PID Flow Level - 022000021 - Ira Palupi [PDF]

Citation preview

LAPORAN HASIL PRAKTIKUM TEKNIK INSTRUMENTASI KENDALI “Judul Percobaan : Kontrol PID (Flow dan Level)”



Disusun Oleh :



Nama



: Ira Palupi



NIM



: 022000021



Tgl. Praktikum



: 29 Juni 2022



Dosen Pengampu : Dr. Eng. Sutanto, M.Eng Kelompok



:6



Teman kerja



: 1. Ibnu Idqan 2. Izatul Fadhila



NIM. 022000020 NIM. 022000022



PROGRAM STUDI ELEKTRONIKA INSTRUMENTASI POLITEKNIK TEKNOLOGI NUKLIR INDONESIA BADAN RISET DAN INOVASI NASIONAL 2022



LAPORAN HASIL PRAKTIKUM TEKNIK INSTRUMENTASI KENDALI



BAB I PENDAHULUAN



I.1. Judul Percobaan Praktikum ini terdapat 2 (dua) macam percobaan, di antaranya: a. Percobaan 1 : Kontrol Laju Aliran Air (Flow) Menggunakan PID b. Percobaan 2 : Kontrol Ketinggian (Level) AliranAir Menggunakan PID



I.2. Tujuan Tujuan umum dari praktikum ini ialah agar mahasiswa mampu : a. Memahami cara pengoperasian sebuah modul PCT-M1 simulasi kontrol PID untuk mengendalikan level air dalam tangki. b. Memahami cara pengoperasian sebuah modul PCT-M2 simulasi kontrol PID untuk mengendalikan flow air dalam tangki. c. Memahami prinsip kerja modul PCT simulasi kontrol PID untuk kendali flow dan level air dalam tangki. d. Memahami pengaruh parameter proporsional gain (PG), integral, dan derivatif terhadap grafik perubahan respon variabel yang dikontrol sesuai set point yang ditentukan.



BAB II DASAR TEORI



II.1. Kontrol PID : Flow dengan PCT-M1 PCT-M1 terdiri dari tangki reservoir dengan serangkaian pipa yang mengalirkan cairan di sekitar sistem. Kontrol cairan dicapai dengan menggunakan pompa untuk memindahkan cairan dari tangki melalui pipa, katup solenoida untuk memungkinkan cairan mengalir dan tranduser aliran digunakan untuk mengukur hasilnya. Sebuah Rotameter dipasang untuk memberikan indikasi visual dari laju aliran. Kontroler yang dipasang ke unit terhubung ke PC menggunakan koneksi USB. PCT-M1 mencakup elemen-elemen seperti berikut : tangki reservoir, pompa, katup kontrol, sensor aliran, meter aliran.



Gambar 1. Flow Control dengan PCT-M1 Adapun, prosedur untuk menyiapkan unit PCT-M1, yakni sebagai berikut : a. PCT-M1 ditempatkan pada permukaan yang stabil dan rata. b. Tangki penampung diisi dengan air suling atau air ion sampai tingkat pengisian yang ditunjukkan pada tangki, dimana hanya air dingin yang boleh digunakan. Hal ini dikarenakan, pada cairan lain menyebabkan kerusakan pada unit. c. Kabel USB dikoneksikan dengan PC pada PCT-M1. d. PSU dipasang dan dihubungkan ke catu daya, dan konektor DC dihubungkan pada bagian belakang PCT-M1.



II.2. Kontrol PID : Level dengan PCT-M1 PCT-M2 terdiri dari tangki reservoir di bagian bawah unit dan tangki proses di bagian atas. Kontrol cairan dicapai dengan memompa cairan ke tangki proses. Katup solenoida memungkinkan cairan mengalir kembali dari tangki proses. Tranduser tekanan digunakan untuk mengukur hasil dan pengontrol dipasang ke unit untuk dihubungkan ke PC menggunakan koneksi USB. PCT-M2 mencakup elemen-elemen berikut: tangki reservoir, tangki proses, pompa, katup kontrol, sensor tekanan, katup jarum gangguan.



Gambar 2. Level Control dengan PCT-M2 Adapun, prosedur untuk menyiapkan unit PCT-M2 yakni sebagai berikut : a. PCT-M2 ditempatkan pada permukaan yang stabil dan rata. b. Tangki penampung diisi dengan air suling atau air ion sampai tingkat pengisian yang ditunjukkam pada tangki, dimana hanya air dingin yang boleh digunakan. Hal ini dikarenakan pada cairan lain dapat menyebabkan kerusakan pada unit. c. Kabel USB dihubungkan antara koneksi USB pada PC dan PCT-M2. d. PSU dipasang dan dihubungkan ke catu daya, dan konektor DC dihubungkan pada bagian belakang PCT-M2.



II.3. PID Tujuan dari pengontrol ini adalah untuk memanipulasi kesalahan. Kesalahan yang terlihat adalah perbedaan antara Variabel Proses dan Setpoint - ERROR = PV – SP. Pada kontrol proporsional input pompa diatur secara proporsional dengan error yang ada. Namun, metode ini gagal jika, tingkat tekanan yang diperlukan berbeda, output yang lebih tinggi diperlukan untuk tingkat tekanan yang lebih tinggi untuk kesalahan yang sama di sisi bawah, tetapi gaya yang lebih kecil jika kesalahan ada di sisi atas. Sementara itu, Suatu suku integral meningkatkan tindakan dalam hubungannya tidak hanya dengan kesalahan tetapi juga waktu yang dimilikinya dilanjutkan. Jadi, jika output yang diterapkan tidak cukup untuk membawa kesalahan ke nol, output ini akan menjadi meningkat seiring berjalannya waktu. Pengontrol hanya "I" yang dapat membuat kesalahan menjadi nol, itu akan bereaksi lambat di awal karena tindakan akan kecil di awal, membutuhkan waktu untuk menjadi signifikan. Bisa bersikap kasar saat tindakan meningkat jika kesalahannya positif, bahkan jika kesalahannya sudah mulai mendekati nol dan lambat untuk berakhir seperti ketika kesalahan berubah sisi, itu hanya akan mengurangi kekuatan tindakan bukan membuatnya beralih sisi, mendorong overshoot dan osilasi. Selain itu, itu bisa memindahkan sistem of zero error, mengingat bahwa sistem telah mengalami kesalahan, dan tindakan cepat jika tidak diinginkan. Kontribusi dari suku integral sebanding dengan besarnya kesalahan dan durasi kesalahan. Integral dalam pengontrol PID adalah jumlah kesalahan sesaat dari waktu ke waktu dan memberikan akumulasi offset yang seharusnya dikoreksi sebelumnya. Akumulasi kesalahan kemudian dikalikan dengan penguatan integral dan ditambahkan ke keluaran pengontrol. Selanjutnya,



derivatif



atau



secara



istilah



merupakan



turunan



tidak



mempertimbangkan kesalahan, artinya tidak dapat membawanya ke nol. Derivatif saja pengontrol tidak dapat membawa sistem ke set point nya, tetapi tingkat perubahan kesalahan, mencoba membawa ini tingkat ke nol. Ini bertujuan untuk meratakan jalur kesalahan menjadi garis horizontal, meredam gaya yang diterapkan, dan sehingga mengurangi overshoot. Menerapkan terlalu banyak energi ketika kesalahan kecil dan mengurangi akan menyebabkan melampaui. Setelah overshoot, jika pengontrol menerapkan koreksi besar sebaliknya arah dan berulang kali melampaui posisi yang diinginkan, output akan berosilasi di sekitar setpoint baik dalam sinusoida konstan, tumbuh, atau meluruh. Jika amplitudo osilasi meningkat seiring waktu, sistem tidak stabil. Jika mereka berkurang, sistem stabil. Jika getaran tetap pada magnitudo konstan, sistem ini sedikit stabil.



Turunan dari kesalahan proses adalah dihitung dengan menentukan kemiringan kesalahan dari waktu ke waktu dan mengalikan laju perubahan ini dengan keuntungan derivatif. Besarnya kontribusi suku turunan terhadap aksi kontrol keseluruhan disebut keuntungan derivatif. Dengan demikian, keuntungan proporsional yang terlalu tinggi akan menyebabkan osilasi dalam nilai dan akan cenderung menghasilkan offset Integral akan melawan offset. Nilai Integral yang lebih tinggi menyiratkan bahwa Setpoint akan mencapai Proses Variabel terlalu cepat dan jika tindakan ini sangat cepat, variabel proses cenderung tidak stabil.



Gambar 3. Proses Kontrol



BAB III METODOLOGI PERCOBAAN



III.1. Alat dan Perangkat Alat yang digunakan pada praktikum Teknik Instrumentasi Kendali dengan judul “Kontrol PID : Flow dan Level” diantaranya PC/komputer, software PCT-M, unit PCT-M1 dan PCT-M2, Elemen Pemanas (Heater), serta sistem tangki reservoir.



III.2. Langkah Kerja III.2.1. Langkah Kerja Percobaan Kontrol PID : Flow a. Software PC-M dibuka, dan unit kontrol suhu dipilih dalam mode PID untuk menjalankan program. Di sini, pengontrolan dilakukan dengan metode kontrol proporsional, integral, dan derivatif.



Gambar 4. Kontrol Flow pada Software PC-M Mode PID b. Salah satu nilai PID diubah dengan klik dan memasukkan nilai baru. Tombol Start diklik, maka akan memulai kontrol dan grafik PID, dan tombol Stop diklik untuk berhenti. Yang mana, eksperimen kontrol flow ialah menggunakan pengontrol default. c. Jika setpoint nya ditingkatkan, maka output akan meningkat untuk meningkatkan suhu dalam sistem secepat mungkin. Ketika flow air mendekati nilai setpoint, maka algoritma kontrol digunakan untuk mengontrol pompa dan katup untuk menghindari overshoot. Grafik yang dihasilkan dapat dimanipulasi untuk mengubah nilai waktu atau tampilan. d. Terakhir, tombol Menu diklik, maka akan kembali ke layar utama dan unit kontrol flow dapat diatur ulang.



III.2.2. Langkah Kerja Percobaan Kontrol PID : Level a. Software PC-M dibuka, dan unit kontrol tekanan dipilih dalam mode PID untuk menjalankan program, sehingga pengontrolan dapat menggunakan metode kontrol proporsional, integral, dan derivatif. b. Dimana, dimungkinkan salah satu nilai PID diubah dengan klik dan memasukkan nilai baru.



Gambar 5. Kontrol Level pada Software PC-M Mode PID a. Tombol Start diklik, maka akan memulai kontrol dan grafik PID, dan tombol Stop diklik untuk berhenti. Yang mana, ekperimen kontrol level aliran air ialah menggunakan pengontrol default. b. Jika setpoint nya meningkatkan output pompa, maka tingkat tekanan dalam sistem akan semakin cepat atau meningkat. Ketika level aliran air mendekati nilai setpoint, maka algoritma kontrol digunakan untuk mengontrol pompa dan katup untuk menghindari overshoot. Grafik yang dihasilkan dapat dimanipulasi untuk mengubah nilai waktu atau tampilan. c.



Terakhir, tombol Menu diklik, maka akan kembali ke layar utama dan unit kontrol level dapat diatur ulang.



BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN



IV.1. Analisis Data IV.1.1. Data Percobaan Kontrol PID : Flow Set



Sistem Kontrol



Measurement



Point



PG



PB



I



D



Value (saat stop)



1.5



1



100



0.5



0



1.51



1.5



2



50



0.5



0



1.51



1.5



3



33.333



0.5



0



1.52



1.5



1



100



1



0



1.49



1.5



1



100



0.75



0



1.50



1.5



1



100



0.5



0



1.50



1.5



1



100



1



1



1.51



1.5



1



100



1



0.75



1.50



1.5



1



100



1



0.5



1.50



Tabel 1. Hasil Pengukuran Kontrol PID : Flow



a. Pengendalian Proporsional (Variasi Nilai PG terhadap respon flow measurement value air dalam tangki)



Water Flow



Grafik 1. Hubungan Water Flow vs Waktu pada PG =1 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0



10



20 30 40 50 Waktu (s) Set Point Measurement Value



Grafik 2. Hubungan Water Flow vs Waktu pada PG = 2



Water Flow



2.5 2 1.5 1 0.5 0 0



10 Waktu (s) Set Point



20



30



Measurement Value



Grafik 3. Hubungan Water Flow vs Waktu pada PG = 3 Water Flow



2.5 2



1.5 1 0.5 0 0



20



40 60 Waktu (s) Set Point Measurement Value



b. Pengendalian Integral (Variasi Nilai I terhadap respon flow measurement value air dalam tangki) Grafik 4. Hubungan Water Flow dan Waktu pada I = 0.5 Water Flow



2.5



2 1.5 1 0.5 0



0



20



Waktu (s)



Set Point



40



60



Measurement Value



Grafik 5. Hubungan Water Flow vs Waktu pada I = 0.75



Water Flow



2 1.5 1 0.5 0 0



10



20



Set Point



Water Flow



2



30 Waktu (s)



40



50



Measurement Value



Grafik 6. Hubungan Water Flow vs Waktu pada I = 1



1.5 1 0.5 0 0



10



Set Point



20 30 40 Waktu (s) Measurement Value



c. Pengendalian Derivatif (Variasi Nilai D terhadap respon



flow



measurement value air dalam tangki) Grafik 7. Hubungan Water Flow vs Waktu pada D = 0.5 Water Flow



2 1.5 1 0.5 0 0



20 30 40 Waktu (s) Set Point Measurement Value



Grafik 8. Hubungan Water Flow vs Waktu pada D = 0.75



2



Water Flow



10



1.5 1 0.5 0 0



10 Set Point



20 30 40 Waktu (s) Measurement Value



Grafik 9. Hubungan Water Flow vs Waktu pada D = 1 Water Flow



2 1.5 1 0.5 0 0



10 Set Point



20 30 Waktu (s) Measruement Value



40



IV.1.2. Data Percobaan Kontrol PID : Level Set



Sistem Kontrol



Measurement



Point



PG



PB



I



D



Value (saat stop)



40



80



1.25



60



1



40



40



90



1.1111



60



1



41



40



100



1



60



1



41



40



100



1



100



1



41



40



100



1



80



1



41



40



100



1



60



1



41



40



100



1



60



3



41



40



100



1



60



2



41



40



100



1



60



1



41



Tabel 2. Hasil Pengukuran Kontrol PID : Level



a. Pengendalian Proporsional (Variasi Nilai PG terhadap respon Level measurement value air dalam tangki) Grafik 10. Hubungan Water Level vs Waktu pada PG = 80 Water Level



60 40 20 0 0



50 Set Point



100



150



Waktu (s) Measurement Value



Grafik 11. Hubungan Water Level vs Waktu pada PG = 90



Water Level



60 40 20 0 0



20 Set Point



40 60 Waktu (s) Measurement Value



80



Grafik 12. Hubungan Water Level vs Waktu pada PG = 100 Water Level



60 40 20 0 0



20



Set Point



Waktu (s)



40



Measurement Value



60



b. Pengendalian



Integral



(Variasi



Nilai



I



terhadap



respon



Level



measurement value air dalam tangki) Grafik 13. Hubungan Water Level vs Waktu pada I = 60 Water Level



60 40 20 0 0



10 Set Point



20



30



40



Waktu (s) Measurement Value



Grafik 14. Hubungan Water Level vs Waktu pada I = 80 Water Level



46 44 42 40 38 0



10 Set Point



20 30 40 Waktu (s) Measurement Value



50



Grafik 15. Hubungan Water Level vs Waktu pada I = 100 Water Level



60 50 40 30 20 10 0 0



20 Set Point



40 60 80 Waktu (s) Measurement Value



c. Pengendalian Derivatif (Variasi Nilai D terhadap respon Level measurement value air dalam tangki) Grafik 16. Hubungan Water Level vs Waktu pada D = 1 Waktu Level



60 40 20 0



0



10



20 30 Waktu (s) Measurement Value



Set Point



40



Grafik 17. Hubungan Water Level vs Waktu pada D = 2 Water Level



60 40 20 0 0



10



20 30 40 Waktu (s) Measurement Value



Set Point



Grafik 18. Hubungan Water Level vs Waktu pada D = 3



Water Level



60 40 20 0 0



10



20



30



40



Waktu (s) Set Point



Measurement Value



50



IV.2. Pembahasan Secara instruksional, praktikum Teknik Instrumentasi Kendali dengan judul “Kontrol PID : Flow dan Level” bertujuan agar mahasiswa sebagai praktikan mampu mengoperasikan sebuah modul PCT-M simulasi kontrol PID untuk mengendalikan flow dan level aliran air dalam tangki, serta memahami pengaruh dan hubungan parameter Proportional Gain (PG), Integral (I), dan Derivatif (D) terhadap hasil perubahan respon flow dan level aliran air, berdasarkan set point yang telah ditentukan. Maka dari itu, untuk mencapai tujuan instruksional tersebut, dilakukan 2 (dua) macam percobaan. Percobaan pertama merupakan percobaan kontrol PID : Flow aliran air, menggunakan modul PCT-M1. Modul PCT-M1 terdiri dari tangki reservoir dengan serangkaian pipa yang mengalirkan air di sekitar sistem. Dimana, aliran air dikontrol menggunakan pompa untuk memindahkan cairan dari tangka melalui pipa. Kemudian, di dalam modul PCT-M1 juga terdapat katup solenoid yang menyebabkan air mengalir, serta tranduser sebagai pengukur hasil respon nya. Sementara itu, rotameter dipasang untuk memberikan indikasi visual dari laju aliran. Perlu diketahui, bahwa variabel proses pada unit ini ialah laju aliran pada sistem proses pipa, dan manipulated variable atau variabel termanipulasi pada unit ini adalah laju aliran dari control valve. Dengan demikian, prinsip kerja dari PCT-M1 ialah ketika motor digunakan untuk memompa air, maka katup solenoid digunakan untuk mengatur laju aliran air, dan kontrol PID digunakan untuk mengontrol dan/atau mengendalikan kekuatan pompa serta besar kecilnya ukuran buka-an katup. Sehingga, apabila konstanta proporsional (PG) divariasikan, maka konstanta lainnya seperti integral (I) dan derivatif (D) bernilai tetap. Apabila konstanta integral (I) divariasikan, maka konstanta lainnya seperti proporsional (PG) dan derivatif (D) bernilai tetap, begitu pula apabila konstanta derivatif (D) divariasikan, maka konstanta lainnya juga bernilai tetap. Hasil dari variasi nilai PID : Water Flow Control ini dapat ditunjukkan dalam sebuah grafik yang menyatakan bahwa ketika konstanta proporsional (PG) divariasikan, semakin besar nilai PG, maka respon water flow yang terukur akan memiliki rise time yang cenderung cepat, dan berpotensi terjadi banyak offset atau tidak stabil dibandingkan dengan nilai PG yang kecil. Kemudian, ketika konstanta integral (I) divariasikan, semakin besar nilai I, maka respon water flow akan semakin tidak stabil, atau cenderung dalam keadaan steady state error dan memperlambat rise time. Namun demikian, ketika I bernilai kecil, maka akan sering terjadi overshoot. Selanjutnya, ketika konstanta derivatif (D) divariasikan, semakin besar nilai D, maka respon water flow stabil dan tidak ada overshoot meskipun lebih lama.



Pada percobaan kedua, yaitu percobaan kontrol PID : Level aliran air dalam tangki menggunakan modul PCT-M2. Prinsip kerja dari modul ini ialah apabila set point dinaikkan, maka output pompa meningkat dan level samakin cepat meningkat pula. Yang mana, pengontrol akan membuka katup pembuangan ketika set point diubah ke nilai yang lebih rendah dari level yang ditentukan, dan akan menutup katup ketika set point berubah naik dari level yang ditentukan. Perlu diketahui, bahwa variabel proses pada unit ini merupakan level aliran air, sedangkan manipulated variable atau variabel termanipulasi pada unit ini adalah level air yang terdeteksi oleh tranduser. Sama halnya pada percobaan pertama, hasil respon dari kontrol level aliran air juga dapat dinyatakan dalam bentuk grafik. Ketika nilai konstanta proporsional (PG) divariasikan, semakin besar nilai PG maka respon level air yang terukur akan semakin mendekati dan/atau mencapai set point yang telah ditentukan. Dalam hal ini, ketinggian level air berpengaruh terhadap variasi nilai PG, dimana semakin besar nilai PG, menyebabkan rise time semakin cepat dan berpotensi terjadi overshoot pada kondisi steady state. Kemudian, ketika nilai Integral (I) divariasikan, semakin besar nilai I, maka respon level aliran air yang terukur akan menjauh dari set point yang telah ditentukan. Meskipun demikian, kondisi steady state nya cenderung stabil, sehingga tidak terdapat banyak noise atau gangguan. Selanjutnya, ketika nilai Derivatif (D) divariasikan, semakin besar nilai D, maka respon level aliran air yang terukur akan semakin mendekati set point dalam rise time yang cukup lama, sehingga pada kondisi steady state terdapat banyak noise.



BAB V PENUTUP



V.1. Kesimpulan Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa : a. PCT-M1 merupakan modul Water Flow Control yang digunakan untuk pembelajaran mengenai pengaturan laju air dalam sistem kendali PID. b. Prinsip kerja PCT-M1 ialah pada motor yang digunakan untuk memompa air lalu katup sebagai pengatur laju aliran air, dan kendali sistem PID sebagai pengendali kekuatan pompa serta besar kecilnya buka-an katup. c. PCT-M2 merupakan modul Water Level Control yang digunakan untuk pembelajaran mengenai pengaturan ketinggian air dalam sistem kendali PID. d. Prinsip kerja PCT-M2 ialah apabila set point dinaikkan, maka output pompa meningkat dan level samakin cepat meningkat pula. e. Untuk memperoleh sistem kendali PID pada water flow control yang baik dan stabil adalah dengan mengatur nilai PID, yang mana nilai PG cenderung besar, I bernilai kecil, serta D bernilai besar. Hal ini akan mempercepat rise time dan respon nya cenderung stabil tanpa adanya noise. f. Untuk memperoleh sistem kendali PID pada water level control yang baik dan stabil adalah dengan mengatur nilai PID, yang mana nilai PG cenderung besar, I bernilai besar, serta D bernilai kecil. Hal ini akan mempercepat rise time dengan nilai respon nya mendekati set point sehingga cenderung stabil tanpa adanya osilasi maupun noise.



V.2. Saran Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, maka saran yang dapat diberikan adalah sebagai berikut: a. Dalam pengoperasian software PCT-M, diperlukan ketelitian dan ketepatan menentukan variasi nilai PG, I, dan D sampai respon benar-benar dalam keadaan stabil. b. Selalu menggunakan petunjuk praktikum di setiap percobaan sebagai panduan dan referensi.



DAFTAR PUSTAKA



Sutanto. 2022. Petunjuk Praktikum Teknik Instrumentasi Kendali : Flow Control Manual v1.6.Politeknik Teknologi Nuklir Indonesia. Yogyakarta