BAB II TEORI II.1. Sistem Kontrol Proses
pengaturan
atau
pengendalian
suatu
atau
beberapa
besaran
(Variabel,Parameter) agar berada pada suatu harga tertentu disebut dengan sistem control. Pengontrolan ini mempunyai tujuan utama untuk mendapatkan optimasi yang dapat diperoleh berdasarkan fungsi sistem control itu sendiri: yakni pengukuran (measurement), perbandingan (Comparison), penghitungan (computation), perbaikan (correction) dan pencatatan.
II.1.1. Pengelompokan Sistim Kontrol Sistem kontrol pada umumnya dapat dikelompokkan kedalam beberapa kelompok antara lain : a. Sistem kontrol dengan lintasan tertutup dan terbuka. Sistem kontrol dengan jaringan tertutup adalah sistem kontrol yang besaran outputnya memberikan pengaruh terhadap harga yang diinginkan melalui suatu indikator atau alat pencatatan (recorder). Kemudian selisih harga yang terjadi antara besaran yang dikontrol dan pertunjukan alat pencatat digunakan sebagai koreksi yang pada gilirannya akan merupakan sasaran pengontrolan. Sistem kontrol dengan jaringan terbuka adalah sistim kontrol yang besaran outputnya tidak memberikan pengaruh terhadap besaran input.Oleh karena itu variabel yang dikontrol tidak dapat dibandingkan terhadap harga output yang diinginkan. b. Sistim kontrol manual dan otomatis
Universitas Sumatera Utara
Sistem kontrol manual adalah sistem kontrol yang pengontrolannya dilakukan oleh manusia yang bertindak sebagai operator, sehingga sering disebut dengan sistim kontrol dengan operator Sedangkan
sistim
kontrol
otomatis
adalah
sistim
kontrol
yang
pengontrolannya dilakukan oleh mesin-mesin atau peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya diawasi langsung oleh manusia. c. Sistim kontrol servo dan regulator Sebuah rgulator adalah bentuk lin daripada servo. Istilah ini digunakan untuk menunjukkan sistim yang mana terdapat harga keadaan mantap (steady state) konstan untuk sinyal input yang konstan.Perbedaan utama adalah bahwa regulator diberikan sinyal tambahan (sinyal gangguan ) sehingga akan menghasilkan output yang berbeda dengan servo. d. Sistem kontrol menurut sumber penggeraknya. Sistim kontrol ini adalah pengontrolan berdasarkan elektris yang berupa rangkaian listrik, pengotrolan pneumatis yang memanfaatkan tekanan udara atau angin, pengontrolan hidraulik yang menggunakan cairan sebagai sarana kontrol dan pengontrolan mekanis yang memanfatkan alat-alat mekanis sebagai sarana pengontrolannya. e. Sistem kontrol Analog dan Digital Sistem kontrol analog atau pengontrolan yang berkesinambungan adalah sistem kontrol yang pengontrolannya dilakukan dengan menggunakan komponen-komponen analog seperti Proporsional, Integrator dan Diferensiator yang seluruh prosesnya bekerja analog. Sedangkan
sistim
kontrol
digital
atau
pengontrolan
yang
tidak
berkesinambungan adalah sistem kontrol yang aksi pengontrolannya dilakukan
Universitas Sumatera Utara
oleh komponen -komponen digital yang biasanya terdiri dari susunan algoritma program-program dari sistim pengontrolan secara analog.
II.1.2. Elemen Sistim dan Variabel Sistim Kontrol Elemen sistim kontrol merupakan sebuah unit yang membentuk proses kontrol yang didalamnya terdapat komponen-komponen sistem. Suatu proses kontrol secara fungsional dapat dinyatakan oleh diagram blok yang bentuknya tergantung pada jumlah elemen. Diagram blok yang umum ditunjukkan pada Gambar 2.5
u
V GV
G1 r
G2
e
c c
m
H
Gambar 2.1. Elemen-elemen Sistim Kontrol Loop Tertutup Elemen sistim kontrol rangkaian tertutup di atas terdiri dari: a. Elemen input referensi Elemen ini berfungsi untuk mengubah besaran yang dikontrol menjadi sinyal masukan acuan (r) bagi sistim kontrol b. Elemen pengontrol(G1) Elemen berfungsi untuk memproses kesalahan (error,e) yang terjadi. Setelah error tersebut dilewatkan melalui elemen pengontrol, akan dihasilkan sinyal yang berfungsi untuk mengontrol proses. c. Elemen proses (G2) Elemen ini berupa proses mekanis, elektris, pneumatis maupun kombinasinya.
Universitas Sumatera Utara
d. Elemen umpan balik (H) Elemen ini berfungsi untuk mengukur keluaran yang dikontrol dan kemudian merubahnya menjadi sinyal umpan balik (feedback signal). d. Elemen jalur maju Elemen ini adalah untuk sistem kontrol tanpa elemen umpan balik.
Berdasarkan jumlah elemen yang menyusunnya suatu sistim kontrol terdapat beberapa variabel pengontrolan antara lain: a. Set Point (Command input,v) Harga yang diinginkan bagi variabel yang dikontrol selama
pengontrolan.
b. Masukan acuan (reference input, r) Sinyal aktual (actual signal) yang masuk kedalam sistim kontrol. M
Sinyal
ini diperoleh dengan menyetel harga v melalui Gv, misalnya melalui sebuah sakelar pemilih atau selector switch. c. Keluaran yang dikontrol (Controled output, c) Suatu harga atau nilai yang akan dipertahankan bagi variabel yang dikontrol dan merupakan harga yang ditunjukkan oleh alat pencatat. d. Variabel yang dimanipulasi (manipulated variable, m) Sinyal yang keluar dari elemen pengontrol (controller) dan berfungsi sebagai sinyal pengontrol tanpa adanya gangguan. e. Sinyal umpan balik (feed back sinyal, b) Sinyal yang merupakan fungsi dari keluaran yang dicatat oleh oleh pencatat. f. Kesalahan (error, actuating signal, e) Selisih antara sinyal acuan (r) dan sinyal umpan balik b. Sinyal ini dimasukkan ke elemen pengontrol G1 dan harganya diinginkan sekecil mungkin.Sinyal e
Universitas Sumatera Utara
ini menggerakkan unit pengontrol untuk menghasilkan output pada harga yang diinginkan . g. Sinyal gangguan(disturbance, U) Sinyal yang terkadang dibutuhkan pada suatu elemen pengontrol agar sistem selalu menghasilkan sinyal kesalahan yang tidak sama dengan nol seperti pada regulator, yang membutuhkan sinyal error untuk mempertahankan output tetap pada keadaan yang dinamis.
II.1.3 Alat Kontrol Pengontrol atau Controller berfungsi untuk memproses sinyal kesalahan (error) agar menghasilkan sinyal pengontrol proses. Pada Auxiliary Steam Pressure Control hanya menggunakan jenis Pengontrol Proporsional(P) dan Pengontrol Proporsional Integral (PI). Dengan demikian disini akan diulas mengenai Proporsional (P), Integral (I) dan Proporsional Integral (PI). a. Kontroller Proporsional (P) Kontroller Proporsional adalah suatu alat kontrol yang berfungsi untuk menguatkan sinyal error pada suatu level yang dikehendaki. Pada kontrol proporsional ini diperoleh suatu hasil keluaran (output) yang berbanding lurus dengan konstanta proporsional K. Salah satu contoh rangkaian proporsional pada Gambar2.6
Universitas Sumatera Utara
Rf
Vi
Ri Vo
Input Output
Vo = +
Kp =
Rf .Vi Ri
Rf Ri
atau = Kp.Vi
Gambar 2.6. Alat Kontrol Tipe Proporsional b. Integral Kontroller (I) Integral kontroller merupakan suatu pengontrol yang berfungsi untuk meniadakan osilasi pada sinyal error atau sinyal kesalahan. Output kontroller ini akan menghasilkan keluaran berupa tegangan berbentuk tanjakan (tipa ramp) yang menuju ke suatu harga tak terhingga. Dalam hal ini maksimalnya adalah menuju ke harga saturasi dari op-amp yakni mendekati harga tegangan catu daya (VCC). Satu dari rangkaian kontroller Integral ditunjukkan pada Gambar2.7.
Universitas Sumatera Utara
Cf
Vi
Ri Vo
Input Output
Vo = -
1 Vidt RiCf
Gambar 2.7. Rangkaian Alat Kontrol Tipe Integrator. c. Proporsional Integral Kontroller (PI) Proporsional Integral Kontroller adalah suatu alat kontrol yang berfungsi untuk menghilangkan kesalahan posisi dalam kondisi mantap (steady position error). Kontroller ini merupakan gabungan dari alat kontrol Proporsional dan Integral yang bekerja secara berpadanan sesuai dengan kerjanya masing-masing. Kontroller proporsional melakukan pengangkatan secara spontan sedngkan Integral melakukan perubahan yang bertambah secara perlahan yang bergantung pada besaran waktu. Alat kontrol tipe Proporsional Integral ditunjukkan pada Gambar2.8
Universitas Sumatera Utara
Rf
Vi
Ri Vo
Input
Vo = -
RF 1 Vi Vidt Ri RiCf
Gambar 2.8. Alat Kontrol Tipe Proporsional Integral
II.2.Rangkaian Logika
Harga pengubah (variabel) logika, pada dasarnya hanya dua, yaitu benar (true) atau salah (false). Dalam persamaan logika, umumnya simbol 1 dipakai untuk menyatakan benar dan simbol 0 dipakai untuk menyatakan salah. Dengan memakai simbol ini, maka keadaan suatu logika hanya mempunyai dua kemungkinan, 1 dan 0. Kalau tidak 1, maka keadaan itu harus 0 dan kalau tidak 0 maka keadaan itu harus 1 II.2.1 Gerbang Logika OR
Gerbang Logika OR adalah suatu rangkaian Logika dasar yang menyatakan bahwa outputnya akan mempunyai Logika “1” atau semuanya mempunyai logika “1”. Dalam aljabar Boole, operasi yang dilakukan oleh gerbang OR disimbolkan dengan operator “ +” dan dibaca OR atau “ ATAU “. Kalau INPUT kita beri tanda A,B dan C
Universitas Sumatera Utara
untuk outputnya diberi tanda Q, maka symbol dari kalimat di atas menurut Aljabar Boole dapat dinyatakan seperti pada gambar,sedangkan dalam bentuk matematikanya dapat dikatakan bahwa Logika outputnya sama dengan jumlah Logika input-inputnya.
Q=A+B+C…………………………….(2-1) Umumnya Gate : Logika ini dapat digambarkan dalam bentuk dua cara, yaitu masingmasing menurut
Inggris/Eropa dan menurut Amerika Gambar 2.1 menunjukkan
symbol dari Or Gate beserta Truth Table-nya (Tabel Kebenarannya).
Simbol menurut
Simbol menurut
Inggris/Eropa
Amerka
A inputnya B
A inputnya B
Q
Q
outputnya
outputnya
(a) Tabel II-1 Truth Table OR Gate A
B
Q
Universitas Sumatera Utara
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
(b) Gambar 2.1 (a) Simbol OR Gate dan ,(b). Truth Tabelnya Dengan mengambil contoh kalimat yang sangat sederhana itu, maka kita dapat membuat Truth Tabelnya serta symbol yang mempunyai 3 input seperti Gambar (2-2) berikut ini. Tabel II-2. Truth Table Or Gate
A B C
Inputnya
Q
Outputnya
(a)
A
B
C
D
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
(b)
Tabel Gambar 2.2. (a). OR Gate dan (b). Truth Tabelnya II.2.2. And Gate
And Gate adalah suatu rangkaian Logika dimana outputnya akan mempunyai Logika “1” bila semua input-inputnya diberi Logika “1”. Jika salah satunya diberi
Universitas Sumatera Utara
Logika “0” (nol), walaupun input lainnya “1” maka outputnya akan mempunyai Logika “0” (nol). Dalam prakteknya pemberian Logika “1” pada input dilakukan dengan memberi tegangan +5 V melalui sebuah tahanan (R) dan pemberian Logika “0” (nol) dengan menghubungkan ketanah atau melalui tahanan. Sedangkan pada output keadaan Logika “1” berarti ada tegangan atau 0(nol) Volt. Secara matematiknya dapat dikatakan bahwa Logika outputnya adalah merupakan perkalian Logika inputinputnya. Dengan mengingat bahwa output hanya ada jika seluruh dari inputnya ada, maka kita dapat membentuk Truth Table-nya. Dibawah ini diberikan 2 contoh dari Truth Table untuk And Gate dengan 2 dan 3 input (lihat Gambar 2.3).
(a)
Tabel II-3 And Gate 2 Input
Tabel II-4 And Gate 3 Input
Universitas Sumatera Utara
A
B
Q
A
B
C
Q
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
(b) Gambar 2.3 (a). Simbol And Gate dan (b). Truth Tablenya.
II.2.3. Not Circuit atau Inverter
Not Circuit sering juga disebut “Complementary Circuit” atau Inverter. Dimana circuit ini adalah rangkaian. Logika dasar yang mempunyai 1 (satu) out put dan 1(satuinput.Sifat dari rangkaian Logika Note Gate ini adalah : outputnya akan selalu mempunyai Logika yang berlawanan dengan inputnya yang biasanya hanya satu .Jelasnya jika inputnya diberi tegangan maka outputnya tidak ada , sebaliknya jika inputnya dihubungkan singkat (tidak ada tegangan )maka pada outputnya akan terbentuk. (Sebagai contoh : bila input = 0 (nol) maka outputnya = 0 (nol) maka inputnya =1) Untuk memudahkan ingatan kita maka Gambar 2.4 dilukiskan tanda-tanda untuk NOT GATE menurut Inggris /Eropa dan Amerika serta Truth Tablenya.
Universitas Sumatera Utara
Rangkaian NOT GATE yang dihubungkankesalah input GATE Logika atau outputnya bisa disederhanakan simbolnya dengan memberi tanda bulatan pada input atau output yang bersangkutan. Simbol menurut Inggris/Eropa &Truth Tablenya
Tabel II-5 Truth Table Not Circuit. A
Q=A
0
1
1
0
Simbol Inggris/Eropa (a) Simbol menurut Amerika & Truth Tablenya
Tabel II-6 Truth Table Not Circuit
A
A
Q
0
1
1
0
A
Simbol Amerika
(b) Gambar 2.4 (a) Simbol Not Circuit dan Truth Tablenya dan (b). Simbol Not Circuit dan Truth Tablenya
Universitas Sumatera Utara
II.3.Transduser Transduser adalah merupakan suatu komponen yang bekerja untuk mengubah parameter fisis menjadi sinyal listrik yang dapat diterima oleh sistem pengolah sinyal. Beberapa parameter fisis yang sering dikenal diubah menjadi sinyal listrik antara lain : tekanan, temperatur, percepatan, pergeseran, kecepatan, dan sebagainya. Pada Auxiliary Steam Pressure Control ini hanya menggunakan tranduser tekanan dan temperature, maka disini dijelaskan kedua tranduser tersebut.
1. Transduser Kapasitif Untuk merubah parameter tekanan menjadi sinyal listrik pada pengontrolan ini digunakn tranduser kapasitif. Kapasitansi dari sebuah kapasitor pelat parallel diberikan oleh
G= Dimana: A
k . AEo ( farad ) ……. (1) d
= luas masing-masing pelat, dalam m²
d
= jarak kedua pelat, dalam m
Eo
= 9,85 x 10¹² dalam F/m
K
= Konstanta dielectrik
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9 Transduser Kapasitif
2. Transduser termokopel Tranduser ini paling banyak digunakan untuk mengukur temperature berdasarkan pengubahan temperature menjadi sinyal listrik. Termokopel ini bekerja berdasarkan pembangkit tenaga listrik pada titik sambu logam yang tidak sama. Tegangan ini sebanding dengan temperatur sambungan.
Gambar 2.10. Skema Pengukuran dengan Termokopel
Universitas Sumatera Utara
