PENGENDALIAN BERTINGKAT (CASCADE CONTROL)

5.1 PENGENDALIAN BERTINGKAT (CASCADE CONTROL)

5.1.1 PRINSIP PENGENDALIAN

Prinsip pengendalian bertingkat adalah meredam pengaruh gangguan yang masuk melalui manipulated variable dengan memakai lingkar pengendali tambahan (primary controller, inner controller, slave controller, sub-controller) yang terletak di dalam lingkar utama (secondary controller, outer control, master control, atau main controller). Jika gangguan dapat diredam oleh pengendali tambahan, maka gangguan dapat mudah ditangani secara efisien dan tanggapan sistem menjadi lebih baik. Dengan demikian akan diperoleh pengendalian yang halus, akurat, dan cepat. Jadi tujuan pengendalian kaskade adalah:

• Meredam gangguan yang masuk melalui manipulated variable. • Menambah keamanan operasi. • Memperhalus pengendalian (memperbaiki linieritas). • Menambah akurasi pengendalian

Pengendalian cascade memerlukan dua pengendali. Satu pengendali bertindak sebagai induk (master) dan yang lain sebagai hamba (slave). Sehingga terbentuk dua lingkar pengendalian. Lingkar pengendalian dalam (inner loop) menjadi bagian dari lingkar luar (outer loop). Satu hal penting di sini, tanggapan lingkar dalam (inner loop) harus lebih cepat paling tidak tiga kali lingkar luar (outer loop), tetapi biasanya 10 sampai

20 kalinya. Dengan kata lain konstanta waktu lingkar salam harus jauh lebih kecil dibanding lingkar luar primer.

Contoh-5.1 Pengendalian Suhu reaktor . Sebagai contoh pengendalian suhu dalam reaktor dengan memakai air sebagai medium pendingin. Suhu reaktor dikendalikan dengan memanipulasi laju alir air. Di sini terdapat gangguan, yang bila tidak diperhatikan bisa menjadi masalah serius, yaitu suhu. Begitu terjadi perubahan, pengendali suhu tidak segera merasakan perubahan, sampai suhu reaktor benar-benar berubah. Perubahan suhu jaket dapat diatasi bila terhadap laju alir air juga dilakukan pengendalian. Dengan demikian terdapat dua pengendali. Pertama, pengendali suhu reaktor (TC-1) sebagai pengendali induk (master controller atau primary controller). Kedua, pengendali suhu jaket (TC-2) sebagai pengendali hamba (slave controller atau secondary controller). Suhu jaket dikendalikan dengan mengatur laju alir air. Jika suhu air masuk jaket berubah, suhu jaket berubah meskipun laju alirnya tetap. Perubahan suhu jaket menunjukkan perubahan gangguan.

Gambar 5.1 Diagram instrumentasi pengendalian cascade pada reaktor. Keterangan: TT-1 Transmiter suhu reaktor TT-2 Transmiter suhu jaket TC-1 Pengendali suhu reaktor TC-2 Pengendali suhu jaket

Gambar 5.2 Diagram blok pengendalian cascade pada reaktor.

Contoh-5.2 Pengendalian Suhu Tanur . Dalam pengendalian umpan balik konvensional, suhu minyak panas dikendalikan oleh laju alir bahan bakar. Karakteristik katup kendali tidaklah linier, sehingga menurunkan kinerja pengendali PID. Jika tekanan bahan bakar (sebagai gangguan) berubah, maka laju alir bahan bakar berubah meskipun bukaan katup kendali tetap.

Gambar 5.3 Pengendalian suhu tanur dengan umpan balik konvesional

Pada pengendalian cascade, sebagai loop primer adalah pengendalian suhu minyak keluar yang mengatur setpoint tekanan bahan bakar. Loop sekunder adalah pengendalian tekanan bahan bakar yang menjaga tekanan bahan bakar tanpa menghiraukan tekanan umpan bahan bakar dan karakteristik katup kendali.

Gambar 5.4 Pengendalian suhu tanur dengan pengendalian cascade.

Beberapa hal penting pada implementasi pengendalian cascade. • Loop dalam (sekunder) harus lebih cepat paling tidak tiga kali loop luar (primer). • Pengendalian loop dalam (sekunder) tidak perlu akurat, yang penting memiliki tanggapan cepat terhadap perubahan gangguan atau setpoint. Oleh sebab itu

pengendali proporsional (P) biasanya mencukupi.

• Dalam beberapa hal, jika loop dalam (sekunder) tidak dapat mengikuti setpoint dalam waktu yang lama diperlukan reset feedback untuk penjejakan keluaran

(output tracking) semacam anti-reset windup. • Sistem pengendalian cascade akan menaikkan frekuensi alami dan memperkecil

konstanta waktu sistem. Keduanya merupakan keuntungan sistem ini. Tetapi keuntungan utama adalah kemampuan mengurangi pengaruh gangguan.

• Pengendalian cascade dapat menyempurnakan kinerja sistem pengendalian umpan balik secara dramatik, jika dirancang dan diterapkan dengan benar.

5.1.2 PENALAAN PENGENDALIAN CASCADE

Penalaan pengendalian cascade di samping untuk menentukan nilai parameter pengendali, juga untuk memastikan bahwa loop dalam tidak mempengaruhi loop luar. Langkah penalaan dimulai dari loop dalam baru diikuti loop luar.

1) Loop luar disetel pada posisi manual (MANU).

2) Loop dalam ditala hingga diperoleh tanggapan yang cukup mantap.

3) Loop luar kemudian diubah ke posisi automatik (AUTO) dan dilakukan penalaan. Yang perlu dijaga adalah, jangan sampai terjadi osilasi pada variabel proses utama. Jika terjadi osilasi sensitivitas loop luar perlu diturunkan dengan memperbesar PB (atau memper-kecil gain).

4) Tanggapan loop dalam dibuat secepat mungkin, tetapi tidak boleh terlalu cepat. Jika terlalu cepat, loop dalam dapat mempengaruhi kestabilan loop luar.

5) Jika loop akan ditala ulang, pertama-tama loop luar diubah ke manual baru loop dalam ditala. Setelah loop dalam pada posisi automatik, baru diikuti loop luar dikembalikan ke automatik.