SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik

(1)

SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik Karakteristik Dasar Sensor

Ir. Jos Pramudijanto, M.Eng.

Jurusan Teknik Elektro FTI ITS Telp. 5947302 Fax.5931237 Email: pramudijanto@gmail.com

(2)

Objektif:

Karakteristik Dasar Spesifikasi Statis

Akurasi Sensifitas Resolusi Hysterisis

Repeatability Linieritas

(3)

Karakteristik Dasar

Karakteristik yang digunakan untuk mengetahui performansi suatu sensor jika digunakan untuk pengukuran.

Performansi suatu sensor dinyatakan dengan

Spesifikasi Statis dan Spesifikasi Dinamis

(4)

Spesifikasi Statik Sensor

Spesifikasi statik sensor menyatakan seberapa baik korelasi antara input fisik dan output

listrik

Input fisik menyatakan besaran fisik yang

diukur; diantaranya, posisi, kecepatan, level, flow, temperatur, tekanan, dll.

Output listrik menyatakan besaran variabel

listrik dapat berupa tegangan, arus, resistansi,

(5)

Spesifikasi Statik (1)

Akurasi

digunakan untuk menentukan eror

maksimum yang diharapkan dari suatu sensor (dalam

% eror) Bentuk :

Prosentase dari pembacaan skala maksimum (FS)

FS instrumen 5 Volt dengan akurasi + 0,5% Volt  rata-rata ketakpastian pengukuran + 0,025 Volt

Prosentase dari span (maks – min)

Akurasi + 3% dari span tekanan dengan range 20 s/d 50 psi  inakurasinya + 0,03(30 psi) = + 0,9 psi

Prosentase dari pembacaan aktual

Akurasi Voltmeter + 3%  inakurasinya + 0,06 Volt untuk pembacaan 2 Volt

(6)

Spesifikasi Statik (2)

Sensitifitas

perubahan input yang kecil, sensor

dapat memberikan output (ditunjukkan oleh fungsi alih dari sensor)

Fungsi alih dari sensor temperatur 5mV/⁰C  setiap

perubahan input sebesar 1⁰C menyebabkan output berubah sebesar 5mV.

Resolusi

perubahan input terkecil yang

menyebabkan terjadinya perubahan pada output.

(7)

Kurva Tegangan Output Load Cell

0 5 10 15 20 25

0 20 40 60 80 100

Beban (kg)

Output (mV)

Output 1 Output 2

Spesifikasi Statik (3)

Hysterisis sensor memberikan nilai output yang berbeda untuk pengukuran variabel input dari rendah ke tinggi atau dari tinggi ke rendah.

(8)

Repeatability (Precision)

digunakan untuk

mengukur seberapa baik sensor dapat memberikan output yang sama terhadap suatu input yang

diberikan secara berulang-ulang.

% scale 100

min max − ×

= full ity

repeatabil

Spesifikasi Statik (4)

(9)

Akurasi versus Repeatability

No. A B C

1 10,02 11,50 10,00

2 10,96 11,53 10,03

3 11,20 11,52 10,02

4 9,39 11,47 9,93

5 10,50 11,42 9,92

6 10,94 11,51 10,01

7 9,02 11,58 10,08

8 9,47 11,50 10,00

9 10,08 11,43 9,97

10 9,32 11,48 9,98

Minimum Rata-rata Maksimum

(10)

Bias, Precision, and Total Error

Bias Error Total Error

Precision Error

(11)

Types of Errors (1)

Perbedaan antara hasil pengukuran dan nilai sebenarnya. Error biasanya dinyatakan dengan

prosentase skala penuh (%FSO). Rasio ini menunjukkan keakurasian dari sebuah sensor.

Intrinsic, absolute, and relative error

Intrinsic Error adalah error yang memang sudah terdapat pada sensor;

Absolute Error adalah perbedaan antara nilai sebenarnya dibagi dengan nilai yang diperoleh dari hasil pengukuran;

Relative Error adalah perbandingan antara error absolut dengan nilai sebenarnya.

(12)

Types of Errors (2)

Random error ini muncul jika dilakukan pengukuran secara berulangkali untuk pengambilan data yang sama. Error ini

disebabkan oleh friksi, suara, tegangan statik dan sebab lain.

Sistematic and Sensor error

Sistematic Error biasanya konstan karena dipengaruhi oleh arus, effek zero dan ketidak linieran;

Sensor Error adalah error yang didapatkan dari error yang terdapat pada sensor.

(13)

Spesifikasi Statik (5)

Linieritas

pemetaan satu-satu antara input-output sebagai fungsi linier. Secara umum ada tiga bentuk penyajian linieritas:

Endpoint Linearity (linieritas awal-akhir);

Independent straight-line linearity (linieritas garis lurus);

Least-squares linearity (linieritas regresi).

(14)

Gambar beberapa Bentuk Linieritas

Kurva Tegangan Load Cell

5 10 15 20 25

Output (mV)

Naik Turun EndPoint Lin.

Least SQR

(15)

Least-square Linearity

Least-squares linearity

(linieritas regresi) secara umum dapat dituliskan sebagai berikut:

di mana : y = output x = input

m = kemiringan (slope) b = konstanta (intercept)

n = jumlah data pengamatan

b mx

y = +

n m x n

b y

x x

n

y x

xy m n

− Σ

= Σ

Σ

− Σ

Σ Σ

−

= Σ ₂ ₂

) (

(16)

Contoh: Least-square Linearity

No. psi Volt

1 0,0 0

2 50,2 0,6

3 99,9 1,8

4 150,1 3

5 200,1 3,5

6 250,1 4,8

7 299,8 6

8 350,1 6,4

9 401,0 7,5

Contoh:

Suatu sensor tekanan mengubah tekanan dalam range 0 – 450 psi ke dalam

tegangan 0 – 8 Volt DC.

Dapatkan persamaan linier dari tegangan terhadap tekanan.

(17)

Spesifikasi Dinamis

Spesifikasi yang menyatakan seberapa cepat perubahan output (respon) yang terjadi

terhadap perubahan input.

Respon bergantung pada:

tipe input

kondisi awal (initial conditions) karakteristik sistem

(18)

Respon Sensor

Pengukuran respon sensor terhadap pemberian input : step, ramp, dan impuls

Respon transien: rise time, delay time, time constant, % overshoot, settling time

Respon dari steady state sampai tak hingga: percent error steady state

sinus

frequency response, high-frequency cutoff

(19)

Type of Input

Step Ramp Impulse

Input, x(t)

x₀

Time, t

Input, x(t)

Time, t

slope = a

Input, x(t)

Time, t

t₀

0 t X X

0 t 0

0 >

=

<

= X

0 at t X

0 t 0

>

=

<

= X

0 0

t t )

(

t t 0 ) (

=

∞

=

−

≠

=

− t t

t t δ δ

(20)

Transfer Function

) ( )

( ₀

0

1 a y t b x t

dt

a dy + = y Kx(t)

dt

dy + = τ

ty) (sensitivi

gain

static

K

constant time

0 0

0 1

→

=

→

=

a b

a τ a

) ( )

1 )(

(s s KX s

Y τ + =

s 1

) (

τ

= +

= K

s X

s TF Y

⇒

(21)

Process Element Characteristic (1)

Gain

Perubahan input menyebabkan perubahan output secara cepat.

Sensor temperatur mempunyai gain dalam unit (besaran) yang tetap, jika:

 temperatur 10^oC tegangan output 20 mVolt

 temperatur 20^oC tegangan output 40 mVolt

C

mVolt

TF =

_o

(22)

Integral

Laju perubahan output bergantung secara langsung pada inputnya

∫

=

⇒

= _i v₀( ) _i dt

o Kv t K v

dt dv

∫

⁺ ^∞

∫

= ⁰

0( ) dt K 0 dt

v

t

A K

t

Process Element Characteristic (2)

v_i

v_o KAt₀

A

t

(23)

First-order

Self-regulating, jika diberikan input step maka

outputnya akan muncul secara eksponensial hingga kestabilan (level) yang baru tercapai

s 1

K

τ

+

input output

RC τ =

Process Element Characteristic (3)

h C R

f_i

f_o

(24)

Response of a first-order systems to Step and Ramp input

0.632

1τ

K x f_i f_i

3τ

2τ ₄τ 5τ ^t

input

output

t

) t

( K e

K ) t (

y = τ ⁻^t^τ + −τ

transient steady state

(25)

Dead time

Perubahan pada input tidak menyebabkan perubahan output hingga waktu delay (dead) terlampaui

Biasanya merupakan delay transportasi (ada jarak yang harus dilampaui).

Proses di industri banyak berupa dead time dan first-order. Jika diberikan input step pada proses maka output berubah setelah waktu delay terlampaui lalu muncul secara eksponensial.

Process Element Characteristic (4)

(26)

Second-order



dua akar karakteristik

 real berbeda

 real sama

 kompleks konjugat

2 2

2

2 )

( ) (

n n

n

s s

s X

s Y

ω ζω

ω

+

= +

overdamped

) 1

(ζ > ⇒

damped critically

) 1

(ζ = ⇒

ζ

2 −1

±

−

= ζω_n ω_n ζ

s

ratio damping

:

frequency natural

: ζ ω_n

Process Element Characteristic (5)

(27)

Specifications of the Transient Response

Rise time

Time to pass from 10% to 90% of final value

Settling time

Time to reach the final value

Delay time

Time to reach 50% of final value

Peak time

Time required for the response to reach the first peak of the overshoot

Maximum overshoot

Max percent overshoot 100%

) (

) ( )

( ×

∞

= −

y

y t

y _p