SISTEM PENGENDALIAN

§  Pengertian Pengendalian

 Tujuan utama dari Pengendalian adalah mengontrol proses/plant yang terjadi di industri. Operasi yang berjalan di industri ini dapat bersifat diskret (on- off), misal valve terbuka/tertutup, motor hidup/mati, konveyor jalan/berhenti, dll, atau pengaturan/regulasi variabel keluaran secara kontinyu, inisial pengaturan untuk mempertahankan tinggi muka cairan dalam tank pada nilai tertentu.

§  Pengendalian oleh Manusia

 

Gambar 1.1. Pengendalian Level di dalam tangki oleh manusia

Gambar 1.1. menunjukkan bagaimana seorang operator mengendalikan  level (permukaan zat cair) di sebuah tangki. Air yang masuk kedalam tangki dipompa dari sebuah sumur, dan air yang keluar dari tangki dipakai untuk keperluan pabrik. Andaikata level ditangki dikehendaki selalu 50% dari ketinggian tangki, maka operator harus selalu menambah atau mengurangi bukaan  valve apabila level tidak berada di 50%. Bila kurang dari 50 %, operator harus menambah flow dengan lebih membuka valve. Sebaliknya, bila level lebih tinggi dari 50%, operator harus mengurangi flow dengan lebih menutup valve. Pada pengendalian semacam ini, operator harus selalu waspada dan siap untuk lebih membuka atau menutup value agar level berada di 50%.

Pengendalian seperti diatas disebut pengendalian oleh manusia (manual control). Sistem pengendalian manual masih dipakai pada beberapa aplikasi tertentu. Biasanya sistem ini dipakai pada proses-proses yang  tidak banyak mengalami perubahan beban (load) atau pada proses yang tidak kritis. Load (beban) didalam contoh pengendalian diatas adalah flow pemakaian air oleh pabrik. Kalau pemakain air oleh pabrik tidak sering beubah-ubah, operator tidak perlu terus menerus mengamati level dan menambah atau mengurangi bukaan valve. Tetapi kalau load selalu berubah-ubah, operator terpaksa harus mengamati level dan segera melakukan koreksi terhadap naik-turunnya level.

Peran operator didalam sistem pengendalian manual digantikan oleh alat yang disebut controller. Tugas membuka dan menutup valve tidak lagi dikerjakan oleh operator, tetapi atas perintah controller. Untuk keperluan pengendalian otomatis, valve harus dilengkapi dengan alat yang disebut actuator, sehingga unit valve sekarang menjadi unit yang disebut control valve.

- Prinsip Prinsip Pengendalian

Lihatlah kembali gambar 1.1. pada sistem pengendalian digambar itu, pertama operator harus mengamati ketinggian level, kemudian mengevaluasi apakah level yang ada sudah seperti apa yang dikehendakinya. Kalau level tidak sama dengan yang dikehendakinya, maka operator harus memperkirakan seberapa banyak valve perlu lebih ditutup atau lebih dibuka. Selanjutnya, operator harus benar-benar mengubah bukaan valve sesuai dengan yang diperkirakan tadi. Kalau dikaji lebih jauh, dalam mengendalikan operator mengerjakan empat langkah berikut:

Mengukur-Membandingkan-Menghitung-Mengoreksi

-  Elemen elemen dalam Sistem Kendali

Didalam diagram kotak sistem pengendalian otomatis, akan saja selalu ada komponen-komponen pokok seperti elemen proses, elemen pengukuran (Sensing elemen dan transmitter), elemen controller (control unit) dan final control element .

 

 

Gambar 1.3. Diagram Kotak Sistem Pengendalian Otomatis

Di dalam gambar diatas bagian controller mempunyai summing junction dengan tanda positif negative. Dititik inilah langkah membandingkan dilakukan dengan mengurangi besaran set point dengan sinyal measurement variable. Hasilnya adalah sinyal error. Tanda negatif di summing junction membawa arti yang sangat spesifik bagi sistem. Karena tanda ini sistem diatas disebut negative feedback control system

-Istilah Sistem kendali

§  Sistem : adalah suatu susunan dari beberapa komponen yang bekerja bersama-sama untuk melakukan suatu sasaran tertentu.

§  Proses :   adalah tatanan peralatan yang mempunyai suatu fungsi tertentu.

Sensor/Transduser    :  adalah Perangkat yang digunakan untuk merasakan besaran proses yang diukur dan mengubahnya dari suatu besaran ke bentuk besaran lainnya.(Pengkondisi Sinyal: Sebuah elemen yang digunakan untuk mengubah level sinyal keluaran pengukur sedemikian sehingga keluaran dan pengkondisi sinyal ini dapat dibandingkan secara langsung dengan referensi yang diinginkan.

§  Controlled Variable (CV) atau Process Variable (PV)            : adalah kondisi dimana nilai yang kita dikendalikan diantara batasan-batasan  tertentu atau ditentukan .

§  Set Point (SP) : adalah besaran process variable yang dikehendaki. Sebuah controller akan selalu  menyamakan controlled variable dengan set point.

§  Error (E) : adalah perbedaan antara besaran/variabel (process variable) dengan set point.

§  Controller : adalah elemen yang mengerjakan tiga dari empat tahap langkah pengendalian , yaitu membandingkan set point dengan process  variable , menghitung berapa banyak koreksi yang perlu dilakukan , dan mengeluarkan sinyal koreksi sesuai dengan hasil perhitungan  .

 Actuator/Elemen Kontrol Akhir : adalah Perangkat yang digunakan untuk melakukan aksi kontroler berdasarkan sinyal kontrol

§  Manipulated variable (MV) : adalah input dari suatu proses yang dapat dimanipulasi atau diubah-ubah besarnya  agar controlled variable besarnya sama dengan set point.

§  Disturbance : adalah besaran lain, selain manipulated variable, yang dapat menyebabkan        berubahnya controlled variable. Besaran ini lazim disebut

§  Kontrol Lup Terbuka :

Sistem kontrol lup terbuka merupakan sistem kendali yang keluarannya tidak berpengaruh pada aksi pengendali.

 Kontrol Lup Terbuka :

Sistem kontrol lup terbuka merupakan sistem kendali yang keluarannya tidak berpengaruh pada aksi pengendali. Konsep ini tidak membandingkan keluaran dengan masukan sehingga untuk setiap masukan acuan terhadap suatu kondisi operasi yang tetap . Oleh karena itu ketelitian sistem bergantung pada kalibrasi

§  Kontrol Lup Tertutup

Kontrol lup terbuka tidak memberikan jaminan pada keadaan dimana terjadi banyak gangguan. Untuk mengatasi hal itu, beberapa teknik perlu ditambahkan untuk mengawasi nilai-nilai keluaran yang aktual dan membandingkan agar tetap pada nilai-nilai yang diinginkan, untuk kemudian mengubah set aktuator agar kesalahan (error) semakin diperkecil. Sistem kontrol semacam ini disebut sistem kontrol lup tertutup.

. Sistem Pengendalian Tegangan pada sebuah Generator Sinkron

Pengendalian tegangan generator secara blok diagram dapat dilukiskan seperti pada gambar dibawah ini. Prime Mover diandaikan mempunyai kecepatan putar tetap dan diandaikan tidak berpangaruh pada beban berapapun, sehingga kecepatan putar tidak akan mempengaruhi pengendalian tegangan.

 

Gambar 1.8. Blok Diagram Pengendalian Tegangan pada generator

Tegangan yang keluar dari generator biasanya diukur dengan menggunakan trafo atau elemen pembagi tengan lain, dan hasil pengukuran ini dibandingkan dengan set point yang biasanya juga dalam bentuk tegangan. Kemudian hasil perbandingan (error) ini dapat dipakai bahan perhitungan untuk menambah atau mengurangi arus menuju exiter (manipulated variable). Dan Gambar dibawah ini menunjukan diagram schematic Sistem Pengendalian Tegangan pada sebuah generator diatas. Tegangan yang keluar dari generator biasanya diukur dengan menggunakan trafo atau elemen pembagi tegangan lain, dan hasil pengukuran ini dibandingkan dengan set point yang biasanya juga dalam bentuk tegangan. Kemudian hasil perbandingan (error) ini dapat dipakai bahan perhitungan untuk menambah atau mengurangi arus menuju exiter (manipulated variable).

§  Pengaruh Balikan Sistem Kendali

- Karakteristik Sistem Pengendalian

Karakteristik utama sistem kendali meliputi kestabilan, ketelitian, kecepatan respon dan sensitifitas keluaran terhadap perubahan komponen dan kondisi lingkungan :

    Ketelitian :Ketelitian Menunjukkan deviasi keluaran sebenarnya terhadap nilai yang diinginkan. Umumnya ketelitian sistem pengaturan diperbaiki dengan menggunakan mode pengontrol seperti integrasi atau integrasi proporsional. Dengan penggunaan umpan balik, ketelitian sistem semakin diperbaiki. Misalnya, sistem lup terbuka seperti mesin pencuci, bersihnya pakaian menunjukan ukuran ketelitian.

    Kestabilan : Suatu sistem dikatakan stabil jika keluarannya tetap pada nilai tertentu dalam jangka waktu yang ditetapkan setelah diberi masukan. Keluaran suatu sistem tak stabil akan terus naik hingga kondisi break down. Sistem yang tidak stabil bisa dibuat stabil dengan menggunakan teknik tertentu, umumnya dengan rangkaian kompensasi. Ketelitian dan stabilitas saling berhubungan satu sama lain, yakni jika tidak hati-hati ketika anda mencoba memperbaiki ketelitian, stabilitasnya akan menurun, begitu juga sebaliknya.

    Sensitivitas : Kepekaan sensitivitas merupakan ukuran kepekaan keluaran sistem terhadap perubahan harga komponen-komponennya dan juga kondisi lingkungannya. Sistem yang baik hanya akan terpengaruh oleh perubahan masukan dan bukan terhadap sinyal yang diinginkan, seperti gangguan.

    Kecepatan respon: Kecepatan respon (response) adalah mengukur kecepatan keluaran dalam menanggapi perubahan nilai masukan. Dalam analisis domain waktu, respon (keluaran) diukur dari saat-saat transisi hingga keadaan mantap. Sistem orde dua mempunyai respon yang berbeda-beda. Dalam praktek, sangat sulit menganalisis sistem yang mempunyai orde lebih tinggi. Namun, karena suatu sistem umumnya mempunyai respon yang lebih mendekati sifat dari sistem orde dua, oleh karena itu biasanya didekati sebagai sistem orde dua.

1.4.2. Pengaruh Balikan Sistem Pengendalian

Keempat mata rantai pengendalian, yaitu mengukur, membandingkan, menghitung, dan mengoreksi, dilakukan serempak oleh sistem  pengendalian. Jadi, pada waktu sistem pengukuran mengukur process variable, pada saat itu pula control valve berusaha mengoreksi process variable. Padahal semua elemen  di dalam sistem mempunyai unsur kelambatan (lag). Karena unsur kelambatan itu, bisa saja control valve masih menambah manipulated variable pada waktu process variable sudah mendekati set point. Akibatnya, measuarement variable melewati set point.

Ada banyak bentuk kurva waktu atau response sistem pengendalian. Namun, secara umum mereka dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu stabil (stable) dan tidak stabil yaitu overdamped dan underdamped. Kelompok tidak stabil juga terbagi menjadi dua, yaitu sustain oscillatin dan undamped.

Suatu sistem pengendalian dikatakan stabil, apabila nilai process variable berhasil mendekati set point, walaupun diperlukan waktu untuk itu. Keadaan stabil itu dapat dicapai dengan response yang overdamped atau yang underdamped. Kedua response itu mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing. Pada response yang underdamped, jelas bahwa koreksi sistem berjalan lebih cepat dari response yang overdamped. Tetapi, tidak berarti bahwa underdamped lebih bagus dari overdamped. Ada proses-proses yang membutuhkan response yang lambat (overdamped) dan ada pula proses-proses yang membutuhkan response yang cepat (underdamped). Kebutuhan tersebut ditentukan oleh sifat proses dan kualitas produk yang dikehendaki. Operator yang berpengalaman tentu dapat menunjukkan di bagian mana proses memerlukan response yang overdamped dan dibagian mana diperlukan yang underdamped. Yang pasti sistem pengendalian tidak pernah menghendaki sistem yang tidak stabil. Tidak yang sustain oscillation, apalagi yang undamped. Pada response sustain oscillation, process variable tidak pernah sama dengan set point. Process variable naik turun di sekitar set point seolah-olah seperti roda sepeda yang sedang berputar. Oleh karena sifat inilah, sustain oscillation juga disebut cycling.

 SEMOGA BERMANFAAT ...