Apa maksud dan tujuan sistem pengaturan otomatis

You're Reading a Free Preview
Page 8 is not shown in this preview.

Table of Contents Show

II.3 Sistem Kontrol
II.4 Transmiter
Video yang berhubungan

You're Reading a Free Preview
Pages 15 to 38 are not shown in this preview.

DIKTAT KULIAH Elektronika Industri & Otomasi (IE-204) BAB 3. Sistem Pengaturan Otomatis (Level 2 sistem otomasi) Diktat ini digunakan bagi mahasiswa Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik Universitas Kristen Maranatha JURUSAN TEKNIK INDUSTRI - FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA BANDUNG 2015 rudytiukm.blogspot.com

Bab 3 Sistem pengaturan otomatis (Level 2 sistem otomasi) 3.1. Pendahuluan Kontrol automatic atau yang dikenal dengan sistem pengendalian otomatis ( automatic control system) merupakan level ke 2 dalam hirarki sistem otomasi.. Dalam sistem otomasi kegiatan pengontrolan dan monitoring yang biasa dilakukan manusia bisa digantikan perannya dengan menerapkan prinsip otomasi. Kegiatan kontrol yang dilakukan secara berulang-ulang, kekurangpresisi-an manusia dalam membaca data, serta resiko yang mungkin timbul dari sistem yang dikontrol semakin menguatkan kedudukan alat/mesin untuk melakukan pengontrolan secara otomatis. Pengendalian otomatis (automatic control) dan piranti-piranti pengontrol otomatis dalam perkembangannya merupakan suatu disiplin ilmu sendiri yang disebut control engineering, control system engineering. Dengan berkembangnya teknologi komputer dan jaringan dimana konsep sistem otomasi dapat diwujudkan, ditambah dengan suatu kecerdasan melalui program yang ditanamkan dalam sistem tersebut, maka akan semakin meringankan tugas-tugas manusia. Derajad otomasi yang makin tinggi akan mengurangi peranan dan meringankan tugas-tugas manusia dalam pengontrolan suatu proses. Beberapa contoh sistem pengaturan proses-proses pada industri modern seperti: 1. Sebagai pengontrol tekanan 2. Sebagai pengontrol temperature 3. Sebgai pengontrol kelembaban 4. Sistem aliran dalam proses industri Mathematical tools / alat matematis yang digunakan antara lain: Penyelesaian permaslahan dengan persamaan deferensial dan integral Transformasi Laplace dan variable-variable kompleks. Transformasi z untuk pengaturan diskrit Dan berbagai tools dan konsep yang lebih advanced seperti fuzzy logic, neural network control system dll. # Sistem pengendalian digolongkan menjadi 2 yaitu : 1. Sistem Pengendalian Untai Terbuka (Open loop system ), adalah sustu system yang tindakan pengendaliannya bebas dari keluarannya. Halaman 22

2. Sistem Pengendalian Untai Tertutup (Closed Loop System ), adalah suatu system yang tindakan pengendalianya tergantung pada keluarannya. 3.1.1. Sistem Kendali Loop Terbuka Sistem Kendali Loop Terbuka adalah suatu sistem kendali yang keluarannya tidak akan berpengaruh terhadap aksi kendali. Sehingga keluaran sistem tidak dapat diukur dan tidak dapat digunakan sebagai perbandingan umpan balik dengan masukan. Jadi pada setiap masukan akan didapatkan suatu kondisi operasi yang tetap. Sedangkan ketelitiannya akan tergantung pada kalibrasi. Dalam prakteknya sistem kendali loop terbuka dapat digunakan jika hubungan output dan inputnya diketahui serta tidak adanya gangguan internal dan eksternal. 3.1.2. Sistem Kendali Loop Tertutup Gambar 2.1 SistG Gambar 3.1.Sistem Kendali Loop Terbuka Gambar 3.2 Sistem Kendali Loop Tertutup Halaman 23

Sistem kendali loop tertutup adalah suatu sistem yang keluarannya berpengaruh langsung terhadap aksi kendali. Yang berupaya untuk mempertahankan keluaran sehingga sama bahkan hampir sama dengan masukan acuan walaupun terdapat gangguan pada sistem. Jadi sistem ini adalah sistem kendali berumpan balik, dimana kesalahan penggerak adalah selisih antara sinyal masukan dan sinyal umpan balik (berupa sinyal keluaran dan turunannya) yang diteruskan ke pengendali / controller sehingga melakukan aksi terhadap proses untuk memperkecil kesalahan dan membuat agar keluaran mendekati harga yang diingankan. Contoh sistem kendali loop tertutup: a. Sistem Kendali Loop Tertutup Manual Gambar 3.3 Sistem Kendali Loop Tertutup Manual dari Sistem Termal Halaman 24

b. Sistem Kendali Loop Tertutup Otomatis dari Sistem Termal Gambar 3.4 Sistem Kendali Loop Tertutup Otomatis dari Sistem Termal Gambar 3.5 Sistem Kendali Modern dari Sistem boiler untuk generator Halaman 25

3.2. Secara Umum Sistem Kendali digambarkan dalam Blok Diagram : GANGGUAN INPUT PENGONTROL PROSES "PLANT" OUTPUT ELEMENT PENGUKUR Gambar 3.6. Blok Diagram Sistem Kendali Input ( Masukkan ) : Rangsangan atau perangsangan yang diterapkan ke suatu system pengendalian dari sumber energi, biasanya agar menghasilkan tanggapan tertentu dari system yang dikendalikan. Output (keluaran) : Tanggapan sebenarnya yang diperoleh daari sebuah system pengendalian. Plant ( Proses ) : Seperangkat peralatan yang terdiri dari atau sebagian mesin yang bekerja secara bersama-sama dan digunakan untuk suatu Proses Proses : Merupakan suatu bagian operasi atau perkembangan alamiah, yang berlangsung secara kontinyu ( Continue ), yang ditandai oleh suatu deretan perubahan kecil yang berurutan, dengan cara yang relative tetap, untuk mendapatkan suatu ahkiran yang dikehendaki. Gangguan : gangguan bila ada, memungkinkan suatu sinyal yang cendearung mempunyai pengaruh yang merugiakan pada harga keluaran system. Didalam analisis biasanya digambarkan sebagaimana diagram blok /kotak sbb: Halaman 26

R(s) E(s) C(s) + - G(s ) H(s) BLOK DIAGRAM LENGKAP UNTUK SISTEM SEDERHANA : Dimana : R(s) = Input Laplace transform C(s) = Output Laplace transform G(s) = Transfer function forword element H(s) = TF. Feedback element E(s) = Error sinyal G(s)H(s) = transfer function open-loop Transfer function closed-loop : E(s) = R(s) B(s).. (1) B(s) = C(s). H(s). (2) C(s) = E(s). G(s)..(3) 2 1 : E(s) = R(s) C(s).H(s)..(4) 4 3 : C(s) = (R(s) C(s).H(s)) G(s) C(s) + G(s)H(s)C(s) = G(s)R(s) C(s) R(s) G(s) 1 G(s)H(s) Halaman 27

Persolan-persoalan dalam system pengendalian Persolan pokok dalam analisis sitem dalam sintesa sebuah system pengendalian anatara lain : 1. Waktu gejala peralihan ( Transient period ) : yaitu setiap system pengendalian/pengaturan diharapkan mempunyaim transient time (waktu untuk gejala peralihan ) sekecil mungkin, artinya dapat proses sesingkat-singkatnya, sehingga harga keluarannya sesuai dengan yuang diinginkan. Tetapim dengan transient time yangkecil, keluaran dakan mempunyai simpangan dan atau osilasi yang besar dalam menuju harga yana lebih besar ( semakin meningkat ). 2. Waktu steady state ( setelah wahtu gejala peralihan dianggap selesai ), disini ada 2 hal yang sangat penting yaitu: a. Adanya kesalahan (steady state error ) ialah output yag sebenarnya tidak sama dengan output yang diinginkan. b. Besarnya kesalahan steady state error dari kedua system tersebut sangat dipengaruhi oleh type system dan macam input 3. Kestabilan : Yaitu menentukan apakah system itu mempunyai besaran-besaran (terutama outputnya ) dengan harga yang tidak membesar tak terkendali (contoh.gambar 3.9 Impulse response for various root location) untuk root yang letaknya dikanan sumbu Imajiner adalah tidak stabil. Gambar 3.7. Waktu transient, waktu steady state & steady state error Halaman 28

Gambar 3.8. Transient response.gambar 3.9. Impulse response for various root location) Halaman 29

Untuk mengatasi persoalan pokok dalam sistem pengendalian, yaitu kinerja transient, steady state time yang pendek, steady state error nol dan sistem yang stabil maka kontrol engineer perlu memodelkan sistem pengaturan dan merancang controller dengan baik. Gambar 3.10. Modern feedback control system Sistem pengaturam yang advamced akan memperhitungkan gangguan dari luar dan bagaiman merancang controller yang dapat membawa sistem keseluruhan berkinerja baik dan tahan terhadap noise / gangguan (robust design). Gambar 3.11. Sistem pengaturan modern yang memperhitungkan disturbance dari luat. Halaman 30

Dengan berkembangnya teknologi komputer & VLSI maka applikasi komputer sebagai controller menjadi sangat membantu untuk mengatasi Persolan-persoalan dalam system pengendalian. Salah satu sistem piranti keras komputer yang dirancang untuk sistem otomasi dalam industri adalah PLC (Programmable Logic Control). Gambar 3.12. Sistem pengaturan modern yang menggunakan komputer sebagai controller. Halaman 31

Tabel 2.1 Faktor Gage untuk Bahan yang Berbeda Bahan Komposisi Faktor gage K Koefisien tahanan- temperatur C Mangan Cu 84, Mn 12, Ni 4 0,3 sampai 0,47 ± 0,01 × 10 -3 Constantan Cu 60, Ni 40 2,0 sampai 2,1 ± 0,03 × 10 -3 Nichrome Ni 80, Cr 20 2,1 sampai 2,3 1 × 10 -3 Nikel Murni -12,1 6,7 × 10 -3 Alloy 479 Pt 92, Wo 8 4 sampai 6 0,24 × 10 -3 Silikon -100 sampai + 200 Sumber : Element of Electrical and Electronic Instrumentation, Kurt S. Lion, hal 48

II.3 Sistem Kontrol

Sistem kontrol telah memegang peranan peranan yang sangat penting dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Sistem kontrol telah menjadi bagian yang penting dan terpadu dari proses – proses dalam pabrik dan industri modern. Misalnya, kontrol otomatis dalam kontrol numerik dari mesin alat-alat bantu di industri manufaktur. Selain itu sistem kontrol juga merupakan bagian yang penting dalam operasi industri seperti pengontrolan tekanan, suhu, kelembaban, viskositas, dan arus dalam industri proses.

II.3.1 Pengertian Sistem Kontrol

Sistem kontrol adalah suatu sistem yang terdiri dari beberapa komponen atau elemen pendukung yang digunakan untuk mengukur nilai dari variabel sistem yang dikontrol dan menerapkan variabel tersebut kedalam sistem untuk mengoreksi atau membatasi penyimpangan nilai yang diukur dari nilai yang dikehendaki.

II.3.2 Pengertian Sistem Kontrol Otomatis

Sistem kontrol otomatis adalah sistem kontrol umpan balik dengan acuan masukan atau keluaran yang dikehendaki dapat konstan atau berubah secara perlahan dengan berjalannya waktu dan tugas utamanya adalah menjaga keluaran sebenarnya berada pada nilai yang dikehendaki dengan adanya gangguan. Banyak contoh sistem kontrol otomatis, beberapa diantaranya adalah pengaturan otomatis tegangan pada “plant” daya listrik ditengah – tengah adanya variasi beban daya listrik dan kntrol otomatis tekanan, kekentalan dan suhu dari proses kimiawi.

II.3.3 Sistem Kontrol Rangkaian terbuka dan Rangkaian Tertutup

Sistem kontrol rangkaian terbuka open-loop control system merupakan sistem yang keluarannya tidak mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol. Dengan kata lain, sistem kontrol rangkaian terbuka keluarannya tidak dapat digunakan sebagai perbandingan umpan balik dengan masukan. Suatu contoh sederhana adalah mesin cuci. Perendaman, pencucian dan pembilasan dalam mesin cuci dilakukan atas basis waktu. Mesin ini tidak mengukur sinyal keluaran yaitu tingkat kebersihan kain. Setiap gangguan yang terjadi akan menimbulkan pengaruh yang tidak diinginkan pada outputnya, seperti terlihat pada gambar 2.16 dibawah ini. Input Output Proses Gambar 2.16 Diagram Blok Sistem Kontrol Rangkaian Terbuka Sistem kontrol rangkaian tertutup closed-loop control system merupakan sistem pengendalian dimana besaran keluaran memberikan efek terhadap besaran masukan sehingga besaran yang dikendalikan dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan melalui alat pencatat indikator atau rekorder. Perbedaan yang terjadi antara besaran yang dikendalikan dan penunjukkan pada alat pencatat digunakan sebagai koreksi, seperti terlihat pada gambar 2.17 dibawah ini. PROSES UMPAN BALIK INPUT OUTPUT + - Gambar 2.17 Diagram Blok Sistem Kontrol Rangkaian Tertutup Masing-masing dari sistem Kontrol baik itu loop terbuka maupun loop tertutup mempunyai kelebihan dan kelemahan yaitu : Kelebihan sistem loop terbuka adalah : 1. Konstruksinya sederhana dan perawatannya mudah. 2. Lebih murah daripada sistem kontrol loop tertutup. 3. Tidak ada persoalan kestabilan. 4. Cocok digunakan jika keluaran sulit diukur atau secara ekonomi tidak layak. sebagai contoh, mengusahakan suatu peralatan untuk mengukur kualitas keluaran pemanggang roti adalah cukup mahal. Kelemahan sistem kontrol loop terbuka adalah : 1. Gangguan dan perubahan kalibrasi akan menimbulkan kesalahan, sehingga keluaran mungkin berbeda dengan yang diinginkan. 2. Untuk menjaga kualitas yang diperlukan pada keluaran diperlukan kalibrasi ulang dari waktu ke waktu. 3. Dapat digunakan pada sistem jika terdapat gangguan yang tidak dapat diramalkan dan atau perubahan yang tidak dapat diramal pada komponen sistem. Sedangkan kelebihan sistem kontrol loop tertutup adalah : 1. Tidak memerlukan kalibrasi ulang dari waktu ke waktu. 2. Dapat digunakan untuk komponen-komponen yang relatif kurang teliti dan murah untuk mendapatkan pengontrolan “plant” yang teliti. 3. Dapat digunakan pada sistem jika terdapat gangguan yang tidak dapat diramalkan dan atau perubahan yang tidak dapat diramal pada komponen sistem. Kelemahan sistem kontrol loop tertutup adalah : 1. Kestabilan selalu merupakan persoalan utama karena cenderung terjadi kesalahan akibat koreksi berlebih yang dapat menimbulkan osilasi pada amplitudo konstan maupun berubah. 2. Harga lebih mahal daripada sistem kontrol loop terbuka.