LAPORAN PRAKTIKUM PENGENDALIAN PROSES
PERCOBAAN PENENTUAN KARAKTERISTIK PENGENDALI (TEKANAN, pH)
Hari
: Selasa
Kelompok
: 1
Praktikan
: Arin Dian Safitri
Tanggal Percobaan
: 8 Mei 2018
NIM. 1631410037
15 Mei 2018 22 Mei 2018
PROGRAM STUDI D-III TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI MALANG
i
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ……………………………………………………………….... i DAFTAR TABEL ………………………………………………………….... ii DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………… ………………………………………………………… iii BAB 1 PENDAHULUAN PENDAHU LUAN 1.1
Tujuan Percobaan ...…………………………………………………… ... …………………………………………………… 1
1.2
Dasar Teori ......................................... ......................................................... ..................................... .................................... ............... 1
BAB 2 METODOLOGI DAN HASIL PERCOBAAN PERCOBAAN 2.1
Variabel Percobaan ..................................... ............................................................... ........................................... ................. 6
2.2
Alat dan Bahan …….….………………………………………………
2.3
Gambar Alat ................. ......................................... .................................................................... ................................ ..... 7
2.4
Prosedur Percobaan .....……………………………………………….. .....………………………………………………..
2.5
Hasil Percobaan ........…………………………………………………. ........…………………………………………………. 11
6
9
BAB 3 HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 3.1
Hasil Perhitungan ............................................... .......................................................................... .................................... ......... 14
3.2
Pembahasan ……………..……………………………………………. 15
BAB 4 KESIMPULAN……………..……………………………………….. KESIMPULAN ……………..………………………………………..
25
DAFTAR PUSTAKA ............................................... ....................................................................... ....................................... ............... 26 APPENDIKS ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… A-1
i
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. 1. Respon dalam sistem control ..................... control ............................................ ................................. .......... 2 Gambar 1. 2. Output pengendali proporsional perilaku ideal ........................... ........................... 3 Gambar 1. 3. Output pengendali pengendali proporsional perilaku actual actual ......................... ......................... 3 Gambar 1. 4. Respon PI controller terhadap perubahan error perubahan error .......................... .......................... 4 Gambar 2. 1. Skema rangkaian rangkaian alat pengendali tekanan (PCT – (PCT – 14) 14) ............... 7 Gambar 2. 2. 2. Rangkaian modul modul alat pengendali tekanan (PCT – (PCT – 14) 14) ............... 7 Gambar 2. 3. Panel pengendali tekanan (PCT – (PCT – 10) 10)......................................... ......................................... 8 Gambar 2. 4. Skema rangkaian alat pengendali pengendali pH .......................................... .......................................... 8 Gambar 2. 5. Panel pengendali pH .......................................... ................................................................. ......................... .. 8
ii
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1.
Data Hasil Percobaan Penentuan karakteristik pengendali pada Pengendali tekanan...................................................................... 11
Tabel 2. 2.
Data Hasil Percobaan Penentuan karakteristik pengendali pada Pengendali pH ............................................................................. 12
Tabel 3. 1.
Hasil
Perhitungan
Penentuan
karakteristik
pengendali
pada
Pengendali Tekanan .................................................................... 14 Tabel 3. 2.
Hasil
Perhitungan
Penentuan
karakteristik
pengendali
pada
Pengendali pH ............................................................................. 14
iii
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Tujuan Percobaan
Tujuan percobaan Penentuan karakteristik Pengendali pada Pengendali ini adalah : A. Pengendali Tekanan 1. Mahasiswa dapat mengamati karakteristik pengendali Proportional (P), Proportional Integral (PI), dan Propotional Integral Derivative (PID) lup tertutup system pengendali pada proses Pengendali Tekanan. 2. Mahasiswa dapat menganalisa respon untuk perubahan set point (SP) – Servo System B. Pengendali pH 1. Mahasiswa dapat mengamati karakteristik pengendali Proportional (P), Proportional Integral (PI), dan Propotional Integral Derivative (PID) lup tertutup system pengendali pada proses Pengendali pH. 2. Mahasiswa dapat menganalisa respon untuk perubahan set point (SP) – Servo System dan 1.2 Dasar Teori
Terdapat dua metode pengendalian, yaitu pengendalian umpan balik ( feedback control ) dan umpan maju ( feed forward control ). Pengendalian umpan balik
bekerja
berdasarkan
perubahan
variabel
proses
terkendali
yaitu
penyimpangan variabel proses terhadap setpoint . Pengendalian umpan balik yang dilakukan oleh instrumen kendali disebut pengendalian lingkar tertutup ( closed loop control ) atau pengendalian otomatis. Jika tidak ada umpan balik oleh instrumen kendali, disebut pengendalian lingkar terbuka ( open loop control ). Dalam sistem pengendalian umpan balik, variabel proses terkendali dipengaruhi oleh setpoint dan beban (gangguan). Perubahan setpoint dapat dilakukan oleh operator atau pengendali lain. Jika terjadi perubahan setpoint atau beban, idealnya nilai variabel proses terkendali selalu sama dengan setpoint . Tetapi kondisi demikian tidak selalu dapat diperoleh(Heriyanto, 2010).
1
Pemilihan jenis controller (P, PI, PID) dan parameternya (Kc, τ I, τD) sangat erat kaitannya dengan model proses yang akan dikontrol. Pemilihan parameter pengendali merupakan masalah optimasi dimana sistem kontrol mencoba untuk memenuhi beberapa kriteria optimalitas dan akan memperoleh control yang baik. Proses pemilihan parameter pengendali dapat bervariasi dari percobaan coba-coba (trial ) untuk menemukan parameter kontrol yang sesuai dan baik. Kriteria umum untuk kontrol yang baik adalah bahwa respon sistem terhadap perubahan langkah dalam set point atau beban memiliki overshoot minimum dan rasio peluruhan seperempat. Kriteria lain termasuk minimum rise time dan minimum settling time.
Gambar I.1 Respon yang diberikan dalam sistem control dalam berbagai mode control
Berikut 3 jenis karakteristik pengendali : 1. Proportional Controller (P) Jenis pengendali yang paling sederhana adalah proportional control . Tujuan control ini adalah untuk mengurangi kesalahan antara process variable (PV) dan set point (SP). Proportional controller dapat mengurangi kesalahan, tetapi tidak dapat menghilangkannya. Jika terdapat beberapa kesalahan sisa, tipe controller ini mungkin merupakan pilihan yang tepat untuk situasi tersebut. Proportional controller hanya memiliki satu parameter yang dapat disesuaikan yaitu controller gain. Proportional controller menghasilkan sinyal output (tekanan, arus, atau tegangan) yang sebanding dengan kesalahan ( error ) ε.
= + Nilai ε merupakan perbedaan antara set point dan sinyal dari pengukuran elemen. Controller dengan gain yang dapat disesuaikan, nilai gain Kc dapat 2
divariasikan dengan memasukkannya ke dalam pengontrol, biasanya dengan menggunakan tombol. Nilai p s adalah nilai dari sinyal output ketika ε adalah nol, dan di sebagian besar pengendali ps dapat diatur untuk mendapatkan sinyal output yang dibutuhkan ketika control system berada dalam kondisi steady state dan nilai ε = 0, atau juga bisa diartikan nilai output akan langsung menjadi nol apabila nilai error sama dengan nol (Coughanowr, 1991).
Gambar I.2 Output pengendali proporsional Perilaku Ideal
Gambar I.3 Output pengendali proporsional Perilaku Actual
2. Proportional – Integral Control (PI) Jika kesalahan residual terlalu besar maka harus diberikan mode kontrol tambahan yaitu Integral Control . Jika menambahkan integral control ke proportional control , maka disebut PI atau proportional-integral control. Mode integral pada akhirnya mendorong kesalahan ke nol. Controller ini memiliki dua parameter yang dapat disesuaikan untuk memilih nilai, gain, dan waktu integral. 3
Hal ini sedikit lebih rumit daripada proportional controller , tetapi dapat meredam kesalahan pada saat steady state.
= + ∫ + Dimana,
Kc = proportional gain τi = integral time (min) ps = constant
Gambar I.4 Response PI controller terhadap perubahan satuan langkah dalam error
3. Proportional Integral Derivative (PID) Pengendali PID ( Proportional, Integral, Derivative) merupakan suatu pengendali yang mampu memperbaiki tingkat akurasi dari suatu sistem plant yang memiliki karakteristik umpan balik atau feedback pada sistem tersebut. Pengendali PID menghitung dan meminimalisasi nilai error/selisih antara output dari proses terhadap input/ setpoint yang diberikan ke sistem. Pengendali PID terdiri dari tiga komponen yaitu proportional , integral , dan derivative yang dapat dipakai secara bersamaan maupun sendiri-sendiri tergantung dari respon yang diinginkan pada suatu system atau plant . Kelemahan utama pada derivativenya, adalah apabila terjadi perubahan besar pada set point akan mengakibatkan perubahan besar pada error dan turunan 4
dari perubahan step dapat membesar tak terhingga sehingga dapat membahayakan sistem/ plant . Oleh karena itu, perubahan error pada bagian derivative ini diganti menjadi perubahan controlled variable (CV) dimana EN = SP N – CV N (Yusivar, 2010).
5
BAB 2 METODOLOGI DAN HASIL PERCOBAAN
2.1 Variabel Percobaan
Variabel pada percobaan ini adalah sebagai berikut : 1. Pengendali Tekanan -
Sistem dengan tangki a. %PV 30% - 50% b. Prop = 3 dan 6 c. ti = 0,1 dan 0,3 d. td = 1 dan 3
-
Sistem tanpa tangki a. %PV 30% - 50% b. Prop = 20 dan 30 c. ti = 0,1 dan 0,5 d. td = 1 dan 4
2. Pengendali pH a. %PV 50% - 80% b. PB = 100 Dan 150 c. ti = 0,1 dan 0,3 d. td = 0,2 dan 0,3 2.2 Alat dan Bahan 2.2.1 Alat
a.
Pengendali Tekanan 1. PCT – 14 (modul proses pengendalian tekanan) 2. PCT – 10 (electrical console) 3. Kompresor 4. Recorder
b.
Pengendali pH 1. Seperangkat alat pengendali pH
6
1.2.2 Bahan
a. Pengendali Tekanan 1. Udara b. Pengendali pH 1.
Larutan Asam (HCl 0,01 N)
2.
Larutan Basa (NaOH 0,01 N)
3.
Air
7
3.2.3 Gambar Alat
Gambar 2.1. Skema rangkaian alat pengendali tekanan (PCT – 14) Keterangan gambar : V1, V2 = Pressure regulator valve V3, V4, V5, V6 = Selector valve V7 = Relief valve P1, P2, P3, P4 = Pressure gauge Indicator
Gambar 2.2 Rangkaian modul alat pengendali tekanan (PCT – 14) Keterangan gambar : 1.
masukan untuk udara proses dan udara
7.
tekan penggerak pneumatic valve
8. pressure transducer box
box penghubung arus untuk I/P
9.
controller
10. diffused outlet ke udara terbuka
3.
I/P converter
11. tangki udara
4.
Pneumatic valve
12. kerangka penahan PCT-14
5.
electrical connection untuk square root
13. orifice meter
extractor
14. stem plug valve
square root extractor
15. stem indicat
2.
6.
differential pressure transducer box
diffused outlet ke tangki
8
2 1
Gambar 2.3 Panel pengendali tekana n (PCT – 10)
Gambar 2.4 Skema rangkaian alat pengendali pH Keterangan gambar : 1 Mixing tank 0,4 lt 2 Containers with 2 correction 3 Solution 4 Solution feed tank 10 lt 5 Peristaltic Pump 6 Agitator 7 Stirrer 8A / 8B Solenoid valve 9A / 9B Regulation Tank
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Collection Tank Signal Transmiter pH Feed tank drain valve Collection tank drain valve Sample taking tank 0,15 l Flow meters Personal Computer Electric apparatus Printers Main switch
Gambar 2.5 Panel pengendali pH
8
2.4 Prosedur Percobaan 2.4.1
Prosedur
Percobaan
Penentuan
Karakteristik
Pengendali
pada
Pengendali Tekanan
Prosedur percobaan Penentuan Karakteristik Pengendali pada Pengendali Tekanan adalah sebagai berikut : A. Persiapan
1. Buka main valve udara tekan dan pastikan tidak terjadi kebocoran di sistem pengendalian tekanan. 2. Hidupkan alat pengendali tekanan (PCT-14 + PCT – 10) dengan menekan tombol “main switch”. 3. Tutup V3, V5, V6. 4. Buka V1, V2, V 4, atur P1 = 22 psig dengan mengubah V 1 dan atur P4 = 8 psig dengan mengubah V 2. 5. Hidupkan recorder dan atur kecepatan kertas recorder sebesar 3 cm/min. B. Persiapan
1. Atur pengendali pada operasi manual, dengan cara mengatur panel pengendali di PCT – 10 2. Masukkan nilai – nilai parameter pengendali, yaitu: Proportional Band (PB) = 20 – 50%, Integrative Constant (I) = 0 menit, Derivative Constant (D) = 0 menit, sedangkan set point (SP) atur pada posisi 30 – 40%. 3. Lakukan start up process dengan cara mengatur persen bukaan valve pengatur laju alir udara masuk (%PO) hingga tercapai kondisi steady dan SP tercapai. 4. Jalankan recorder dengan kecepatan yang sudah ditentukan. 5. Ubah operasi pengendali pada operasi otomatis. 6. Berikan perubahan SP menjadi 50% - 60%, tunggu beberapa saat sampai SP yang baru tercapai dan kondisi stabil. 7. Setelah stabil, berikan perubahan pada proses berupa perubahan disturbance dengan membuka V6 8. Ulangi langkah a – g dengan mengubah harga PB,
maupun
I
D
sesuai arahan
dosen pengampu. 9. Amati dan analisis dengan perubahan perubahan yang terjadi
9
C. Mematikan
1. Matikan alat pengendali tekanan dengan menekan tombol “main switch”. 2. Tutup main valve udara tekan.
2.4.2
Prosedur
Percobaan
Penentuan
Karakteristik
Pengendali
pada
Pengendali pH
Prosedur percobaan Penentuan Penentuan Karakteristik Pengendali pada Pengendali pH adalah sebagai berikut : A. Persiapan
1. Buat larutan NaOH 0,1 N sebanyak 2 L, masukkan ke dalam tangki penampung basa 2. Buat larutan HCl 0,01 N sebanyak 10 L, masukkan ke dalam bak penampung 3. Hidupkan alat pengendali pH (CRpH) dengan menekan t ombol “main switch” 4. Hidupkan personal computer (PC), pilih program CRpH, klik tab “File”, pilih “New”, pilih menu pengendali PID, klik OK pada tampilan pengisian paramete r. B. Pengoprasian
2. Masukkan parameter pengendali yaitu: Proportional Band (PB) = 20 – 50%, Integrative Constant (I) = 0 menit, Derivative Constant (D) = 0 menit, sedangkan set point (SP) atur pada posisi 30 – 40% pada tampilan pengisian parameter, klik OK. 3. Arahkan selektor ke arah “PC” dan “ stirrer ON/OFF switch” (lihat Gambar IV. 13 no.26) ke arah “ON”. 4. Pindah selektor ke arah “ Impulse Commutator ” 5. Atur laju alir asam menjadi 4 L/jam 6. Arahkan tombol “auto/ manual regulation” ke arah “auto”. 7. Arahkan tombol “reverse/forward ”, “A/B solenoid pump” (lihat Gambar IV. 14 no.20) ke arah “reverse”. 8. Tunggu sampai pH menunjukkan angka yang steady pada alat pengendali pH. 9. Arahkan tombol “ pump ON/OFF setter “ ke arah “ON”. 10. Atur persen bukaan pompa (%PO) hingga process variable PV = SP, klik OK. 11. Klik “ start ” kemudian lihat grafik yang muncul di layar PC beserta perubahan 10
yang terjadi sampai menunjukkan kondisi steady kembali. 12. Lakukan perubahan SP dengan cara tekan/klik tombol “ parameter ” dan ubah SP menjadi 40 – 50%, klik OK. 13. Tunggu hingga steady, setelah seady simpan hasil percobaan. 14. Ulangi langkah di atas dengan nilai Proportional Band , Integrative Constant (I), dan Derivative Constant (D)yang berbeda. C. Mematikan
1.
Arahkan tombol “auto/ manual regulation” ke arah “auto”
2.
Matikan “ stirrer ON/OFF switch”
3.
Tutup program CRpH dan matikan PC
4.
Matikan alat pengendali pH dengan menekan tombol “main switch”
2.5 Hasil Percobaan
Tabel 2.1 Data Hasil Percobaan Penentuan Karakteristik Pengendali pada Pengendali Tekanan
No
variabel
Nilai
%PV2
OFFSET
48,70%
1,90%
47,30%
3,40%
50,60%
0
50,40%
0,10%
50,50%
0%
50,70%
0,10%
%PO : 69% Prop : 3
%PV 1 : 30,6% SP : 50,6 % %PO : 69%
Prop : 6
%PV 1 : 30,7% SP : 50,7 %
Prop : 3 Dengan tangki
Ti
: 0,1
%PV 1 : 30% 1
SP : 50% Kec. kertas : 12 cm/min
%PO : 69% %PV 1 : 30,6% SP : 50,6 %
Prop : 3 Ti
: 0,3
%PO : 69% %PV 1 : 30,5% SP : 50,5 %
Prop : 3 Ti pid
: 0,1
%PO : 69% %PV 1 : 30,5%
:1
SP : 50,5 %
Prop : 3
%PO : 69%
Ti pid
: 0,1 :3
%PV 1 : 30,8% SP : 50,8 %
11
%PO : 69% Prop: 20
%PV 1 : 30,2%
42,90%
7,30%
40,50%
10,20%
50,20%
0,30%
45,90%
4,70%
50,20%
0,70%
50,10%
0,30%
SP : 50,2 % %PO : 69% Prop : 30
%PV 1 : 30,7% SP : 50,7 %
Tanpa tangki
Prop : 20
%PV 1 : 30%
Ti
: 0,1
%PO : 69% %PV 1 : 30,5%
SP : 50% 2
SP : 50,5 %
Kec. kertas : 30 cm/min
Prop : 20
%PO : 69%
Ti : 0,5
%PV 1 : 30,6% SP : 50,6 %
Prop : 20 Ti pid
: 0,1
%PO : 69% %PV 1 : 30,9%
:1
SP : 50,9 %
Prop : 20
%PO : 69%
Ti pid
: 0,1
%PV 1 : 30,4%
:4
SP : 50,4 %
Tabel 2.2 Data Hasil Percobaan Penentuan Karakteristik Pengendali pada Pengendali pH Variabel
Nilai
%PV2
OFFSET
71,30%
9,20%
69,60%
12%
81,70%
-1,40%
81,40%
-0,60%
%PV 1 : 50,5% Prop : 100 %PV 1 : 50%
SP : 80,5%
SP : 80%
%PV 1 : 51,6% Prop : 150 SP : 81,6% Prop : 100 Ti
: 0,1
Prop : 100 Ti
: 0,3
%PV 1 : 50,3% SP : 80,3 % %PV 1 : 50,8% SP : 80,8 %
12
Prop : 100 Ti
: 0,3
pid
: 0,2
Prop : 100
%PV 1 : 51,2% SP : 81,2 %
80,40%
0,80%
80,30%
-0,10%
%PO : 69%
Ti
: 0,3
%PV 1 : 50,2%
pid
: 0,3
SP : 80,2 %
13
BAB 3 HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
3.1 Hasil Perhitungan
Tabel 3.1 Hasil Perhitungan Penentuan Karakteristik Pengendali pada Pengendali Tekanan No
Variabel
offset
1 2
Prop : 3 Prop : 6 Prop : 3 Ti : 0,1 Prop : 3 Ti : 0,3 Prop : 3 Ti : 0,1 pid : 1 Prop : 3 Ti : 0,1 pid : 3
1,9% 3,4%
1
Prop:20
2
Prop : 30
3 4 5
6
3 4 5
6
Prop : 20 Ti : 0,1 Prop : 20 Ti : 0,5 Prop : 20 Ti : 0,1 pid : 1 Prop : 20 Ti : 0,1 pid : 4
Decay risetime ratio Dengan tangki 0,11 0,6 0,39166 s 0,1463 0,166 0,35 s
overshoot
Respon time
Periode of oscilation
0,225 s 0,325 s
0,075 s 0,075 s
0
0,08
0,75
0,3916 s
0,5833 s
0,075 s
0,1%
0,08163
0,75
0,4166 s
0,583 s
0,075 s
0%
0,08
0,75
0,425
0,3833
0,0666 s
0,1%
0,12
0,5
0s
0,833 s
0,0666 s
7,3% 10,2 %
1,016
0s
0,63 s
0,0283 s
0,75
0,0667
0s
0,3866
0,0216 s
0,3%
0,2689
0,875
0,725 s
0,6266
0,02833
4,7%
0,8684
0,2575
0s
0,3866 s
0,0283 s
0,7%
0,6458
0,0645
0,475 s
0,4416
0,0283
0,3%
0,52
0
0,596 s
0,5583
0
Tanpa tangki 0,5238
Tabel 3.2 Hasil Perhitungan Penentuan Karakteristik Pengendali pada pada Pengendali pH No 1 2 3 4 5
Variabel Prop : 100 Prop : 150 Prop : 100 Ti : 0,1 Prop : 100 Ti : 0,3 Prop : 100 Ti : 0,3 pid : 0,2
offset
overshoot
Decay ratio
risetime
Respon time
Periode of oscilation
9,2%
0
0
0,625 s
0
0
12%
0
0
0,0866 s
0
0
-1,4%
0
0
0,0733 s
0
0
-0,6%
0
0
0,0933 s
0
0
0,8%
0
0
0,133 s
0
0
14
6
Prop : 100 Ti : 0,3 pid : 0,3
-0,1%
0
0
0,0333 s
0s
0
3.2 Pembahasan 3.2.1
Pembahasan Hasil Percobaan Penentuan Karakteristik Pengendali pada Pengendali Tekanan
Percobaan
karakteristik
pengendali
Tekanan
bertujuan
mengamati
karakteristik pengendali pada closed loop system. Dalam prosesnya yaitu membandingkan set point dengan proses variabel (PV) dan untuk menentukan tindakan perbaikan karakteristik pengendali dibagi menjadi dua macam yaitu discontinue controller dan continue cotroller. Pada percobaan kami yang dilakukan menggunakan continue controller yaitu Proportional (P), Proportional Integral (PI), dan Propotional Integral Derivative (PID). Pada closed loop control system terdapat dua jenis
perubahan yaitu servo dan regulator. Dimana hasil data
percobaan digunakan untuk menganilisa respon untuk perubahan set point (SP). Pada percobaan ini menggunakan jenis perubahan servo yang dilakukan pada sistem dengan tangki dan tanpa tangki. Kecepatan kertas pada sistem dengan tangki sebesar 12 cm/detik, sedangkan pada sitem tanpa tangki menggunakan kecepatan kertas sebesar 30 cm/detik. Dimana pada percobaan ini dilakukan perubahan SP dengan perubahan 30% menjadi 50% dalam kondisi steady state. Dan tidak ada perubahan pada disturbance. Pada sistem ini, untuk mengetahui angka proses variabel dilakukan perubahanhan pada %PO . Dari hasil percobaan diketahui bahwa %PV sebesar 30% sekian terdapat pada kondisi %PO sebesar 69%.
Gambar 3.1 Dengan tangki Prop 3 dan Prop 6
15
Percobaan ini dilakukan dengan perubahan proportional saja yaitu menggunakan proportional sebesar 3 dan 6. Pada grafik sebelah kiri dengan proportional 3 didapat %PV awal
sebesar 30,6% yang dilakukan perubahan
menjadi 50,6%. Sehingga didapatkan %PV akhir sebesar 48,7% dimana didapatakan grafik respon seperti diatas. Dari grafik tersebut didapatkan analisa yaitu offset sebesar 1.9%, overshoot 0.11 , decay rasio 0.6, risetime 0,39166 s, respontime 0,225 s dan memiliki periode 0,075 s. Sedangkan pada proportional 6 didapatkan %PV awal sebesar 30,7% yang dilakukan perubahan menjadi 50,7%. Sehingga didapatkan %PV akhir sebesar 47,3% dimana didapatkan grafik respon seperti diatas yaitu pada gambar sebelah kanan. Dari grafik tersebut didapatkan analisa yaitu offset sebesar 3,4%, overshoot 0.1463, decay rasio 0.166, risetime 0,35 s, respontime 0,325 s dan memiliki periode 0,075 s. Sehingga dari perbedaan hasil diatas dapat menunjukkan bahwa nilai prop yang semakin besar dapat menyebabkan nilai offset yang semakin besar pula. Karena nilai prop yang semakin besar, tanggapan pada pengendali respone time menjadi lebih lambat sehingga jika nilai prop semakin kecil makan akan semakin meredam nilai offset. Dimana melalui percobaan dengan perbedaan proportional diketahui besar offset pada proportional 3 lebih kecil dari pada proporsional 6. t. Semakin kecil offset yang didapatkan maka grafik yang dihasilkan semakin baik. Sehingga besar proportional 3 ini digunakan untuk tahap berikutnya yaitu proportional- integral controller .
Gambar 3.2 Dengan Tangki prop 3, ti 0,1 dan prop 3, ti 0,3 Percobaan ini dilakukan perbedaan ti (waktu tinggal) dan besar proportional sama. ti yang digunakan yaitu sebesar 0,1 dan 0,3 sedangkan besar proportional sebesar 3. Pada gambar sebelah kiri dengan proportional 3, ti 0,1 didapat %PV awal
sebesar 30,6% yang dilakukan perubahan menjadi 50,6%. Sehingga
didapatkan %PV akhir sebesar 50,6%, dimana didapatkan grafik respon seperti 16
diatas. Dari grafik tersebut didapatkan analisa yaitu overshoot 0.08, decay rasio 0.75, risetime 0,3916 s, respontime 0,5883 s, memiliki periode 0,075 s dan tidak memiliki offset Sedangkan pada proportional 3, ti 0,3 didapatkan %PV awal sebesar 30,5% yang dilakukan perubahan menjadi 50,5%. Sehingga didapatkan %PV akhir sebesar 50,4% dimana didapatkan grafik respon seperti diatas yaitu pada gambar sebelah kanan. Dari grafik tersebut didapatkan analisa yaitu offset sebesar 0,1%, overshoot 0.08163, decay rasio 0,75, risetime 0,4166 s, respontime 0,583 s dan memiliki periode 0,075 s. Sehingga dari perbedaan hasil diatas terdapat pada nilai offset dan risetime yaitu pada prop 3 dan ti 0,1 mempunyai offset sebesar 0% dan nilai risetime sebesar 0,3916 s, sedangkan pada percobaan yang menggunakan prop 3, ti 0,3 mempunyai nilai offset 0,1% dan nilai risetime 0,416 s. Melalui percobaan dengan perbedaan ti (waktu tinggal ) dengan proportional 3 dapat diketahui besar offset pada proportional 3 ti 0,1 lebih kecil dari pada proporsional 3 0,3 dan mempunyai ristime yang lebih cepat. Karena semakin kecil nilai risetime dapat menunjukkan bahwa pada sistem pengendali cepat menyentuh set point (SP). Hal ini sudah sesuai dengan teori bahwa proportional integral controller dapat meminimalkan atau menurunkan nilai offset dan mempercepatkan waktu risetime . Sehingga besar proportional 3 ti 0,1 ini digunakan untuk tahap berikutnya yaitu proportional integral-derivative.controller.
Gambar 3.3 Dengan Tangki prop 3, ti 0.1,td 1 dan prop 3, ti 0.1, td 3 Percobaan ini dilakukan perbedaan td (derivative time) , besar proportional dan ti (waktu tinggal) sama. td yang digunakan yaitu sebesar 1 dan 3 sedangkan besar proportional sebesar 3 dan ti 0,1. Pada gambar sebelah kiri dengan proportional 3 ti 0,1 td 1, ti 0,1 didapat PV awal sebesar 30,5% yang dilakukan perubahan menjadi 50,5%. Sehingga didapatkan %PV akhir sebesar 50,5% dimana didapatkan grafik respon seperti diatas. Dari grafik tersebut didapatkan analisa yaitu 17
overshoot 0.08 , decay rasio 0.75, risetime 0,425 s, respontime 0,3883 s, memiliki periode 0,066 s dan tidak memiliki offset. Sedangkan pada proportional 3 ti 0,1 td 3 didapat PV awal sebesar 30,8% yang dilakukan perubahan menjadi 50,8%. Sehingga didapatkan %PV akhir sebesar 50,7% dimana didapatkan grafik respon seperti diatas yaitu pada gambar sebelah bawah. Dari grafik tersebut didapatkan analisa yaitu offset sebesar 0,1%, overshoot 0.12 , decay rasio 0.5, risetime 0 s, respontime 0,833 s dan memiliki periode 0,066 s. Sehingga dari perbedaan hasil diatas terdapat nilai offset dan risetime yaitu pada prop 3 dan ti 0,1, td 1mempunyai offset sebesar 0% dan nilai risetime sebesar 0,425 s, sedangkan pada percobaan yang menggunakan prop 3, ti 0,1 dan td 3 mempunyai nilai offset 0,1% dan nilai risetime 0 s. Melalui percobaan dengan perbedaan td dengan proportional 3 dan ti 0,1 dapat diketahui besar offset pada proportional 3 ti 0,1 dan td 1 lebih kecil dari pada proporsional 3 ti 0,1 dan td 3, yang mempunyai ristime yang lebih lambat. Karena semakin kecil nilai risetime dapat menunjukkan bahwa pada sistem pengendali cepat menyentuh set point (SP). Hal ini sudah sesuai dengan teori bahwa proportional integral Derivative controller dapat meminimalkan atau menurunkan waktu risetime.Karena sistem ini dapat menandakan bahwa cepat menyentuh set point. Sehingga besar proportional 3 ti 0,1 td 3 adalah hasil terbaik dari percobaan pada pengendali tekanan dengan tangki.
Gambar 3.4 Tanpa tangki Prop 20 dan Prop 30 Percobaan ini dilakukan dengan perubahan proportional saja yaitu menggunakan proportional sebesar 20 dan 30. Pada grafik sebelah kiri dengan proportional 3 didapat %PV awal
sebesar 30,2% yang dilakukan perubahan
menjadi 50,2%. Sehingga didapatkan %PV akhir sebesar 42,90% dimana didapatkan grafik respon seperti diatas. Dari grafik tersebut didapatkan analisa yaitu offset sebesar 7,3%, overshoot 1,016, decay rasio 0.5238, risetime 0 s, respontime 0,63 s dan memiliki periode 0,0283 s. Sedangkan pada proportional 30 didapatkan 18
%PV awal sebesar 30,7% yang dilakukan perubahan menjadi 50,7%. Sehingga didapatkan %PV akhir sebesar 40,50% dimana didapatkan grafik respon seperti diatas yaitu pada gambar sebelah kanan. Dari grafik tersebut didapatkan analisa yaitu offset sebesar 10,20%, overshoot 0.75, decay rasio 0.6667, risetime 0 s, respontime 0,3866 s dan memiliki periode 0,0216 s. Sehingga dari perbedaan hasil diatas dapat menunjukkan bahwa nilai prop yang semakin besar dapat menyebabkan nilai offset yang semakin besar pula. Karena nilai prop yang semakin besar, tanggapan pada pengendali respone time menjadi lebih lambat sehingga jika nilai prop semakin kecil makan akan semakin meredam nilai offset. Dimana melalui percobaan dengan perbedaan proportional diketahui besar offset pada proportional 20 lebih kecil dari pada proporsional 30. t. Semakin kecil offset yang didapatkan maka grafik yang dihasilkan semakin baik. Sehingga besar proportional 20 ini digunakan untuk tahap berikutnya yaitu proportional- integral controller .
Gambar 3.5 Tanpa Tangki prop 20, ti 0,1(a) dan prop 30, ti 0,5 (b) Percobaan ini dilakukan perbedaan ti (waktu tinggal) dan besar proportional sama. ti yang digunakan yaitu sebesar 0,1 dan 0,5 sedangkan besar proportional sebesar 20. Pada gambar sebelah atas dengan proportional 20, ti 0,1 didapat %PV awal
sebesar 30,5% yang dilakukan perubahan menjadi 50,5%. Sehingga
didapatkan %PV akhir sebesar 50,20%, dimana didapatkan grafik respon seperti diatas. Dari grafik tersebut didapatkan analisa yaitu offset 0,30%, overshoot 0,2689, decay rasio 0.875, risetime 0,725 s, respontime 0,6266 s, memiliki periode 19
0,02833 s. Sedangkan pada proportional 20, ti 0,5 didapatkan %PV awal sebesar 30,6% yang dilakukan perubahan menjadi 50,6%. Sehingga di dapatkan %PV akhir sebesar 45,90 % dimana didapatkan grafik respon seperti diata s yaitu pada gambar sebelah bawah. Dari grafik tersebut didapatkan analisa yaitu offset sebesar 4,7%, overshoot 0.08684, decay rasio 0,2575, risetime 0 s, respontime 0,3866 s dan memiliki periode 0,0283 s. Sehingga dari perbedaa n hasil diatas terdapat pada nilai offset dan risetime yaitu pada prop 20 dan ti 0,1 mempunyai offset sebesar 0,3% dan nilai risetime sebesar 0,725 s, sedangkan pada percobaan yang menggunakan prop 30, ti 0,5 mempunyai nilai offset 4,7% dan nilai risetime 0 s. Melalui percobaan dengan perbedaan ti (waktu tinggal ) dengan proportional 20 dapat diketahui besar offset pada proportional 20 ti 0,1 lebih kecil dari pada proporsional 30 dan ti 0,5. Hal ini sudah sesuai dengan teori bahwa proportional integral controller dapat meminimalkan atau menurunkan nilai offset. Sehingga besar proportional 20 ti 0,1 ini digunakan untuk tahap berikutnya yaitu proportional integral-derivative.controller
Gambar 3.6 Tanpa Tangki prop 20, ti 0,1, td 1 dan prop 20, ti 0,1dan td 4 Percobaan ini dilakukan perbedaan td (derivative time) , besar proportional dan ti (waktu tinggal) sama. td yang digunakan yaitu sebesar 1 dan 4 sedangkan besar proportional sebesar 20 dan ti 0,1. Pada gambar sebelah atas dengan proportional 20, ti 0,1 dan td 1, didapat PV awal sebesar 30,9% yang dilakukan 20
perubahan menjadi 50,9%. Sehingga didapatkan %PV akhir sebesar 50,20% dimana didapatkan grafik respon seperti diatas. Dari grafik tersebut didapatkan analisa yaitu offset 0,70% overshoot 0.6458 , decay rasio 0.0645, risetime 0,475 s, respontime 0,4416 s, memiliki periode 0,0283 s. Sedangkan pada proportional 20 ti 0,1 td 4 didapat PV awal sebesar 30,4% yang dilakukan perubahan menjadi 50,4%. Sehingga didapatkan %PV akhir sebesar 50,10% dimana didapatkan grafik respon seperti diatas yaitu pada gambar sebelah bawah. Dari grafik tersebut didapatkan analisa yaitu offset sebesar 0,3%, overshoot 0,52 , decay rasio 0, risetime 0,596 s, respontime 0,5583 s dan memiliki periode 0 s. Sehingga dari perbedaan hasil diatas terdapat nilai offset dan risetime yaitu pada prop 20 dan ti 0,1, td 4 mempunyai offset sebesar 0,3% dan nilai risetime sebesar 0,596 s, sedangkan pada percobaan yang menggunakan prop 20, ti 0,1 dan td 1 mempunyai nilai offset 0,7% dan nilai risetime 475s. Melalui percobaan dengan perbedaan td dengan proportional 20 dan ti 0,1 dapat diketahui besar offset pada proportional 20 ti 0,1 dan td 4 lebih kecil dari pada proporsional 20 ti 0,1 dan td 1, yang mempunyai ristime yang lebih lambat. Karena semakin kecil nilai risetime dapat menunjukkan bahwa pada sistem pengendali cepat menyentuh set point (SP). Hal ini masih belum
sesuai dengan teori bahwa proportional integral Derivative
controller dapat meminimalkan atau menurunkan waktu risetime.Karena sistem ini dapat menandakan bahwa cepat menyentuh set point. Sehingga besar proportional 20 ti 0,1 td 4 adalah hasil terbaik dari percobaan pada pengendali tekanan tanpa tangki.
2.2.2 Pembahasan Hasil Percobaan Penentuan Karakteristik Pengendali pada Pengendali pH
Percobaan
karakteristik
pengendali
pH
bertujuan
untuk
mengamati
karakteristik pengendali pada closed loop system. Dalam prosesnya yaitu membandingkan set point dengan proses variabel (PV) dan untuk menentukan tindakan perbaikan karakteristik pengendali dibagi menjadi dua macam yaitu dicontinue controller dan continue cotroller. Pada percobaan kami yang dilakukan menggunakan continue controller yaitu Proportional (P), Proportional Integral (PI), dan Propotional Integral Derivative (PID). Pada closed loop control system 21
terdapat jenis dua perubahan yaitu servo dan regulator. Dimana hasil data percobaan digunakan untuk menganilisa respon untuk perubahan set point (SP). Pada percobaan ini menggunakan jenis perubahan servo yang dilakukan pada aliran air dan asam (rev). Dimana pada percobaan ini dilakukan perubahan SP dengan perubahan 50% menjadi 80% dalam kondisi steady state. Dan tidak ada perubahan pada disturbance. WAKTU Vs %PV( PB 150)
WAKTU Vs %PV( PB 100)
75
70
70
65
65
V P 60 %
V P 60 %
55
55
50 -10
10
30
50
70
90
WAKTU
110 130 150
50 -20
20
60
100 140 180 220 260 300
WAKTU
Gambar 3.7 (rev) air dan asam Prop 100 dan Prop 150 Percobaan ini dilakukan perubahan Proportional Band saja yaitu menggunakan proportional band sebesar 100 dan 150. Pada gambar sebelah kiri dengan proportional band 100 didapat %PV awal sebesar 50,5% yang dilakukan perubahan menjadi 81,6%. Sehingga didapatkan %PV akhir sebesar 71,3% dimana didapatkan grafik respon seperti diatas. Dari grafik tersebut didapatkan analisa yaitu offset sebesar 9,2%, overshoot 0 , decay rasio 0 , risetime 0,625 s, respontime 0 s dan memiliki periode 0 s. Sedangkan pada proportional band 150 didapat %PV awal sebesar 50,3% yang dilakukan perubahan menjadi 81,3%. Sehingga didapatkan %PV akhir sebesar 81,7% dimana didapatkan grafik respon seperti diatas yaitu pada gambar sebelah kanan. Dari grafik tersebut didapatkan analisa yaitu offset sebesar 12%, overshoot 0, decay rasio 0 s, risetime 0,0866 s, respontime 0 s dan memiliki periode 0 s. Dari kedua data tersebut dapat dilihat bahwa untuk percobaan dengan PB 100 dan 150 tidak terdapat perbedaan pada nilai respontime, periode of oscilation yaitu sebesar 0. Dan untuk nilai overshoot, decay ratio, dan rise time pada PB 100 memilki nilai yang lebih kecil. Sehingga dari perbedaan hasil diatas dapat menunjukkan bahwa nilai PB yang semakin besar dapat menyebabkan nilai offset yang semakin besar pula. Karena nilai PB yang semakin besar, tanggapan pada pengendali respone time menjadi lebih lambat sehingga jika 22
nilai PB semakin kecil makan akan semakin meredam nilai offset. Semakin kecil offset yang didapatkan maka grafik yang dihasilkan semakin baik. Sehingga besar proportional band 100 ini digunakan untuk tahap berikutnya yaitu proportionalintegral controller . Waktu Vs %PV(PB 100 Ti 0,1) 80
80
V 70 P %
V 70 P %
60 50 -20
Waktu Vs %PV(PB 100 Ti 0,3)
60
20
60
100 140 180 220 260 300
WAKTU
50 -20
20
60
100 140 180 220 260 300
WAKTU
Gambar 3.8 Dengan tangki PB 100 ti 0,1 dan PB 100 ti 0,3 Percobaan ini dilakukan perbedaan ti (waktu tinggal) dan be sar proportional band sama. ti yang digunakan yaitu sebesar 0,1 dan 0,3 sedangkan besar proportional band sebesar 100. Pada gambar sebelah kiri dengan proportional band 100, ti 0,1 didapat %PV awal sebesar 50,3% yang dilakukan perubahan menjadi 80,3%. Sehingga didapatkan %PV akhir sebesar 81,7% dimana didapatkan grafik respon seperti diatas. Dari grafik tersebut didapatkan analisa yaitu offset -1,4% overshoot 0, decay rasio 0, risetime 0,733 s, respontime 0 s, memiliki periode 0 s. Sedangkan pada proportional band 100 ti 0,3 didapat %PV awal sebesar 50,8% yang dilakukan perubahan menjadi 80,8%. Dari kedua data tersebut dapat dilihat bahwa diketahui tidak terdapat perbedaan pada nilai overshoot, decayratio, respontime, periode of oscilation yaitu sebesar 0. Karena nilai offset dan risetime pada pb 100 ti 0,3 memiliki nilai yang lebih kecil dan lebih cepat sehingga parameter ini dapat digunakan untuk tahap selanjutnya yaitu proportional integralderivative.controller. karena semakin kecil risetime menandakan bahwa sistem pengendali cepat menyentuh set point (SP). 80
Waktu Vs PV(pb 100 Ti 0,3 Td 0,2)
Waktu Vs %PV(pb 100 Ti 0,3 Td 0,3)
80
70 V P %
v 70 p %
50
50 -20
60
60
-5
20
45
70
95 120 145 170 195
WAKTU
5
30
55
80
waktu
105 130 155
Gambar 3.9 Dengan tangki Prop 100 ti 0,3 td 0,2 dan Prop 100 ti 0,3 td 0,3 23
Percobaan ini dilakukan perbedaan td (derivative time), besar proportional band dan ti (waktu tinggal) sama. td yang digunakan yaitu sebesar 0,2 dan 0,3 sedangkan besar proportional band sebesar 100 dan ti 0,3. Pada gambar sebelah kiri dengan proportional 100 ti 0,3 td 0,2, didapat PV1 awal sebesar 51,2% yang dilakukan perubahan menjadi 80,2%. Sehingga didapatkan %PV akhir sebesar 80,4% dimana didapatkan grafik respon seperti diatas. Dari grafik tersebut didapatkan analisa yaitu offset 0,8% , overshoot 0, decay rasio 0 s risetime 0,133 s, respontime 0 s, memiliki periode 0 s. Sedangkan pada proportional band 100 ti 0,3 td 0,3 didapat PV awal sebesar 50,2% yang dilakukan perubahan menjadi 80,2%. Sehingga didapatkan %PV akhir sebesar 80,3% dimana didapatkan grafik respon seperti diatas yaitu pada gambar sebelah kanan. Dari grafik tersebut didapatkan analisa yaitu offset sebesar -0,1%, overshoot 0 , decay rasio 0 , risetime 0,0333 s, respontime 0 s dan tidak memiliki periode . Dari kedua data tersebut dapat dilihat bahwa diketahui tidak terdapat perbedaan pada nilai overshoot, decayratio, respontime, periode of oscilation yaitu sebesar 0. Karena nilai offset dan risetime pada pb 100 ti 0,3 td 0,3 memiliki nilai yang lebih kecil dan lebih cepat sehingga parameter ini dapat digunakan pada pengendali proportional integralderivative.controller. karena semakin kecil risetime menandakan bahwa sistem pengendali cepat menyentuh set point (SP).
24
BAB 4 KESIMPULAN
Berdasarkan percobaan telah dilakukan maka dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut : A. Penentuan Karakteristik Pengendali pada Pengendali Tekanan 1. Semakin kecil prop yang digunakan maka semakin kecil pula offset yang
dihasilkan, artinya hasilnya yang lebih baik.
2. Semakin kecil ti yang digunakan maka semakin kecil pula offset yang dihasilkan, artinya hasilnya lebih baik
3. Semakin kecil td yang digunakan maka semakin kecil pula offsit dan semakin cepat risetime dan respontime dibutuhkan B. Penentuan Karakteristik Pengendali pada Pengendali pH 1) Semakin kecil prop yang digunakan maka semakin kecil pula offset yang
dihasilkan, yang artinya hasilnya yang lebih ba ik. 2) Semakin kecil ti yang digunakan malah menimbulkan offset yang lebih
besar 3) Semakin kecil pid yang digunakan menimbulkan offset yang lebih besar
begitu sebaliknya.
25
