PEMELIHARAAN KONTROL DAN INSTRUMENT Final [PDF]

Citation preview

PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



1. Element dan Proses Pengukuran. Definisi Proses Pengukuran. Prinsip penggunaan alat ukur dalam industri adalah untuk medapatkan operasi industri yang ekonomis, dengan jalan mamperbaiki kwalitas hasil produksi maupun efesiensi produksi. Pengukuran secara langsung penting dalam instrumentasi modern, misalnya saja sebagai contoh pmbuatan suatu bagian mekanis yang membutuhkan ukuran– ukuran yang tepat. Selama dan sesudah opeasi pembuatan alat tersebut, pengukuran ukuran–ukuran dilakukan untuk mendapat hasil baik. Pengukuran secara tidak langsung dapat diberikan contoh sebagai berikut ; pengukuran suhu dari suatu proses pasteurisasi, pengukuran tak langsung, karena dengan mengontol suhu, adanya bakteri dapat dihilangkan. Maksud dari pemberian contoh ini ialah untuk menunjukan arti dari dan dan tujuan pengukuran. Jadi jika tujuan pengukuran itu dimaksud untuk menunjukan arti dan tujuan pengukuran. Jadi jika pengukuran itu dimaksud untuk mengukur kwalitas dari produksi, maka pengukuran harus dilakiukan langsung pada kwaliats hasil tersebut. Pengukuran secara langsung tidak selalu mungkin, karena itu dilakukan dengan hasil pengukuran yang diinginkan. Banyak faktor yang mempengaruhi, karena itu perubahan hubungan atau pemutusan hubungan antara pengukuran yang benar-benar dilakukan dan hasil pengukuran yang diiginkan akan mengakibatkan bahwa pengukuran tidak mempunyai arti sama sekali. Elemen dan Variable Pengukuran. Suatu alat adalah suatu alat untuk menentukan suatu harga dari suatu jumlah atau kondisi. Maksud pengukuran, pertama-tama adalah untuk menentukan besarnya harga suatu keadaan yang khusus. Alat ini tidak selalu harus menunjuk, memberi signal atau mencatat dari harga yang ditentukan atau hanya sekedar menunjukan suatu keadaan yang telah ditentukan sebelumnya. Biasanya harga yang didapat adalah harga yang kwalitatif meskipun tidak selalu demikian. Sebagai contoh adalah menentukan keasaman suatu larutan, dimana jawab yang diberikan hanya ya atau tidak. Fungsi yang dapat dipenuhi oleh suatu alat ukur adalah : Pemancar. Disini instrument dimaksud untuk memberikan informasi dari suatu besaran yang diukur melalui suatu jarak tertentu, sampai pada titik atau tempat yang dikehendaki. Harga besaran yang diukur mungkin tidak diketahui , karena digunakan untuk keperluan lain. Contoh ; telepon Pemberi Tanda ( Signal ) Disini instrument hanya memberikan harga umum atau daerah pengukuran dari suatu besaran yang diukur. Misalnya pada penimbang ditunjukan beratnya kurang atau lebih.



TB/Unj/hr/2009



1



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Pencatat (Register) Disini alat ukur hanya menunjukan angka atau simbol lainya dari suatu penambah diskrit pada harga dari suatu kwantitas, contoh; suatu mesin hitung atau meter air hanya menunjukan penambah jumlah. Penunjukan (meter) Disini alat ukur mempunyai skala yang dikalibrasi dan jarum penunjuk. Harga yang didapat dapat dibaca pada skala, sampai bagian skala yang dimungkin oleh ukuran tsb, dan dapat dibaca oleh mata manusia. Perekam (recorder) Disini alat ukur memberikan data-data yang tercatat, biasanya pada kertas dan harga-harga tesebut diukur terhadap besaran lainya, misalnya waktu. Kombinasi dari sifat-sifat diatas mungkin terdapat dalam satu alat ukur dan sifatnya mungkin sama pentingnya. Type-type alat ini bayak dijumpai pada alat ukur yang terdapat dalam industri. Fungsi lain suatu alat ukur ialah menunjangkan dengan berbagai cara dan bentuk dari besaran yang diukur. Hal ini tergantung maksud pengukur terebut, tetapi merupakan fungsi yang penting juga. Beberapa contoh dapat diberikan disini . Biasanya alat ukur digunakan dalam keadaan diamana responnya menggunakan persamaan yang kompleks atau persamaan differensial. Semua alat ukur mempunyai bagian bagian yang mempunyai fungsi seperti yang telah disebutkan diatas dan mengubahnya dari besaran-besaran yang terukur ke indikator. Prosses konversi ini penting untuk mengubah besaran yang diukur yaitu ; suhu, atau komposisi kimia kedalaman besaran, yang lebih mudah ditentukan, misalnya; pergeseran, tekan, gaya, potensial. Umumnya alat ukur mengubah besaran yang diukur menjadi pergeseran (displacement) Elemen Primer (Elemen Perasa) Adalah bagian dari suatu alat ukur yang menggunakan energi dari medium yang diukur untuk dihasilkan kondisi yang menunjukan harga besaran yang diukur. Dalam hal ini bola termometer bekerja sebagai elemen primer, karena bola ini mengubah energi berupa panas menjadi geseran cairan( expansi), dimana pergeseran cairan berbanding lurus dengan perubahan suhu. Elemen Skunder Adalah bagian yang mengubah kondisi yang dihasilkan oleh elemen primer ke kondisi yang dihasilkan oleh elemen primer ke kondisi yng fungsinya berguna sebagai alat ukur. Dalam contoh ini element skunder adalah pegas bourdon yang mengubah pergeseran cairan menjadi pergesaran sistem.



TB/Unj/hr/2009



2



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Elemen Manipulasi.(elemen pengukur) Bekerja mengubah kondisi yang dihasilkan oleh elemen skunder sehingga memungkinkan hasilnya diamati. Dalam gambar dibawah dapat dilihat bahwa gerakan pegas bourdon di sederhanakan oleh gigi2 (gear), untuk memperbaiki kesalahan yang timbulkan oleh hal-hal yang tidak linier dalam proses konversi sebelumnya. Kadang-kadang elemen pengukur mendahului elemen skunder. Elemen Penunjuk. Hanya menunjukan bahwa bagian ini digunakan untuk pemancaran penunjukan, pencatatan atau perekaman (recording). Bagian-bagian bagian alat ukur yang tersebut diatas tidak selalu ada pada semua alat ukur. Beberapa alat ukur misalnya saja termometer glas, lebih sederhana tetapi sebaliknya otomatik baalnce potentiometer pyrometer lebih komplex lagi.



Gambar 1. Element Insrument.



TB/Unj/hr/2009



3



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Sensor. Sensor adalah bagian yang berhubungan langsung dengan media yang akan diukur besarannya. Besaran yang dideteksi oleh sensor pada umumnya berupa besaran pisik, Dari jenis besaran inilah suatu sensor dibedakan. lmplementasi dalam pengukuran memungkinkan besaran/parameter yang dideteksi belum tentu besaran yang akan diukur. Dua klasifikasi yang mendasar dari sensor adalah sensor yang langsung mendeteksi dan tidak langsung. Klasifikasi sensor menurut media yang diidentifikasi dibedakan menjadi 4 yaitu: Sensor Panas. Termometer Cair Thermometer cair yang umum digunakan adalah air raksa (Hg), red oil atau alkohol. Prinsip kerjanya merupakan pemuaian volume dengan formulasi



Vt = Vo(l + γ AT ) Dimana : Vt Vo



: Volume setelah pemuaian : Volume awal : Koefisien muai volumetris γ A T : Perubahan temperatur Perubahan volume yang terjadi dialokasikan pada penampang tetap sehingga perubahan yang dapat diamati adalah perubahan panjang. Termometer Padat. Prinsip kerja thermometer padat lebih banyak dikarenakan adanya perubahan panjang akibat pemuaian. Formulasikan digunakan sebagai berikut :



Lt = Lo(1 + α ∆T ) Dimana Vt Vo



: Panjang setelah pemuaian : Panjang awal α : Koefisien muai panjang ∆ T : Perubahan temperatur



Thermometer padat panyak digunakan untuk temperatur tinggi dengan ketelitian.



TB/Unj/hr/2009



4



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 2,



TB/Unj/hr/2009



5



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Termometer Gas. Thermometer gas prinsip kerjanya menggunakan hukum Gay-Lussac dari formulasi :



P1 P 2.V 2 = T1 T2 Pada tekanan konstan apabila terjadi penambahan temperatur maka akan terjadi perubahan volume. Perubahan volume dengan luas yang konstan sehingga variabel yang dapat diamati perubahan panjang. Sensor thermal dimana output merupakan signal elektrik dibedakan menjadi 4 macam yaitu: thermocouple, RTD, thermistor dan 1 C. Termocouple. Prinsip thermocouple adalah menyambung dua logam yang berbeda dalam bentuk junction. Berdasarkan efek Seebeck & Peltier apabila junction tersebut dipanaskan akan menimbulkan beda tegangan. Jenis thermocouple dan range temperaturnya dapat dilihat pada tabel. RTD (Resistance Temperetur Detector) RTD pada dasarnya suatu tahanan apabila dipanaskan maka harga tahanannya akan meningkat. Parameter sebagai pertimbangan dalan teknik pengukuran adalah sensitivitas. Thermistor Thermistor mempunyai prinsip seperti RTD. Karakteristik yang membedakan adalah apabila dipanaskan harga tahanannya akan menurun. Thermistor termasuk jenis semiconductor dimana perubahan temperatur mempengaruhi tahanan jenis materialnya. IC (LM335) Sensor jenis ini termasuk dalam IC dimana output apabila kena panas akan berupa arus atau tegangan tergantung dari bentuk rangkaiannya. LM335 mempunyai range temperatur pengukur rendah antara -10°C - 120°C. Sensor Panas Lain. Sensor jenis lain yang dideteksi panas tetapi parameter yang diuKur adalah kecepatan. Jenis yang banyak digunakan dalam pengukuran teknik adalah anemometer kawat panas dan bola panas. Prinsip keduanya sama tapi ukuran dan penggunaannya berbeda. Anemometer kawat panas ukurannya mikron dapat



TB/Unj/hr/2009



6



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



mengukur kecepatan 3 sumbu Vx, Vy dan Vz. Anemometer ini sangat peka terhadap kelembabam dapat mendeteksi kecepatan rendah. Anemometer bola panas hanya dapat mendeteksi kecepatan satu arah, lebih tahan terhadap lingkungan dan goncangan. Bentuk pisik dari kedua jenis sensor ini adalah tahanan yang dipanaskan dengan temperatur tertentu dengan cara mengalirkan arus listrik. Sensor tersebut ditempatkan pada medan aliran yang akan diukur kecepatannya. Proses yang terjadi pada sensor tersebut adalah konveksi dan konduksi sehingga sensor menjadi dingin. Untuk mempertahankan temperatur ke posisi semula maka ditambahkan arus lagi. Perubahan arus tersebut sebagai indikasi kecepatan yang diukur.



Sensor Mekanis. Sensor mekanis pada prinsipnya mengukur atau mendeteksi perubahan posisi. Berdasarkan perubahan posisi tersebut dapat dikembangkan untuk mengukur kecepatan, percepatan, gaya, tekanan maupun flowrate. Pada sensor mekanis terdapat 2 jenis langsung dan tak langsung. Sensor mekanis langsung dipakai secara konvensional seperti manometer Bourdon, rotameter dan pitot tube dan sebagainya. Kriteria sensor mekanis dibedakan berdasarkan fungsi antara lain untuk mengukur posisi, kecepatan dan sebagainya. Sensor Posisi Prinsip sensor posisi adalah mengukur perubahan posisi atau panjang. Jenis sensor ini antara lain: Potensiometer Capacitor LVDT (Li nier Variable Differential Transformer) Sensor Kecepatan dan Flowrate Prinsip kerja sensor ada dua macam, yang pertama mendeteksi beda tekanan sedangkan yang lainnya mendeteksi frekwensi atau putaran. Pitot Tube Vane Anemometer Rotameter Turbin flowmeter Sensor Gaya dan Tekan Sensor gaya yang tidak langsung untuk gaya dan tekanan menggunakan strain gage. Aplikasi pada pengukuran gaya dalam bentuk load cell sedangkan untuk tekanan dalam bentuk pressure transducer.



TB/Unj/hr/2009



7



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Sensor Optis. Sensor optis bekerja berdasarkan prinsip optis gelombang elektromagnetik. Aplikasi dalam teknik pengukuran dibedakan menjadi 3 macam yaitu energi, interferensi dan radiasi panas. 1. Efek energi dengan memanfaatkan energi photon. Penggunaan efek energi pada photo diode digunakan untuk mengukur posisi tertentu. 2. Efek interferensi lebih banyak menggunakan frekwensi. Parameter yang disensor kecepatan berdasar perbedaan frekwensi yang terjadi maka kecepatan tersebut dapat dihitung dengan



V = λ. f Dimana : V : kecepatan λ : panjang gelombang f : frekwensi Aplikasi efek ini pada alat anemometer laser Doppler. 3. Efek radiasi panas pada umumnya digunakan untuk mengukur temperatur, Berdasarkan energi yang diradiasikan dapat diketahui temperatur sumber panasnya. Aplikasi peralatannya pada pyrometer.



Gambar 3.



TB/Unj/hr/2009



8



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Transmitter. Transmitter Tekan. Transmitter adalah salah satu elamen dari sistem pengendalian proses. Seperti yang sudah diketahui bahan untuk mengukur besaran fisik suatu proses digunakan alat ukur yang sering disebut sebagai sensor/primary elemen (bagian yang berhubungan langsung dengan medium yang diukur) keluaran (output) dari sensor tersebut kemungkinan dapat di displaykan/ditayangkan ditempat mana sensor tersebut dipasang (local indikator) atau bisa juga dikirim untuk kemudian ditunjukan di tempat lain (secara remote) di control room. Untuk penunjukan yang bersifat remote biasanya digunakan alat bantu sebagai penguat dan penterjemah output dari sensor kedalam bentuk sinyal standar. Peralatan semacam inilah yang dalam sistem instrumentasi pengendalian proses yang kita kenal dengan “Transmitter” tergantung besaran fisik yang diukur (lebih populer dengan sebutan variabel proses) oleh transmitter tersebut, bila besaran yang diukur adalah tekanan disebutlah transmitter tekanan (Pessure Transmitter = PT) . Berkenaan dengan itu dikenal juga Level Transmitter = LT, Flow Transmitter = FT dan seterusnya. Menurut bentuk signal / energi yang digunakan transmitter dibedakan menjadi : Pneumatic dan elektronik.



Transmisi Sinyal Pengukuran. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya output sinyal dari sistem penggukuran ada 2 (dua) macam yaitu sinyal elekrik dengan besaran arus atau tegangan, atau sinyal pneumatik dengan besaran yang digunakannya adalah tekanan dari sinyal tersebut. Sebagai standarisasi sinyal yang keluar dari transmitter. Baik elektrik atau pneumatik, dibuat hanya bekerja pada standar skala tertentu. Untuk sinyal pneumatik skala kerjanya : 3 – 15 Psig (0 – 100%) atau 0,2 – 1 kg /cm2 (0 – 100%) dan untuk sinyal elektrik bila sinyalnya dalam bentuk besaran arus maka skala kerja nya 4 – 20 mA DC (0 – 100%) atau 10 – 50 mA DC (0–100%) dan jika menggunakan sinyal tegangan skala kerja agar sedikit bervariasi ,1 – 5 V DC (0 – 100%) dan ada yang 0–10 V DC (0 – 100%). Namun pada umumnya sinyal yang keluar dari transmitter elektronik hampir selalu lebih banyak dalam skala 4–20 mA DC. Transmitter sinyal pneumatik hampir selalu menggunakan tabung pipa kecil berdiameter dalam 0,25 inci, atau pada pemakaian tertentu ada yang 0,375 inci. Tabung dapat terbuat dari plastik, tembaga atau stainlees steel. Pemilihan jenis material tabung selalu dikaitkan dengan daerah dimana instrumen beroperasi. Sedangkan transmisi sinyal elektrik, seperti transmisi energi listrik lainnya menggunakan kawat tembaga yang berdiameternya bekisar antara 1,5 – 3,5 mm.



TB/Unj/hr/2009



9



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Untuk transmisi electronik bisa dengan sistem :






Two – Wire Transmitter. Three – Wire Transmitter. Four – Wire Transmitter,



Seperti yang diperlihatkan gambar berikut ini :



Gambar 4. Methode Penyambungan Tranmitter Electronik.



TB/Unj/hr/2009



10



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Transmitter Tekan Pneumatik. Transmiter tekan pneumatik menggunakan udara bertekanan ( pneumatik) sebagai media. Udara bertekanan dibangkitkan oleh kompresor yang biasanya disediakan secara khusus untuk maksud tersebut. Udara ini diberikan kepada trasmiter sebagai suplay yang nilainya umumnya berkisar 20 psi, untuk selanjutnnya dikelola oleh transmiter tersebut lalu keluar dalam bentuk sinyal standart yang nilainya seperti yang telah disebutkan sebelumnya (3-15 Psi). Jadi pressure transmitter adalah suatu priranti yang berfungsi untuk mengubah besaran tekan menjadi sinyal standart. Besaran keluar (output) transmiter tersebut adalah sebanding dengan tekanan yang diterima /diukur oleh transmitter tersebut. Pada dasarnya instrumentasi pneumatik (khususnya instrumentasi pneumatik yang banyak di gunakan dalam sistim instrumentasi pengendalian proses), prinsip kerjanya terbagi menjadi 2 (dua) bagian besar yaitu “ force balance” dan “position balance”, karena itu tranmitter pneumatik (baik itu PT, LT & FT dan seterusnya) juga di dasari oleh prinsip force balance & position balance. Meskipun kedua tipe tersebut berbeda, namun mempunyai “komponen dasar” yang sama yaitu pasangan nozzle dan flapper serta engselnya. Untuk kejelasan maksud tersebut diatas diperhatikan gambar berikut yang merupakan konsep dasar dari instrumentasi berbasis pneumatis.



Gambar 5. Konsep dasar Instrumentasi Pneumatik yang memperlihatkan kerja Flapper dan Nozel



TB/Unj/hr/2009



11



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Nozzle berbentuk seperti corong kecil dengan mulut yang berdiameter antara 0,02 inci sampai 0,04 inci. Flapper (B),atau kadang-kadang disebut baffle, mempunyai pivot (engsel) sehingga dapat bergerak bebas menjauhi atau mendekati mulut nozzle. Jarak antara nozzle dengan flapper sangat kecil, kira-kiranya 0,0003 inci. Sepanjang kerjanya,jarak tersebut tidak pernah lebih besar dari 0,001 inci. Sumber pneumatik (air supply), biasanya 20 psi, masuk melalui sebuah restriction (C) yang berdiameter ¼ sampai ½ kali diameter nozzle. Sebagian tekanan pneumatik itu sengaja di bocorkan melalui celah antara flapper dan nozzle. Oleh karena itu tekanan output menjadi lebih tergantung pada posisi flapper dan nozzle daripada besarnya tekanan sumber pneumatik. Dalam praktek, tekanan sumber pneumatik dijaga konstan 20 psi, sehingga tekanan output hanya tergantung pada jarak flapper dan nozzle saja.



Gambar 6. Hubungan antara Jarak Flapper-Nozel dengan tekan



Pada waktu flapper berada pada posisi paling dekat dengan nozzle, tekanan didalam nozzle akan maksimum (mendekati 20 psi) pada waktu flapper berada pada posisi paling jauh dengan nozzle, tekanan output dapat di lihat di gambar di mana tekanan di dalam nozzle (p) selalu sama dengan tekanan output.



TB/Unj/hr/2009



12



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Dari gambar diatas jelas terlihat bahwa hubungan antara tekanan output (p) dan jarak flapper-nozzle tidak linear. Untuk itu, pendekatan perlu di lakukan dengan mengangap bahwa kurva tadi linear untuk daerah titik 3 psi sampai 15 psi. Pendekatan-pendekatan semacam ini akan banyak sekali di temukan di hampir semua instrumentasi pneumatik maupun elektronik. Hanya saja dengan kemajuan dunia alektronik, terutama dengan mikroprossesornya, linearisasi kurva tidak linear dapat dibuat lebih sempurna dengan sistem elektronik. itulah sebabnya, hasil perhitungan-perhitungan teoritis sering kali meleset dari kenyataan yang ada dilapangan.



a. Force Balance Pressure Transmitter Pneumatik. Untuk Menjelaskan prinsip kerja transmiter ini maka kita gunakan gambar berikut ini.



Gambar 7. Skema Prinsip Kerja Dasar Force Balance Transmiter Pneumatik.



TB/Unj/hr/2009



13



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Prinsip Kerja : Keseimbangan pada batang / beam yang menerima gaya pada keduanya. Beam memiliki engsel /pivot ditengah-tengah antara kedua gaya yang bekerja padanya. Dengan meningkatnya tekanan ukur pada tabung Bourdon berasal dari medium yang di ukur maka tabung ini akan menggerakan ujung batang yang melekat padanya sehingga mengakibatkan mengecilnya jarak antara beam/anvil dengan mulut nozzle, udara yang keluar dari mulut nosel semakin sedikit sehingga tekanan dibelakang mulut meningkat, akibatnya bellow umpan balik mengangkat batang yang ada diatasnya. Mulut nozzle menjadi sedikit membuka untuk mengimbangi gaya yang ada disebelah kiri beam pivot yang bertindak sebagai engsel, terhadap gaya yang ada di sebelah kanan engsel tersebut. Demikianlah terjadi berulang sehingga sinyal keluaran akan diperoleh dengan mantap pada waktu beam sudah berada dalam keseimbangan. Penyetelan di lakukan. Berdasarkan keseimbangan akan momen gaya yang bekerja pada beam/yang bertindak sebagai titik tumpuan. Dalam aplikasi dilapangan force balance transmitter tekanan terdapat dalam banyak sekali konfigurasinya. Salah satu contoh dari transmitter tekanan pneumatik force balance adalah seperti gambar berikut ini: Pada suatu transmitter jika dilihat dari segi fasilitas sarana penyambungannya ke media yang akan diukur pada umumnya ada 2 (dua) sisi, yaitu sisi tekanan tinggi (high) dan sisi tekanan rendah (low). Transmitter semacam ini disebut juga Differential Pressure Transmitter ini juga banyak di gunakan untuk pengukuran-pengukuran pada besaran Level dan Flow. Umumnya untuk transmitter tekanan sarana penyambungan ke media yang akan di ukur tekanannya biasanya hanya ada satu sisi, namun demikian transmitter yang mempunyai 2 sarana penyambungan (Differential Pressure Transmitter) bisa saja di gunakan sebagai pengukur tekanan, namun hanya satu dari kedua sisi yang tersedia digunakan. Sisi yang sering digunakan adalah sisi high dan sisi lownya dibiarkan terbuka ke atmosfir (tanpa di gunakan). Berikut ini di tampilkan paket satu contoh Differential pressure transmitter jenis force balance.



TB/Unj/hr/2009



14



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 8 Differential pressure transmitter jenis force balance



TB/Unj/hr/2009



15



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 9.



TB/Unj/hr/2009



16



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 10.



TB/Unj/hr/2009



17



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



b. Position Balance Pressure Transmitter Pneumatic Gambar berikut ini menunjukan skema umum instrumentasi pneumatik tipe position balance.



Gambar 11. Skematik Position Blance Transmiter Tipe Lain Dari gambar tersebut di atas jika flapper mendekat pada nozzle, tekanan di dalam feedback bellow naik. Akibatnya titik tumpuan flapper bergerak ke atas melawan bellows tension, Untuk kemudian dibuat sedemikian rupa sehingga kedudukan flapper kembali menjadi nozzle. Kalau flapper menjauhi nozzle karena titik tumpuan bergeser, tekanan di dalam bellows turun.Tipe position balance memanfaatkan perubahan posisi-posisi tersebut untuk mendapatkan keluaran sinyal yang sepadan dengan medium yang diukurnya. Berikut ini di tampilkan suatu contoh position suatu contoh Position Balance Pressure Transmitter Pneumatik.



TB/Unj/hr/2009



18



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



2. Macam-macam Pengukuran. Pengukuran Tekan. Tekanan adalah gaya yang bekerja pada suatu bidang persatuan luas bidang tersebut atau bisa ditulis: P= F/A Tekanan udara bebas disekeliling kita ini disebut, tekanan atmosfir, besar tekanan atmosfir adalah 1,013 bar atau 14, 7 Psig dan lat pangkasnya dinamakan barometer. Titik nol barometer diukur dalam ruang hampa udara (hampa mutlak/non absolut). Sedangkan alat ukur yang dipakai untuk mengukur tekanan selain tekan udara bebas disebut manimeter. Tekanan dapat dibedakan menjadi 3 macam yaitu :






Tekanan terukur Tekanan Absolut Tekanan Vakum



Satuan tekanan Satuan yang digunakan pada pengukuran tekan adalah : kg/cm2, Bar, PSI ( LB Inch Squer), Atm, mm, Hg, mmH2O, Inch Hg, hungungan anatara satuan dengan lainya dapat dilihat pada tabel 1 konversi tekan: Pengukuran tekan yang sering di jumpai di pembangkit thermal adalah: dengan menggunakan metode, sebgai berikut : 1. kolom Zat Cair 2. Perubahan Elemet Elastis



Manometer Pipa U. Manometer ini sangat sederhana terdiri dari tabung gelas yang bersekala atau dari bahan lain yang dapat dibentuk hurup U dan disi dengan cairan, tabung gelas yang sering dipakai berukuran kira-kira 6mm atau ¼ inch. Cairan yang digunakan adalah air raksa atau air biasa yang diberi warna, pili tergantung dari range tekan yang akan diukur, jika untuk mengukur tekan yang rendah dipakai cairan dengan berat jenis besar. Manometer jenis ini banyak dipakai untuk mengukur tekan ruang bakar tertutup dan vakum. Prinsip kerja adalah sebagai berikut : Pertama manometer diisi dengan cairan, kemudian sebelum dipergunakan kedua ijung dihubungkan dengan atmosfir lebih dahulu dan kali-kali tabung harus berdiri sama tegak, hal ini dimaksud untuk mendapat keseimbangan sehingga tinggi permukaan pada tabung 1 dan 2 sama, lhat gambar dibawah, kemudian ujung tabung 2 dihubungkan dengan tekanan yang akan diukur sedankan ujung 1 tetap



TB/Unj/hr/2009



19



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



dihubungkan ke atmosfir, sehingga pada tabung 1 dan 2 akan terjadi perbedaan tinggi cairan yang diperlihatkan pada gambar dibawah, untuk menghitung besarnya tekanan yang diukur dapat dipakai perhitungan sebagai berikut :



P2 - P1 = J. H Dimana: P1 = Tekanan pada tabung 1 P2 = Tekanan pada tabung 2 J = Berat jenis cair H = perbedaan tinggi cair Manometer tabung U yang lain adalah manometer dimana salah satu ujungnya tertutup dan vacum, manometer ini dipakai untuk mengukur tekanan absholut, lihat gambar dibawah.



Gambar 12 Manometer Pipa U



TB/Unj/hr/2009



20



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Bourdoun Tube. Tabung bourdon dibuat dari tabung yang pipih, dapat berbentuk C, spiral atau helix, lihat gambar dibawah prinsip kerja dari pengukuran tekan dengan tabung bourdon diberitekanan maka bourdon akan mengembang dan bergerak tersebut dirubah menjadi penunjukan malalui link kage dan roda gogi. Bahan logam yang dipergunakan untuk membuat bourdon adalah phospor broze, alooy steel, stainless stell dan berrylium copper. Untuk pengukuran tekan diferential, maka dua bourdon bentuk C disusun seperti pada gambar.



Gambar 13. Susunan Dua Buah Bourdon Berbentuk C



TB/Unj/hr/2009



21



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Pengukuran Temperatur. Dalam hidup sehari-hari kita rasakan panas, dingin, hangat, atau sejuk, berdasarkan perasaan saja, namun penentuan seperti ini sangat tergantung dari pribadi masing-masing orang sehingga tidak dapat mengatakan dengan tepat. Untuk itu maka disini kita bedakan antara panas dengan temperatur. Panas dimaksud sebagai besarnya energi panas, sedang kan temperatur adalah tingkat atau derajat panas. Alat yang dipakai untuk mengukur besarnya temperatur disebut termometer. Standart satuan temperatur yaitu derejat Celcius, Fahrenheit, dan Reamur, tetapi yang umum dipakai adalah derajat celsius dan fahrenheit derjat Celcius dan Fahrenheit mengambail titik standart bahwa 0o C dan 32 o F pada saat suhu es mencair dan kedua tekanan berada pada tekanan 760 mmHg. Makin besar tekanan akan semakin tinggi titik didih air. Dari kedua satuan derajat di atas diperoleh perbandingan skala yaitu 5 skala untuk derajat Celsius dan 9 untuk Fahrenheit, lihat gambar dibawah. Untuk mengkonversikan dari celcius ke fahrenheit atau sebaliknya adalah sebagai berikut:



Gambar 14 . Perbandingan Skala Thermometer Celcius dan Fahrenheit.



TB/Unj/hr/2009



22



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Thermometer Gelas. Pada dasarnya termometer jenis ini terdiri dari tabung kapiler dalam kemasan gelas yang bersekala dan beisi caiaran, lihat gambar umumnya zat cair yang digunakan adalah alkohol atau raksa. Alkohol dipakai pada pengukuran temperatur rendah sedangakan air raksa untuk temperetur tinggi. Prnsip kerja thermometer ini berdasarkan perubahan volume zat cair berada pada tabung kapiler yang berskala maka perubahan temperatur temperatur dapat dibaca.



Gambar 15. Termometer Gelas



Thermometer dengan media gas Gasmulia digunakan sebagai media pengisi seluruh bagian termometer seperti tabung wadah, pipa kapiler, tabung bourdon yang berbentuk C, lihat gambar perubahan temperatur akan dikonversikan sebagai perubahan tekan dari gas media gas. Gas akan bekerja berdasarkan prinsip bahwa tekanan gas akan berugah bilamana ada perubahan suhu.



TB/Unj/hr/2009



23



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 16. Termometer dengan media gas.



Thermokopel. Thermokopel terdiri dari dua logam berlain jenis yang digabungkan seperti terlihat pada gambar A dan B Pada gambar A salah satu ujung kedua dari logam tersebut digabugkan dari sumber panas pada ujung yang lain akan timbul tegangan listrik berupa mili volt. Sedangakan pada gambar B kedua ujung logam disambung. Bila pada sambungan titik A diberi sumber panas dan titik B berada pada media dingin maka titik A dan B akan timbul tegangan seperti halnya pada gambar A. Gambar B memperlihatkan bentuk fisik dari termokopel dan gambar B menunjukan pemasangan pada suatu peralatan.



TB/Unj/hr/2009



24



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 17. Jenis Thermokopel.



RTD ( Resistance Temperature Detector) Dalam prakteknya dilapangan RTD selalu berada pada obyek yang akan diukur suhunya. Sementara instrumentsi dilletakan ditempet lain (ruang kontrol, misalnya) karena itu diperlukan kawat penghubung diletakan. Yang juga mempunyai tahanan, meskipun kecil (umumnya 0,0080,012/meter).



Gambar. 18 Dua Kawat Penghubung.



TB/Unj/hr/2009



25



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Pengukuran Level (Tinggi Permukaan). Maksud dari pengukur tinggi permukaan adalah untuk mengetahui volume cairan yang ada dalam suatu tangki. Pengukuran tinggi permukaan dapat dilakukan dengan beberapa metode yaitu : 1. Langsung 2. Tidak langsung 3. Listrik 4. Ultrasonik Gelas Penunjuk. Prinsip kerja dari pengukur tinggi permukaan dengan gelas penunjuk adalah mengikuti hukum bejana berhubungan dimana tinggi permukaan pada tangki akan selalu sama dengan gelas penunjuk. Lihat gambar dbawah. ada beberapa gelas penunjuk yang sering dipakai yaitu bentuk tabung, datar dan type mata sapi. (bull eye) lihat gambar a, b, c ,d dibawah



Gambar 19. Macam-Macam Gelas Penunjuk.



TB/Unj/hr/2009



26



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Sistem Pelampung. Prinsip kerja dari pengukuran tinggi permukaan cairan dengan sistem cairan dengan pelampung adalah sebagai berikut : apabila tinggi permukaan cairan dalam tangki berubah maka pelampung bergerak mengikuti perubahan tersebut. Gerkan ini dihubungkan dengan jarum penunjuk melalui pipa/ tali seperti yang ditunjukan pada gambar a dibawah.



Gambar 20. Prinsip Kerja sistem Pelampung.



Hydrolik. Seperti terlihat pada gambar apabila level permukaan naik dan pelampung bergerak keatas lengan pelampung akan mendorong below sebelah atas sehingga volumenya mengecil sementara bellow bagian bawah akan tertarik keatas. Sehingga bellow akan memanjang dan volume membesar. Bellow bagian atas akan mendorong fluida yang akan didorong kearah Bellow bagian bawah (pada indikator) gerakan mengembang dari Bellow bagian bawah (pada tangki) akan menghisap fluida pada pada Bellow bagian atas ( pada indikator) sehingga volume bagian atas (indikator) akan mengecil. Gerakan mengembang dari Bellow bawah akan mengerut Bellow atas (indikator) menyebabkan jarum indkator akan bergerak searah jarum jam. Apabila terjadi perubahan temperatur sekaligus akan mempengaruhi volume zat cair, maka perubahan temperatur akan mempengaruhi



TB/Unj/hr/2009



27



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



volume kedua Bellow, sehihingga resultan yang dihasilkan adalah nol. Artinya perubahan temperatur tidak akan merubah penunjukan level.



Gambar 21. Pengukuran Tinggi Permukaan Dengan Pelampung Sistem Hydrolik



Pengukuran Aliran.



Pengukuran aliran fluida sangat penting dalam suatu proses untuk rnendapatkan data analisa. Dalam hal-hal tertentu pengukuran aliran memerlukan ketepatan yang sangat tinggi, sedang dalam hal-hal lain mungkin pengukuran kasar saja sudah memadai. Pemilihan alat ukur yang tepat untuk sesuatu penerapan tertentu berganturtg pada berbagai variabel, termasuk di dalamnya biaya. Pada berbagai operasi industri / pembangkit tenaga misalnya, ketelitian pengukuran aliran fluida berhubungan langsung dengan efesiensi, karena itu kesalahan kecil dalam pengukuran aliran pada pipa minyak atau pipa gas dalam skala yang besar, dapat berarti perbedaan ribuan mata uangdidalam suatu waktu tertentu. Ada banyak cara di dalam hal pengukuran aliran fluida, mulai dari sensornya / primary elemennya hingga ke penunjukkannya dalam berbagai tampilan. Primary elemen dan sistemnya yang digunakara untuk pengukuran aliran banyak sekali ragamnya dari ragam tersebut mana yang akan digunakan biasanya tergantung kepada proses dan kemampuan dari segi harga. Namun demikian secara garis besarnya ada 3 (tiga) metode yang akan dibahas dalam pengtrkuran aliran yaitu : Metode positif displacement meter, metode khusus dan metode perbedaan tekanan.



TB/Unj/hr/2009



28



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Turbin Flowmeter.



Pada dasarnya turbine rneter adalah suatu blade rotor (baling - baling) yang dipasang pada flow tube, lihat gambar dibawah:



Gambar 22. Turbine Meter. Bilamana fluida melewati tube maka rotor akan dipaksa untuk berputar melalui sumbu. Frekuensi perputaran ini yang akan dideteksi dan dicatat oleh secondary element. Rotor berputar dengan kecepatan sudut yang berbanding lurus dengan kecepatan aliran fluida dan selanjutnya akan dideteksi non contacting sensor. Sensor ini dinamakan sebagai magnetic pick-off yang terbuat dari bahan non magnetic. Pada saat rotor berputar akan membangkitkan tegangan bolak-balik pada pick-off coil dalam hal ini adalah RF pick-off. Coil ini juga dapat mendeteksi gerakan blade melalui suatu prequency carrier signal yang terdapat pada coil. Bilamana "blade rotor" berputar maka carried signal akan dimodulasikan kembali. Keuntungan dari RF pick-off tidak rnenyebabkan adanya drag terhadap rotor, sebagaimana yang terdapat pada magnetic pick-off. Artinya dengan mengurangi drag maka akan mengurangi pula harga head loss yang selanjutnya akan menyajikan harga operating range yang sesuai. Untuk mengurangi adanya gesekan mekanis dan menghasilkan umur yang optimal terhadap "moving part" maka rotor dilengkapi dengan ball bearing. Ball bearing tidak dianjurkan untuk digunakan pada setiap pemakaian terutama pada fluida yang mengandung zat padat dimana akan menyebabkan bearing wear. Carbide sleeve bearing telah terbukti



TB/Unj/hr/2009



29



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



mempunyai kehandalan dalam banyak pemakaian dan merupakan suatu alternatip terhadap pemakaian ball bearing. Persoalan lain yang dapat terjadi pada pemakaian liquid turbine adalah :









Efek adanya overspeed bilarnana terjadi flasing pada liquid sehingga terbentuk vapor yang akan memperbesar kecepatan rotor. Pergeseran dalam kalibrasi sejumlah udara akibat adanya blade wear dan liquid yang mengandung sejumlah udara.



Untuk pipa dengan diameter besar barangkali harga turbine meter menjadi sangat mahal bilamana dibuat dalam ukuran full size. Untuk kondisi semacam ini biasanya "akan lebili efektif bila mana digunakan probe type turbine meter, betuknya berupa turbine' meter kecil yang dimasukan kealran fluida melalui suatu probe. Turbin meter menyajikan accuracy dan repeatability pada flow-range yang lebar. Akurasinya dapat bervariasi antara ± 0.15% s/d ± 0.5% pada daerah aliran 10 : 1 s/d 35: 1. Turbine meter secara spesifik dirancang untuk rnengukur "ultra low flow", sanitary dan fluida korosif. Kekurangan dari turbine meter antara lain adalah "maintenance cost" yang maha) karena adanya moving part, rotor wear akan mempengaruhi ketelitian pengukuran dan turbine meter cendenurg akan cepat rusak bila fluidanya tidak bersih, head lossnya juga tinggi bila dibandingkan dengan jenis flow meter lain. Metode Perbedaan Tekanan.



Pengukuran aliran fluida dengan metode perbedaara tekaanan adalalah metode dengan mengukur perbedaan tekanan yang terjadi pada titik - titik tertentu dalam saluran dimana fluida tersebut mengalir. Perbedaan tekanan tersebut selanjutnya dijadikan sebagai dasar untuk mengetalaui laju alirannya. Terjadinya perbedaan tekanan pada saluran tersebut oleh karena adanya piranti rintangan obstruksi (obstruction device), yang dipasang pada penampang saluran tersebut. Piranti rintagan inlah yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan (pressure drop), sehingga terdapat perbedaan tekanan (Differential Pressure) pada titik-titik tertentu dimana piranti rintangan tersebut dipasang. Differential pressure ini diukar, dan hasilnya didapatkan dalam bentuk tekanan hidrostatis / tinggi tekan. Karena itu pula metode ini sering disebut meter tinggi tekan (lead meter). .



TB/Unj/hr/2009



30



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 23. Hubungan Piranti Rintangan dengan head Yang Ditimbulkan Pada Suatu Aliran Fluida. Piranti rintangan yang menimbulkan differential pressure di lapangan disebut sebagai sensor atau elem primer, sedangkan bagian yang mengukur perbedaan tekanan yang terjadi, dilakukan oleh elemen sekunder. Bagaimana hubungan antara perbedaan tekanan yang diukur dengar laju aliran ? Laju aliran dapat diketahiu dengan persamaan yang telah ditulis sebelumnya yaitu : Q



= A .V atau



m



= ρ .Q



Dan persamaan tersebut di atas dapat diketahui bahwa laju aliran fluida ditentukan oleh kecepatan (V) fluida dan massa jerzisnya (p). Untuk, fluida cair p relatif konstan sedangkan untuk fluida gas tidak konstan.



Gambar 24. Ilustrasi Aliran Fluida pada salurannya



TB/Unj/hr/2009



31



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Laju aliran dalam debit pada ilustrasi tersebut di atas adalah seberapa besar perkalian antara kecepatan dan luas penampang. Luas penampang pada dasarya adalalah konstan. Jadi dengan mengukur kecepatan aliran fluida pada suatu titik tertentu, maka debit fluida pada titik tersebut dapat diketahui. Namun mengukur kecepatan aliran fluida secara langsung tidak mudah oleh karena kecepatan aliran fluida dalam saluran tersebut tidak terjadi secara konstan (ingat profil aliran). Olelr Tuan Bournoulli dari persamaan energi yang dimiliki oleh suatu fluida yang mengalir dan setelah melalui modifikasi sesuai peruntukannya maka tertulislah seperti yang disebutkan sebelumnya. Persarnaan tersebut di atas terlihat bahwa energi fluida yang mengalir terdiri dari : energi tekanan (p), energi kinetik (1/2. PV2 ) dan energi potensial ( p. g. h ) yang ketiganya merupakan energi mekanik yang dipunyai oleh fluida yang mengalir. Dari konsep energi bahwa energi itu kekal (hukum kekekalan energi), dan jika diaplikasikan pada suatu saluran dimana fluida mengalir dan energi tersebut ditinjau pada titik / bagian tertentu (lihat gambar berikut) dirnana titik / bagian tersebut sangat diperbesar titik pada penampang 1 (satu) hingga titik 1) ada penampang 2 (dua).



Gambar 25 . Cuplikan titik / bagian dari aliran fluida yang ditinjau Energi Total Fluida Yang Mengalir = Energi Total Fluida Yang Mengalir Pada Titik / Penampang (1) Pada Titik / Penampang (2)



TB/Unj/hr/2009



32



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Sehingga dapat ditulis : P1 + 1 / 2 ρ1.V 12 + ρ1.g.h1 = P 2 + 1 / 2 ρ 2.V 12 + ρ 2.g.h 2 P1 + 1 / 2 ρ1.V 12 + ρ1.g.h1 = P 2 + 1 / 2 ρ 2.V 12 + ρ 2.g.h 2



(



P1 − P 2 = 1 / 2 ρ V 2 2 − V 12



(



∆P = 1 / 2 ρ V 2 − V 1 2



2



)



)



Dari konsep massa, juga dukenal hukum kekekalan masa, sehigga persamaan kontinuitas yang telah ditulis sebelumnya juga menghasilkan:



ρ1. A1.V 1 = ρ 2. A2.V 2



→ karena ρ1. ρ 2



Maka : A1.V 1 = A2.V 2 A2 V2 A1  2  A2  2  ∆P = 1 / 2 ρ V 2 −  V 2    A1   



V1 =



  A2  2  ∆P = 1 / 2V 2 2 1 −  V 2     A1   V2 =



2.∆P   A2  2  ρ 1 −  V 2     A1  



Dengan diketahuinya keceptan aloran maka debit dapat diketahui laju aliran volumetrik (debit) idealnya adalah :



Q ideal



= A 1 .V 1 = A 2



1  A2  1−    A1 



2



.



2 .∆ P



ρ



A2 = β Perbandingan antara penampang diameter lubang sebelum dan A1



TB/Unj/hr/2009



33



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



sesudah titik tinjauan nilai β antara 0,20 sampai dengan 0,75 Laju aliran yang dihitung dari persamaan diatas adalah merupakan laju aliran yang ideal. Kenyataannya laju aliran yang terjadi lebih kecil. Hal ini disebabkan karena adanya kerugian laju aliran. Karena laju aliran yang sebenarnya adalah laju aliran ideal dikalikan dengan suatu faktor yang disebut "discharge koefisien" (bisa disingkat C), yang sebenarnya tergatung kepada bilangan Reynold. Jadi : Q actual = C .Q ideal = C.



1 1− β



2



2 .∆ P



.A 2



ρ



jadi



1 1− β 2



= M disebutsebagaiVelocityOf ApproachFactor



Sehingga :



2



Q actual = C .M . A 2 = C f .A2



ρ 2



ρ



.∆ P



.∆ P



sedang C .M . = C f disebut flow Coefisien →



dan C f . A 2



2



ρ



=K



bilangan konstan



Untuk pengukuran aliran fluida compressible (mampu mampat ) masih ada lagi satu faktor yang diperhitungkan yaitu faktor muai (expansion faktor) disingkat Y. yang juga merupakan suatu bilangan yang ketergantungannya dapat bervariasi, sehingga persarnaannya akan menjadi :



Q actual = Y .C f . A 2 2 ρ . ∆ P →



TB/Unj/hr/2009



dan Y .C f . A 2 2 ρ = C f bilangan kons tan



34



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Karena itu secara umum laju aliran fluida dapat dihitung / diketahui dengan persamaan :



Q = K ∆P Dan persamaan tersebut diatas (terakhir ) kita dapatkan bahwa laju aliran merupakan perkalian suatu konstanta dengan akar dari perbedaan tekanan, Dimana konstanta tersebut suatu faktor yang tergantung kepada Beta Ratio ( β ), kondisi fisis maupun kemurnian fluida ( ρ .T.P), bentuk elemen primer, serta tapping point. Selain itu juga terlihat bahwa hubungan antara perbedaan tekanan dan aliran, ternyata tidak linear namun memenuhi persaman kuadratis, berbentuk parabola. Bila ditampilkan dalam bentuk grafik rnaka bentukrrya sebagai berikut..



Gambar 26. Hubungan Antara Flow & Diffrential Pressure.



Orifice



Orifice terbuat dari plat datar karenanya juga disebut orifice plate yang dalam pemasangannya diikat. dengan flange. Bagian dari tengah tersebut dilobangi dengan diameter yang telah ditentukan, sehingga didapatkan tekanan diferensial tertentu pada debit aliran tertentu pula bentuk plat tersebut secara umum dapat dilihat pada gambar berikut :



TB/Unj/hr/2009



35



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 27. Orifice Plate. Pipa yang telah dipasarrg dengan orifice plate dilengkapi flens seperti terlihat pada gambar di atas. Kecepatan aliran bertambah karena adanya penyempitan pada orifice. Dari gambar tersebut juga dapat dilihat. Perubahan tekanan sepanjang pipa.



Gambar 28 . Beda Tekan Oleh Orifice Plat Kepada Suatu Saluran.



TB/Unj/hr/2009



36



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Tekan statitik pada A, B, C dan D yang mendekati Orifice naik sedikit demi sedikit. Daerah A sampai D disebut juga up steam sedangkan dari titik Esampai H disebut juga daerah down stream. Titk E merupakamn titik dimana tekanan statik palig kecil dan kecepatan paling besar. Titik tersebut dinamakan Vena Contracta. Dari titik E sampai H arus aliran mengembang sampai mencapai diameter pipa. Tekanan statistik yang terjadi pada bagian down stream akan selalu lebih kecil dari tekanan yang terjadi di bagian up stream. Karena adanya kehilangan tekan (pressure loss) pada orifice. Pressure loss yang terjadi pada orifice harus berbeda dalam batas yang diizinkan. Pada orifice variable utama yang menjadi pedoman ialah lokasi titik pengambilan pipa sensing (tap locating), bentuk penampang orifice. Serta rasio diameter orifice dengan diameter pipa aliran (B&D P) Berikut ini adalah gambar titik pengambailan suatu orifice dan macammacamnya:



Gambar 29. Titik-titik Pengambulan pada sensor Orifice (taping point).



TB/Unj/hr/2009



37



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen








D dan D/2 Taps Up steam tap diambil pada jarak satu kali pipa dari permukaan orifice dan down stream pressure tap diambil pada jarak ½ dari diameter pipa d/2.








Corner Tap Corner tap diambail melalui lobang yang dibuat melalui flange atau boss, lobang dalamnya bersebelahan dengan orifice.








Plate Tap. Lubang dibuat oada orifice itu sendiri








Flange Tap Dipasang satu inci dari sisi orifice








Vena Contracta Tap. Up steam tap dipasang satu inci dari orifice sedangkan down stream tap dipasang dipasang pada titik dimana keceatan paling tinggi.



Bentuk Penampang orifice plate ada beberapa macam, yaitu orifice plate dengan bentuk consetric, bentuk segmen, dan bentuk eccentric. Bentuk yang kedua dengan yang terakhir disebutkan digunakan apabila cairan mengandung buturan-buturan padat menguap.



Gambar 30. Bentuk Penampang orifice. Material untuk Orifice Plate Material yang yang digunakan untuk orifice plate adalah sebagai berikut.: 1. Meteran Air : Gun Metal, Bronze, dan Stainless Steel. 2. Meteran Udara : Gunmetal, Monel, Mild Steal. 3. Meteran Uap : Stainless Steel, dan Monel. 4. Sewage (limbah), bahan bakar minyak, batu bara, gas : Stainless Steel.



TB/Unj/hr/2009



38



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Pertimbangan untuk Orifice : Orifice plate digunakan secara luas sebagai element primer karena harganya rnurah, instalansi dan pergantianya mudah. Namun bentuk dari orifice yang mempunyai diameter yang jauh berbeda dengan diameter pipa dapat menyebabkan terjadinya turbulensi. Turbulensi akan menyebabkan adanya kerugian gesek dan berakibat juga timbulnya kerugian tekanan. Kerugian tekanan ditambah dengan kerugian pada orifice plate plate bisa mencapai 50 % dari total tekanan differensial. Ujung bagian depan (up steam enge) dari orifice harus cukup tajam kecuali untuk haluan masuk yang berbentuk konikal dan lobangnya membentuk sudut 90o dengan permukaan plate. Ujung yang tajam pada sisi up stream ini, akan mengalami abrasi serta keausan sehingga akan mempengaruhi pembacaan. Dalam keadaan ini orifice harus digani dengan yang baru. Plat harus cukup tebal untuk menghindari terjadinya distorsi sebagai akibat adanya perbedaan tekanan suhu kerja yang tinggi. Orifice olate harus mempunyai lobang kecil yang dibongkar pada alat tersebut. Lobang ini ditempatkan dibagaian atas agar udara atau gas dapat masuk. Apabila yang dialirkan adalah udara atau gas dapat masuk. Apabila yang dilairkan adalah uadara atau gas maka lobang tersebut ditempatkan dibagian bawah agar kodensat adapat dikelurkan. Dalam penempatan plat harus dilakukan dengan berbagai pertimbangan, karena apabila plat ini dekat dengan control valve akan menyebabkan terjadinya turbulensi. Hal ini akan menyebabkan kurnagnya akurasi pengukuran. Van yang kuat dapat dimasukan pada bagian up stream untuk mencegah terjadinya korosi, lihat gambar dibawah.



Gambar 31. Van Pencegah Distorsi.



TB/Unj/hr/2009



39



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Tabung Venturi



Tabung ventury terdiri dari 2 buah kerucut berongga yang terpotong bagian atasnya. Bagian yang berdiameter terkecil dari kedua kerucut ini dihubungkan sesamanya dengan sebuah pipa pendek. Bagian yang terkecil itu disebut juga "throat section". Kerucut disisi up stream dilengkapi dengan pipa paralel yang pendek pada sisi masuknya. Up stream tapping diukur di daerah ini lihat gambar.



Gambar 32 . Perubahan tekanan pada tabung venturi Kerucut di bagian up stream mempunyai sudut yang lebih curam dibandingkan dengan sudut kerucut di bagian down stream. Hal ini perlu untuk rnendapatkan aliran yang halus menuju throat section. Kegunaan dari kerucut dibagian down stream adalah untuk mendapatkan kembali tekanan differensial dan mengurangi overal orifice adalah kehilangan tekanan dari fluida yang naengalir melalui peralatan tersebut.



TB/Unj/hr/2009



40



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 33. Venturi Tube. Keadaan akan bertambah buruk apabila fluida mengalir dengan kecepatan tinggi, karena orifice akan menimbulkan turbulertsi yang akan membutuhkan sejumlah energi sehingga pegembalian tekanan yang hilang tidak mungkin terjadi di sisi down stream. Turbulensi dapat mengurangi tekanan dibagian up stream disisi besar 10 s/d 16%. Penggunaan venturi ini juga terbatas karena venturi sulit untuk dipasang pada pipa ukur yang lebih besar, dimana pressure loss sangat diperhitungkan. Flow Nozel



Flow Nozzle merupakan variasi lain dari venturi tube. Peralatan ini mempunyai bagian masuk yang berbentuk kurva dengan garis lengkung mulus menyinggung bagian paralel. Pengambilan tekanan akibat terjadinya pressure loss lebih baik. Peralatan ini lebih cocok untuk aliran dengan kecepatan tinggi bila dibandingkan dengan orifice plat, karena tidak mengalami keausan yang sama dan dapat digunakan untuk fluida yang mengandung partikel solid.



Gambar 34. Pemasangan Flow Nozzel. TB/Unj/hr/2009



41



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



.



Gambar 35. Bentuk fisik Flow Nozel. 3. Sistem Kontrol. Keinginan manusia untuk mengontrol gaya-gaya natural telah ada sepanjang sejarah. Tujuannya adalah untuk mengontrol gaya-gaya ini untuk menolongnya dalam melaksanakan tugas-tugas fisiknya yang diluar kemampuannya. Pada abad kedua puluh para ahli sistem kontrol telah mentransformasi harapan-harapan itu menjadi kenyataan. Sistem kontrol merupakan suatu topik yang antara lain, meliputi seluruh bidang teknik. Sistem kontrol dapat didefinisikan sebagai devias yang meregulasi aliaran energi, materi dan sumber-sumber lain. Pengaturan dan kekomplekanya bervariasi sesuai dengan tujuan dan fungsinya. Kalsifikasi Sistem Kontrol Sistem kontrol dapat dikalsifikasikan menurut berbagai cara. Seperti contoh: berdasarkan metode analisa dan perancangan, sistem kontrol dapat diklasifikasikan menjadi: a. Linier dan Nor-Linier b. Time Invariant dan Time Varying c. Distributed Parameter dan Lumped Parameter Berdasarkan Tipe- tipe sinyal yang ditentukan dalam sistem, sistem kontrol dapat dibedakan menjadi: a. Sistem data kontinyu dan sistem data diskret. b. Sistem yang dimodulasikan dan sistem yang tidak dimodulasi Berdasarkan Sistem Komponen Sistem: a. Sistem kontrol electronik b. Sistem kontol hidrolik c. Sistem kontrol pneumatik d. Sistem kontrol biologis:



TB/Unj/hr/2009



42



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Sistem ini sering juga diklasifikasikan berdasarkan tujuan utama sistem, misalnya: a. Sistem kontrol posisi b. Sistem kontrol kecepatan c. Sistem kontrol temperatur d. Sistem kontrol tekan e. Sistem kontrol pH f. Sistem kontrol attitude g. Dll Lop Kontrol Kontrol Lup Terbuka (Open Loop Control) Sebagai contoh, lihat gambar pengendali temperatur air dengan menggunakan sebuah heat exchanger. Pada contoh ini fluida produknya adalah air dan media sumber panasnya adalah steam ( uap air panas). Air masuk dalam keadaan



dingin, dan didalam exchanger terjadi perpindahan (exchange) energi panas dari steam ke air dingin. Karena energi panas steam terserap oleh air dingin, maka akan terkondensasi ( pengembunan) steam. Sementara temperatur air pendingin naik ( menjadi air panas). Temperatur air panas ini diatur sesuai keiginan dengan menggunaan valve yang dikendalikan oleh manusia ( operator ). Temperatur yang tidak sesuai dengan keinginan dinyatakan sebagai Error ( penyimpangan, Perbedaan).



Temperatur



Set Point



Air Panas



Stem



Air Kondensat Air Dingin



Gambar 36 . Pengendalian Temperar dengan Heat Exchanger



TB/Unj/hr/2009



43



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Error merupakan dasar menghitung seberapa banyak koreksi terhadap bukaan valve, berdasarkan error inilah operator menghitung berapa banyak valve perlu lebih ditutup atau lebih dibuka. Kemudian operator harus melakukan langkah mengkoreksi bukaan valve. Posisi bukaan valve. Selanjutnya harus ditambah atau dikuarangi. Sesuai dengan hasil perhitungan tadi. Adanya campur tangan manusia dalam sistem kontrol untuk mengkoreksi suatu parameter, membuat rangkaian kontrol ini terputus. Atau disebut Open loop kontrol. Gambar diatas di jabarkan dalam bentuk blok diagram sebagaimana terlihat dibawah ini: Bukaan



Flow Steam



Valve



Manuasia



Proses



Temperatur Air Panas



Pengukuran



Gambar 37. Diagram Blok Open Loop Control



Kontrol Lup Tertutup ( Closed Loop Control). Didalam diagram kotak sistem pengendali otomatis ( tanpa campur tangan manusia), akan selalu ada komponen – komponen pokok seperti element proses, element pengukuran (sensing element dan transmiter), element controller ( Controller unit) dan final Element ( Control valve, damper, Selenoid dll,). Dalam bentuk matematis, semua kotak element itu diisi persamaan persamaan matematik yang merupakan transfer function elemen elemen tersebut. Bukaan



LOAD



Flow Steam



Error Set Point



Control Unit



Control Valve



Proses



MV



Pengukuran



Gambar 38. Closed Loop Control.



TB/Unj/hr/2009



44



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Didalam diagram kotak sistem pengendali otomatis ( tanpa campur tangan manusia) akan saja selalu ada komponen-komponen pokok seperti elemen proses, element pengukuran ( sensing element transmiter), elemen kontroler ( control unit) dan final control element (control valve). Dalam bentuk matematis, semua kotak element itu diisi persamaan-persamaan matematis yang merupakan transfer funcion element-element tersebut. Didalam gambar 38, bagian kontroler mempunyai summing juncton dengan tanda positif- negatif (+/-) . dititik inilah langkah membandingkan dilakukan dengan mengurangi besaran set point ( nilai yang diinginkan) dengan sinyal mensurement variable ( nilai yang berubah ). Hasilnya adalah sinyal yang disebut Error. Tanda negatif (-) di summing junction membawa arti yang sangat spesifik bagi seluruh sistem.karena tanda inilah sistem pengendaki otomatis juga disebut sistem negatif feedback. Dengan demikian, sistem pengendali otomatis mempunyai dua nama yaitu sistem closed loop dan sistem negative feedback. Set point adalah nilai yang kita inginkan ( kita set dengan memutar knop set poit didalam (kontroler) sebagai outputnya. Controller menerima sinyal measured variable di bagian yang lazim ditulis “ input” dan menghasilkan sinyal manipulated varibale dibagian yang lazim disebut “output” sedang sinyal keluaran transmiter dihubungkan ke “ input”. Controller mempunyai mode kontrol untuk membentuk respon kontroler terhadap perubahan atau ganguan proses. Ada tiga mode kontroller didalam controller, yaitu: Proporsional, Integral, derivative. Mode proporsional akan mensebandingkan



(proporsi) sinyal output dengan sinyal inputnya. Model integral akan mengembalikan penyimpangan dalam proses ke set point dengan mengintegrasikan sinyal input dan mode derivative akan merenspons dengan cepat laju perubahan pada inputnya dan memberikan sinyal output yang lebih besar dengan cara men-differensil-kan sinyal input. Ciri khas dari closed loop control adalah adanya feed back, sebagai mana umpan balik atas perubahan yang terjadi pada out put Kontroller. Adalah elemen yang mengerjakan tiga dari empat tahap langkah pengendalian, yaitu membandingkan setpoint dengan variabel pengukuran, menghitung berapa banyak koreksi yang perlu dilakukan, dan mengeluarkan sinyal koreksi sesuai dengan hasil perhitungan tadi. Jadi, kontroler sepenuhnya menggantikan peran manusia dalam mengendalikan sebuah proses.



TB/Unj/hr/2009



45



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Konventer. Sistem transmisi sinyal electik sebagairnana transmsi energi listrik lainnya, yaitu menggunakan kawat tembaga dengan diameter antara 1,5 - 2,5 mm. Sedangkan transmisi sinyal pneumatik menggunakan tubing (pipa kecil) dengan diameter dalam 0,25 inch atau 0,375 inch. Dalam perkembangannya, instrumentasi sistem pengendalian kemudian banyak memanfaatkan teknologi elektronik dan komputer. Oleh karena itu diperlukan sarana komunikasi dalam bahasa komputer. Selain itu ada juga instrument yang menggunakan sarana komunikasi sinyal radio atau serat optik. Sistem transmisi elektronik kemudian terbalagi menjadi dua, yaitu transmisi elektronik analog dan elektronik digital. Kerja sinyal elektronik analog sama persis dengan kerja sinyal pnemumatik, yaitu bekerja dalam bentuk persentasi sinyal dari 0% hingga 100 %. Oleh karena perkembangan kebutuhan perangkat instrumentasi, maka kerja unit instrumentasi elektronik seringkali dikombinasikan dengan unit instrumentasi pneumatik. Untuk keperluan tersebut, maka digunakan unit perubah / pengalih sinyal (signal conventer). Instrument ini berfungsi untuk menjembatani adanya ketidak terpaduan (compability) dan berbagai instrument.



Konventer Electronik ke Pneumatik (I / P Conventer). I/P converter adalah transmiter pneumatik yang dengan bantuan rangkaian elektromagnetik dihubungkan kerangkaian mekanis nozzel buffle, maka dapat membangkitkan sinyal pneumatik yang nilainya berbanding lurus dengan sinyal inputnya. Pemakaian I/P conventer dapat dijumpai pada control valve yang mempunyai loop electrik. Gunanys untuk mengubah sinyalm 4~20 mA yang berasal dari controller menjadi sinyal 3~15 Psig, karena control valve hanya menerima sinyal pneumatik.



Konventer Pneumatik ke Electronik ( P/I Conventer ) Instrument ini memerima input 3~5 psig dengan output 4~20 mA. I/P conventer biasanya dipasang dekat control room untuk mengubah sinyal pneumatik dari lapangan menjadi sinyal electronik yang digunakan untuk instrument di control room. Dalam aplikasinya kadangkala juga dibutuhkan konversi sinyal dengan tegangan menjadi sinyal pneumatik atau sebaliknya, konventer jenis ini disebut V/P atau P/V.



TB/Unj/hr/2009



46



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 39, Koventer I/P dalam satuan sistem kontrol.



TB/Unj/hr/2009



47



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



4. Unjuk Kerja Sistem Kontrol. Tanggapan Peralihan (transient renspon) Tanggapan waktu sistem kontrol linier biasanya dibagi dalam dua bagian : tanggapan peralihan (transient response) dan tanggapan seimbang. ( steady state response). Semua sistem kontrol mengalami fenomiana peralihan /transien sebelum keadaan tunak dicapai karena inersia , masa dan induktansi selalu ada dalam sistem-sistem fisik. Respon-respon tidak dapat mengikuti perubahan mendadak pada input. Tanggapan peralihan sistem kontrol penting untuk dianalisa, karena merupakan kelakuan dinamik sistem, dan penyimpangan diantara tanggapan sebenarnya dan tanggapan yang diinginkan, sebelum keadaan tunak /setimbang tercapai. Kinerja peralihan sistem kontrol biasanya dikarakteristikan dengan penggunaan input step satuan. Kriteria unjuk kerja untuk mengkarakterisasi tanggapan peralihan adalah: 1. 2. 3. 4.



Over shoot waktu delay ( delay time) waktu naik ( rise time) waktu settling (settling time)



Gambar 40. Tanggapan Step Satuan Sistem Kontrol.



TB/Unj/hr/2009



48



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



maximun overshoot didefinisikan sebagai deviasi terbesar output melempaui input step selama keadaan peralihan. Maximum overshoot juga digunakan sebagai ukuran kestabilan relatif sistem masimum overshoot sering dipresentsikan sebagai persentasi nilai akhir tegangan pulsa



Persen MaximumOvershoot =



Maksimum Overshoot x100% Nilai Akhir



Mutu Sistem Kontrol. Apa yang dihasilkan dan suatu proses tentang diiginkan mutu yang berkualitas, Proses variable / besaran yang dikendalikan sudah pasti yang diharapkan adalah stabil, apakah underdamped, atau overdamped. Untuk menjawab pertanyaan itu, selayaknya orang mengkaji ulang apakah hakikat suatu sistem pengendalian sistem pengendalian dibuat atau direkayasa orang agar sesuai dengan kebutuhan operasi. Jadi kalau dinyatakan respone mana yang bagus jawab tentu renspone yang sesuai dengan kebutuhan operasi. Operator yang berpengalaman dilapangan pasti dapat menjawab loop mana. Yang perlu dibuat lambat dan loop mana harus dapat cepat. Kesimpulan untuk melakukan tuning sebuah lopp, teknisi bukan saja harus memperhatikan respone diloop itu sendiri, tetapi ia juga perlu melihatnya dalam kaitannya dengan loop-loop lainya. Selain tiga katagon respone yang sudah disebut karena memang kurang populer yaitu yaitu critically damper karena merupakan ambang batas antara stabil dengan tidak stabil. Respon ini memang tidak stabil. Cepatnya respone harus dibayar dengan osilasi disekitar ekor response. Untuk mempejelas perbedaan keempat renspone tersebut lihatlah gambar.



Gambar 41. Bentuk Umum Respose yang Stabil



TB/Unj/hr/2009



49



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Sebelum mempelajari mutu suatu system pengendalian, ada baiknya kalau terlebih dahulu diperkenalkan beberapa istilah yang sering dipakai untuk menerangkan mutu suatu pengendalian baik secara kwantitas maupun secara kwalitas. Lihat gambar amati keterangan yang menjelaskan tentang overshoot, rise time, dan setting time, damping factor dan decay ratio. Overshoot biasanya dinyatakan dengan persen: rise time dan settling time, dalam waktu: damping factor dan decay ratio dinyatakan dalam bilangan pecahan. Bentuk umum kurva waktu response ini lazim disebut transient response.



Gambar 42. Istilah-istilah pada transient response sistem pengendali. Mutu suatu sistem pengendali acapkali dinyatakan secara kuantitatif dengan meyebutkan persentasi overshoot, waktu rise time dan decay rationya. Namun secara kuantitatif mutu respon dinyatakan dalam beberapa kriteria matematik.



TB/Unj/hr/2009



50



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Tanggapan Amplitudo Quarter. Apabila tejadi ganguan, maka amplitudo pengembalian set point yang terbaik adalah membentuk apa yang disebut quarter amplitude respone: dimana amlitudo yang dibelakangnya besaran ¼ dari amlitudo yang didepan.



Gambar 43. Quarter Amlitude Response.



TB/Unj/hr/2009



51



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Beberapa istilah yang perlu diketahui : lstilah-istifah penting : Amplitude



: The difference between the average value of a sinusoidal variation and the maximum (or minimum) value.



Amplitude Ratio



: A factor expressing the ratio of the output amplitude to the input amplitude when the input is sinusoidal.



Critical Damping



: The smallest degree of damping under which a system can operate without overshooting the desired value after a step change in input.



Deadtime



: The fixed interval of time between the start of an input to a component and the beginning of response to the input.



Lag



: Any deviation from instantaneously complete response to an input signal. It is usually associated with lags due to resistances and capacitances in the system, however sometimes it is used synonymously with Delay and Dead Time.



Offset



: The steady-state deviation of the controlled variables from the set point, usually caused by a disturbance or load change in a system employing a proportional controller.



Over-Damped



: A second-order or higher system which is damped to such a degree that the transient response has no tendency to oscillate or overshoot.



Overshoot



: The maximum amount by which a process output exceeds its desired value (or steady-state value) following a step change in input.



Overshoot Time



: The time required for a transient error to reach the overshoot paint in the response of an automatic control system.



Period



: The length of time between consecutively conditions, the reciprocal of frequency.



Response



: The effect an a system's output caused by a particular change in an input.



TB/Unj/hr/2009



recurring



52



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Response Time



: The time required for an output to increase from one specified percentage of its final value to another, based on a step input.



Rise Time



: Same as Response Time.



Set Point



: he desired value of the controlled variable.



Settling Time



: The time required for the absolute value of the difference between the output of the process and the desired value to become and remain less than a specified amount, following the application of a step input.



Steady State



: The condition of a system when the transient response has diedTime Constant The time required of the output of a firstorder system to reach 63.2 percent of a complete response to a step input.



Undamped



: Said of a system capable of oscillator transient response of constant amplitude.



TB/Unj/hr/2009



53



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



5. Sifat-Sifat Kontroler. Komponen Kontrol. Kontroler feedback menentukan perubahan yang diperlukan pada final element, untuk mengkompensasi terhadap adanya gangguan kestabilan proses atau karena adanya perubahan pada set point dan melakukan aksi yang diperlukan. Tujuan dari kontroler feedback ada dua : 1. Mengkalkulasi error yang merupakan perbedaan antara controlled variable dan set point. 2. Mengkalkulasi sinyal yang menuju ke control valve berdasarkan error yang terjadi Berbagai jalan atau mode dilakukan untuk menjalankan fungsi atau tujuan yang kedua tadi. Mode-mode tadi dikombinasikan untuk membentuk kontroler feedback dasar adalah proportional, integral (reset) dan derivative (rate). Setiap mode ini merupakan parameter tuning pada pengoperasian kontroler feedback. Sistem Kontrol Plemen sistem kontrol dapat dijelaskan dengan bantuan diagram blok sebagai berikut



Gambar 44. Diagram blok Sistem Kontrol Automatik.



TB/Unj/hr/2009



54



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Proses Kontrol. Adalah tatanan peralatan sistem yang mempunyai suatu fungsi tertentu, Contohnya heat exchanger. Input proses bermacam-macan yang pasti adalah merupakan besaran yang dimanipulasi oleh elemen kontrol akhir (katup kontrol) agar variabel pengukuran sama dengan setpoint. Variabel Kontrol Adalah besaran atau variabel yang dikendalikan. Besaran ini disebut "output proses" atau variabel proses (temperatur air panas yang keluar dari heat exchanger). Variabel yang dimanipulasi Adalah input dari suatu proses yang dapat dimanipulasi atau diubah-ubah besamya agar variabel proses atau variabel kontrol besamya sama dengan setpoint. (Contohnya aliran uap yang masuk heat exchanger). Disturbance / Load, Adalah besaran lain, selain variabel manipulasi, yang dapat menyebabkan berubahnya variabel kontrol. Salah satu contoh dari disturbance proses adalah perubahan pemakaian air panas. Elemen Sensor Adalah bagian paling ujung suatu sistem pengukuran, disebut juga elemen primer. Contoh elemen sensor yang banyak dipakai misalnya : termokopel atau diafragma. Transmiter Adalah alat yang berfungsi untuk membaca sinyal elemen sensor, dan mengubahnya menjadi sinyal yang dapat dimengerti ojeh kontroler. Transduser Adalah unit pengalih sinyal, yang mana mempunyai fungsi serupa dengan transmiter walaupun tidak sama benar Variabel Pengukuran Adalah sinyal yang keluar dari transmiter. Besaran ini merupakan cerminan besamya sinyal Sistem pengukuran.



TB/Unj/hr/2009



55



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Setpoint Adalah nilai variabel proses yang dikehendaki. Sebuah kontroler akan selalu berusaha menyamakan variabel kontrol dengan setpoint. Error Adalah selisih antara setpoint dikurangi variabel pengukuran. Error bisa negatip dan bisa juga positip. menyamakan variabel kontrol dengan setpoint. Kontroler Adalah elemen yang mengerjakan tiga dari empat tahap langkah pengendalian, yaitu membandingkan setpoint dengan variabel pengukuran, menghitung berapa banyak koreksi yang perlu dilakukan, dan mengeluarkan sinyal koreksi sesuai dengan hasil perhitungan tadi. Jadi, kontroler sepenuhnya menggantikan peran manusia dalam mengendalikan sebuah proses. Unit Kontrol Adalah bagian dari kontroler yang menghitung besarnya koreksi yang diperlukan. Input unit kontrol adalah error, dan output-nya adalah sinyal yang keluar dari kontroler (variabel manipulasi) yang mana merupakan hasil penyelesaian matematis. Elemen Kontrol Akhir adalah bagian akhir dari instrumentasi sistem pengendalian. Bagian ini bertungsi untuk mengubah variabel pengukuran dengan cara memanipulasi besamya variabel manipulasi, berdasarkan perintah kontroler. Contoh paling umum dari elemen kontrol akhir adalah katup kontrol.



Kontrol ON_OFF Sinkron (DC). Seperti tercermin dari namanya, kontrol On-Off hanya bekerja pada dua posisi, yakni posisi "On" dan posisi "Off. Jika elemen kontrol akhir berupa katup kontrol, maka kerja katup hanya terbuka penuh atau tertutup penuh. Pada sistem pengendalian On-Off, maka katup kontrol tidak akan pernah bekerja di daerah antara 0 sampai 100 %. Kerja kontrol "On-Off' dapat dijelaskan seperti gambar dibawah ini. Oleh karena kerjanya yang On-Off, maka hasil pengendalian kontroler On-Off akan menyebabkan variabel proses yang bergelombang, dan tidak pernah konstan. Perubahan variabel proses akan seirama dengan perubahan posisi elemen kontrol akhir. Besar-kecilnya fluktuasi variabel proses ditentukan oleh titik dimana kontroler "On" dan titik dimana kontroler "Off".



TB/Unj/hr/2009



56



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Karena karakteristik kerjanya yang hanya On dan Off, maka kontroler jenis On-Off juga sering disebut sebagai kontroler "dua-posisi".



Gambar 45. Kurva kerja kontroler On-Off



Kerja pengendalian On-Off, seringkali didapat dengan memanfaatkan dead-band suatu switch proses. Contoh pengendalian On-Off yang paling mudah ditemui adalah pengendalian suhu pada setrika fistrik, atau pompa air listrik automatis.



Kontrol PID. Terdapat tiga unsur unit kontrol, yakni Proporsional (P), Integral (I), dan Derivatip (D).Istilah "Proporsional" berasal dari sifat unit itu sendiri yang output-nya selalu sebanding (proporsional) dengan input-nya. Begitu pula, disebut "Integral" karena output unit tersebut merupakan hasil integral dari inputnya, dan disebut "Derivatip" karena output unit tersebut merupakan hasil diferensial atau derivatip dari inputnya.



TB/Unj/hr/2009



57



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



6.4.1



Kontrol Proporsional



Salah satu dari ketiga mode unit kontrol yang paling populer dan paling banyak dipakai adalah unit kontrol "P", baik tersendiri dalam bentuk pengendali P-Only maupun dalam kombinasi dengan mode Integral (I) dan Diferensial (D). Pada kontrol P terdapat parameter yang disebut "gain" (Gc). Istilah gain memberikan kesan bahwa ada penguatan atau pembesaran sinyal. Padahal gain bisa berbentuk bilangan pecahan, bahkan negatip, sehingga output bisa lebih kecil dari input, dan juga bisa menjadi negatip. Oleh karena alasan itu, dalam praktek istilah gain jarang dipakai, dan yang lazim adalah istilah "Proportional Band" (PB), namun hubungan persamaannya adalah :



Gc =



100% PB %



Hubungan input-output unit kontrol proporsional dapat dijelaskan dengan gambar kurva respon kontrol proporsional sebagai berikut:



Gambar 46. Kurva respon kontrol Praparsianal



TB/Unj/hr/2009



58



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Output selalu mengikuti input secara proporsional. Naik-turunnya input diikuti secara langsung oleh output, dan besarya selalu sama dengan input kali gain. Persamaan output kontroi P-Only dapat ditulis sebagai berikut:



O =Gc.e + B dimana : 0 Gc e - Error B



= Output kontrol P- Only = Gain kontroler = SP-MV = Bias



Fungsi bias (B) adalah untuk mempertahankan output pada saat error sama dengan nol. Salah satu sifat kelemahan kontrol Proporsional, yakni selalu meninggalkan error yang kemudian lazim disebut "offset". Untuk memperkecil offset, maka gain harus diperbesar. Namun apabila gain terlalu besar, maka sistem akan sangat sensitif dan cenderung tidak stabil. Salah satu cara untuk menghilangkan offset adalah dengan menyetel bias agar sedekat mungkin dengan "load" (beban).



6.4.2



Kontrol Proporsional + Integral.



Untuk menghilangkan offset, diperlukan pengendali lain yang dapat menghasilkan output walaupun sudah tidak ada input. Sifat unik inilah yang hanya dimiliki oleh kontrol Integral (I). Sayangnya, kemampuan kontrol integral menghilangkan offset tidak disertai kaemampuan bereaksi secara cepat. Karena lambatnya bereaksi itulah, kontrol Integral biasanya dipakai dalam kombinasi dengan kontrol Proporsional. Gabungan kedua pengendali ini lazim disebut kontrof Proporsional plus Integral (PI). Persamaan output kontrol PI adalah:



  1 O =Gc  e + ∫ e.dt  + B TR   dimana : 0 = Output kontrol P+I Gc = Gain kontroler e = Error TR = Waktu Integral B = Bias atau hasil integral sebelumnya Besarnya "waktu integral" (Tp) dinyatakan dalam satuan minute/repeat. Artinya, sebuah kontroler integral dengan Gc= -1, dikatakan mempunyai waktu integral 2



TB/Unj/hr/2009



59



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



minute/repeat apabila kontroler memerlukan waktu 2 minut untuk mencapai output sama dengan input. Selain waktu integral, waktu TR dapat juga dinyatakan dalam "waktu repet" dalam satuan repeat/minute. Misalnya, sebuah kontroler integral dengan Gc = 1 dan TR=2 repet/minute, akan menghasilkan output sebesar 2 x input kalau padanya diberi input selama satu menit. Jadi, apabila nilai minute/repeat kecil, maka reaksi kontroler akan semakin cepat atau pengendali semakin sensitif. Sebaliknya, kalau minute/repeat besar, maka kontroler akan semakin lambat, atau kurang sensitif. Hubungan input-output kontrol PI dapat dijelaskan dengan kurva sebagai berikut : Bias (50%)



Gambar 47. Kurva respon kontrol Proporsional + Integral. Terdapat dua komponen pada besaran output. Komponen pertama adalah error x Gc yang berasal dari komponen P, dan komponen kedua adalah hasil integrasi error daiam fungsi waktu yang berasal dari komponen I. Karena sifatnya yang sederhana dan efektif, maka kontrol mode ini paling banyak dipakai untuk berbagai macam aplikasi. Oleh karena kontroler PI merupakan gabungan dari dua unit kontroler, P dan I, maka semua kelebihan serta kekurangan yang ada pada kontrol P dan kontrol I juga ada padanya. Sifat kontrol P yang selalu meninggalkan offset dapat ditutupi oleh kelebihan kontroler I, sedangkan sifat kontrol I yang lambat dapat ditutupi oleh kontroler P, sehingga pengendalian Pf menghasiikan respon yang lebih cepat dari pengendalian integral tetapi mampu menghilangkan offset yang ditinggalkan pengendalian P.



TB/Unj/hr/2009



60



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 48. Aksi Kontrol Proporsional Plus Integral



TB/Unj/hr/2009



61



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



6.4.3



Kontrol Proporsional + Integral + Derivatip



Setelah kekurangan pada kontrol P yang selalu meninggalkan offset diperbaiki oleh kontrol I, dan kekurangan kontrol I yang lambat diperbaiki oleh kontrol PI maka orang masih saja belum puas karena lambatnya respon kontrol PI. Lambatnya kontrol PI menjadikian nyata kalau kontrol tersebut digunakan untuk elemen proses temperatur. (Contohnya heat exchanger). Akar masalah lambatnya pengendali PI untuk pengendalian temperatur ternyata disebabkan karena elemen proses temperatur membutuhkan energi ekstra di saatsaat awal ketika terjadi perubahan "beban" atau "setpoint". Upaya memperbaiki respon didapat dengan menggunakan unit kontrol "Diferensial atau Derivatip" (D). Unsur D tidak dapat mengeluarkan output bila tidak ada perubahan input. Karena sifat ini, maka kontrol mode D tidak penah dapat dipakai sendirian, dan biasanya dipakai dalam kombinasinya dengan P dan I, menjadi kontrol PD atau PID. Pada kontrol mode D terdapat parameter “waktu derivatip" (To), yang besamya dinyatakan dalam satuan waktu detik atau menit. Misalnya, Gc = 1, input dengan rate (laju kenaikan) 10 % per menit; maka akan menghasilkan output 10 % jika TD dibuat 1 menit. Kontrol PID disebut juga kontrol "three-mode" (gabungan tiga mode kontrol). Persamaan matematis output kontrol PID dapat dituliskan sebagai berikut:



  1 O =Gc  e + ∫ e.dt  + B TR  



100% O= PB



  1  e + ∫ e.dt  + B TR  



dimana : 0 Gc E TR To B



= Output kontrol mode PID = Gain kontroler = Error (SP-MV) = Waktu integral = Waktu derivatip = Bias



Bilamana pada input kontrol PID diberi sinyal mendadak (fungsi step), maka output-nya akan merupakan jumlah dan output "Step" kontrol P, output "ramp" kontrol 1, dan output "pulsa" kontrol D. Sedangkan, bilamana input dalam bentuk ramp, maka output-nya agak sedikit aneh (output kontrol f atas input ramp adalah kurva parabola).



TB/Unj/hr/2009



62



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Respon kontrol mode PID dapat dijelaskan dengan gambar kurva sebagai berikut:



Gambar 49. Kurva hubungan input-output kontral PID. Unsur P, I dan D masing-masing berguna untuk mempercepat reaksi sistem, menghilangkan offset, dan mendapatkan energi ekstra di saat-saat awal pembahan load (beban). Sayangnya, semua kelebihan pada kantrol PID tidak dapat dipakai untuk mengendalikan, semua variabel proses. Hanya variabel proses yang tidak mengandung riak yang boleh dikendalikan dengan unsur D, yakni kontrol temperatur.



TB/Unj/hr/2009



63



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



6. Lop Kontrol. Sistem pengendalian sederhana yang telah dipelajari, hanya mengandalkan satu mata rantai pengendalian yang disebut kontrol feedback atau kontrol (closed-loop). Saat ini dalam dunia plant / industri nyata, banyak kebutuhan proses yang tidak dapat diselesaikan dengan lup sederhana yang hanya mengandalkan sebuah mata rantai 1 lup feedback. Untuk mengatasi hal itu, maka diperlukan jenis mata rantai pengendalian lain yang diantaranya sebagai berikut:



Lop Kontrol Umum. Lup Pengendalian Kaskade. Konsep konfigurasi pengendalian kaskade adalah untuk mengatasi masalah lambannya reaksi proses. Ciri khas sistem pengendalian kaskade ini adalah adanya output kontroler "primer" (master) menjadi setpoint kontroler "sekunder" (slave), dan kontroler sekunder tersebut umumnya disebut kontroler dengan "remote setpoint". Contoh lup sistem pengendalian kaskade dapat dilihat pada gambar:



Gambar 50. Sistem pengendalian heat exchanger dengan kontroler kaskade.



TB/Unj/hr/2009



64



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Lup Pengendalian Feedforward. Konsep konfigurasi pengendalian feedforward adalah untuk mengatasi masalah perubahan beban (load) yang fluktuasinya besar. Ciri khas sistem pengendalian feedforward adalah tidak mempunyai langkah membandingkan seperti yang ada pada pengendalian feedback. Jadi setelah mengukur beban, jalur feedforward akan menambah atau mengurangi output kontroler walaupun belum terjadi error. Contoh lup pengendalian feedforward dapat dilihat pada gambar. Sistem pengendalian seperti ini. Dikenal dengan sistem kontrol tiga-elemen.



Gambar 51. Sistem pengendalian level boiler drum dengan feedbackoasoade-feedforvvard control. Lup Pengendalian Ratio Konfigurasi sistem pengendalian ratio, sesuai dengan namanya adalah bekerja sebagai pengontrol perbandingan (Ratio). Ciri khas pengendalian ratio ini adalah adanya unit kontrol yang disebut devider, K. Contoh sistem pengendalian ratio dapat dilihat pada gambar



TB/Unj/hr/2009



65



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Aliran Bebas



Gambar 52. Sistem pengendaiian aliran dengan ratio control Ratio Control sering dihubungkan dengan proses operasi yang mengharuskan pencampuran dua zat dalam perbandingan yang tetap secara terus menerus. (Contoh : pencampuran bahan bakar dan udara). Salah satu cara yang praktis adalah dengan menggunakan Flow Controller yang konvensional pada satu jalur dan Ratio Controler pada jalur lainnya. Gambar di bawah memperlihatkan pengendalian campuran bahan bakar dan udara untuk ruang bakar.



Gambar 53. Sistem pengendalian veanbakarasr dengan Ratio Control Loop



TB/Unj/hr/2009



66



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Adalah mungkin untuk membuat ratio control walaupun instrumen pertama bukanlah sebuah kontroler tetapi sebuah transmiter. Gambar memperlihatkan sebuah contoh konfigurasi lain untuk menghasilkan ratio control. Pada dasamya kedua sistem ratio control ini sama saja, hanya pada sistem kedua Jalur pertama dibiarkan tanpa kontrol, jalur kedua dikendalikan untuk mengikuti aliran jalur pertama sehingga perbandingan campurannya tetap besanya.



Gambar 54. Ratio control of an uncontrolled stream.



Lop Kontrol Analog Ada dua macam kontrol elektronik yang ada di pasaran saat ini yaitu elektronik Analog dan Digital. Mereka bekerja berdasarkan falsafah sistem yang sama, berdasarkan transfer function. Pengendali yang sama namun mereka mempunyai konsep kerja yang berbeda. Untuk memperjelas perbedaan kata analog dan digital, lihatlah perbedaan antara arloji analog dan arloji digital. Arloji Analog menggunakan jarum jam sebagai sarana penunjukannya sedangkan arloji digital menggunakan angka-angka sebagai sarananya.



TB/Unj/hr/2009



67



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Sama halnya dengan instrumentasi analog menggunakan jarum sebagai sarana indikasinya, sedangkan semua instrumentasi digital menggunakan angka-angka sebagai sarana indikasinya. Misalnya AVO meter analog dan AVO meter Digital. Akibatnya ada perbedaan penyebab kesalahan baca pada kedua sistem tersebut. Selain kesalahan kalibrasi, kesalahan baca indikator analog tergantung pada elevasi mata melihat jarum pada skala (lazim disebut kesalahan paralaks ) Didalam Pengendali elektronik analog, unit bekerja secara analog dengan sinyal 0 % sampai 100 %, hanya saja pengendali elektronik menyelenggarakan semua pengolahan sinyal-sinyal itu secara elektronik dengan listrik sebagai sumber dayanya. Pengendali pneumatic, menggunakan flapper, bellow, diaphragm dan nozzle, sedangkan pengendali elektronik banyak menggunakan alat elektronik OpAmp (Operational Amplifier) yang digambarkan dengan simbol segitiga besar. Op-Amp memiliki sifat yang sangat fleksible dan dapat dibentuk menjadi rangkaian dengan transfer function bermacam-macam, sehingga unit kontrol Dengan mode dan transfer function yang bagaimanapun bisa engan mudah dibentuk. Sebagai contoh, rangkaian dasar sebuah pengendali elektronik Analog dengan mode PID dapat dilihat pada gambar dibawah ini..



Gambar 55. Skema Pengendali Electronik PID DI dalam rangkaian itu ditunjukan bagaimana rangkaian Op-Amp dipakai sebagai Unit pembanding dan sekaligus sebagai pengendali proporsional yang dipasang bersama Unit integral



TB/Unj/hr/2009



68



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 56. Skema Pengendali Electronik PID. Di dalam rangkaian itu ditunjukan bagaimana rangkaian Op-Amp dipakai sebagai Unit pembanding dan sekaligus sebagai pengendali proporsional yang dipasang bersama Unit integral dan Diferensial. Set Point dan Process Variable di rangkaian ini harus dalam bentuk tegangan yang dipasang di terminal set point dan process variable. Dalam kenyataannya, rangkaian pengendali elektronik jauh lebih kompleks dari yang ditunjukan pada gambar diatas; hal itu dibuat demikian untuk mencapai keandalan kerja yang tinggi.



Beberapa rangkaian dibawah ini menggunakan Op-Amp. Inverting Inverting Op-Amp, jika terminal positif (+) di ground dan sinyal masuk lewat terminal negatif (-). Sinyal yang masuk diperkuat dan dibalikkan phasenya pada output op-amp. Penguatannya adalah perbandingan antara tahanan feedback dengan tahanan pada inputnya.



Gambar 57. Inverting Amplifier



TB/Unj/hr/2009



69



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Non Inverting Non-Inverting, jika terminal negatif (-) di ground sedang terminal positif (+) dimasuki sinyal. Tegangan input di perkuat tetapi phasenya tidak dibalik pada output op-amp.



Gambar 58. non inverting Amplifier



Differensiaitor Salah satu fungsinya adalah mengubah sinyai input yang berupa gelombang gigi gergaji menjadi bentuk blok



Gambar 59. Differensiator.



TB/Unj/hr/2009



70



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Integrator Salah satu fungsinya adalah mengubali sinyal input berupa gelombang blok menjadi gelombang gigi gergaji.



Gambar 60. Integrator.



Voltage Follower Merupakan menyesuai impedansi antara rangkaian di inputnya (yang tinggi) dengan rangkaian di outputnya (yang rendah). Sinyal masuk lewat terminal (+) dan teminal (-) dihubungkan ke output. Rangkaian ini disebut rangkaian penyangga (buffer).



Gambar 61. Voltage Fllower.



TB/Unj/hr/2009



71



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Summer. Menjumlahkan tegangan pada sisi input. Jika semua tahanan input sama, maka Vout = VI +V2 +V3. Tetapi jika tahahan input berbeda-beda, Maka, Vout =((VI, RfIR1 ) + V2.RfIR2)+(V3.Rf/R3).



Gambar 62. Summer.



Comparator.



Gambar 63. Comparator.



TB/Unj/hr/2009



72



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



I/V Converter Mengubah arus ke tegangan.



Gambar 64. Pengubah Arus ke Tegangan



V/I Conveter Mengubah Tegangan ke arus.



Gambar 65. Pengubah Tegangan ke Arus.



TB/Unj/hr/2009



73



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Lop Kontrol Digital. Letak perbedaan kerja pengendali Analog dan Digital tidak saja pada sarana Indikasinya, tetapi juga pada konsep kerjanya. Secara prinsip ada perbedaan kerja antara sistem Analog dlan Digital . Pengendali sistem Analog bekerja secara kontinyu sedang pengendalian sistem Digital bekerja secara tidak kontinyu, yaitu berdasarkan konsep sample dan hold. Apakah konsep Sample dan Hold itu ? Ambil sebagai Contoh salah satu langkah dari beberapa tahap yang ada di sebuah sistem pengendalian, misalnya tahap membandingkan. Sistem pengendalian harus membandingkan besarnya Set Point dengan besarnya Measured Variable untuk menentukan besarnya Error. Di sistem Analog, pekerjaan ini dilakukan secara kontinyu oleh pengendali. Artinya, Set Point akan secara kontinyu dibandingkan dengan Measurement Variable. Misalnya, semula Set Point sama dengan Nol. Kemudian, Set Point berubah menjadi lebih besar dari Measured Variable. Pada saat yang sama, Error akan Juga berubah menjadi tidak Nol lagi. Tidak demikian halnya dengan sistem Digital. Pengendali Elektronik Digital tidak membandingkan kedua besaran itu secara kontinyu, melainkan membandingkannya secara Periodik. Pada tahapan membandingkan diatas, pengendali Digital pertama akan membaca besarnya Set Point, kemudian membaca besarnya measured variable, lalu mengurangkan kedua besaran itu, untuk selanjutnya mengeluarkan Error sebagai hasif membandingkan tadi . Kerja sistem Digital sama benar dengan kerja sebuah kalkulator. Untuk menghitung 10-5 misalnya, pertama angka 10 harus dimasukan ke dalam kalkulator, kemudian menekan tombol (-), memasukan angka 5, dan disusul dengan menekan tombol (= ) . Semua tahapan tugas diatas dilakukan langkah demi langkah secara bergantian. Di sinilah letak pemakaian konsep Sample and Hold . Setelah pengendali selesai membaca Set Point ( Sample ) dan pada saat itu Set Point tidak akan beruba ( Hold ). Selanjutnya, pada saat pengendali melakukan tugas menghitung, kedua besaran tadi ( Set Point dan Measured Variable ) juga dianggap tidak berubah. Tentu saja hasil perhitungan menjadi tidak betul lagi, kalau saja pada saat menghitung salah satu diantara kedua besaran tadi ada yang berubah. Dalam praktek, pengendali Digital dilakukan oleh sebuah Komputer karena kemampuannya yang begitu besar, sebuah Komputer mampu megendalikan banyak loop sekaligus. Kerja sebuah komputer dapat menggantikan banyak sekali kerja pengendali Analog. Komputer melakukan keempat tahapan pengendalian yaitu, mengukur, membandingkan, menghitung dan mengoreksi secara bergantian dari satu loop ke loop lain. Sistem Komputer itulah yang lazim disebut Direct Digital (Distributed) Control atau disingkat DDC. Konsep Sample and Hold tidak saja dipakai pada tahap membandingkan, tetapi juga dipakai untuk semua tahap pengendalian.



TB/Unj/hr/2009



74



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Oleh Komputer, pengendalian sebuah loop akan ditinggalkan sesaat, pada waktu Komputer harus melakukan tugas pengendalian loop-loop yang lain. Konsekwensinya timbul tenggang waktu diantara periode sample suatu parameter. Misalnya contoh membandingkan di atas, segera setelah saat membaca measurement variable selesai, besaran itu dianggap tetap sampai saat membaca berikutnya datang, tenggang waktu itulah yang disebut sampling time. Sebuah loop sistem digital yang mempunyai sampling sama dengan 10 detik, artinya harga semua parameternya akan diperbaharuhi setiap 10 detik. Dengan kata lain, dalam waktu 10 detik pengendalian loop tidak diperlukan sama sekali. Inilah konsekwensi penggunaan komputer untuk sistem pengendalian. Walaupun komputer mampu mengerjakan setiap langkah dalam waktu yang sangat cepat ( mikro detik ), tetap saja ia perlu waktu karena ada jutaan langkah yang harus ia kerjakan . Sampling time bisa berbeda antara satu loop dengan loop yang lain. Komputer perlu melakukan prioritas kerja. Sebuah loop dengan time constant yang besar tentu dapat mentolelir sampling time yang lebih besar. Tetapi, loop dengan time constant kecil pasti memerlukan sampling time yang lebih kecil. Sebagai patokan, flow loop karena time constantnya kecil, sampling time biasanya di buat sekitar 1 detik . Level dan pressure loop yang secara umum memiliki time constant lebih besar dari flow loop. sampling timenya dibuat 5 detik. Sedangkan temperature loop dengan time constant yang paling besar di antara semua loop, sampling time bisa dibuat sampai sekitar 20 detik. Konsekwensi kerja konsep Sample and Hold dengan sampling timenya adalah timbulnya faktor kelambatan yang setara dengan dead time. Lihat gambar s ~ di gambar itu ditunjukan bagaimana pengaruh sampling time terhadap dead time hasil pengukuran .



Gambar 66. Pembacaan Sistem Pengukuran Pada Sistem Digital



TB/Unj/hr/2009



75



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Sinyal pengukuran yang digambarkan sebagai kurva dengan garis nyata, karena konsep sample and hold hasil bacaannya menjadi sinyal yang berbentuk kotak kotak itu dirangkaikan menjadi sebuah kurva, akan jadilah kurva dengan garis putus-putus, dari gambar itu jelas bahwa hubungan kedua kurva itu merupakan ciri khas proses dengan dead time, dimana besarnya dead time sama dengan besarnya sampling time. Karena pengendalian kemudian dikerjakan oleh komputer, kerja semua sinyalsinyal di dalam pengendalian juga dikerjakan dalam bahasa komputer. Komputer perlu penterjemah sinyal analog 0-100 % menjadi sinyal yang dimengerti oleh kompuler maka diperlukan adanya converter. Pertama, input converter yang berfungsi untuk menterjemahkan sinyal analog dari measured variable menjadi sinyal digital yang dimengerti oleh komputer (A/D Converter). Kedua output converter yang bertungsi untuk menterjemahkan sinyal digital komputer menjadi sinyal analog (D/A Converter) yang dapat dimengerti oleh control valve. Komputer Juga memerlukan sarana komunikasi dengan operator (Operator Interface). Operator perlu tahu semua set point dan measured variable di masingmasing loop. Untuk itu digunakan layar monitor yang menunjukan semua aktifitas pengendalian. Sebaliknya, komputer Juga perlu sarana komunikasi untuk menerima perintah dari operator. Untuk itu digunakan Key-pad yang lazim dipakai oleh sebuah Personal Komputer ( PC ) layar monitor yang menunjukan semua aktifitas pengendalian. Sebaliknya, komputer Juga perlu sarana komunikasi untuk menerima perintah dari operator. Untuk itu digunakan Key-pad yang lazim dipakai oleh sebuah Personal Komputer ( PC )



Gambar 67. Skema Sistem Pengendali dengan Komputer



TB/Unj/hr/2009



76



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Distributed Control System (DCS) Sistem Pengendalian Terdistribusi DCS, mulai dirintis pada awal tahun 1970-an. Pada dasamya sistem kontrol "DCS" saat ini adalah jenis kontroler yang berbasis komputer (mikroprosesor), yang dapat berfungsi untuk mengendalikan suatu proses pada plant I Industri. Hal ini dimaksudkan karena komputer mempunyai kemampuan memproses dan menyimpan data dalam jumlah yang besar.



Konsep Kerja Dasar DCS Konsep kerja dasar DCS, yakni membagikan (distributed) tanggung-jawab pengendalian pada beberapa unit kontrol. Setiap unit kontrol ditugasi untuk mengendalikan satu atau beberapa lup/mata rantai kontrol. Jadi, pada DCS tanggung jawab pengendalian di-distribusi-kan ke unit-unit kontrol yang lebih kecil. Dengan demikian kalau salah satu unit kontrol tersebut gagal, maka hanya satu atau beberapa lup saja yang terganggu, sehingga secara keseluruhan sistem kondisinya masih tetap aman. Kesimpulannya bahwa kontrol DCS memiliki lebih dari satu intelegensi (otak), yang di-implementasi-kan dengan beberapa mikroprosesor. Contoh gambar konsep kerja dasar DCS dapat dilihat pada gambar di bawah.



TB/Unj/hr/2009



77



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 68. Konsep Kerja Kontrol DCS



TB/Unj/hr/2009



78



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 69. DCS Pada Pembangkit.



TB/Unj/hr/2009



79



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



7. Pemeliharaan Kontrol. Hakikat utama sistem pengendalian adalah menjaga atau mengendalikan process variable agar selalu sama dengan set-point. Walaupun keadaan ideal itu tidak pernah tercapai sepenuhnya, orang mencari upaya agar process variable dapat sedekat mungkin dengan set-point pada keadaan load dan operasi bagaimana pun. Upaya utama yang dilakukan orang setelah. merencanakan semua instrumentasi pengendalian adalah menyetel sistem agar process variable mengikuti set-point. Sistem harus disetel agar tidak pernah berosilasi pada semua kondisi operasi. Keadaan sistem yang demikian disebut stabil. Penyetelan sistem pengendalian disebut dengan "tuning". Tuning sistem pengendalian dilakukan dengan menyetel parameter PB, TR, dan TD yang ada pada pengendali. Sebenamya ada banyak metode tuning yang sudah diteliti dan diperkenalkan para ahli, namun hanya satu metode tuning yang akan diperkenalkan, yaitu metode osilasi. Tuning dan Setting. Tuning Mode Osilasi. Metode osilasi yang diperkenalkan oleh Ziegler dan Nichols ini, memanfaatkan hakikat dasar sistem pengendalian yang berosilasi. Suatu lup kontrol akan berosilasi bilamana padanya hanya ada unit kontrol P, dan Gain atau PB disetel sampai lup tepat berosilasi dengan ampitudo tetap. Pada metode ini, gain saat itu disebut Gcu, PB-nya disebut PBu, dan perioda osilasinya disebut Pu. Tanggapan yang osilasi juga sering terjadi manakala sistem kontrol mengalami perubahan beban, setpoint, atau kondisi lup kontrol yang berubah. Contoh respon kontrol yang berosilasi diperlihatkan pada gambar dibawah ini. berikut.



Respon Time



Gambar 70. Contoh respon kontrol berosilasi



TB/Unj/hr/2009



80



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Apabila menemui respon kontrol yang berosilasi tetap seperti pada contoh, maka lakukan penyetelan PB, TR, dan TD sesuai dengan tabel berikut agar didapatkan respon yang optimum. Tabel Tuning Mode Osilasi Kontroler



P



Pl



PID



PB



PBU/0,5



PBU/0,4 5



PBU/0,6



PU/1,2



PU/2



TR TD



PU/8



Metoda osilasi yang diperkenalkan oleh dua orang ahli dari USA Ziegler dan Nicholes terbagi menjadi dua bagian, yaitu metode osilasi (oscillation method) dan metoda kurva reaksi (reaction curve). Metoda osilasi memanfaatkan hakikat dasar sistem pengendaiian yang bersolasi pada natural frequency-nya suatu loop akan bersolasi pada natural frequency-nya bilamana padanya hanya ada unit control P dan gain atau PB disetel sampai loop tepat berosilasi dengan amplitude tetap (sustain oscillation). Pada metode ini, gain atau sensitivity pada saat itu disebut ultimate gain (Gcu) atau ultimate sensitivity (Su) , PB nya disebut ultimate PB (PBu), dan periode osilasinya juga disebut ultimate period (Pu ). Karena isolasi terjadi. Pada saat sensitivity sama dengan Su disebut metode ultimate - sensitivity. Selain itu karena osifasi Juga lazim disebut cycling, metode ini juga seringkali disebut metade cycling (cycling methode). Selanjutnya, untuk mendapatkan harga-harga PB , ikutilah langkah-langkah berikut ini : 1. Mula-mula letakan sistem pengendalian pada posisi manual. Bila pengendali mengandung unsur I dan D kedua unsur ini harus dihilangkan terlebih dahulu dengan membuat integral time menjadi tak terhingga (paling besar) dan derivative time menjadi sekecil mungkin. Kalau fasilitas derivative dapat dimatikan dengan sekelar, aliran sekelar ke posisi off. Letakan PB pada posisi tertentu, misalnya 100% 2. Usahakan set poin di sekitar 50 % atau di daerah kerja yang diharapkan. Atur bukan valve agar measured variable juga sama dengan set point dan offset sama dengan nol. Pindahkan loop ke posisi auto. 3. Berikan sedikit gangguan pada loop karena mengadakan perubahan loop biasanya tidak mudah, keseimbangan loop bisa diganggu dengan menaikan set point sebentar kemudian mengembalikannya ke posisi semula, katakanlah set point dinaikan 5 % secara mendadak, dan setelah menunggu beberapa saat set point segera diturunkan kembali ke posisi semula. Perhatikan apakan response yang terjadi underdamped. sustain oscillation, atau undamped. 4. Kalau PB di di langkah 1 terlalu besar, response akan underdamped. Untuk itu kecilkan PB agar loop akan memulai lebih besar.



TB/Unj/hr/2009



81



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



5. Kalau PB di langkah 1 terlalu kecil response akan undamped. Cegahilah keadaan undamped secepat mungkin dengan memindahkan sistem ke posisi manual. Kemudian perbesar PB agar loop gain menjadi lebih kecil.



6. Ulangilah langkah 3, 4 atau 5 sampai didapatkan osilasi dengan amplitude tetap. Catalan PBu dan Pu pada keadaan itu.



Kontroler



P



Pl



PID



PB



PBU/0,5



PBU/0,4 5



PBU/0,6



PU/1,2



PU/2



TR TD



PU/8



Pencatatan Pu menjadi lebih mudah bila process variable tekanan di recorder, tetapi seringkali kecepatan kertas recorder (chart recorder) tidak secepat yang dibutuhkan untuk mengamati Pu sehingga Pu yang terekam di recorder terlalu kecil. Kalau demikian halnya, gunakanlah storage oscilloscope. Atau, cara yang termudah adalah dengan mengamati waktu dari satu puncak amplituda ke puncak amplituda yang lain dengan menggunakan stop watch. Menurut Ziegler dan Nichols agar PB, TR dan TD dapat disetel sesuai dengan tabel di bawah agar didapat response yang optimum. Response yang optimum di sini didefinisikan sebagai response dengan quarter amplitude decay.



Metode Kurva Reaksi. Metode tuning lain yang diperkenalkan oleh Ziegler dan Nichlos pada tahun 1941 adalah metode kurva reaksi. Kata kurva reaksi didapat dari terjemahan langsung istilah yang diperkenalkan oleh Ziegier Nichols reaction curve atau reaction rate. Metoda ini masih sangat populer sampai sekarang karena sifatnya yang praktis dan tidak membahayakan kepentingan proses seperti pada metode osilasi. Lakukan langkah-langkah berikut untuk memperoleh kurva reaksi : 1. Pertama sistem closed loop harus diubah menjadi sistem open loop dengan memindahkan controller ke posisi manual. 2. Kemudian naikkan bukaan control valve secara mendadak sebesar 5 % sampai 10 %. Rekamlah kenaikan measured variable atau process variable dengan recorder yang cepat misalnya storage oscilloscope. Kalau keduanya tidak ada, amatilah process variable sambil melihat stop watch dan catatlah besar process variable pada interval waktu yang tetap, misahya setiap 10 detik. Gambarlah hasil pencatatan Au pada kertas grafik. Secara umum akan didapat kurva "S" seperti di gambar.



TB/Unj/hr/2009



82



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 71. Reaction Curve Suatu Proses. 3. Gambariah garis singgung (slope), usahakan securam mungkin tetapi masih tetap berhimpitan dengan bagian tengah dari kurva "S" carilah besamya reaction rate ( R ) dengan: R=B/A 4. Bagilah R dengan persentasi kenaikan bukan control valve dilangkah sehingga didapat unit reaction rate (Ri):



% Pr osesVariable / menit % Kenaikanbukaancontrol valve



TB/Unj/hr/2009



83



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



5. Garis potong antara slope dan sumbu waktu menghasilkan dead time atau lazim disebut effective log yang ditandai dengan L. 6. Berdasarkan RI dan L, nilai PB, TR, dan TD dapat disetel sesuai dengan Tabel agar didapat response dengan quarter amplitude decay.



Kontroler



P



Pl



PID



PB



Rl.L



RI.L/09



RI.L/1.2



3.33L



2L



TR TD



0,5L



Metode Quarter Decay. Karena tidak semua proses dapat mentolerir keadaan osilasi dengan amplituda tetap, Cohen-Coon berupaya memperbaiki metode osilasi dengan memperkenalkan metoda quarter amplitude decay. Metode ini biasa disebut metoda cohen - coon atau atau metode quarter-decay. Pada metode ini loop tidak perlu dibuat menjadi quarter-amplitude decay. Periode pada saat itu kemudian digunakan sebagai bahan menyetel TR dan TD . Tepatnya, metode ini dilakukan dengan mengambil langkah - langkah berikut: 1. Letakan sistem pada posisi manual atau open loop. Usahakan agar measured variable dan set point berada di titik 50% atau di daerah kerja yang diharapkan. 2. Letakan PB di posisi 100 % dan kembalikan sistem ke posisi auto. 3. Naikkan set point sebesar 5 % sampai 10 % secara mendadak, kemudian kembalikan segera ke posisi semula. 4. Apabila response ternyata underdamped, PB perlu dikurangi agar sistem menjadi lebih sensitif. Tetapi, apabila response terlalu bergelombang (cycling), PB perlu ditambah. Usahakan menyetel PB sampai didapat response dengan quarter-decay. 5. Catat besarnya periode pada response tersebut. 6. Letakan integral time dan derivative time seperti di tabel . Selanjutnya PB perlu disetel ulang agar diperoleh lagi quarter decay yang lebih efektif. Kontroler



P



PID



TR



P



1.5xP



TD



TB/Unj/hr/2009



P/6



84



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Tuning Sistem Pengendalian Cascade Karena ada dua loop yang dapat saling berinteraksi, tuning sistem pengendalian cascade memerlukan perhatian lebih khusus dari sistem pengendalian dengan satu jalur feed back. Tuning harus dapat mencapai keadaan primary loop yang stabil dan didukung dengan kestabilan yang mantap dari secondary loop. Response, pengendalian secondary loop tidak pemah boleh mempengaruhi response primary loop. Istilahnya, primary loop tidak pernah boleh "mengetahui" bahwa di dalamnya ada secondary loop. Hal itu dapat dibuat dengan menyetel secondary loop agar lebih tidak sensitif dari primary loop. Ringkasnya, ikutilah langkah-langkah berikut di bawah ini dalam melakukan tuning sistem cascade. 1. Letakkan kedua loop pada posisi manual. 2. Tuning maupun pengoperasian loop harus selalu dimulai dari secondary loop. 3. Pilihlah metoda tuning yang paling cocok dengan secondary loop, namun tidak sampai mengganggu process variable primer. 4. Lakukanlah tuning secondary loop sebagaimana layaknya tuning sistem pengendalian dengan satu feedback. Awasi selalu pengaruh secondary loop pada process variable primer. 5. Setelah setting di secondary loop menghasilkan response yang cukup mantap, persiapkan tuning primary loop. 6. Letakkan primary loop pada posisi auto dan lakukan tuning primary loop. Kaiau primary loop cenderung berosilasi pada waktu primary controller ditaruh di posisi auto, itu berarti bahwa primary loop terlalu sensitif. Kurangi sensitivitas dengan menurunkan gain atau dengan mengikuti tuning map. 7. Secondary loop memang perlu dibuat sesensitif mungkin dengan syarat tidak mempengaruhi kestabilan primary loop. Ingat bahwa keuntungan dipercepatnya response primary loop adalah karena kurva reaksi di secondary elemen dipercepat dengan adanya secondery loop. 8. perhatikan, kalau pada saat melekukan tuning pada primarry loop tampak adanya interaksi antara primary loop dan secondary loop dan berarti secondary loop masih terlalu cepat. Perlambat secondary loop dan ulangi tuning primary loop.



TB/Unj/hr/2009



85



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Membaca Gambar Rangkaian Kontroler



TB/Unj/hr/2009



86



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



TB/Unj/hr/2009



87



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



TB/Unj/hr/2009



88



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG



Gambar 74



Gambar 73



Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



TB/Unj/hr/2009



89



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG



Gambar 75 Gambar 76



Gambar 72



Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



TB/Unj/hr/2009



90



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 77



Gambar 78.



TB/Unj/hr/2009



91



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG



Gambar 80



Gambar 79



Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



TB/Unj/hr/2009



92



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 81. system for Storage Pulverizers.



TB/Unj/hr/2009



93



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 82. Following Firing rate Demand Control.



TB/Unj/hr/2009



94



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



1. DASAR-DASAR PLTG



Gambar 83



Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



TB/Unj/hr/2009



95



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 84. TB/Unj/hr/2009



96



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 85



TB/Unj/hr/2009



97



BID KITERM PT PLN ( PERSERO ) PUSAT



PT PLN (PERSERO) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA



1. DASAR-DASAR PLTG Pemeliharaan Kontrol dan Instrumen



Gambar 86



TB/Unj/hr/2009



98