SISTEM KENDALI

Sistem pengendalian proses terbagi menjadi dua yaitu sistem pengendalian

manual dan sistem pengendalian otomatis.

1.   Sistem Pengendalian Manual adalah sistem pengendalian dengan subyek adalah

makhluk hidup, contoh oleh manusia. Biasanya sistem ini dipakai pada beberapa

proses-proses yang tidak banyak mengalami perubahan beban  ( load ) atau pada

proses yang tidak kritis.

2.   Sistem Pengendalian Otomatis adalah sistem pengendalian dimana subyek

digantikan oleh suatu alat yang disebut controller. Dimana tugas untuk membuka

dan menutup valve tidak lagi dikerjakan oleh operator, tetapi atas

perintah controller.  (Gunterus, 1994)

                       Gb. 2. Sistem Pengendalian otomatis  

                             

Gb.1. Sistem pengendalian manual

Dari gambar diatas terlihat bahwa contoh sistem pengendalian manual

salah satunya adalah proses merebus botol dengan panci panas yang diberi

air. Proses merebus botol ini biasanya dilakukan oleh ibu-ibu untuk mensterilkan

botol. Biasanya proses perebusan dimulai dengan memanaskan air sampa

mendidih, kemudian botol-botol dimasukkan ke panci sampai sekitar 5- 10 menit,

setelah selesai maka kita harus mematikan kompor gas secara manual.

Sedangkan gambar 2 menunjukkan contoh sistem pengendalian otomatis

pada proses sterilisasi botol. Gambar 2 menunjukkan proses sterilisasi botol

dilakukan dengan alat sterilizer, dimana kita tinggal memasukkan botol ke alat

kemudian kita putar atau tekan sistem kontrol temperatur pada alat tersebut dan

jika proses sterilisasi sudah selesai maka alat akan otomatis mati sendiri, sehingga

tidak perlu ditunggu dan dimatikan secara manual.

                     Diagram kotak sistem pengendalian otomatis adalah sebagai berikut :

Gambar 3. Diagram kotak sistem pengendalian otomatis (Gunterus, 1994)

Pada gambar 3, bagian controller mempunyai summing junction dengan tanda

positif-negatif (+/-). Di titik inilah langkah membandingkan dilakukan

mengurangi besaran set point dengan sinyal measurement variable. Hasilnya

adalah sinyal yang disebut error.

Untuk tanda (-) pada summing junction  sistem pengendalian otomatis disebut

sistem negative feedback., jika tanda pada summing junction (+) maka sistem

pengendalian otomatis disebut positif feedback

Beberapa keterangan mengenai elemen-elemen sistem pengendalian otomatis dari

diagram kotak pada gambar 1.1 sebagai berikut :

Proses (Process) adalah tatanan peralatan yang mempunyai suatu fungsi

tertentu. Input proses dapat bermacam- macam, yang pasti merupakan

besaran yang dimanipulasi oleh final control element atau control

valveagar variabel yang dimaksud sama dengan set point. Input proses ini

juga disebut variabel yang dimanipulasi.

Variabel yang dimanipulasi adalah input dari suatu proses yang dapat

dimanipulasi atau diubah-ubah besarnya agar process variable atauvariabel

yang dikendalikan besarnya sama dengan set point.

Gangguan adalah besaran lain, selain variabel yang dimanipulasi, yang dapat

menyebabkan berubahnya variabel yang dikendalikan. Besaran ini lazim

disebut load.

Elemen Pengukur adalah bagian paling ujung suatu sistem pengukuran

(measuring system). Contoh elemen pengukur yang banyak dipakai

misalnya termocouple atau oriface plate. Bagian ini juga biasa disebut sensor

atau  primary element.

Transmitter adalah alat yang berfungsi untuk membaca sinyal sensing

element, dan mengubahnya menjadi sinyal yang dapat dimengerti

olehcontroller.

Transducer adalah unit pengalih sinyal. Kata transmitter, seringkali

dirancukan dengan kata transduser. Keduanya memang mempunyai fungsi

yang serupa, walaupun tidak sama benar. Transducer lebih bersifat umum,

sedangkan transmitter lebih khusus pada pemakaian dalam sistem

pengukuran.

Variabel yang dimaksud atau measured variable adalah sinyal yang keluar

dari transmitter. Besaran ini merupakan cerminan besarnya sinyal sistem

pengukuran.

Set Point adalah besar process variable yang dikehendaki.

Sebuah kendaliakan selalu berusaha menyamakan variabel yang

dikendalikan dengan set point.

Error adalah selisih antara set point dikurangivariabel yang

dimaksud.Error bisa negatif, bisa juga positif. Sebaliknya, bila set point lebih

kecil darivariabel yang dimaksud, error menjadi negatif.

Controller adalah elemen yang mengerjakan tiga dari empat tahap langkah

pengendalian yang membandingkan set point denganmeasurement variable,

menghitung berapa banyak koreksi yang perlu dilakukan, dan mengeluarkan

sinyal koreksi sesuai dengan hasil perhitungan tadi. Controller sepenuhnya

menggantikan peran manual dalam mengendalikan sebuah

proses. Controller merupakan alat pengendali.

Unit Pengendali adalah bagian dari controller yang menghitung besarnya

koreksi yang diperlukan. Input control unit adalah error, dan outputnya

adalah sinyal yang keluar dari controller (manipulated variable). Unit

Pengendali memiliki fungsi transfer yang tergantung pada jenis controller.

Output unit pengendali adalah hasil penyelesaian matematik fungsi

transfer dengan memasukkan nilai error sebagai input.

Final control element, seperti tercermin dari namanya, adalah bagian akhir

dari instrumentasi sistem pengendalian. Bagian ini berfungsi untuk

mengubah measurement variable dengan cara memanipulasi

besarnyamanipulated variable, berdasarkan perintah controller.

Jika diagram sistem pengendalian ini dikaitkan dengan proses sterilisasi

dengan alat sterilizer, maka pada saat kita memasukkan botol pada alat dan

memutar atau menekan tombol kontrol temperatur dan waktu sterilisasi, maka

disini kita melakukan proses setting point pada sistem pengendalian otomatis.

Setting point yang kita masukkan ini akan di baca oleh elemen pengukur (sensor

suhu/termokopel misalnya) dan dibaca oleh transmitter. Dari transmitter inilah

setting point yang kita masukkan dalam hal ini misalkan suhu temperatur dan

waktu sterilisasi akan diubah menjadi sinyal listrik dan dikendalikan oleh sistem

kontrol pada alat. Jika proses sterilisasi sudah memenuhi suhu dan waktu proses

untuk mensterilkan, maka alat kontrol akan memaksa kerja alat sterilisasi berhenti

secara otomatis.

Dasar Pengontrolan

Summing point adalah gabungan dari seluruh sinyal kontrol untuk

mendapatkan output yang diinginkan dengan error 0 sehingga didapatkan posisi

kontrol aktuator yang steady. PID (Proportional Integral Derivate) blok dan

feedback system amplifier memiliki tipe yang sesuai dengan program konfigurasi

kontrol yang dikehendaki. Dimana ke semua bagian itu merupakan komponen

penyusun dari dasar sistem pengontrolan yang banyak dipakai dalam suatu proses

produksi.

Gambar

Dasar Sistem Pengontrol

Bagian utama dari sistem Pengontrolan :

Input / reference merupakan perintah yang diberikan oleh user kepada

controller (biasa juga disebut dengan setpoint / demand). Input disini

berupa summing point, dimana summing point adalah gabungan dari

seluruh sinyal kontrol untuk mendapatkan output yang diinginkan dengan

error 0 sehingga didapatkan posisi kontrol actuator yang steady. Set point

yang masuk ke summing point berupa sensor pressure transmitter,

temperature transmitter, dan flow transmitter yang dikehendaki dan akan

dikirimkan dari kontrol panel room untuk disesuaikan dengan set point

yang berada di lapangan. Sedangkan sinyal yang berasal dari anti surge

controller merupakan sinyal umpan balik dari discharge pressure yang

dihasilkan dari kompresor untuk diubah menjadi masukan sinyal pada

summing point dalam kondisi automatis apabila terjadi kesalahan maka

valve akan membuka secara otomatis.

CPU / control unit yang merupakan tempat pemprosesan data untuk

mendapatkan hasil yang sesuai dengan setpoint.

Output, biasanya berupa alat penggerak baik yang berupa elektric,

hydraulic, ataupun pneumatic yang merupakan hasil akhir dari controller

(aktuator, servo/control valve, dll)

Feedback / umpan balik yang merupakan mata / sensor dari controller

yang berfungsi sebagai pemberi informasi dari hasil proses yang telah

dicapai (pressure transmitter, temperature transmitter, dan flow

transmitter, dll).

Sebuah kontrol system harus dilengkapi dengan PID untuk mendapatkan

reaksi yang tepat dan menghasilkan control yang steady. PID berfungsi

untuk mensinkronkan / menselaraskan antara kontrol dan penggerak

(prime mover), hal ini diperlukan karena antara besarnya discharge

pressure yang ada dikontrol panel dengan yang ada di lapangan tidak

sama sehingga diperlukan PID untuk mendapatkan keselarasan.

1. Kontrol Proporsional (KP)

Untuk kontroler dengan aksi kontrol proporsional, hubungan antara keluaran

pengontrol m(t) dan sinyal kesalahan penggerak e(t) adalah :

m(t) = Kp e(t)

atau, dalam besaran transformasi Laplace,

M (s)E(s)

= Kp

Dimana Kp adalah kepekaan proporsional atau penguatan.

Adapun wujud mekanisme yang sebenarnya dan adapun bentuk daya

penggeraknya, kontrol proporsional pada dasarnya merupakan penguatan yang

dapat diatur. Diagram blok pengontrol proporsional ditunjukkan pada gambar

dibawah ini:

E(s) M(s)

Gambar

Diagram Blok Pengontrol proporsional

2. Kontrol Integral (KI)

Pada pengontrol dengan aksi kontrol integral, harga keluaran pengontrol

m(t) diubah dengan laju yang sebanding dengan sinyal kesalahan penggerak. Jadi,

dm(t)dt

= Ki e(t)

Dimana Ki adalah konstanta yang dapat diatur. Fungsi alih pengontrol integral

adalah :

M (s)E(s) =

Kis

Jika harga e(t) didua kalikan, maka harga m(t) berubah dengan laju perubahan

menjadi dua kali semula. Jika kesalahan penggerak nol, maka harga m(t) tetap

stasioner. Aksi kontrol integral seringkali disebut kontrol “reset”. Gambar di

bawah ini menunjukkan diagram blok pengontrol integral.

E(s) M(s)

Gambar

Diagram Blok Pengontrol Integral

3. Kontrol Proporsional Plus Integral (PI)

Aksi kontrol dari kontroler proporsional plus integral didefinisikan dengan

persamaan berikut :

+ Kp

+ Kp

M (s)E(s)

= Kp (1+ 1s )

Dimana Kp menyatakan kepekaan proporsional, atau penguatan, dan Ti

menyatakan waktu integral. Bila Kp maupun Ti dapat diatur. Waktu integral

mengatur aksi kontrol integral, sedangkan Kp mempengaruhi baik bagian

proporsional maupun bagian integral dari aksi kontrol. Kebalikan dari waktu

integral Ti disebut laju reset. Laju reset adalah banyaknya pengulangan per menit.

Gambar di bawah ini menunjukkan diagram blok kontroler proporsional plus

integral. Jika sinyal kesalahan penggerak e(t) adalah fungsi tangga satuan, seperti

ditunjukkan pada gambar (b), maka keluaran pengontrol m(t) menjadi seperti

yang ditunjukkan pada gambar (c)

E(s) M(s)

(a) (b)

(c)

Gambar

(a) Diagram blok pengontrol Proporsional Plus Integral; (b) dan

(c) Diagram yang melukiskan Masukan Tangga Satuan dan

Keluaran Pengontrol

4. Kontrol Proporsional Plus Turunan (PD)

+ Kp(1+Ti S)Ti S

k❑

0

1

e(t)

f

Harga Satuan

e(t)

0 Hanya Proporsional

Aksi Kontrol PI

Aksi kontrol dari kontroler proporsional plus turunan didefinisikan

dengan persamaan berikut :

m(t) = Kp e(t) + Kp Td de (t)

dt

atau fungsi alih pengontrol adalah

M (s)E(s) = Kp (1+Td S)

Dimana Kp menyatakan kepekaan proporsional atau penguatan, dan Td

menyatakan waktu turunan. Bila Kp maupun Td dapat diatur. Aksi kontol turunan

sering disebut kontrol laju (rate Control), karena besar keluaran kontroler

sebanding dengan laju perubahan sinyal kesalahan penggerak. Waktu turunan Td

adalah selang waktu bertambah majunya respon aksi kontrol proporsional yang

disebabkan oleh aksi laju (rate action). Gambar di bawah ini menunjukkan

diagram blok kontroler proporsional plus turunan. Jika sinyal kesalahan

penggerak e(t) adalah fungsi ramp satuan seperti yang ditunjukkan pada gambar

(b), maka keluaran pengontrol m(t) menjadi seperti yang ditunjukkan pada gambar

(c), aksi kontrol turunan mempunyai suatu karakter untuk mendahului. Meskipun

demikian, tentu saja aksi kontrol turunan tidak pernah dapat mendahului setiap

aksi yang belum terjadi.

Disamping mempunyai keunggulan dalam mendahului, aksi kontrol turunan

mempunyai kelemahan dalam hal memperkuat sinyal desing (noise) sehingga

dapat menimbulkan pengaruh saturasi pada aktuator.

Perhatikan bahwa aksi kontrol turunan tidak pernah dapat digunakan

sendirian karena aksi kontrol ini hanya efektif selama perioda transien.

Gambar

(a) Diagram Blok Pengontrol Proporsional Plus Integral ; (b) dan (c) Diagram

yang Melukiskan dan Keluaran Pengontrol

5. Kontrol Proporsional Plus Integral Plus Turunan (PID)

Gabungan aksi kontrol proporsional, aksi kontrol integral, dan aksi

kontrol turunan membentuk aksi kontrol proporsional plus turunan plus integral.

Gabungan aksi ini mempunyai keunggulan dibandingkan dengan masing-masing

dari tiga aksi kontrol tersebut. Persamaan pengontrol dengan aksi gabungan ini

diberikan oleh

M (s)E(s)

= Kp (1+ 1Ti s

+Td s)Dimana Kp menyatakan kepekaan proporsional, Ti menyatakan waktu integral,

dan Td menyatakan waktu turunan. Diagram blok pengontol proporsional plus

turunan plus integral ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Jika e(t) adalah

fungsi ramp satuan seperti yang ditunjukkan pada gambar (b), maka keluaran

pengontrol m(t) menjadi seperti yang ditunjukkan pada gambar (c)

Gambar

(a) Diagram Blok Pengontrol Proporsional Plus Integral Plus Turunan; (b)

dan (c) Diagram yang melukiskan Masukan Ramp Satuan dan Keluaran

Pengontrol

Pengontrol yang digunakan yaitu dengan sistem pneumatic secara

otomatis. Istilah pneumatik menjelaskan sistem fluida yang menggunakan udara

atau gas.