Pada tahap ini akan dilakukan analisa terhadap data yang diperoleh dari percobaan pertama yang dilakukan yaitu mengatur controller menjadi manual dan kemudian mengatur katup jarum dan katup pengatur sehingga diperoleh keluaran (Process value) sebesar 400 L/jam dan kemudian biarkan sistem hingga stabil. Setelah sistem stabil, ubah nilai set value (SV) menjadi sebesar 375 L/s dan biarkan hingga nilai PV (Process Value) memiliki nilai yang sama dengan nilai set value (SV). Lalu diamati nilai Manipulated Value (MV) pada saat keadaan stabil pada nilai PV 400 L/s dan pada nilai PV = SV = 375 L/s, diperoleh nilai :
PV = 400 L/s MV = 45%
PV = SV = 375 L/s MV = 71,1%
Kemudian setelah diperoleh nilai MV pada masing-masing bukaan, controller diubah ke penunjuk otomatis (auto) pada nilai SV = 375 L/jam, kemudian dilihat bagaimana nilai MV tercapai yaitu nilai bukaan valve yang menggambarkan laju alir sistem. Ternyata diperoleh nilai MV = 70%, maka nilai inilah yang kemudian digunakan untuk mengolah data selanjutnya, hal tersebut dikarenakan sistem dianggap lebih stabil pada saat keadaan controller pada keadaan auto. Berdasarkan hasil yang diperoleh, maka dapat diamati perubahan kondisi controller pada saat manual dan auto melalui gambar berikut :
Pengendalian Proses | Flow Control 33
Gambar 4.2. Karakteristik kontrol otomatis (auto)
Berdasarkan kedua gambar tersebut, maka dapat dilihat adanya perbedaan karakteristik pada kedua kondisi kontrol di atas, yaitu :
Pada saat sistem kontrol manual, hasil yang diperoleh terlihat lebih agak fluktuatif karena adanya kontur yang kasar pada grafik yang diperoleh.
Pada saat sistem kontrol otomatis, hasil yang diperoleh terlihat lebih halus dan lebih landai daripada sistem kontrol manual.
Kemudian setelah diamati kondisi karakteristik kontrol dengan dua kondisi tersebut, maka langkah selanjutnya adalah pengamatan terhadap pemberian step response atau pemberian jarak nilai SV yang cukup besar sehingga terlihat adanya jangka waktu tertentu pada grafik yang diperoleh. Pada langkah ini, nilai SV diatur terlebih dahulu menjadi nilai 400 L/jam terlebih dahulu dan diperoleh nilai MV sebesar 45 %, kemudian diinginkan nilai MV sebesar 90%, maka nilai MV pun dimasukkan sebesar 90%, kemudian diperhatikan nilai PV yang terjadi, di mana diperoleh nilai PV sebesar 368 L/jam. Hasil yang diperoleh yaitu :
Gambar 4.3. Karakteristik sistem kontrol dengan diberikan step input
Setelah sistem diamati pada kondisi pemberian step input tersebut, maka langkah selanjutnya adalah memperhatikan pengaruh pemberian variabel pengganggu (Disturbance
Pengendalian Proses | Flow Control 34
Variable) pada sistem kontrol. Sebelum nilai variabel pengganggu dilakukan, sistem dikembalikan ke kondisi awal yaitu pada saat PV = 400. Pemberian DV (Disturbance Variable) ini dilakukan dengan memutar needle valve ke arah menutup valve sehingga bukaan dari valve tersebut menjadi berkurang. Setelah dimasukkannya faktor variabel pengganggu tersebut, maka hasil yang diperoleh adalah sebagai berikut :
Gambar 4.4. Karakteristik sistem kontrol dengan diberikan Disturbance Variable
Berdasarkan gambar tersebut, maka dapat dilihat adanya perubahan pada nilai PV dengan diberikannya faktor pengganggu tersebut.
Langkah selanjutnya adalah membuat model dari hasil yang telah diperoleh. Untuk dapat membuat model tersebut, maka perlu ditentukan terlebih dahulu nilai PV0 sebagai nilai awal dari sistem dan nilai PVakhir dari sistem untuk dapat melihat bagaimana karakteristik sistem dan metode pendekatan manakah yang dapat digunakan untuk membuat model sistem. Berdasarkan percobaan sebelumnya, maka ditetapkan nilai PV0 adalah 375 L/jam dan PVakhir adalah 420 L/jam, penetapan tersebut dilakukan agar semua data yang telah diperoleh sebelumnya tercakup di dalam suatu rentang PV yang ditetapkan tersebut. Berikut hasil yang diperoleh dari pengaturan nilai SV untuk memperoleh nilai PV0 dan nilai PVakhir tersebut :
Pengendalian Proses | Flow Control 35
Gambar 4.5. Hasil penetapan nilai PV0 dan PVakhir
Melihat gambar yang telah diperoleh, dapa dilihat sistem memiliki faktor waktu tunda atau dead time dan juga sistem memiliki konstanta statis dalam proses berdasarkan grafik yang diperoleh, maka sistem dapat dibuat pemodelan persamaan alihnya dengan menggunakan pendekatan FOPDT (First Order Plus Dead Time) yang menggambarkan bahwa sistem merupakan sistem berorde satu. Langkah awal membuat pemodelan persamaan fungsi alih adalah menggambarkan respon laju alir yang telah diperoleh pada percobaan dengan persamaan FOPDT yaitu :
( ) ( ) ( ) ( ) (4.1)
di mana PV(s) adalah process variable atau process value (pada eksperimen adalah laju alir, p(s) adalah fungsi alih laju alir atau proses, MV(s) adalah manipulated variable atau manipulated value (pada eksperimen adalah bukaan valve yang menggambarkan perubahan laju alir), v(s), yang dinyatakan dalam persentase atau nilai tak berdimensi dan semua variabel tersebut dinyatakan dalam domain transformasi Laplace. Dengan menggunakan Metode II dari Pendekatan FOPDT, nilai gain atau konstanta statis proses, K, dapat dihitung sebagai:
Δ ( )Δ ( ) (4.2) ( ) ( )
Karena kecepatan printer adalah 10 mm/menit (0,167 mm/s), maka konstanta waktu, , dapat dihitung sebagai:
Pengendalian Proses | Flow Control 36
( ) (4.3) ( ) ( ) Sedangkan dead time, , dihitung sebagai:
τ (4.4)
Dengan memasukkan besaran-besaran yang dihitung pada Persamaan (4.1), diperoleh:
( ) ( )
( )
( ) (4.5)
Pada eksperimen, v(t) = 0.178 – 0.70 = -0.522 (step input). Hasil Transformasi Laplace dari v(t) adalah -0.522/s, sehingga Persamaan (4.5) menjadi:
( ) ( ) (4.6)
Invers Transformasi Laplace dari p(s) menghasilkan p(t). Karena p(0) = PV0 = 0.375 kgf/cm2, maka hasil invers adalah:
( ) ( ) (4.7)
di mana t dinyatakan dalam detik dan p dalam kgf/cm2. Kemudian persamaan fungsi alih tersebut menjadi dasar dalam pembuatan grafik untuk melakukan perbandingan terhadap hasil ekesperimen dengan hasil teoritis, yaitu sebagai berikut :
Pengendalian Proses | Flow Control 37
Gambar 4.6. Grafik hubungan hasil eksperimen dan hasil pemodelan
Berdasarkan hasil yang diperoleh tersebut, maka dapat dilihat bahwa pendekatan yang dilakukan dalam membuat fingsi alih yaitu pendekatan FOPDT dapat dikatakan sebagai langkah pendekatan yang sesuai dengan sistem, di mana hasil yang diperoleh sesuai dengan model dengan tingkat ketelitian yang cukup tinggi.
4.2. Penentuan Parameter Proporsional, P, Integral Time, τI, dan Derivative Time, τD, untuk P Control, PI Control, dan PID Control
Pada tahap ini, praktikan diminta untuk menentukan bagaimana nilai pengontrolan yang baik dengan menggunakan Tunning PID, di mana dalam hal ini, parameter yang dijadikan sistem kontrol adalah P (proporsional), I (Integral Time), dan D (Derivative Time). Langkah yang dilakukan adalah mengembalikan kondisi sistem pada nilai SV sebesar 400 L/jam terlebih dahulu, kemudian dibiarkan hingga sistem stabil terlebih dahulu. Setelah itu dilakukan pengamatan terhadap nilai parameter awal P, I, dan D. Setelah diamati, diperoleh nilai parameter awal yaitu :
P sebesar 76,0 I sebesar 6,0 D sebesar 0,0 0.36 0.37 0.38 0.39 0.4 0.41 0.42 0.43 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 p ( kgf /c m 2) t (s) pendekatan FOPDT eksperimen
Pengendalian Proses | Flow Control 38
Kemudian langkah selanjutnya adalah mengubah nilai parameter I menjadi maksimum, di mana berdasarkan literatur yang ada, nilai maksimum parameter I adalah 327,6 dan nilai parameter D tetap dibiarkan minimum yaitu 0,0. Kemudian setelah dilakukan pengubahan terhadap parameter I tersebut, maka dilakukan pengontrolan terhadap parameter P dengan mengubahnya perlahan-lahan hingga diperoleh perubahan yang terlihat. Setelah dilakukan pengontrolan terhadap P, terlihat adanya perubahan pada nilai parameter P sebesar 5,0. Berikut hasil yang diperoleh :
Gambar 4.7. Pengaturan parameter P
Berdasarkan hasil yang diperoleh, terlihat perubahan yang terjadi adalah terjadinya osilasi yang cukup stabil. Hasil inilah yang menentukan penggunaan metode penentuan nilai parameter P, I, dan D pada sistem kontrol selanjutnya. Berdasarkan hasil yang diperoleh, di mana perubahan yang terjadi adalah sistem yang berosilasi, maka digunakanlah metode Ziegler Nichols. Berdasarkan hasil tersebut, maka nilai parameter P = 5,0 dapat dijadikan sebagai nilai yang cukup proporsional dalam membuat sistem kontrol sehingga dapat dijadikan sebagai variabel Proportional Band (PB). Maka proses perhitungan dengan metode Ziegler Nichols pun dapat mulai dilakukan, di mana langkah awal yang dilakukan adalah mencari hubungan PB dan KP yang dapat dicari dengan persamaan berikut :
(4.8)
Kemudian variabel berikutnya adalah variabel periode osilasi pada saat parameter P=5,0 yang dihitung dengan periode dari jarum penunjuk pada orifice plates untuk menempuh satu
Pengendalian Proses | Flow Control 39
gelombang yang diperoleh sebesar 3.27 s. Pada saat ini, nilai KP dan P disebut berada pada keadaan kritis, Ku dan Pu. Setelah nilai Ku dan Pu diketahui, nilai parameter PB, τI,dan τD
untuk algoritma PID dapat dituliskan pada Tabel 4.1. Pada tabel, juga dimasukkan variasi untuk PI dan P Control pada percobaan yang diperoleh berdasarkan metode Ziegler Nichols II yaitu :
Tabel 4.1 Penentuan Parameter KP, τI, dan τD pada Metode Ziegler-Nichols II
Kp τI τD
P action 0.5 Pu = 10 327.6* 0**
PI action 0.45 Ku = 9 0.83 Pu =2.7141 0**
PID action 0.6 Ku = 12 0.5 Pu = 1.635 0.125 Pu = 0.40875
Keterangan:
* Nilai ini adalah nilai maksimum integral time alat;
** Nilai ini adalah nilai minimum derivative time alat.
Nilai parameter-parameter tersebutlah yang akan digunakan untuk melakukan kontrol pada sistem, di mana nilai parameter pada tipe PID yang akan digunakan pada tahap percobaan selanjutnya. Berikut parameter-parameter KP, τI, dan τD yang akan digunakan pada tahap selanjutnya :
Tabel 4.2. Parameter-parameter KP, τI, dan τD untuk perbandingan kontrol PID, PI, dan P.
Ku 20,0
Pu (s) 3.27
Tipe alat kontrol KP PB τI τD
PID 0.6 Ku = 12 5,0 0.5 Pu = 1.635 0.125 Pu = 0.40875
PI 12 5,0 1.635 0**
P 12 5,0 327,6* 0**
Keterangan:
* Nilai ini adalah nilai maksimum integral time alat;
Pengendalian Proses | Flow Control 40