3_Dasar Sistem Kontrol, Instrumentasi Dan Komponen

5/24/2018 3_Dasar Sistem Kontrol, Instrumentasi Dan Komponen

1/47

Dasar Sistem Kontrol,Instrumentasi dan Komponen

Pengendali PID dan Penalaan Pengendali

Heriyanto, 2007-2012


2/47

SISTEM PENGENDALIAN

4


3/47

SISTEM PENGENDALIAN

Sistem proses sudah termasuk TRANSMITERdan

CONTROL VALVE

4


4/47

SISTEM PENGENDALIAN

Pengendali Dua Posisi (On-Off)

Reverse acting

Direct acting

u= nilai keluaran pengendali (%),

y= nilai pengukuran (variabel proses),

a= nilai batas atas variabel proses,

b= nilai batas bawah variabel proses.

4

ay

byu

%;0

%;100

ay

byu

%;0

%;100


5/47

SISTEM PENGENDALIAN


4


6/47

SISTEM PENGENDALIAN


4


7/47

SISTEM PENGENDALIAN

LATIHAN-1

Sebuah tangki berdiameter 50 cm. Dari tangki

dikeluarkan minyak tanah secara terus menerus pada

laju 60 L/menit. Tinggi permukaan minyakdikendalikan dengan pengendali dua posisi. Aliran

minyak ke dalam tangki diatur dengan katup kendali.

Saat terbuka penuh aliran minyak 80 L/menit, dan

tertutup penuh 0 L/menit. Bila celah diferensial sebesar

20 cm, tentukan periode cycling.

4


8/47

PERSAMAAN PENGENDALI

Persamaan Pengendali Standar ISA*

*)Instrumentation, System, and Automation Society

odc

i

c

c udt

deKdte

KeKu

Proporsional Integral Derivatif Bias

KcGainproporsional

e Error

iWaktu integral

dWaktu derivatif

Bias adalah nilai controller

outputpada saat tidak ada

error, atau nilai manual pada

saat operasi normal.

4


9/47

PERSAMAAN PENGENDALI

Proporsional (P).

Sebanding dengan BESAR error.

Integral (I) atau Reset.

Sebanding dengan LAMA error.

Derivatif (D) atau Pre-act.

Sebanding dengan KECEPATAN error.

odc

i

cc u

dtdeKdteKeKu

Proporsional Integral Derivatif

4


10/47

RESPON PENGENDALI

Proporsional (P)

4

oc ueKu


11/47

RESPON PENGENDALI

Proporsional

Integral (PI)

4

o

i

cc udteKeKu


12/47

RESPON PENGENDALI

Proporsional

Integral-Derivatif (PID)

4

odc

i

cc u

dt

deKdte

KeKu


13/47

RESPONS SISTEM

PENGENDALIAN

Pengendalian Proporsional (P-Control).

Selalu terjadi offsetpada perubahan beban proses atau

setpoint.

Gainproporsional(Kc) semakin BESAR

(proportional bandsemakin kecil), responssemakin

CEPAT, offsetsemakin KECIL, tetapi cenderung

TIDAK STABIL.

Proportional Band,PB = 100/Kc.

oc ueKu

4


14/47

RESPONS SISTEM

PENGENDALIAN

Pengendalian Proporsional (P-Control).

4

Setpoint 60%

Air masuk

25 L/menit

Air keluar

25 L/menit

100%

0%

Setpoint 60%

Air masuk

40 L/menit

Air keluar

40 L/menit

100%

0%

Tinggi air 70%


15/47

RESPONS SISTEM

PENGENDALIAN

Pengaruh Proportional Gain(Kc)

Perubahan setpoint

4


16/47

RESPONS SISTEM

PENGENDALIAN

Pengaruh Proportional Gain(Kc)

Perubahan beban

4


17/47

RESPONS SISTEM

PENGENDALIAN

Pengaruh Perubahan beban

Beban Normal

4

Titik keseimbangan

(titik operasi)

Varia

belproses

(pen

gukuran)

uoSinyal kendali

100%

0%

100%0%

Setpoint

Garis kendali

Grafik proses


18/47

RESPONS SISTEM

PENGENDALIAN


Beban Berubah

4

Offsetbaru

Offset lama

u (baru)

u (lama)

Variabelproses

(pengukuran)

uo

Sinyal kendali

100%

0%

100%0%

Setpoint

Garis kendali lama

(gainkecil)

Grafik proses baru

Grafik proses lama

Garis kendali baru

(gainbesar)

Gain proporsional

diubah untuk

memperkecil offset


19/47

RESPONS SISTEM

PENGENDALIAN


Beban Berubah

4

Setpoint diubah untuk

memperkecil offset

Variabelproses

(pengukuran)

uo

Sinyal kendali

100%

0%

100%0%

Setpoint

(lama)

Grafik proses baru

Grafik proses lama

Setpoint

(baru)

Garis kendali lama

Garis kendali baru


20/47

RESPONS SISTEM

PENGENDALIAN


Beban Berubah

4

Bias diubah untuk

memperkecil offset

Variabelproses

(pengukuran)

uo

uo

(lama) (baru)

Sinyal kendali

100%

0%

100%0%

Setpoint

Grafik proses baru

Grafik proses lama

Garis kendali lama

Garis kendali baru


21/47

RESPONS SISTEM

PENGENDALIAN

LATIHAN-2Pengendali proporsional mengendalikan variabel proses

dalam daerah suhu 50130 oC dansetpoint pada 75 oC.

Pada saat error = 0, keluaran pengendali = 50%. Hitung

offsetyang terjadi pada saat keluaran pengendali 55%

dengan Kc= 0,5

4

S O S S S


22/47

RESPONS SISTEM

PENGENDALIAN

LATIHAN-3Pengendali proporsional dipakai untuk mengendalikan

suhu. Rentang transmiter adalah 273 - 323 K.

Pengendali diatur hingga keluarannya berkisar antara 3

psi dan 15 psi yang bersesuaian dengan katup kendali

menutup dan membuka penuh. Jika PB 80%, tentukan

perubahan suhu yang diperlukan agar katup kendali

dapat berubah dari bukaan 25% ke 75%.

4

RESPONS SISTEM


23/47

RESPONS SISTEM

PENGENDALIAN

Pengendalian Proporsional-Integral (PI).

Fungsi integral adalah menghilangkan offset.

Integralmenambahkelambatan respons dan

ketidakstabilan.Waktu integralsemakin KECIL, respons

semakin CEPAT, tetapi semakin TIDAK

STABIL.

o

i

cc udte

KeKu

4

RESPONS SISTEM


24/47

RESPONS SISTEM

PENGENDALIAN

1

2

3

Pengaruh Waktu Integral atau Reset Time(i)

4

1. i besar (atau 1/ i kecil)

2. icukup (atau 1/ i cukup)3. ikecil (atau 1/ i besar)

1/ i= Reset Rate

RESPONS SISTEM


25/47

RESPONS SISTEM

PENGENDALIAN

Pengaruh Gain Proporsional dan Waktu Integral

4

RESPONS SISTEM


26/47

RESPONS SISTEM

PENGENDALIAN

Pengendalian Proporsional-Integral-Derivatif (PID)

Fungsi derivatifmempercepat respons

Derivatif memperkecilamplitudo osilasi

Waktu derivatifsemakin BESAR, responssemakinCEPAT

Pekaterhadap noise

odc

i

cc u

dt

deKdte

KeKu

4

RESPONS SISTEM


27/47

RESPONS SISTEM

PENGENDALIAN

Pengaruh Derivatif

4

PEMILIHAN MODUS


28/47

PEMILIHAN MODUS

PENGENDALI4START

Offset

diterima

?

AdaNoise

?

Waktu

matidominan

?

Pengendali

Proporsional

Pengendali

Proporsional-

Integral

(PI)

Pengendali

Proporsional-

Integral-Derivatif

(PID)

Tidak

Tidak

Ya

Ya

Ya

Tidak

STOP


29/47

OSILASI DALAM LOOPTERTUTUP

Syarat Osilasi Umpan balik memiliki beda fase f -360o, dengan

sinyal masukan.

Gaintotal sistem pengendalian, G= 1, pada periodeosilasi.

Osilasi teredam:

f= -360odengan G< 1 atau f< -360o

dengan G= 1.

Tak stabil:

f= -360odengan G> 1.

4


30/47

OSILASI DALAM LOOPTERTUTUP

Syarat Osilasi dalam Sistem Pengendalian fc+ fps= -180

o

Gc+ Gps= 1

Keterangan:

Gc =gain pengendali

Gps=gain total (sistem proses + transmitter + control valve)

4


31/47

OSILASI DALAM LOOPTERTUTUP4

21

nrT

T

)1

2

exp( 2

Decay ratio=

=

Periode Osiklasi teredam =

Decay ratio= 0,25 atau = 0,215

GcGvGpGt= 0,5

GcGps= 0,5


32/47

PARAMETER PENGENDALI

5


33/47

Dasar:Respon step sistem proses.

Asumsi

Model proses sebagai sistem orde satu disertai waktu mati.

Langkah

1) Pengendali disetel pada posisi manual.

2) Dilakukan sedikit perubahan step pada sinyal kendali

(sebaiknya kurang dari 10%), sehingga terjadi perubahanvariabel proses (PV) yang dapat diamati.

3) Tanggapan variabel proses direkam dan dari hasil yang

diperoleh ditentukan nilai waktu mati (p), konstanta waktu

sistem (tp), dansteady-stategain(K

p).

Metode Kurva Reaksi5


34/47

PENGENDALI

ZIEGLER-

NICHOLS

COHEN-

COON IAE

P Kc

PIKc

i 3,3 p

PID

Kc

i 2 p

d 0,5 p

Metode Kurva Reaksi

pp

p

K

31 R

K pp

p

985,0

902,0

p

p

pK

pp

p

K

9,0

121

9,0 R

K pp

p

986,0984,0

p

p

pK

R

Rp

109

330

293,0

645,1

p

p

p

pp

p

K

2,1

43

4 R

K pp

p

921,0

435,1

p

p

pK

R

Rp

813

632

251,0

139,1

p

p

p

Rp

211

4

137,0

482,0

p

p

p

5


35/47

Metode Osilasi LoopTertutup

Prinsip

Membuat osilasi alami dalam looptertutup

Osilasi Aklami

Pergeseran fase hanya disebabkan oleh sistem proses

(pengendali pada modus proporsional)

Langkah

1) Pengendali disetel pada posisi automatik.

2) Aksi integral dan derivatif dimatikan, dengan membuat

waktu integral maksimum, waktu derivatif nol, dan

proportional band(PB) maksimum.

5


36/47

Metode Osilasi LoopTertutup

3) Secara berangsur PB diperkecil setengahnya, sambildiadakan perubahan kecil pada gangguan (beban) atau

setpoint sampai muncul osilasi kontinyu pada variabel

proses (PV). Pada keadaan ini,proportional bandsebagai

proportional bandkritik (PBu) atauproportional gainsebagaiproportional gainkritik (Kcu), dan periode osilasi

sebagai periode osilasi kritik (Tu).

5

BEBERAPA PENGERTIAN


37/47

BEBERAPA PENGERTIAN

DAN PENYEMPURNAAN

LATIHAN-4Uji step terhadap penukar panas dilakukan dengan

mengubah aliran pemanas. Respons suhu aliran proses

keluar pemanas disajikan pada gambar di bawah.

Sensor suhu memiliki rentang pengukuran 0 ... 100 oC.

Tentukan:

(a) Static-gain proses

(b)Konstanta waktu.

(c) Waktu mati (dead time)

(d)Parameter pengendali PID.

5

BEBERAPA PENGERTIAN


38/47

BEBERAPA PENGERTIAN

DAN PENYEMPURNAAN5

BEBERAPA PENGERTIAN5


39/47

BEBERAPA PENGERTIAN

DAN PENYEMPURNAAN5

57

10



40/47

BEBERAPA PENGERTIAN

DAN PENYEMPURNAAN5

48

27

10

t1 = 25

t2 = 62

33



41/47

BEBERAPA PENGERTIAN

DAN PENYEMPURNAAN

%/35057

2748CK op

5,5525625,1 p

5

5,65,5562 p

menit

menit

3%

100

100

%3

C

CKo

o

p

(a)

(b)

(c)



42/47

BEBERAPA PENGERTIAN

DAN PENYEMPURNAAN

13)5,6(22 pi

5

(d) 4,3)5,6(3

)5,55(2,12,1

pp

p

cK

K

25,3)5,6(5,05,0 pd

menit

menit



43/47

BEBERAPA PENGERTIAN

DAN PENYEMPURNAAN

Proportional KickSentakan controller outputpada pengendali proporsional akibat

perubahansetpoint mendadak.

Penyempurnaan

Modifikasi persamaan pengendali proporsional menjadi

0uyrKu c dengan, 0 1

Jika = 0, tidak terjadiproportional kick.

5



44/47

BEBERAPA PENGERTIAN

DAN PENYEMPURNAAN

Derivative Kick

Sentakan controller ouputpada pengendali dengan mode

derivatif akibat perubahansetpoint mendadak.

Penyempurnaan

Modifikasi persamaan menjadi derivatif pada pengukuran.

0udtdyKeKu dcc

5



45/47

BEBERAPA PENGERTIAN

DAN PENYEMPURNAAN

Bumpless Transfer

Pada posisi MANUAL, controller output(sinyal kendali)

memiliki nilai manual atau bias (u0).

0uu Pada saat posisi dipindah ke AUTO, controller output(sinyal

kendali) BISA memiliki nilai lebih kecilatau lebihbesardari

bias (u0).

odc

i

cc u

dt

deKdte

KeKu

5

BEBERAPA PENGERTIAN

5


46/47

BEBERAPA PENGERTIAN

DAN PENYEMPURNAAN

Bumpless Transfer(lanjutan)

Cara mengatasi:

Jumlah bias dan integral disetel sama dengan nilai

manipulated variable yang dibutuhkan pada operasi yang

bersangkutan.

o

i

cc udte

KeKu

Disetel sebesar nilai manipulated variableyang dibutuhkan.

5



47/47

BEBERAPA PENGERTIAN

DAN PENYEMPURNAAN

Reset Wind-up

Peristiwa yang terjadi jika hasil perhitungan integrasi melebihi

nilai maximum controller output(100%). Karena controller

outputmaksimum = 100%, maka bukaan control valve tetap

100% meskipun hasil integrasi lebih dari 100%. Peristiwa reset

wind-up terjadi jika terdapat erroryang lama dalam arah positif.

Anti Reset Wind-up

Mekanisme pembatasan integrasi, jika hasilnya lebih besar dari100%.

5

3_Dasar Sistem Kontrol, Instrumentasi Dan Komponen

Documents

Transcript of 3_Dasar Sistem Kontrol, Instrumentasi Dan Komponen