50, set point 300 tercapai pada detik ke-410 dan

berfluktuasi pada ketinggian level yang telah diset yaitu 300. Naiknya gain

kontroler akan mengurangi offset, sehingga ketinggian level air dalam tangki lebih

stabil. Sesuai dengan teori, gain 50 lebih stabil dan memiliki respon level yang

lebih baik dari pada gain 25. Hal ini dibuktikan dengan lamanya waktu yang

dibutuhkan pada gain 25 untuk mencapai set point.




Gambar 3.6.

0 200 400 600 800 1000 1200150

200

250

300

350

Gain 25 Reset 0,5

Gain 25 Reset 2,5

Set point awal

set point akhir

Waktu (detik)

Pre

sen

t V

alu

e

Gambar 3.6 Kasus servo pada mode Proporsional Integral Controller

Pada sistem pengendali untuk kasus servo dengan menggunakan mode

controller Proportional Integral (PI), variasi pertama menggunakan gain 25 dan

reset 0,5 dapat mencapai nilai set point 300 pada detik ke-350 dan berfluktuasi

disekitaran set point hingga akhir percobaan, sedangkan pada variasi kedua yang

menggunakan gain 25 dan reset 2,5 dapat mencapai nilai set point 300 pada detik

ke-1030. Hal ini menyatakan bahwa pada kasus servo yang menggunakan mode

PI, variasi gain 25 dan reset 0,5 memiliki respon level yang lebih cepat stabil dari

pada variasi gain 25 dan reset 2,5. Pada proportional integral controller,

penambahan fungsi aksi integral pada pengendali proporsional berfungsi untuk

menghilangkan offset dengan tetap mempertahankan respons. Dimana offset

adalah pengendali yang mempertahankan nilai PV pada suatu harga yang berbeda

dengan setpoint atau dapat dikatakan error yang permanen. Artinya, semakin

besar nilai reset (integral time) maka semakin kecil peluang terjadinya offset.

Namun hasil yang didapat pada percobaan justru sebaliknya. Hal ini bisa terjadi

dikarenakan pada reset 2,5 data tidak stabil dan berubah-ubah.





0 100 200 300 400 500 600150

200

250

300

350

400


Gain 25 Reset 2,5 rate 2

Set point awal

Set point akhir

Waktu (detik)

Pre

sen

t V

alu

e

Gambar 3.7 Kasus servo pada mode Proporsional Integral Derivative Controller

Pada sistem pengendali untuk kasus servo yang menggunakan

Proporsional Integral Derivative controller (PID) nilai set point untuk variasi

gain 25, reset 2,5 dan rate 1 tercapai pada detik ke-140 dan terus meningkat serta

berfluktuasi diatas setpoint 300 hingga akhir percobaan, sedangkan untuk variasi

gain 25, reset 2,5 dan rate 2, setpoint 300 juga tercapai pada detik ke-140 namun

dengan fluktuasi level disekitaran setpoint 300. Variasi yang menggunakan rate 2

memiliki respon level yang lebih cepat dan stabil dari pada rate 1 yang dibuktikan

dengan fluktuasi nilai derivative time rate 2 yang lebih kecil dari nilai rate 2. Ini

dikarenakan adanya aksi derivative yang berguna untuk menghilangkan

kelambatan respon akibat aksi integral. Dimana pengendali Proporsional Integral

Derivatif (PID) memiliki sifat cepat tanggap dan amplitude osilasi kecil (lebih

stabil), tidak terjadi offset dan peka terhadap noise dan dengan cepat

mengembalikan variabel yang dikendalikan ke nilai awalnya (Coughanowr,

1991).

3.2.4 Kinerja Pengendali P, PI dan PID pada Kasus Servo

Berdasarkan hasil percobaan pada kasus servo untuk masing-masing mode,

maka variabel yang terbaik dalam sistem pengendalian tersebut dapat




0 100 200 300 400 500 600 700150

200

250

300

350

400

Mode P

Mode PI

Mode PID

set point awal

set point akhir

Waktu (detik)

Pre

sen

t V

alu

e

Gambar 3.8 Kasus servo pada mode P, PI dan PID

Berdasarkan gambar 3.8 dapat dilihat dari ketiga mode yang digunakan

pada kasus servo, mode yang paling bagus untuk digunakan adalah mode PID.

Pada sistem pengendali yang menggunakan mode P, PI dan PID, secara berurutan,

set point tercapai pada detik ke 410, 350 dan 140. Jadi secara keseluruhan pada

sistem pengendali P, PI, PID dapat disimpulkan bahwa data percobaan sesuai

dengan teori, dimana sistem pengendali PID memiliki stabilitas yang lebih baik

dibandingkan sistem pengendali P dan PI yang dikarenakan fluktuasi yang

diperoleh lebih kecil serta waktu untuk mencapai kestabilan setpoint yang lebih

cepat.

3.3 Kasus Regulatory

Kasus regulatory dilakukan untuk mengetahui kelakuan dinamika

pengendalian level dengan memberikangangguan dari luar sistem. Gangguan yang

diberikan yaitu berupa perubahan laju alir keluaran tangki proses. Gangguan yang

diberikan adalah pulse. Gangguan melalui cara pulse dilakukan dengan merubah

bukan katup V3 secara tiba-tiba dari putaran 0o keputaran 90o selama 2 menit,

sedangkan V4 tetap terbuka 180o sampai akhir percobaan. Setpoint yang

digunakan tetap yaitu 200, dengan menggunakan tiga mode Controller yaitu

Proporsional controller (P), Proporsional Integral controller (PI) dan

Proporsional Integral Derivative controller (PID), dan pada masing-masing mode

controller diberikan dua variasi gain, reset dan rate yang berbeda. Pada percobaan

yang telah dilakukan, untuk Proportional controller menggunakan variasi gain

sebesar 25 dan 50. Proportional Integral controller menggunakan gain sebesar 25

dengan variasi reset sebesar 0,5 dan 2,5. Sedangkan Proporsional Integral

Derivative controller menggunakan gain sebesar 25, reset sebesar 2,5 dengan

variasi rate sebesar 1 dan 2.




0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000

50

100

150

200

250

Gain 25

Gain 50

Set point

Waktu (detik)

Pre

sen

t V

alu

e

Gambar 3.9 Kasus regulatory pada mode Proporsional Controller

Gambar 3.9 menunjukkan hubungan antara waktu dan level pada berbagai

mode controller pada kasus regulatory dengan gangguan pulse pada V3 dari

bukaan 0o menjadi 90o selama dua menit dan kemudian ditutup kembali hingga

akhir percobaan. Berdasarkan Gambar 3.9 dapat dilihat bahwa sesaat setelah

diberikan gangguan, terjadi penurunan pada level, hal ini dapat diamati dari nilai

PV yang berada dibawah set point, kemudian ketika V3 ditutup, level meningkat

kembali menuju setpoint dan berfluktuasi disekitaran setpoint. Waktu yang

dibutuhkan pada gain 25 dan 50 untuk mencapai kembali setpoint setelah

diberikan gangguan pulse secara berurutan yaitu 250 detik dan 260 detik. Pada

variasi gain 50, fluktuasi yang terjadi ketika diberikan pulse lebih kecil

dibandingkan pada variasi gain 25. Hal ini sesuai dengan teori, dimana gain 50

lebih stabil dari pada gain 25 (Coughanowr, 1991). Ini menyatakan bahwa

gangguan yang diberikan sangat mempengaruhi sistem pengendalian level pada

tangki.




Gambar 3.10.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500

50

100

150

200

250

Gain 25 Reset 0,5

Set point

Gain 25 Reset 2,5

Waktu (detik)

Pre

sen

t V

alu

e

Gambar 3.10 Kasus regulatory pada mode Proporsional Integral Controller

Berdasarkan gambar 3.10 dapat dilihat bahwa sesaat setelah diberikan

gangguan, terjadi penurunan pada level, hal ini dapat diamati dari nilai PV yang

berada dibawah set point, kemudian ketika V3 ditutup, level meningkat kembali

menuju setpoint dan berfluktuasi disekitaran setpoint. Waktu yang dibutuhkan

pada reset 0,5 dan 2,5 untuk mencapai kembali setpoint setelah diberikan

gangguan pulse secara berurutan yaitu 240 detik dan 250 detik. Pada variasi reset

0,5, fluktuasi yang terjadi ketika diberikan pulse lebih kecil dibandingkan pada

variasi reset 2,5. Hal ini tidak sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa pada

mode Proportional Integral controller, penambahan fungsi aksi integral pada

pengendali proportional adalah menghilangkan offset dengan tetap

mempertahankan respon. Sehingga dapat dikatakan bahwa semakin besar nilai

reset (integral time) maka semakin kecil juga peluang terjadinya offset dan

membuat perilaku respon lebih berosilasi (Coughanowr, 1991). Artinya, untuk

kasus regulatory berupa pulse, reset 0,5 lebih baik dibandingkan reset 2,5.





0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16000

50

100

150

200

250



Set point

Waktu (detik)

Pre

sen

t V

alu

e

Gambar 3.11 Kasus regulatory pada mode Proporsional Integral Derivative

Controller

Berdasarkan gambar 3.11 dapat dilihat bahwa sesaat setelah diberikan

gangguan, terjadi penurunan pada level, hal ini dapat diamati dari nilai PV yang

berada dibawah set point, kemudian ketika V3 ditutup, level meningkat kembali

menuju setpoint dan berfluktuasi jauh diatas setpoint. Waktu yang dibutuhkan

pada rate 1 dan 2 untuk mencapai kembali setpoint setelah diberikan gangguan

pulse secara berurutan yaitu 250 detik dan 240 detik. Namun setelah mencapai

setpoint, level terus meningkat, berfluktuasi, dan tidak mencapai setpoint kembali.

Pada variasi rate 1, fluktuasi yang terjadi ketika diberikan pulse lebih kecil

dibandingkan pada variasi rate 2.

3.2.4 Kinerja Pengendali P, PI dan PID pada Kasus Servo

Berdasarkan hasil percobaan pada kasus regulatory untuk masing-masing

mode, maka variabel yang terbaik dalam sistem pengendalian tersebut dapat




0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16000

50

100

150

200

250

300

350

400

Mode P

Mode PI

Mode PID

Set point

Waktu (detik)

Pre

sen

t V

alu

e

Gambar 3.12 Kasus regulatory pada mode P, PI dan PID

Berdasarkan gambar 3.12 dapat dilihat dari ketiga mode yang digunakan

pada kasus regulatory berupa gangguan pulse, mode yang paling bagus untuk

digunakan adalah mode Proporsional Integral controller (PI). Hal ini dikarenakan

mode PI lebih cepat mencapai setpoint dan fluktuasi nilai yang lebih kecil

sehingga menyebabkan respon lebih berosilasi. Dari keseluruhan sistem

pengendali P, PI, dan PID secara teori menyatakan bahwa sistem pengendali PID

memiliki stabilitas yang lebih baik dibandingkan sistem pengendali P dan PI,

karena pada mode PID akan lebih cepat mencapai setpoint, fluktuasi yang

diperoleh lebih kecil serta mode PID akan lebih stabil dan memiliki respon level

yang baik daripada P dan PI. Hal ini dikarenakan adanya aksi derivative pada

sistem PID yang membuat respon lebih cepat untuk kembali ke setpoint setelah

mengalami gangguan. Tetapi dari percobaan didapatkan mode PI lebih bagus dari

P dan PID. Hal ini dikarenakan pada sistem pengendali PID, nilai reset dan rate

yang diberikan terlalu besar, sehingga level terus meningkat dan sulit mencapai

setpoint.

BAB IV

KESIMPULAN DAN SARAN

4.1 Kesimpulan

Percobaan sistem pengendalian proses dilakukan dalam tiga kasus yaitu

kasus start up, kasus servo dan kasus regulatory berupa gangguan pulse. Ketiga

kasus ini dicobakan pada tiga mode kontroler yaitu Proporsional (gain 25 dan

50), Proporsional Integral (gain 25, dengan varisi reset 0,5 dan 2,5) dan

Proporsional Integral Derivative (gain 25, reset 2,5, dengan variasi rate 1 dan 2).

Setelah melakukan percobaan dengan masing-masing mode maka didapat

kesimpulan sebagai berikut :

1. Pengendalian proses adalah suatu kegiatan untuk menjaga kondisi dari suatu

sistem dengan cara mengatur variabel-variabel tertentu dalam suatu sistem

tersebut. Hakikat utama sistem pengendalian adalah menjaga atau

mengendalikan process variable agar selalu sama dengan set point.

2. Parameter-parameter pengendali dan berbagai gangguan (disturbance) yang

diberikan dapat digunakan untuk menganalisis sistem pengendalian proses

dengan kurva set point hubungan antara level dan waktu. Perubahan

parameter-paramete pengendali dan gangguan yang diberikan menyebabkan

ketidakstabilan proses.

3. Untuk kasus star up, mode controller yang paling baik untuk digunakan

adalah mode Proporsional Integral controller (PI) dengan gain 25 reset 0,5

dan waktu untuk mencapai setpoint selama 70 detik.

4. Untuk kasus servo, mode controller yang paling baik untuk digunakan

adalah mode Proporsional Integral Derivative controller (PID) dengan gain

25 reset 0,5 rate 2 dan waktu untuk mencapai setpoint selama 60 detik.

5. Untuk kasus regulatory berupa gangguan pulse, mode controller yang

paling baik untuk digunakan adalah mode Proporsional Integral controller

(PI) dengan gain 25 reset 0,5 dan waktu untuk mencapai setpoint selama

160 detik.

4.2 Saran

1. Pompa sebaiknya dinyalakan ketika tangki telah benar-benar kosong

ataupun setelah level yang terbaca sebesar nol.

2. Kondisi valve harus diperhatikan dengan teliti apakah telah pada posisi

tertutup atau terbuka.

DAFTAR PUSTAKA

Anerasari. 2011. Petunjuk Praktikum Pengendalian Proses. Palembang: Electrical Console. POLSRI.

Coughanowr, Donald. Process Systems Analysis and Control. McGraw-Hill International Editions.

R. Endang, dkk. 1996. Petunjuk Praktikum Instrumentasi dan Pengendalian Proses. Direktorat Jendral Pendidikan. Bandung: Direktorat Jendral

Pendidikan. Ritonga, M. Yusuf. 2009. Pengendalian Proses – I. Program Studi Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.Stephanopoulus, George. Chemical Process Control Introduction to Theory and

Practice. Department of Chemical Enginnering Massachusetts Institute of Technology

pengendalian proses (kasus start up, servo dan regulatory)

Documents