II.3.6 Teori Kontrol 1.
Manfaat Sistem Kontrol
Pada proses industri sering dibutuhkan besaran – besaran yang memerlukan kondisi atau persyaratan khusus seperti ketelitian yang tinggi, harga
yang bervariasi dalam suatu rangkuman tertentu, perbandingan yang tetap antara variabel besaran, atau suatu besaran sebagai fungsi dari pada variabel, sehingga
berada pada suatu harga atau dalam suatu batasan range harga tertentu. Ditinjau dari segi peralatan, sistem kontrol terdiri dari berbagai susunan komponen fisis
yang digunakan untuk mengarahkan aliran energi ke suatu mesin atau proses agar dapat menghasilkan prestasi yang diinginkan. Tujuan dari pengontrolan adalah
untuk mendapatkan optimisasi dimana hal ini dapat diperoleh berdasarkan fungsi daripada sistem kontrol itu sendiri, yaitu pengukuran, membandingkan,
pencatatan perhitungan, dan perbaikan.
2. Pengelompokan Sistem Kontrol
Pengelomokan sistem control dapat dikelompokkan sebagai berikut : a.
Dengan operator manual dan otomatik Pengontrolan secara manual adalah pengontrolan yang dilakukan
oleh manusia yang bertindak sebagai operatornya. Sedangkan pengontrolan secara otomatis adalah pengontrolan yang dilakukan oleh
mesin peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya dibawah pengawasan manusia.
Universitas Sumatera Utara
b. Closed loop jaringan tertutup dan open loop jaringan terbuka.
Open loop adalah sistem pengontrolan dimana besaran keluaran dikontrol dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan melalui alat
pencatat atau recorder dan hasil dari pengontrolan tidak dikembalikan ke kontroler. Closed loop adalah hasil pengaturan besaran atau parameter
yang akan dikembalikan ke kontroler sebagai umpan balik
feed back
. c.
Kontinu analog Pengontrolan secara kontinu dapat dibedakan atas beberapa bagian
diantaranya : 1.
Kontroler aksi proportional Aksi controller terhadap output kontroler adalah bias berbanding
lurus atau berbanding terbalik, untuk sebagian kontroler, aksi proportional diatur melalui hasil sedangkan sebagian lagi diatur oleh
proportional band. Secara matematik dapat ditentukan dengan rumus :
Dimana : Mp = persen output controller PB = proportional band
r = persen set point
c = persen variable proses
bias = persen dari span controller r – c = persen error atau penyimpangan
Universitas Sumatera Utara
2. Kontroler aksi integral
Aksi integral disebut juga aksi reset , bila kontroler mengadakan perbaikan dengan membuka kembali kerangan, maka akan menutup
kerangan dalam waktu sesaat dengan tujuan untuk menyamakan variabel proses dengan setpoint. Secara matematis dapat ditentukan
dengan rumus :
Dimana : Mi
= persen output controler integral PB
= persen dari proportional band R
= waktu reset e
= error e – r dt
= lamanya aksi reset berlangsung 3.
Kontroller aksi derivative Aksi ini disebut juga aksi rate laju karena aksi derivative mendahului
perubahan pada masukan variable proses kontrol itu sendiri. Secara matematis dapat ditemtukan dengan rumus :
Dimana : Pt = persen output controler derivative Kd
= gain derivative = laju perubahan error
4. Gabungan dari ketiga aksi kontoller tersebut yaitu P proportional + I
integral, P + D derivative, atau gabungan dari ketiga aksi tersebut adalah P + I +D.
Universitas Sumatera Utara
d. Diskrit diskontinu
Pengontrolan ini dapat dilakukan oleh komponen komponen diskrit dapat dibagi atas :
a. Pengontrolan dengan dua posisi mis : relai, thermostat, level, sakelar
On – Off , dll. Bersifat osilasi. b.
Posisi ganda misalnya saklar pemilih selector switch c.
Floating : pada posisi yang relatif tak terbatas. Dalam jenis ini pemindahan energi dapat dilakukan melalui salah satu dari beberapa
kemungkinan yang ada.
Universitas Sumatera Utara
BAB. III LEVEL RADAR TRANSMITTER
Level Radar Transmitter adalah suatu alat yang berfungsi untuk menentukan tinggi permukaan level suatu fluida dengan menggunakan metode
pengukuran radar dan mengubah hasil pengukuran tersebut ke dalam bentuk besaran listrik. Adapun Level Radar Transmitter yang digunakan adalah tipe
Micropilot M FMR 240. Pengukuran yang dilakukan pada oleh Micropilot M FMR 240 adalah tanpa kontak langsung dengan objek yang akan diukur, tetapi
melalui gelombang mikro. Adapun hasil pengukuran level adalah berupa besaran listrik antara 4 – 20 mA. Karena output keluarannya yang berupa besaran listrik
maka alat ini dapat langsung dikoneksikan dengan peralatan kontrol yang pada umumnya memerlukan input sinyal yang berupa besaran listrik. Karena alasan
tersebut diatas maka hingga sekarang ini telah banyak industri yang menggunakan Micropilot M FMR 240 sebagi salah satu komponen yang terdapat pada proses
industrinya.
III.1. Prinsip kerja
Level Radar Transmitter bekerja berdasarkan prinsip metode time of flight. Yaitu teknologi pengukuran radar dengan mengukur waktu penerbangan
dari sinyal yang dipancarkan kepada sinyal hasil refleksi dari pancaran gelombang terhadap permukaan objek yang akan diukur. Teknologi radar tidak memerlukan
suatu perjalanan dan medium pengangkut di kelajuan cahaya 3×10
8
ms. Frekuensi gelombang yang dipancarkan adalah sebesar 26 GHz dan energi radiasi
Universitas Sumatera Utara
pulsa sebesar 1 mW output power rata – rata 1 µW. Waktu yang dibutuhkan untuk penerbangan sinyal yang dipancarkan terhadap sinyal hasil adalah terukur
pada satuan nanosecond.
III.2. Kontruksi Alat Dan Keterpasangan III.2.1 Kontruksi Alat
Agar dapat bekerja sesuai dengan fungsinya maka Micropilot M FMR 240 harus didukung oleh beberapa komponen yang masing – masing saling
mendukung antara satu dengan lainnya. Untuk dapat mengetahui komponen komponen yang menyusun Micropilot M FMR 240, maka untuk itu dapat kita
lihat pada Gambar 3.1 berikut ini yang merupakan gambar konstruksi dari
Micropilot M FMR 240.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.1 Kontruksi Micropilot M FMR 240.
Keterangan : 10
: Housing
Rumah atau tempat dudukan seluruh komponen yang terdapat pada Micropilot M FMR 240 terbuat dari bahan alminium.
11 : Hood for terminal compartment
Penutup terminal power supply
Universitas Sumatera Utara
12 : Screw set tempat pengatur dudukan baut
20 : Cover
Tebuat dari bahan almunium dan terdiri dari window dan gasket. 30 :
Electronics Tempat pengolahan data pengukuran.
31 : HF modul
HF High Frekuensi modul Micropilot M, 26 GHz 35
: Terminal module power supply board Terminal tempat dudukan kabel power yang dapat dilihat Gambar 3.2
berikut.
Gambar 3.2 Terminal Modul Power Supply Board
40 : Display
Adapun display yang terdapat pada Micropilot M FMR 240 berupa tampilan digital. Seperti pada Gambar 3.3.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.3 Display Micropilot M FMR 240.
50 : Antenna conection
Penghubungkan antenna dengan housing. 55
: Horn antenna Antena yang digunakan adalah dengan panjang 86 mm dan dengan
diameter 40 mm. 65 :
Sealing kit.
Universitas Sumatera Utara
III.2.2 Keterpasangan Mikropilot M FMR 240
Pada proses pengontrolan level air Micropilot M FMR 240 terpasang pada tangki horizontal selinder dengan panjang L yaitu 5,5 m, dan dengan diameter
D yaitu 2,370 m serta dengan ketebalan dinding tangki yaitu 7,4 cm, sebagaimana yang dapat kita lihat pada Gambar 3.4 berikut ini.
Gambar 3.4 Keterpasangan Micropilot M FMR 240
Pada Gambar 3.4 dapat dilihat jarak keterpasangan Micropilot M FMR 240 dari dinding tangki yang dinotasikan dengan simbol X adalah
6 1
dari panjang tangki untuk tangki horizontal selinder yang dinotasikan dengan L sedangkan
untuk tangki jenis vertical selinder adalah 6
1 dari diameter tangki D. Untuk itu
jarak antara Micropilot M FMR 240 dengan dinding tangki dapat ditentukan yaitu 0.92 m. hal ini bertujuan agar refleksi gelombang yang terbaca oleh
Universitas Sumatera Utara
Micropilot M FMR 240 bukan merupakan hasil refleksi dari dinding tangki, selain itu pemasangan alat ini tidak berdekatan dengan pipa aliran masuk fluida
ke dalam tangki, karena dapat menyebabkan gelombang yang dipancarkan kepermukaan objek yang akan diukur terputus, sehingga gelombang tidak dapat
direfleksikan objek yang akan diukur.
III.3 Cara Kerja Micropilot M FMR 240
Gelombang mikro dihasilkan oleh HF Modul akan dipancarkan melalui antena kepermukaan objek pada frekuensi 26 GHz, akan direfleksikan oleh objek
ke antena berdasarkan gema hasil refleksi gelombang mikro yang dipancarkan kepermukaan objek. Yang selanjutnya gema hasil refleksi gelombang tadi akan
diteruskan ke HF Modul Micropilot M yang terdapat pada housing yang berfungsi untuk menindas gema gangguan yang terdapat pada gema hasil pantulan untuk
diteruskan ke bagian elektronik. Dimana pada bagian elektronik terdapat suatu mikroprosesor, yang berfungsi untuk mengevaluasi sinyal yang dihasilkan oleh
HF Modul Micropilot M berdasarkan tingkatan gema yang disebabkan hasil refleksi gelombang pada permukaan permukaan produk. Yang mana output
evaluasi tersebut berupa besaran listrik antara 4 – 20 mA yang mewakili pengukuran 0 – 100 . Yang mana hasil pengukuran dapat dilihat dari display
Micropilot M FMR 240.
Universitas Sumatera Utara
III.4 Data Teknis
Adapun data – data teknis Micropilot M FMR 240 adalah sebagai berikut: 1.
Input a.
Input Power : 24 VDC
b. Range pengukuran
: 2 m c.
Operating Frekuensi : 26 GHZ d.
Band Frekuensi : K- Band
2. Output
: 4 – 20 mA 4. Ukuran horn antena yang digunakan : Panjang
: 86 mm Diameter
: 40
mm 5. Range pengukuran maximum
: 5 m
Universitas Sumatera Utara
III.5 Data pengukuran
Pada tangki boiler batubara jenis fluida yang digunakan adalah air, dengan range pengukuran Level Radar Transmitter Micropilot M FMR 240 antara 0 – 2
m. Yang berarti apabila level dalam keadaan 0 m kosong maka keluarannya adalah 4 mA, dan apabila level pada tangki 2 m maka keluarannya adalah 20 mA.
Untuk itu dapat dilihat pada Tabel 3.1 dibawah ini.
Tabel 3.1 Pengukuran Level
Arus keluar I Harga yang
terbaca Pada Display
Level m
Time of flight
ns I
Actual
mA I
Teori
mA Ralat
Final output
mA
0 0 15,8
3,98 4
0,5 4 12,5 0,25
14,46 6,02 6 0,33 6
25 0,5
12,46 8,02
8 0,24
8 37,5 0,75
10,8 10,03
10 0,29 10 50 1
9,13 11,98
12 0,16
12 62,5 1,25
7,46 14,03
14 0,21 14 75 1,5
5,8 16,03
16 0,18 16
87,5 1,75 4,13
18,02 18 0,11 18
100 2 2,46
20,03 20
0,14 20
Universitas Sumatera Utara
III.6 Analisa Data 1.
Level
Cmin Cmax
Cmin C
Cp
× 100
Dimana : Cp
=
Harga yang terbaca pada display C = Harga Actual pengukuran level m
C
min
= Harga minimum dari range pengukuran m C
max
= Harga maximum dari range pengukuran m
a. Cp = 0
m m
2 m
C
× 100 C = 0 m
b. Cp = 12,5
m m
2 m
C 12,5
× 100
C = 0,25 m c.
Cp = 25
m m
2 m
C 25
× 100
C = 0,5 m d.
Cp = 37,5
m m
2 m
C 37,5
× 100
C = 0,75 m
Universitas Sumatera Utara
e. Cp = 50
m m
2 m
C 50
× 100
C = 1 m f.
Cp = 62,5
m m
2 m
C 62,5
× 100
C = 1,25 m g.
Cp = 75
m m
2 m
C 75
× 100
C = 1,5 m h.
Cp = 100
m m
2 m
C 100
× 100
C = 2 m
2. Time of flight
L = E – D
Dimana D diperoleh dari :
2 T
. C
D
Dimana : L = Level dari produk atau cairan m.
E = Empty calibration m. F
= Jarak pengukuran penuh m.
Universitas Sumatera Utara
D = Jarak permukaan produk ke referensi point dari pengukuran m
C = Kecepatan cahaya 3 × 10
8
ms. T = Time of flight waktu penerbangan dari sinyal yang
dipancarkan kepada sinyal hasil s.
1. L = 0 m
L = E − D
0 m = 2,370 m − D
D = 2,370 m Untuk itu dapat ditentukan nilai T yaitu :
2 T
. 10
3 2,370
8
T = 15,8 ns 2.
L = 0,25 m L = E
− D 0 m = 2,370 m – 0,25
D = 2,17 m Untuk itu dapat ditentukan nilai T yaitu :
2 T
. 10
3 2,370
8
T = 14,46 3.
L = 0,5 m L = E
− D 0 m = 2,370 m – 0,5
Universitas Sumatera Utara
D = 1,87 m Untuk itu dapat ditentukan nilai T yaitu :
2 T
. 10
3 2,370
8
T = 12,46 ns 4.
L = 0,75 m L = E
− D 0 m = 2,370 m – 0,75
D = 1,62 m Untuk itu dapat ditentukan nilai T yaitu :
2 T
. 10
3 2,370
8
T = 10,8 ns 5.
L = 1 m L = E
− D 0 m = 2,370 m
− 1 D = 1,370 m
Untuk itu dapat ditentukan nilai T yaitu :
2 T
. 10
3 2,370
8
T = 9,13 ns 6.
L = 1,25 m L = E
− D 0 m = 2,370 m – 1,25
D = 1,12 m
Universitas Sumatera Utara
Untuk itu dapat ditentukan nilai T yaitu :
2 T
. 10
3 2,370
8
T = 7,46 ns 7.
L = 1,5 m L = E
− D 0 m = 2,370 m – 1,5
D = 0,87 m Untuk itu dapat ditentukan nilai T yaitu :
2 T
. 10
3 2,370
8
T = 5,8 ns 8.
L = 1,75 m L = E
− D 0 m = 2,370 m – 1,75 m
D = 0,62 m Untuk itu dapat ditentukan nilai T yaitu :
2 T
. 10
3 2,370
8
T = 4,13 ns 9.
L = 2 m L = E
− D 0 m = 2,370 m – 2m
D = 0,370 m Untuk itu dapat ditentukan nilai T yaitu :
Universitas Sumatera Utara
2 T
. 10
3 2,370
8
T = 2,46 ns
3. I Teori
Range pengukuran pengukuran pada Mikropilot M FMR 240 adalah 0 – 2 m, dengan range arus keluaran I 4 – 20 mA.
Maka didapat: I
1
= 4 mA, L
1
= 0 m I
2
= 20 mA L
2
= 2 m
Untuk mentukan Iout dapat digunakan rumus sebagai berikut :
Iout = m L + I
Dimana : I
= arus keluaran Mikropilot M FMR 240 mA m
= besarnya kenaikan arus tiap satuan meter mAm L
= level yang terukur m I
= arus keluaran pada saat level 0 m mA
Maka :
m mA
m m
mA Io
m m
mA Io
m m
mA
8 2
16 4
2 20
I = 4 mA – 0 m × 8 mAm
= 4 mA
Universitas Sumatera Utara
a. L = 0,25 m
I = 8 mAm × 0,25 m + 4 mA = 6 mA b.
L = 0,5 m I = 8 mAm × 0,5 m + 4 mA = 8 mA
c. L = 0,75 m
I = 8 mAm × 0,75 m + 4 mA = 10 mA d.
L = 1 m I = 8 mAm × 1 m + 4 mA = 12 mA
e. L = 1,25 m
I = 8 mAm × 1,25 m + 4 mA = 14 mA f.
L = 1,5 m I = 8 mAm × 1,5 m + 4 mA = 16 mA
g. L = 1,75 m
I = 8 mAm × 1,75 m + 4mA = 18 mA
4. Ralat
Iactual Iteori
Iactual Ralat
× 100
a.
98
, 3
4 98
, 3
Ralat mA
mA × 100 = 0,5
b.
02
, 6
6 02
, 6
Ralat mA
mA × 100 = 0,33
c.
02
, 8
8 02
, 8
Ralat mA
mA × 100 = 0,24
Universitas Sumatera Utara
d.
03
, 10
10 03
, 10
Ralat mA
mA × 100 = 0,29
e.
98
, 11
12 98
, 11
Ralat mA
mA × 100 = 0,16
f.
03
, 14
14 03
, 14
Ralat mA
mA × 100 = 0,21
g.
03
, 16
16 03
, 16
Ralat mA
mA × 100 = 0,18
h.
02
, 18
18 02
, 18
Ralat mA
mA × 100 = 0,11
i.
98
, 3
4 98
, 3
Ralat mA
mA × 100 = 0,5
j.
03
, 20
20 03
, 20
Ralat mA
mA × 100 = 0,14
Universitas Sumatera Utara
BAB. IV PROSES PENGONTROLAN LEVEL
IV.1 Penggunaan Level Radar Transmitter Pada Pengontrolan Level Air Tangki Boiler Batubara
Kategori