MAKALAH
SISTEM KENDALI CLOSE LOOP
DISUSUN OLEH : IQBAL FASYA
2212122002
PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS JENDRAL AHMAD YANI BANDUNG
2012
KATA PENGANTAR
Dengan segala puji syukur alhamdulillah kami panjatkan kepada Allah swt, yang telah memberi rahmat, hidayah serta inayahnya sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini sebagai salah satu tugas dari mata kuliah sistem kendali.
kami selaku penulis berharap, makalah ini selain sebagai salah satu tugas dari mata kuliah system kendali, semoga dapat juga bermanfaat serta menambah ilmu bagi setiap pembaca pada umumnya dan khususnya bagi penulis sendiri.
Penulis sadar bahwa dalam penulisan makalah ini mungkin masih banyak kekurangan dan kesalahan, oleh karena itu kritik serta saran saya sebagai penulis mengaharapkan dari pembaca sekalian.
Bandung, 30 Desember 2012
Penyusun
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Sistem kendali atau sistem kontrol merupakan hal yang penting di era teknologi informasi maupun di dunia industri yang modern ini. Proses produksi dan manufacturing dituntut kestabilannya dan setiap perubahan dapat direspon secara cepat dan real time. Di dalam dunia industri, dituntut suatu proses kerja yang aman dan berefisiensi tinggi untuk menghasilkan produk dengan kualitas dan kuantitas yang baik serta dengan waktu yang telah ditentukan.
Kegiatan pengontrolan dan monitoring yang biasa dilakukan manusia bisa digantikan perannya dengan menerapkan prinsip otomasi. Kegiatan kontrol yang dilakukan secara berulang-ulang, kekurang-presisi-an manusia dalam membaca data, serta resiko yang mungkin timbul dari sistem yang dikontrol semakin menguatkan kedudukan alat/mesin untuk melakukan pengontrolan secara otomatis.
Piranti-piranti pengontrol otomatis ini sangat berguna bagi manusia. Apalagi jika ditambah dengan suatu kecerdasan melalui program yang ditanamkan dalam sistem tersebut akan semakin meringankan tugas-tugas manusia. Akan tetapi secerdas apapun sebuah mesin tentu masih membutuhkan peranan manusia untuk mengatur dan mengontrol piranti-piranti ini. Otomasi kontrol bukan untuk menggantikan sepenuhnya peranan manusia, tetapi mengurangi peranan dan meringankan tugas-tugas manusia dalam pengontrolan suatu proses.
Dengan adanya perkembangan teknologi, maka mata kuliah Analisis Sistem Teknik Kendali (control automatic) memberikan kemudahan dalam :
1. Mendapatkan performansi dari sistem Dinamik, 2. Dapat mempertinggi kualitas produksi
3. Menurunkan biaya produksi, 4. Mempertinggi laju produksi,
5. Dan meniadakan pekerjaan- pekerjaan rutin yang membosankan, yang harus dilakukan oleh manusia.
BAB II PEMBAHASAN
II.1. Sistem Kontrol
Sejarah Perkembangan Teknik Kendali :
Perkembangan teknik kendali begitu sangat pesat dimulai dari :
1. Karya pertama dimulai abad 18, control automatic, governor sentrifugal, sebagai pengatur kecepatan mesin uap oleh James Watt
2. Pada tahun 1922, control automatic pengemudi kapal laut oleh Minosky
3. Pada tahun 1932, Kestablilan system loop tertutupdan terbuka terhadap masukkan tunak( steady state ) sinusoidal
4. Pada tahun 1934, Diperkenalkan istilah servomekanis untuk system control posisi, dalam hal ini membicarakan desain servo mekanis relay dengan masukkan yang berubah-ubah.
5. Selama dasawarsa 40 tahun hingga 50 tahun kemudian, metoda dalam system desain system control linear berumpan balik benar-benar telah berkembang.
6. Pada tahun 1960 an, kemudian dikembangkan kedalam bentuk multimasukkan /keluaran karena kompleknya “Plant” modern dan persyaratan yang keras pada tingkat ketelitian.
Sistem kontrol adalah proses pengaturan ataupun pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga berada pada suatu harga atau dalam suatu rangkuman harga (range) tertentu. Di dalam dunia industri, dituntut suatu proses kerja yang aman dan berefisiensi tinggi untuk menghasilkan produk dengan kualitas dan kuantitas yang baik serta dengan waktu yang telah ditentukan. Otomatisasi sangat membantu dalam hal kelancaran operasional, keamanan (investasi, lingkungan), ekonomi (biaya produksi), mutu produk, dll.
Ada banyak proses yang harus dilakukan untuk menghasilkan suatu produk sesuai standar, sehingga terdapat parameter yang harus dikontrol atau di kendalikan antara lain tekanan (pressure), aliran (flow), suhu (temperature), ketinggian (level), kerapatan (intensity),dll. Gabungan kerja dari berbagai alat-alat kontrol dalam proses
produksi dinamakan sistem pengontrolan proses (process control system).
Sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem pengontrolan disebut pengontrolan instrumentasi proses (process control instrumentation). Dalam istilah ilmu kendali, kedua hal tersebut berhubungan erat, namun keduanya sangat berbeda hakikatnya. Pembahasan disiplin ilmu Process Control Instrumentation lebih kepada pemahaman tentang kerja alat instrumentasi, sedangkan disiplin ilmu Process Control System mengenai sistem kerja suatu proses produksi.
II.2. Prinsip Pengontrolan Proses
Ada 3 parameter yang harus diperhatikan sebagai tinjauan pada suatu sistem kontrol proses yaitu :
- cara kerja sistem kontrol
- keterbatasan pengetahuan operator dalam pengontrolan proses
- peran instrumentasi dalam membantu operator pada pengontrolan proses
Empat langkah yang harus dikerjakan operator yaitu mengukur, membandingkan, menghitung, mengkoreksi. Pada waktu operator mengamati ketinggian level, yang dikerjakan sebenarnya adalah mengukur process variable (besaran parameter proses yang dikendalikan).
Contohnya proses pengontrolan temperatur line fuel gas secara manual, proses variabelnya adalah suhu. Lalu operator membandingkan apakah hasil pengukuran tersebut sesuai dengan apa yang diinginkan. Besar proses variabel yang diinginkan tadi disebut desired set point. Perbedaan antara process variabel dan desired set point disebut error.
Dalam sistem kontrol suhu di atas dapat dirumuskan secara matematis:
Error = Set Point – Process Variabel
Process variabel bisa lebih besar atau bisa juga lebih kecil daripada desired set point. Oleh karena itu error bisa diartikan negatif dan juga bisa positif.
II.3. Sistem Kontrol Otomatis
Suatu sistem kontrol otomatis dalam suatu proses kerja berfungsi mengendalikan proses tanpa adanya campur tangan manusia (otomatis). Ada dua sistem kontrol pada sistem kendali/kontrol otomatis yaitu :
A. Open Loop (Loop Terbuka)
Suatu sistem kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh terhadap aksi pengontrolan. Dengan demikian pada sistem kontrol ini, nilai keluaran tidak di umpan-balikkan ke parameter pengendalian.
Gambar II.3.1. Diagram Blok Sistem Pengendalian Loop Terbuka
Adapun keunggulan dan kerugiannya pada open loop adalah : Keunggulannya:
- Konstruksinya sederhana
- Lebih murah dari system tertutup
- Tidak ada masalah dengan ketidakstabilan - Ketelitian kerjanya ditentukan oleh kaliberasi Kerugiannya:
- Gangguan dan perubahan kaliberasi, akan menimbulkan kesalahan, sehingga keluaran tidak seperti yang dikehendaki.
- Untuk menjaga kualitas yang diperlukan pada keluaran diperlukan kaliberasi ulang pada setiap waktu tertentu.
Contoh dari sistem loop terbuka adalah operasi mesin cuci. Penggilingan pakaian, pemberian sabun, dan pengeringan yang bekerja sebagai operasi mesin cuci tidak akan berubah (hanya sesuai dengan yang diinginkan seperti semula) walaupun tingkat kebersihan pakaian (sebagai keluaran sistem) kurang baik akibat adanya faktor-faktor yang kemungkinan tidak diprediksikan sebelumnya.. Diagram kotak pada Gambar II.3.2 memberikan gambaran proses ini.
Gambar II.3.2 Operasi mesin cuci B. Close Loop (Loop Tertutup)
Suatu sistem kontrol yang sinyal keluarannya memiliki pengaruh langsung terhadap aksi pengendalian yang dilakukan. Sinyal error yang merupakan selisih dari sinyal masukan dan sinyal umpan balik (feedback), lalu diumpankan pada komponen pengendalian (controller) untuk memperkecil kesalahan sehingga nilai keluaran sistem semakin mendekati harga yang diinginkan.
Adapun keunggulan dan kerugiannya pada close loop adalah :
Keunggulannya:
- Mampu untuk meningkatkan ketelitian, sehingga dapat terus menghasilkan kembali inputnya.
- Dapat mengurangi kepekaan perbandingan keluaran terhadap masukkan untuk perubahan cirri-ciri system.
- Mengurangi akibat ketidaklinearan dan distorsi.
Kerugiannya:
- Tidak dapat mengambil aksi perbaikan terhadap suatu gangguan sebelum gangguan tersebut mempengaruhi nilai prosesnya.
Gambar II.3.3. Diagram Blok Sistem Pengendalian Loop Tertutup
Input ( Masukkan ) : Rangsangan atau perangsangan yang diterapkan ke suatu sistem pengendalian dari sumber energi,
biasanya agar menghasilkan tanggapan tertentu dari system yang dikendalikan.
Output (keluaran) :Tanggapan sebenarnya yang diperoleh dari sebuah sIstem pengendalian.
Plant ( Proses ) :Seperangkat peralatan yang terdiri dari atau sebagian mesin yang bekerja secara bersama- sama dan digunakan untuk suatu “ Proses”.
Proses :Merupakan suatu bagian operasi atau
perkembangan alamiah, yang berlangsung secara kontinyu ( Continue ), yang ditandai oleh suatu deretan perubahan kecil yang berurutan, dengan cara yang relative tetap, untuk mendapatkan suatu
ahkiran yang dikehendaki.
Gangguan :gangguan bila ada, memungkinkan suatu sinyal yang cendearung mempunyai pengaruh yang merugiakan pada harga keluaran system.
PROSES
"PLANT"
ELEMENT PENGUKUR PENGONTROL
INPUT OUTPUT
GANGGUAN
Didalam analisis biasanya digambarkan sebagaimana diagram bolk /kotak sbb:
Gambar II.3.4 diagram bolk Dimana :
R(s) = Input Laplace transform C(s) = Output Laplace transform
G(s) = Transfer function forword element H(s) = TF. Feedback element
E(s) = Error sinyal II.4. Definisi Istilah
Ada beberapa definisi istilah yang sering dipakai antara lain :
a. Sistem (system) adalah kombinasi dari komponen-komponen yang bekerja bersama-sama membentuk suatu obyek tertentu.
b. Variabel terkontrol (controlled variable) adalah suatu besaran (quantity) atau kondisi (condition) yang terukur dan terkontrol. Pada keadaan normal merupakan keluaran dari sistem.
c. Variabel termanipulasi (manipulated variable) adalah suatu besaran atau kondisiyang divariasi oleh kontroler sehingga mempengaruhi nilai dari variabel terkontrol.
d. Kontrol (control) – mengatur, artinya mengukur nilai dari variabel terkontrol dari sistem dan mengaplikasikan variabel termanipulasi pada sistem untuk mengoreksi atau mengurangi deviasi yang terjadi terhadap nilai keluaran yang dituju.
G(s
H(s)
R(s) E(s) C(s)
+ -
e. Plant (Plant) adalah sesuatu obyek fisik yang dikontrol.
f. Proses (process) adalah sesuatu operasi yang dikontrol. Contoh : proses kimia, proses ekonomi, proses biologi, dll.
g. Gangguan (disturbance) adalah sinyal yang mempengaruhi terhadap nilai keluaran sistem.
h. Kontrol umpan balik (feedback control) adalah operasi untuk mengurangi perbedaan antara keluaran sistem dengan referensi masukan.
i. Kontroler (controller) adalah suatu alat atau cara untuk modifikasi sehingga karakteristik sistem dinamik (dynamic system) yang dihasilkan sesuai dengan yang kita kehendaki.
j. Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk mengukur keluaran sistem dan menyetarakannya dengan sinyal masukan sehingga bisa dilakukan suatu operasi hitung antara keluaran dan masukan.
k. Aksi kontrol (control action) adalah besaran atau nilai yang dihasilkan oleh perhitungan kontroler untuk diberikan pada plant (pada kondisi normal merupakan variabel termanipulasi).
l. Aktuator (actuator), adalah suatu peralatan atau kumpulan komponen yang menggerakkan plant.
Gambar II.4.1. memberikan penjelasan terhadap beberapa definisi istilah di atas.
Gambar II.4.1. Sistem Kontrol Secara Lengkap
