Laporan Praktikum Sistem Kontrol 3232x

LAPORAN PRAKTIKUM SISTEM KONTROL Pengendali On-Of Disusun Oleh : Miftahul Barkah 141724015

PROGRAM D-4 STUDI TEKNOLOGI PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK

JURUSAN TEKNIK ENERGI

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2015

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 (T), tekanan (P), laju alir (F) tinggi permukaan cairan (L), komposisi, pH, dan lain sebagainya. Peranan pengendalian proses pada dasarnya adalah mencapai tujuan proses agar berjalan sesuai dengan apa yang diinginkan. Ketinggian suatu cairan merupakan salah satu hal yang harus dikendalikan dalam suatu industry kimia. Apabila ketinggian cairan tidak dikendalikan maka proses dalam industry akan terganggu. Jika ketinggian cairan melebihi ketinggian yang diinginkan maka akan terjadi overflow 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. Jenis-jenis variabel yang berperan dalam sistem pengendalian, yaitu: 1) Process Variable (PV) adalah besaran fisik atau kimia yang menunjukkan keadaan sistem proses yang dikendalikan agar nilainya tetap atau berubah mengikuti alur tertentu (variable terkendali). 2) Manipulated Variable (MV) adalah variable yang digunakan untuk melakukan koreksi atau mengendalikan PV (variable pengendali). 3) Set Point (SP) adalah nilai variable proses yang diinginkan (nilai acuan). 4) Gangguan (w) adalah variable masukan yang mampu mempengaruhi nilai PV tetapi tidak digunakan untuk mengendalikan. 5) Variable Keluaran Tak Dikendalikan adalah variable 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. Seluruh komponen yang terlibat dalam pengendalian proses disebut sistem pengendalian atau sistem control. Langkah-langkah sistem pengendalian proses adalah sebagai berikut: 1) Mengukur Tahap pertama dari langkah pengendalian adalah mengukur atau mengamati nilai variable proses.

2) Membandingkan Hasil pengukuran atau pengamatan variable proses (nilai terukur) dibandingkan dengan nilai acuan (set point). 3) Mengevaluasi Perbedaan antara nilai terukur dan nilai acuan dievaluasi untuk menentukan langkah atau cara melakukan koreksi atas perbedaan itu. 4) Mengoreksi Tahap ini bertugas melakukan koreksi variable 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: 1) Unit proses. 2) Unit pengukuran. Bagian ini bertugas mengubah nilai variable proses yang berupa besaran fisik atau kimia menjadi sinyal standar (sinyal pneumatic dan sinyal listrik). Unit pengukuran ini terdiri atas: a. Sensor: elemen perasa (sensing element) yang langsung “merasakan” variable proses. Sensor merupakan bagian paling ujung dari sistem/unit pengukuran dalam sistem pengendalian. Contoh dari elemen perasa yang banyak dipakai adalah thermocouple, orificemeter, venturimeter, sensor elektromagnetik, dll. b. Transmitter atau tranducer: bagian yang menghitung variable proses dan mengubah sinyal dari sensor menjadi sinyal standar atau menghasilkan sinyal proporsional, seperti: DC voltage 0-5 volt DC current 4-20 mA Pressure 3-15 psi c. Unit pengendali atau controller atau regulator yang bertugas membandingkan, mengevaluasi dan mengirimkan sinyal ke unit kendali akhir. Hasil evalusi berupa sinyal kendali yang dikirim ke unit kendali akhir. Sinyal 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 variable berupa sinyal. Sinyal 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 variable termanipulasi. Unit kendali akhir ini terdiri atas: i. Actuator atau servo motor: elemen power atau penggerak elemen kendali akhir. Elemen ini menerima sinyal yang dihasilkan oleh controller dan mengubahnya ke dalam action proporsional ke sinyal penerima.

ii.

Elemen kendali akhir atau final control element: bagian akhir dari sistem pengendalian yang berfungsi untuk mengubah measurement variable dengan cara memanipulasi besarnya manipulated variable yang diperintahkan oleh controller. Contoh paling umum dari elemen kendali akhir adalah control valve (katup kendali).

Pengendali On – Off Pengendali yang paling dasar adalah mode on-off atau sering disebut metode dua posisi. Jenis 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. Keluaran pengendali hanya memiliki dua kemungkinan nilai, yaitu nilai maksimum (100%) dan nilai minimum (0%). Sebagai contoh adalah pengendali temperature ruangan dengan memakai AC, setrika listrik menggunakan saklar temperature.

output u2 0 e1e2

input

u1

Gambar 1.1. Proses pengendali dua posisi Respon Pengendali :  Hanya memiliki dua nilai keluaran, maksimum (100%) atau minimum (0%).  Selalu terjadi cycling (perubahan periodic pada nilai PV)  Cocok dipakai untuk respon PV yang lambat  Tidak cocok jika terdapat waktu mati.

Gambar 1.2. Diagram blok pengendali dua posisi

Aksi kontrol ON-OFF ditunjukkan pada persamaan berikut:

Gambar 1.3. Diagram blok pengendali dua posisi Persamaan diatas memiliki nilai U1 dan U2 yang konstan. Nilai minimum U2 dapat sebesar nol atau – U1. Pada sistem kontrol ikal tertutup (close loop), sinyal e(t) merupakan sinyal kesalahan aktuasi (error) sebesar selisih antara sinyal input dengan sinyal umpan balik 1.3.

PROSEDUR PERCOBAAN 1. Membuka file simulasi sistem pengendalian proses dengan menggunakan Software Simulink-Matlab untuk pengendali On-Off . 2. Amati setiap parameter pada rangkaian berikut

Gambar 2.1. Rangkaian simulasi pengendali On – Off

3. Lakukan simulasi dengan konfigurasi seperti berikut pada Set Point sebesar 50 dan 25 Dead Dead Posisi Saklar Band Time On-Off dengan dead time 0 0.1 Bawah On-Off dengan dead time 0 0.2 Bawah On-Off dengan dead band 1 0 Atas On-Off dengan dead band 2 0 Atas On-Off dengan dead band & dead time 1 0.1 Bawah On-Off dengan dead band & dead time 2 0.2 Bawah Tabel 2.1. Konfigurasi simulasi pengendali On – Off Percobaan

1 2 3 4 5 6

4. Amati fluktuasi proses dan duty cycle pengendali dari setiap percobaan melalui hasil simulasi.

1.4.

HASIL PERCOBAAN

Percobaan Ke-

Set Point

Max PV

Min PV

Interval On

Interval Of

1

50

50.48

49.55

0.20

0.20

2 3 4 5 6

Percobaan Ke-

50.97 50.50 51.00 50.92 51.89

49.01 49.50 49.00 49.05 48.11

0.35 0.20 0.40 0.38 0.79

0.39 0.20 0.40 0.38 0.78

Set Point

Max PV

Min PV

Interval On

Interval Of

25

25.56 26.52 25.50 26.00 26.22 27.41

24.56 24.51 24.50 24.00 24.26 23.53

0.39 0.75 0.40 0.80 0.79 1.56

0.12 0.27 0.12 0.27 0.22 0.53

1 2 3 4 5 6

Tabel 2.2. Hasil simulasi pengendali on – off 1.5.

ANALISIS A. Analisis pengaruh perubahan dead time terhadap fluktuasi proses & duty cycle pengendali ( percobaan 1 & 2 )

Percobaa n

SP

Dead Time

Max PV

Min PV

On Interval

Of Interval

1 2

50 50

0.1 0.2

50.48 50.97

49.55 49.01

0.20 0.35

0.20 0.39

1 2

25 25

0.1 0.2

25.56 26.52

24.56 24.51

0.39 0.75

0.12 0.27

Tabel 2.3 Perbandingan pengaruh dead time pada proses Dari perbandingan percobaan 1 dan 2 didapat hasil bahwa dead time sangat berpengaruh terhadap fluktuasi proses dan duty cycle pengendali. Dapat dilihat bahwa kenaikan nilai dead time menyebabkan proses semakin tidak stabil ( fluktuatif ), bertambahnya waktu imterval 0n dan off yang semakin lama sebagai contoh pada dead time 0.2 dan set point 25 waktu on lebih lama dibandingkan waktu off. Selain itu penurunan set point juga mengubah interval waktu on dan off tidak seimbang atau tidak sama. Untuk nilai fluktuasi proses maupun nilai duty cycle, pada set point 50 ketika dead time 0.1 (percobaan-1), nilai fluktuasi proses bernilai 0.48 dan 0,5. Akan tetapi, ketika dead time 0.2, maka nilai fluktuasi prosesnya ikut naik juga, yaitu 0.97 dan 0,99. Karena memiliki jeda waktu yang relatif lebih lama dari percobaan 1, maka pada percobaan 2 akan mengakibatkan nilai duty

cycle maupun fluktuasi prosesnya ikut naik juga. Besar kecilnya fluktuasi proses ditentukan oleh titik dimana controller “on dan titik dimana controller “off”.

B. Analisis pengaruh perubahan dead band terhadap fluktuasi proses & duty cycle pengendali ( percobaan 3 & 4 ) Percobaa n

SP

Dead Band

Max PV

Min PV

On Interval

Of Interval

3 4

50 50

1 2

50.50 51.00

49.50 49.00

0.20 0.40

0.20 0.40

3 4

25 25

1 2

25.50 26.00

24.50 24.00

0.40 0.80

0.14 0.27

Tabel 2.4 Perbandingan pengaruh dead band pada proses

Dari perbandingan percobaan 3 dan 4 nilai fluktuasi dan duty cycle cenderung konstan. Nilai fluktuasi dan duty cycle ini konstan dikarenakan nilai dead time yang 0. Sedangkan kenaikan nilai dead band berpengaruh terhadap waktu interval untuk on dan off, pengaruhnya adalah memperlama waktu interval untuk on dan off. Penurunan set point berpengaruh terhadap ke seimbangan interval on dan off, pada set point 50 nilai on dan off sama sedangkan pada set point 25 nilai on dan off nya berbeda, interval on lebih lama dari interval off. Nilai dead band berbanding lurus dengan waktu interval. Semakin besar nilai dead band maka semakin lama interval on dan off nya, sebaliknya semakin kecil nilai dead band maka semakin cepat waktu interval on dan off nya.

C. Bandingkan hasil percobaan 1 & 3 dengan percobaan 5 SP

Dead Band

Dead Time

Max PV

1 3 5

50 50 50

0 1 1

0.1 0 0.1

1 3 5

25 25 25

0 1 1

0.1 0 0.1

Percoba an

Min PV

On Interv al

Of Interv al

50.48 50.50 50.92

49.55 49.50 49.05

0.20 0.20 0.38

0.20 0.20 0.39

25.56 25.50 26.22

24.56 24.50 24.26

0.39 0.40 0.79

0.12 0.12 0.22

Tabel 2.5 Perbandingan pengaruh dead band dan dead time pada proses

Dari perbandingan hasil percobaan 1&3 dengan percobaan 5 saya melihat bahwa 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 max PV dan min Pv bertambah hampir dua kalinya dari nilai proses yang hanya menggunakan nilai dead band atau dead time saja.

D. Bandingkan hasil percobaan 2 & 4 dengan percobaan 6 SP

Dead Band

Dead Time

Max PV

2 4 6

50 50 50

0 2 2

0.2 0 0.2

2 4 6

25 25 25

0 2 2

0.2 0 0.2

Percoba an

Min PV

On Interva l

Of Interv al

50.97 51.00 51.89

49.01 49.00 48.11

0.35 0.40 0.79

0.39 0.40 0.78

26.52 26.00 27.41

24.51 24.00 23.53

0.75 0.80 1.56

0.27 0.27 0.53

Tabel 2.6 Perbandingan pengaruh dead band dan dead time pada proses Dari table diatas saya menganalisa bahwa table diatas hampir sama dengan tabel 2.5 bahwa 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 max PV dan min PV semakin besar. Selain itu interval waktu on-off lebih panjang durasinya dibandingkan dengan proses yang hanya memiliki nilai dead band atau dead time saja. Nilai dead time dan dead band berbanding lurus dengan selisih max PV dan min PV, artinya semakin besar nilai dead time dan dead band nya maka semakin besar pula selisih max PV dan min PV. Selain itu kenaikan nilai dead time dan dead band juga memperlama durasi waktu on-off proses.

1.6.

GAMBAR HASIL SIMULASI

1.7.

Set Point,

Process Variable,

Error,

Manipulated Variable

Set Point,

Process Variable,

Error,

Manipulated Variabel

KESIMPULAN

1. Pengendali On-Off hanya memiliki dua keadaan yaitu keadaan “On” atau keadaan “Of”.

2. 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.

3. Pemberian dead time saja akan menghasilkan perubahan duty cycle dan fluktuasi proses yang tidak konstan. 4. Perubahan setpoint menyebabkan interval waktu on dan off tidak seimbang, interval off menjadi lebih lama.

1.8.

DAFTAR PUSTAKA

Gunterus, Frans. 1997. Falsafah Dasar: Sistem Pengendalian Proses. Jakarta. PT.Elex Media Komputindo.