1.1 Pendahuluan

Sistem kendali atau sistem kontrol (control system) adalah

suatu alat (kumpulan alat) untuk mengendalikan, memerintah,

dan mengatur keadaan dari suatu sistem. Istilah sistem kendali

ini dapat dipraktekkan secara manual untuk mengendalikan

stir mobil pada saat kita mengendarai/menyetir mobil kita,

misalnya, dengan menggunakan prinsip loloh balik. Dalam sistem

yang otomatis, alat semacam ini sering dipakai untuk peluru

kendali sehingga peluru akan mencapai sasaran yang diinginkan.

Banyak contoh lain dalam bidang industri / instrumentasi dan

dalam kehidupan kita sehari-hari di mana sistem ini

dipakai. Alat pendingin (AC) merupakan contoh yang banyak kita

jumpai yang menggunakan prinsip sistem kendali, karena suhu

ruangan dapat dikendalikan sehingga ruangan berada pada suhu

yang kita inginkan.

Pada sistem kendali dikenal sistem lup terbuka (open loop

system) dan sistem lup tertutup (closed loop system). Sistem

kendali lup terbuka atau umpan maju (feedforward control)

umumnya mempergunakan pengatur (controller) serta aktuator

kendali (control actuator) yang berguna untuk memperoleh

respon sistem yang baik. Sistem kendali ini keluarannya tidak

diperhitungkan ulang oleh controller. Suatu keadaan apakah

plant benar-benar telah mencapai target seperti yang

dikehendaki masukan atau referensi, tidak dapat mempengaruhi

kinerja kontroler.

Gambar 1.1 Sistem pengendalian lup terbuka

Pada sistem kendali yang lain, yakni sistem kendali lup

tertutup (closed loop system) memanfaatkan variabel yang

sebanding dengan selisih respon yang terjadi terhadap respon

yang diinginkan. Sistem seperi ini juga sering dikenal dengan

sistem kendali umpan balik. Aplikasi sistem umpan balik banyak

dipergunakan untuk sistem kemudi kapal laut dan pesawat

terbang. Perangkat sehari-hari yang juga menerapkan sistem ini

adalah penyetelan temperatur pada almari es, oven, tungku, dan

pemanas air.

Gambar 1.2 Sistem pengendalian lup tertutup

1.2 Logic ControlLogic adalah kemampuan dalam memproses input secara

aritmatik (ALU), yaitu melakukan operasi membandingkan,

menjumlahkan, mengalikan, membagi, mengurangi, dan negasi.

Control adalah kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses

sehingga menghasilkan output yang diinginkan.

Gerbang Logika atau dalam bahasa Inggris disebut

dengan Logic Gate adalah dasar pembentuk Sistem Elektronika

Digital yang berfungsi untuk mngubah satu atau beberapa Input

(masukan) menjadi sebuah sinyal Output (Keluaran) Lois.

Gerbang Logika beroperasi berdasarkan sistem bilangan biner

yaitu bilangan yang hanyamemiliki 2 kode simbol

yakni 0 dan 1 dengan menggunakan Teori Aljabar Boolean.Gerbang

Logika yang diterapkan dalam Sistem Elektronika Digital pada

dasarnya menggunakan Komponen-komponen

Elektronika seperti Integrated Circuit

(IC), Dioda, Transistor, Relay, Optik maupun Elemen Mekanikal.

Terdapat 7 jenis Gerbang Logika Dasar yang membentuk

sebuah Sistem Elektronika Digital, yaitu :

1. Gerbang AND2. Gerbang OR3. Gerbang NOT4. Gerbang NAND5. Gerbang NOR6. Gerbang X-OR (Exclusive OR)7. Gerbang X-NOR (Exlusive NOR)Tabel yang berisikan kombinasi-kombinasi Variabel Input

(Masukan) yang menghasilkan Output (Keluaran) Logis disebut dengan “Tabel Kebenaran” atau “Truth Table”.

Input dan Output pada Gerbang Logika hanya memiliki 2 level.Kedua Level tersebut pada umumnya dapat dilambangkan dengan :

HIGH (tinggi) dan LOW (rendah) TRUE (benar) dan FALSE (salah) ON (Hidup) dan OFF (Mati) 1 dan 0

Contoh Penerapannya ke dalam Rangkaian Elektronika yang memakai Transistor TTL (Transistor-transistor Logic),  maka 0Vdalam Rangkaian akan diasumsikan sebagai “LOW” atau “0” sedangkan 5V akan diasumsikan sebagai “HIGH” atau “1”.

Berikut ini adalah Penjelasan singkat mengenai 7 jenis GerbangLogika Dasar beserta Simbol dan Tabel Kebenarannya.

Gerbang AND (AND Gate)

Gerbang AND memerlukan 2 atau lebih Masukan (Input) untuk

menghasilkan hanya 1 Keluaran (Output). Gerbang AND akan

menghasilkan Keluaran (Output) Logika 1 jika semua masukan

(Input) bernilai Logika 1 dan akan menghasilkan Keluaran

(Output) Logika 0 jika salah satu dari masukan (Input)

bernilai Logika 0. Simbol yang menandakan Operasi Gerbang

Logika AND adalah tanda titik (“.”) atau tidak memakai tanda

sama sekali. Contohnya : Z = X.Y atau Z = XY.

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang AND (AND Gate)

Gerbang OR (OR Gate)

Gerbang OR memerlukan 2 atau lebih Masukan (Input) untuk

menghasilkan hanya 1 Keluaran (Output). Gerbang OR akan

menghasilkan Keluaran (Output) 1 jika salah satu dari Masukan

(Input) bernilai Logika 1 dan jika ingin menghasilkan Keluaran

(Output) Logika 0, maka semua Masukan (Input) harus bernilai

Logika 0. Simbol yang menandakan Operasi Logika OR adalah

tanda Plus (“+”). Contohnya : Z = X + Y.

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang OR (OR Gate )

Gerbang NOT (NOT Gate)

Gerbang NOT hanya memerlukan sebuah Masukan (Input) untuk

menghasilkan hanya 1 Keluaran (Output).Gerbang NOT disebut

juga dengan Inverter (Pembalik) karena menghasilkan Keluaran

(Output) yang berlawanan (kebalikan) dengan Masukan atau

Inputnya. Berarti jika kita ingin mendapatkan Keluaran

(Output) dengan nilai Logika 0 maka Input atau Masukannya

harus bernilai Logika 1. Gerbang NOT biasanya dilambangkan

dengan simbol minus (“-“) di atas Variabel Inputnya.

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang NOT (NOT Gate)

Gerbang NAND (NAND Gate)

Arti NAND adalah NOT AND atau BUKAN AND, Gerbang NAND

merupakan kombinasi dari Gerbang AND dan Gerbang NOT yang

menghasilkan kebalikan dari Keluaran (Output) Gerbang AND.

Gerbang NAND akan menghasilkan Keluaran Logika 0 apabila semua

Masukan (Input) pada Logika 1 dan jika terdapat sebuah Input

yang bernilai Logika 0 maka akan menghasilkan Keluaran

(Output) Logika 1.

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang NAND (NAND Gate)

Gerbang NOR (NOR Gate)

Arti NOR adalah NOT OR atau BUKAN OR, Gerbang NOR merupakan

kombinasi dari Gerbang OR dan Gerbang NOT yang menghasilkan

kebalikan dari Keluaran (Output) Gerbang OR. Gerbang NOR akan

menghasilkan Keluaran Logika 0 jika salah satu dari Masukan

(Input) bernilai Logika 1 dan jika ingin mendapatkan Keluaran

Logika 1, maka semua Masukan (Input) harus bernilai Logika 0.

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang NOR (NOR Gate)

Gerbang X-OR (X-OR Gate)

X-OR adalah singkatan dari Exclusive OR yang terdiri dari 2

Masukan (Input) dan 1 Keluaran (Output) Logika. Gerbang X-OR

akan menghasilkan Keluaran (Output) Logika 1 jika semua

Masukan-masukannya (Input) mempunyai nilai Logika yang

berbeda. Jika nilai Logika Inputnya sama, maka akan memberikan

hasil Keluaran Logika 0.

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang X-OR (X-OR Gate)

Gerbang X-NOR (X-NOR Gate)

Seperti Gerbang X-OR,  Gerban X-NOR juga terdiri dari 2

Masukan (Input) dan 1 Keluaran (Output). X-NOR adalah

singkatan dari Exclusive NOR dan merupakan kombinasi dari

Gerbang X-OR dan Gerbang NOT. Gerbang X-NOR akan menghasilkan

Keluaran (Output) Logika 1 jika semua Masukan atau Inputnya

bernilai Logika yang sama dan akan menghasilkan Keluaran

(Output) Logika 0 jika semua Masukan atau Inputnya bernilai

Logika yang berbeda. Hal ini merupakan kebalikan dari Gerbang

X-OR (Exclusive OR).

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang X-NOR (X-NOR Gate)

Jadi Locic Control adalah Sistem kontrol logika untuk mesinindustri dan komersial secara historis diterapkan pada relaytegangan listrik menggunakan saling berhubungan, dirancang denganmenggunakan logika tangga . Saat ini, kebanyakan sistemtersebut dibangun dengan programmable logic controller (PLC) ataumikrokontroler. Notasi logika t angga masih digunakan sebagaiidiom pemrograman untuk PLC .

Logic controller dapat menanggapi switch, sensor cahaya, saklartekanan, dll, dan dapat menyebabkan mesin untuk memulai danmenghentikan berbagai operasi . Sistem logika digunakan untukoperasi urutan mekanik di banyak aplikasi. PLC perangkatlunak dapat ditulis dalam berbagai cara - diagram tangga , SFC-. Grafik fungsi sekuensial atau dalam istilah bahasa yangdikenal sebagai daftar pernyataan Contoh termasuk lift, mesincuci dan sistem lain dengan saling menghentikan operasi -pergi.Sistem logika yang cukup mudah untuk merancang, dan dapat

menangani operasi yang sangat kompleks . Beberapa aspek daridesain sistem logika menggunakan logika Boolean.

2.2 ON OFF CONTROL

Pada sistem kontrol dua posisi, elemen aktuasi hanya mempunyai duaposisi yang tetap. Kontrol on -off ini banyak digunakan di industrikarena murah dan sederhana. Sinyal control akan tetap padasatukeadaan dan akan berubah ke keadaan lainnya bergantung pada nilaierror positif atau negatif.

u(t) = sinyal control

e(t) = sinyal error

u(t) = U1, e(t)>0

= U2,e(t)<0

Kontroler dua posisi pada umumnya dijumpai pada komponen elektrik(relay) dan komponen pneumatik (katup dan silinder). Ilustrasi darikontroler on -off adalah sebagai berikut:

Gambar on-off control

Dari gambar dapat diamati bahwa jika output lebih besar dari setpoint, aktuator akan off. Output akan turun dengan sendirinyasehingga menyentuh set point lagi. Pada saat itu, sinyal kontrolakan kembali on (aktuator on) dan mengembalikan output kepada setpointnya. Demikian seterusnya sinyal kontrol dan aktuator akan on -off terus menerus. Kelemahan dari kontroler on off ini adalah jika

output berosilasi di sekitar set point (keadaan yang memangdiinginka n) akan menyebabkan aktuator bekerja keras untuk on -offdengan frekuensi yang tinggi. Hal ini akan menyebabkan kontrolerakan cepat aus dan memakan energi yang banyak (boros). Untuksedikit mengatasi hal ini maka dibuat suatu band pada set pointsehingga m engurangi frekuensi on-off dari kontroler. Ilustrasinyaadalah sebagai berikut:

Gambar Frekuensi controler on off

Sinyal kontrol akan off ketika output menyentuh batas atas dan baru on kembali ketika menyentuh batas bawah. Band dari set point ini disebut juga diferensial gap. Dengan keadaan seperti ini serta mengatur besarnya diferensial gap maka frekuensi on-off dapat dikurangi tetapi harus dibayar dengan penurunan akurasi terhadap set point.

Kontrol ON-OFF memiliki banyak istilah lain yaitu kontrol

digital, binary control, discrete control, kontrol sekuen, atau

motor interlock. Fungsi kontrol ini terbagi menjadi beberapa

bagian penggunaan pada sebuah pembangkit listrik, yaitu:

Pada alat berputar berpenggerak motor seperti kipas, pompa,

kompresor, dan konveyor.

Pada valve dan damper yang berpenggerak motor.

Pada penggerak solenoid seperti shutoff valve pneumatik.

Contoh Sistem Kontrol ON-OFF

Diagram di atas merupakan salah satu contoh skema sistem

kontrol ON-OFF yang sederhana.Beberapa

pompa exhauster dihubungkan secara paralel, bertugas untuk

menjaga tekanan di dalam kondensor tetap vakum. Beberapa

syarat kondisi menjadi sinyal input sistem, diproses melalui

beberapa logic sederhana sehingga menghasilkan output

dan feedback tertentu.

Sistem kontrol ON-OFF di atas cukup sederhana dan menjadi

dasar bagi kita untuk mempelajari sistem kontrol yang lebih

kompleks. Pada penggunaan yang lain, sistem kontrol

dan logic yang ada dapat jauh lebih kompleks terutama bagi

peralatan-peralatan besar dan mahal. Sistem kontrol

dan logic yang rumit tersebut, selain memang untuk proses kerja

yang kompleks, juga berfungsi untuk melindungi peralatan

tersebut dari kerusakan yang parah akibat terjadinya kesalahan

proses kerja.

Pengendalian on /off hanya bekerja pada dua posisi, yaitu

posisi “on” dan posisi “off”. Kalau final kontrol element

berupa control valve , kerja valve hanya terbuka penuh atau

tertutup penuh. Pada system pengendalian on-off control valve

tidak akan pernah bekerja didaerah antara 0 sampai 100%.

Karena kerjanya yang on-off , hasil pengendalian pengendali

on-off akan menyebabkan proses variable yang bergelombang,

tidak pernah konstan. Perubahan proses variable akan seirama

dengan perubahan posisi final control element. Besar kecinya

fluktuasi proses variable ditentukan oleh titik dimana

controller “on” dan titik dimana “off”.

Karena karakteristik kerjanya yang hanya on dan offf,

controller jenis on-off juga sering disebut sebagai two posision

controller ,gap controller atau snap controller . Kata snap secara

harfiah berarti menampar . Sebuah controller on-off kemidian

juga lazim disebut snap controller. Ungkapan  kata snap action

kelak akan juga dipakai untuk kerja controller jenis lain yang

karena besarnya gain menjadi bekerja secara on-off.

Kerja pengendalian on-off banyak dipakai di system

pengendalian yang sederhana karena harganya yang relatif

murah.Namun , tidak semua proses dapat dikendalikan secara on-

off karena banyak operasi proses yang tidak dapat mentolerir

fluktuasi proses variable. Jadi, syarat utama untuk memakai

pengendali on-off bukan untuk menghemat biaya unit controller

melainkan karena proses memang tidak dapat mentolerir

fluktuasi proses variable pada batas-batas kerja pengendalian

on-off.

Aksi pengendalian dari controller ini hanya mempunyai dua

kedudukan, maksimum atau minimum, tergantung dari variable

terkontrolnya, apakah lebih besar atau lebih kecil dari set

poin.

Persamaanya adalah:

m = N1 jika e < 0

m = N2 Jika e> 0

dimana :          

m   = manipulated variable

N1 = harga maksimum dari m (ON)

N2 = harga minimum dari m (OFF)