www.jasaservis.net menyediakan Halaman Promosi Gratis Silahkan kirimkan Formulir Permohonan dan kami akan langsung memuat informasi usaha anda

Teori Sistim Kontrol Proses

Author - July 14, 2016

1. PROPORTIONAL CONTROL ACTION
Proportional control atau Kontrol proporsional adalah nama daripada aksi kontroler yang paling dasar. Cara kerja kontroler ini yaitu secara berkelanjutan menghasilkan output yang sebanding dengan error daripada input versus setpoint. Ketika sinyal input tepat sama dengan set point berarti tidak ada error atau error sama dengan nol maka output juga sama dengan nol, ketika sinyal input mengalami penyimpangan dari set point terciptalah error, lalu kontroler akan sertamerta menghasilkan output yang besarnya secara aljabar dapat dihitung yaitu dengan mengalikan gain dengan error. Untuk lebih jelasnya simak hubungan input output daripada kontroler proportional pada blok diagram dibawah ini

proportional kontroler input-output

Blok diagram diatas memperlihatkan hubungan input-output dimana output sama dengan error dikali gain atau diumuskan sebagai O/P = E X K, persamaan ini disebut sebagai control algoritma. Jadi pada setiap kontroler type proportional akan memiliki algoritma seperti ini baik kontroler pneumatic maupun kontroler elektronik, bemikian pula pada kontroler berbasis DCS dimana algoritma nya sudah menggunakan program komputerisasi. Pada beberapa aplikasi istilah gain ini dinyatakan dalam Proportional Band (PB), Definisi daripada PB adalah rentang nilai dari input yang sesuai dengan perubahan output secara penuh. PB dinyatakan dalam persentase, hubungan PB dengan gain adalah sebagaimana persamaan dibawah ini

GB2

Contoh kasus, untuk PB=100 jika input berubah 10% maka output akan respon sebesar 10%. Untuk PB=50 jika input berubah 10% maka output akan respon sebesar 20%, demikian seterusnya. Terlihat disini bahwa nilai PB adalah persentasi daripada input terhadap nilai output secara penuh, ketika output sama dengan 20% dan input  sama dengan 10% maka PB adalah 50.

2. INTEGRAL CONTROL ACTION
Aksi kontroler Reset (Integral) berfungsi untuk menghilangkan offset, dalam penggunaannya selalu dikombinasikan dengan kontroler proporsional sehingga menjadi kontroler Proporsional Integral. Nilai daripada aksi integral dinyatakan dalam ukuran waktu per jumlah aksi atau jumlah aksi per waktu.

proporsional and reset action GB4
Perhatikan diagram diatas memperlihatkan aksi proporsional direset 2 kali dalam 1 menit (2 repeats per minute) atau setiap 0.5 menit dilakukan satu kali reset (0.5 minutes per repeat), dengan karakter yang demikian itu maka tidak salah jika dikatakan aksi kontroler integral sebagai penghilang offset.
Simak contoh kasus berikut ini; Pada suatu sistim pengaturan tekanan tangki, kontroler mengalami error 10%, jika gain kontroler 2 maka output akan bereaksi untuk melakukan koreksi sebesar 20%, sehingga keadaan proses sebagai akibat daripada perubahan output tersebut akan berpindah pada kondisi baru misalnya error menjadi 8%, kondisi baru yang dicapai sebagai efek daripada kontroler proporsional ini boleh jadi akan bertahan dalam tempo yang tidak menentu dan lama, tetapi dengan adanya aksi kontroler integral, kontroler akan sertamerta melakukan koreksi lagi sesuai dengan waktu yang disetel pada kontroler integral misalnya 0.5 menit, sehingga dalam waktu setengah menit dari koreksi pertama kontroler akan melakukan aksi koreksi lagi, dengan demikian akan terbentuk kembali kondisi baru misalnya error menjadi 3%,demikian seterusnya aksi demi aksi akan berlangsung hingga offsetnya hilang atau proses mencapai kesetimbangan yang diharapkan.
Lihat blok diagram hubungan input-output daripada kontroler Proporsional Integral (PI) pd gambar dibawah ini.

PI input-output

3. DERIVATIVE CONTROL ACTION

Aksi kontroler derivative (rate) yaitu untuk meningkatkan kecepatan reaksi output terhadap error. Oleh karena itu kontroler derivative hanya boleh dipakai pada proses yang responnya sangat lambat, menerapkan kontroler derivative pada proses yang bereaksi cepat dapat membahayakan karena perubahan output yang sangat cepat kearah maksimum atau kearah minimum bisa menimbulkan kerusakan pada peralatan operasi. Kontroler derivative dalam penerapannya selalu dikombinasikan dengan kontroler proporsional menjadi proporsional-derivative(PD)kontroler atau dikombinasikan dengan kontroler proporsional dan kontroler integral menjadi Proporsional-Integral-Derivative  (PID) kontroler. Ukuran daripada aksi kontroler derivative adalah waktu, yaitu berapa lama signal kontroler derivative beraksi dalam setiap kali kontroler proporsional melakukan perubahan. Aksi kontroler derivative hanya berlangsung pada awal siklus untuk mempercepat respon, oleh karena itu  seringkali kontroler derivative disebut sebagai “pre-act” kontroler.

Gambar dibawah ini memperlihatkan efek PID control, respon terhadap satu siklus perubahan error.

PID input-output

4. RATIO  CONTROL ACTION

Ratio control adalah salah satu metode pengaturan proses yang dipergunakan untuk mengontrol percampuran dua atau lebih sumber masukan proses dengan perbandingan tetap, misalnya 2:1 atau 2:2:1, contoh pada sistim control fuel/air ratio diproses operasi boiler atau sistim batch percampuran bahan baku di pabrik cat.
Contoh penerapan Ratio kontrol nampak pada gambar dibawah ini:

ratio kontroler

Gambar diatas memperlihatkan skema ratio antara output kontroler1 dengan kontroler 2, sebagai contoh rasio atau perbandingan antara output 2 dengan output 1 adalah 2:1 maka penerapan parameter sebagaimana dijelaskan berikut ini;
FY adalah sebuah blok algoritma yang melakukan perhitungan ratio, dalam kontroler berbasis DCS biasa disebut sebagai calcu_ block, contoh penerapan ratio misal nya di desain flow air berbanding flow fuel adalah 2:1 maka persamaan pada FY adalah sebagai berikut;
FT1. PV =A
A/2 =B
B = FIC2. SP
CPV= B
If FT1.PV=0 or FT2.PV=0 then FIC1. MV=MAN.0 and FIC2.MV= MAN.0
Persamaan pada calcu_block diatas dibaca;
Indikasi daripada flow meter-1 FT1.PV merupakan input daripada calcu_block FY yang dinyatakan sebagai A.
Nilai A di bagi 2 dinyatakan sebagai B
Nilai B menjadi set point daripada kontroler-2 (FIC2.SP)
Nilai B adalah output daripada calcu_block FY
Kondisi lain yang disyaratkan; Jika indikasi flow meter-1 sama dengan nol atau indikasi flowmeter-2 sama dengan nol maka output daripada kontroler-1 dan output daripada kontroler-2 secara otomatis berubah ke mode Manual dengan output 0%
Dengan setup parameter calcu_blok seperti diatas maka FY menjadi remote setpoint bagi kontroler-2 dimana hasilnya kontroler-2 akan selalu mengeluarkan ouput dua kali daripada kontroler-1. Adapun kontroler-1 (FIC-1) merupakan normal PID kontroler yang setpoint nya diperoleh dari eksternal, misalnya dari manual loader yang telah di setup sesuai dengan kebutuhan proses.
Sampai disini penjelasan mengenai ratio control semoga dapat dipahami.

5. CASCADE  CONTROL ACTION

Prinsip kerja daripada kontroler cascade adalah untuk mempertahankan kestabilan proses dengan menggunakan 2 buah kontroler yang dikonfigurasi sebagai kontroler master dan kontroler slave, jadi ada istilah kontroler primer dan kontroler sekunder dalam hal ini.
Perhatikan gambar dibawah ini sebagai referensi untuk menjelaskan sistim control cascade

cascade kontrol

Gambar di atas menunjukkan skema kontroler model cascade pada sebuah proses percampuran dua macam zat kimia. Temperature di dalam vessel tempat bercampurnya kedua bahan kimia adalah target utama yang harus di kontrol pada proses ini, oleh karena itu Temperatur Controler-1 menjadi master kontroler, sedangkan temperatur cooling water sebagai media pendingin yang di semprotkan ke sekeliling dinding vessel dengan sistim spray ring, merupakan parameter kedua yang temperaturnya juga harus di atur, dalam hal ini disebut sebagai Temperature Controler-2 atau kontroler slave yang setting pengendaliannya tergantung dari pada kontroler-1 atau tepatnya tergantung daripada output controller master. Kelebihan daripada kontroler model cascade ini adalah kontroler-2 (slave) akan bereaksi lebih awal tanpa harus menunggu terjadinya error, oleh karena itu final element akan beraksi segera seiring dengan adanya error pada kontroler-1 ( master)
Contoh kasus; Dalam keadaan setimbang temperature proses daripada vessel dalam keadaan sama dengan set point, PV sama dengan 80 Deg C dan SV sama dengan 80 Deg C, output kontroler1 pada saat ini adalah 50%, seandainya range kontroler2 dari 0 sampai dengan 100 Deg C maka set point untuk kontroler2 adalah 50% dari 100 atau 50 Deg C, dengan set point 50 Deg C misalnya kontroler 2 menghasilkan output 35%, atau bukaan valve cooling water steady pada posisi 35%. Bila kemudian temperature dalam vessel mengalami perubahan karena sesuatu sebab misal nya berubah dari 80 Deg C menjadi 90 deg C, maka sebagai bagian dari aksi kontrol, output kotroler1 (MV) akan berubah, misalnya MV menjadi 60%, besaran 60% ini akan dikirimkan ke kontroler2 sebagai remote setpoint ( RSP), sebagai akibatnya kontroler2 akan mulai membandingkan temperature cooling water dengan set point baru yaitu 60% dari 100 Deg C alias SP sama dengan 60 Deg C, respon terhadap perubahan set point ini misalnya output kontroler-2 naik menjadi 45% alias contol valve bertambah bukaannya menjadi 45% tanpa harus menunggu adanya error antara temperature cooling water dengan set point kontroler-2. Demikian salah satu contoh kasus semoga dapat membantu dalam memahami fungi dan sistim kerja kontroler mode cascade.

6. FEED FORWARD  CONTROL ACTION

Untuk memahami  kontroler mode feed forward kita akan menggunakan sistim kontrol 3 element sebagai model pembahasan. Istilah 3 element diambil dari 3 variable input yang dijadikan sebagai  parameter untuk mengontrol besaran proses,misalnya pada pengendalian level air pada sebuah boiler ketiga parameter tersebut adalah level air, flow air dan flow steam.

Valve pengendali level air biasanya diletakkan pada pipa aliran air masuk, ketika level berkurang maka valve akan membuka untuk menambah masukan air ke tangki agar tidak sampai mengalami kekurangan, karena  kekeringan pada tangki boiler dapat membahayakan bahkan dapat menyebabkab peledakan

Untuk membantu dalam memahami cara kerja feed forward kontroler, perhatikan algoritma kontroler 3 elemen pada gambar dibawah ini:

feedforward kontrol

Fungsi utama daripada sistim control 3 elemen adalah untuk mengendalikan level air pada steam drum, agar senantiasa terjaga pada ketinggian tertentu. Setting point daripada ketinggian air yang dikehendaki harus dimasukkan oleh Operator ke dalam kontroler level ( LIC_SP)

Kontroler level dikonfigurasi menjadi 2 buah kontroler yaitu kontroler level satu elemen( LIC 1Element) dan kontroler level 3 elemen ( LIC 3Element). Kontroler level 1 elemen dipakai ketika load masih rendah biasanya diset pada angka 20%, jadi ketika output atau flow steam masih dibawah 20% dari nilai full rangenya, level pada steam drum dikendalikan oleh kontroler level 1 element , lalu bila flow steam naik terus hingga melebihi 20% maka secara otomatis sistim control  level akan berpindah ke kontroler 3 element, perpindahan ini didesain sedemikian rupa sehingga berlangsung secara halus agar tidak menimbulkan lonjakan  ekstrim yang dapat menganggu kestabilan proses atau istilahnya disebut bumpless.

Mode kontroler Level 3 element melibatkan level kontroler, steam flow kontroler dan feed water kontroler.
Nilai process value dari steam flow (FY1.PV) akan diumpankan sebagai besaran yang terlibat pada kalkulasi feed forward kontroler ( FY2). Adapun caranya nilai besaran flow steam tersebut sebelumnya dikonversi terlebih dahulu kedalam persen,  misalnya full range steam flow 0 s/d 150.000 kg/hr bila flow steam besarnya 75.000kg/hr maka nilai yang akan diumpankan ke feed forward kontroler adalah 50%, angka 50% kemudian akan diikut sertakan dalam kalkulasi feed forward kontroler. Banyak model formula feed forward kontroler yang biasa diterapkan, ada yang sederhana dan ada juga yang rumit dengan melibatkan banyak parameter seperti nilai gas compressibility, nilai koofesien panas, nilai-nilai steam table dan lain-lain. Sebagai contoh yang paling sederhana adalah sebagai berikut:

Output feed forward kontroler (LY2.CPV) = LIC 3Element.MV+ FY1.PV / 2

Jadi seandainya steam flow 50%  dan nilai output LIC 3Element.MV=30% maka output feed forward kontroler adalah 40%,, nilai ini kemudian akan menjadi setpoint daripada kontroler air masuk atau BFW flow kontroler (FIC2..SP) dengan cara cascade, kemudian output daripada FIC2.MV akan menjadi command yang mengendalikan final control elemen yaitu control valve yang mengatur aliran air masuk (feed water).

Dari uraian diatas bisa kita tangkap bahwa sisitim control 3 elemen memanfaatkan fungsi daripada feed forward kontroler, kontroler feed forward ini mempunyai sifat khusus yaitu  setiap ada perubahan pada flow steam (Load) akan langsung direspon oleh sisitim control dengan aksi pemulihan proses,  tanpa harus menunggu adanya error antara level dengan set point level.
Atau dengan bahasa lain setiap kali terjadi perubahan pada keluaran steam drum, maka dengan serta merta control valve akan menerima  perintah, untuk menambah atau mengurangi bukaannya tanpa harus menunggu adanya perbedaan antara besaran level dengan setpoint level sebagaimana lazimnya PID feedback kontroler.

Demikian penjelasan mengenai fungsi feed forward kontroler yang di terapkan dalam loop control 3 elemen semoga dapat dipahami.

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You might also likeclose