LAPORAN PRAK PRAKTIKUM TIKUM SISTEM KONTROL Pengendali Pengendali On-Of On- Of
Disusun Oleh : Mitahul Ba!ah "#"$%#&"'
PRO(RAM D-# STUDI TEKNOLO(I PEMBAN(KIT TENA(A LISTRIK
)URUSAN TEKNIK ENER(I
POLITEKNIK NE(ERI BANDUN( %&"'
1.1.
TUJUAN
A. Mengtahui karakteristik proses mengggunakan pengendali On-Off B. Mengetahui pengaruh dead time dan dead band pada pengendali On-Off
1.2.
DASAR TEORI
Proses operasi dalam industri kimia bertujuan untuk mengoperasikan rangkaian peralatan sehingga proses dapat berjalan sesuai dengan satuan operasi yang berlaku. Untuk mencapai hal tersebut maka diperlukan pengendalian. Hal yang perlu diperhatikan dalam proses operasi teknik kimia seperti suhu !"# tekanan P"# laju alir $" tinggi permukaan cairan %"# komposisi# pH# dan lain sebagainya. Peranan pengendalian proses pada dasarnya adalah mencapai tujuan proses agar berjalan sesuai dengan apa yang diinginkan. &etinggian suatu cairan merupakan salah satu hal yang harus dikendalikan dalam suatu industry kimia. Apabila ketinggian cairan tidak dikendalikan maka proses dalam industry akan terganggu. 'ika ketinggian cairan melebihi ketinggian yang diinginkan maka akan terjadi o(erflo) atau cairan akan meluap sehingga mengganggu atau daoat merusak alat-alat lain dan jika ketinggian cairan kurang dari ketinggian yang diinginkan maka proses tidak akan bekerja. Oleh karena itu ketinggian suatu cairan harus dikendalikan dalam suatu industry. 'enis-jenis (ariabel yang berperan dalam sistem pengendalian# yaitu* +" Process Variable PV" adalah besaran fisik atau kimia yang menunjukkan keadaan sistem proses yang dikendalikan agar nilainya tetap atau berubah mengikuti alur tertentu (ariable terkendali". ," Manipulated Variable (MV) adalah (ariable yang digunakan untuk melakukan koreksi atau mengendalikan P (ariable pengendali". " Set Point (SP) adalah nilai (ariable proses yang diinginkan nilai acuan". /" Gangguan (w) adalah (ariable masukan yang mampu mempengaruhi nilai P tetapi tidak digunakan untuk mengendalikan. 0" ariable &eluaran !ak 1ikendalikan adalah (ariable yang menunjukkan keadaan sistem proses tetapi tidak dikendalikan secara langsung. Pengendalian proses adalah bagian dari pengendalian automik yang diterapkan di bidang teknologi proses untuk menjaga kondisi proses agar sesuai dengan yang diinginkan. 2eluruh komponen yang terlibat dalam pengendalian proses disebut sistem pengendalian atau sistem control. %angkah-langkah sistem pengendalian proses adalah sebagai berikut* +" Mengukur !ahap pertama dari langkah pengendalian adalah mengukur atau mengamati nilai (ariable proses.
," Membandingkan Hasil pengukuran atau pengamatan (ariable proses nilai terukur" dibandingkan dengan nilai acuan set point ". " Menge(aluasi Perbedaan antara nilai terukur dan nilai acuan die(aluasi untuk menentukan langkah atau cara melakukan koreksi atas perbedaan itu. /" Mengoreksi !ahap ini bertugas melakukan koreksi (ariable proses# agar perbedaan antara nilai terukur dan nilai acuan tidak ada atau sekecil mungkin. Untuk pelaksanan langkah-langkah pengendalian proses tersebut diperlukan instrumentasi sebagai berikut* +" Unit proses. ," Unit pengukuran. Bagian ini bertugas mengubah nilai (ariable proses yang berupa besaran fisik atau kimia menjadi sinyal standar sinyal pneumatic dan sinyal listrik". Unit pengukuran ini terdiri atas* a. 2ensor* elemen perasa sensing element" yang langsung 3merasakan4 (ariable proses. 2ensor merupakan bagian paling ujung dari sistem5unit pengukuran dalam sistem pengendalian. 6ontoh dari elemen perasa yang banyak dipakai adalah thermocouple, orificemeter, venturimeter, sensor elektromagnetik # dll. b. !ransmitter atau tranducer* bagian yang menghitung (ariable proses dan mengubah sinyal dari sensor menjadi sinyal standar atau menghasilkan sinyal proporsional# seperti* 16 (oltage 7-0 (olt 16 current /-,7 mA Pressure -+0 psi c. Unit pengendali atau controller atau regulator yang bertugas membandingkan# menge(aluasi dan mengirimkan sinyal ke unit kendali akhir. Hasil e(alusi berupa sinyal kendali yang dikirim ke unit kendali akhir. 2inyal kendali berupa sinyal standar yang serupa dengan sinyal pengukuran. Pada controller bisaanya dilengkapi dengan control unit yang berfungsi untuk menentukan besarnya koreksi yang diperlukan. Unit ini mengubah error menjadi manipulated (ariable berupa sinyal. 2inyal ini kemudian dikirim ke unit pengendali akhir final control element". d. Unit kendali akhir yang bertugas menerjemahkan sinyal kendali menjadi aksi atau tindakan koreksi melalui pengaturan (ariable termanipulasi. Unit kendali akhir ini terdiri atas* i. Actuator atau ser(o motor* elemen po)er atau penggerak elemen kendali akhir. 8lemen ini menerima sinyal yang dihasilkan oleh controller dan mengubahnya ke dalam action proporsional ke sinyal penerima.
ii.
8lemen kendali akhir atau final control element* bagian akhir dari sistem pengendalian yang berfungsi untuk mengubah measurement (ariable dengan cara memanipulasi besarnya manipulated (ariable yang diperintahkan oleh controller. 6ontoh paling umum dari elemen kendali akhir adalah control (al(e katup kendali".
Pengendali On – O
Pengendali yang paling dasar adalah mode on-off atau sering disebut metode dua posisi. 'enis pengendali on-off ini merupakan contoh dari mode pengendali tidak terus menerus diskontinyu". Mode ini paling sederhana# murah dan seringkali bisa dipakai untuk mengendalikan proses-proses yang penyimpanannya dapat ditoleransi. &eluaran pengendali hanya memiliki dua kemungkinan nilai# yaitu nilai maksimum +779" dan nilai minimum 79". 2ebagai contoh adalah pengendali temperature ruangan dengan memakai A6# setrika listrik menggunakan saklar temperature.
+ut*ut u% & e"e%
in*ut
u"
:ambar +.+. Proses pengendali dua posisi Re!"#n Pengendali $ Hanya memiliki dua nilai keluaran# maksimum +779" atau minimum 79".
2elalu terjadi cycling perubahan periodic pada nilai P"
6ocok dipakai untuk respon P yang lambat
!idak cocok jika terdapat )aktu mati.
:ambar +.,. 1iagram blok pengendali dua posisi
Aksi kontrol O;-O$$ ditunjukkan pada persamaan berikut*
:ambar +.. 1iagram blok pengendali dua posisi Persamaan diatas memiliki nilai U+ dan U, yang konstan. ;ilai minimum U, dapat sebesar nol atau < U+. Pada sistem kontrol ikal tertutup close loop"# sinyal et" merupakan sinyal kesalahan aktuasi error" sebesar selisih antara sinyal input dengan sinyal umpan balik
1.%.
PROSEDUR PER&O'AAN
+. Membuka file simulasi sistem pengendalian proses dengan menggunakan 2oft)are 2imulink-Matlab untuk pengendali On-Off . ,. Amati setiap parameter pada rangkaian berikut
:ambar ,.+. =angkaian simulasi pengendali On < Off
%. %akukan simulasi dengan konfigurasi seperti berikut pada Set Point sebesar 07 dan ,0 Dead Dead P#!i!i Sa,la 'and Ti+e On-Off dengan dead time 7 7.+ Ba)ah On-Off dengan dead time 7 7., Ba)ah On-Off dengan dead band + 7 Atas On-Off dengan dead band , 7 Atas On-Off dengan dead band > dead time + 7.+ Ba)ah On-Off dengan dead band > dead time , 7., Ba)ah !abel ,.+. &onfigurasi simulasi pengendali On < Off Pe#*aan
+ , / 0 ?
/. Amati fluktuasi proses dan duty cycle pengendali dari setiap percobaan melalui hasil simulasi.
1.-.
ASI/ PER&O'AAN
Pe,+aan Ke-
Set P+int
Ma. P/
Min P/
Inte0al On
Inte0al Of
"
'&
'&1#2
#31''
&1%&
&1%&
%
'&13$
#31&"
&14'
&143
4
'&1'&
#31'&
&1%&
&1%&
#
'"1&&
#31&&
&1#&
&1#&
'
'&13%
#31&'
&142
&142
5
'"123
#21""
&1$3
&1$2
Ma. P/
Min P/
Inte0al On
Inte0al Of
"
%'1'5
%#1'5
&143
&1"%
%
%51'%
%#1'"
&1$'
&1%$
%'1'&
%#1'&
&1#&
&1"%
%51&&
%#1&&
&12&
&1%$
'
%51%%
%#1%5
&1$3
&1%%
5
%$1#"
%41'4
"1'5
&1'4
Pe,+aan Ke-
Set P+int
4
%'
#
!abel ,.,. Hasil simulasi pengendali on < off 1.0.
ANA/ISIS A. Anali!i! "engau "eu*aan dead time eada" lu,ua!i "#!e! 3 du4 4le "engendali ( "e#*aan 1 3 2 )
Percobaa n
SP
Dead Time
Max PV
Min PV
On Interval
Of Interval
" %
'& '&
&1" &1%
'&1#2 '&13$
#31'' #31&"
&1%& &14'
&1%& &143
" %
%' &1" %'1'5 %#1'5 &143 %' &1% %51'% %#1'" &1$' !abel ,. Perbandingan pengaruh dead time pada proses
&1"% &1%$
1ari perbandingan percobaan + dan , didapat hasil bah)a dead time sangat berpengaruh terhadap fluktuasi proses dan duty cycle pengendali. 1apat dilihat bah)a kenaikan nilai dead time menyebabkan proses semakin tidak stabil fluktuatif "# bertambahnya )aktu imter(al 7n dan off yang semakin lama sebagai contoh pada dead time 7., dan set point ,0 )aktu on lebih lama dibandingkan )aktu off. 2elain itu penurunan set point juga mengubah inter(al )aktu on dan off tidak seimbang atau tidak sama. Untuk nilai fluktuasi proses maupun nilai duty cycle# pada set point 07 ketika dead time 7.+ percobaan-+"# nilai fluktuasi proses bernilai 7./@ dan 7#0. Akan tetapi# ketika dead time 7.,# maka nilai fluktuasi prosesnya ikut naik juga# yaitu 7. dan 7#. &arena memiliki jeda )aktu yang relatif lebih lama dari percobaan +# maka pada percobaan , akan mengakibatkan nilai duty
cycle maupun fluktuasi prosesnya ikut naik juga. Besar kecilnya fluktuasi proses ditentukan oleh titik dimana controller 3on dan titik dimana controller 3off4.
'. Anali!i! "engau "eu*aan dead *and eada" lu,ua!i "#!e! 3 du4 4le "engendali ( "e#*aan % 3 - )
Dead Band
Max PV
Min PV
On Interval
Of Interval
" %
'&1'& '"1&&
#31'& #31&&
&1%& &1#&
&1%& &1#&
Percobaa n
SP
4 #
'& '&
4 #
" %' %'1'& %#1'& &1#& %' % %51&& %#1&& &12& !abel ,./ Perbandingan pengaruh dead band pada proses
&1"# &1%$
1ari perbandingan percobaan dan / nilai fluktuasi dan duty cycle cenderung konstan. ;ilai fluktuasi dan duty cycle ini konstan dikarenakan nilai dead time yang 7. 2edangkan kenaikan nilai dead band berpengaruh terhadap )aktu inter(al untuk on dan off# pengaruhnya adalah memperlama )aktu inter(al untuk on dan off. Penurunan set point berpengaruh terhadap ke seimbangan inter(al on dan off# pada set point 07 nilai on dan off sama sedangkan pada set point ,0 nilai on dan off nya berbeda# inter(al on lebih lama dari inter(al off. ;ilai dead band berbanding lurus dengan )aktu inter(al. 2emakin besar nilai dead band maka semakin lama inter(al on dan off nya# sebaliknya semakin kecil nilai dead band maka semakin cepat )aktu inter(al on dan off nya.
&. 'anding,an a!il "e#*aan 1 3 % dengan "e#*aan 0 Percoba an
" 4 ' " 4 '
Dead
Dead
SP
Band
Time
Max PV
'& '& '&
& " "
&1" & &1"
'&1#2 '&1'& '&13%
On
Of
Min PV
Interv al
Interv al
#31'' #31'& #31&'
&1%& &1%& &142
&1%& &1%& &143
%' & &1" %'1'5 %#1'5 &143 %' " & %'1'& %#1'& &1#& %' " &1" %51%% %#1%5 &1$3 !abel ,.0 Perbandingan pengaruh dead band dan dead time pada proses
&1"% &1"% &1%%
1ari perbandingan hasil percobaan +> dengan percobaan 0 saya melihat bah)a pemberian nilai dead time saja memberikan nilai fluktuasi dan duty cycle yang tidak konstan# sedangkan pemberian dead band saja memberikan nilai fluktuasi dan duty cycle yang relatif konstan. Untuk membuat nilai fluktuatif dan duty cycle konstan pada proses yang memiliki dead time saja maka ditambah kan nilai dead band. Penambahan nilai dead band dan dead time pada proses membuat selisih antara maC P dan min P( bertambah hampir dua kalinya dari nilai proses yang hanya menggunakan nilai dead band atau dead time saja.
D. 'anding,an a!il "e#*aan 2 3 - dengan "e#*aan 5 Percoba an
% # 5 % # 5
SP
Dead Band
Dead Time
Max PV
'& '& '&
& % %
&1% & &1%
'&13$ '"1&& '"123
Min PV
On Interva l
Of Interv al
#31&" #31&& #21""
&14' &1#& &1$3
&143 &1#& &1$2
%' & &1% %51'% %#1'" &1$' %' % & %51&& %#1&& &12& %' % &1% %$1#" %41'4 "1'5 !abel ,.? Perbandingan pengaruh dead band dan dead time pada proses
&1%$ &1%$ &1'4
1ari table diatas saya menganalisa bah)a table diatas hampir sama dengan tabel ,.0 bah)a pemberian nilai dead band dan dead time membuat fluktuasi dan duty cycle lebih konstan dibandingkan dengan proses yang hanya memiliki nilai dead time saja. Pemberian nilai dead time dan dead band secara bersamaan membuat selisih antara maC P dan min P semakin besar. 2elain itu inter(al )aktu on-off lebih panjang durasinya dibandingkan dengan proses yang hanya memiliki nilai dead band atau dead time saja. ;ilai dead time dan dead band berbanding lurus dengan selisih maC P dan min P# artinya semakin besar nilai dead time dan dead band nya maka semakin besar pula selisih maC P dan min P. 2elain itu kenaikan nilai dead time dan dead band juga memperlama durasi )aktu on-off proses.
1.5.
GAM'AR ASI/ SIMU/ASI
1.6.
2et Point#
Process ariable#
8rror#
Manipulated ariable
2et Point#
Process ariable#
8rror#
Manipulated ariabel
7ESIMPU/AN
+. Pengendali On-Off hanya memiliki dua keadaan yaitu !eadaan 6On7 atau !eadaan 6Of 71 ,. Pemberian nilai dead band # baik itu dead band saja maupun dead band dan dead time secara bersamaan# akan menghasilkan perubahan duty cycle dan fluktuasi proses yang konstan.
. Pemberian dead time saja akan menghasilkan perubahan duty cycle dan fluktuasi proses yang tidak konstan. /. Perubahan setpoint menyebabkan inter(al )aktu on dan off tidak seimbang# inter(al off menjadi lebih lama.
1.8.
DA9TAR PUSTA7A
:unterus# $rans. +. 9al!aa Da!a$ Si!e+ Pengendalian P#!e! . 'akarta. P!.8leC Media &omputindo.
