Kontrol Flow Fix

Laporan Akhir Instrumentasi dan KontrolUnit Kontrol Flow

Tgl Percobaan

UNIT KONTROL FLOW

PENGAWAS PRAKTIKUM

2009 Kusyanto , SST

ACC, Tgl

NIP.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pengendalian proses pada umumnya adalah usaha untuk mencapai tujuan

proses agar tercapai kondisi optimal, proses berjalan sesuai dengan yang kita

inginkan. Proses tidak perlu dikendalikan jika memang tujuan proses tercapai tanpa

unsur pengendalian. Contoh sederhana adalah untuk mempertahankan suhu air pada

tekanan 1 atm. Sebaliknya proses perlu dikendalikan jika untuk mencapai tujuan

proses perlu pengawasan terus – menerus. Contoh sederhana adalah mempertahankan

suhu air pada 40 oC dalam udara yang bersuhu kamar dan tekanan normal.

Proses perlu dikendalikan dikarenakan oleh beberapa hal. Diantaranya

untuk keamanan operasi, kondisi operasi, dan faktor ekonomi. Pada dasarnya, untuk

faktor ekonomi, terdapat 3 hal yang mempengaruhinya, yaitu :

Biaya operasional yang rendah.

Keuntungan yang besar.

Dapat diterima oleh pasar secara luas.

Pengendalian proses merupakan bagian dari pengendalian automatik yang

diterapkan di bidang teknologi proses untuk menjaga kondisi proses sesuai yang

diharapkan. Seluruh komponen yang terlibat dalam pengendalian disebut sistem

kontrol

Politeknik Negeri Samarinda 1


1.2 Tujuan Percobaan

Adapun tujuan dari percobaan ini adalah :

Mengenal peralatan yang digunakan dalam kontrol flow

Mengetahui pronsip kerja dari sensor dan identifikasi jenis.

Mengamati prinsip kerja sistem kontrol flow.

Mengamati respon dari mode pengendalian proportional

proportional integral, dan proportional integral derivatif.



BAB II

DASAR TEORI

Sistem proses adalah rangkaian operasi yang menangani konversi material

dan/atau energy sehingga material dan/atau energy itu berada dalam keadaan yang

diinginkan. Keadaan itu dapat berupa besaran fisika atau kimia, seperti suhu, tekanan,

laju alir, tinggi permukaan cairan, komposisi, pH, dan sebagainya. Pengertian sistem

proses di sini sudah mencakup bahan dan alur proses beserta peralatannya. Sengaja tidak

membedakan sistem proses dan pemroses. Sebab kata “sistem” mengandung pengertian

seluruh komponen yang terlibat dalam suatu proses.

Pengendalian proses pada dasarnya adalah usaha untuk mencapai tujuan proses

agar berjalan sesuai dengan apa yang diinginkan. Pengendalian proses sendiri bisa

diperlukan bisa pula tidak. Proses tidak perlu dikendalikan jika memang tujuan proses

tercapai tanpa unsure pengendalian. Contoh sederhana adalah mempertahankan suhu air

pada 100°C pada tekanan 1 atm. Sebaliknya, proses perlu dikendalikan jika untuk

mencapai tujuan perlu pengawasan terus-menerus. Contoh sederganan adalah

mempertahankan suhu air pada 40°C dalam udara yang bersuhu kamar dan tekanan

normal.

Setiap pabrik harus beroperasi pada suhu tertentu. Berkaitan dengan hal itu

terdapat tiga alasan mengapa perlu pengendalian proses.

Keamanan Operasi

Beberapa sitem proses di pabrik memiliki kondisi operasi yang berbahaya. Untuk

mencegah kecelakaan karena kondisi maksimum terlampaui diperlukan

pengendalian tergadap beberapa variable uang menjadi potensi bahaya.

Kondisi Operasi

Pada operasi atau reaksi tertentu diperlukan kondisi tertentu pula. Pengendalian

diperlukan agar proses beroperasi secara optimal.

Faktor Ekonomi



Pabrik didirikan adalah untuk menghasilkan uang. Sehingga produk akhir harus

sesuai dengan perminyaan 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 sudah barang tentu tidak diharapkan. Atas dasar itu

peranan pengendalian proses adalah membuay kondisi operasi agar menghasilkan

produk yang sesuai permintaan pasar.

2.1 Sistem Pengendalian

2.1.1 Definisi

Pengendalian proses adalah bagian dari pengendalian automatic yang

diterapkan di bidang teknologi proses untuk menjaga kondisi proses agar sesuai

yang diinginkan. Seluruh komponen yang terlibat dalam pengendalian proses

disebut sistem pengendalian atau sistem control.

2.1.2 Jenis Variabel

Jenis variable yang mendapatkan perhatian penting dalam bidang

pengendalian proses adalah variable proses (process variable, PV) arau diesebut

juga variable terkendali (controlled variable). Variable proses adalah besaran fisik

atau kimia yang menunjukkan keadaan proses. Bariabel ini bersifat dinamik.

Artinya, nilai variable dapat berubah spontan atau oleh sebab lain baik yang

diketahui maupun tidak. Di antara banyak macam variable proses, terdapat empat

macam variable dasar, yaitu suhu (T), tekanan (P), laju alir (F), dan tinggi

permukaan cairan (L).

Dalam teknik pengendalian proses, titik berat permasalahan adalah

menjaga agar variable proses tetap atau berubah mengikuti alur (trayektori)

tertentu. Variable yang digunakan untuk melakukan koreksi atau mengendalikan

variable proses disebut variable termanipulasi (manipulated variable, MV) atau

variable pengendali. Sedangkan nilai yang diinginkan dan dijadikan acuan atau

referensi variable proses disebut nilai acuan (setpoint,SV). Selain ketiga jenis


Gangguan Terukur

Gangguan Tak Terukur

Variabel Terkendali

Variabel Termanipulasi

Variabel Tak Terkendali


variable ersebut masih terdapat variable lain yaitu gangguan (disturbance) baik

yang terukur (measured disturbance) maupun tidak terukur (unmeasured

disturbance) dan variable keluaran tak terkendali (uncontrolled output variable).

Variable gangguan adalah variable masukan yang mampu mempengaruhi nilai

variable proses tetapi tidak digunakan untuk mengendalikan. Variable keluaran

tak terkendali adalah variable keluaran yang tidak dikendalikan secara langsung.

(gambar 1 : jenis variable dalam sistem proses)

2.2 Jenis Sistem Pengendalian

2.2.1 Sistem pengendalian simpal terbuka dan tertutup.

Berdasar atas ada atau tidak adanya umpan balik, sistem pengendalian

dibedakan atas sistem pengendalian simpal terbuka (open loop control system)

dan sistem pengendalian simpal tertutup (close loop control system).

Sistem pengendalian simpal terbuka bekerja tanpa membandingkan

variable proses yang dihasilkan dengan nilai acuan yang diinginkan. Sistem ini

semata-mata bekerja atas dasar masukan yang telah dikalibrasi. Sebagai contoh

sederhana adalah keran air yang terkalibrasi. Dengn memandang keran sebagai

suatu sistem, maka bukaan keran (atau sudut bukaan keran) adalah sebagai

masukan dan laju alir air sebagai keluaran sistem. Berdasar hokum dinamika

fluida, laju alir air tergantung pada beda tekanan yang melintas keran. Misal pada

posisi keran x1 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


SISTEM PROSES


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 sistem yang buruk, karena tidak

mampu mengatasi gangguan, tetapi memiliki keuntungan sebagai berikut :

Lebih murah dan sederhana disbanding sistem simpal tertutup.

Jika sistem mampu mencapai kestabilan sendiri, maka akan tetap

stabil.

Untuk mengatasi kekurangan sistem simpal terbuka, seorang operator

pabrik akan mengatur kembali besarnya gangguan agar diperoleh sasaran yang

diinginkan . tetapi dengan tindakan operator ini berarti telah membuat sistem

simpal tertutup.

Berbeda dengan sistem simpal terbuka, pada sistem pengendalian simpal

tertutup terdapat tindakan membandingkan nilai variable proses dengnan nilai

acuan yang diinginkan. Perbedaan itu digunakan untuk melakukan koreksi

sedemikian rupa sehingga nilai variable proses sama atau dekat dengan nilai

acuan. Dengan demikian terdapat mekanisme umpan balik. Sehingga sistem

pengendalian simpal tertutup lebih dikenal dengan sistem pengendalian umpan

balik.

Meskipun sistem simpal tertutup mampu mengatasi gangguan atau

perubahan beban, tetapi memiliki kelemahan sebagai berikut :

Lebih mahal dan kompleks disbanding simpal terbuka.

Dengan membuat sistem tidak stabil, meskipun sebenarnya tanpa

umpan balik sistem dapat mencapai kestabilan sendiri.

2.2.2 Sistem Pengaturan dan Pengendalian

Berdasarkan nilai acuan, sistem pengendalian umpan balik dibedakan atas

dua jenis , yaitu sistem pengendalian dengan nilai acuan tetap (di bidang elektro

sering di sebut sistem pengaturan) dan sistem pengendalian dengan nilai acuan



berubah (di bidang mekanik sering disebut sistem pengendalian, sistem servo,

atau tracking).

Tujuan utama sistem pengaturan adalah mempertahankan agar nilai

variable proses tetap pada nilai yang diinginkan. Sedangkan pada sistem

pengendalian, tujuan utamanya adalah mempertahankan agar nilai variable proses

agar selalu mengikuti perubahan nilai acuan.

Di bidang teknologi proses termasuk teknik kimia, meskipun hampir

semuanya bekerja dengan titik acuan tetap, tetapi lebih popular dengan istilah

sistem pengendalian dan bukan sistem pengaturan. Hal ini disebabkan karena

istilah pengendlaian lebih mencerminkan kondsi dinamik.

2.3 Sistem Pengendalian Umpan Balik

Prinsip mekanisme kerja sistem pengendalian umpan balik adalah mengukur

variable proses dan kemudian melakukan koreksi bila nilainya tidak sesuai dengan yang

diinginka. Cirri utama pengendalian umpan balik adalah adanya umpan balik negative.

Artinya, jika nilai variable proses berubah, terdapat umpan balik yang melakukan

tindakan untuk memperkecil perubahan itu.

2.4 Langkah Pengendalian

Selengkapnya, langkah pengendalian umpan balik adalah sebagai berikut:

Mengukur. Tahap pertama dari langkah pengendaluan adalah mengukur

atau mengamati nilai variable proses.

Membandingkan. Hasil pengukuran atau pengamatan variable proses (nilai

terukur) dibandingkan dengan nilai acuan (setpoint).

Mengevaluasi. Perbedaan antara nilai terukur dan nilai acuan dievaluasi

untuk menentukan langkah atau cara melakukan koreksi atas perbedaan itu.

Mengoreksi. Tahap ini bertugas melakukan koreksi variable proses, agar

perbedaan antara nilai terukur dan nilai acuan tidak ada atau sekecil

mungkin.

2.5 Instrumentasi Proses



Pelaksanaan keempat langkah pengendalian memerlukan instrumentasi berikut.

a) Unit pengukuran. Bagian ini bertugas mengubah nilai variable proses

berupa besaran fisik atau kimia seperti lajua alir, tekanan, suhu, pH,

konsentrasi, dan sebagainya, menjadi sinyal standar. Bentuk sinyal standar

yang popular di bidang pengendalian proses adalah berupa sinyal pneumatic

(tekanan udara) dan sinyal listrik.

Unit pengukuran terdiri atas duan baian besar yaitu sensor dan transmitter.

Sensor adalah elemen perasa yang langsung “bersentuhan” dengan

variable proses.

Transmitter yaitu bagian yang berfungsi mengubah sinyal yang dari

sensor (gerakan mekanik, perubahan hambatan, perubahan tegangan

atau arus) menjadi suatu sinyal standar.

Dalam bidang pengendalian proses istilah transmitter lebih popular

dibandingkan dengan transducer. Meskipun keduanya berfungsi

serupa, tetapi transmitter mempunyai makna pengirim sinyal

pengukuran ke unit pengendali yang biasnya teletak jaug dari tempat

pengukuran. Ini lebih sesuai dengan keadaan sebenarnya di pabrik.

b) Unit pengendali. Bagian ini berugas membandingkan, mengevaluasi, dan

mengirimkan sinyal ke unit kendali akhir. Evaluasi yang dilakukan berupa

operasi matematika seperti, penjumlahan, pengurangan, perkalian,

pembagian, integrasi dan diferensiasi. Hasil evaluasi berupa sinyal kendali

yang dikirim ke unit kendali akhir. Sinyal kendali berupa sinyal standar

yang serupa dengan sinyal pengukuran.

c) Unit kendali akhir. Bagian ini bertugas menerjemahkan sinyal kendali

menjadi aksi atau tindakan koreksi melalui pengaturan variable

termanipulasi. Unit ini terdiri atas dua bagian besar, yaitu actuator dan

elemen kendali akhir. Actuator adalah penggerak elemen kendal akhir

bagian ini dapat berupa motor listrik, solenoid, atau membrane pneumatic.

Sedangkan elemen kendali akhir biasanya berupa katup kendali (control

valve) atau elemen pemanas.



2.6 Diagram Blok

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 sebagainya. Sinyal yang perlu digambarkan hanyalah sinyal masuk dan

keluara yang secara langsung berperan dalam sitem. Sedangkan sumber energy atau

massa yang masuk biasanya tidak digambarkan.

Sebagai contoh, keran air yang dipaki mengalirkan air dari tangki. Cadangan air

sebagai sumber massa. Sinyal masukan adalh sudut putar keran (posiisi bukaan keran).

Sinyal keluar adalah laju alir air. Di sini ang perlu digambarkan adalah sudut putar (posisi

bukaan keran) dan laju alir air. Sedangkan cadangan air tidak perlu digambarkan.

Gambar 2 : Diagram blok pengaturan laju air dengan keran

Gambaran umum diagram blok sistem adalah sebagai berikut :

Berikut contoh diagram blok sistem :


KERANSUDUT PUTAR

LAJU ALIR

SISTEMMASUKAN KELUARAN

TERMOMETER RAKSA

SUHU TEGANGAN

TINGGI RAKSA

TRANSMITTER TEKANAN

TEKANAN SUHU

ARUS

PENUKAR PANAS

ALIRAN PEMANAS

KELUARAN


2.7 Diagram Blok Sistem pengendalian

Dengan meninjau alat penukar panas (dari contoh sebelumnya) sebagai suatu

sistem, maka dapat dibuat diagram blok sebagai berikut :

Gambar 3 : diagram blok sistem pemanasan air

Diagram blok umum sistem terdapat masukan sistem yang terdiri atas variable

termanipulasi (m) dan gangguan (w). Tanda bulatan yang menjadi titik temu keduanya

adalah symbol penjumlahan. Berikut merupakan gambar diagram blok umum sistem

proses.


TERMOKOPELSUHU KELUARAN

SISTEM PROSES PEMANASAN

AIR

VARIABEL TERMANIPULASI

VARIABEL PROSES

GANGGUAN

w


Keterangan :

m : variable termanipulasi (MV)

w : variable gangguan

c : variable proses (PV)

Diagram blok lengkap sistem pengendalian proses pemanasan dapat digambarkan

sebagai berikut :

Keterangan gambar :

r : nilai acuan atau setpoint value (SV)

e : sinyal galat (error) dengan e = r – y

y : sinyal pengukuran

u : sinyal kendali

m : variable termanipulasi (MV)

w : variable gangguan

c : variable proses

GV : katup pengendali

GC : pengendali


SISTEM PROSES

m c

GC GV GP

H

ur e m

w

c

-

y

+ ++


GP : sistem proses

H : transmitter

Untuk keperluan praktis sering diagram tersebut disederhanakan dengan

meniadakan blok katup kendali dan transmitter. Hal ini disebabkan karena sinyal kendali

(u) pada dasarnya mempresentasikan nilai variable proses. Sehingga dalam diagram blok

sistem pengendalian pada gambar berikut, sinyal kendali (u) sebagai variable

termanipulasi (MV).

2.8 Tanggapan transien sistem tertutup

Sistem pengendalian dapat lebih disederhanakan, yaitu dengan memandang

sistem sebagai satu blok dengan dua masukan (r dan w) dan satu keluaran (y).

Gambar 4 : penyederhanaan sistem pengendalian sebagai satu blok

Jika ke dalam sistem pengendalian terjadi perubahan nilai acuan, idealnya, nilai

variable proses tepat mengikuti nilai acuan baru. Tetapi kondisi demikian biasanya tidak

terjadi. Nilai variable proses akan mengalami beberapa kemungkinan perubahan, yaitu :

a) Tanpa osilasi (overdamped)

b) Osilasi teredam (underdamped)


GC GPre

m

w

c-

y

++

+

SISTEM PENGENDALIAN

r

wy


c) Osilasi kontinu (sustained oscillation)

d) Tidak stabil (amplitudo membesar)

Keempat tanggapan di atas dibuat dengan member masukan berupa step function

(fungsi undak) 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 sedikit

mengalami ketidakstabilan. Pada tanggapan dengan osilasi kontinu, variable proses

secara terus menerus bergelombang dengan amplitude dan frekuensi tetap. Teakhir,

tanggapan tidak stabil, memiliki amplitude membesar. Kondisi demikian sangat

berbahaya karena dapat merusak sistem keseluruhan.

Tanggapan teredam (ζ > 1) Tanggapan osilasi teredam (0 < ζ <1)

Tanggapan osilasi kontinu (ζ = 0) Tidak stabil ( ζ < 0)

Gambar 5 : tanggapan sistem pengendalian simpal tertutup pada peubahan nilai acuan



Dari keempat kemungkinan tadi, yang paling dihindari bahkan sama sekali tidak

boleh terjadi adalah tanggapan tidak stabil dengan amplitude membesar. Sedangkan

tanggapan osilasi kontinu dalam beberapa hal masih bisa diterima, meskipun cukup

berbahaya.

Sekedar perhatian untuk praktisi industry, meskipun variable proses secara terus

menerus terlihat berayun seperti mengalami osilasi kontinu, tetapi belum tentu benar –

benar terjadi osilasi dalam sistem pengendalian. Boleh jadi kondisi demikian memang

sifat variable itu sendiri, misalnya aliran gas atau turbulensi fluida.

2.9 Tujuan pengendalian

2.9.1 Hakikat utama

Hakikat utama tujuan pengendalian proses adalah mempertahankan nilai

variable proses agar sesuai dengan kebutuhan operasi. Makna dari pernyataan ini

adalah, satu atau beberapa nilai variable proses mungkin perlu dikorbankan

semata – mata untuk mencapai tujuan yang lebih besar, yaitu kebutuhan operasi

keseluruhan agar berhalan sesuai yang diinginkan.

2.9.2 Tujuan Ideal dan praktis

a) Tujuan ideal adalah mempertahankan nilai variable proses agar

sama dengan nilai acuan

b) Tujuan praktis adalah mempertahankan nilai variable proses di

sekitar nilai acuan dalam batas- batas yang ditetapkan.

Tujuan pengendalian erat berkaitan dengan kualitas pengendalian yang

didasarkan atas bentuk tanggapan variable proses. Setelah terjadi perubahan nilai

acuan (setpoint) atau beban diharapkan :

a) Penyimpangan maksimum dari nilai acuan sekecil mungkin

(minimum overshoot).

b) Waktu yang diperlukan oleh variabel proses mencapai kondisi

mantap sekecil mungkin (Minimum settling time).



c) Perbedaan nilai acuan dan variable proses setelah tunak sekecil

mungkin (Minimum offset).

Dengan kata lain kualitas pengendalian yang diharapkan adalah :

a) Tanggapan cepat

b) Hasilnya stabil, dan tidak ada penyimpangan dengan nilai acuan.

Gambar 6 : tanggapan sistem pengendalian simpal tertutup pada perubahan beban

2.10 Kriteria kualitas pengendalian

Evaluasi kinerja sistem pengendalian memerlukan dua hal, yaitu jenis tes dan

criteria yang tepat. Jenis tes yang paling sering dipakai adalah dengan cara mengubah

nilai acuan atau beban secara mendadak (step response test). Dari hasil tes selanjutnya

dihitung apakah memenuhi criteria atau tidak. Kriteria yang paling umum dipakai di

industry adalah :

a) Kriteria redamam seperempat amplitude (quarter amplitude decay ratio)


Maximum error (overshoot)

Beban

Variabel Proses

Settling time

Offset


Kriteria ini merupakan kriteria popular di kalangan praktisi dan teoritis,

sebab mampu mengakomodasikan ketiga kualitas pengendalian

sebagaimana sudah disebutkan. Maksud kriteria redaman seperempat

amplitude adalah, amplitudo puncak berikutnya memiliki nilai seperempat

dari puncak amplitudo sebelumnya. Atau decay ratio sebesar 0,25.

b) Kriteria redaman kritik

Kriteria ini dipakai jika overshoot diatas nilai acuan tidak diperkenankan.

Kondisi redaman kritik merupakan batas osilasi teredam. Tanggapan pada

redaman kritik adalah paling cepat dan tanpa overshoot.

c) Kriteria nilai minimum dari integral galat absolut

Kriteria integral galat absolut menunjukkan luas total galat.

2.11 Jenis Pengendalian Umpan Balik

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 memperkecil perubahan itu.

2.11.1 Pengendalian Discontinue

Pengendali 2 posisi

Pengendali yang hanya terdiri dari 2 posisi saja yaitu ON dan OFF

Pengendali 3 posisi

Jenis pengendali yang desainnya mudah dan murah. Keluaran

pengendali memiliki kemunggkinan nilai yaitu pada posisi

maximum (100 %), pertengahan (50 %) dan minimum (0 %).

2.11.2 Pengendali Continue

a) Pengendali Proporsional (P)

Controller proporsional memiliki keluaran yang sebanding

/proporsional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara

besaran yang diinginkan dengan harga aktualnya) [Sharon, 1992,



19]. Secara lebih sederhana dapat dikatakan, bahwa keluaran

controller proporsional merupakan perkalian antara konstanta

proporsional dengan masukannya. Perubahan pada sinyal masukan

akan segera menyebabkan system secara lengsung mengubah

keluarannya sebesar konstanta pengalinya.

Persamaan pengendali proporsional

Dimana : U = Keluaran pengendali, sinyal kendali

KC = Proporsional gain

e = Galat, error

UO = Bias pada saat e = 0

Controller proporsional memiliki 2 parameter, pita proporsional

(proporsional band/PB) dan konstanta proporsional (KC), daerah

kerja controller efectif dicerminkan oleh pita proporsional

[Gunterus, 1994, 6-24], sedangkan konstanta proporsional

menunjukkan nilai factor penguatan terhadap sinyal kesalahan, KC.

Hubungan antara pita proporsional (PB) dengan konnstanta

proporsional (KC) ditunjukkan secara prosentase oleh persamaan

berikut :

Tiga sifat pengendali proporsional :

Keluaran pengendali sebanding dengan besarnya error



Tanggapan sinyal kendali terjadi seketika tanpa ada pergeseran

fase

Pada perubahan beban selalu menghasilkan offset

Ciri-ciri controller proporsional berdasarkan nilainya :

Jika nilai Kc kecil, controller proporsional hanya mampu

melakukan koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan

menghasilkan respon system yang lambat

Jika nilai Kc dinaikkan, respon system menunjukkan semakin

cepat mencapai keadaan mantap

Namun jika Kc diperbesar sehingga mencapai hargayang

berlebihan, akan mengakibatkan system bekerja tidak stabil,

atau respon system akan berosilasi [Pakpahan, 1988, 193]

b) Pengendali Proporsional Integral (PI)

Berkaitan dengan penyimpangan kendali, perilakunya sama

dengan pengendali proporsional umpan balik. Tetapi jika ada

penyimpangan kendali yang tetap bertahan, besaran setel

(controller output) akan terus berubah samp[ai penyimpangan

kendali hilang. Perubahan besaran setel dapat diatur melalui waktu

integral.

Sifat- sifat pengendali proporsional integral

Fase sinyal kendali

Tidak terjadi offset (offset sangat kecil)

Tanggapan system lebih lambat dan cenderung kurang stabil

c) Pengendali Proporsional Integral Derifative (PID)

Pada penyimpangan kendali yang kecil, langsung timbul

perubahan besaran setel yang tidak proporsional, setelah waktu

tertentu (waktu differensial) yang dapat dipilih, pengendali



kembali ke prilaku PI. Meskipun ada efek differensiasi pada akhir

penyetelan tidak terdapat penyimpangan.

Sifat- sifat pengendali proporsional integral derifativ

Tidak terjadi offset.

Tanggapan cepat dan amplitudo osilasi kecil (lebih stabil).

Peka terhadap noise.



BAB III

METODOLOGI

2.1 Alat dan Bahan

2.1.1 Alat :

Unit kontrol flow merek HAMDEN

Hidrolik Bench

Compressor

2.1.2 Bahan :

Air

2.2 Prosedur Kerja

Mengisi air pada hidrolik Bench dan menyambungkan dengan unit

kontrol flow.

Memasukkan aliran listrik ke unit kontrol.

Menyalakan instrumen (DC Power Supply, Instrumen, Air

Compressor).

Menekan tombol Home → Loops → Flow.

Mengubah RSP menjadi LSP dengan cara pada main menu

memilih Switch SP → LSP. Menekan Esc.

Memolih Control Setup → Local Set Point dan memasukkan nilai

setpoint seebsar 3,7 lpm.

Menekan Esc. Memilih Tune Constant.

Memilih Gain #1 untuk nilai proportional.

Memilih Reset untuk nilai integral (time integral).

Memilih rate untuk derivative ( waktu derivative).

Menekan tombol Esc. Memilih Limit pada main menu dan

memasukkan nilai ketinggian maksimum PV pada PV High Lim,

yaitu sebesar 7,5.



Menekan Esc kemudian memilih Loop Trend. Untuk mengamati

grafik osilasi pada sistem setelah menyalakan pompa pada hidrolik

Bench.

Menentukan Overshoot, offset, dan settling time serta jenis osilasi

dari data-data P, I , dan D yang telah diberikan.

2.3 Diagram Alir Proses


Mengisi air pada hidrolik bench dan menyambungkan dengan unit kontrol flow .

Memasukkan aliran listrik ke unit kontrol

Memilih control setup , kemudian local set point dan memasukkan nilai set point = 3,7 lpm

Menekan tombol main menu , kemudian flow , kemudian loops , kemudian tune constant

Memilih Gain # , untuk nilai proportional

Memilih rate , untuk nilai derivatif

Mengisi air pada hidrolik bench dan menyambungkan dengan unit kontrol flow .

Memasukkan aliran listrik ke unit kontrol

Menyalakan instrument, (DC power suplay , instrument , air compressor).

Menekan tombol main menu , kemudian flow , kemudian loops



Memilih reset , untuk nilai integral

Memilih rate , untuk nilai derivatif


BAB IV

DATA PENGAMATAN

No. P I D OvershootSettling

TimeOffset

Gambar OsilasiKet

1 0.2 - - 4.15 0:16 2.33Osilasi Kontinu

2 2 - - 5.5 0:20 0.32Osilasi

Teredam

3 20 - - 6.09 0:16 0.2Osilasi Kontinu

4 2 0.2 - 5.55 0:53 -Osilasi

Teredam

5 2 2 - 5.61 0:39 1.32Osilasi Kontinu


Sp

PV

T

Sp

PV

T

Sp

PV

T

Sp

PV

T

Sp

PV

T


6 2 9 - 6.64 0:18 0.39Osilasi Kontinu

7 20 0.2 - .6.57 0:20 0.41 Tidak stabil

8 20 2 - 6.52 0:25 1.64Osilasi Kontinu

9 20 9 - 6.34 0:15 1.34Osilasi Kontinu

10 20 2 0.2 5.03 0:34 1.64 Tidak Stabil

11 20 2 2 6.5 0:20 1.59Osilasi Kontinu


Sp

PV

T

Sp

PV

T

Sp

PV

T

Sp

PV

T

Sp

PV

T

Sp

PV

T


12 20 2 10 6.48 0:29 1.59Osilasi Kontinu


Sp

PV

T


r = Nilai acuan

y = Sinyal pengukuran

m = Variabel termanipulasi Flow dari control valve

w = Variabel gangguan Flow dari pompa dan pipa

c = Variabel proses Flow yang mengalir pada pipa

u = Sinyal kendali


Komputer

TransmitterFlow

Pipa (laju alir)

Control level

r +

-

e Um+

+ c

y

DIAGRAM BLOK


BAB V

PEMBAHASAN

Praktikum kali ini adalah control flow merek HAMDEN. Adapun tujuan dari

praktikum kali ini adalah mengenal peralatan yang digunakan dalam control flow;

mengetahui prinsip kerja dari sensor; mengamati prinsip kerja system control flow;

mengamati respon dari mode pengendalian P, PI, dan PID.

Pada unitini terdapat berbagai instrument yang digunakan untuk mengendalikan

laju alir (flow), yaitu hidrolik bench, pump, valve, I/P converter, flow transmitter, flow

sensor, pressure sensor, pressure transmitter, compressor, control valve, fisher control.

Hidrolik bench merupakan bak penampungan air yang dilengkapi dengan pompa yang

berfungsi untuk mengalirkan air ke unit control flow. Besarnya laju alirran tersebut akan

dibaca oleh sensor flow yang selanjutnya akan diterjemahkan oleh flow transmitter dari

sinyal besaran fisik menjadi sinyal standar. Penerjemahan ini dimaksudkan agar dapat

dibaca oleh perangkat computer. Hasil sinyal yang sudah diterjemahkan ini disebut sinyal

pengukuran. Computer sebagai unit pengendali akan membandingkan besarnya sinyal

pengukuran dengan nilai acuan. Kemudian menentukan besarnya sinyal kendali. Sinyal

listrik ini diubah menhadi sinyal tekanan oleh I/P converter. Besarnya sinyal kendali ini

dibaca oleh sensor tekanan. Fisher control (pressure regularot) akan mengatur besarnya

tekanan udara yang dibutuhkan. Besarnya tekanan udara ini ekuivalen dengan sinyal

kendali. Tekanan udara tersebut akan masuk mengisi ruang diafragma control valve.

Perubahan besarnya difragma akan mempengaruhi naik dan turunnya stem, yaitu tuas

pembuka pada control valve, sehingga akan terbentuk bukaan yang dapat menghasilkan

laju alir sesuai dengan setpoint. Akan tetapi, terdapat variable gangguan yang

menyebabkan variable proses yang tidak sesuai dengan setpoint.

Pada unit ini yang merupakan variable proses adalah laju alir pada sistem proses

yaitu pipa. Variable termanipulasi pada proses ini adalah laju alir dari control valve.

Dalam pengendalian ini terdapat variable gangguan sehingga variable proses tidak sesuai

atau bahkan jauh dari setpoint, yaitu laju alir dari pompa



Sensor laju alir terpasang pada pipa aliran. Sensor ini adalah orifice. Prinsip

kerjanya berdasarkan perbedaan tekanan antara sisi 1 dengan sisi yang lainnya. Setelah

diakumulasi akan terukur besarnya aliran. Transmitter pada sensor laju alir akan

mengubah besaran tersebut menjadi sinyal pengukuran. Sensor ini dihubungkan dengan

U tube manometer.

Pengendalian dengan mode P (Proportional) settling timenya cepat. Pada PB = 2,

tanggapannya merupakan osilasi teredam tetapi tidak pas dengan setpoint. Pada mode

pengendalian PI (Proportional Integral), settling timenya menjadi lebih lambat dari mode

pengendalian Proportional. Pada PB = 2 dan TR = 0,2 terjadi tanggapan osilasi teredam

dengan offset sama dengan 0. Pada masukan nilai lain offset-nya kecil akan tetapi

tanggapannya tidak stabil dan cendurang osilasi continue. Pada mode pengendalian PID

(Proportional Integral Derivatif), respon settling time sangat lambat dibandingkan dengan

mode sebelumnya. Selain itu, offset semakin membesar dibanding mode sebelumnya.

Tanggapannya tidak stabil dan osilasi continue. Sehingga, dapat disimpulkan bahwa

mode pengendali yang paling baik untuk digunakan adalah mode PI (proportional

integral) dengan PB =2 dan TR = 0,2 dimana offset = 0 dan tanggapannya adalah osilasi

teredam tetapi settling time-nya agak lama.

Pada pengendalian proportional, semakin tinggi nilai PB maka semakin tinggi

overshoot dan offset semakin kecil. Pada mode proportional integral, semakin tinggi nilai

PB maka overshoot semakin tinggi dan semakin tinggi TR maka semakin tinggi offset

tetapi settling time makin lama. Pada mode proportional integral derivatife, semakin

tinggi nilai TD maka overshoot semakin besar dan offset akan mengecil.



BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Peralatan yang digunakan adalah sensor, transmitter hidrolikbench, kompresor,

control valve, I/P conventer, fisher controler (pressure regulator).

2. Sensor aliran pada unit ini bekerja berdasarkan beda tekanan.

3. Mode PI dengan nilai P=2 dan I=0.2 dapat mencapai setpoin dengan pas

walaupun responnya paling lambat. Akan tetapi merupakan satu-satunya

tanggapan osilasi terendam

4. Besarnya overshoot tiap mode baik P, PI, dan PID hampir-hampir sama.



DAFTAR PUSTAKA

Team Dosen,2009,”Penuntun Praktikum Kimia Fisika”POLNES.


Kontrol Flow Fix

Documents

Transcript of Kontrol Flow Fix