laporan pc 10-3

PENGENDALIAN KONTINYU

I. TUJUAN

1. Mendemonstrasikan pengendalian secara kontinyu P, PI, PD dan PID

2. Mengubah setting variabel pada process controller

II. DASAR TEORI

Berlainan dengan mode pengendali tidak kontinyu (on/off) yang

memberikan harga ouptut dalam keadaan terputus-putus dan tidak halus : 0%

100% 0% secara berulang, maka mode pengendali kontinyu

memberikan harga output perubahan yang mulus pada setiap perubahan

beban (error).

Mode pengendali kontinyu pada dasarnya dibagi 3 jenis yaitu :

a. Mode Pengendali Proporsional

b. Mode Pengendali Integral

c. Mode Pengendali Derivatif

Pada aplikasinya, ketiga mode pengendali ini sering digabung untuk

meningkatkan hasil pengendalian dan mengurangi kekurangan mode

tunggal.

Mode Proporsional

Merupakan mode perbaikan dari pengendali dua posisi (on/off)

dimana terdapat hubungan garis lurus yang mulus antara output dan error

yang terjadi. Pada rentang error di dekat setpoint, setiap harga error

mempunyai hubungan linier yang mencakup output pengendalian dari 0% -

100% yang disebut pita proporsional ( Proportional Band ).

Persamaan yang digunakan adalah :

P = Kp.Ep + Po pb = 100/Kp

Dimana : P = output pengendali

Kp = konstanta proporsional antara error dan output

pengendali

Ep = error persen skala penuh

Po = output pada saat tak terdapat error

Gambar Hubungan % power output terhadap Proporsional Band

Kelemahan dari mode proporsional apabila digunakan tunggal adalah

kecenderungan pengendali untuk mengalami offset, yaitu error residu di

sekitar daerah setpoint. Pada keadaan ini controller (pengendali) mengalami

gangguan tidak dapat memberikan output yang seharusnya, pengendali

hanya memberikan output yang sama walau error bertambah.

Mode Integral

Sedangkan mode pengendali integral disebut juga mode reset karena

pengendali bergerak dengan cepat mengembalikan beban kembali ke error

nol (setpoint). Persamaannya dapat ditulis sebagai berikut :

dP/dt = Ki.Ep

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

100%

50%

0%

%P

Pb kecil

PB besar

Kp2

Kp1SP

Ki = konstanta integral (% /s / %)

1/Ki = waktu integral (s)

Dengan persamaan untuk output pengendali, P = Ki

Pada aplikasinya output controller akan menggerakkan elemen control

akhir dengan cepat dan memeperkecil error, kemudian elemen control akhir

akan memperlambat gerakan dan sistem kemudian membawa error ke nol

(re-set). Apabila terdapat process lag yang besar, error akan berosilasi di

daerah nol dan menyebabkan sikling yang akan membuat controller jenuh.

Mode integral tidak digunakan secara tunggal melainkan digabung dengan

mode proporsional atau gabungan ketiganya.

Mode Derivatif

Pada mode derivatif, output dari controller tergantung pada laju

perubahan error. Mode ini sering disebut juga mode antisipasi atau mode

laju. Kelemahan mode ini adalah tidak digunakan secara tunggal karena

ketika error = nol atau error = konstan, maka output dari controller akan

jenuh dan tak dapat memberikan output yang sesuai.

Mode derivatif memperbaiki / mempercepat respon terhadap sistem

control dan memberikan efek menstabilkan proses. Respon terhaadap laju

perubahan menghasilkan koreksi yang berarti sebelum error semakin besar

(antisipasi error) terutama untuk sistem control yang perubahan bebannya

terjadi secara tiba –tiba, karena mode melawan perubahan – perubahan yang

terjadi dalam output controller sehingga efeknya menstabilkan loop tertutup

dan meredam osilasi yang terjadi, persamaanya dapat ditulis sebagai berikuta

:

P Kd.(dEp/dt) + Po

Dimana : Kd = konstanta derivatif (% / s / %)

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

Mode Gabungan

Mode gabungan adalah mode pengendali yang menggabungkan mode

proporsional dengan mode integral dan mode derivatif (PI, PD, maupun

PID). Penggabungan ini mengurangi offset dan memberikan harga keluaran

baru saat terjadi offset, mestabilkan sistem dan mencegah error konstan.

Penggabungan ini akan menghasilkan pengendalian yang sempurna.

III. ALAT YANG DIGUNAKAN

1. Alat PC10 + trimtool

2. Kabel penghubung 4 pasang

IV. PROSEDUR

1. Pengendalian Proporsional Sebanding Waktu

a. Menghidupkan alat PC10 dengan baik dan lakukan kalibrasi manual

output terhadap voltmeter dan process controller (PC10 – 1).

Memasang lampu indikator 24 VAC di soket 24 VAC.

b. Mengubah pengaturan pada tabel setting di layar process controller

seperti berikut :

Pengaturan

Controller

Kode Nilai Satuan

Set Point - 50 %

Proportionel

Band

ProP 20 %

Integral Time Int 0 Menit

Derivatif Time dEr 0 Detik

Waktu Siklus

(cycle time)

CY-t 10 Detik

Batas Daya

(Power Limit)

Pr-L 100 %

Batas Set Point

(Set Point Limit)

SP-L 100 %

Rentang (Range) CS-1 - 0 5 8 -

Aksi control

(control action)

CS-2 - D - - -

Kalibrasi :

Span SPAn 100% pada 20 mA

Zero ZErO 0% pada 4 mA

c. Melakukan penghilangan offfset awal ; memutar tombol manual

output 4 – 20 mA searah jarum jam hingga tampilan dilayar variabel

proses 50% 12 mA. Menekan tomnol F 1x kemudian menekan

tombol manual (bergambar tangan) hingga lampu tanda manual nyala

menunjukkan pengendali dalam kondisi manual. Atur power output

ke harga 50% dengan menekan tombol digit dan kemudian

menekan tombol F kembali untuk mengaktifkan mode otomatis.

d. Memutar tombol manual 4 – 20 mA berlawanan arah jarum jam ke 4

mA, pembacaan di layar variabel proses akan 0%, menekan tombol F

1x, mencatat harga power output di layar digit. Mengamati lampu

indikator semestinya hidup. (Pr semestinya 100%, lampu hidup

karena CS2 pada posisi reverse, terbalik).

e. Menaikkan input dengan memutar tombol manual searah jarum jam

ke 10% pada tampilan di layar variabel proses. Menekan F dan

mencatat harga power output. Hati – hati memutar tombol manual,

perlahan kekanan, jangan mengulang kekiri karena akan dapat

menyebabkan terjadinya offset. Apabila terjadi offset, ulangi

prosedur penghilangan offset.

f. Mengulangi langkah 4 hingga input 100%. Tabulasikan data.

g. Mengubah harga CY-t pada tabel setting menjadi 20 detik,

mengamati waktu hidup dan mati lampu untuk setiap rentang 20%

dari 0 – 100%. Tabulasikan data.

h. Mengubah CS-2 menjadi –d-, mengulangi langkah 7. Tabulasikan

data.

i. Mengubah power limit (PrL) menjadi 50% dan 40%. Mengamati

keadaan lampu dan harga Pr.

j. Mengubah set point limit (SpL) menjadi 50% dan 40%. Mengamati

keadaan lampu dan harga Pr.

2. Proporsional (Penentuan Konstanta Proprosional)

a. Melakukan pengesetan awal pada harga controller setting sama

seperti pada percobaan 1, dengan ProP 20% (lihat tabel setting

diatas). Menghilangkan offset.

b. Melakukan pengambilan data % power output dengan menekan

tombol F 1x untuk setiap kenaikan 10% dari tombol manual output

hingga maksimum 100%. Tabelkan data.

c. Mengubah Prop menjadi 10% dan mengulangi langkah 2 untuk

rentang 5% dari tombol manual output.

d. Mengubah ProP menjadi 12,5%, mengulangi langkah 3.

e. Menggambarkan grafik konstanta Proporsional, dan mengamati dari

grafik bagaimana respon power output untuk perubahan input dari

manual output.

3. Proporsional Integral

Pada mode ini sudah terdapat mode integral yang akan menghilangkan

offset sehingga tak perlu lagi dilakukan penghilangan offset seperti pada

mode proporsional.

a. Mengubah setting di controller sebagai berikut

Pengaturan

Controller

Kode Nilai Satuan

Set Point - 50 %

Proportionel

Band

ProP 20 %

Integral Time Int 0,2 Menit


Waktu Siklus

(cycle time)

CY-t 10 Detik

Batas Daya Pr-L 100 %

(Power Limit)

Batas Set Point

(Set Point Limit)

SP-L 100 %


Aksi control

(control action)

CS-2 - D - - -

Kalibrasi :



Ubah sesuai dengan harga tabel saja

b. Memasukkan harga input ke process controller dengan memutar

tombol manual secara bertahap 10% dari 0% - 100%, mencatat

power output dengan menekan tombol F 1x.

c. Mengubah setpoint ke 40%, mengulangi langkah 3.

d. Mengembalikan setpoint ke 50% dan mengubah harga integral

menjadi 2 menit.

e. Membuat grafik dengan menggunakan program excell antara %Pr

dan input.

4. Pengendalian Proporsional Derivatif

a. Mengubah setting di controller sebagai berikut :

Pengaturan

Controller

Kode Nilai Satuan

Set Point - 50 %

Proportionel

Band

ProP 20 %

Integral Time Int 0 Menit


Waktu Siklus

(cycle time)

CY-t 10 Detik

Batas Daya Pr-L 100 %

(Power Limit)

Batas Set Point

(Set Point Limit)

SP-L 100 %


Aksi control

(control action)

CS-2 - D - - -

Kalibrasi :



Ubah sesuai dengan harga tabel saja


tombol manual secara bertahap 10% dari 0% - 100%, mencatat


c. Mengubah setpoint ke 50%, mengulangi langkah 3. Tabulasikan data.

5. Pengendalian PID

a. Mengubah settign di controller sebagai berikut :

Pengaturan

Controller

Kode Nilai Satuan

Set Point - 50 %

Proportionel

Band

ProP 20 %

Integral Time Int 0,2 Menit


Waktu Siklus

(cycle time)

CY-t 10 Detik

Batas Daya

(Power Limit)

Pr-L 100 %

Batas Set Point

(Set Point Limit)

SP-L 100 %


Aksi control

(control action)

CS-2 - D - - -

Kalibrasi :



Ubah sesuai dengan harga tabel saja.


tombol manual secara bertahap 10% dari 0% - 100%, mencatat harga


c. Mengubah setpoint ke 50%, mengulangi langkah 3.

d. Membuat grafik dengan menggunakan program excell antara %Pr

dan input.

VI. ANALISA DATA PERCOBAAN

Percobaan pengendalian kontinyu berbeda dengan on off, pengendalian kontinyu memberikan harga output perubahan yang mulus pada setiap perubahan beban (error). Seperti biasa, alat PC 10 harus dikalibrasi dahulu agar didapat hasil percobaan yang akurat. Setelah itu melakukan penghilangan offset agar error yang terbaca lebih kecil. Percobaan pertama yang dilakukan adalah pengendalian proporsional sebanding dengan waktu. Pada percobaan pertama dan kedua kami menggunakan aksi kontrol yang digunakan aksi r (reverse) namun menggunakan siklus time yang berbeda yaitu cy-t 10 detik dan cy-t 20 detik. Dari data yang kami dapat, dapat diketahui bahwasannya bahwa dalam keadaan “r” (reverse) semakin meningkat power input maka power output semakin menurun.

Pada awalnya lampu menyala lebih lama dari pada lampu mati , namun semakin

dinaikkannya power input maka keadaan lampu menyala ( ON ) akan lebih sebentar dari

pada lampu mati ( OFF ). Total lama waktu lampu ON dan lampu Off seharusnya

adalah 10 detik dan 20 detik karena di set cy-t nya 10 detik dan 20 detik, namun pada

percobaan ini didapat data tidak stabilnya lama total lampu On dan Off pada 10 detik,

data menunjukkan total on dan off kurang dari 10 detik dan 20 detik. Hal ini terjadi

dimungkinkan karena terjadi kurangnya keakuratan dari operator yang menggunakan

stopwatch secara manual.

Pada percobaan 3 dan 4, kami menggunakan aksi control D (direct) dengan siklus

time yang berbeda yaitu 20 dan 10 detik. Dapat dilihat dari data yang telah didapat,

dapat dianalisa bahwa dalam keadaan ini semakin meningkat power input maka power

output pun semakin meningkat. Seharusnya nilai power input dan power output adalah

sama dalam keadaan ini hal ini karena aksi kontrol yang digunakan adalah aksi d

dimana aksi ini adalah aksi dimana jika power input = 0 maka power output = 0 .

keadaan lampu pada aksi D ini terbalik dengan percobaan aksi R. Pada percobaan ini

lampu on pada awalnya lebih sebentar dari pada lampu off. Namun semakin dinaikkan

power input lampu on akan semakin lama menyala dan lampu off akan semakin

sebentar matinya.

Pada percobaan selanjutnya yaitu percobaan 5 dan 6 kami mencoba untuk

mengganti power limit menjadi 50% dan 40% dengan aksi control tetap pada D (direct).

dapat dilihat bahwasannya power output semakin naik ketika input yang diberikan 0% –

50% namun ketika input yang diberikan 60% – 100% power output hanya terbaca

50.Dari data yang didapat dapat diketahui bahwasannya power limit ini mempengaruhi

power output dimana power limit ini memberikan batasan terhadap power output sesuai

dengan yang disetting. Hal ini sangatlah berlainan dengan percobaan ke 9 dan 10,

dimana kami juga mengubah settingan yang sama untuk power limit namun

menggunakan aksi control r (reverse). Ketika power input dari 10-50 % dimasukkan,

harga power output yang keluar tetap stabil pada 50 % dan 40%. Sedangkan setelah

melebihi setpoint, power output % angkanya tidak lagi 50%, angkanya menurun.

Pada percobaan penentuan konstanta proporsional. Mode proporsional apabila

digunakan tunggal cenderung mengalami offset. Maka penghilangan offset sebelum

menggunakan pengendalian ini memang harus dilakukan. pertama dengan

menggunakan prop sebesar 20% kemudian pencatatan data dilakukan dengan rentang

10%. Dapat dilihat data yang terlihat digrafik lebih stabil. Sedangkan saat prop diubah

menjadi 10%, grafik terlihat tidak stabil. Begitu juga saat prop 12,5 %. Dan 10% Hal ini

dikarenakan, pengaturan proporsional yang terlalu kecil dapat menyebabkan

pengendalian menjadi tidak stabil. Sehingga pada prop 20%lah grafik yang paling stabil

dari ketiganya.

Kemudian selanjutnya adalah percobaan pengendalian proporsional integral.

Mode integral ini memang tidak digunakan tunggal sehingga apabila digabung dengan

mode proporsional akan mengurangi offset dan menghasilkan data yang lebih stabil.

Dengan adanya mode integral ini, maka dapat memperlambat gerakan dan sistem

kemudian membawa error ke nol. Dengan variasi set point 50% dan 40% pada integral

time 0,2 menit. data pada grafik terlihat stabil. Kemudian pada saat setpoint 50% dan

integral time 2 menit data lebih stabil dibanding sebelumnya. Inilah mengapa

penggunaan integral pada mode proporsional menguntungkan karena integral dapat

mengkoreksi output terlebih dahulu. Berbeda dengan mode derivative, mode derivative

memperbaiki/mempercepat respon sistem control dan memberikan efek menstabilkan

proses. Percobaan selanjutnya adalah mode proporsonal derivative. Mode derivative

dapat menkoreksi saat ada perubahan error secara tiba-tiba. Saat set point 50% dan

derivative 6 detik data terlihat stabil daripada saat setpoint 40%. Tetapi bila dilihat,

mode derivative ini membuat data tidak terlalu besar errornya karena fungsinya

menstabilkan proses dan meredam osilasi.

Selanjutnya adalah mode gabungan antara proporsional, integral dan derivative.

Penggabungan ini akan menghasilkan pengendalian yang sempurna, Karena

penggabungan ketiga mode ini dapat mengurangi offset, memberikan harga keluaran

baru saat offset terjadi, menstabilkan sistem dan mencegah error konstan. Dengan

variasi setpoint 50% dan 40 % Data saat setpoint 50 % lebih baik dibandingkan setpoint

40%.

VII. KESIMPULAN

Dari percobaaan yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa:

1. Cy-t ( waktu siklus ) adalah jumlah waktu on dan off dalam sekali

siklus.

2. Pada aksi kontrol D , seharusnya harga power input dan power output

adalah sama ( pawer input = 0 maka power output = 0 ). Namun pada

praktikum terjadi perbedaan antara power input dan power

outputnyadikarenakan adanya gangguan dari luar 9 human error 0.

3. Pada aksi kontrol r , seharusnya harga power input berbanding

terbalik dengan power output ( power input = 0 mak power output =

100 )

4. Power limit mempengaruhi power output sampai set point yang

dimasukkan.

5. Set power limit mempengaruhi output yang dihasilkan .

6. Semakin besar % Sp-L maka semakin banyak angka konstan pada

power output.

7. Semakin kecil nilai ProP nya , maka semakin banyak niali konstan

yang muncul pada poer output .

8. Mode pengendali kontinyu memberikan harga output perubahan yang

mulus pada setiap perubahan beban ( error )

9. Mode gabungan ( P , PI , PD dan PID ) dapat mengurangi offset dan

memberikan harga keluaran baru saat offset terjadi , menstabilkan

sistem dan mencegah error konstan .

laporan pc 10-3

Documents