Pertemuan 1 Pengenalan Dasar Sistem Kont
Pertemuan-1: Pengenalan Dasar Sistem Kontrol
Tujuan Instruksional Khusus (TIK):
Mengerti filosopi sistem control dan aplikasinya serta memahami istilahistilah/terminology yang digunakan dalam system control
Pokok Pembahasan:
1. Persamaan diferensial/transformasi Laplace
2. Transfer function
3. Diagram blok
4. Diagram aliran sinyal (signal flow diagram
Pendahuluan
Sistem kontrol merupakan hal penting di dunia industri dan di era teknologi informasi saat ini.
Proses produksi dan manufacturing dituntut kestabilannya dan setiap perubahan dapat direspon
secara cepat dan real time. Hal ini karena adanya tuntutan kualitas produk dan proses yang
konsisten dari pasar dan dunia industri itu sendiri.
Contoh sistem control industri seperti
pengontrolan variabel-variabel temperatur (temperature), tekanan (pressure), aliran (flow), level
(level), dan kecepatan (speed). Variabel-variabel ini adalan parameter-parameter keluaran
(output) yang harus dijaga tetap sesuai dengan keinginan yang telah ditetapkan terlebih dahulu
oleh operator yang disebut dengan setpoint/set value (SV) sementara nilai actual proses disebut
Process Value (PV). Sistem yang dikontrol (bangunan) agar variabel keluaran dijaga tetap pada
kondisi tertentu disebut dengan plant.
Implementasi teknik sistem kontrol (System Control Engineering) melibatkan multidisiplin ilmu
seperti bidang: teknik mesin (mechanical engineering), teknik elektrik (electrical engineering),
elektronik (electronics) dll dimana kolariborasi keilmuan tersebut lazim disebut Mekatronika
(Mechatronics)
Sistem kontrol berdasarkan aliran sinyal control dibagi atas dua:
1. Sistem kontrol secara manual (Open Loop Controls).
Sistem kontrol secara manual, proses pengaturannya dilakukan secara manual oleh
operator dengan mengamati keluaran secara visual, kemudian dilakukan koreksi variabelvariabel kontrolnya untuk mempertahankan hasil keluarannya. Sistem kontrol itu sendiri
bekerjanya secara open loop, artinya 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 (Closed Loop Controls)
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 setpointnya.
Pengaturan secara untai tertutup ini (closed loop controls), tidak memerlukan operator untuk
melakukan koreksi variabel-variabel kontrolnya karena dilakukan secara otomatis dalam
sistem kontrol dalam sistem kontrol itu sendiri. Dengan demikian keluaran akan selalu
dipertahankan berada pada kondisi stabil sesuai dengan setpoint yang ditentukan.
Kebutuhan dalam Sistem Kontrol Otomatis
Terdapat tiga alasan utama, mengapa plant proses atau bangunan memerlukan kontrol secara
otomatis:
1. Keamanan (Safety). Pada kondisi kompleksitas yang tinggi atau plant/proses yang
berbahaya, pada akhirnya dibutuhkan kontrol otomatis dan protokol untuk menjaga
keamanan.
2. Stabilitas (Stability). Plant atau proses harus bekerja secara mantap (steadily), dapat
diprediksi (predictably) dan keterulangan (repeatably), tanpa fluktuasi atau kegagalan
yang tidak terencana.
3. Ketelitian (Accuracy)
Hal ini utamanya diperlukan dalam industri dan ini adalah suatu kebutuhan utama dalam pabrikpabrik dan bangunan untuk mencegah produksi cacat, untuk menaikkan mutu dan tingkat
produksi, dan memelihara kenyamanan. Ini adalah pokok dari efisiensi secara ekonomis.
Contoh Sederhana Sistem Kontrol
Agar mudah dimengerti tentang sistem kontrol berikut ini dijelaskan sebuah sistem kontrol yang
dioperasikan oleh operator secara manual seperti yang diperlihatkan dalam gambar berikut ini.
Gambar 1. Model Sistem Kontrol Sederhana (manual control system)
Contoh proses yang diperlihatkan dalam gambar di atas, operator mengoperasikan secara
manual (dengan tangan) agar membuat variasi aliran air melalui variasi pembukaan atau
penutupan Klep Masukan untuk memastikan bahwa:
1. Permukaan air tidaklah terlalu tinggi; atau dijalankan dengan membuang sampah
melalui pelimpah.
2. Permukaan air tidaklah terlalu rendah; atau tidak sampai pada bagian dasar dari
tangki.
Hasil dari sistem kontrol ini adalah air keluar dari tangki pada tingkat rate yang berada pada
daerah cakupan yang diperlukan. Jika air keluar pada rate terlalu tinggi atau rendah, proses
pengaliran air melalui klep masukan dikatakan tidak beroperasi secara benar.
Pada kondisi awal, klep pengosongan pada pipa produk akhir berada pada posisi yang tetap.
Pada contoh sistem kontrol dalam Gambar 1 di atas akan mendemontrasikan bahwa:
1. Operator mengarahkan untuk menjaga kondisi air didalam tangki melalui klep
masukan agar berada pada level antara 1 dan 2. Level permukaan air pada
kondisi tersebut disebut sebagai Kondisi Terkontrol (Controlled Condition).
2. Kondisi Terkontrol atau Daerah Kontrol yang dapat dicapai dengan pengendalian
aliran air melalui klep pipa masukan. Aliran arus air (flowrate) tersebut dikenal
sebagai Variabel Manipulasi (Manipulated Variable), dan klep masukan disebut
sebagai Perangkat Kontrol (Controlled Device).
3. Air itu sendiri disebut sebagai Agen Kontrol (Control Agent).
4. Pengendalian aliran air kedalam tangki, maka level air akan berubah. Perubahan
level air dalam tangki dikenal sebagai Variabel Kontrol (Controlled Variable).
5. Sedangkan air dalam tangki dikenal sebagai Media Terkontrol (Controlled
Medium).
6. Level air diusahakan dipelihara yang dapat dilihat pada indikator secara visual
disebut sebagai Setpoint (Set Point atau Set Value).
7. Level air yang dipelihara pada titik diantara 1 dan 2 yang terlihat pada indikator
secara visual dan parameter kontrol masih diperkenankan yaitu berada sedikit
diatas dasar tangki dan tidak melimpah. Nilai pada daerah ini disebut sebagai
Nilai yang diinginkan (Desired Value).
8. Diasumsikan bahwa level dirawat secara ketat agar berada pada titik antara 1
dan 2. Level air ini berada pada keadaan Mantap (Steady State), dikenal sebagai
Nilai
Kontrol
(Control
Value)
atau
Nilai
Nyata
(Actual
Value).
Catatan: Melihat pada point 7 dan 8 di atas, level air secara ideal dipelihara pada
titik 3. Tetapi pada kenyataannya level akan berada diantara 1 dan 2, namun
masih bekerja dengan baik. Perbedaan antara Setpoint dan Nilai Nyata disebut
sebagai Deviasi (Deviation).
9. Jika klep masukan ditutup pada posisi baru, level air dalam tangki akan menurun
dan deviasi akan berubah. Ayunan deviasi (Sustained Deviation) ini disebut
sebagai Offset.
Elemen-elemen kontrol otomatis
Elemen-elemen dari sistem kontrol otomatis secara blok diagram diperlihatkan dalam Gambar 2
berikut ini:
Gambar 2. Elemen-elemen dari sistem kontrol otomatis
Dari Gambar 1 di atas terdapat elemen-elemen kontrol seperti yang diperlihatkan dalam Gambar
2. Elemen-elemen kontrol tersebut adalah:
1. Mata operator mendeteksi adanya pergerakan level air melalui skala yang telah
ditandai terlebih dahulu. Mata operator dikatakan sebagai Sensor.
2. Sinyal dari mata (sensor) menuju ke otak, yang mana akan mengetahui adanya
deviasi. Otak dapat dikatakan sebagai Kontroler (Controller).
3. Arm Muscle (Lengan dari klep masukan) dan tangan (aktuator, actuator) memutar
klep, disebut sebagai Perangkat Pengontrol (Controlled Device).
Cara penjelasan yang berbeda diperlihatkan kempbali dalam Gambar 2, sebagai penjelasan dari
Gambar 1 yaitu:
Secara sederhana operator dalam Gambar 1 akan menahan air dalam tangki pada kondisi level
yang telah didefinisikan atau ditentukan. Level 3 dapat disebut sebagai target dari operator atau
disebut sebagai Setpoint.
Operator secara fisik memanipulasi level dengan menyetel klep masukan (sebagai perangkat
pengontrol). Selanjutnya operasi yang sangat penting adalah kompetensi dan konsentrasi
operator. Sebab, tidak akan mungkin secara nyata air akan berada pada level 3 secara terus
menerus. Umumnya, level air akan berada di bawah atau diatas level 3. Posisi atau level yang
tetap ini disebut sebagai Nilai Kontrol atau Nilai Nyata.
Besarnya kesalahan (error) atau perbedaan antara setpoint dan nilai nyata disebut sebagai
deviasi. Jika deviasi konstan atau disebut kondisi matap, hal ini disebut sebagai Ayunan Deviasi
atau Ofset.
Operator memanipulasi level air, pada akhirnya diarahkan untuk menghasilkan keluaran, pada
kasus ini, adalah sebuah kebutuhan aliran air yang keluar dari tangki.
Ukuran Keselamatan (Safety), Stabilitas (Stability) dan Ketelitian (Accuracy)
Hal ini dapat diasumsikan bahwa sebuah proses secara tipikal dari Gambar 1 berisi materi yang
tidak berbahaya. Oleh karena itu, limpahan air yang keluar dari pelimpah menjadikan aman bagi
operator akan tetapi tidak ekonomis atau tidak produktif. Dalam kaitannya dengan stabilitas,
operator akan mampu menangani proses ini, yaitu dengan penuh perhatian mengamati setiap
perubahan lever yang terjadi dalam tangki. Ketelitian tidak akan ada pada proses ini sebab
operator hanya dapat merespon terhadap kisaran nilai level yang dapat diterima dan kesalahan
yang diperbolehkan.
Kesimpulan Terminologi
Dalam sistem kontrol terdapat istilah-istilah yang sering dipakai dan memiliki arti tersendiri.
Untuk memudahkan pembahasan dalam sistem kontrol perlu didefinisikan sebuah terminologi
dari istilah-istilah tersebut yaitu:
Setpoint (Set Point):
Nilai set dalam skala sistem kontrol dalam hal untuk memperoleh
kondisi yang diinginkan
Nilai
yang
diinginkan Nilai yang diinginkan dan diperbolehkan berayun disekitar kondisi
(Desired Value):
Nilai
ideal
Kontrol
(Control Nilai dari kondisi kontrol pada kenyataannya dipelihara agar menjadi
Value):
kondisi matap
Deviasi (Deviation):
Perbedaan antara nilai setpoint dan nilai kontrol
Offset (Offset):
Ayunan dari deviasi
Sensor (Sensor):
Elemen yang merespon secara langsung
Media
Terkontrol Media yang dikontrol oleh sistem. Media yang terkontrol dalam
(Controlled Medium):
Kondisi
Terkontrol Kondisi fisik dari media terkontrol. Dalam contoh diatas adalah level
(Controlled Condition):
Kontroler (Controller):
Aktuator (Actuator):
Perangkat
contoh di atas adalah air dalam tangki
air dalam tangki
Perangkat yang menerima sinyal dari sensor dan mengirimkan
sinyal koreksi (atau pengontrolan) ke aktuator
Elemen yang menyetel perangkat terkontrol dalam hal merespon
sinyal dari kontroler
Terkontrol Elemen pengontrolan paling akhir didalam sebuah sistem kontrol,
(Controlled Device):
sperti pengontrolan klep atau variabel kecepatan pompa
Elemen Sistem Kontrol Temperatur
Berikut ini akan dijelaskan sistem kontrol yang lainnya yaitu sistem kontrol temperatur. Jika
dioperasikan secara manual diperlihatkan dalam Gambar 3 berikut ini:
Gambar 3. Sistem kontrol temperatur secara manual
Ukuran Keselamatan (Safety), Stabilitas (Stability) dan Ketelitian (Accuracy)
Melihat dari operasi secara manual yang dapat mengontrol level air seperti dalam Gambar 1,
pengontrolan secara manual dari temperatur adalah lebih sulit seperti yang diperlihatkan dalam
Gambar 3.
Jika aliran dari air bervariasi, kondisi ini akan menyebabkan perubahan secara cepat dari jumlah
panas yang tertahan dalam uap air. Operator merespon perubahan posisi dari klep uap masuk
yang tidak dapat dilakukan secara cepat. Bahkan setelah klep tertutup, coil akan masih berisi
sejumlah sisa uap air, yang akan berlanjut melepaskan panasnya melalui kondensasi.
Antisipasi perubahan
Pengalaman akan banyak membantu, tetapi secara umum operator tidak akan mampu
mengantisipasi perubahan. Ia harus mengamati perubahan terlebih dahulu sebelum membuat
suatu keputusan dan melakukan suatu tindakan.
Hal ini dan lain faktor, seperti hal yang tidak menyenangkan dan biaya seorang operator secara
permanen untuk melakukan pengontrolan, potensi kesalahan operator, kebutuhan variasi
proses, ketelitian, perubahan cepat dalam semua kondisi dan keterlibatan beberapa proses,
semua mendorong kearah kebutuhan akan sistem kontrol secara otomatis.
Demi keselamatan, dipasang sebuah alarm yang dapat didengar, seperti yang diperlihatkan
dalam Gambar 3 untuk memperingatkan adanya temeratur lebih. Ini merupakan alasan lainnya
dalam sistem pengaturan otomatis.
Kontrol Otomatis
Suatu kondisi terkontrol (controlled condition) boleh jadi 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.
Variabel manipulasi dapat berupa uap air, air, udara, listrik, minyak atau gas, sedangkan
perangkat terkontrol dapat berupa sebuah klep, damper (penghadang), pompa atau kipas angin.
Untuk kepentingan agar dapat menunjukkan prinsip dasar, penjelasan ini akan berkonsentrasi
pada klep sebagai perangkat terkontrol dan temperatur sebagai kondisi terkontrol, dengan
sensor temperatur sebagai elemen pengukur.
Komponen Sistem Kontrol Otomatis
Dalam Gambar 4 mengillustrasikan bagian dari komponen dasar dari sistem pengaturan
otomatis. Sinyal dari sensor menuju ke kontroler. Kontroler, dimungkinkan dapat mengambil
sinyal dari beberapa sensor, akan menentukan apakah suatu perubahan variabel manipulasi
diperlukan berdasarkan dari sinyal tersebut. Hal itu akan memerintahkan aktuator untuk
mengubah perbedaan posisi dari klep, terbuka penuh atau tertutup penuh tergantung dari
kebutuhan.
Gambar 4. Komponen kontrol dalam sistem kontrol otomatis
Kontroler biasanya dapat diklasifikasikan berdasarkan sumber energi yang dipergunakan untuk
menggerakkannya bisa listrik, pneumatik (tekanan udara), hidrolik (tekanan cairan biasanya oli)
atau mekanik. Aktuator dapat berupa motor listrik. Aktuator juga dapat diklasifikasikan
berdasarkan sumber energi yang dipergunakan untuk menggerakkannya, hal ini sama dengan
kontroler. Klep digolongkan berdasarkan aksinya yang digunakan untuk membuat posisi buka
atau tutup dari aliran, dan oleh konfigurasi bentuknya, sebagai contoh apakah terdiri dari spindel
gelinding atau gerakan putar.
Secara keseluruhan dari sistem kontrol otomatis, kadang-kadang merupakan kombinasi dari
beberapa komponen kontrol dengan klasifikasi yang berbeda, misalnya gabungan antara
hidrolik, elektrik dan mekanik. Dalam gambar 5 diperlihatkan gabungan beberapa komponen
dan elemen kontrol untuk membentuk sistem kontrol proses secara otomatis.
Gambar 5. Secara tipikal: Gabungan perangkat kontrol dengan elemen-elemen sistem
Tujuan Instruksional Khusus (TIK):
Mengerti filosopi sistem control dan aplikasinya serta memahami istilahistilah/terminology yang digunakan dalam system control
Pokok Pembahasan:
1. Persamaan diferensial/transformasi Laplace
2. Transfer function
3. Diagram blok
4. Diagram aliran sinyal (signal flow diagram
Pendahuluan
Sistem kontrol merupakan hal penting di dunia industri dan di era teknologi informasi saat ini.
Proses produksi dan manufacturing dituntut kestabilannya dan setiap perubahan dapat direspon
secara cepat dan real time. Hal ini karena adanya tuntutan kualitas produk dan proses yang
konsisten dari pasar dan dunia industri itu sendiri.
Contoh sistem control industri seperti
pengontrolan variabel-variabel temperatur (temperature), tekanan (pressure), aliran (flow), level
(level), dan kecepatan (speed). Variabel-variabel ini adalan parameter-parameter keluaran
(output) yang harus dijaga tetap sesuai dengan keinginan yang telah ditetapkan terlebih dahulu
oleh operator yang disebut dengan setpoint/set value (SV) sementara nilai actual proses disebut
Process Value (PV). Sistem yang dikontrol (bangunan) agar variabel keluaran dijaga tetap pada
kondisi tertentu disebut dengan plant.
Implementasi teknik sistem kontrol (System Control Engineering) melibatkan multidisiplin ilmu
seperti bidang: teknik mesin (mechanical engineering), teknik elektrik (electrical engineering),
elektronik (electronics) dll dimana kolariborasi keilmuan tersebut lazim disebut Mekatronika
(Mechatronics)
Sistem kontrol berdasarkan aliran sinyal control dibagi atas dua:
1. Sistem kontrol secara manual (Open Loop Controls).
Sistem kontrol secara manual, proses pengaturannya dilakukan secara manual oleh
operator dengan mengamati keluaran secara visual, kemudian dilakukan koreksi variabelvariabel kontrolnya untuk mempertahankan hasil keluarannya. Sistem kontrol itu sendiri
bekerjanya secara open loop, artinya 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 (Closed Loop Controls)
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 setpointnya.
Pengaturan secara untai tertutup ini (closed loop controls), tidak memerlukan operator untuk
melakukan koreksi variabel-variabel kontrolnya karena dilakukan secara otomatis dalam
sistem kontrol dalam sistem kontrol itu sendiri. Dengan demikian keluaran akan selalu
dipertahankan berada pada kondisi stabil sesuai dengan setpoint yang ditentukan.
Kebutuhan dalam Sistem Kontrol Otomatis
Terdapat tiga alasan utama, mengapa plant proses atau bangunan memerlukan kontrol secara
otomatis:
1. Keamanan (Safety). Pada kondisi kompleksitas yang tinggi atau plant/proses yang
berbahaya, pada akhirnya dibutuhkan kontrol otomatis dan protokol untuk menjaga
keamanan.
2. Stabilitas (Stability). Plant atau proses harus bekerja secara mantap (steadily), dapat
diprediksi (predictably) dan keterulangan (repeatably), tanpa fluktuasi atau kegagalan
yang tidak terencana.
3. Ketelitian (Accuracy)
Hal ini utamanya diperlukan dalam industri dan ini adalah suatu kebutuhan utama dalam pabrikpabrik dan bangunan untuk mencegah produksi cacat, untuk menaikkan mutu dan tingkat
produksi, dan memelihara kenyamanan. Ini adalah pokok dari efisiensi secara ekonomis.
Contoh Sederhana Sistem Kontrol
Agar mudah dimengerti tentang sistem kontrol berikut ini dijelaskan sebuah sistem kontrol yang
dioperasikan oleh operator secara manual seperti yang diperlihatkan dalam gambar berikut ini.
Gambar 1. Model Sistem Kontrol Sederhana (manual control system)
Contoh proses yang diperlihatkan dalam gambar di atas, operator mengoperasikan secara
manual (dengan tangan) agar membuat variasi aliran air melalui variasi pembukaan atau
penutupan Klep Masukan untuk memastikan bahwa:
1. Permukaan air tidaklah terlalu tinggi; atau dijalankan dengan membuang sampah
melalui pelimpah.
2. Permukaan air tidaklah terlalu rendah; atau tidak sampai pada bagian dasar dari
tangki.
Hasil dari sistem kontrol ini adalah air keluar dari tangki pada tingkat rate yang berada pada
daerah cakupan yang diperlukan. Jika air keluar pada rate terlalu tinggi atau rendah, proses
pengaliran air melalui klep masukan dikatakan tidak beroperasi secara benar.
Pada kondisi awal, klep pengosongan pada pipa produk akhir berada pada posisi yang tetap.
Pada contoh sistem kontrol dalam Gambar 1 di atas akan mendemontrasikan bahwa:
1. Operator mengarahkan untuk menjaga kondisi air didalam tangki melalui klep
masukan agar berada pada level antara 1 dan 2. Level permukaan air pada
kondisi tersebut disebut sebagai Kondisi Terkontrol (Controlled Condition).
2. Kondisi Terkontrol atau Daerah Kontrol yang dapat dicapai dengan pengendalian
aliran air melalui klep pipa masukan. Aliran arus air (flowrate) tersebut dikenal
sebagai Variabel Manipulasi (Manipulated Variable), dan klep masukan disebut
sebagai Perangkat Kontrol (Controlled Device).
3. Air itu sendiri disebut sebagai Agen Kontrol (Control Agent).
4. Pengendalian aliran air kedalam tangki, maka level air akan berubah. Perubahan
level air dalam tangki dikenal sebagai Variabel Kontrol (Controlled Variable).
5. Sedangkan air dalam tangki dikenal sebagai Media Terkontrol (Controlled
Medium).
6. Level air diusahakan dipelihara yang dapat dilihat pada indikator secara visual
disebut sebagai Setpoint (Set Point atau Set Value).
7. Level air yang dipelihara pada titik diantara 1 dan 2 yang terlihat pada indikator
secara visual dan parameter kontrol masih diperkenankan yaitu berada sedikit
diatas dasar tangki dan tidak melimpah. Nilai pada daerah ini disebut sebagai
Nilai yang diinginkan (Desired Value).
8. Diasumsikan bahwa level dirawat secara ketat agar berada pada titik antara 1
dan 2. Level air ini berada pada keadaan Mantap (Steady State), dikenal sebagai
Nilai
Kontrol
(Control
Value)
atau
Nilai
Nyata
(Actual
Value).
Catatan: Melihat pada point 7 dan 8 di atas, level air secara ideal dipelihara pada
titik 3. Tetapi pada kenyataannya level akan berada diantara 1 dan 2, namun
masih bekerja dengan baik. Perbedaan antara Setpoint dan Nilai Nyata disebut
sebagai Deviasi (Deviation).
9. Jika klep masukan ditutup pada posisi baru, level air dalam tangki akan menurun
dan deviasi akan berubah. Ayunan deviasi (Sustained Deviation) ini disebut
sebagai Offset.
Elemen-elemen kontrol otomatis
Elemen-elemen dari sistem kontrol otomatis secara blok diagram diperlihatkan dalam Gambar 2
berikut ini:
Gambar 2. Elemen-elemen dari sistem kontrol otomatis
Dari Gambar 1 di atas terdapat elemen-elemen kontrol seperti yang diperlihatkan dalam Gambar
2. Elemen-elemen kontrol tersebut adalah:
1. Mata operator mendeteksi adanya pergerakan level air melalui skala yang telah
ditandai terlebih dahulu. Mata operator dikatakan sebagai Sensor.
2. Sinyal dari mata (sensor) menuju ke otak, yang mana akan mengetahui adanya
deviasi. Otak dapat dikatakan sebagai Kontroler (Controller).
3. Arm Muscle (Lengan dari klep masukan) dan tangan (aktuator, actuator) memutar
klep, disebut sebagai Perangkat Pengontrol (Controlled Device).
Cara penjelasan yang berbeda diperlihatkan kempbali dalam Gambar 2, sebagai penjelasan dari
Gambar 1 yaitu:
Secara sederhana operator dalam Gambar 1 akan menahan air dalam tangki pada kondisi level
yang telah didefinisikan atau ditentukan. Level 3 dapat disebut sebagai target dari operator atau
disebut sebagai Setpoint.
Operator secara fisik memanipulasi level dengan menyetel klep masukan (sebagai perangkat
pengontrol). Selanjutnya operasi yang sangat penting adalah kompetensi dan konsentrasi
operator. Sebab, tidak akan mungkin secara nyata air akan berada pada level 3 secara terus
menerus. Umumnya, level air akan berada di bawah atau diatas level 3. Posisi atau level yang
tetap ini disebut sebagai Nilai Kontrol atau Nilai Nyata.
Besarnya kesalahan (error) atau perbedaan antara setpoint dan nilai nyata disebut sebagai
deviasi. Jika deviasi konstan atau disebut kondisi matap, hal ini disebut sebagai Ayunan Deviasi
atau Ofset.
Operator memanipulasi level air, pada akhirnya diarahkan untuk menghasilkan keluaran, pada
kasus ini, adalah sebuah kebutuhan aliran air yang keluar dari tangki.
Ukuran Keselamatan (Safety), Stabilitas (Stability) dan Ketelitian (Accuracy)
Hal ini dapat diasumsikan bahwa sebuah proses secara tipikal dari Gambar 1 berisi materi yang
tidak berbahaya. Oleh karena itu, limpahan air yang keluar dari pelimpah menjadikan aman bagi
operator akan tetapi tidak ekonomis atau tidak produktif. Dalam kaitannya dengan stabilitas,
operator akan mampu menangani proses ini, yaitu dengan penuh perhatian mengamati setiap
perubahan lever yang terjadi dalam tangki. Ketelitian tidak akan ada pada proses ini sebab
operator hanya dapat merespon terhadap kisaran nilai level yang dapat diterima dan kesalahan
yang diperbolehkan.
Kesimpulan Terminologi
Dalam sistem kontrol terdapat istilah-istilah yang sering dipakai dan memiliki arti tersendiri.
Untuk memudahkan pembahasan dalam sistem kontrol perlu didefinisikan sebuah terminologi
dari istilah-istilah tersebut yaitu:
Setpoint (Set Point):
Nilai set dalam skala sistem kontrol dalam hal untuk memperoleh
kondisi yang diinginkan
Nilai
yang
diinginkan Nilai yang diinginkan dan diperbolehkan berayun disekitar kondisi
(Desired Value):
Nilai
ideal
Kontrol
(Control Nilai dari kondisi kontrol pada kenyataannya dipelihara agar menjadi
Value):
kondisi matap
Deviasi (Deviation):
Perbedaan antara nilai setpoint dan nilai kontrol
Offset (Offset):
Ayunan dari deviasi
Sensor (Sensor):
Elemen yang merespon secara langsung
Media
Terkontrol Media yang dikontrol oleh sistem. Media yang terkontrol dalam
(Controlled Medium):
Kondisi
Terkontrol Kondisi fisik dari media terkontrol. Dalam contoh diatas adalah level
(Controlled Condition):
Kontroler (Controller):
Aktuator (Actuator):
Perangkat
contoh di atas adalah air dalam tangki
air dalam tangki
Perangkat yang menerima sinyal dari sensor dan mengirimkan
sinyal koreksi (atau pengontrolan) ke aktuator
Elemen yang menyetel perangkat terkontrol dalam hal merespon
sinyal dari kontroler
Terkontrol Elemen pengontrolan paling akhir didalam sebuah sistem kontrol,
(Controlled Device):
sperti pengontrolan klep atau variabel kecepatan pompa
Elemen Sistem Kontrol Temperatur
Berikut ini akan dijelaskan sistem kontrol yang lainnya yaitu sistem kontrol temperatur. Jika
dioperasikan secara manual diperlihatkan dalam Gambar 3 berikut ini:
Gambar 3. Sistem kontrol temperatur secara manual
Ukuran Keselamatan (Safety), Stabilitas (Stability) dan Ketelitian (Accuracy)
Melihat dari operasi secara manual yang dapat mengontrol level air seperti dalam Gambar 1,
pengontrolan secara manual dari temperatur adalah lebih sulit seperti yang diperlihatkan dalam
Gambar 3.
Jika aliran dari air bervariasi, kondisi ini akan menyebabkan perubahan secara cepat dari jumlah
panas yang tertahan dalam uap air. Operator merespon perubahan posisi dari klep uap masuk
yang tidak dapat dilakukan secara cepat. Bahkan setelah klep tertutup, coil akan masih berisi
sejumlah sisa uap air, yang akan berlanjut melepaskan panasnya melalui kondensasi.
Antisipasi perubahan
Pengalaman akan banyak membantu, tetapi secara umum operator tidak akan mampu
mengantisipasi perubahan. Ia harus mengamati perubahan terlebih dahulu sebelum membuat
suatu keputusan dan melakukan suatu tindakan.
Hal ini dan lain faktor, seperti hal yang tidak menyenangkan dan biaya seorang operator secara
permanen untuk melakukan pengontrolan, potensi kesalahan operator, kebutuhan variasi
proses, ketelitian, perubahan cepat dalam semua kondisi dan keterlibatan beberapa proses,
semua mendorong kearah kebutuhan akan sistem kontrol secara otomatis.
Demi keselamatan, dipasang sebuah alarm yang dapat didengar, seperti yang diperlihatkan
dalam Gambar 3 untuk memperingatkan adanya temeratur lebih. Ini merupakan alasan lainnya
dalam sistem pengaturan otomatis.
Kontrol Otomatis
Suatu kondisi terkontrol (controlled condition) boleh jadi 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.
Variabel manipulasi dapat berupa uap air, air, udara, listrik, minyak atau gas, sedangkan
perangkat terkontrol dapat berupa sebuah klep, damper (penghadang), pompa atau kipas angin.
Untuk kepentingan agar dapat menunjukkan prinsip dasar, penjelasan ini akan berkonsentrasi
pada klep sebagai perangkat terkontrol dan temperatur sebagai kondisi terkontrol, dengan
sensor temperatur sebagai elemen pengukur.
Komponen Sistem Kontrol Otomatis
Dalam Gambar 4 mengillustrasikan bagian dari komponen dasar dari sistem pengaturan
otomatis. Sinyal dari sensor menuju ke kontroler. Kontroler, dimungkinkan dapat mengambil
sinyal dari beberapa sensor, akan menentukan apakah suatu perubahan variabel manipulasi
diperlukan berdasarkan dari sinyal tersebut. Hal itu akan memerintahkan aktuator untuk
mengubah perbedaan posisi dari klep, terbuka penuh atau tertutup penuh tergantung dari
kebutuhan.
Gambar 4. Komponen kontrol dalam sistem kontrol otomatis
Kontroler biasanya dapat diklasifikasikan berdasarkan sumber energi yang dipergunakan untuk
menggerakkannya bisa listrik, pneumatik (tekanan udara), hidrolik (tekanan cairan biasanya oli)
atau mekanik. Aktuator dapat berupa motor listrik. Aktuator juga dapat diklasifikasikan
berdasarkan sumber energi yang dipergunakan untuk menggerakkannya, hal ini sama dengan
kontroler. Klep digolongkan berdasarkan aksinya yang digunakan untuk membuat posisi buka
atau tutup dari aliran, dan oleh konfigurasi bentuknya, sebagai contoh apakah terdiri dari spindel
gelinding atau gerakan putar.
Secara keseluruhan dari sistem kontrol otomatis, kadang-kadang merupakan kombinasi dari
beberapa komponen kontrol dengan klasifikasi yang berbeda, misalnya gabungan antara
hidrolik, elektrik dan mekanik. Dalam gambar 5 diperlihatkan gabungan beberapa komponen
dan elemen kontrol untuk membentuk sistem kontrol proses secara otomatis.
Gambar 5. Secara tipikal: Gabungan perangkat kontrol dengan elemen-elemen sistem