Sistem Pengendalian Proses

1

Sistem Pengendalian Proses

Roni Heru Triyanto

2

Aplikasi Pengendalian disekitar kita

• Pengendalian Temperatur Setrika listrik, Rice cooker, AC

• Pengendalian Level level bak dengan pelampung

• Pengendalian Pressure Pompa otomatis ON

3

Sistem Pengendalian Proses

• Pengendalian loop terbuka (open loop) / pengendalian umpan maju (feedforward)

• Pengendalian loop tertutup (close loop)/ pengendalian umpan balik (feedback).

4

Pengendalian loop terbuka (open loop)

Kontroller Masukan Keluaran

Plant/ Proses

5

Sistem pengendalian loop terbuka

• Sistem pengendalian yang keluarannya tidak akan dapat mempengaruhi aksi dari pengendaliannya.

• Keluarannya tidak diukur atau diumpanbalikkan untuk dibandingkan dengan masukannya

• Kestabilan bukan merupakan persoalan utama • Sangat cocok untuk suatu sistem dengan

masukan yang telah diketahui dan tidak ada gangguan baik eksternal maupun internal

• Contoh: Ratio Control

6

Pengendalian loop tertutup (close loop)

Kontroller Masukan

Plant/ Proses

Keluaran

Elemen Ukur

7

Sistem pengendalian loop tertutup

• Merupakan sistem pengendalian yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengendaliannya.

• Aksi umpan balik digunakan untuk memperkecil kesalahan sistem.

• Kestabilan merupakan faktor utama karena cenderung ada kesalahan akibat koreksi berlebih yang dapat menimbulkan osilasi pada amplitudo konstan atau berubah

• Sangat cocok untuk sistem pengendalian yang mempunyai gangguan yang tidak dapat diramalkan

• Penggunaan umpan balik yang membuat respon relatif kurang peka terhadap gangguan eksternal dan perubahan internal pada parameter sistem.

8

Sistem pengendalian

• Hampir semua proses dalam dunia industri membutuhkan peralatan-peralatan otomatis untuk mengendalikan parameter-parameter prosesnya.

• Otomatisasi diperlukan demi kelancaran operasi, keamanan, ekonomi, dan mutu produk.

• Untuk membentuk otomatisasi tersebut diperlukan suatu sistem pengendalian proses.

• parameter yang biasanya dikendalikan harus dikendalikan adalah tekanan (pressure), aliran (flow), suhu (temperature), tinggi permukaan zat cair (level).

9

Pengendalian oleh Manusia/ Manual

Set Point

Ke Pabrik

10

• Pengendalian Manual Dioperasikan oleh manusia

• Digunakan pada proses-proses yang tidak banyak mengalami perubahan-perubahan beban (load) atau pada proses yang tidak kritis

• Sistem dapat menerima toleransi error yang mungkin terjadi pada pengendalian manual & Sistem mempunyai resiko yang kecil

• Pengendalian secara manual lebih murah dibanding dengan pengendalian otomatis

Pengendalian oleh Manusia/ Manual

11

Set Point

Ke PabrikKe Industri

1

2

3

4

1. Mengukur (PV)2. Membandingkan (error = PV – SV or SV - PV)3. Menghitung4. MengkoreksiPV = Process Variable, SV = Set Value/ Point

Pengendalian oleh Manusia/ Manual

12

Pengendalian Otomatis

Controller

Ke Pabrik

Transmitter

Control Valve

ke Industri4

2, 31

1. Mengukur (PV)2. Membandingkan (error = PV – SV or SV - PV)3. Menghitung4. MengkoreksiPV = Process Variable, SV = Set Value/ Point

13

Diagram Kotak Sistem Pengendalian Otomatis

Controller

Ke Pabrik

Transmitter

Control Valve

ke Industri4

2, 31

Control Unit

Sensing ElementTransmitter

ProcessControl Valve

Controller

Set Point

+

-

Error

Process Variable

ControlledVariable

14

Pengendalian Otomatis

• Prinsip pengendalian otomatis sama dengan pengendalian manual

• Langkah-Langkah Pengendalian: Mengukur membandingkanmenghitungmengkoreksi

• Pada pengendalian otomatis pengaturan semua dilakukan oleh alat-alat instrumentasi.

• Pada pengaturan otomatis manusia hanya melakukan pengaturan set point dan untuk yang lainnya dilakukan oleh sistem instrumentasi

15

Pengendali

• Pengendali On-Off (Diskret), Pengendali Analog/ Kontinu

• Pengendali Analog/ Kontinu +/- 90% menggunakan PID controller

• Pengendali PID melakukan: membandingkan + menghitung

16

Pengendali On-Off

Off

On

StatusPengendali

Process variable

17

• Pengendali On-Off hanya bekerja pada dua posisi, yaitu posisi On dan posisi Off. Kalau final control valve berupa control valve, kerja valve hanya terbuka penuh atau tertutup penuh

• pengendalian on-off dipakai di sistem pengendalian yang sederhana

• harganya yang relatif murah• Hasil pengendalian selalu timbul Osilasi

Pengendali On-Off

18

Pengendali Proporsional (P)

MV = Gc. e

dimana:• MV = Manipulated Variable (output)

• Gc = Gain

• e = error

Proportional Band (PB):

G c

error Output

19

Respon Pengendali Proportional

20

Bias pada Sistem Pengendalian Level

21

Bias

• Andaikan keadaan sistem pengendalian tersebut sangat ideal, dimana saat set point 50% dan measurement variable 50% error sama dengan nol

• Berdasarkan persamaan pengendali proporsional, pada saat error sama dengan nol output control unit proporsional juga sama dengan nol, kenyataannya terdapat nilai output

• Harga output pada saat error sama dengan NOL tersebut disebut sebagai Bias (B)

• Sehingga persamaan lengkap dari pengendali proporsional adalah sbb:

MV = Gc. e + B

22

Pengertian Offset

PB=200% (Gc=0,5), SV=PV=50%, Gp=1 dan bias=50%

23

Analisis Offset

Pengendali P terdapat error yang tidak dapat dihilangkan,

dan error tersebut disebut sebagai offset.

24

Pengendali Integral

• Melakukan integrasi error, sehingga selama terdapat error selalu melakukan perbaikan, sehingga pada akhirnya dapat menghilangkan Offset,

• Perbaikannya lambat dibandingkan dengan pengendali proportional

25

Pengendali Integral

26

Pengendali Proporsional + Integral

• Merupakan Gabungan pengendali proportional dan Integral

• Apabila ada perubahan setting (error step), maka pengendali proportional akan dapat merespon cepat, & pengendali integral digunakan untuk menghilangkan offset.

27

Pengendali Proporsional + Integral

28

Pengendali Diferensial (D)

• Keluaran Pengendali Diferensial/ Derivatif merupakan hasil perubahan error, sehingga apabila tidak ada perubahan nilai error outputnya = 0

• Pengendali Diferensial/ Derivatif tidak dapat digunakan sendiri

• Tidak bagus diaplikasikan pada sistem yang errornya berfluktuasi

29

Pengendali Diferensial

30

Pengendali Proporsional + Diferensial

31

Pengendali Proporsional + Integral + Diferensial

32

Kesimpulan Sistem Pengendalian • Pengendali Proporsional (P) menimbulkan offset• Pengendali Integral (I) melakukan perbaikan pengendalian

selama masih menimbulkan error menghilangkan offset, tetapi pengendali I ini tidak akan cepat merespon apabila terdapat error.

• Pengendali Proporsional + Integral (PI) gabungan Pengendali P dan I, yang saling menutupi kekurangan pada masing-masing pengendali merespon awal apabila ada error cepat karena pengendali P dan menghilangkan offset dari pengendali I.

• Pengendali Proporsional + Integral + Derivatif (PID) gabungan dari Pengendali P,I, dan D. Pengendali PID sangat cocok untuk sistem pengendalian proses yang membutuhkan energi yang besar untuk melakukan aksinya, seperti pengendalian temperatur. Dan tidak cocok untuk sistem pengendalian yang mempunyai fluktuasi perubahan error yang cepat, seperti pengendalian Flow.

33

TERIMA KASIH

34

Contoh Display Monitoring & Operation

35

Contoh Display Monitoring & Operation

36

Contoh Arsitektur SCADA