PENGENDALIAN KONTINYU
I.
TUJUAN 1. Mendemonstrasikan pengendalian secara kontinyu P, PI, PD dan PID 2. Mengubah setting variabel pada process controller
II.
DASAR TEORI Berlainan dengan mode pengendali tidak kontinyu (on/off) yang memberikan harga ouptut dalam keadaan terputus-putus dan tidak halus : 0% 100%
0% secara berulang, maka mode pengendali kontinyu memberikan
harga output perubahan yang mulus pada setiap perubahan beban (error). Mode pengendali kontinyu pada dasarnya dibagi 3 jenis yaitu : a. Mode Pengendali Proporsional b. Mode Pengendali Integral c. Mode Pengendali Derivatif Pada aplikasinya, ketiga mode pengendali ini sering digabung untuk meningkatkan hasil pengendalian dan mengurangi kekurangan mode tunggal. Mode Proporsional
Merupakan mode perbaikan dari pengendali dua posisi (on/off) dimana terdapat hubungan garis lurus yang mulus antara output dan error yang terjadi. Pada rentang error di dekat setpoint, setiap harga error mempunyai hubungan linier yang mencakup output pengendalian dari 0% - 100% yang disebut pita proporsional ( Proportional Band ). Persamaan yang digunakan adalah : P = Kp.Ep + Po Dimana : P
pb = 100/Kp = output pengendali
Kp
= konstanta proporsional antara error dan output pengendali
Ep
= error persen skala penuh
Po
= output pada saat tak terdapat error
Kp2 100% %P SP Kp1
50%
0% Pb kecil
PB besar
Gambar Hubungan % power output terhadap Proporsional Band Kelemahan
dari
mode
proporsional
apabila
digunakan
tunggal
adalah
kecenderungan pengendali untuk mengalami offset, yaitu error residu di sekitar daerah setpoint. Pada keadaan ini controller (pengendali) mengalami gangguan tidak dapat memberikan output yang seharusnya, pengendali hanya memberikan output yang sama walau error bertambah. Mode Integral
Sedangkan mode pengendali integral disebut juga mode reset karena pengendali bergerak dengan cepat mengembalikan beban kembali ke error nol (setpoint). Persamaannya dapat ditulis sebagai berikut : dP/dt = Ki.Ep dimana:
dP/dt = laju perubahan output pengendali (% / s) Ki
= konstanta integral (% /s / %)
1/Ki
= waktu integral (s)
Dengan persamaan untuk output pengendali, P = Ki ∫ () Pada aplikasinya output controller akan menggerakkan elemen control akhir dengan cepat dan memeperkecil error, kemudian elemen control akhir akan memperlambat gerakan dan sistem kemudian membawa error ke nol (re-set). Apabila terdapat process lag yang besar, error akan berosilasi di daerah nol dan
menyebabkan sikling yang akan membuat controller jenuh. Mode integral tidak digunakan secara tunggal melainkan digabung dengan mode proporsional atau gabungan ketiganya. Mode Derivatif
Pada mode derivatif, output dari controller tergantung pada laju perubahan error. Mode ini sering disebut juga mode antisipasi atau mode laju. Kelemahan mode ini adalah tidak digunakan secara tunggal karena ketika error = nol atau error = konstan, maka output dari controller akan jenuh dan tak dapat memberikan output yang sesuai. Mode derivatif memperbaiki / mempercepat respon terhadap sistem control dan memberikan efek menstabilkan proses. Respon terhaadap laju perubahan menghasilkan koreksi yang berarti sebelum error semakin besar (antisipasi error) terutama untuk sistem control yang perubahan bebannya terjadi secara tiba – tiba, karena mode melawan perubahan
–
perubahan yang terjadi dalam output
controller sehingga efeknya menstabilkan loop tertutup dan meredam osilasi yang terjadi, persamaanya dapat ditulis sebagai berikuta : P Kd.(dEp/dt) + Po Dimana : Kd
= konstanta derivatif (% / s / %)
dEp/dt = laju perubahan error (% / s) Mode Gabungan
Mode gabungan adalah mode pengendali yang menggabungkan mode proporsional dengan mode integral dan mode derivatif (PI, PD, maupun PID). Penggabungan ini mengurangi offset dan memberikan harga keluaran baru saat terjadi offset, mestabilkan sistem dan mencegah error konstan. Penggabungan ini akan menghasilkan pengendalian yang sempurna.
III.
ALAT YANG DIGUNAKAN 1. Alat PC10 + trimtool 2. Kabel penghubung 4 pasang
IV.
PROSEDUR 1. Pengendalian Proporsional Sebanding Waktu a. Menghidupkan alat PC10 dengan baik dan lakukan kalibrasi manual output terhadap voltmeter dan process controller (PC10 – 1). Memasang lampu indikator 24 VAC di soket 24 VAC. b. Mengubah pengaturan pada tabel setting di layar process controller seperti berikut : Pengaturan
Kode
Nilai
Satuan
Set Point
-
50
%
Proportionel Band
ProP
20
%
Integral Time
Int
0
Menit
Derivatif Time
dEr
0
Detik
Waktu Siklus
CY-t
10
Detik
Pr-L
100
%
SP-L
100
%
Rentang (Range)
CS-1
-
058
-
Aksi control
CS-2
-
D--
-
Controller
(cycle time) Batas Daya (Power Limit) Batas Set Point (Set Point Limit)
(control action) Kalibrasi : Span
SPAn
100% pada 20 mA
Zero
ZErO
0% pada 4 mA
c. Melakukan penghilangan offfset awal ; memutar tombol manual output 4 – 20 mA searah jarum jam hingga tampilan dilayar variabel proses 50%
12 mA. Menekan tomnol F 1x kemudian menekan tombol manual (bergambar tangan) hingga lampu tanda manual nyala menunjukkan pengendali dalam kondisi manual. Atur power output ke harga 50% dengan menekan tombol digit
dan
kemudian menekan tombol F
kembali untuk mengaktifkan mode otomatis. d. Memutar tombol manual 4 – 20 mA berlawanan arah jarum jam ke 4 mA, pembacaan di layar variabel proses akan 0%, menekan tombol F 1x, mencatat harga power output di layar digit. Mengamati lampu indikator semestinya hidup. (Pr semestinya 100%, lampu hidup karena CS2 pada posisi reverse, terbalik). e. Menaikkan input dengan memutar tombol manual searah jarum jam ke 10% pada tampilan di layar variabel proses. Menekan F dan mencatat harga power output. Hati
–
hati memutar tombol manual, perlahan
kekanan, jangan mengulang kekiri karena akan dapat menyebabkan terjadinya offset. Apabila terjadi offset, ulangi prosedur penghilangan offset. f. Mengulangi langkah 4 hingga input 100%. Tabulasikan data. g. Mengubah harga CY-t pada tabel setting menjadi 20 detik, mengamati waktu hidup dan mati lampu untuk setiap rentang 20% dari 0
– 100%.
Tabulasikan data. h. Mengubah CS-2 menjadi – d-, mengulangi langkah 7. Tabulasikan data. i.
Mengubah power limit (PrL) menjadi 50% dan 40%. Mengamati keadaan lampu dan harga Pr.
j.
Mengubah set point limit (SpL) menjadi 50% dan 40%. Mengamati keadaan lampu dan harga Pr.
2. Proporsional (Penentuan Konstanta Proprosional) a. Melakukan pengesetan awal pada harga controller setting sama seperti pada percobaan 1, dengan ProP 20% (lihat tabel setting diatas). Menghilangkan offset. b. Melakukan pengambilan data % power output dengan menekan tombol F 1x untuk setiap kenaikan 10% dari tombol manual output hingga maksimum 100%. Tabelkan data.
c. Mengubah Prop menjadi 10% dan mengulangi langkah 2 untuk rentang 5% dari tombol manual output. d. Mengubah ProP menjadi 12,5%, mengulangi langkah 3. e. Menggambarkan grafik konstanta Proporsional, dan mengamati dari grafik bagaimana respon power output untuk perubahan input dari manual output. 3. Proporsional Integral Pada mode ini sudah terdapat mode integral yang akan menghilangkan offset sehingga tak perlu lagi dilakukan penghilangan offset seperti pada mode proporsional. a. Mengubah setting di controller sebagai berikut Pengaturan
Kode
Nilai
Satuan
Set Point
-
50
%
Proportionel Band
ProP
20
%
Integral Time
Int
0,2
Menit
Derivatif Time
dEr
0
Detik
Waktu Siklus
CY-t
10
Detik
Pr-L
100
%
SP-L
100
%
Rentang (Range)
CS-1
-
058
-
Aksi control
CS-2
-
D--
-
Controller
(cycle time) Batas Daya (Power Limit) Batas Set Point (Set Point Limit)
(control action) Kalibrasi : Span
SPAn
100% pada 20 mA
Zero
ZErO
0% pada 4 mA
Ubah sesuai dengan harga tabel saja b. Memasukkan harga input ke process controller dengan memutar tombol manual secara bertahap 10% dari 0% - 100%, mencatat power output dengan menekan tombol F 1x. c. Mengubah setpoint ke 40%, mengulangi langkah 3.
d. Mengembalikan setpoint ke 50% dan mengubah harga integral menjadi 2 menit. e. Membuat grafik dengan menggunakan program excell antara %Pr dan input. 4. Pengendalian Proporsional Derivatif a. Mengubah setting di controller sebagai berikut : Pengaturan
Kode
Nilai
Satuan
Set Point
-
50
%
Proportionel Band
ProP
20
%
Integral Time
Int
0
Menit
Derivatif Time
dEr
6
Detik
Waktu Siklus
CY-t
10
Detik
Pr-L
100
%
SP-L
100
%
Rentang (Range)
CS-1
-
058
-
Aksi control
CS-2
-
D--
-
Controller
(cycle time) Batas Daya (Power Limit) Batas Set Point (Set Point Limit)
(control action) Kalibrasi : Span
SPAn
100% pada 20 mA
Zero
ZErO
0% pada 4 mA
Ubah sesuai dengan harga tabel saja b. Memasukkan harga input ke process controller dengan memutar tombol manual secara bertahap 10% dari 0% - 100%, mencatat power output dengan menekan tombol F 1x. c. Mengubah setpoint ke 50%, mengulangi langkah 3. Tabulasikan data. 5. Pengendalian PID a. Mengubah settign di controller sebagai berikut : Pengaturan Controller
Kode
Nilai
Satuan
Set Point
-
50
%
Proportionel Band
ProP
20
%
Integral Time
Int
0,2
Menit
Derivatif Time
dEr
6
Detik
Waktu Siklus
CY-t
10
Detik
Pr-L
100
%
SP-L
100
%
Rentang (Range)
CS-1
-
058
-
Aksi control
CS-2
-
D--
-
(cycle time) Batas Daya (Power Limit) Batas Set Point (Set Point Limit)
(control action) Kalibrasi : Span
SPAn
100% pada 20 mA
Zero
ZErO
0% pada 4 mA
Ubah sesuai dengan harga tabel saja. b. Memasukkan harga input ke process controller dengan memutar tombol manual secara bertahap 10% dari 0% - 100%, mencatat harga power output dengan menekan tombol F 1x. c. Mengubah setpoint ke 50%, mengulangi langkah 3. d. Membuat grafik dengan menggunakan program excell antara %Pr dan input.
V.
DATA PENGAMATAN
1. Pengendalian Proporsional Sebanding Waktu CY-t 10 detik dengan Power input(%) 10 20 30
aksi “R”
Power output(%) 94 85 72
Lampu ON 9,44 8,13 6,82
(detik) OFF 0,9 1,44 2,3
40 50 60 70 80 90 100
61 50 39 28 15 5 2
5,81 4,52 3,59 2,62 1,41 0.66 0,17
3,42 4,73 5,77 6,64 7,82 8,69 9,51
CY-t 20 detik dengan CS-2 r Power input (%) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
CY-t 20 detik dengan Power input (%) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Power output(%) 95 84 72 61 50 39 27 15 5 1
ON 18,43 16,46 14,23 11,92 9,62 7,63 5,28 3,12 1,8 0,6
(detik) OFF 1,12 3,04 5,45 7,59 9,18 11,38 13,69 15,73 17,64 20,15
aksi “d”
Power output (%) 5 15 28 40 50 61 72 85 95 98
Power limit = 50 Power input (%) 10 20 30 40
Lampu
Power output (%) 50 50 50 50
Lampu ON 1,75 2,8 5,42 7,61 9,64 11,8 14,12 16,52 18,4 18,72
(detik) OFF 17,49 16,05 14,13 11,55 9,42 8,04 5,27 3,08 1,18 0,2
50 60 70 80 90 100
50 39 28 15 5 1
Power limit = 40 Power input (%) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Power output (%) 40 40 40 40 40 29 18 5 0 0
Kurva Proporsional Sebanding Waktu
CY-t 10 detik dan CS-2 r
Pr input(%) 120 100 80 60 Pr input(%) 40 20 0 0
20
40
60
80
100
120
-20
CY-t 20 detik dan CS-2 r banding CY-t 20 detik dan CS-2 d 120 100 80 Pr input (%) Cs-r
60
Pr input (%) Cs-d 40 20 0 0
VI.
20
40
60
80
ANALISA DATA PERCOBAAN Berdasarkan percobaan yang
100
120
telah
dilakukan,
Sebelum
dilakukan
praktikum, terlebih dahulu dilakukan pengkalibrasian. Adapun data untuk
mengkalibrasi didapat dari tabel harga setting controller. Setelah pengkalibrasian selesai, melakukan penghilangan offset atau sisa error dengan cara memutar tombol manual output hingga tampilan layar variabel proses 50%. Penghilangan offset atau error guna mendapatkan nilai akurat dari instrument, Pada percobaan ini menggunakan mode CS-2 reverse (kebalikan). CY-t yang digunakan adalah 10 detik dan 20 detik. Dari data yang diperoleh pr output 0 maka menghasilkan Pr input 100, dan Pr output 100 maka menghasilkan Pr input 0. Pada data diatas dapat dilihat bahwa nilai Pr input yang dihasilkan akan berlawanan atau berbanding terbalik dengan nilai Pr outputnya, karena dalam hal ini yang digunakan adalah reverse. Lain halnya bila yang Cs-2 yang digunkan adalah direct, maka nilai Pr output akan sebanding dengan nilai Pr inputnya. Ini bisa dilihat dari data yang di peroleh, Pr output 0 menghasilkan Pr output 0 dan Pr output 93,7 menghasilkan Pr input 91. Pada Pr output 100, Pr input yang dihasilkan memiliki selisih 2,7. Hal ini bisa terjadi karena terjadinya offset. Kemudian variabel PrL diubah menjadi 50% dan 40%. Dengan rentang 20% yang di gunakan, Pr output akan memberikan nilai sampai batas 40%. Dari data diatas dapat di ketahui bahwa Pr output akan menampilkan nilai pada batas PrL. Untuk SpL, data yang diperoleh sama dengan data pada direct. Pada percobaan proporsional sebanding waktu digunakan CY-t 10 detik dan CS-2 r, CY-t 20 detik dan CS-2 r sehingga nilai Pr yang diperoleh kebalikan dari nilai Pr input. dan CY-t 20 detik dan CS-2 d diperoleh nilai yang berbanding lurus dengan kenaikan nilai output Selanjutnya, VII.
KESIMPULAN Dari percobaaan yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa: 1. Nilai Pr input yang dihasilkan akan berlawanan atau berbanding terbalik dengan nilai Pc outputnya bila yang digunakan adalah reverse. 2. nilai Pr input yang dihasilkan akan berbanding lurus dengan nilai Pc outputnya bila yang digunakan adalah direct. 3. Pr input akan menampilkan nilai pada batas PrL, dan di atas nilai PrL akan menghasilkan nilai konstan sesuai dengan nilia PrL yang digunakan. 4. Dengan rentang 10 dan 20, semakin kecil nilai ProP semakin banyak nilai konstan yang didapat, begitupun sebaliknya.
VIII.
GAMBAR ALAT (terlampir)
IX.
DAFTAR PUSTAKA Ir. Sutini Pujiastuti Lestari,M.T.2013. Penuntun Praktikum Pengendalian Proses. Politeknik Negeri Sriwijaya
GAMBAR ALAT
PC10
KABEL PENGHUBUNG + LAMPU
