Sistem Kontrol TINJAUAN PUSTAKA

4 Irigasi kendi di Indonesia sudah dikembangkan sejak tahun 1996. Penelitian irigasi kendi ini dengan membenamkan kendi dalam tanah pasir berlempung untuk melihat rembesannya. Kendi yang digunakan mempunyai konduktivitas hidrolik jenuh K kendi 3.935x10 -10 cmdetik dan hasil rembesan pada saat awal irigasi 1.25 L hari dan menurun hingga menjadi konstan antara 0.5-0.6 L hari. Sedangkan penelitiaan irigasi kendi oleh Setiawan 1996 dengan simulasi distribusi kelembaban tanah menggunakan kelembaban numerik metode beda hingga menunjukkan bahwa distribusi kelembaban tanah ke arah radial dan vertikal berkolerelasi positip dengan K kendi. Apabila K kendi dilakukan di rumah tanaman dengan mengamati laju pembasahan tanah disekitar kendi. Distribusi kelembaban tanah hasil simulasi dan percobaannya penelitiaan dibatasi pada kajian distribusi dan profil kelembaban tanah. Kandungan air tanah dinyatakan sebagai kelembaban tanah dalam bentuk hisapan h. Model simulasi gerakan air dalam dinding kendi dan tanah dianalisis dengan pendekatan sistem koordinat silender dan simetris putar. Metode numerik elemen hingga digunakan untuk solusi dari model simulasi yang tujuannya untuk mendapatkan distribusi kelembaban tanah dan profilnya untuk menentukan zone penanamn tanaman. Osmosis adalah peristiwa perpindahan molekul-molekul zat dari larutan berkonsentrasi rendah ke larutan berkonsentrasi tinggi melalui suatu membran semipermeabel tanpa menggunakan energi transpor pasif. Sedangkan Difusi adalah peristiwa perpindahan molekul-molekul suatu zat dari larutan berkonsentrasi tinggi ke larutan berkonsentrasi rendah tanpa menggunakan energi transport pasif.

2.2 Sistem Kontrol

2.2.1 Pengertian Sistem Kontrol

Sistem kendali atau sistem kontrol control sistem adalah suatu alat kumpulan alat untuk mengendalikan, memerintah, dan mengatur keadaan dari suatu sistem. Dalam industri,sistem kontrol merupakan sebuah sistem yang meliputi pengontrolan variabel- variabel seperti temperatur temperature, tekanan pressure, aliran flow, level, dan kecepatan speed. Untuk mengimplentasikan teknik sistem kontrol Sistem Control Engineering dalam industri diperlukan banyak keahlian atau keilmuan seperti dibidang: teknologi mekanik mechanical engineering, teknik elektrik electrical engineering, elektronik electronics dan sistem pneumatik pneumaticsistems. Ada dua konsep dasar dalam sistem kontrol yang dikenal yaitu sistem kontrol lup terbuka open-loop control system atau umpan-maju feedforward dan sistem kontrol lup tertutup closed-loop control system atau umpan-balik feedback Hordeski, 1994. 1. Sistem kontrol secara manual Sistem kontrol secara manual, proses pengaturannya dilakukan secara manual oleh operator dengan mengamati keluaran secara visual, kemudian dilakukan koreksi variabel-variabel kontrolnya untuk mempertahankan hasil keluarannya. Sistem kontrol itu sendiri bekerja secara open loop, yang berarti sistem kontrol tidak dapat melakukan koreksi variabel untuk mempertahankan hasil keluarannya. Perubahan ini dilakukan secara manual oleh operator setelah mengamati hasil keluarannya melalui alat ukur atau indikator. 2. Sistem kontrol otomatis Sistem kontrol otomatis dapat melakukan koreksi variabel-variabel kontrolnya secara otomatis, dikarenakan ada untai tertutup closed loop sebagai umpan balik feedback dari hasil keluaran menuju ke masukan setelah dikurangkan dengan nilai set pointnya. 5 Pengaturan secara untai tertutup ini closed loop tidak memerlukan operator untuk melakukan koreksi variabel-variabel kontrolnya karena dilakukan secara otomatis dalam sistem kontrol dalam sistem kontrol itu sendiri Siswoyo, 2007. Dengan demikian keluaran akan selalu dipertahankan berada pada kondisi stabil sesuai dengan set point yang ditentukan. Secara umum, sistem kontrol lup tertutup terdiri dari Mahalik, 2004:  Plant : sistem atau proses yang akan dikontrol yaitu aktuator  Input : nilai referensi yang diinginkan atau disebut set point  Alat ukur : alat pengukur yang berfungsi memberikan informasi keadaan yang sebenarnya disebut sensor  Pengontrol : alatprogram yang mampu merespon sinyal kontrol agar menghasilkan output yang respek terhadap setpoint dan mengukur present value sehingga menghasilkan isyarat error.  Output : keluaran yang telah dikendalikan dan dihasilkan oleh sistem. Gambar 2. Kontrol lup tertutup Dalam sebuah kontrol otomatis suatu kondisi terkontrol controlled condition dapat berupa temperatur, tekanan, kelembaban, level, atau aliran. Hal ini mengartikan bahwa elemen pengukuran dapat berupa sensor temperatur, transduser tekanan atau tramitter, detektor level, sensor kelembaban atau sensor aliran. Sementara variabel manipulasinya dapat berupa uap air, air, udara, listrik, minyak atau gas, sedangkan perangkat terkontrol dapat berupa sebuah klep, damper penghadang, pompa atau kipas angin.

2.2.2 Sensor

Sensor adalah alat untuk mendeteksimengukur sesuatu, yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Dalam lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroler sebagai otaknya. Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan secara elektronik berfungsi mengubah besaran fisik misalnya: temperatur, gaya, kecepatan putaran menjadi besaran listrik yang proposional. Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan ini harus memenuhi persyaratan-persyaratan kualitas yakni: 6  Linieritas: Konversi harus benar-benar proposional, jadi karakteristik konversi harus linier.  Tidak tergantung temperatur: Keluaran konverter tidak boleh tergantung pada temperatur di sekelilingnya, kecuali sensor suhu.  Kepekaan: Kepekaan sensor harus dipilih sedemikian, sehingga pada nilai-nilai masukan yang ada dapat diperoleh tegangan listrik keluaran yang cukup besar.  Waktu tanggapan: Waktu tanggapan adalah waktu yang diperlukan keluaran sensor untuk mencapai nilai akhirnya pada nilai masukan yang berubah secara mendadak. Sensor harus dapat berubah cepat bila nilai masukan pada sistem tempat sensor tersebut berubah.  Batas frekuensi terendah dan tertinggi: Batas-batas tersebut adalah nilai frekuensi masukan periodik terendah dan tertinggi yang masih dapat dikonversi oleh sensor secara benar.  Stabilitas waktu: Untuk nilai masukan input tertentu sensor harus dapat memberikan keluaran output yang tetap nilainya dalam waktu yang lama.  Histerisis: Gejala histerisis yang ada pada magnetisasi besi dapat pula dijumpai pada sensor. Misalnya, pada suatu temperatur tertentu sebuah sensor dapat memberikan keluaran yang berlainan. Septiawan, 2010. Empat sifat diantara syarat-syarat dia atas, yaitu linieritas, ketergantungan pada temperatur, stabilitas waktu dan histerisis menentukan ketelitian sensor.

2.2.3 Kontrol On-Off

Dalam kontrol on-off, elemen pembangkit hanya mempunyai dua posisi tertentu yaitu on dan off. Kontrol on-off relatif sederhana dan tidak mahal dan dalam hal ini banyak digunakan dalam sistem kontrol industri maupun domestik. Ambil sinyal keluaran dari kontroler ut tetap pada salah satu nilai maksimum dan minimum tergantung apakah sinyal pembangkit kesalahan positif atau negatif, sehingga ut = U 1 untuk et0 = U 2 untuk et0 dengan U 1 dan U 2 konstan. Nilai minimum U 2 biasanya nol atau –U 1 . Kontroler on-off umumnya merupakan perangkat listrik dan sebuah katup yang dioperasikan dengan selenoida. Kontroler pneumatik proporsional dengan penguatan yang sangat tinggi bereaksi sebagai kontroler on-off dan terkadang disebut juga kontroler pneumatik on-off. a b Gambar 3. a Diagram blok kontroler on-off; b diagram blok kontroler on-off dengan jurang differensial 7 Gambar 3 a dan 3 b menunjukkan diagram blok kontroler on-off. Daerah dengan sinyal pembangkit kesalahan yang digerakkan sebelum terjadi switching disebut jurang differensial. Jurang differensial ditunjukkan pada Gambar 3 b. suatu jurang differensial menyebabkan keluaran kontroler ut tetap pada nilai awal sampai sinyal pembangkit kesalahan telah bergerak mendekati nilai nol. Dalam beberapa kasus jurang differensial terjadi sebagai akibat adanya penghalang yang tidak dikehendaki dan gerakan yang hilang, sering juga hal ini dimaksudkan untuk mencegah operasi yang berulang-ulang dari mekanisme on-off.

2.2.4 Relay

Relay merupakan salah satu perangkat elektronik yang sering digunakan dalam membuat suatu perangkat keras. Dalam dunia elektronika, relay dikenal sebagai komponen yang dapat mengimplementasikan logika switching. Sebelum tahun 70-an, relay merupakan “otak” dari rangkaian pengendali. Baru setelah itu muncul PLC yang mulai menggantikan posisi relay. Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik Wicaksono, 2010. Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut:  Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup atau membuka kontak saklar.  Saklar yang digerakkan secara mekanis oleh dayaenergi listrik. Gambar 4. Relay yang beredar di pasaran Sumber: Killian, 1996 Secara umum, relay digunakan untuk memenuhi fungsi-fungsi berikut:  Remote control: dapat menyalakan atau mematikan alat dari jarak jauh.  Penguatan daya: menguatkan arus atau tegangan Contoh: starting relay pada mesin mobil.  Pengatur logika kontrol suatu sistem. Prinsip Kerja dan Simbol Relay terdiri dari coil dan contact. Perhatikan Gambar 5. coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis: Normally Open kondisi awal sebelum diaktifkan open, dan Normally Closed kondisi awal sebelum diaktifkan close. Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay: ketika Coil mendapat energi listrik energized, akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan menutup. 8 Gambar 5. Skema relay elektromekanik Sumber: Killian, 1996 Selain berfungsi sebagai komponen elektronik, relay juga mempunyai fungsi sebagai pengendali sistem, sehingga relay mempunyai 2 macam symbol yang digunakan pada:  Rangkaian listrik hardware  Program software Simbol yang digunakan pada relay adalah: Gambar 6. Rangkaian dan simbol logika relay Sumber: Killian, 1996 Simbol selalu mewakili kondisi relay tidak dienergized. Relay sebagai pengendali Salah satu kegunaan utama relay dalam dunia industri ialah untuk implementasi logika kontrol dalam suatu sistem. Sebagai “bahasa pemrograman” digunakan konfigurasi yang disebut ladder diagram atau relay ladder logic. Relay ladder logic ladder diagram memiliki:  Diagram wiring yang khusus digunakan sebagai bahasa pemrograman untuk rangkaian kontrol relay dan switching.  LD Tidak menunjukkan rangkaian hardware, tapi alur berpikir.  LD Bekerja berdasar aliran logika, bukan aliran teganganarus. 9 Relay Ladder Logic terbagi menjadi 3 komponen yaitu: 1. Input: pemberi informasi 2. Logic: pengambil keputusan 3. Output: usaha yang dilakukan Gambar 7. Diagram sederhana sistem kontrol berbasis relay Dari Gambar 7. nampak bahwa sistem kendali dengan relay ini mempunyai input device misalnya: berbagai macam sensor, switch dan output device misalnya : motor, pompa, lampu. Dalam rangkaian logikanya, masing-masing input, output, dan semua komponen yang dipakai mengikuti standard khusus yang unik dan telah ditetapkan secara internasional. Pada Gambar 8. dapat dilihat aplikasi relay untuk membentuk gerbang – gerbang logika sederhana AND, OR, NOT, dan latching. Gambar 8. Relay untuk membentuk gerbang logika Sumber: Kilian, 1996 10 Sebagai pengendali, relay dapat mengatur komponen-komponen lain yang membentuk suatu kendali di industri, diantaranya: switch, timer, counter, sequencer, dan lain-lain.

2.2.5 Solenoid Valve

Solenoid valve adalah katup yang digerakan oleh energi listrik, mempunyai kumparan sebagai penggeraknya yang berfungsi untuk menggerakan piston yang dapat digerakan oleh arus AC maupun DC, solenoid valve atau katup valve solenoida mempunyai lubang keluaran, lubang masukan dan lubang exhaust, lubang masukan, berfungsi sebagai terminal tempat cairan masuk atau supply, lalu lubang keluaran, berfungsi sebagai terminal atau tempat cairan keluar yang dihubungkan ke beban, sedangkan lubang exhaust, berfungsi sebagai saluran untuk mengeluarkan cairan yang terjebak saat piston bergerak atau pindah posisi ketika solenoid valve bekerja. Struktur solenoid valve disajikan pada Gambar 9. Prinsip kerja dari solenoid valvekatup valve solenoida yaitu katup listrik yang mempunyai koil sebagai penggeraknya dimana ketika koil mendapat supply tegangan maka koil tersebut akan berubah menjadi medan magnet sehingga menggerakan piston pada bagian dalamnya ketika piston berpindah posisi maka pada lubang keluaran dari solenoid valve akan keluar cairan yang berasal dari supply, pada umumnya solenoid valve mempunyai tegangan kerja 100200 VAC namun ada juga yang mempunyai tegangan kerja DC. Gambar 9. Struktur fungsi solenoid valve Keterangan: 1. Valve body 2. Terminal masukan inlet port 3. Terminal keluaran outlet port 4. Koil solenoid 5. Kumparan 6. Kabel suplai tegangan 7. Plunger 8. Spring 9. Lubang exhaust Wardana, 2011 11

2.3 Mikrokontroler