8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
1/22
SISTEM PENGENDALIAN PROSES
Disusun oleh: Roni Heru Triyanto
Ada bermacam-macam sistem pengendalian yang ada disekitar kita, termasuk
dalam tubuh kita. Temperatur tubuh, keseimbangan kimiawi, tanggapan pancaindra,
dan gerakan yang ada pada tubuh manusia semuanya dibawah pengendalian otomatis
biologis yang sangat kompleks. Hal serupa juga terdapat dalam industri-industri,
yang banyak dan hampir selalu menggunakan sistem pengendalian untuk mengatur
proses yang yang berjalan pada industri tersebut. Dan dalam aplikasinya sistem
pengendalian sebenarnya tidak terbatas pada industri saja, tetapi banyak bidang-
bidang lain yang menggunakannya, seperti pada kedokteran, aeronotika, kimia,
lingkunagn, sipil, listrik dan sebagainya. Tetapi dari semua bidang aplikasi tersebut
semuanya bertujuan sama, yaitu membentuk suatu sistem pengendalian terhadap
proses yang ada untuk dapat mencapai keluaran/ output sesuai yang dikehendaki.
Dan dalam tulisan ini akan ditekankan pada suatu sistem pengendalian yang
diperuntukkan pada suatu industri khususnya dalam industri migas.
Secara umum sistem pengendalian terbagi menjadi dua, yaitu sistem
pengendalian loop terbuka open loop! atau sering juga disebut sebagai sistem
pengendalian umpan maju "eed"orward! dan loop tertutup close loop! atau sering
disebut pengendalian umpan balik "eedback!.
Sistem pengendalian loop terbuka adalah sistem pengendalian yang
keluarannya tidak akan dapat mempengaruhi aksi dari pengendaliannya. #adi pada
sistem pengendalian loop terbuka keluarannya tidak diukur atau diumpanbalikkan
untuk dibandingkan dengan masukannya. Dan gambaran dari sistem pengendalianloop terbuka dapat dilihat pada $b.%.
$b.%. Sistem &engendalian 'oop terbuka
% 31813!8"#o$
(ontroller)asukan
&lant/ &roses(eluaran
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
2/22
Sebagai contoh adalah pada proses pencucian dengan mesin cuci, biasanya
perendaman, pencucian, dan pembilasan pada mesin cuci dioperasikan berdasarkan
waktu, dan mesin cuci tidak mengukur signal keluaran, misalnya berupa kebersihan
dari pakaian setelah dicuci. #adi pada sistem ini keluaran tidak dibandingkan dengan
masukan acuan, sehingga untuk setiap masukan acuan terdapat kondisi operasi yang
tetap. *leh karena itu ketelitian sistem bergantung pada kalibrasinya. Dan pada
sistem pengendalian dengan loop terbuka harus dikalibrasi dengan hati-hati dan
harus menjaga kalibrasi tersebut agar dapat diman"aatkan dengan baik. Dan pada
sistem ini, apabila terdapat gangguan disturbance!, maka sistem akan tidak dapat
bekerja seperti yang diinginkan. Dan aplikasi yang paling baik dari sistem pengendalian loop terbuka adalah apabila antara input dan output diketahui dan tidak
terdapat gangguan internal maupun eksternal.
Sistem pengendalian loop tertutup adalah sistem pengendalian yang sinyal
keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengendaliannya. #adi sistem
pengendalian loop tertutup merupakan sistem pengendalian berumpan balik. &ada
sistem pengendalian loop tertutup ini terdapat signal kesalahan penggerak, yang
merupakan selisih antara signal masukan dan signal umpan balik yang berupa signal
keluaran dari proses yang dikendalikan! yang diumpankan ke untuk memperkecil
kesalahan dan membuat harga keluaran akan mendekati dengan harga yang
diinginkan. Atau dengan kata lain, pada aksi umpan balik digunakan untuk
memperkecil kesalahan sistem. $ambar skematis dari sistem pengendalian loop
tertutup dapat dilihat pada $b.+.
$b.+. Sistem &engendalian 'oop Tertutup.
+ 31813!8"#o$
(ontroller
)asukan
&lant/ &roses
(eluaran
lemen kur
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
3/22
Dari pengungkapan mengenai dua sistem pengendalian, yaitu sistem
pengendalian loop terbuka dan loop tertutup, maka akan dapat dilihat kelebihan dan
kekurangannya. Dari segi kestabilan, maka sistem pengendalian dengan loop terbuka
lebih mudah dibuat karena kestabilan bukan merupakan persoalan utama, tatapi
sebaliknya pada sistem pengendalian loop tertutup kestabilan merupakan "aktor
utama karena cenderung ada kesalahan akibat koreksi berlebih yang dapat
menimbulkan osilasi pada amplitudo konstan atau berubah. Dan kelebihan sistem
pengendalian loop tertutup dibanding dengan loop terbuka adalah bahwa penggunaan
umpan balik yang membuat respon relati" kurang peka terhadap gangguan eksternal
dan perubahan internal pada parameter sistem. *leh karena itu pada sistem pengendalian loop tertutup dapat digunakan komponen-komponen yang relati"
kurang teliti dan murah untuk mendapatkan pengontrolan plant dengan teliti, hal ini
tidak mungkin diperoleh pada sistem pengendalian loop terbuka.
Dari kelebihan dan kekurangan kedua sistem pengendalian, maka dapat
disimpulkan bahwa sistem pengendalian loop terbuka akan sangat cocok untuk suatu
sistem dengan masukan yang telah diketahui dan tidak ada gangguan baik eksternal
maupun internal. Dan sistem pengendalian dengan loop tertutup akan sangat cocok
untuk sistem pengendalian yang mempunyai gangguan yang tidak dapat diramalkan
dan/ atau perubahan yang tidak dapat diramalkan pada komponen sistem.
Dan pada pembicaraan berikutnya yaitu mengenai sistem pengendalian
proses ini, akan ditekankan pada sistem pengendalian loop tertutup atau sistem
pengendalian berumpan balik "eedback!. Hal ini karena hampir semua sistem
pengendalian pada industri )igas menggunakan sistem pengendalian loop tertutup
sebagai tulang punggung dalam pengendalian prosesnya. Dan untuk berikutnya
apabila disebutkan sistem pengendalian proses, maka pengendalian tersebut adalah
pengendalian loop tertutup.
Hampir semua proses dalam dunia industri membutuhkan peralatan-peralatan
otomatis untuk mengendalikan parameter-parameter prosesnya. *tomatisasi
diperlukan demi kelancaran operasi, keamanan, ekonomi, dan mutu produk. ntuk
membentuk otomatisasi tersebut diperlukan suatu sistem pengendalian proses.
Ada banyak parameter yang harus dikendalikan dalam suatu proses.
Diantaranya yang paling umum adalah tekanan pressure!, aliran "low!, suhu
31813!8"#o$
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
4/22
temperature!, tinggi permukaan at cair le0el!. Dan untuk parameter yang lain
misalnya pH, warna, dan sebagainya.
Sistem pengendalian proses merupakan gabungan dari kerja alat-alat
pengendalian otomatis. Dan semua alat-alat yang digunakan untuk membentuk
sistem pengendalian proses disebut instrumentasi pengendalian proses.
1ontoh sederhana dari instrumentasi pengendalian proses adalah saklar
temperatur temperature switch! yang bekerja otomatis pada mengendalikan suhu
setrika. Saklar tersebut akan otomatis memutuskan aliran listrik ke elemen pemanas
apabila suhu setrika ada diatas titik suhu yang dikehendaki dan akan mengalirkan
arus listrik ke elemen pemanas apabila suhu ada dibawah titik suhu yangdikehendaki. &ada pengendalian suhu tersebut parameter yang dikendalikan adalah
suhu/ temperatur dan instrumentasi yang digunakan adalah saklar temperatur. Dan
gabungan dari semua komponen-komponen tersebut membentuk sistem yang disebut
sistem pengendalian proses.
Dan dibanyak pengendalian proses yang ada didalam dunia industri!, sistem
pengendaliannya tidak sesederhana seperti pengendalian suhu pada setrika otomatis
yang diuraikan disebelumnya. Dan pada sistem pengendalian yang sangat kompleks,
akan e"ekti" apabila dikerjakan dengan komputer, contohnya sistem pengendalian
dikilang minyak bumi, pabrik pupuk, pabrik kertas, pusat pembangkitan tenaga
listrik, dan sebagainya.
2 31813!8"#o$
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
5/22
1" Pen%en#alian oleh Manusia& Manual
$b.. &engendalian le0el tangki oleh manusia/ )anual
&ada $b.. menunjukkan bagaimana seorang operator mengendalikan le0el
permukaan at cair! di sebuah tangki. Air yang masuk kedalam tangki dipompakan
dari sumur dan air yang keluar dari tangki dipakai untuk keperluan pabrik. Andaikatale0el tangki yang dikehendaki selalu 345 dari ketinggian tangki, maka operator
harus salalu menambah atau mengurangi bukaan 0al0e apabila le0elnya tidak berada
pada 345. 6ila le0el kurang dari 345, operator harus menambah "low dengan
menambah bukaan 0al0e untuk dapat menaikkan le0el dari tangki dan sebaliknya
apabila le0elnya lebih tinggi dari setpointnya 345! maka operator harus mengurangi
"low, yaitu dengan mengurangi bukaan 0al0e untuk dapat menurunkan le0el dari
tangki. &ada pengendalian semacam ini operator harus selalu waspada dan siap untuk
menambah atau mengurangi bukaan 0al0e agar le0el tetap berada pada 345 dari
tinggi tangki. &engendalian oleh manusia ini sering disebut pengendalian manual
manual control!. Sistem pengendalian manual ini masih tetap dipakai pada beberapa
aplikasi pamakaian! tertentu. 6iasanya sistem ini dipakai pada proses-proses yang
tidak banyak mengalami perubahan-perubahan beban load! atau pada proses yang
tidak kritis. 'oad pada contoh pengendalian le0el diatas adalah "low pemakaian air di
pabrik. Apabila pemakaian air di pabrik tidak sering berubah-ubah, maka operator
7 31813!8"#o$
Set Point
Ke Pabrik
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
6/22
tidak perlu terus menerus mangamati le0el tangki dan manambah atau mengurangi
bakaan 0al0e. Tatapi apabila pamakaian air di pabrik sering berubah-ubah maka
operator harus sering melihat tinggi le0el air pada tangki dan segera melakukan
koreksi dengan mengatur bukaan 0al0e supaya le0el tangki bisa tetap 345.
Dari keadaan diatas, dapat dengan mudah dimengerti bahwa dasar utama
pemilihan pengendalian manual karena keperluan proses memungkinkan
pengendalian secara manual, artinya bahwa tidak sering terjadi perubahan beban dan
sistem dapat menerima toleransi error yang mungkin terjadi pada pengendalian
manual tersebut. Dari segi ekonomis pengendalian secara manual tentu lebih murah
dibanding dengan pengendalian otomatis karena instrument yang dibutuhkanmemang lebih sederhana.
'" Pen%en#alian Oto(atis
&ada prinsipnya pengendalian otomatis sama dengan pengendalian manual.
&ada pengendalian otomatis peran operator digantikan oleh sebuah alat yang disebut
kontroller. #adi tugas menambah atau mengurangi bukaan 0al0e tidak lagi dikerjakan
oleh operator tetapi atas perintah kontroller. *leh karena itu untuk pengendalian
otomatis 0al0e harus dilengkapi dengan actuator sehingga unit 0al0e tersebut disebut
control 0al0e. $ambar dari pengendalian otomatis dapat dilihat pada $b.2.
3" Prinsi)*Prinsi) Pen%en#alian Proses
&ada pengendalian manual seperti pada $b..! operasi yang dilakukan oleh
operator adalah, pertama operator mengamati ketinggian le0el, kemudian
menge0aluasi apakah le0el yang ada sudah sesuai dengan yang dikehendaki. (alau
tidak sama dengan yang dikehendaki operator harus memperkirakan seberapa banyak
0al0e tersebut ditambah atau dikurangi pembukaannya. (emudian operator harus
benar-benar mengubah bukaan 0al0e sesuai dengan yang diperkirakan tadi. Dan
kalau dikaji lebih jauh, dalam pengendalikan proses operator mengerjakan empat
langkah yaitu8
Men%u+ur*(e(,an#in%+an*(en%hitun%*(en%+ore+si"
3 31813!8"#o$
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
7/22
$b.2. &engendalian *tomatis
&ada waktu operator mengamati ketinggian le0el sebenarnya yang dia
kerjakan adalah mengukur 0ariabel proses &9: &rocess 9ariable!, kemudian
membandingkan 0ariabel proses dengan 0ariabel proses yang diinginkan, yangsering disebut set point S9: Set 9alue!. &erbedaan antara 0ariabel proses dengan set
point disebut sebagai error, oleh karena itu error dapat dituliskan sebagai8
rror e! : Set point S9! ; 9ariabel proses &9! atau
: 9ariabel proses &9! ; Set point S9!
6erdasarkan besarnya error ini operator akan menentukan arah perubahan
dari control 0al0e menambah atau mengurangi pembukaan! dan seberapa besar
koreksi yang diperlukan pada 0al0e. &ada proses ini sebenarnya operator
menghitung untuk menentukan pengaturan 0al0e. Setelah proses penghitungan
operator mengkoreksi dengan mengatur pembukaan 0al0e.
&ada $b.2. &engendalian *tomatis! sebanarnya yang dilakukan adalah sama,
yaitu mengukur, membandingkan, menghitung, dan mengkoreksi. Hanya pada
pengendalian otomatis pengaturan semua dilakukan oleh alat-alat instrumentasi. #adi
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
8/22
pada pengaturan otomatis manusia hanya melakukan pengaturan terhadap set point
dan untuk yang lainya dilakukan oleh sistem instrumentasi tersebut.
-" Ele(en*Ele(en Siste( Pen%en#alian
ntuk melihat elemen-elemen sistem pengedalian ini digunakan diagram
kotak, pada $b.7. ditampilkan diagram kotak sistem pengendalian otomatis. Didalam
diagram kotak sistem pengendalian otomatis terdapat elemen proses, elemen
pengukuran, sensing element dan transmitter!, elemen kontroller control unit!, dan
"inal control element control 0al0e!
$b.7. Diagram (otak Sistem &engendalian *tomatis
." Pen%en#ali On*O//
Seperti tercermin dari namanya, pengendali *n-*"" hanya bekerja pada dua
posisi, yaitu posisi *n dan posisi *"". (alau "inal control 0al0e berupa control 0al0e,
kerja 0al0e hanya terbuka penuh atau tertutup penuh. &ada sistem pengendalian *n-
*"" control 0al0e tidak akan pernah bekerja di daerah antara 4 sampai %445. (arena
kerja dari control 0al0e on-o"", hasil pengendalian on-o"" akan menyebabkan proses
0ariabel akan bergelombang seperti terlihat pada $b.3., tidak pernah konstan,
perubahan proses 0ariabel akan seirama dengan perubahan posisi "inal control
element. 6esar kecilnya "luktuasi proses 0ariabel ditentukan oleh titik dimana
kontroller on dan titik dimana kontroller o"".
= 31813!8"#o$
Control Unit
Sensing ElementTransmitter
Proses
Load
Control Valve
Controller
Set Point+
-+
-
Error
Process Variable
ControlledVariable
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
9/22
Dari karakteristik kerjanya yang hanya on-o"", kontroller jenis on-o"" juga
sering disebut sebagai two position controller atau gap controller.
(erja dari pengendalian on-o"", sering didapat dengan meman"aatkan dead
band suatu proses switch. 1ontoh pengendalian on-o"" yang paling mudah ditemui
adalah pengendalian suhu pada setrika listrik atau pompa air otomatis. (erja dari
pengendalian on-o"" banyak dipakai di sistem pengendalian yang sederhana karena
harganya yang relati" murah. Tetapi tidak semua proses dapat dikendalikan dengan
pengendali on-o"", karena banyak operasi proses yang tidak dapat mentolelir
"luktuasi 0ariabel proses. #adi, syarat utama untuk pengendalian on-o"" bukan untuk
menghemat biaya pembelian unit kontroller melainkan karena proses memang dapatmentolelir "luktuasi 0ariabel proses pada batas-batas kerja pengendalian on-o"".
$b.3. (erja (ontroller *n-*""
> 31813!8"#o$
Off
On
Status
Pengendali
Process variable
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
10/22
0" Prinsi) er2a Pen%en#ali
Selain pengendali *n-*"" yang hanya bekerja pada dua posisi on dan o"", ada
pengendali lain yang bekerja secara kontinu. Secara kontinu artinya control 0al0e
bekerja dari titik 45 sampai ke titik %445. #enis pengendali ini sangat banyak
dipakai di sistem pengendalian proses, hal ini karena banyak operasi proses yang
tidak dapat mentolelir "luktuasi process 0ariable yang besar. Ada tiga jenis
pengendali kontinu, yaitu pengendali &roporsional disingkat &, pengendali ?ntegral
disingkat ?, dan pengendali Di"erensial/ Deri0ati" disingkat D.
(arena kelebihan dan kekurangan ketiga pengendali ini, maka sering sekali
dipakai dalam bentuk kombinasi, yaitu &@? disingkat &?, &@D disingkat &D dan&@?@D disingkat &?D. (etiga jenis pengendali ini memberikan respon yang berbeda-
beda terhadap proses yang dikendalikan.
&ada dasarnya, tugas sebuah pengendali kontinu terbagi dalam dua tahap,
yaitu membandingkan dan menghitung. (edua tugas tersebut dalam diagram kotak
diwakili oleh kerja summing junction dan control unit lihat $b.7!. Summing
junction bertugas membandingkan process 0ariable dengan set point dan control unit
bertugas menghitung besar kecilnya koreksi yang diperlukan untuk memperbaiki
proses sehingga akan didapatkan besarnya proses sama dengan harga setting yang
kita inginkan.
&embandingan itu dilakukan dengan mengurangi besaran set point dengan
besaran process 0ariable measurement 0ariable! yang hasilnya adalah besaran yang
disebut error. (arena set point bisa lebih kecil atau lebih besar dari process 0ariable
maka nilai error dapat positi" dan negati". Dan berdasarkan besarnya error inilah
control unit menghitung besarnya koreksi. #adi error merupakan input bagi control
unit. Dan output dari control unit biasanya disebut manipulated 0ariable )9!.
6esarnya manipulated 0ariable dihitung berdasarkan error dan trans"er "unction dari
control unit.
6esarnya set point ditentukan pada kontroller itu sendiri, yang besarnya
dapat diatur dengan mengatur tombol set point dari kontroller tersebut. (arena
ketentuan bahwa input kontroller mengambil dari process 0ariable dan menghasilkan
output yang disebut manipulated 0ariable, maka untuk instalasi kontroller, signal
%4 31813!8"#o$
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
11/22
masukan dihubungkan dengan transmitter dan keluaran dari kontroller dihubungkan
dengan control 0al0e.
1ontrol )ode &, &?, &D, atau &?D! dari suatu kontroller tidak dapat dilihat
dari luarnya saja. ntuk melihat control mode dari suatu kontroller kita harus
membuka bagian dalam dari kontroller dan melihat mode apa saja yang digunakan
untuk kontroller tersebut. Hal ini karena bentuk luar dari semua unit kontroller
adalah sama. (hususnya untuk jenis kontroller elektronik-digital hampir selalu
mempunyai tiga buah mode8 &roporsional, ?ntegral, dan deri0ari". Dan karena belum
tentu semua cocok dengan aplikasi kita, maka hanya mode-mode tertentu saja yang
kita "ungsikan.Seperti yang telah diuraikan diatas, bahwa ada tiga unsur pada control unit,
yaitu proporsional, ?ntegral, dan deri0ati". ?stilah proporsional datang dari si"at unit
itu sendiri yang outputnya selalu sebanding proporsional! dengan perubahan error.
6egitu pula ?ntegral, karena output unit tersebut merupakan integrasi dari errornya
dan disebut deri0ati" karena output unit tersebut merupakan hasil de"erensial atau
deri0ati" dari errornya.
II" Pen%en#ali Pro)orsional 4P5
&engendali &roporsional &! adalah salah satu mode pengendalian. Seperti
yang tercermin dari namanya besarnya output dari pengendali &roporsional selalu
sebanding dengan besarnya error. 6entuk trans"er "unction dari pengendali
proporsional sangat sederhana yaitu mempunyai persamaan sbb8
)9 : $c. e %!
dimana8 )9 : )anipulated 9ariable output!
$c : $ain
e : error
Dan dapat digambarkan dalam bentuk diagram kotak seperti yang terlihat pada $b.
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
12/22
Dan dalam prakteknya gain jarang digunakan, dan yang laim digunakan adalah
istilah &roporsional 6and &6! dimana8
16
G$ 7 4'5
P
#adi apabila &6 sama dengan 745 maka gain sama dengan + dan jika &6
sama dengan +445 maka gain sama dengan 4.7. Dari persamaan dan contoh dapat
dilihat bahwa &6 berbanding terbalik dengan gain-nya, kalau &6 semakin besar maka gain semakin kecil.
alaupun hubungan input-output input dari error! pada control unit
proporsional bukan merupakan "ungsi waktu, tetapi untuk bahan perbandingan
dengan control lain, maka pada $b.=. ditampilkan respon sebuah pengendali
proporsional "ungsi waktu.
Dari $b.=. dapat dilihat besarnya output akan selalu mengikuti besarnya perubahan
error secara proporsional. Baik turunnya error akan diikuti langsung oleh outputnya
%+ 31813!8"#o$
error
Output (Gpe! (Gp"#!
$%&
'%&
%&
#%&
$%&
'%&
%&
#%&
Gb)*) +espon sebua, Pengendali Proporsional
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
13/22
dan besarnya selalu error dikalikan dengan gainnya. Dan karena control unit
proporsional bukan "ungsi waktu, maka dynamic gain pengendali ini sama dengan
steady state gain-nya. Dengan kata lain, besarnya gain tidak tergantung pada
besarnya "rekuensi loop.
8" Pen%ertian ias
&ada $b.>. ditampilkan sebuah pengendalian le0el dengan menggunakan
le0el kontroller dengan mode & &roporsional!. Andaikan keadaan sistem
pengendalian tersebut sangat ideal, dimana saat set point 745 dan measurement
0ariable 745 pembukaan control 0al0e juga 745. (eadaan sangat seimbang initerjadi dimana air masuk tepat sama dengan air keluar, sehingga le0el tetap dan stabil
dititik 745. (alau dilihat dari keadaan seimbang tersebut, pada saat measurement
0ariable atau process 0ariable &9! sama dengan set point kedua-duanya 745! pada
saat itu error sama dengan nol. 6erdasarkan persamaan pengendali proporsional pada
persamaan %!, pada saat error sama dengan nol output control unit proporsional juga
sama dengan nol. (alau benar begitu keadaannya, tentu saja control 0al0e akan
tertutup penuh pada saat error sama dengan nol. Dan kenyataannya keadaan
keseimbangan tersebut control 0al0e membuka 745 pada saat error sama dengan
nol. ?ni berarti kontroller tetap memiliki output 745 walaupun error sama dengan
45. Harga output pada saat error sama dengan tersebut disebut sebagai Bias (B).
$b.>. 1ontoh &engendalian 'e0el
*leh karena itu dari persamaan pengendali proporsional diatas maka harus
ditambahkan suatu besaran bias 6! tersebut, sehingga persamaan lengkap dari
pengendali proporsional adalah sbb8
% 31813!8"#o$
'T '?1
19
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
14/22
)9 : $c. e @ 6 !
#adi "ungsi dari bias adalah untuk mempertahankan output pada saat error sama
dengan nol.
Dari persamaan ! misalkan, pada suatu kedaan kesetimbangan, yaitu saat
error sama dengan nol, &9:S9:745 dan output sama dengan 745, yang berarti bias
: 745, dan pada saat tersebut &6: +44. Dan pada keadaan kesetimbangan tersebut
misalkan terjadi pengubahan terhadap set point S9! dari 745 menjadi 345, maka
pada output )9! akan langsung terjadi perubahan output sebesar gain dikalikan
dengan error-nya, yaitu8%44
: C 34-74!5 : 75
+44
#adi output yang terjadi adalah 745 @ 75:775.
9" Pen%ertian O//set
Dari persamaan ! diketahui bahwa reaksi control unit proporsional sangat
tergantung pada besarnya &6. )isalkan suatu pengendalian low seperti pada
$b.%4., yang dapat digambarkan diagram kotak sistem pengendalian prosesnya sbb8
6ias
S9 @ e $1 ∆)9 )9 $ p
-
&9
Apabila sistem tersebut membentuk keseimbangan pada suatu saat sbb8
&6:+445 $c:4,7!, S9:&9:745, $ p:% dan bias:745 dan pada suatu saat
dilakukan perubahan pada S9-nya menjadi 345 maka sistem yang terjadi seperti
pada tabel berikut8
%2 31813!8"#o$
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
15/22
Bo. &9 S9 e ∆)9 6 )9 &9
%
+
2
7
3
<
=
>
%4
74
7477
7+,7
7,
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
16/22
keadaan stabil, maka akan meninggalkan error yang tidak dapat diperbaiki lagi, yang
disebut o""set.
#adi untuk menghilangkan o""set diperlukan suatu pengendali lain yang dapat
menghasilkan perubahan output selama masih terdapat error. Dengan kata lain
diperlukan pengendali yang dapat menghasilkan output yang akan dapat merubah
besarnya bias. &engendali yang memenuhi kriteria ini adalah pengendali integral,
atau disingkat ?.
Si"at dasar pengendali integral adalah integrasi akan selalu dilakukan selama
masih ada error pada pengendali tersebut. Trans"er "unction untuk unit control
integral adalah sbb8
%
)9 : $c e dt @ 6
Ti
Di mana8
)9 : )anipulated 9ariable output!
e : error input pada control unit!
T? : ?ntegral Time
6 : 6ilangan tetap yang merupakan bias dari hasil integrasi sebelumnya!
$c : $ain dari kontroller.
Dan untuk Diagram kotak pengendali ?ntegral dapat dilihat pada $b.%%.
S9 e % *utput
$c e dt @ 6
&9 Ti
$b.%%. Diagram (otak &engendali ?ntegral
?ntegral time dapat dide"inisikan sebagai waktu yang diperlukan untuk
pengendali integral untuk menghasilkan output sebesar $cCe. Atau kalau $c sama
%3 31813!8"#o$
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
17/22
dengan satu integral time dide"inisikan sebagai waktu yang diperlukan pengendali
integral untuk mencapai output sebesar errornya.
I" Pen%en#ali Pro)orsional ; Inte%ral
Si"at dari pengendali ?ntegral yang tidak mengeluarkan output sebelum selang
waktu tertentu, pengendali integral jadi memperlambat respon walaupun pada
pengendali ini dapat menghilangkan o""set. ntuk memperbaiki lambatnya respon
umumnya pengendali integral dipasang paralel dengan pengendali proporsional
seperti pada $b.%+. $abungan pengendali &? atau &? kontroller.
$c
e @ *utput
S9
% @
&9 $c e dt @ 6
Ti
$b.%+. Diagram (otak &engendali &roporsional @ ?ntegral
6entuk trans"er "unction pengendali &? adalah8
%
)9 : $ce @ e dt ! @ 6
Ti
(arena pengendali &? merupakan gabungan dari dua unit control & dan ?,
maka semua kelebihan dan kekurangan yang ada pada pengendali & dan ? juga ada
padanya. Si"at pengendali & yang selalu meninggalkan o""set dapat ditutupi oleh
pengendali ?, dan si"at pengendali ? yang lambat pada awal terjadinya error dapat
ditutupi oleh pengendali &, sehingga pengendali &? mempunyai respon yang lebih
cepat dari pengendali ? dan mampu menghilangkan o""set yang ditinggalkan oleh
pengendali &. Hubungan input-output dari pengendali &? dapat dilihat pada $b.%+.
%
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
18/22
(alau diperhatikan pada gambar itu ada dua komponen pada besaran output.
(omponen pertama adalah eC$c yang datang dari komponen & dan komponen kedua
adalah hasil integrasi error e! dalam "ungsi waktu yang datang dari komponen ?.
(arena si"atnya yang sederhana dan e"ekti", pengendali jenis ini paling sering
dipakai untuk berbagai macam aplikasi.
II" Pen%en#ali Di/erensial 4D5
&ada pengendali &? adalah suatu pengendali yang sudah cukup bagus karena
sudah dapat menghilangkan o""set. Tetapi pada pengendali &? mempunyai respon
yang cukup lambat, dan sangat terasa apabila digunakan untuk aplikasi pada proses pengendalian temperatur. Akar masalah lambatnya pengendali &? untuk pengendalian
temperatur ternyata disebabkan karena elemen proses temperatur membutuhkan
energi ekstra di saat-saat awal ketika terjadi perubahan load atau perubahan set point.
paya memperbaiki respon didapat dengan menggunakan control unit di"erensial
atau deri0ati0e, disingkat D. *utput pengendali D merupakan di"erensial "ungsi error
e!. Dan sayangnya unsur D tidak dapat mengeluarkan output bila tidak ada
perubahan error. (arena si"at ini maka pengendali D tidak pernah dipakai sendirian.
nit pengendali D selalu dipakai dalam kombinasi dengan & dan atau ?, yaitu
menjadi pengendali &D atau pengendali &?D. Dan karena kerja dari pengendali D
berdasarkan perubahan error, maka pengendali D tidak baik dipakai untuk suatu
proses yang mempunyai &9 &rocess 9ariable! beriak mengandung noise! atau &9
yang berubah dengan cepat. (arena banyaknya kendala aplikasi unit pengendali D,
maka tidak banyak pengendali yang menggunakan unsur pengendali D.
lemen proses dengan &rocess 0ariable &9! temperatur biasanya
mengandung unsur kelambatan yang besar, seperti yang terjadi pada heat eEchanger.
Dan hampir semua proses pemanasan mengandung kelambatan yang tinggi,
dinamika proses sangat lembam. Sebagai contoh proses pemanasan air. Temperatur
mula-mula 441 dan air dipanaskan agar menjadi 3441 . Dan karena lembamnya
dinamika proses pemanasan, kalau pemanas dibiarkan kecil terus, maka pemanasan
memakan waktu yang lama, tetapi kalau pemanas dibuat besar terus menerus, tidak
menutup kemungkinan temperatur melampaui harga yang diinginkan 3441!. 1ara
e"ekti" mempercepat pemanasan adalah dengan memperbesar pemanasan disaat-saat
%= 31813!8"#o$
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
19/22
awal, kemudian mengurangi sedikit demi sedikit sebelum temperatur sampai dititik
yang diinginkan. Dan ternyata pengendali yang memenuhi kebutuhan unik ini hanya
pengendali Di"erensial yang sering disingkat pengendali D. Dan karena si"atnya yang
mampu untuk mengeluarkan output ekstra disaat-saat awal, maka pengendali D ini
sering disebut pre-act kontroller.
Trans"er "unction dari pengendali D dapat dilihat pada persamaan sbb8
de
)9 : $c.TD @ 6
dtdimana8 $c: gain
e : error
TD : deri0ati0e time
6 : bias
S9 e de *utput
$c TD @ 6
&9 dt
$b.%. Diagram (otak &engendali Di"erensial
Diagram kotak dari pengendali D dapat dilihat pada $b.%. Dan karena unsur
deri0ati" yang ada pada control unit ini, maka kalau diberikan error yang naik
perlahan-lahan dalam bentuk "ungsi ramp, maka output berbentuk "ungsi step. Dan
besarnya output akan sebanding dengan kecepatan kenaikan errornya
%> 31813!8"#o$
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
20/22
III" Pen%en#ali Pro)orsional ; Di/erensial
&engendalian yang merupakan gabungan antara pengendali & dan D, yang
sering disebut pengendali &D, diagram kotaknya dapat dilihat pada $b.%2. dan untuk
trans"er "unctionnya adalah sbb8
de
)9 : $ce @ TD ! @ 6
dt
(arena pengendali &D adalah gabungan pengendali proporsional den pengendali
di"erensial, maka ia memiliki si"at yang ada pada pengendali & dan pengendali D,
misalkan pada bagian error diberikan input mendadak naik, maka hasil outputnyamerupakan penjumlahan dari output pengendali proporsional dengan output pada
pengendali di"erensial.
$c
e @ *utput
S9
de @
&9 $c.TD @ 6
dt
$b.%2. Diagram (otak &engendali &roporsional @ Di"erensial
I" Pen%en#ali Pro)orsional ; Inte%ral ; Di/erensial
ntuk menutupi kekurangan pada pengendali &? dan &D, maka ketiga mode
digabungkan menjadi &?D. nsur &, ?, dan D masing-masing berguna untuk
mempercepat reaksi sistem, menghilangkan o""set, dan mendapatkan energi ekstra di
saat-saat awal perubahan load. Tetapi semua kelebihan pada pengendalian &?D tidak
dapat dipakai untuk mengendalikan semua proses/ setiap proses. Hanya yang process
0ariable-nya tidak mengandung noise riak! yang boleh dikendalikan dengan
pengendali &?D. *leh karena itu pengendali &?D biasanya hanya dipakai untuk
pengendalian temperatur. Diagram kotak untuk pengendali &?D dapat dilihat pada
$b.%7 dan untuk trans"er unction dari pengendalian &?D adalah sbb8
+4 31813!8"#o$
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
21/22
% de
)9 : $c e @ e dt @ TD ! @ 6
T? dt
$c
e
S9
% *utput&9 $c e dt @ 6
Ti
de
$1.TD
dt
$b.%7. Diagram (otak &engendali &roporsional @ ?ntegral @ Deri0ati0e
Dari sistem pengendalian yang telah dibicarakan, maka dapat disimpulkan bahwa8
• &engendali &roporsional &! akan berakibat menimbulkan o""set apabila
digunakan dalam sistem pengendalian proses
• &engendali ?ntegral ?! melakukan perbaikan pengendalian selama masih
menimbulkan error, oleh karena itu akan dapat digunakan untuk menghilangkan
o""set, tetapi pengendali ? ini tidak akan cepat merespon apabila terdapat error.
• &engendali &roporsional @ ?ntegral &?! merupakan gabungan dari &engendali &
dan ?, yang akan saling menutupi kekurangan pada masing-masing pengendali,
#adi pada pengendali &? ini akan dapat merespon awal apabila ada error, yaitu
dengan pengendali & dan akan dapat menghilangkan o""set oleh pengaruh
pengendali ?.
• &ada pengendali &roporsional @ ?ntegral @ Deri0ati" &?D!, maka merupakan
gabungan dari &engendali &,?, dan D. ntuk pengendali &?D ini mempunyai si"at
+% 31813!8"#o$
8/17/2019 Sistem Pengendalian Proses R1
22/22
seperti pengendali &? ditambah pengendali D yang dapat melakukan aksi awal
yang besar apabila terdapat perubahan error yang cepat seperti akibat dari
perubahan setting. *leh karena itu pengendali &?D 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 "luktuasi perubahan error yang cepat, seperti
pengendalian low.
++ 31813!8 #