Gc Gv Gp

H

Sistem proses adalah rangkaian operasi yang menangani konversi material dan energi sehingga berada dalam keadaan

yang diinginkan. Keadaan itu dapat berupa besaran fisika atau kimia, seperti: suhu, tekanan, laju alir, tinggi permukaan cairan,

kmposisi, pH, dan lain-lain. Sistem adalah seluruh komponen yang terlibat dalam suatu proses.

Pabrik kimia atau pabrik lainnya yang sejenis harus beroperasi pada kondisi tertentu. Berkaitan dengan itu terdapat tiga

faktor pengendalian proses perlu dilakukan, sebagai berikut:

1. Keamanan Operasi

Beberapa system proses di pabrik memiliki kondisi operasi yang berbahaya. Untuk mencegah kecelakaan karena kondisi

maksimum terlampaui diperlukan pengendalian terhadap beberapa variable yang menjadi potensi bahaya.

2. Kondisi Operasi

Pada reaksi atau operasi tertentu diperlukan kondisi pula. Pengendalian diperlukan agar proses beroperasi secara optimal.

3. Faktor Ekonomi

Pabrik didirikan adalah untuk menghasilkan uang. Sehingga produk akhir harus sesuai dengan permintaan pasar. Prinsipnya,

bukan kualitas produk terbaik yang diharapkan, tetapi kualitas yang dapat diterima pasar dengan biaya operasional rendah

sehingga menghasilkan untung sebesar-besarnya. Kualitas sangat bagus tetapi memerlukan biaya operasional yang tinggi,

sehingga harga jual menjadi mahal dan tidak laku di pasar, barang sudah tentu tidak diharapkan. Atas dasar itu peranan

pengendalian proses adalah membuat kondisi operasi agar menghasilkan produk yang sesuai permintaan pasar.

Penggambaran suatu sistem atau komponen dari sistem dapat berbentuk blok (kotak) yang dilengkapi dengan garis

sinyal masuk dan keluar. Sinyal dapat berupa arus listrik, tegangan (voltase), tekanan, aliran cairan, tekanan cairan, suhu, pH,

kecepatan, posisi, dan lain-lain. Sinyal yang perlu digambarkan hanyalah sinyal masuk dan keluar yang secara langsung

berperanan sistem. Sedangkan sumber energi atau massa yang masuk biasanya tidak digambarkan.

Diagram blok lengkap pengendalian proses dapat digambarkan sebagai berikut:

w

Komputer

r + e u m + + c

-

y

Keterangan:

r : nilai acuan atau settpoint value c : variabel proses (PV)

e : sinyal galat (error) dengan e = r-y Gc : pengendali

y : sinyal pengukuran Gv : katup kendali

u : sinyal kendali Gp : sistem proses

m : variabel termanipulasi (MV) H : transmitter atau sensor

w : variabel gangguan

Pengendalian Proses adalah bagian dari pengendalian automatik yang diterapkan di bidang teknologi proses untuk

menjaga kondisi proses agar sesuai dengan yang diinginkan. Seluruh komponen yang terlibat dalam pengendalian proses

disebut sistem pengendalian atau sistem kontrol. Tujuan pengendalian proses bertujuan untuk mempertahankan nilai proses

agar sesuai dengan kebutuhan operasi.

Tujuan pengendalian adalah mempertahankan nilai variabel proses agar sesuai dengan kebutuhan operasi sesuai

dengan yang diinginkan. Tujuan pengendalian erat berkaitan dengan kualitas pengendalian yang didasarkan atas bentuk

tanggapan variabel proses. Setelah terjadi perubahan nilai acuan (settpoint) atau beban diharapkan,

Penyimpangan maksimum dari nilai acuan sekecil mungkin

Waktu yang diperlukan oleh variabel proses mencapai kondisi mantap sekecil mungkin

Perbedaan nilai acuan dan variabel proses setelah tunak sekecil mungkin

Atau dapat dinyatakan dengan istilah umum, yaitu

Minimum overshoot

Minimum offset

Minimum settling time

Dengan kata lain kualitas pengendalian yang diharapkan adalah,

Tanggapan cepat

Hasilnya stabil dan tidak ada penyimpangan

Jenis variabel yang mendapatkan perhatian penting dalam bidang pengendalian proses adalah variabel proses

(process variable, PV) atau yang disebut juga variabel terkendali (controlled variable). Variabel proses adalah besaran fisika

atau kimia yang menunjukkan keadaan proses. Variabel ini bersifat dinamik, artinya nilai variabel dapat berubah spontan oleh

sebab lain baik yang diketahui ataupun tidak. Di antara banyak macam variabel proses terdapat empat variabel dasar, yaitu:

suhu (T), tekanan (P), laju alir (F), dan tinggi permukaan cairan (L).

Dalam teknik pengendalian proses, titik berar permasalahan adalah menjaga agar nilai variabel proses tetap atau

berubah mengikuti alur (trayektori) tertentu. Variabel yang digunakan untuk melakukan koreksi atau mengendalikan variabel

proses disebut variabel termanipulasi (manipulated variable, MV) atau variabel pengendali. Sedangkan nilai yang diinginkan

dan dijadikan acuan atau referensi variabel proses disebut nilai acuan (settpoint value, SV).

Selain ketiga jenis variabel tersebut masih terdapat variabel lain yaitu gangguan (disturbance) baik yang terukur

(measured disturbance) maupun tidak terukur (unmeasured disturbance) dan variabel keluaran tak terkendali (uncontrolled

output variable). Variabel gangguan adalah variabel masukan yang mampu mempengaruhi nilai variabel proses tetapi tidak

digunakan untuk mengendalikan. Variabel keluaran tak terkendali adalah variabel keluaran yang tidak dikendalikan secara

langsung.

Prinsip mekanisme kerja sistem pengendalian umpan balik adalah mengukur variabel proses dan kemudian

melakukan koreksi bila nilainya tidak sesuai dengan yang diinginkan. Ciri utama pengendalian umpan balik adalah adanya

umpan balik negatif, artinya jika nilai variabel proses berubah, terdapat umpan balik yang melakukan tindakan untuk

memperkecil perubahan itu.

Langkah pengendalian umpan balik adalah sebagai berikut:

1. Mengukur, tahap pertama dari langkah pengendalian adalah mengukur atau mengamati nilai variabel proses

2. Membandingkan, hasil pengukuran atau pengamatan variabel proses (nilai terukur) dibandingkan dengan nilai acuan

(settpoint)

3. Mengevaluasi, perbedaan antara nilai terukur dan nilai acuan dievaluasi untuk menentukan langkah atau cara melakukan

koreksi atas perbedaan itu.

4. Mengoreksi, tahap ini bertugas melakukan koreksi variabel proses agar perbedaan antara nilai terukur dan nilai acuan

tidak ada atau sekecil mungkin

1. Sistem Pengendalian Simpal Terbuka dan Tertutup

Berdasarkan ada atau tidak adanya umpan balik, sistem pengendalian dibedakan ata sistem pengendalian sistem

simpal terbuka (open loop control system) dan sistem pengendalian simpal tertutup (closed loop control system).

Sistem pengendalian simpal terbuka bekerja tampa membandingkan variabel proses yang dihasilkan dengan nilai

acuan yang diinginkan. Sistem ini semata-mata bekerja atas dasar masukan yang telah dikalibrasi. Sebagai contoh

sederhana adalah kran air yang dikalibrasi. Dengan memandang kran sebagai sistem, maka bukaan keran (atau sudut aturan

keran) adalah sebagai masukan dan laju alir air sebagai keluaran sistem. Berdasarkan hukum dinamika fluida, laju alir

tergantung pada beda tekanan yang melintas keran. Misal pada posisi keran x 1 dengan beda tekanan P2 mengalir air pada

laju Q2 (gambar 1.2). jika oleh suatu sebab tertentu tiba-tiba beda tekanan berubah menjadi P1, maka pada posisi keran tetap

x1 akan menghasilkan laju alir Q1. dengan demikian sistem pengendalian simpal terbuka tidak dapat mengatasi perubahan

beban atau gangguan yang terjadi.

Meskipun dari uraian di atas, sistem simpal tebuka merupakan sisitem yang buruk, karena tidak mampu mengatasi

gangguan, tetapi memiliki keuntungan sebagai berikut.

Lebih murah dan sederhana dibanding simpal tertutup.

Jika sistem mampu mencapai kestabilan sendiri, maka akan stabil.

Untuk mengurangi kekurangan sistem terbuka, seorang operator pabrik akan mengatur kembali besarnya gangguan agar

diperoleh sasaran yang diinginkan. Tetapi dengan tindakan operator ini berarti sudah membuat sistem simpal tertutup!

Berbeda dengan simpal terbuka, pada pengendalian simpal tertutup terdapat tindakan membandingkan nilai variabel

proses dengan nilai acuan yang diinginkan. Perbedaan itu digunakan untuk melakukan koreksi sedemikian rupa sehingga

nilai variabel proses sama atau dekat dengan nilai acuan. Dengan demikian tedapat mekanisme umpan balik. Sehingga

sistem pengendalian simpal tertutup lebih dikenal dengan sistem pengendalian umpan balik.

Meskipun sistem simpal tertutup mampu mengatasi ganguan atau perubahan beban, tetapi memiliki kelemahan

sebagai berikut.

Lebih mahal dan kompleks dibanding simpal terbuka.

Dapat membuat sistem tidak stabil, meskipun sebenarnya tampa umpan balik sistem dapat mencapai

kestabilan sendiri.

Pelaksanaan langkah pengendalian pada penjelasan diatas memelukan instrumentasi sebagai berikut:

1. Unit Pengukuran

Bagian ini bertugas mengubah nilai variabel proses yang berupa besaran fisik atau kimia seperti laju alir, tekanan,

suhu, pH, konsentrasi, dan sebagainya menjadi sinyal standar. Bentuk sinyal standar yang populer dibidang

pengendalian proses adalah berupa sinyal penuematik (tekanan udara) dan sinyal listrik. Unit pengukuran terdiri dari

atas dua bagian yaitu sensor dan transmiter.

Sensor yaitu elemen perasa yang lansung bersentuhan dengan variabel proses.

Transmiter yaitu bagian yang berfungsi mengubah sinyal dari sensor (gerakan mekanik, perubahan hambatan,

perubahnan tegangan atau arus) menjadi sinyal standar.

Dalam bidang pengendalian proses istilah transmiter lebih populer dibanding dengan transduser. Meskipunkeduanya

berfungsi serupa, tetapi transmiter mempunyai makna pengirim sinyal pengukuran ke unit pengendali yang biasanya

terletak jauh dari tempat pengukuran. Ini lebih sesuai dengan keadaan yang sebenarnya di pabrik.

2. Unit Pengendali

Bagian ini bertugas membandingkan, mengevaluasi, dan mengirimkan sinyal ke unit kendali akhir. Evaluasi yang

dilakukan berupa operasi matematika. Hasil evaluasi berupa sinyal kendali yang dikirim keunit kendali akhir. Sinyal

kendali berupa sinyal standar yang serupa dengan sinyal pengukuran.

Controller (pengendali) yaitu menerima nilai error dari hasil pembanding, kemudian menginterprestasikan nilai

yang tepat lalu memerintahkan elemen kontrol pengendali akhir agar bisa sesuai dengan nilai yang

diinginkan. Respon dari konriller memiliki tiga kriteria koreksi, yaitu:

1. Proportional : sinyal keluaran sebanding dengan penyimpangan (deviasi). Pengendali ini cepat stabil dan

memiliki offset kecil.

2. Integral: keluaran selalu berubah selama terjadi deviasi dan kecepatan perubahan keluaran tersebut sebanding

dengan penyimpangan. Pengendali ini lambat stabil karena sering terjadi gangguan, tetapi memiliki offset

kecil.

3. Derivatif: mempercepat respon pengendali tetapi sangat peka terhadap noise (gangguan akibat bising,

turbulensi). Pengendali ini cepat stabil dan memiliki offset kecil

4. Kombinasi: pengontrol tipe integral dan derivatif jarang digunakan secara tersendiri, tetapi digabungkan

dengan sistem proportional untuk menghilangkan keragu-raguan jika jenir proportional memerlukan

karakteristik yang stabil. Dengan penggabungan ini akan diperoleh suatu sistem kontrol yang lebih stabil

sehingga sensitivitas responnya akan menjadi lebih besar.

3. Unit Kendali Akhir

Bagian ini bertugas menerjemahkan sinyal kengali menjadi aksi atau koreksi melalui pengaturan variabel

termanipulasi. Unit ini terdiri atas dua bagian besar, yaitu aktuator dan elemen kendali akhir. Aktuator adalah

penggerak elemen kendali akhir. Bagian ini dapat berupa motor listrik, selenoida, atau membran peneumatik.

Sedangkan elemen kendali akhir biasanya berupa katup kendali akhir (control valve) atau elemen pemanas.

2.4.5 Tanggapan Transien Sistem Tertutup

Jika ke dalam sistem pengendalian terjadi perubahan nilai acuan, idealnya nilai variabel proses tepat mengikuti nialai

acuan baru. Tetapi kondisi demikian biasanyatidak terjadi. Nilai variabel proses akan mengalami beberapa kemungkinan

perubahan, yaitu:

Tanpa osilasi (everdamped)

Osilasi teredam (underdamped)

Osilasi kontinyu (sastrained oscilation)

Tidak stabil (amplitudo membesar)

Keempat tanggapan diatas dibuat dengan memberi masukan berupa step function (fungsi langkah) yaitu dengan

perubahan mendadak dari satu nilai masukan konstan ke nilai masukan konstan yang lain. Besarnya perubahan tersebut

biasanya paling besar 10%.

Tanggapan tanpa osilasi bersifat lambat namun stabil. Sedangkan tanggapan osilasi teredam mengalami sedikit

gelombang di awal perubahan, dan selanjutnya amplitudo mengecil dan akhirnya hilang. Tanggapan ini cukup cepat

meskipun terjadi sedikit ketidakstabilan. Pada tanggapan dengan osilasi kontinyu, variabel proses secara terus menerus

bergelombang dengan amplitudo dan frekuensi yang tetap, terakhir, tanggapan tak stabil memiliki amplitudo besar, kondisi

demikian sangat berbahaya karena dapat merusak sistem keseluruhan.

Dari keempat kemungkinan tadi, yang paling dihindari bahkan sama sekali tidak boleh terjadi adalah tanggapan

tidak stabil dengan amplitudo membesar. Sedangkan tanggapan osilasi kontinyu dalam beberapa hal masih bisa diterima,

meskipun cukup berbahaya.