Memahami prinsif kerja sistim kontrol merupakan pengetahuan dasar yang wajib dimiliki oleh seorang praktisi instrumentasi, mulai dari level teknisi sampai level engineer wajib menguasai ilmu sistim kontrol, paling tidak mengerti falsafah dasarnya bagaimana sistim kontrol bekerja.Secara garis besar, kontroler terdiri dari dua macam saja yaitu kontoler manual dan kontroler auto, kontroler manual disebut juga sebagai open loop dimana pengaturan final element dilakukan oleh Operator, sedangkan kontroler auto pengaturan proses dilakukan tanpa intervensi dari operator.
Sebagai alat yang bekerja otomatis, kontroler auto memiliki banyak parameter yang terkait dengan karakteristik nya, diantara parameter tersebut adalah gain, bias, proporsional, integral, derivative, hysteresis dan lain-lain. Selain itu berdasarkan fungsinya kontroler auto juga terbagi ke dalam beberapa mode sepeti, batch kontroler, split kontroler, cascade kontroler, ratio kontroler dan lain-lain.
Dalam artikel ini akan dibahas pengertian dari tiap-tiap parameter kontroler dengan cara yang mudah dipahami, diharapkan pembaca yang menyimak tulisan ini dapat mengambil manfaat sehingga mengerti falsafah dasar dari parameter tersebut.
Gain dan Proporsional Band
Untuk memudahkan dalam memahami pengertian Gain dan Proporsional mari kita perhatikan cara kerja level control pada perangkat pengisian bak WC yang terlihat pada gambar dibawah ini;
Keterangan gambar:
1- Valve
2- Lever
3- Tumpuan
4- Float
Sistim pengisian air pada bak WC ini adalah otomatis, yaitu dengan menggunakan level control, alat yang menjadi bagian level control yang dipergunakan untuk mengontrol isi air pada bak WC ini terdiri dari; float, valve, lever,dan tumpuan.
Perhatikan pada gambar bahwa lever bekerja sebagaimana pengungkit yang ada tumpuannya, saya akan menerangkan konsep parameter GAIN dalam kontroler dengan mengeser-geserkan posisi tumpuan pada lever.
Misalnya bila tumpuan ada ditengah lever (pada titik B) maka jarak dari tumpuan ke float dengan jarak dari tumpuan ke valve adalah sama, anggaplah dalam keadaan ini Gain =1, jika float turun 1 cm maka valve akan membuka secara proporsional sebesar 1 cm, kemudian jika tumpuan daripada lever di geser kearah kanan (pada titik C) maka jarak dari tumpuan ke valve adalah 2 kali dari jarak tumpuan ke float, akibatnya respon pembukaan valve terhadap pergerakan float jadi berubah yaitu meningkat 2 kali lipat, keadaan ini kita ibaratkan bahwa Gain=2, artinya jika float turun 1 cm akan mengakibatkan valve membuka sebesar 2 cm.
Demikianlah fungsi daripada Gain (penguatan) kontroler dapat diterangkan, dalam contoh ini memang terjadi peningkatan kekuatan daya ungkit lever, tetapi bagaimana bila dipraktekan hal yang kebalikannya yaitu tumpuan digeser ke sebelah kiri ( ke titik A) sehingga jarak dari tumpuan ke valve adalah ½ kali daripada jarak tumpuan ke float, pada kondisi baru ini valve akan mengangkat ½cm ketika float turun 1 cm. Ilustrasi ini menunjukkan bahwa gain tidak selamanya menyebabkan adanya peningkatan , jika dalam contoh pertama kerja valve meningkat 2 kalinya tetapi dalam ilustrasi kedua kerja valve malah menurun setengah kalinya. Oleh sebab itulah istilah Gain seringkali digantikan dengan istilah PB atau Proporsional Band dimana Gain= 100/PB.
Proporsional Band adalah nilai penguatan secara proporsional , seperti dalam contoh diatas ketika tumpuan pada titik B maka PB nya adalah 100% sehingga pada kondisi tersebut Gain=100/100 sama dengan 1, kemudian ketika posisi tumpuan pada titik C Proporsional Band sama dengan 50% dan Gain=100/50 sama dengan 2, ketika tumpuan pada posisi titik A Proporsional Band sama dengan 200% dan Gain=100/200 sama dengan ½. Proporsional Band bisa di setel dari angka 500 hingga angka 0, artinya Gain bisa disetel dari 1/5 hingga tak terhingga.
Dalam contoh level kontrol bak WC diatas seting ketinggian air dalam bak adalah bak terisi penuh (100%), dalam instrumentasi industri setting ini disebut Setting Point (SP) , karena setingnya adalah bak terisi penuh maka pada saat air dalam bak berkurang, secara otomatis valve akan membuka, air dalam bak itu adalah besaran yang di kontrol atau dalam istilah instrumentasi industri disebut Proses Variabel ( PV) dan bukaan valve adalah output kontroler yang dalam istilah instrumentasi disebut Manipulated Variabel ( MV).
Kalau kita cermati sistim kerja level control WC tersebut sama prinsipnya dengan sistim kerja kontroler dalam dunia industri dan memenuhi persamaan berikut;
Output = Setpoint – Process Variable
MV=SP-PV
Ketika isi bak penuh atau PV=100% dan setpoint 100% maka Output=0% alias tidak terjadi pembukaan valve, pada saat isi bak berkurang misalnya jadi 90%, berarti PV=90%, maka Output=100%-90% alias Output=10%. Hubungan input-output yang diterangkan ini berlaku ketika tumpuan ada di posisi titik B atau Gain=1, jika tumpuan digeser ke titik C maka hubungan input-output menjadi seperti diterangkan berikut ini;
Output= Gain (Setpoint – Process Variable)
MV=Gain (SP – PV)——MV=2 (SP-PV)
Ketika isi bak penuh atau PV=100% dan setpoint SP=100% maka Output MV=2(100–100) alias 0% dan tidak terjadi pembukaan valve, pada saat isi bak berkurang misalnya jadi 90%, berarti PV=90%, maka Output=2(100%-90%) alias Output=20%. Kita cermati bahwa respon valve terhadap perubahan level yang sama menjadi lebih besar akibat terjadinya perubahan posisi pada tumpuan, gejala ini dalam ilmu instrument di kenal sebagai efek gain terhadap output , baca selengkapnya ulasan efek gain pada kontroler dalam artikel “Pengertian Gain, Offset dan Bias pada Kontroler”