Laporan Pengendalian Proses (Temperature Controller)

I.

I. TTuujujuanan •

• Dapat mengendalikan suhu air dalam tangki proses secara manual ataupunDapat mengendalikan suhu air dalam tangki proses secara manual ataupun secara otomatis menggunakan

secara otomatis menggunakan on-off-controller on-off-controller  dan dan PID-controller  PID-controller  dengan dengan  pemanasan langsung secara batch

 pemanasan langsung secara batch •

• Dapat menentuakan nilai Proposional (P), Intergral (I) dan Derivatif (D)Dapat menentuakan nilai Proposional (P), Intergral (I) dan Derivatif (D) dengan metode coba coba, metode Armfield dan metode iegler!"icols dengan metode coba coba, metode Armfield dan metode iegler!"icols II.

II. AlaAlat dat dan #an #ahanhan aa.. AAllaatt P$T %& P$T %&  b.  b. #ahan#ahan Air  Air  III.

III. DasDasar Tar Teoeoriri

'istem pengendalian proses merupakan faktor ang sangat menentukan dalam 'istem pengendalian proses merupakan faktor ang sangat menentukan dalam menjamin tingkat keberhasilan proses. Dengan unit pengendali ang kuat maka menjamin tingkat keberhasilan proses. Dengan unit pengendali ang kuat maka  proses

 proses dapat dapat dijalankan dijalankan pada pada kondisi kondisi optimalna optimalna dengan dengan caracara merejeksimenolak segala macam gangguan seperti fluktuasi laju aliran umpan, merejeksimenolak segala macam gangguan seperti fluktuasi laju aliran umpan, suhu, aliran pendingin, ataupun gangguan lain ang tidak terprediksi. *arlin suhu, aliran pendingin, ataupun gangguan lain ang tidak terprediksi. *arlin menebutkan bah+a pengendalian proses memberikan kontribusi ang penting menebutkan bah+a pengendalian proses memberikan kontribusi ang penting da

dalam lam safsafetet, , peperlirlindndunungagan n lilingngkukungngan an (m(menenekekan an popolulusisiememisisi i babahahann  berbahaa),

 berbahaa), perlindungan perlindungan peralatan peralatan terutama terutama dari dari over over capacitover capacitover heated,heated, operasi pabrik ang lancar, menjamin kualitas produk, menjaga operasional operasi pabrik ang lancar, menjamin kualitas produk, menjaga operasional  pabrik

 pabrik pada pada keuntungan keuntungan maksimumna, maksimumna, dan dan berguna berguna dalam dalam monitoring monitoring dandan diagnose proses (*arlin, --).

diagnose proses (*arlin, --).

Dalam industri kita mengenal setidakna ada dua jenis sistem pengendali ang Dalam industri kita mengenal setidakna ada dua jenis sistem pengendali ang  bekerja

 bekerja secara secara konvensional konvensional aitu aitu sistem sistem pengendali pengendali umpan umpan balik balik (/eedback (/eedback  $ontrol) dan sistem pengendali umpan depan (/eedfor+ard $ontrol). 'istem $ontrol) dan sistem pengendali umpan depan (/eedfor+ard $ontrol). 'istem  pengendali

 pengendali umpan umpan balik balik akan akan bekerja bekerja berdasarkan berdasarkan tingkat tingkat kesalahan kesalahan angang terjadi pada produk ang dimonitordikontrol besarna. Artina jika variable terjadi pada produk ang dimonitordikontrol besarna. Artina jika variable an

ang g dikdikontontrol rol nilnilainaina a (di(di!set!set) ) menmengalgalami ami perperubaubahan han (err(error) or) makmaka a sissistemtem  pengendali

 pengendali ini ini akan akan bekerja bekerja memanipulasi memanipulasi input input pasanganna pasanganna (mengubah(mengubah  besarna)

 besarna) sehingga sehingga nilai nilai variabel variabel ang ang dikontrol dikontrol sebagai sebagai output output akan akan samasama dengan nilai ang diset (ditetapkan besarna).Dalam feedfor+ard controller, dengan nilai ang diset (ditetapkan besarna).Dalam feedfor+ard controller, sistem ang terjadi adalah sebalikna dimana gangguan ang ada diukur lebih sistem ang terjadi adalah sebalikna dimana gangguan ang ada diukur lebih

dulu, kemudian baru nilai inputna diubah berdasarkan tingkat gangguan ang dulu, kemudian baru nilai inputna diubah berdasarkan tingkat gangguan ang ada, sehingga harga output ang menjadi tujuan tidak mengalami perubahan ada, sehingga harga output ang menjadi tujuan tidak mengalami perubahan at

atau au pepengngararuh uh gagangngguguan an teterhrhadadap ap ninilalai i ououtptput ut dadapapat t didikukurarangngi i atatauau dihilangkan.

dihilangkan.

'istem pengendalian proses adalah gabungan kerja dari alat!alat pengendalian 'istem pengendalian proses adalah gabungan kerja dari alat!alat pengendalian oto

otomatmatis. is. 'em'emua ua perperalatalatan an anang g memmembenbentuk tuk sissistem tem penpengengendalidalian an disdisebuebutt istrumentasi pengendalian proses. $ontoh sederhana istrumentasi pengendalian istrumentasi pengendalian proses. $ontoh sederhana istrumentasi pengendalian  proses

 proses adalah adalah saklar saklar temperatur temperatur ang ang bekerja bekerja secara secara otomatis otomatis mengendalikanmengendalikan suhu setrika. Instrument

suhu setrika. Instrumentasi asi pengepengendalinndalina disebuta disebut temperature switchtemperature switch, saklar , saklar  akan memutuskan arus listrik ke elemen pemanas apabila suhu setrika ada di akan memutuskan arus listrik ke elemen pemanas apabila suhu setrika ada di atas titik ang dikehendaki. 'ebalikna saklar akan mengalirkan arus listrik ke atas titik ang dikehendaki. 'ebalikna saklar akan mengalirkan arus listrik ke elemen pemanas apabila suhu setrika ada di ba+ah titik ang dikehendaki. elemen pemanas apabila suhu setrika ada di ba+ah titik ang dikehendaki. Pengendalian jenis ini adalah kendali 0"!0//. Tujuan utama dari suatu sistem Pengendalian jenis ini adalah kendali 0"!0//. Tujuan utama dari suatu sistem  pengendalian

 pengendalian adalah adalah untuk untuk mendapatkan mendapatkan unjuk unjuk kerja kerja ang ang optimal optimal pada pada suatusuatu sist

sistem em anang g dirdirancancangang. . 1nt1ntuk uk menmengukgukur ur perperforformanmansi si daldalam am penpengatgaturauran,n,  biasana

 biasana diekspresikan diekspresikan dengan ukuran dengan ukuran 2ukuran +aktu 2ukuran +aktu naik naik (tr), (tr), +aktu puncak +aktu puncak  (tp),

(tp), settling  settling timetime (ts),(ts), maximum overshootmaximum overshoot (*p), +aktu tunda(*p), +aktu tundadelay timedelay time(td),(td), nilai error, dan damping ratio. "ilai tersebut bisa diamati pada respon transien nilai error, dan damping ratio. "ilai tersebut bisa diamati pada respon transien dar

dari i suatsuatu u sistsistem em penpengengendaldalianian, , mismisal al gamgambar bar .3.3. . DalaDalam m optoptimiimisasi sasi agaagar r  me

mencncapapai ai tatargrget et opoptimtimal al sesesusuai ai ang ang didikekehehendndakaki, i, mamaka ka sissistem tem kokontntroroll  berfungsi4

 berfungsi4 melakukan melakukan pengukuran pengukuran ((measurement measurement ), ), memembmbanandidingngkakann ((comparisoncomparison), ), pepencncatatataatan n dadan n pepengnghihitutungngan an ((computationcomputation) ) dadan n peperbrbaiaikakann ((correctioncorrection). 5ebih mendetail akan dibahas pada ). 5ebih mendetail akan dibahas pada bab  bab  tentantentang g analisanalisis is resporesponn  pengendalian.

dulu, kemudian baru nilai inputna diubah berdasarkan tingkat gangguan ang dulu, kemudian baru nilai inputna diubah berdasarkan tingkat gangguan ang ada, sehingga harga output ang menjadi tujuan tidak mengalami perubahan ada, sehingga harga output ang menjadi tujuan tidak mengalami perubahan at

atau au pepengngararuh uh gagangngguguan an teterhrhadadap ap ninilalai i ououtptput ut dadapapat t didikukurarangngi i atatauau dihilangkan.

dihilangkan.

'istem pengendalian proses adalah gabungan kerja dari alat!alat pengendalian 'istem pengendalian proses adalah gabungan kerja dari alat!alat pengendalian oto

otomatmatis. is. 'em'emua ua perperalatalatan an anang g memmembenbentuk tuk sissistem tem penpengengendalidalian an disdisebuebutt istrumentasi pengendalian proses. $ontoh sederhana istrumentasi pengendalian istrumentasi pengendalian proses. $ontoh sederhana istrumentasi pengendalian  proses

 proses adalah adalah saklar saklar temperatur temperatur ang ang bekerja bekerja secara secara otomatis otomatis mengendalikanmengendalikan suhu setrika. Instrument

suhu setrika. Instrumentasi asi pengepengendalinndalina disebuta disebut temperature switchtemperature switch, saklar , saklar  akan memutuskan arus listrik ke elemen pemanas apabila suhu setrika ada di akan memutuskan arus listrik ke elemen pemanas apabila suhu setrika ada di atas titik ang dikehendaki. 'ebalikna saklar akan mengalirkan arus listrik ke atas titik ang dikehendaki. 'ebalikna saklar akan mengalirkan arus listrik ke elemen pemanas apabila suhu setrika ada di ba+ah titik ang dikehendaki. elemen pemanas apabila suhu setrika ada di ba+ah titik ang dikehendaki. Pengendalian jenis ini adalah kendali 0"!0//. Tujuan utama dari suatu sistem Pengendalian jenis ini adalah kendali 0"!0//. Tujuan utama dari suatu sistem  pengendalian

 pengendalian adalah adalah untuk untuk mendapatkan mendapatkan unjuk unjuk kerja kerja ang ang optimal optimal pada pada suatusuatu sist

sistem em anang g dirdirancancangang. . 1nt1ntuk uk menmengukgukur ur perperforformanmansi si daldalam am penpengatgaturauran,n,  biasana

 biasana diekspresikan diekspresikan dengan ukuran dengan ukuran 2ukuran +aktu 2ukuran +aktu naik naik (tr), (tr), +aktu puncak +aktu puncak  (tp),

(tp), settling  settling timetime (ts),(ts), maximum overshootmaximum overshoot (*p), +aktu tunda(*p), +aktu tundadelay timedelay time(td),(td), nilai error, dan damping ratio. "ilai tersebut bisa diamati pada respon transien nilai error, dan damping ratio. "ilai tersebut bisa diamati pada respon transien dar

dari i suatsuatu u sistsistem em penpengengendaldalianian, , mismisal al gamgambar bar .3.3. . DalaDalam m optoptimiimisasi sasi agaagar r  me

mencncapapai ai tatargrget et opoptimtimal al sesesusuai ai ang ang didikekehehendndakaki, i, mamaka ka sissistem tem kokontntroroll  berfungsi4

 berfungsi4 melakukan melakukan pengukuran pengukuran ((measurement measurement ), ), memembmbanandidingngkakann ((comparisoncomparison), ), pepencncatatataatan n dadan n pepengnghihitutungngan an ((computationcomputation) ) dadan n peperbrbaiaikakann ((correctioncorrection). 5ebih mendetail akan dibahas pada ). 5ebih mendetail akan dibahas pada bab  bab  tentantentang g analisanalisis is resporesponn  pengendalian.

Gambar 1.

Gambar 1. 6espon Transien 'istem Pengendalian6espon Transien 'istem Pengendalian 1.

1. KoKontntrrol ol PrPrososeses

'ebuah komponen dari setiap sistem kontrol proses industri adalah 'ebuah komponen dari setiap sistem kontrol proses industri adalah loop kontrol feedback. Terdiri dari proses, pengukuran, pengendali, loop kontrol feedback. Terdiri dari proses, pengukuran, pengendali, dan elemen kontrol akhir, seperti ang ditunjukkan pada 7ambar . dan elemen kontrol akhir, seperti ang ditunjukkan pada 7ambar . 8ika semua elemen ini saling berhubungan, aitu, jika informasi dapat 8ika semua elemen ini saling berhubungan, aitu, jika informasi dapat dik

dikirimirimkan kan terterus us menmeneruerus s seksekitaitar r looloop, p, konkontrotrol l looloop p terttertutuutup p dandan feedback otomatis umumna ada.

feedback otomatis umumna ada.

Gambar 2.

Gambar 2. 'uatu Pengendalian 'uatu Pengendalian 5oop Te5oop Tertutuprtutup Ar

Arus us ininfoformrmasasi i inini i memennedediaiakakan n sasararana na ununtutuk k kokontntrorol, l, anangg memungkinkan pemanfaatan bahan baku dan energi ang efisien, jika memungkinkan pemanfaatan bahan baku dan energi ang efisien, jika loop terganggu karena alasan apapun, seperti ketika pengendali ini loop terganggu karena alasan apapun, seperti ketika pengendali ini dikondisikan pada kontrol manual, seperti ang terlihat pada 7ambar  dikondisikan pada kontrol manual, seperti ang terlihat pada 7ambar  3, itu dianggap loop terbuka dan tidak ada kontrol otomatis.

3, itu dianggap loop terbuka dan tidak ada kontrol otomatis.

Gambar 3.

9onsep kontrol feedback otomatis bukanlah hal baru. Aplikasi pada industri terjadi pada tahun ::% ketika 8ames ;att menggunakan bola! terbang untuk mengontrol kecepatan mesin uapna. Pengembangan kontrol feedback otomatis berkembang lambat pada a+alna. 'istem transmisi Pneumatic tidak umum sampai tahun -%&, tetapi beberapa dekade terakhir telah melihat studi ekstensif dan pengembangan dalam teori dan penerapan konsep tersebut.

9ontrol feedback otomatis tidak digunakan secara universal. Dalam 7ambar 3, bagian dari sistem ang terputus, menciptakan kontrol loop terbuka. 9ontrol loop terbuka tidak memberikan informasi dari proses kembali ke pengendali. $ontoh ang paling dekat adalah mesin cuci, ang dapat diprogram untuk mengendalikan serangkaian operasi ang diperlukan untuk mencuci pakaian, hal itu berjalan berdasarkan siklusna dan, karena tidak ada informasi feedback ang kembali ke perangkat kontrol mengenai kondisi pencucian, mesin cuci itu mati. <ana manusia ang dapat mengontrol beban, dan itu tidak memuaskan, bisa dijadikan  pelajaran. 9ontrol loop terbuka jarang ditemui dalam proses industri dan

tidak akan diberikan keterangan lebih lanjut.

'ebagaimana dinatakan sebelumna, kontrol otomatis memerlukan  beberapa jenis sistem sinal untuk menutup loop dan menediakan sarana

untuk aliran informasi. Ini berarti bah+a pengendali harus mampu menggerakkan kerangan, kerangan harus dapat mempengaruhi  pengukuran, dan sinal pengukuran harus edilaporkan ke pengendali.

Tanpa feedback ini, Anda tidak memiliki kontrol otomatis. 3. Kontrol On/Off 

9ontrol 0n0ff umumna merupakan ang paling sederhana dan jenis ang paling murah untuk kontrol proses dan memiliki aplikasi luas dalam industri. 'ebuah proses ang dikendalikan oleh pengendali onoff hampir selalu memiliki beberapa kesalahan di dalamna,  bahkan, pengendali menalakan atau mematikan hana pada saat!saat tidak ada kesalahan dalam pengukuran, bila pengukuran mele+ati set  point menuju error atau kesalahan fatal lainna. Pada saat itu,

kerangan terbuka penuh (on) atau tertutup (off), tergantung pada arah dari kesalahan. 1kuran kesalahan tersebut tidak diakui.

Tidak ada upaa dilakukan untuk meneimbangkan ang masuk  dengan ang keluar. 'ehingga energi atau materi ang diberikan untuk   proses selalu terlalu banak atau tidak cukup. 'iklus variabel diukur  secara terus menerus. "amun, ketika kontrol onoff diterapkan pada kondisi ang tepat saat proses, efekna kecil dan dapat diterima. 9ontrol onoff terbaik ang diterapkan pada kapasitas proses besar  ang memiliki sedikit +aktu mati dan massa kecil atau aliran energi sehubungan dengan kapasitas sistem.

'ebuah contoh umum ang menjadi sistem pemanas khusus. 'ebuah rumah semakin dingin daripada suhu ang diinginkan (set point) dan ternata termostat menghidupkan pemanas. Pemanas memasok   pasokan ang cukup panas untuk menghangatkan rumah ke suhu ang

diinginkan, dan termostat pemanas mati. "amun, masih ada panas ang cukup tersimpan dalam massa rumah untuk tetap hangat untuk  sementara +aktu. 9etika suhu kembali ke set point, termostat ternata menghidupkan pemanas lagi, tapi suhu turun sedikit sebelum  pemanas mulai member efek dan memanaskan rumah lagi (+aktu

mati).

'iklus ini diilustrasikan pada 7ambar %, ang menunjukkan hubungan antara suhu rumah (variabel terkontrol) dan tindakan pemanas (variabel dimanipulasi). 9arena massa rumah merupakan kapasitas  besar, variasi suhu ang disebabkan oleh efek siklus sangat kecil

sehingga terjadi tanpa disadari oleh orang di rumah.

Dalam industri, aplikasi khas untuk kontrol onoff suhu sebuah tangki  besar atau bak mandi. Ini juga memiliki kapasitas panas ang besar,

dengan sumber panas ang kecil (energ masuk) memanaskan air di dalam tangki besar atau bak madi (variabel terkontrol) ke suhu ang diinginkan (set point). Dalam contoh kedua, laju kenaikan (atau turun) dari variabel terkontrol kecil karena masukna energi kecil dibandingkan dengan kapasitas besar dari sistem.

Gambar 4. 'stem 6esponse to a Process 1pset ;ith 0n0ff $ontrol =. Kontrol Proporsional

9ontrol onoff bekerja sangat baik pada proses dengan kapasitas besar, ang berubah perlahan!lahan. 'aat proses memiliki kapasitas kecil,  biasana merespon dengan cepat untuk mengganggu. 0leh karena itu,  peraturan terus menerus ang tepat dari variabel dimanipulasi diperlukan. 1paa kontrol Proporsional untuk menstabilkan sistem dan menghindari fluktuasi dengan menanggapi besar serta arah kesalahan.

8enis proses ang paling bermanfaat dari kontrol proporsional adalah memiliki massa besar atau aliran energi sehubungan dengan kapasitas dan +aktu mati ang sangat kecil. 'ebuah pancuran kamar mandi adalah contoh dari proses kapasitas kecil. 9ontrol onoff pada suhu air  tidak berguna di sini karena memutar kontrol penuh atau terlalu penuh sehingga menebabkan perubahan pada output. >nergi masuk besar   berhubungan dengan kapasitas proses. 8adi, kami membentuk proporsi

air panas ke air dingin, ang dapat dipertahankan terus menerus.

Di kamar mandi, seperti dalam proses kontrol kebanakan sistem, elemen kontrol akhir adalah kerangan, ang sebagian membuka atau menutup untuk mengatur massa atau aliran energi. 1ntuk  menediakan output ang sesuai, kerangan mengalir antara sepenuhna terbuka dan tertutup seperti diposisikan oleh pengendali. Aliran kerangan ini disebut gaa kerangan.

<ubungan antara output dan lebar rentang pengukuran disebut band  proporsional. 9adang!kadang disebut P# atau P #and, dan dinatakan dalam persen. *isalna, 3& persen proporsional band sempit, tetapi memberikan kontrol sensitif karena && persen perubahan output ang dihasilkan oleh perubahan pengukuran hana 3& persen. 'ebalikna, && persen Proporsional #and sangat luas dengan hana 3& percent dari output ang mungkin dihasilkan oleh perubahan && persen dalam pengukuran. Dalam operasi, pengendali proporsional menghitung jumlah kesalahan antara pengukuran dan set point, menguatkan, dan memposisikan elemen kontrol akhir untuk  mengurangi kesalahan. #esarna tindakan korektif sebanding dengan kesalahan. 'ecara umum, pengukuran merupakan satu!satuna  pengendali proporsional ang dapat menghilangkan kerugian hana  pada satu kondisi beban.

9etika ada proses ang mengganggu, seperti ketika aliran tiba!tiba dikurangi, kerangan harus mengubah posisi untuk menjaga variabel ang dikendalikan pada tingkat ang konstan (menjaga set point). 0utput dari pengendali (ang mengontrol posisi kerangan) harus mengasumsikan nilai baru, ang berbeda dari aslina (set point), sebelum keseimbangan dapat dicapai.

 "ilai ini baru dari variabel ang dikendalikan Apakah offset dari set  point. 7ambar , $urve $, menunjukkan respon sstem ketika band  proporsional, di mana osilasi dengan cepat menelesaikanna. 8ika Proporsional #and terlalu lebar (tidak sensitif), offset akan jauh lebih  besar, mengurangi jumlah kontrol atas proses. *empersempit pita  proporsional (peningkatan keuntungan) dapat mengurangi jumlah offset, tapi band ang terlalu sempit menciptakan siklus. ?ang paling  penting adalah pembatasan kontrol proporsional karena hana hal itu ang dapat menampung satu hubungan tetap antara input dan output, satu beban kontrol dimana kesalahan input adalah nol dan satu sinal keluaran dimana posisi kerangan kontrol dalam posisi ang diperlukan untuk membuat kesalahan nol.

Tindakan proporsional murni umumna memadai untuk proses ang stabil dengan menggunakan sebuah Proporsional #and sempit dan dimana kerugian kecil tidak merugikan pengoperasian sistem. 'ebagai contoh, tingkat control suhu non!kritikal loop dengan konstanta +aktu ang lama adalah aplikasi ang baik hana untuk kontrol  proporsional.

Gambar 5. 6espon 'stem Proporsional untuk menangani gangguan  berbeda Proporsional #and (P#) lebar.

4. Kontrol Integral

Tindakan integral untuk menghindari kerugian ang diciptakan dalam kontrol proporsional dengan memba+a output kembali ke set point, itu adalah peneimbangan kembali otomatis dari sistem, ang  beroperasi selama kesalahan ada. 0leh karena itu, kontrol integral menanggapi durasi kesalahan serta besar dan arah. 9ontrol integral hampir tidak pernah digunakan sendiri, melainkan dikombinasikan dengan kontrol proporsional.

Pada suatu +aktu, sistem peneimbangan kembali harus dilakukan secara manual, ini disebut @reset manual.@ Istilah @reset@ sesekali masih digunakan, meskipun definisi lengkap fungsi mencakup konsep matematika dari mengintegrasikan kesalahan hingga mencapai nol. 9ontrol proporsional!plus!integral (PI) umumna digunakan pada  proses di mana tidak ada jumlah kerugian ang dapat ditoleransi. Aplikasi lain termasuk ang mana seperti broad band proporsional akan diperlukan untuk stabilitas bah+a jumlah kerugian ang terbentuk harus diterima.

9ontrol PI diterapkan pada hampir semua proses. 9etika gangguan  proses terjadi, pengendali proporsional menanggapi kesalahan dan gangguan itu seperti ang ditunjukkan pada 7ambar . *odus integral kontrol mendeteksi kesalahan dalam modus proporsional dan mencoba untuk menghilangkan kesalahan.

Dalam kontroller proportional!plus!integral, aksi integral dapat dinatakan dalam menit per jumlah +aktu ulangan ang diperlukan oleh pengendali integral untuk mengulang!loop respon terbuka disebabkan oleh modus proporsional untuk perubahan langkah dalam kesalahan. 'emakin kecil nilai +aktu, semakin cepat tindakan integral. (#eberapa pembuat kontroller mengungkapkan integral dalam mengulangi per menit, ang merupakan kebalikan dari menit per  ulangan.)

Idealna, menit per ulangan dipilih untuk modus integral dari  pengendali ang harus memba+a titik kontrol kembali ke set point dengan cepat. (Proporsional #and ditentukan secara terpisah.) 8ika +aktu integral terlalu panjang, sistem tidak akan tampil di efisiensi maksimum. 8ika +aktu terlalu singkat, maka akan melampaui set  point, bahkan, jika +aktu integral terlalu pendek untuk proses ang

sedang dikendalikan, maka siklus terus!menerus bisa terjadi. <ubunganna ditunjukkan dalam 7ambar .

Gambar 6. Propotional!Integral (PI) 'stem 6esponse to a Process 1pset ;ith Different Integral Times

'atu masalah dengan kontrol integral ang dapat terjadi ketika  penimpangan tidak bisa dihilangkan selama periode +aktu (seperti dengan sejumlah proses ketika tangki kosong). Pengendali terus melihat kesalahan dan mencoba untuk memperbaiki, menjenuhkan dan mengendalikan output ke nilai maksimum. Ini disebut  penelesaian integral. 9etika situasi menebabkan kesalahan tersebut diperbaiki, pengendali tidak segera kembali ke operasi normalB melainkan mengendalikan output dan kerangan pada kondisi ekstrim untuk beberapa saat hingga penimpangan telah berubah.

5. Kontrol PID

*asing!masing dari tiga mode kontrol dasar dan kombinasi ang telah dibahas sejauh ini, Proporsional (P), Proporsional!plus!Integral (PI) memiliki keterbatasan ang mungkin tidak signifikan jika proses dan  pengendali cocok.

 "amun, beberapa proses ang sulit untuk dikendalikan atau penting untuk menjagana pada set point, adalah penggunaan ketiga mode akan sangat membantu dalam mempertahankan kontrol ang diinginkan. 9ontrol PID menanggapi semua aspek proses kesalahan,  besarna, durasi, dan tingkat perubahan. 0utput dari pengontrol PID

adalah kombinasi linear dari P, I, dan mode control D.

9ontrol PID dapat menguntungkan pada banak proses. "amun,  penerapanna harus dipertimbangkan dengan hati!hati karena memiliki keterbatasan pada beberapa proses. Proses ang paling menguntungkan dari kontrol PID adalah cepat merespon gangguan  besar, dan tindakan integral bisa menanggapi mereka.

Tindakan derivative dan integral saling melengkapi. Tindakan derivatif memungkinkan peningkatan proporsional, mengimbangi  penurunan ang diharuskan oleh tindakan integralB dimana tindakan

integral cenderung meningkatkan masa siklus dari loop, tindakan derivatif  cenderung untuk mengurangina, sehingga menghasilkan kecepatan ang sama tanggapan sebagaimana dengan tindakan proporsional tetapi tanpa offset.

'uhu proses, seperti penukar panas, khusus dari aplikasi ini, ang dapat bermanfaat dari kontrol PID. 7ambar : menunjukkan pengaruh  penambahan tindakan derivatif ke PI pengendali disesuaikan dengan  benar. Periode (+aktu untuk menelesaikan satu siklus) lebih pendek 

dibandingkan dengan kontrol proporsional!plus!integral

Gambar 7. 9omparison 'istem 6espon pada Proses PI dengan PID 9ontrol

Gambar 8. *enunjukkan respon sistem untuk proses gangguan dalam modus kontrol analog utama4 Proporsional, Integral, dan PID. 6espon

ang tidak terkendali ditampilkan demi perbandingan.

Gambar . *enunjukkan respon sistem terhadap perubahan set point (seperti ang terjadi dalam penetelan pengendali) dengan menggunakan

IC. Prosedur 9erja

. *anual on!off controller 

a. *enalakan alat P$T!%& dan komputer.

 b. *embuka soft+are percobaan pengendalian suhu.

c. Pasang selang sesuai rangkai alat pada sistem batch.(aliran air pendingin dipasang secara by pass)

d. *engisi air pada tabung hingga batas tertentu.

e. *engatur <ot PumpE pada nilai &. (suhu a+al air didalam tabung (T) ±35℃  ₎

f. *emilih controlE kemudian mengatur memilih mode operasi manualE dan dimasukkan nilai pada kolom output controllerE dengan nilai & F lalu menekan 70E pada tab menu.

g. 'etelah T mencapai suhu ±50℃ , proses dimatikan dengan menekan 'T0PE pada tab menu.

h. *enimpan data ang diperoleh.

i. 5akukan cara a 2 h tetapi dengan mengubah nilai output controllerE menjadi 3& F, =& F dan %&F.

 j. *enurunkan suhu dalam tabung hingga sama dengan suhu pada a+al

melakukan proses (di ba+ah %&o_{$). "amun jika terlalu lama maka air didalam}

tangki dikeluarkan dan diganti dengan air dingin baru

3. 0n!0ff $ontroller (Automatic) a. *embuka data sheet baru

 b. *engisi air pada tabung hingga batas tertentu. c. *engatur <ot PumpE pada nilai &

d. *emilih controlE kemudian mengatur set point menjadi %&, memilih mode operasi otomatisE kemudian diklik applE dan G0kH lalu menekan 70E  pada tab menu.

e. 'etelah terjadi = osilasi pada variabel akhir, proses dimatikan dengan menekan 'T0PE pada tab menu.

f. *enimpan data ang diperoleh.

g. *enurunkan suhu dalam tabung hingga sama dengan suhu pada a+al

melakukan proses (di ba+ah %&o_{$). "amun jika terlalu lama maka air didalam}

tangki dikeluarkan dan diganti dengan air dingin baru.

h. 5akukan cara a 2 g tetapi dengan mengubah nilai set point menjadi & dan 

o_$

=. Penentuan nilai P, I dan D dengan metode coba coba a. Penentuan nilai proportional

a) *embuka data sheet baru

 b) *engisi air pada tabung hingga batas tertentu. c) *engatur <ot PumpE pada nilai & .

d) *emilih controlE kemudian mengatur set point menjadi %&, memilih mode operasi otomatisE kemudian mengisi nilai P  = lalu diklik G0kH lalu menekan 70E pada tab menu.

e) 'etelah terjadi 3 osilasi pada variabel akhir, proses dimatikan dengan menekan 'T0PE pada tab menu.

f) *enimpan data ang diperoleh.

g) *enurunkan suhu dalam tabung hingga sama dengan suhu pada a+al melakukan proses (di ba+ah %&o_{$). "amun jika terlalu lama maka air}

didalam tangki dikeluarkan dan diganti dengan air dingin baru

h) 5akukan cara a 2 f tetapi dengan mengubah nilai P menjadi B &B 3&B =&B %&B &B J&B &&B 3B &B 3&&B 33.

 b. Penentuan Integral time

a) *embuka data sheet baru

 b) *engisi air pada tabung hingga batas tertentu. c) *engatur <ot PumpE pada nilai & .

d) *emilih controlE kemudian mengatur set point menjadi %&, memilih mode operasi otomatisE kemudian mengisi nilai P dengan memilih salah satu hasil dari penentuan proportional pada percobaan sebelumna ang memiliki osilasi ang mendekati set point dan nilai I  3 lalu diklik G0kH lalu menekan 70E pada tab menu.

e) 'etelah terjadi 3 osilasi pada variabel akhir, proses dimatikan dengan menekan 'T0PE pada tab menu.

f) *enimpan data ang diperoleh.

g) *enurunkan suhu dalam tabung hingga sama dengan suhu pada a+al melakukan proses (di ba+ah %&o_{$). "amun jika terlalu lama maka air}

didalam tangki dikeluarkan dan diganti dengan air dingin baru

h) 5akukan cara a 2 f tetapi dengan mengubah nilai I menjadi 3B %B B JB 3B B 3&B 3B %&B &B J&B &&B 3&B &

c. Penentuan nilai derivatif 

a) *embuka data sheet baru.

 b) *engisi air pada tabung hingga batas tertentu. c) *engatur <ot PumpE pada nilai & .

d) *emilih controlE kemudian mengatur set point menjadi %&, memilih mode operasi otomatisE kemudian mengisi nilai P dan I dengan memilih salah satu hasil dari penentuan proportional dan integral pada percobaan

sebelumna ang memiliki osilasi ang mendekati set point dan nilai D  3 lalu diklik G0kH lalu menekan 70E pada tab menu.

e) 'etelah terjadi 3 osilasi pada variabel akhir, proses dimatikan dengan menekan 'T0PE pada tab menu.

f) *enimpan data ang diperoleh.

g) *enurunkan suhu dalam tabung hingga sama dengan suhu pada a+al melakukan proses (di ba+ah %&o_{$). "amun jika terlalu lama maka air}

didalam tangki dikeluarkan dan diganti dengan air dingin baru

h) 5akukan cara a 2 f tetapi dengan mengubah nilai I menjadi 3B %B B JB 3B B 3&B 3B %&B &B J&B &&B 3&B &.

d. Dari nilai percobaan nilai P, I dan D dipilih salah satu nilai dari setiap  percobaan tersebut ang memiliki osilasi ang mendekati nilai set point

kemudian di running. 9emudian disimpan data ang di peroleh %. Penentuan P, I dan D dengan metode Armfield dan iegler!"icols

a. *embuka data sheet baru.

 b. *engisi air pada tabung hingga batas tertentu. c. *engatur <ot PumpE pada nilai &

d. *emilih controlE kemudian mengatur set point menjadi %& (nilai P, I dan D  &) memilih mode operasi otomatisE kemudian diklik applE dan G0kH lalu menekan 70E pada tab menu.

e. 'etelah diperoleh dua puncak ang sama tinggi, proses dimatikan dengan menekan 'T0PE pada tab menu.

f. *enimpan data ang diperoleh.

g. "ilai P, I dan D ditentukan dengan perhitungan menggunakan metode Armfield dan iegler!"icols.

C. Data Pengamatan dan Pengolahan Data a. 0n!off $ontroller (*anual)

T a+al  = ℃ 'et point  & ℃

$ontrol output  &FB 3&FB =&FB dan &F

00:00 00:09 00:17 00:26 00:35 00:43 00:52 01:00 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 10% 20% 30% 40% Waktu Suhu (C)

 b. Automatice $ontroller 

. Pengendalian suhu on!off  a) 'et Point  %& ℃

00:00 00:43 01:26 02:10 02:53 03:36 04:19 05:02 32.0 34.0 36.0 38.0 40.0 42.0 44.0

 "ilai rata rata respon T  %&,- ℃

ε

=

40.9

−

40

40  x100

 b) 'et Point  & ℃ 04:19 05:46 07:12 08:38 10:05 11:31 12:58 35.0 40.0 45.0 50.0 55.0 60.0

 "ilai rata rata respon T %-,= ℃

ε

=

50

−

49,3

50  x100

c) 'et Point   ℃ 12:27 13:54 15:20 16:47 18:13 19:39 44.0 46.0 48.0 50.0 52.0 54.0 56.0 58.0 60.0 62.0

 "ilai rata rata respo T  %,J ℃

ε

=

55

−

4 0,8

55  x100

ε

=¿

 _{&,= F}

3. Pengendalian suhu dengan *etode coba coba a. Pengendalian Proporsional P (%) SP = 40 ℃ Nilai respon rata rata

(

℃

)

% error  3 41,01563 2,539063 5 40,84961 2,124023

10 41,17839 2,945964 20 40,9446 2,361506 30 41,02958 2,57394 40 40,79368 1,984197 60 40,90169 2,254232 80 40,64941 1,623535 100 41,27197 3,179932 125 40,61415 1,535373 150 40,82031 2,050781 200 40,71289 1,782227 225 40,82031 2,050781 00:00 07:12 14:24 21:36 28:48 37.0 38.0 39.0 40.0 41.0 42.0 43.0 44.0 45.0

 b. Pengendalian Integral time

I (s) SP = 40 ℃ Nilai respon rata rata ( ℃

¿

% error  2 40,10291 0,257287 4 40,02632 0,065812 6 39,66175 0,84561 8 39,93253 0,16868 12 39,80263 0,49342 15 39,867 0,3325

20 39,79704 0,50739 25 39,91211 0,21973 40 39,72778 0,68054 60 40,18555 0,463867 80 39,90524 0,23691 100 39,82652 0,43371 120 40,02821 0,07053 150 39,74067 0,64833 00:00 07:12 14:24 21:36 28:48 36:00 43:12 50:24 57:36 38.0 39.0 40.0 41.0 42.0 43.0 44.0

c. Pengendalian Derivatif time D (s) SP = 40 ℃ Nilai respon rata rata ( ℃

¿

% error  2 40,29018 0,725446 4 39,9231 0,19226 6 40,01336 0,033409 8 39,81771 0,45573 12 40,17918 0,447945 15 40,02511 0,062779 20 39,87202 0,31995 25 40,15891 0,397283 40 40,08484 0,212097 60 40,07303 0,182575 80 39,85917 0,35208 100 40,06076 0,15191 120 39,88621 0,28448 150 40,14509 0,362723 00:00 07:12 14:24 21:36 28:48 36:00 43:12 50:24 57:36 35.0 36.0 37.0 38.0 39.0 40.0 41.0 42.0 43.0 44.0

Dari metode coba coba diats dipilih nilia untuk P, I dan D dengan nilai respon rata rata ang paling mendekati nilai set point  %& ℃

P  3 B I  % B D  . 00:00 02:53 05:46 08:38 11:31 14:24 17:17 20:10 23:02 35.0 36.0 37.0 38.0 39.0 40.0 41.0 42.0 43.0 44.0

7rafik optimasi pengendalian suhu dengan nilai P, I dan D ang ditentukan dengan metode coba coba dapat dilihat pada grafik diba+ah

 "ilai respon rata rata  %&,&3- ℃

ε

=

40,0219

−

40

40  x100

=. 00:00 02:53 05:46 08:38 11:31 14:24 17:17 20:10 23:02 25:55 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0

Pengendalian suhu dengan metode Armfield

 Dari grafik diatas ditentukan nilai parameter pngendali akni proportional (P), integral (I) dan derivatif (D) dengan metode Armfield

?  %%,- ℃

−¿

 =,- ℃  - ℃ t  (J ×60

¿−{

(

13×60

)

+

50

}

 3& detik  P   y 3  9 3  = I  t  3& detik  D  t  6  250 6  %,:

00:00 07:12 14:24 21:36 28:48 36:00 43:12 34.0 35.0 36.0 37.0 38.0 39.0 40.0 41.0 42.0 43.0

7rafik optimasi dengan nilai P,I dan D ang ditentukan dengan metode Armfield dapat dilihat pada grafik diba+ah

 "ilai respon rata rata  %&, ℃

ε

=

40,1

−

40

40  x100

%. Pengendalian suhu dengan metode iegler!"icols 00:00 02:53 05:46 08:38 11:31 14:24 17:17 20:10 23:02 25:55 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0

Dari grafik diatas ditentukan nilai parameter pngendali akni proportional (P), integral (I) dan derivatif (D) dengan metode Armfield

?  %%,- ℃

−¿

 =,- ℃  - ℃ t  K(J ×60

¿+

40

}−{

(

13×60

)

+

50

}

 3-& detik  P   y 3  9 3  = I  t  3& detik  D  t  6  290 6  %J,=

7rafik optimasi dengan nilai P,I dan D ang ditentukan dengan metode iegler!"icols dapat dilihat pada grafik diba+ah

00:00 07:12 14:24 21:36 28:48 36:00 38.0 38.5 39.0 39.5 40.0 40.5 41.0 41.5 42.0 42.5 43.0 t T

 "ilai respon rata rata  %&,&3 ℃

ε

=

40,1 02

−

40

40  x100

CI. Pembahasan

(;ahuni #achtiar == % &%%)

'istem pengendalian proses adalah gabungan kerja dari alat!alat pengendalian otomatis. 'emua peralatan ang membentuk sistem pengendalian disebut istrumentasi  pengendalian proses. Pada praktikum ini akan dilakukan pengendalian terhadap suhu (Temperature Controller)  ang dilakukan dengan beberapa sesi percobaan. Tahap! tahap tersebut meliputi sstem pengendalian langsung (Direct controller) ang terdiri atas sstem pengendalian 0"!0// (manual), pengendalian 0"!0// (automatic). Pada percobaan ini dilakukan pula penentuan parameter pengendali meliputi Proportioanl band (P), Integral time (I) dan Derivatif time (D) dengan beberapa metode akni metode coba coba, metode Armfield dan metode iegler!"icols.

'istem pengendalian lansung pada Temperature controller adalah dimana sistem akan melakukan pengendalian suhu terhadap air ang dipanaskan langsung oleh <eater.

Terdapat = tahap percobaan ang dilakukan pada Pengendalian langsung tersebut, aitu 0"!0// controller (manual), 0n!0// controller (automatic), dan PID controller. Dari semua percobaan tersebut akan dibandingkan sstem pengendalian mana ang memiliki nilai eror paling kecil. 'ebagaimana cara kerja sstem  pengendalian otomatis, dimana ketika sstem telah mencapai nilai set point maka

VARIABEL  TERCONTR

OL (T1)

heater akan mati dan ketika turun mele+ati set point, heater akan menala kembali sehingga pada grafik akan nampak seperti sebuah gelombang.

Pada sstem pengendalian on!off (automatic), dimaksudkan untuk melakukan  pengendalian suhu secara otomatis tanpa penggunaan P,I, maupun D controller. Dilakukan tiga kali percobaan on!off controller masing!masing dengan set point ang  berbeda aito %&, &, dan L$. berdasarkan hasil pengamatan data dan grafik 

diperoleh data sebagai berikut4

•  "ilai rata!rata respon 'P %& 

%&.- "ilai error 'P %&  3,3F

•  "ilai rata!rata respon 'P &  %-,=

 "ilai error 'P &  ,% F

•  "ilai rata!rata respon 'P   %,J

 "ilai error 'P   &.= F

Dari data tersebut, diketahui bah+a nilai respon ang paling mendekati nilai 'et Point adalah sstem pengendalian 0"!0// otomatis aitu dengan nilai 'P  .

'edangkan pada PID controller, proses dilakukan dengan penambahan nilai P, I dan D dengan nilai set point ('P) diset dengan nilai  %&. Penentuan nilai P, I dan D dilakukan dengan = metode akni metode coba coba, metode Armfield dan metode iegler!"icols. Pada metode coba coba digunakan beberapa nilai P, I dan D untuk  mengetahui nilai responna. Dari banakna nilai ang telah dicoba kemudian dipilih salah satu nilai untuk P, I dan D ang memiliki nilai error ang paling kecil. 'edangkan untuk metode Armfield dan metode iegler!"icols penentuan nilai P, I dan D dilakukan dengan metode perhitungan seperti ang tertera pada pengolahan data. Dari ketiga metode ang dilakukan untuk penentuan P, I dan D hasil optimasi PID kontroller ang memiliki nilai error paling kecil akni metode coba coba aitu &,&

F dengan nilai respon rata rata  %&,&3- ℃ . 'edangkan untuk optimasi PID kontroller untuk metode Armfiled didaptkan nilai error  &,3 dengan nilai respon rata

rata  %&, ℃ . Dan untuk 0ptimasi PID controller untuk metode iegler!"icols