Sistem Kontrol

SISTEM KONTROL

A. Definisi sistem kontrol

Sistem kontrol adalah proses pen gaturan atau pengendalian terhadap satu

atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga berada pada suatu harga range tertentu. Istilah lain sistem kontrol atau teknik kendali adalah teknik pengaturan, sistem pengendalian, atau sistem pengontrol.

Secara umum ada empat aspek yang berkaitan dengan sistem pengendalian yaitu : masukan, keluaran, sistem dan proses.

Arti pengendalian ( controlling) secara kusus bagi ABK mesin adalah serangkaian kegiatan yang harus dilakukan terhadap jalannya permesinan atau kondisi lingkungan permesinan dengan tujuan mempertahankan harga, nilai atau kondisi yg dihasilkan oleh setiap proses dari setiap sistem atau sub-sistem permesinan sesuai dengan harga, nilai atau kondisi yang

diinginkan.

B. Tujuan dari Sistem pengendalian

Untuk mendapatkan optimisasi agar mencapai target optimal sesuai yang dikehendaki, maka sistem kontrol berfungsi : melakukan pengukuran (measurement), membandingkan

(comparison), pencatatan dan penghitungan ( computation) dan perbaikan (correction).

Pengendalian sebenarnya dpt dikelompokkan menjadi 3 bagian kegiatan : 1. melakukan pengukuran (measurement),

2. membandingkan (comparison),

3. pencatatan dan penghitungan ( computation) 4. perbaikan (correction).

Keluaran (output) masukan (input)

_)))

proses

Pengaturan (regulation)

 Mengamati, mendeteksi atau mengukur terhadap harga, nilai atau kondisi yang terjadi dari setiap proses suatu sistem permesinan.

 Membandingkan harga, nilai atau kondisi hasil pengamatan, pendeteksian atau pengukuran tersebut dengan harga, nilai atau kondisi yang diinginkan.

 Menganalisa atau menghitung selisih atau penyimpangan (deviasi) atau kesalahan (error) yg terjadi dari hasil pembandingan antara harga hasil pengamatan dan harga yang

dikehendaki.

 Memperbaiki (koreksi) jalanya proses sehingga tercapai kondisi harga atau nilai hasil proses sama dengan harga atau nilai yang diinginkan

C. Jenis- jenis pengendalian

I. Sistem pengendalian manual

Pengontrolan secara manual adalah pengontrolan yang dilakukan oleh manusia yang bertindak sebagai operator.

Gambar. Sistem pengendalian manual

II. Sistem pengendalian otomat

Pengontrolan secara otomatis adalah pengontrolan yang dilakukan oleh mesin-mesin / peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya dibawah pengawasan manusia.

Gambar. Sistem pengendalian otomat

Keterangan gambar :

1. Adalah alat pengontrol, yang dapat menunjukkan perubahan variable kontrol 2. Adalah transmitter, yang dapat merubah variable kontrol kedalam bentuk signal 3. Adalah pengontrol, yang dapat membandingkan signal dari transmitter dengan

pengatur ukuran yang diinginkan, serta menghitung perbedaaan dan hasil koreksi signal.

4. Adalah control valve ( Katup pengontrol ), yang dapat mengatur aliran air meningkat atau menurun sesuai perintah yang diterima dari pengontrol.

Gambar. Diagram blok sistem pengendalian otomat Tujuan pengaturan secara otomat :

Bagaimanapun juga dalam keadaan-keadaan tertentu pemakaian manusia sebagai sarana pengontrol (operator) tidaklah selalu efektif,seperti pada pengontrolan jarak jauh, tempat- tempat yang sukar dicapai, peralatan-peralatan kecil, pengontrol simultan, dan juga pada pengontrolan yang memerlukan kecepatan dan presesi yang tinggi. Sebagai pengganti tenaga

manusia dapat digunakan peralatan-peralatan mekanik, elektrik, pneumatik, hidraulik maupun kombinasi.

Keuntungan kontrol otomat dikapal adalah antara lain:

1. Meningkatkan kondisi kerja 2. Meningkatkan penghematan 3. Meningkatkan daya guna kapal

4. Meningkatkan penghematan anggaran pemeliharan 5. Meningkatkan penghematan biaya bahan bakar

III. Sistem kontrol jaringan terbuka (open loop control system)

Sistem kontrol jaringan terbuka adalah jaringan sistem pengendalian dimana keluaran tidak memberikan efek terhadap besaran masukan, sehingga variable yang dikontrol tidak dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan. Sering disebut juga sistem pengendalian umpan maju.

IV. Sistem kontrol jaringan tertutup (close loop control system)

Jaringan sistem pengendalian dimana besaran keluaran memberikan efek terhadap besaran masukan sehingga besaran yang dikontrol dapat dibandingkan terhadap harga yang

diinginkan. Sering disebut juga sistem pengendalian umpan balik.

Masukan / input Proses/ Keluaran / output

plant Pengatur/

controller

Masukan / input Proses/ Keluaran / output

plant Pengatur/

controller

Elemen feed back

Aplikasi sistem jaringan terbuka dan tertutup juga ditemui dalam proses-proses lain, salah satu contoh dalam kehidupan sehari-hari sebagi berikut ; jika seorang mengendarai mobil maka jalur kecepatan dan percepatan kendaraan tersebut dapat ditentukan dan dikontrol oleh pengendara dengan cara mengamati kondisi lalu lintas dan mengendalikan setir, rem dan alat- alat kontrol lainnya. Jika ingin kecepatannya pada suatu harga yang konstan ( sebagai

keluaran ) maka dia dapat mengaturnya melalui pedal gas dan dapat mengamati harga yang diinginkan dengan melihat penunjukan speedometer. Dengan mengamati besarnya keluaran tersebut setiap saat berarti kita memberikan suatu informasi / efek terhadap masukan

( pengendara dan pedal gas ), sehingga jika terjadi penyimpangan terhadap kecepatan pengendara dapat mengendalikannya kembali kearah yang diinginkan.

Contoh diatas adalah sistem kontrol dengan jaringan tertutup ( closed loop ) dan akan

berubah menjadi sistem terbuka jika kendaraan tidak dilengkapi dengan speedometer. Tanpa adanya alat penunjuk kecepatan maka pengendara tidak dapat mengetahui berapa kecepatan sebenarnya dari kendaraan tersebut.

V. Menurut sumber penggerak

Pengendalian otomat dengan penggerak listrik

Penggerak dengan tenaga penggerak listrik banyak kita jumpai dikamar mesin maupun peralatan diatas deck seperti :

1) Pemutus arus terhadap elektro motor yang menggerakkan pompa, kompresor ataupun keran pengatur aliran dengan menggunakan selenoid ataupun switch ON-OFF baik untuk keperluan pengontrolan terhadap tekanan, aliran ataupun suhu.

2) Menjaga posisi untuk system kemudi ( steering gear ) Pengendalian otomat dengan tenaga hydroulik

Diatas kapal pada umumnya tenaga hydroulik dipergunakan sebagai tenaga bantu

dikombinasikan dengan tenaga mekanik atau listrik, seperti di sistem kemudi dan sistem permesinan diatas deck.

Pengendalian otomat dengan tenaga mekanik

Pengawasan otomat dengan tenaga mekanik selain kita temui pada sistem tuas kemudi juga dapat kita lihat pada sistem governor pengatur kecepatan mesin diesel.

Pengendalian otomat dengan tenaga udara ( pneumatic )

Pengawasan dengan menggunakan tenaga udara atau tenaga angin ini juga dipergunakan pada jenis-jenis pengawasan yang dapat dilakukan oleh tenaga listrik atau mekanik.

Keuntungan system pneumatic adalah:

1. Lebih murah (beaya untuk pipa-pipa dan udara supply).

2. Tidak ada panas yang ditimbulkan dan aman terhadap ledakan atmosphere

3. Lebih mudah menyesuaikan terhadap variasi supply daya, dan mempunyai appreciable time lags.

4. Pemakaian langsung tanpa tranducer sampai actuator akhir yang besar.

Keuntungan system electronic adalah:

1. Kecil dan mudah beradaptasi dengan transmisi fleksibel yang murah 2. Tidak ada bagian yang bergerak, akan tetapi bisa menimbulkan panas.

3. Stabil, secara umum akurat dan time lags yang sangat kecil.

4. Konsumsi daya yang rendah, pemakaian langsung ke komputer, tetapi sering memerlukan tranducer elemen akhir.

VI. Menurut waktu pengendalian

a. Pengendalian kontinu ( analog )

Sistem pengendalian yang ber jalan secara kontinyu, pada setiap saat respon sistem selalu ada. Pengontrol jenis ini dapat dibagi menjadi :

1. Proporsional ( P ) : adalah suatu aksi dimana signyal keluaran sebanding dengan penyimpangan (deviasi), seperti pada pengontrolan uap melalui katup, transmitter tekanan dll.

2. Integral ( I ): adalah suatu aksi dimana signyal keluaran selalu berubah selama terjadi deviasi (penyimpangan) dan kecepatan perubahan keluaran tersebut sebanding dengan penyimpangannya, seperti pada pengontrolan level cairan didalam tanggki karena keluaran yang selalu berubah, tipe ini juga disebut proposionel speed floating control.

3. Deferential ( D ): Dalam sistem pengawasan sistem ini digabungkan dengan prosional atau penggabungan sekaligus dengan proposional dan integral.

4. Kombinasi antara proposional, integral dan defferensial ( PID ) : dimana akan diperoleh suatu sistem kontrol yang lebih stabil sehingga sensitive atau kecepatan responnya akan menjadi lebih besar.

b. Pengendalian digital (discontinu, diskrit)

Sistem pengendalian yang berjalan secara diskrit, proses pengendalian tidak berjalan setiap saat, hanya pada waktu -waktu tertentu saja (pada saat terjadi pencuplikan pada waktu cupliknya).

1. Pengontrolan dengan dua posisi, misalnya termostat, level, sakelar ON-OFF 2. Posisi ganda, misalnya sakelar pemilih ( selector switch )

3. Floating : pada posisi yang relatif tidak terbatas dalam hal ini pemindahan energi dapat dilakukan melalui salah satu dari beberapa kemungkinan yang ada.

VII. Menurut hasil keluaran proses

1. Servomekanisme

Adalah sistem pengawasan berumpan balik dengan keluaran berupa posisi, kecepatan atau percepatan mekanik tanpa adanya gangguan.

2. Regulator otomatik

Adalah sistem pengaeasan berumpan balik dengan masukan acuan atau keluaran yang diinginkan konstan atau kalau toch berubah terjadi terhadap waktu yang lambat dan tugas utamanya adalah menjaga keluaran yang sebenarnya pada harga yang

diinginkan dengan adanya gangguan.

D. Komponen utama sistem kontrol

1. Sensor / Tranduser 2. Error detektor

3. Penggerak ( power aktuator ) 4. Penguat ( amplifier )

- Power amplifier

- Penguat tegangan ( voltage amplifier )

E. Istilah – istilah sistem pengendalian

Masukan

Masukan atau input adalah rangsangan dari luar yang diterapkan ke sebuah sistem kendali untuk memperoleh tanggapan tertentu dari sistem pengaturan.

Masukan juga sering disebut respon keluaran yang diharapkan.

Keluaran

Keluaran atau output adalah tanggapan sebenarnya yang didapatkan dari suatu

sistem kontrol.

Feed back

Adalah pembanding antara output dan input. Suatu sistem pengendalian diperlukan elemen feedback jika sinyal output mempunyai besaran yang tidak sama dengan sinyal input referensi dan tidak diperlukan elemen feedback jika besaran sinyal output sudah sama

dengan besaran sinyal input referensi.

Plant

Seperangkat peralatan atau objek fisik dimana variabel prosesnya akan dikendalikan.

Proses

Berlangsungnya operasi pengendalian suatu variabel proses.

Sistem

Kombinasi atau kumpulan dari berbagai komponen yang bekerja secara bersama-sama untuk mencapai tujuan tertentu.

Diagram blok

Bentuk kotak persegi panjang yang digunakan untuk mempresentasikan model matematika dari sistem fisik.

Fungsi Alih (Transfer Function)

Perbandingan antara keluaran(output) terhadap masukan(input) suatu sistem pengendalian.

Gangguan (disturbance)

Suatu sinyal yang mempunyai kecenderungan untuk memberikan efek yang melawan terhadap keluaran sistem kontrol.

Sensing element / sensor

Bagian yang bertugas mendeteksi gerakan yang diperlukan sistem kontroler Transmitter

Alat yang berfungsi untuk membaca sinyal sensor dan mengubahnya supaya dimengerti oleh controller.

Aktuator

Piranti elektromekanik yang berfungsi untuk menghasilkan daya gerakan.

Transduser

Piranti yang berfungsi untuk mengubah satu bentuk energi menjadi energi bentuk lainnya atau unit pengalih sinyal.

Measurement Variable

Sinyal yang keluar dari transmiter, ini merupakan cerminan sinyal pengukuran.

Setting point

Besar variabel proses yang dikehendaki.

Error

Selisih antara set point dikurangi variabel terkendali.

Control Unit

Bagian unit kontroler yang menghitung besarnya koreksi yang diperlukan.

Sistem pengendalian Adaptive

Sistem pengendalian yang mempunyai kemampuan untuk beradaptasi dengan perubahan lingkungan disekitarnya.

Rangsangan

Setiap isyarat masukan yang dimasukkan dari luar yang mempengaruhi keluaran terkendali.

Sistem Regulasi Otomatis

Sistem pengendalian dimana output sistem dijaga agar sesuai dengan nilai input referensi yang telah ditentukan terlebih dahulu,

Summing point (error detector)

Bagian yang berfungsi untuk menjumlahkan semua sinyal yang masuk padanya.

Elemen pengatur

Bagian dari sistem pengendalian yang berfungsi untuk menghasilkan sinyal pengendalian untuk mengendalikan proses/plant.

F. Jenis dan fungsi peralatan pengukuran ( measuring device )

1. Fungsi alat ukur dalam sistem kontrol

a. Mengukur, mendeteksi atau mengoreksi terhadap harga, nilai atau kondisi yang terjadi dari setiap proses suatu sistem permesinan

b. Membandingkan harga, nilai atau kondisi hasil pengamatan, pendeteksian atau pengukuran tersebut dengan harga, nilai atau kondisi yang diinginkan.

c. Menganalisa atau menghitung selisih atau penyimpangan (deviasi) atau kesalahan (error) yg terjadi dari hasil pembandingan antara harga hasil pengamatan dan harga yang dikehendaki.

d. Memperbaiki (koreksi) jalanya proses sehingga tercapai kondisi harga atau nilai hasil proses sama dengan harga atau nilai yang diinginkan

2. Prinsip kerja jenis-jenis peralatan pengukuran (measuring device) A. Pengukuran tekanan

Tabung Bourdon (Bourdon Tube)

 Terdiri dari tabung hollow (tabung yg berongga/berlubang) bentuk C dgn penampang oval.

 Salah satu ujung diikat kuat & dihubungkan dgn mekanisme indikasi,ujung tabung ini ditutup.

 Bila tabung ini ditempatkan pada suatu tekanan, tabung akan bergerak secara circular(bergerak spt lingkaran) & ujung yg ditutup bergeser keluar.

 Bila tekanan turun, flexibilitas dari material akan memungkinkan tabung kembali ke bentuk awalnya.

i.

Gambar. Tabung Bourdon

Elemen bellows (Bellows Element)

Bellow dibuat secara hydrolik dgn membentuk suatu tabung dalam kotak. Ia memiliki fleksibilitas tertentu shg suatu perubahan tekanan didalam ataupun diluar menyebabkan bellow melentur sedemikian sehingga memudahkan setiap perubahan tekanan dapat diukur. Unit bellow banyak digunakan utk konponen-komponen system kontrol. Bila tekanan yg diukur meningkat, bellow akan bergerak ke kanan melawan pegas dari manometer, hasilnya tekanan indikator naik.

Gambar. Bellows Element

B. Pengukuran tinggi permukaan

1. Magnetic Float Switch

 Digunakan utk alarm-alarm, menstart & menstop pompa-pompa.

 Peralatan ini terdiri dari pelampung yg dilengkapi dgn magnet tetap & dipasang berlawanan dgn magnet serupa.

 Susunan ini akan dapat menjalankan unit sakelar/switch listrik.

 Magnetic float switch digunakanutk alarm level pada boiler, strorage tank atau bilge well.

Gambar. Magnetic float switch

2. Float Level Meter

 Apungan (the float) umumnya adalah silinder hollow (silinder yg berongga) atau bola yg bekerja pada aksi langsung atau prinsip-prinsip displacement.

 Variasi level ditransmisikan oleh rantai dan kerek (biasanya dgn counter weight) ke indikator.

 Kontak-kontak alarm utk level tinggi atau rendah mudah dipasang.

Gambar. Float Level Meter

C. Pengukuran temperatur

Pengukuran temperatur diatas kapal ada 3 metode yaitu ; metode ekspansi, metode listrik dan metode radiasi.

Metode ekspansi

Metode ekspansi dibagi menjadi 1. Ekspansi benda padat

Apabila temperatur dari lingkungan berubah menyebabkan pegas menggulung atau mengembang. Gerakan ini dapat mengoperasikan jarum penunjuk sepanjang skala dan menunjukkan temperatur. Thermometer jenis ini sering digunakan untuk mengukur temperatur dalam manifolt gas buang mesin diesel atau temperatur muatan aspal.

Gambar. Thermometer Bimetallic

2. Ekspansi benda cair

Perubahan temperatur menyebabkan energi panas mengalir ke bulp dimana air raksa memuai pada rate yang lebih cepat dibandingkan dengan bulp. Ekspansi air raksa

menyebabkan tabung bourdon mengembang, menggerakkan penunjuk (pointer) sepanjang sekala.

Gambar. Thermometer Mercury dalam tabung baja

3. Ekspansi benda gas

Cara kerjenya sama dengan ekspansi benda cair. Karena perubahan temperatur akan diikuti dengan perubahan tekanan, berdasarkan hukum gas , yang dapat ditunjukkan oleh tabung Bourdon. Inilah dasar yang digunakan dari thermometer gas bulp yang isi gas kebanyakan lebih besar dari pada bulp isi cairan dan responnya lebih pelan.

Metode Listrik

Thermometer metode listrik dapat berupa :

1. Thermometer tahanan ( Resistance Thermometer )

Jika suatu lilitan tahanan digunakan sebagai sensor temperatur seperti yang tampak pada gambar, perubahan temperatur akan diikuti dengan perubahan dalam lilitan tahanan yang dapat kemudian diukur oleh peralatan ukur kelistrikan.

Gambar. Thermometer tahanan

2. Thermistors

Thermistor berisi medan kecil bahan semiconductor yang mempunyai oefisien temperatur kurang lebih 10 kali lebih besar dari lilitan, mempunyai masa yang sangat kecil sehingga responnya cepat terhadap perubahan temperatur dari variable yang diukur.

3. Thermocouples

Jika jaringan dibuat dari metal-metal yang berlainan jenis dan satu sambungan dijaga pada suatu temperatur yang lebih tinggi dari yang lainnya, suatu arus akan mengalir melalui jaringan, bergantung pada perbedaan temperatur antara sambungan-sambungan.

Tenaga electromotive yang menyebabkan arus itu mengalir merupakan prinsip yang digunakan untuk mengukur temperatur-temperatur diatas kapal.

Gambar. Thermocouples

Metode radiasi

Energy dipancarkan (diradiasikan) dari suatu benda panas pada rate yang tergantung pada temperatur mutlak dari benda itu ke benda dingin. Ada dua macam tipe yaitu :

1. Frequency-sensitive photo-electric cell

Cara kerjanya ketika energi radiasi jatuh pada katode bercat khusus, electron menyerap energi yang cukup untuk pindah dari permukaan katode ke anode.

Frequency-sensitive photo-electric cell ini di kamar mesin digunakan pada alat untuk

mendeteksi penyalaan mendadak yang terjadi ketika minyak tekanan tinggi terbakar.

Gambar. Prinsip dari suatu frequency-sensitive photo-electric cell 2. Ligh-intensity-sensitive photo-electric cell

Cell ini digunakan untuk sistem deteksi asap (smoke detection system) dalam dapur api ketel uap, system deteksi minyak dalam air (oil in water detection system) dalam sistem oily bilge separator dan pendeteksian radiasi infra red.

D. Pengukuran aliran

1. Venturimeter

Dasar kerja peralatan menggunakan prinsip konservasi tenaga.

2. Flowmeter tipe turbin

Flow meter ini menggunakan sebuah rotor yang dipasang didalam tabung yang mengalirkan cairan, sehingga rate putarannya proposional dengan kecepatan aliran, kecepatan putaran rotor diterima oleh lilitan penguat ( pick up coil ).

3. Flowmeter displacement positip

Flow mwter ini cara kerjanya hampir sama dengan flowmeter tipe turbin.

E. Pengukuran kelembaban

Untuk mengukur humidity atau kelembaban peralatan yang dipergunakan adalah sling hygrometer.

F. Pengukuran Kandungan Carbon Dioksida

Pengukuran kandungan carbon dioksida dari contoh air tergantung dari kenyataan bahwa konduktivitas thermal carbon dioksida berbeda dengan udara.