PENGENDALIAN TEKANAN DAN LAJU ALIR UDARA DENGAN ALAT AIR PRESSURE/ AIR FLOW CONTROL UNIT RCP- 300
I.
TUJUAN PERCOBAAN Setelah melakukan percobaan ini, Mahasiswa diharapkan dapat : - Menget Mengetahu ahuii penguku pengukuran ran teka tekanan nan dan dan laju laju alir alir udara udara denga dengan n menggun menggunaka akan n
-
alat Air Flow Control Unit RC- !"" Meng Mengope opera rasi sika kan n alat Air Air Flow Flow Contro Controll Unit Unit RCRC- !"" denga dengan n baik baik dan benar
II. II.
ALA ALAT YANG DIGUN IGUNAK AKAN AN:: - Sepera Seperangka ngkatt alat alat alat Air Air ressur ressure# e# Air Air Flow Flow Contro Controll Unit Unit RC- !"" !"" - Sepe Sepera rang ngka katt pers person onal al kom kompute puter r
III. DASAR TEORI Tekanan
$ekan $ekanan an merupak merupakan an penguku pengukuran ran ga%a ga%a %ang %ang bekerja bekerja pada pada permuk permukaan aan bidang& $ekanan $ekanan dide'inisikan sebagai ga%a persatuan luas dan dapat diukur dalam unit seperti psi (ound er )nch ersegi*, inci air, milimeter merkuri, pascal (pa atau +#m* atau bar& Sampai pengenalan unit S), %ang bar. cukup umum& /ar setara dengan 0""&""" +#m, %ang, merupakan satuan S) untuk pengukuran& Untuk men%ederhanakan unit u nit +#m diadopsi dengan nama pascal, disingkat tekanan pa cukup sering diukur dalam kilo pascal (1pa*, %ang adalah 0""" pascal dan setara setara dengan ",023 psi& Satuan pengukuran %ang baik dalam pound per s4uare inch (si* di british unit atau pascal (pa* dalam metrik& metrik&
Penen!a"#an Te Tekanan kanan
$ekanan adalah 5ariabel proses %ang sering kita jumpai untuk dimonitor dan dikendalikan didalam industri min%ak dan gas& engendalian tekanan dari suatu 'luida proses pada beberapa tempat menjadi 'okus utama dan dengan berbagai tujuan tertentu&
6alam suatu loop pengendalian, juga loop pengendalian tekanan, selalu terdiri dari ! elemen dasar: - 7lemen engukuran, besar 5ariabel proses diukur dan ditransmisikan ke elemen kontrol& - 7lemen pengontrol, perbedaan antara 5ariabel proses %ang terukur (proses 5ariabel# 8* dan 5ariabel proses %ang diinginkan (Set point# S* dikalkulasi berdasarkan algoritma tertentu (umumn%a control )6*& 9asiln%a akan diteruskan berupa perintah aksi terhadap elemen pengendali akhir& - 7lemen pengendali akhir, perintah aksi dari elemen pengontrol dan akan dilakukan oleh elemen pengendali akhir& Control 5al5e adalah elemen pengendali akhir %ang paling ban%ak digunakan& Untuk kasus tekanan tinggi dan laju alir %ang tinggi, biasan%a implementasi dari pengontol terdiri dari : 0& 7lemen pengukuran, %aitu ressure $ransmitter ($* & 7lemen pengontrol, %aitu ressure Controller (C* !& 7lemen pengendali akhir, %aitu ressure Control 8al5e (C8 atau 8* Untuk kasus tekanan rendah dan laju alir rendah implementasi pengontroln%a terintegrasi dalam satu perangkat %ang biasa disebut pressure regulator& 6alam melakukan kon5ersi material, sistem proses perlu memiliki kondisi operasi tertentu& eran pengendalian proses dasarn%a adalah dasar usaha untuk mencapai tujuan proses agar berjalan sesuai %ang diinginkan& engendalian proses adalah bagian dari pengendalian automatik %ang diterapkan dibidang teknologi untuk menjaga kondisi operasi agar sesuai %ang diinginkan& A#$ F"%& C%n'$%" Un#' RCP-300 Alat Air ressure atau Air Flow Control Unit RC-!"" 6)6A$7C
merupakan aksesoris atau aplikasi pengendalian tekanan %ang digunakan untuk melakukan simulasi pengendalian aliran udara proses pada sebuah pipa& Alat simulasi ini digunakan bersama dengan alat konsol listrik&
$ekanan tetap %ang harus dipertahankan pada s%stem proses dilakukan dengan menggerakkan kontrol pneumatic keposisi terbuka dan tertutup sesuai perintah dari controller dan secara terus menerus memberikan perubahan agar s%stem proses berjalan dengan set point %ang telah ditetapkan& erakan memberikan perintah controller ini dapat dilakukan secara otomatis dengan menggunakan mode pengendalian seperti roporsional, )ntegral, dan 6eri5ati'& 1etiga mode ini dipergunakan jarang secara tunggal kecuali proporsional& Aliran udara %ang digunakan pada alat ini dibagi menjadi dua, %aitu : a& Aliran udara proses Aliran udara %ang melewati katup (terukur oleh gauge* dan melewati katup contro pneumatic, pelat ori'ice dan terukur sebagai tekanan udara prose oleh gauge& b& Aliran udara instrument Aliran udara %ang ber'ungsi sebagai udara penggerak katup control pneumatic& ada percobaan biasan%a dilakukan pemeriksaan linearitas dan histerisis kon5erter untuk memastikan apakah kon5erter tersebut masih memiliki hasil keluaran %ang linier terhadap input %ang dimasukkan dan melihat seberapa jauh perbedaan hasil keluaran ketika diberikan input bertahap& Alat ini juga sama seperti alat C-0! %ang juga merupakan alat ukur simulasi 5ariabel dinamis %ang pada suatu sistem proses, didalam hal ini dalah tekanan pada proses& $ekanan pada pipa proses diukur kemudian dibandingkan dengan set point %ang telah ditetapkan kemudian diumpankan (diinputkan* ke controller atau computer
%ang
dioperasikan dengan mode pengendalian sesuai
pengukuran pada alat& Te%$# Ta()a*an
PID +P$%,%$'#%na"-In'e$a"-De$#a'#e C%n'$%""e$
)ntrumentasi dan control industri tentu tidak lepas dari sistem instrumentasi sebagai pengontrol %ang digunakan dalam keperluan pabrik& Sistem kontrol pada pab rik tidak lagi manual seperti dahulu, tetapi saat sekarang ini telah dibantu dengan perangkat kontroler sehingga dalam proses produksin%a suatu pabrik bisa lebih e'isien dan e'ekti'& 1ontroler juga ber'ungsi untuk memastikan bahwa setiap proses produksi terjadi dengan baik& )6 (roportional;)ntegral;6eri5ati5e controller* merupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adan%a umpan balik pada sistem tesebut& engontrol )6 adalah pengontrol kon5ensional %ang ban%ak dipakai dalam dunia industri& engontrol )6 akan memberikan aksi kepada Control 8al5e berdasarkan besar error %ang diperoleh& Control 5al5e akan menjadi aktuator %ang mengatur aliran 'luida dalam proses industri %ang terjadi
/lok
6iagram
dapat
dilihat
pada
gambar
dibawah
:
Adapun
persamaan
engontrol
)6
adalah
:
Ke'e$anan :
mv(t) = output dari pengontrol )6 atau Manipulated Variable Kp = konstanta roporsional Ti = konstanta )ntegral Td = konstanta 6eti5ati' e(t) = error (selisih antara set point dengan le5el aktual* ersamaan engontrol )6 diatas dapat juga dituliskan sebagai berikut :
dengan :
Untuk lebih memaksimalkan kerja pengontrol diperlukan nilai batas minimum dan maksimum %ang akan membatasi nilai Manipulated Variable %ang dihasilkan& 1omponen kontrol )6 ini terdiri dari tiga jenis %aitu roportional, )ntegrati' dan 6eri5ati'& 1etigan%a dapat dipakai bersamaan maupun sendiri-sendiri tergantung dari respon %ang kita inginkan terhadap suatu plant& . K%n'$%" P$%,%$#%na"
1ontrol
jika
(s*
=
kp,
dengan
k
adalah
konstanta&
>ika u = (s* ? e maka u = 1p ? e dengan 1p adalah 1onstanta roporsional& 1p berlaku sebagai ain (penguat* saja tanpa memberikan e'ek dinamik kepada kinerja kontroler& enggunaan kontrol memiliki berbagai keterbatasan karena si'at kontrol %ang tidak dinamik ini& @alaupun demikian dalam aplikasi-aplikasi dasar %ang sederhana kontrol ini cukup mampu untuk memperbaiki respon transien khususn%a rise time dan settling time& engontrol proporsional memiliki keluaran %ang sebanding#proporsional dengan besarn%a sin%al kesalahan (selisih antara besaran %ang diinginkan dengan harga aktualn%a*& Ciri-ciri pengontrol proporsional : 0& >ika nilai 1p kecil, pengontrol proporsional han%a mampu melakukan koreksi kesalahan %ang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem %ang lambat (menambah rise time*& & >ika nilai 1p dinaikkan, respon#tanggapan sistem akan semakin cepat mencapai keadaan mantapn%a (mengurangi rise time*& !& +amun jika nilai 1p diperbesar sehingga mencapai harga %ang berlebihan, akan mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil atau respon sistem akan berosilasi& 2& +ilai 1p dapat diset sedemikian sehingga mengurangi stead% state error, tetapi tidak menghilangkann%a& 1.K%n'$%" In'e$a'#2
engontrol )ntegral ber'ungsi menghasilkan respon sistem %ang memiliki kesalahan keadaan mantap nol (7rror Stead% State = " *& >ika sebuah pengontrol tidak memiliki unsur integrator, pengontrol proporsional tidak mampu menjamin keluaran sistem dengan kesalahan keadaan mantapn%a nol& >ika (s* adalah kontrol ) maka u dapat din%atakan sebagai u(t*=integral e(t*d$B1i dengan 1i adalah konstanta )ntegral, dan dari persamaan di atas, (s* dapat
din%atakan
sebagai
u=1d&delta
e#delta
tB
>ika e($* mendekati konstan (bukan nol* maka u(t* akan menjadi sangat besar sehingga diharapkan dapat memperbaiki error& >ika e($* mendekati nol maka e'ek kontrol ) ini semakin kecil& 1ontrol ) dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon stead%-state, namun pemilihan 1i %ang tidak tepat dapat men%ebabkan respon transien %ang tinggi sehingga dapat men%ebabkan ketidakstabilan sistem& emilihan 1i %ang sangat tinggi justru dapat men%ebabkan output berosilasi karena menambah orde s%stem 1eluaran pengontrol ini merupakan hasil penjumlahan %ang terus menerus dari perubahan masukann%a& >ika sin%al kesalahan tidak mengalami perubahan, maka keluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadin%a perubahan masukan& Sin%al keluaran pengontrol integral merupakan luas bidang %ang dibentuk oleh kur5a kesalahan # error& Ciri-ciri pengontrol integral : 0& 1eluaran pengontrol integral membutuhkan selang waktu tertentu, sehingga pengontrol integral cenderung memperlambat respon& & 1etika sin%al kesalahan berharga nil, keluaran pengontrol akan bertahan pada nilai sebelumn%a& !& >ika sin%al kesalahan tidak berharga nol, keluaran akan menunjukkan kenaikan atau penurunan %ang dipengaruhi oleh besarn%a sin%al kesalahan dan nilai 1i& 2& 1onstanta integral 1i %ang berharga besar akan mempercepat hilangn%a o''set& $etapi semakin besar nilai konstanta 1i akan mengakibatkan peningkatan osilasi dari sin%al keluaran pengontrol& 3.K%n'$%" De$#a'#2
1eluaran pengontrol di'erensial memiliki si'at seperti haln%a suatu operasi deri5ati'& erubahan %ang mendadak pada masukan pengontrol akan mengakibatkan perubahan
%ang sangat besar dan cepat& 1etika masukann%a tidak mengalami perubahan, keluaran pengontrol juga tidak mengalami perubahan, sedangkan apabila sin%al masukan berubah mendadak dan menaik (berbentuk 'ungsi step*, keluaran menghasilkan sin%al berbentuk impuls& >ika sin%al masukan berubah naik secara perlahan ('ungsi ramp*, keluarann%a justru merupakan 'ungsi step %ang besar magnituden%a sangat dipengaruhi oleh kecepatan naik dari 'ungsi ramp dan 'actor konstanta 1d& Sin%al kontrol u %ang dihasilkan oleh kontrol 6 dapat din%atakan sebagai (s*=s&1d 6ari persamaan di atas, nampak bahwa si'at dari kontrol 6 ini dalam konteks kecepatan. atau rate dari error& 6engan si'at ini ia dapat digunakan untuk memperbaiki respon transien dengan memprediksi error %ang akan terjadi& 1ontrol 6eri5ati5e han%a berubah saat ada perubahan error sehingga saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal ini pula %ang men%ebabkan kontroler 6eri5ati5e tidak dapat dipakai sendiri Ciri-ciri pengontrol deri5ati' : 0& engontrol tidak dapat menghasilkan keluaran jika tidak ada perubahan pada masukann%a (berupa perubahan sin%al kesalahan* & >ika sin%al kesalahan berubah terhadap waktu, maka keluaran %ang dihasilkan pengontrol tergantung pada nilai 1d dan laju perubahan sin%al kesalahan& !& engontrol di'erensial mempun%ai suatu karakter untuk mendahului, sehingga pengontrol ini dapat menghasilkan koreksi %ang signi'ikan sebelum pembangkit kesalahan menjadi sangat besar& >adi pengontrol di'erensial dapat mengantisipasi pembangkit kesalahan, memberikan aksi %ang bersi'at korekti' dan cenderung meningkatkan stabilitas sistem& 2& 6engan meningkatkan nilai 1d, dapat meningkatkan stabilitas sistem dan mengurangi overshoot &
/erdasarkan karakteristik pengontrol ini, pengontrol di'erensial umumn%a dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi tidak memperkecil kesalahan pada keadaan tunakn%a& 1erja pengontrol di'erensial han%alah e'ekti' pada lingkup %ang sempit, %aitu pada periode peralihan& leh sebab itu pengontrol di'erensial tidak pernah digunakan tanpa ada kontroler lainn%a& 7'ek dari setiap pengontrol roporsional, )ntegral dan 6eri5ati' pada sistem lup tertutup disimpulkan pada table berikut ini :
Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing pengontrol , ) dan 6 dapat saling menutupi dengan menggabungkan ketigan%a secara paralel menjadi pengontrol proporsional plus integral plus di'erensial (pengontrol )6*& 7lemenelemen pengontrol , ) dan 6 masing-masing secara keseluruhan bertujuan : 1. mempercepat reaksi sebuah sistem mencapai set point-n%a 2. menghilangkan offset 3. menghasilkan perubahan awal %ang besar dan mengurangi overshoot. 1ita coba ambil contoh dari pengukuran temperatur, setelah terjadin%a pengukuran dan pengukuran kesalahan maka kontroler akan memustuskan seberapa ban%ak posisi tap akan bergeser atau berubah& 1etika kontroler membiarkan 5al5e dalam keadaan terbuka, dan bisa saja kontroler membuka sebagian dari 5al5e jika han%a dibutuhkan air %ang hangat, akan tetapi jika %ang dibutuhkan adalah air panas, maka 5al5e akan terbuka secara penuh& )ni adalah contoh dari proportional control& 6an jika tern%ata dalam prosesn%a air panas %ang diharapkan ada datangn%a kurang cepat maka controler bisa mempercepat proses pengiriman air panas dengan membuka
5al5e lebih besar atau menguatkan pompa, inilah %ang disebut dengan intergral kontrol& 1arakteristik pengontrol )6 sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar dari ketiga parameter , ) dan 6& en%etelan konstanta 1p, 1i dan 1d akan mengakibatkan penonjolan si'at dari masing-masing elemen& Satu atau dua dari ketiga konstanta tersebut dapat disetel lebih menonjol disbanding %ang lain& 1onstanta %ang menonjol itulah akan memberikan kontribusi pengaruh pada respon sistem secara keseluruhan& Adapun beberapa gra'ik dapat menunjukkan bagaimana respon dari sitem terhadap perubahan
1p,
1i
dan
1d
sebagai
berikut
:
)6 Controler adalah controler %ang penting %ang sering digunakan dalam industri& Sistem pengendalian menjadi bagian %ang tidak bisa terpisahkan dalam proses kehidupan ini khususn%a dalam bidang reka%asa industri, karena dengan bantuan sistem pengendalian maka hasil %ang diinginkan dapat terwujud& Sistem pengendalian dibutuhkan untuk memperbaiki tanggapan sistem dinamik agar didapat sin%al keluaran seperti %ang diinginkan& Sistem kendali %ang baik mempun%ai tanggapan %ang baik terhadap sin%al masukan %ang beragam&
I.
PROSEDUR PERCOBAAN a. Penen!a"#an 'ekanan (e"a"a4# ,e$e!a( +#"en5e$ - Membuka suppl% 5al5e %aitu 80
-
Memastikan disana tidak terjadi kebocoran Mengatur tekanan pasokan )# pada 5al5e 8! menggunakan 0,D bar Mengatur tekanan pasokan bench 0,E bar menggunakan 5al5e 8 Menutup 5al5e inlet dan outlet pada tangki dan 83, 8D (posisi tegak
-
lurus ke pipa* Membuka outlet 5al5e pada dia'aghma 8 Membuka kedua peredam 8E dan 80" Mennutup 5al5e 800 Mengontrol laju alir loop menggunakan dual sink s%noptic (0D* Mengubah S@)$C9 %ang terletak dibagian kotak listrik dalam posisi
5ertikal - Mengeset aliran udara menggunakan katup 8E dan 80" untuk mendapatkan
= 2 mbar
). Penen!a"#an 'ekanan (e"a"4# 'ank# - Membuka suppl% 5al5e %aitu 80 - Memastikan disana tidak terjadi kebocoran - Mengatur tekanan pasokan )# pada 5al5e 8! menggunakan 0,D bar - Mengatur tekanan pasokan bench 0,E bar menggunakan 5al5e 8 - Menutup 5al5e inlet dan outlet pada tangki dan 83, 8D (posisi
searah pipa* - Menutup 5al5e 8,80"&800 - Membuka 5al5e 8E - Mengubah S@)$C9 %ang terletak dibagian kotak listrik dalam posisi 5ertikal - Mengeset tekanan dalam tangki dengan 5al5e 8E menjadi = 0 bar 5. P$%e!4$ #n'$4(en' !enan ,$%$a( k%(,4'e$ +#T%%" - Menghidupkan komputer dan alat instrument - Setelah komputer hidup, mengklik kanan pada start, kemudian memilih
control panel, memilih i$ools (run aplikasi* - 1emudian akan muncul tampilan la%ar baru dengan memilih menu seperti port kemudian memilih CM !, mengklik 1 - Memilih menu i$ools pada la%ar dekstop - 1emudian akan masuk ketampilan awal i$ools - ada i$ools mengklik SCA+ pada bagian atas, kemudian akan tampil la%ar pilihan SCA+, lalu memilih SCA+ FRM 678)C7 A6R$SS, mengklik 1 - Selanjutn%a menunggu scanning sampai tersinkronisasi, ongga muncul tampilan pengukuran pada sudut kiri la%ar&
- Untuk menampilkan gra'ik pengukuran, mengklik C SC7& 6an akan muncul la%ar kemudian mengklik CM !, input, uln5al5e& ada uln5al5e memilih chart dan mengklik show chart control panel kemudian muncul la%ar tampilan kecil dan memilih CM ! secara otomatis gra'ik akan muncul, kemudian mengamati perubahan pada pengukuran gra'ik&
Da'a Pena(a'an
M67 +o
)
6
0
0"
G
"
"
G
"
!
"
02
"
2
"
G
G
ANALISA PERCOBAAN
Setelah melakukan percobaan dapat dianalisa bahwa nilai proposional pada pengendalian tekanan dan laju alir dapat mempengaruhi nilai rentang laju alir udara %ang diberikan& 6imana set point %ang digunakan %aitu ,2& $erlihat pada gra'ik 0 dan %ang menggunakan nilai roposional berbeda %aitu 0" dan " dengan nilai intergral dan deri5ati5e %ang sama, bahwa rentang laju alir gra'ik 0 lebih besar dalam waktu %ang sama dibanding gra'ik & 6engan posisi garis output %ang masih diantara setpoint %aitu (,!G3 -,23*& Untuk gra'ik dan !, terjadi penambahan nilai integral %ang men%ebabkan keluaran udara semakin cepat terlihat pada gra'ik %ang semakin merapat dengan rentang laju alir udara pada gra'ik ! (,!-,22* dan pada gra'ik (,!D3-,22G3*& Semakin besar nilai integral maka output udara akan semakin cepat dengan waktu %ang lebih lama %akni 0" menit& Untuk perbandingan gra'ik dan gra'ik 2 %ang menggunakan nilai proposional dan intergral %ang sama tetapi deri5ati5e %ang berbeda& 6imana pada gra'ik nilai deri5ati5e " dan gra'ik 2 nilai deri5ati5e G& $erlihat bahwa laju alir gra'ik 2 lebih besar dari pada gra'ik ! pada waktu %ang sama tetapi rentang waktu dari puncak untuk turun berbeda& 6imana terlihat bahwa pada gra'ik 2 jarak atar puncak dan lembah gra'ik melebar& ra'ik terlihat tidak stabil karena rentang nilai laju alir %ang digunakan mempun%ai rentang ",""3& Apabila rentang %ang digunkan 0 maka gra'ik terlihat stabil&
Ke#(,4"an
Setelah melakukan percobaan dapat disimpulkan bahwa, •
Rentang laju alir %ang didapat masih mendekati setpoint : 0& ra'ik 0 : ,!G3 - ,23 & ar'ik : ,!D3 - ,22G !& ra'ik ! : ,! ; ,22 2& ra'ik 2 : ,!G ; ,2
•
@aktu %ang digunakan tiap gra'ik : 0& ra'ik 0 : E menit & ra'ik : E menit !& ra'ik ! : 0" menit 2& ra'ik 2 : 0" menit
6a'tar ustaka •
http:##menanamilmu&blogspot&com#"0"#"E#teori-kontrol-pid proportionalintegrald&html
