LAPORAN PC 10-3 [PDF]

Citation preview

PENGENDALIAN KONTINYU



I.



TUJUAN 1. Mendemonstrasikan pengendalian secara kontinyu P, PI, PD dan PID 2. Mengubah setting variabel pada process controller



II.



DASAR TEORI Berlainan dengan mode pengendali tidak kontinyu (on/off) yang memberikan harga ouptut dalam keadaan terputus-putus dan tidak halus : 0% 100%



0%



secara berulang, maka mode pengendali kontinyu



memberikan harga output perubahan yang mulus pada setiap perubahan beban (error). Mode pengendali kontinyu pada dasarnya dibagi 3 jenis yaitu : a. Mode Pengendali Proporsional b. Mode Pengendali Integral c. Mode Pengendali Derivatif Pada aplikasinya, ketiga mode pengendali ini sering digabung untuk meningkatkan hasil pengendalian dan mengurangi kekurangan mode tunggal. Mode Proporsional Merupakan mode perbaikan dari pengendali dua posisi (on/off) dimana terdapat hubungan garis lurus yang mulus antara output dan error yang terjadi. Pada rentang error di dekat setpoint, setiap harga error mempunyai hubungan linier yang mencakup output pengendalian dari 0% 100% yang disebut pita proporsional ( Proportional Band ). Persamaan yang digunakan adalah : P = Kp.Ep + Po Dimana : P



pb = 100/Kp = output pengendali



Kp



= konstanta proporsional antara error dan output



Ep



= error persen skala penuh



pengendali



Po



%P



= output pada saat tak terdapat error



Kp 2



100 %



SP 50%



Kp 1



0% Pb kecil PB besar



Gambar Hubungan % power output terhadap Proporsional Band Kelemahan dari mode proporsional apabila digunakan tunggal adalah kecenderungan pengendali untuk mengalami offset, yaitu error residu di sekitar daerah setpoint. Pada keadaan ini controller (pengendali) mengalami gangguan tidak dapat memberikan output yang seharusnya, pengendali hanya memberikan output yang sama walau error bertambah. Mode Integral Sedangkan mode pengendali integral disebut juga mode reset karena pengendali bergerak dengan cepat mengembalikan beban kembali ke error nol (setpoint). Persamaannya dapat ditulis sebagai berikut : dP/dt = Ki.Ep dimana:



dP/dt = laju perubahan output pengendali (% / s) Ki



= konstanta integral (% /s / %)



1/Ki



= waktu integral (s)



Dengan persamaan untuk output pengendali, P = Ki



Pada aplikasinya output controller akan menggerakkan elemen control akhir dengan cepat dan memeperkecil error, kemudian elemen control akhir akan memperlambat gerakan dan sistem kemudian membawa error ke nol (re-set). Apabila terdapat process lag yang besar, error akan berosilasi di daerah nol dan menyebabkan sikling yang akan membuat controller jenuh. Mode integral tidak digunakan secara tunggal melainkan digabung dengan mode proporsional atau gabungan ketiganya. Mode Derivatif Pada mode derivatif, output dari controller tergantung pada laju perubahan error. Mode ini sering disebut juga mode antisipasi atau mode laju. Kelemahan mode ini adalah tidak digunakan secara tunggal karena ketika error = nol atau error = konstan, maka output dari controller akan jenuh dan tak dapat memberikan output yang sesuai. Mode derivatif memperbaiki / mempercepat respon terhadap sistem control dan memberikan efek menstabilkan proses. Respon terhaadap laju perubahan menghasilkan koreksi yang berarti sebelum error semakin besar (antisipasi error) terutama untuk sistem control yang perubahan bebannya terjadi secara tiba –tiba, karena mode melawan perubahan – perubahan yang terjadi dalam output controller sehingga efeknya menstabilkan loop tertutup dan meredam osilasi yang terjadi, persamaanya dapat ditulis sebagai berikuta : P Kd.(dEp/dt) + Po Dimana : Kd



= konstanta derivatif (% / s / %)



dEp/dt = laju perubahan error (% / s) Mode Gabungan



Mode gabungan adalah mode pengendali yang menggabungkan mode proporsional dengan mode integral dan mode derivatif (PI, PD, maupun PID). Penggabungan ini mengurangi offset dan memberikan harga keluaran baru saat terjadi offset, mestabilkan sistem dan mencegah error konstan. Penggabungan ini akan menghasilkan pengendalian yang sempurna. III.



ALAT YANG DIGUNAKAN 1. Alat PC10 + trimtool 2. Kabel penghubung 4 pasang



IV.



PROSEDUR 1. Pengendalian Proporsional Sebanding Waktu a. Menghidupkan alat PC10 dengan baik dan lakukan kalibrasi manual output terhadap voltmeter dan process controller (PC10 – 1). Memasang lampu indikator 24 VAC di soket 24 VAC. b. Mengubah pengaturan pada tabel setting di layar process controller seperti berikut : Pengaturan



Kode



Nilai



Satuan



Controller Set Point Proportionel



ProP



50 20



% %



Band Integral Time Derivatif Time Waktu Siklus



Int dEr CY-t



0 0 10



Menit Detik Detik



(cycle time) Batas Daya



Pr-L



100



%



(Power Limit) Batas Set Point



SP-L



100



%



(Set Point Limit) Rentang (Range) Aksi control



CS-1 CS-2



-



-



058 D--



(control action) Kalibrasi : Span SPAn 100% pada 20 mA Zero ZErO 0% pada 4 mA c. Melakukan penghilangan offfset awal ; memutar tombol manual output 4 – 20 mA searah jarum jam hingga tampilan dilayar variabel



proses 50%



12 mA. Menekan tomnol F 1x kemudian menekan



tombol manual (bergambar tangan) hingga lampu tanda manual nyala menunjukkan pengendali dalam kondisi manual. Atur power output ke harga 50% dengan menekan tombol digit



dan



kemudian



menekan tombol F kembali untuk mengaktifkan mode otomatis. d. Memutar tombol manual 4 – 20 mA berlawanan arah jarum jam ke 4 mA, pembacaan di layar variabel proses akan 0%, menekan tombol F 1x, mencatat harga power output di layar digit. Mengamati lampu indikator semestinya hidup. (Pr semestinya 100%, lampu hidup karena CS2 pada posisi reverse, terbalik). e. Menaikkan input dengan memutar tombol manual searah jarum jam ke 10% pada tampilan di layar variabel proses. Menekan F dan mencatat harga power output. Hati – hati memutar tombol manual, perlahan kekanan, jangan mengulang kekiri karena akan dapat menyebabkan terjadinya offset. Apabila terjadi offset, ulangi prosedur penghilangan offset. f. Mengulangi langkah 4 hingga input 100%. Tabulasikan data. g. Mengubah harga CY-t pada tabel setting menjadi 20 detik, mengamati waktu hidup dan mati lampu untuk setiap rentang 20% dari 0 – 100%. Tabulasikan data. h. Mengubah CS-2 menjadi –d-, mengulangi langkah 7. Tabulasikan data. i. Mengubah power limit (PrL) menjadi 50% dan 40%. Mengamati keadaan lampu dan harga Pr. j. Mengubah set point limit (SpL) menjadi 50% dan 40%. Mengamati keadaan lampu dan harga Pr. 2. Proporsional (Penentuan Konstanta Proprosional) a. Melakukan pengesetan awal pada harga controller setting sama seperti pada percobaan 1, dengan ProP 20% (lihat tabel setting diatas). Menghilangkan offset. b. Melakukan pengambilan data % power output dengan menekan tombol F 1x untuk setiap kenaikan 10% dari tombol manual output hingga maksimum 100%. Tabelkan data. c. Mengubah Prop menjadi 10% dan mengulangi langkah 2 untuk rentang 5% dari tombol manual output.



d. Mengubah ProP menjadi 12,5%, mengulangi langkah 3. e. Menggambarkan grafik konstanta Proporsional, dan mengamati dari grafik bagaimana respon power output untuk perubahan input dari manual output. 3. Proporsional Integral Pada mode ini sudah terdapat mode integral yang akan menghilangkan offset sehingga tak perlu lagi dilakukan penghilangan offset seperti pada mode proporsional. a. Mengubah setting di controller sebagai berikut Pengaturan



Kode



Nilai



Satuan



Controller Set Point Proportionel



ProP



50 20



% %



Band Integral Time Derivatif Time Waktu Siklus



Int dEr CY-t



0,2 0 10



Menit Detik Detik



(cycle time) Batas Daya



Pr-L



100



%



(Power Limit) Batas Set Point



SP-L



100



%



(Set Point Limit) Rentang (Range) Aksi control



CS-1 CS-2



-



-



058 D--



(control action) Kalibrasi : Span SPAn 100% pada 20 mA Zero ZErO 0% pada 4 mA Ubah sesuai dengan harga tabel saja b. Memasukkan harga input ke process controller dengan memutar tombol manual secara bertahap 10% dari 0% - 100%, mencatat power output dengan menekan tombol F 1x. c. Mengubah setpoint ke 40%, mengulangi langkah 3. d. Mengembalikan setpoint ke 50% dan mengubah harga integral menjadi 2 menit. e. Membuat grafik dengan menggunakan program excell antara %Pr dan input.



4. Pengendalian Proporsional Derivatif a. Mengubah setting di controller sebagai berikut : Pengaturan



Kode



Nilai



Satuan



Controller Set Point Proportionel



ProP



50 20



% %



Band Integral Time Derivatif Time Waktu Siklus



Int dEr CY-t



0 6 10



Menit Detik Detik



(cycle time) Batas Daya



Pr-L



100



%



(Power Limit) Batas Set Point



SP-L



100



%



(Set Point Limit) Rentang (Range) Aksi control



CS-1 CS-2



-



-



058 D--



(control action) Kalibrasi : Span SPAn 100% pada 20 mA Zero ZErO 0% pada 4 mA Ubah sesuai dengan harga tabel saja b. Memasukkan harga input ke process controller dengan memutar tombol manual secara bertahap 10% dari 0% - 100%, mencatat power output dengan menekan tombol F 1x. c. Mengubah setpoint ke 50%, mengulangi langkah 3. Tabulasikan data. 5. Pengendalian PID a. Mengubah settign di controller sebagai berikut : Pengaturan



Kode



Nilai



Satuan



Controller Set Point Proportionel



ProP



50 20



% %



Band Integral Time Derivatif Time Waktu Siklus



Int dEr CY-t



0,2 6 10



Menit Detik Detik



(cycle time) Batas Daya



Pr-L



100



%



(Power Limit) Batas Set Point



SP-L



100



%



(Set Point Limit) Rentang (Range) Aksi control



CS-1 CS-2



-



-



058 D--



(control action) Kalibrasi : Span SPAn 100% pada 20 mA Zero ZErO 0% pada 4 mA Ubah sesuai dengan harga tabel saja. b. Memasukkan harga input ke process controller dengan memutar tombol manual secara bertahap 10% dari 0% - 100%, mencatat harga power output dengan menekan tombol F 1x. c. Mengubah setpoint ke 50%, mengulangi langkah 3. d. Membuat grafik dengan menggunakan program excell antara %Pr dan input.



VI.



ANALISA DATA PERCOBAAN



Percobaan pengendalian kontinyu berbeda dengan on off, pengendalian kontinyu memberikan harga output perubahan yang mulus pada setiap perubahan beban (error). Seperti biasa, alat PC 10 harus dikalibrasi dahulu agar didapat hasil percobaan yang akurat. Setelah itu melakukan penghilangan offset agar error yang terbaca lebih kecil.



Percobaan pertama yang dilakukan adalah pengendalian proporsional sebanding dengan waktu. Pada percobaan pertama dan kedua kami menggunakan aksi kontrol yang digunakan aksi r (reverse) namun menggunakan siklus time yang berbeda yaitu cy-t 10 detik dan cy-t 20 detik. Dari data yang kami dapat, dapat diketahui bahwasannya bahwa dalam keadaan “r” (reverse) semakin meningkat power input maka power output semakin menurun. Pada awalnya lampu menyala lebih lama dari pada lampu mati , namun semakin dinaikkannya power input maka keadaan lampu menyala ( ON ) akan lebih sebentar dari pada lampu mati ( OFF ). Total lama waktu lampu ON dan lampu Off seharusnya adalah 10 detik dan 20 detik karena di set cy-t nya 10 detik dan 20 detik, namun pada percobaan ini didapat data tidak stabilnya lama total lampu On dan Off pada 10 detik, data menunjukkan total on dan off kurang dari 10 detik dan 20 detik. Hal ini terjadi dimungkinkan karena terjadi kurangnya keakuratan dari operator yang menggunakan stopwatch secara manual. Pada percobaan 3 dan 4, kami menggunakan aksi control D (direct) dengan siklus time yang berbeda yaitu 20 dan 10 detik. Dapat dilihat dari data yang telah didapat, dapat dianalisa bahwa dalam keadaan ini semakin meningkat power input maka power output pun semakin meningkat. Seharusnya nilai power input dan power output adalah sama dalam keadaan ini hal ini karena aksi kontrol yang digunakan adalah aksi d dimana aksi ini adalah aksi dimana jika power input = 0 maka power output = 0 . keadaan lampu pada aksi D ini terbalik dengan percobaan aksi R. Pada percobaan ini lampu on pada awalnya lebih sebentar dari pada lampu off. Namun semakin dinaikkan power input lampu on akan semakin lama menyala dan lampu off akan semakin sebentar matinya. Pada percobaan selanjutnya yaitu percobaan 5 dan 6 kami mencoba untuk mengganti power limit menjadi 50% dan 40% dengan aksi control tetap pada D (direct). dapat dilihat bahwasannya power output semakin naik ketika input yang diberikan 0% – 50% namun ketika input yang diberikan 60% – 100% power output hanya terbaca 50.Dari data yang didapat dapat diketahui bahwasannya power limit ini mempengaruhi power output dimana power limit ini memberikan batasan terhadap power output sesuai dengan yang disetting. Hal ini sangatlah berlainan dengan percobaan ke 9 dan 10, dimana kami juga mengubah settingan yang sama untuk power limit namun menggunakan aksi control r (reverse). Ketika power input dari 10-50 % dimasukkan,



harga power output yang keluar tetap stabil pada 50 % dan 40%. Sedangkan setelah melebihi setpoint, power output % angkanya tidak lagi 50%, angkanya menurun. Pada percobaan penentuan konstanta proporsional. Mode proporsional apabila digunakan tunggal cenderung mengalami offset. Maka penghilangan offset sebelum menggunakan



pengendalian



ini



memang



harus



dilakukan.



pertama



dengan



menggunakan prop sebesar 20% kemudian pencatatan data dilakukan dengan rentang 10%. Dapat dilihat data yang terlihat digrafik lebih stabil. Sedangkan saat prop diubah menjadi 10%, grafik terlihat tidak stabil. Begitu juga saat prop 12,5 %. Dan 10% Hal ini dikarenakan, pengaturan proporsional yang terlalu kecil dapat menyebabkan pengendalian menjadi tidak stabil. Sehingga pada prop 20%lah grafik yang paling stabil dari ketiganya. Kemudian selanjutnya adalah percobaan pengendalian proporsional integral. Mode integral ini memang tidak digunakan tunggal sehingga apabila digabung dengan mode proporsional akan mengurangi offset dan menghasilkan data yang lebih stabil. Dengan adanya mode integral ini, maka dapat memperlambat gerakan dan sistem kemudian membawa error ke nol. Dengan variasi set point 50% dan 40% pada integral time 0,2 menit. data pada grafik terlihat stabil. Kemudian pada saat setpoint 50% dan integral time 2 menit data lebih stabil dibanding sebelumnya. Inilah mengapa penggunaan integral pada mode proporsional menguntungkan karena integral dapat mengkoreksi output terlebih dahulu. Berbeda dengan mode derivative, mode derivative memperbaiki/mempercepat respon sistem control dan memberikan efek menstabilkan proses. Percobaan selanjutnya adalah mode proporsonal derivative. Mode derivative dapat menkoreksi saat ada perubahan error secara tiba-tiba. Saat set point 50% dan derivative 6 detik data terlihat stabil daripada saat setpoint 40%. Tetapi bila dilihat, mode derivative ini membuat data tidak terlalu besar errornya karena fungsinya menstabilkan proses dan meredam osilasi. Selanjutnya adalah mode gabungan antara proporsional, integral dan derivative. Penggabungan ini akan menghasilkan pengendalian yang sempurna, Karena penggabungan ketiga mode ini dapat mengurangi offset, memberikan harga keluaran baru saat offset terjadi, menstabilkan sistem dan mencegah error konstan. Dengan variasi setpoint 50% dan 40 % Data saat setpoint 50 % lebih baik dibandingkan setpoint 40%.



VII.



KESIMPULAN Dari percobaaan yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa: 1. Cy-t ( waktu siklus ) adalah jumlah waktu on dan off dalam sekali siklus. 2. Pada aksi kontrol D , seharusnya harga power input dan power output adalah sama ( pawer input = 0 maka power output = 0 ). Namun pada praktikum terjadi perbedaan antara power input dan power outputnyadikarenakan adanya gangguan dari luar 9 human error 0. 3. Pada aksi kontrol r , seharusnya harga power input berbanding terbalik dengan power output ( power input = 0 mak power output = 100 ) 4. Power limit mempengaruhi power output sampai set point yang dimasukkan. 5. Set power limit mempengaruhi output yang dihasilkan . 6. Semakin besar % Sp-L maka semakin banyak angka konstan pada power output. 7. Semakin kecil nilai ProP nya , maka semakin banyak niali konstan yang muncul pada poer output .



8. Mode pengendali kontinyu memberikan harga output perubahan yang mulus pada setiap perubahan beban ( error ) 9. Mode gabungan ( P , PI , PD dan PID ) dapat mengurangi offset dan memberikan harga keluaran baru saat offset terjadi , menstabilkan sistem dan mencegah error konstan .