PENGENDALIAN KONTINYU
I. TUJUAN Mendemonstrasikan pengendalian secara kontinyu P, PI,
PD dan PID Mengubah setting variabel pada process controller
II. ALAT
Alat PC10 Trimtool Kabel penghubung 4 pasang Lampu indicator 24
VAC Stopwatch
III. DASAR TEORI
Berlainan dengan mode pengendali tidak kontinyu (on/off) yang
memberikan harga ouptut dalam keadaan terputus-putus dan tidak
halus : 0% 100% 0% secara berulang, maka mode pengendali kontinyu
memberikan harga output perubahan yang mulus pada setiap perubahan
beban (error).
Mode pengendali kontinyu pada dasarnya dibagi 3 jenis yaitu :a.
Mode Pengendali Proporsionalb. Mode Pengendali Integral c. Mode
Pengendali Derivatif
Pada aplikasinya, ketiga mode pengendali ini sering digabung
untuk meningkatkan hasil pengendalian dan mengurangi kekurangan
mode tunggal.
Mode ProporsionalMerupakan mode perbaikan dari pengendali dua
posisi (on/off) dimana terdapat hubungan garis lurus yang mulus
antara output dan error yang terjadi. Pada rentang error di dekat
setpoint, setiap harga error mempunyai hubungan linier yang
mencakup output pengendalian dari 0% - 100% yang disebut pita
proporsional ( Proportional Band ).Persamaan yang digunakan adalah
:P = Kp.Ep + Popb = 100/KpDimana :P = output pengendaliKp =
konstanta proporsional antara error dan output pengendaliEp = error
persen skala penuhPo = output pada saat tak terdapat error100%
50%0%%PPb kecilPB besarKp2Kp1SP
Gambar Hubungan % power output terhadap Proporsional
BandKelemahan dari mode proporsional apabila digunakan tunggal
adalah kecenderungan pengendali untuk mengalami offset, yaitu error
residu di sekitar daerah setpoint. Pada keadaan ini controller
(pengendali) mengalami gangguan tidak dapat memberikan output yang
seharusnya, pengendali hanya memberikan output yang sama walau
error bertambah.
Mode IntegralSedangkan mode pengendali integral disebut juga
mode reset karena pengendali bergerak dengan cepat mengembalikan
beban kembali ke error nol (setpoint). Persamaannya dapat ditulis
sebagai berikut :dP/dt = Ki.Epdimana:dP/dt= laju perubahan output
pengendali (% / s)Ki= konstanta integral (% /s / %)1/Ki = waktu
integral (s)Dengan persamaan untuk output pengendali, P = KiPada
aplikasinya output controller akan menggerakkan elemen control
akhir dengan cepat dan memeperkecil error, kemudian elemen control
akhir akan memperlambat gerakan dan sistem kemudian membawa error
ke nol (re-set). Apabila terdapat process lag yang besar, error
akan berosilasi di daerah nol dan menyebabkan sikling yang akan
membuat controller jenuh. Mode integral tidak digunakan secara
tunggal melainkan digabung dengan mode proporsional atau gabungan
ketiganya.
Mode DerivatifPada mode derivatif, output dari controller
tergantung pada laju perubahan error. Mode ini sering disebut juga
mode antisipasi atau mode laju. Kelemahan mode ini adalah tidak
digunakan secara tunggal karena ketika error = nol atau error =
konstan, maka output dari controller akan jenuh dan tak dapat
memberikan output yang sesuai.Mode derivatif memperbaiki /
mempercepat respon terhadap sistem control dan memberikan efek
menstabilkan proses. Respon terhaadap laju perubahan menghasilkan
koreksi yang berarti sebelum error semakin besar (antisipasi error)
terutama untuk sistem control yang perubahan bebannya terjadi
secara tiba tiba, karena mode melawan perubahan perubahan yang
terjadi dalam output controller sehingga efeknya menstabilkan loop
tertutup dan meredam osilasi yang terjadi, persamaanya dapat
ditulis sebagai berikuta :P Kd.(dEp/dt) + PoDimana :Kd= konstanta
derivatif (% / s / %)dEp/dt= laju perubahan error (% / s)
Mode GabunganMode gabungan adalah mode pengendali yang
menggabungkan mode proporsional dengan mode integral dan mode
derivatif (PI, PD, maupun PID). Penggabungan ini mengurangi offset
dan memberikan harga keluaran baru saat terjadi offset, mestabilkan
sistem dan mencegah error konstan. Penggabungan ini akan
menghasilkan pengendalian yang sempurna.
IV. LANGKAH KERJA
1. Pengendalian Proporsional Sebanding Waktua. Menghidupkan alat
PC10 dengan baik dan lakukan kalibrasi manual output terhadap
voltmeter dan process controller (PC10 1). Memasang lampu indikator
24 VAC di soket 24 VAC.b. Mengubah pengaturan pada tabel setting di
layar process controller seperti berikut :Pengaturan
ControllerKodeNilaiSatuan
Set Point-50%
Proportionel BandProP20%
Integral TimeInt0Menit
Derivatif TimedEr0Detik
Waktu Siklus (cycle time)CY-t10Detik
Batas Daya (Power Limit)Pr-L100%
Batas Set Point (Set Point Limit)SP-L100%
Rentang (Range)CS-1 0 5 8-
Aksi control (control action)CS-2 D - --
Kalibrasi :
SpanSPAn100% pada 20 mA
ZeroZErO0% pada 4 mA
c. Melakukan penghilangan offfset awal ; memutar tombol manual
output 4 20 mA searah jarum jam hingga tampilan dilayar variabel
proses 50% 12 mA. Menekan tomnol F 1x kemudian menekan tombol
manual (bergambar tangan) hingga lampu tanda manual nyala
menunjukkan pengendali dalam kondisi manual. Atur power output ke
harga 50% dengan menekan tombol digit dan kemudian menekan tombol F
kembali untuk mengaktifkan mode otomatis.d. Memutar tombol manual 4
20 mA berlawanan arah jarum jam ke 4 mA, pembacaan di layar
variabel proses akan 0%, menekan tombol F 1x, mencatat harga power
output di layar digit. Mengamati lampu indikator semestinya hidup.
(Pr semestinya 100%, lampu hidup karena CS2 pada posisi reverse,
terbalik).e. Menaikkan input dengan memutar tombol manual searah
jarum jam ke 10% pada tampilan di layar variabel proses. Menekan F
dan mencatat harga power output. Hati hati memutar tombol manual,
perlahan kekanan, jangan mengulang kekiri karena akan dapat
menyebabkan terjadinya offset. Apabila terjadi offset, ulangi
prosedur penghilangan offset.f. Mengulangi langkah 4 hingga input
100%. Tabulasikan data.g. Mengubah harga CY-t pada tabel setting
menjadi 20 detik, mengamati waktu hidup dan mati lampu untuk setiap
rentang 20% dari 0 100%. Tabulasikan data.h. Mengubah CS-2 menjadi
d-, mengulangi langkah 7. Tabulasikan data.i. Mengubah power limit
(PrL) menjadi 50% dan 40%. Mengamati keadaan lampu dan harga Pr.j.
Mengubah set point limit (SpL) menjadi 50% dan 40%. Mengamati
keadaan lampu dan harga Pr.
2. Proporsional (Penentuan Konstanta Proprosional)a. Melakukan
pengesetan awal pada harga controller setting sama seperti pada
percobaan 1, dengan ProP 20% (lihat tabel setting diatas).
Menghilangkan offset.b. Melakukan pengambilan data % power output
dengan menekan tombol F 1x untuk setiap kenaikan 10% dari tombol
manual output hingga maksimum 100%. Tabelkan data.c. Mengubah Prop
menjadi 10% dan mengulangi langkah 2 untuk rentang 5% dari tombol
manual output.d. Mengubah ProP menjadi 12,5%, mengulangi langkah
3.e. Menggambarkan grafik konstanta Proporsional, dan mengamati
dari grafik bagaimana respon power output untuk perubahan input
dari manual output.
V. DATA PENGAMATAN
1. Pengendalian Proporsional Sebanding WaktuPercobaan 1 Aksi
Control (CS-2)= Reverse Waktu Siklus(CY-t)= 10 detik
Power (%) inputPower (%) outputLampu (detik)
OffOn
0100-Fully
9,6950,548,82
20,0851,877,67
29,9722,476,93
40,1613,655,89
50504,684,72
60,0395,813,64
70,2286,982,59
80,5157,741,53
90,068,960,49
94,519,230,13
Percobaan 2 Aksi Control (CS-2)= Reverse Waktu Siklus(CY-t)= 20
detik
Power (%) inputPower (%) outputLampu (detik)
OffOn
0100-Fully
10950,9418,50
20,3842,9216,47
30,6725,4013,90
41,1607,4711,79
50,0509,419,81
59,74011,757,60
70,12813,725,45
80,01516,063,06
90,4618,051,03
94,0219,210,18
Percobaan 3 Aksi control (CS-2) = Direct Waktu siklus (CY-t)= 20
detik
Power (%) inputPower (%) outputLampu (detik)
OffOn
00Fully-
11,2618,180,76
20,11516,612,74
30,02714,265,13
40,33811,837,43
50499,729,49
60,3617,6511,70
70,1725,4013,95
80,3843,0116,38
90,2940,9418,41
93,7970,1819,26
Percobaan 4 Aksi Control (CS-2)= Direct Waktu Sikus (CY-t)= 10
detik
Power (%) inputPower (%) outputLampu (detik)
OffOn
00Fully-
10,559,180,27
20158,871,21
29,9276,982,47
40,5395,803,60
50,6504,774,54
59,9603,785,67
70,4722,706,70
79,9841,308,15
90940,408,96
93,3970,229,18
Percobaan 5 Aksi Control= Reverse Waktu Siklus= 10 detik Power
Limit= 50 % Span= 100
Power (%) inputPower (%) outputLampu (detik)
offOn
0504,684,72
10,1504,724,59
20,1504,374,99
29,9504,594,81
40,2504,734,63
50504,684,72
60,2385,813,64
70,1276,932,56
80,5158,501,44
90,559,000,40
93,529,320,13
Percobaan 6 Aksi Control= Reverse Waktu Siklus= 10 detik Power
Limit= 40 % Span= 100
Power (%) inputPower (%) outputLampu (detik)
offOn
0405,713,69
10,2405,623,65
20,0405,803,42
30.5405,723,73
40,2405,623,87
50,0405,803,60
59,9296,752,74
70,4177,781,62
80,559,130,36
90,90Fully-
93,30Fully-
Percobaan 7 Aksi Control= Reverse Waktu Siklus= 10 detik Power
Limit= 100 % Set Point Limit= 50%
Power (%) inputPower (%) outputLampu (detik)
offOn
0100-Fully
10,5940,408,59
20,0841,448,01
30,2722,566,75
40,2613,605,76
49,9504,644,63
60,4385,893,51
70276,882,43
80,2158,151,21
90,069,090,36
93,329,310,18
Percobaan 8 Aksi Control= Reverse Waktu Siklus= 10 detik Power
Limit= 100 % Set Point Limit= 40%
Power (%) inputPower (%) outputLampu (detik)
offOn
0100-Fully
10,1950,368,95
20,0851,268,10
30,2722,436,97
40,5613,655,85
50,2504,614,74
60,1395,274,19
70286,922,71
80,4157,451,61
9068,940,51
93,229,390,36
2. Proporsional ( Penentuan Konstanta Proporsional )
ProP 20%, rentang 10
Power (%) inputP0wer (%) output
0100
9,994
20,184
30,672
40,261
50,349
61,138
70,027
80,215
90,65
93,42
Prop 12.5%, rentang 5 Power (%) inputPower (%) output
0100
5,2100
9,9100
15,1100
19,8100
25,094
29,985
35,574
40,666
4559
50,649
5541
59,933
65,225
70,115
75,45
80,20
85,50
90,40
93,40
Prop 10%, rentang 5
Power (%) inputPower (%) output
0100
5,2100
9,9100
15,5100
20,4100
25,0100
30,294
35,484
40,272
45,360
5050
55,638
59,928
65,813
70,15
75,00
80,10
84,90
90,10
93,40
VI. GRAFIK
VII. PERHITUNGAN
Untuk mencari nilai konstanta proporsional didapatkan dari
grafik, sebagai berikut :
1. Kp 1 pada Prop 20%
Diketahui: (data grafik) a = 94-38 = 56 ab c = 60-30 = 30
Ditanya : b ? cJawab : b2 = a2 + c2 b2 = 562 + 302 b2 = 3136 + 900
b = b = 63.53 Jadi, Kp 1 pada Prop 20% adalah 63.53 %
2. Kp 2 pada Prop 10%
Diketahui: (data grafik) a = 50-2 = 48 c = 93-50 = 43 a b
Ditanya : b ? cJawab : b2 = a2 + c2 b2 = 482 + 432 b2 = 2304 + 1849
b = b = 64.44 Jadi, Kp 2 pada Prop 10% adalah 64.44 %
VIII. ANALISA DATA
Pada percobaan yang dilakukan yaitu pengendalian kontinyu dapat
di analisa pada pengendalian proporsional dengan sebanding waktu
dan proporsional (penentuan konstanta proporsional).dimana saat
percobaan pengendalian proporsional dengan sebanding waktu
melakukan perbandingan pada Cy-t = 10 detik dan Cy-t = 20 detik
serta melihat dengan aksi reserve dan direct. Pada Cy-t (siklus
time ) nilai 10 detik dengan aksi R dilakukan pengamatan terhadap
nilai power output dan keadaan lama lampu ON/OFF. Dari percobaan
dapat dilihat bahwa ketika power input dinaikkan dari 0-100% dengan
setiap kenaikan 10% dalam keadaan r (reverse) adalah semakin
meningkat power input maka power output semakin menurun karena
dalam keadaan ini aksi kontrol yang dipakai adalah aksi kontrol
kebalikan yakni aksi yang mana jika power input = 0 maka power
output = 100 % , dan pada 0 % lampu menjadi fully on. Namun ketika
cy-t diganti harganya menjadi 20 detik, aksi yang digunakan tetap
aksi r (reverse), hasil yang didapat tetap sama tetapi waktu hidup
dan mati lebih lama dibandingkan Cy-t dengan nilai 10 detik.
Sedangkan pada percobaan yang sama tetapi dengan aksi kontrol yang
dibedakan adalah aksi D ( direct ) dan cy-t 20 detik dan 10 detik.
Dapat dilihat bahwa pada data terhadap power output dan keadaan
lama lampu on dan off ketika power input dinaikkan dari 0 - 100 %
dengan setiap kenaikkan 10 % adalah semakin meningkat power input
maka power output pun semakin meningkat. Seharusnya nilai power
input dan power output adalah sama dalam keadaan ini hal ini
terjadi karena aksi kontrol yang digunakan adalah aksi d, dimana
aksi ini adalah aksi yang jika power input = 0 maka power output =
0. Pada 0 % lampu fully off, sedangkan 100 % lampu fully on. Pada
keadaan lampu dengan aksi D ini terbalik dengan percobaan aksi R.
Pada percobaan ini lampu on pada awalnya lebih sebentar dari pada
lampu off. Namun semakin dinaikkan power input lampu on akan
semakin lama menyala dan lampu off akan semakin sebentar
matinya.Selanjutunya melakukan percobaan pada dengan memvariasikan
power limit dan set point limit dengan harga 50% dan 40%. Pada Pada
percobaan Pr-L 50 dengan cy-t 10 , power input yang dimasukkan
dimulai dari nol sampai 100, akan tetapi hanya sampi input 93 .
ketika power input dari 0-50 % dimasukkan, harga power output yang
keluar tetap stabil pada 50 %. Sedangkan setelah melebihi power
limit, power output % angkanya tidak lagi 50 % dan angkanya menjadi
menurun. Hal ini terjadi karena karena sudah melebihi set point ,
harga power outputnya semakin menurun. Power limit mempengaruhi
power output.Begitu pula dengan percobaan selanjutnya, dengan
mengganti Pr-L 40, power input dimasukkan mulai dari 0 % - 100 %.
Pada keadaan power input dari 0 % - 50 %, harga power output pada
display stabil pada 40 %. Namun ketika melebihi power limit yakni
ketika range 60 93 % , harga power output pada display tidak lagi
stabil di 50 % karena sudah melebihi set point , harga power
outputnya semakin menurun. Power limit mempengaruhi power output.
Percobaan selanjutnya yaitu masih dengan proporsional sebanding
waktu dengan variasi SP-L 50% dan 40%. Sebelum melakukan percobaan
ini dilakukan terlebih dahulu mode proporsional dengan penghilangan
offset ( sisa error ) , dengan cara memutar tombol manual output
hingga tampilan layar variabel proses = 50% , menekan tombol F 1x
kemudian menekan tombol manual dan yang terakhir adalah mengatur
power output ke harga 50% dengan tombol digit. Penghilangan offset
atau error guna mendapatkan nilai akurat dari instrument. Setelah
penghilangan offset selesai kemudian melanjutkan ke mode
proporsional dengan mengatur sP-L 50 dan Sp-L 40 . Set power limit
mempengaruhi terhadap Power output. Pada percobaan untuk Pr-L dan
Sp-L , aksi yang digunakan adalah aksi reserve, sedangkan pada aksi
direct tidak dilakukan pada percobaan karna keterbatasan waktu.
Pada percobaan Pr-L dan Sp-L dengan aksi direct itu, apabila power
input yang dimasukkan dimulai dari nol sampai 100, harga power
output yang keluar berubah-ubah atau tidak stabil dari 0 %, 6%,15%,
27%, dan 38%, namun setelah melebihi setpoint 50% power output %
akan stabil pada 50 %. Hal ini terjadi karena aksi direct dan aksi
reserve itu kebalikan. Pada aksi reserve, input akan berbanding
terbalik dengan output. Sedangkan pada aksi direct input akan
berbanding lurus dengan output.Pada percobaan penentuan
proporsional kontinyu dengan set ProP 20 , 12,5 dan 10 digunakan
Int dEr 0. Dari data dapat dilihat perbedaannya setiap masing
masing harga ProP yang dimasukkan , ini menandakan bahwa ProP
mempengaruhi harga output yang terbaca . Harga Prop = 20
menghasilkan grafik dengan penurunan output sampai akhir. Sedangkan
pada ProP =12,5 dan 10 pada awalnya tetap konstan di 100 dan lalu
turun, pada akhirnya konstan di nol sebelum sampai manual input
power input diputar ke 100 kembali. Grafik yang dibuat menunjukkan
penurunan harga , dengan awalnya konstan pada 100 lalu menurun
setelah melewati set point dan sampai pada akhirnya konstan di nol.
Sehingga dari grafik dapat dilihat nilai Kp pada Prop band yang
besar (Prop=20) dan Prop band yang kecil (Prop=10), bahwa semakin
besar prop, semakin kecil nilai % output yang dikeluarkan. Pada
mode ini, pengendali tetap memberikan output yang sama walau error
bertambah, karna mode ini merupakn mode perbaikan dari pengendali
dua posisi (on/off).
IX. KESIMPULAN Dari percobaaan pengendalian kontinyu yang
dilakukan maka disimpulkan bahwa:1. Cy-t ( waktu siklus ) adalah
jumlah waktu on dan off dalam sekali siklus.2. Power limit
mempengaruhi power output sampai set point yang dimasukkan.3. Set
power limit mempengaruhi output yang dihasilkan .4. Semakin besar %
Sp-L maka semakin banyak angka konstan pada power output. 5.
Semakin kecil nilai ProP nya , maka semakin banyak nilai konstan
yang muncul pada power output . 6. Mode pengendali kontinyu
memberikan harga output perubahan yang mulus pada setiap perubahan
beban ( error ).
X. DAFTAR PUSTAKA
Jobsheet. 2015. Penuntun Praktikum Pengendalian Proses.
Politeknik Negeri Sriwijaya. PalembangYudha Leo, 2013. Online
(http://leoyuda.blogspot.com/2013/05/pengendalian-temperatur-pc13.html,
diakses pada tanggal 10 April 2015)
XI. GAMBAR ALAT
TrimToolKabel Penghubung
Lampu Indikator Process Controller
PC 10 3Page 17