Jobsheet Kontrol 2010

JOBSHEET

JOBSHEETLABORATORIUM

PENGENDALIAN PROSESTK 318612

Penyusun:

Hb. Slamet Yulistiono, Dipl.-Ing., MT.JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG

NOVEMBER, 2010LEMBAR IDENTITAS DAN PENGESAHANMatakuliah:Laboratorium Pengendalian ProsesKode Matakuliah:TK 318612

Dosen Penyusun:Hb. Slamet Yulistiono, Dipl.-Ing., MT.

Bahan ajar ini telah diperiksa dan disetujui untuk digunakan sebagai jobsheet pada Laboratorium Pengendalian Proses Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Ujung PandangMenyetujui,

Makassar, 15 November 2010

Ketua Unit P3AI,Ketua Jurusan Teknik Kimia

Ir. Abdi Wibowo, MTIr. Swastanti Brotowati, M.Si.NIP. 19650117 199103 1 002 NIP. 195609091989032002Mengetahui,Pembantu Direktur I

Ir. Muhammad Anshar, M.Si. NIP 19600817 198903 1 002

KATA PENGANTAR

Job sheet ini merupakan bahan ajar yang digunakan sebagai panduan praktikum Laboratorium Pengendalian Proses untuk membentuk salah satu bagian dari kompetensi bidang keahlian Teknologi Pengendalian Proses pada Program Studi Teknik Kimia.Bahan ajar ini membahas tentang proses dan pengendalian proses yang terbagi dalam 5 bab, yakni Simulasi Proses, Pengendalian Proses Level, Suhu, Laju Alir dan Tekanan.

Penyusun menyadari, bahwa jobsheet ini masih belum sempurna sehingga segala kritik dan saran membangun demi perbaikan jobsheet ini sangat diharapkan. Akhirnya, semoga jobsheet ini dapat bermanfaat.Makassar, 15 November 2010

PenyusunDAFTAR ISI

HALAMAN PENGESAHAN

i

KATA PENGANTAR

ii

DAFTAR ISI

iii

GARIS-GARIS BESAR POKOK PENGAJARAN (GBPP)

v

BAB ISIMULASI PROSES DAN PENGENDALIAN PROSESPercobaan I:Respon Proses Dinamis Order 1

1Percobaan II:Respon Proses Dinamis Order 2

7Percobaan III:Karakterisasi Proses

11Percobaan IV:Pengendalian Proses Menggunakan PID-Controller

14Percobaan V:Tuning of feedback Controller

19BAB IIPENGENDALIAN LEVELPercobaan I:Pengendalian Level Secara On-Off

Menggunakan Float Level Switch

27Percobaan II:Pengendalian Level Secara On-Off

Menggunakan Differential Level Switch

30Percobaan III:Pengaturan Level Secara Manual

Menggunakan Katub Solenoid

33Percobaan IV:Pengendalian Level Secara On-Off

Menggunakan P-Controller

36Percobaan V:Pengendalian Level Menggunakan PID-Controller

39BAB IIIPENGENDALIAN SUHUPercobaan I:Pemanasan Langsung Secara Batch

44Percobaan II:Pemanasan Langsung Secara Kontinu

52BAB IVPENGENDALIAN LAJU ALIRPercobaan I:Pengendalian Laju Alir Secara Manual

60Percobaan II:Pengendalian Laju Alir dengan PID-Controller

64BAB VPENGENDALIAN TEKANANPercobaan I:Pengendalian static line pressure secara manual

69Percobaan II:Pengendalian pressure drop pada permukaan

orifice menggunakan PID controller

73GARIS-GARIS BESAR PROGRAM PENGAJARAN (GBPP)JUDUL MATA KULIAH: Laboratorium Pengendalian ProsesNOMOR KODE/SKS: TK 318612 / 3 SKS

DESKRIPSI SINGKAT: Matakuliah ini mengajarkan prinsip-prinsip dasar pengendalian proses secara teori dan praktek menggunakan komputer dan PCT40, yakni suatu unit proses yang didesign khusus untuk pengajaran. Simulasi proses dilaksanakan dengan bantuan software MATLAB sedangkan pengendalian proses-proses seperti level control, temperature control, flow control, dan pressure control dilaksanakan secara manual, maupun otomatis dengan on/off atau PID controller menggunakan PCT40.Kompetensi Standar: Setelah menyelesaikan matakuliah ini, mahasiswa mampu mensimulasikan proses dan mengendalikan proses serta mendemonstrasikan pengendalian proses menggunakan PCT40NoKompetensi DasarIndikatorPokok BahasanSub Pokok BahasanWaktu (menit)Bahan

1234567

0PendahuluanKontrak Perkuliahan dan Pembagian Kelompok1x6x50

1Mampu melakukan simulasi respon proses order 1 dan 2 terhadap fungsi tangga, karakterisasi proses, pengendalian dengan PID- controller dan tuning of feedback controller.-dapat mengevaluasi parameter-parameter proses order I dan II dan menetapkan pengaruhnya terhadap kecepatan dan kestabilan respon proses

-dapat melakukan karakterisasi proses berdasarkan FOPDT-dapat mengevaluasi respon pengendalian proses menggunakan PID controller-dapat melakukan tuning parameter pada feedback controllerSimulasi Proses dan Pengendalian Proses1. Respon Proses Order I

2. Respon Proses Order II3. Karakterisasi Proses

4. Pengendalian dengan PID controller

5. Tuning of feedback controller3x6x50

=

900[2]

(berlanjut)

NoKompetensi DasarIndikatorPokok BahasanSub Pokok BahasanWaktu (menit)Bahan

1234567

2Mampu mendemonstrasikan pengendalian level menggunakan peralatan PCT40-dapat menjelaskan prinsip pengendalian menggunakan float level switch dan differential level switch-dapat mengatur level secara manual menggunakan sensor tekanan dan katub solenoid

-dapat mengendalikan level dengan on-off controller-dapat mengendalikan level dengan PID controller-dapat mengevaluasi respon pengendalian proses berdasarkan perubahan setpoint dan disturbance-dapat melakukan tuning parameter controllerInflow Level Control1. float level switch

2. differential level switch

3. Pengaturan level secara manual

4. Pengendalian level secara on-off

5. Pengendalian level menggunakan PID controller3x6x50

=

900[1]

3Mampu mendemonstrasikan pengendalian suhu menggunakan peralatan PCT40-Dapat mengendalikan suhu air dalam tangki secara manual, atau secara otomatis menggunakan on-off dan PID controller baik secara batch maupun kontinu

-dapat mengevaluasi respon pengendalian proses berdasarkan perubahan setpoint dan disturbance-dapat melakukan tuning parameter controllerTemperature Control1.Direct heating batch operation temperature control2.Direct heating continuous operation temperature control3x6x50

=

900[1]

(berlanjut)

NoKompetensi DasarIndikatorPokok BahasanSub Pokok BahasanWaktu (menit)Bahan

1234567

4Mampu mendemonstrasikan pengendalian laju alir menggunakan peralatan PCT40 dapat mengendalikan laju alir secara manual

dapat mengendalikan laju alir dengan PID-controllerFlow control Pengendalian Laju Alir Secara Manual

Pengendalian Laju Alir dengan PID-Controller3x6x50

=

900[1]

5Mampu mendemonstrasikan pengendalian tekanan menggunakan peralatan PCT40-dapat mengendalikan static line pressure secara manual dengan cara memvariasikan bukaan PSV

-dapat mengendalikan penurunan tekanan pada orifice menggunakan PID controllerPressure control Pengendalian static line pressure secara manual Pengendalian pressure drop pada orifice dengan PID controller3x6x50

=

900[1]

Daftar Pustaka

1.ARMFIELD. 2008. Multifunction Process Control Teaching System : Basic Process Control Unit. Instruction Manual for PCT40

2.Smith, Carlos A. and Corripio, Armando B. 1985. Principles and Practice of Automatic Proses Control. Singapore: John Wiley & Sons

BAB ISIMULASI PROSES DAN PENGENDALIAN PROSESPercobaan I1.1.1Judul Percobaan

Respon Proses Dinamis Order 1 Terhadap Fungsi Tangga1.1.2Tujuan Instruksional Khusus

Mahasiswa dapat

(1)mengevaluasi parameter-parameter proses order 1, yaitu process gain Kp, process time constant T dan delay time t0 berdasarkan time response proses terhadap fungsi tangga

(2)menetapkan pengaruh T dan t0 terhadap kecepatan respon proses.1.1.3Dasar Teori

Di dalam analisis sistem kontrol, sering digunakan suatu signal tertentu sebagai variabel masukan ke sistem sehingga menghasilkan time response yang khas. Signal masukan tersebut diantaranya adalah step change function atau sering disebut sebagai fungsi tangga. Fungsi tangga ini secara matematis didefinisikan sebagai berikut:

dan

Fungsi tangga ini dapat diilustrasikan menggunakan variabel nominal seperti terlihat pada gambar 1.1a atau dengan menggunakan variabel deviasi seperti terlihat pada gambar 1.1b.

Gambar 1.1aGambar 1.1b

Proses dinamis order 1 adalah suatu proses, yang mana sifat-sifatnya dapat diterangkan melalui suatu persamaan diferensial ordiner order 1 dengan bentuk sebagai berikut :

,dengan T adalah process time constant, Kp adalah process gain, x adalah fungsi masukan dan y adalah fungsi keluaran.Persamaan proses order 1 dalam bentuk fungsi transfer adalah :

,dengan X dan Y masing-masing adalah bentuk transformasi laplace dari x dan y, sedangkan s adalah variabel transformasi laplace.Respon proses order 1 terhadap fungsi tangga x=A adalah :

Untuk waktu t yang besar, maka nilai akan mendekati nol sehingga dapat diabaikan. Dengan demikian respon proses order 1 terhadap fungsi tangga memiliki nilai akhir sebesar .Khusus untuk , maka:

.

Uraian di atas memberi arti, bahwa konstanta T dapat didefinisikan sebagai waktu yang digunakan oleh proses untuk mendapatkan respon sebesar 63,2% dari nilai akhirnya. Nilai respon sebesar 63,2% ini sangat penting peranannya, terutama saat melakukan desain loop pengendalian proses seperti akan Anda lihat pada pembahasan selanjutnya.Jika respon proses order 1 terhadap fungsi tangga diketahui, maka parameter proses order 1 tersebut dapat ditentukan secara grafis sebagai berikut:

Gambar 1.2 : Respon proses order 1 (Kp = 2 dan T = 0.86 detik) terhadap x=5

Sesuai sketsa respon diatas, maka T dapat ditentukan melalui penggambaran garis singgung disembarang titik pada kurva respon hingga memotong garis respon %R = 100%.

Process gain Kp kemudian dapat ditentukan melalui perbandingan antara perubahan pada signal keluaran dan perubahan pada signal masukan .

Pada proses order 1 yang mengandung waktu mati (to , dead time), maka fungsi transfernya adalah :

Respon proses order 1 yang mengandung waktu mati, terhadap fungsi tangga x=A adalah :

1.1.4Daftar Alat dan Bahan

Praktikum ini membutuhkan komputer dengan software MATLAB version 7.04 di dalamnya dan program MATLAB yang dapat di copy dari folder D:\LABKONTROL\SIMULASI\JOB1.Mahasiswa diijinkan menggunakan fasilitas USB untuk memindahkan file data dan gambar ke flasdisk pribadi.1.1.5Gambar Rangkaian Alat

Pada prinsipnya percobaan yang dilakukan mengikuti diagram blok berikut:

1.1.6Langkah Kerja

Copy seluruh isi folder D:\LABKONTROL\SIMULASI\JOB1 ke folder kelompok kelas Anda, misal D:\LABKONTROL\Kelompok3 dan jalankan software MATLAB lalu lakukan perubahan-perubahan seperlunya pada program sesuai dengan tujuan praktikum dan data yang mau diambil (lihat sub bab 1.1.8 Data untuk Percobaan). Copy file program yang sudah diubah dan file gambar yang dihasilkan ke flashdisk untuk dicetak diluar. Lakukan evaluasi terhadap gambar yang diperoleh.1.1.7Keselamatan Kerja

Pada prinsipnya job ini aman, meskipun demikian tetaplah berhati-hati dan tertib dalam bekerja, terutama menyangkut kabel-kabel listrik dan peralatan PCT40 yang berada di sebelahnya dalam 1 meja.1.1.8Data Untuk Percobaan

a)Evaluasi time response proses order 1 tanpa dead time-Ditetapkan sebuah proses dengan parameter Kp dan T yang tertentu dan fungsi tangga x=A. Berdasarkan nilai Kp, T, dan A yang ditetapkan, program dieksekusi sehingga terbentuk gambar respon. Buktikanlah dengan menggunakan gambar tersebut definisi Kp dan T.-Ditetapkan 3 buah proses dengan nilai T yang berbeda. Program dieksekusi dan terbentuk gambar dengan 3 buah kurva respon. Tentukan pengaruh T terhadap kecepatan respon proses berdasarkan tabel respon berikut:

Tabel 1.1 : Respon proses pada t = ? detik untuk Kp=? dan A=?ProsesTR100%R%R

1

2

3

-Ditetapkan 3 buah proses dengan nilai Kp yang berbeda. Program dieksekusi dan terbentuk gambar dengan 3 buah kurva respon. Tentukan pengaruh Kp terhadap kecepatan respon proses berdasarkan tabel respon berikut:

Tabel 1.2 : Respon proses pada t = ? detik untuk T=? dan A=?ProsesKpR100%R%R

1

2

3

b)Evaluasi time response proses order 1 plus dead time (FOPDT)-Ditetapkan sebuah proses dengan parameter Kp dan T serta t0 yang tertentu dan fungsi tangga x=A. Berdasarkan nilai Kp, T, t0 dan A yang ditetapkan, program dieksekusi sehingga terbentuk gambar respon. Evaluasi nilai Kp, T, dan t0 berdasarkan gambar tersebut. Bandingkan nilai T dan t0 dengan proposal dari Dr. Cecil L. Smith tentang penentuan T dan t0 melalui pemodelan proses menggunakan FOPDT (Baca buku literature!! Atau Percobaan ke III). -Dalam rangka memahami waktu mati to, maka ditetapkan 3 buah proses dengan nilai T dan Kp yang sama tetapi memiliki nilai waktu mati yang berbeda, yakni to1 = 0 , to2 = ? , to3 = ?. Program kemudian dieksekusi sehingga tercipta sebuah gambar dengan 3 buah kurva respon. Definisikan waktu mati ini dan pengaruhnya terhadap kecepatan respon proses.1.1.9Soal dan Pertanyaan(a)Sebutkan perbedaan antara 2 proses yang memiliki konstanta waktu proses yang berbeda tetapi memiliki process gain yang sama besar

(b)Sebutkan perbedaan antara 2 proses yang memiliki konstanta waktu proses yang sama tetapi berbeda process gain-nya

(c)Sebutkan definisi waktu mati dan pengaruhnya terhadap respon pengendalian

1.1.10Daftar PustakaSmith, Carlos A. and Corripio, Armando B. 1985. Principles and Practice of Automatic Proses Control. Singapore: John Wiley & SonsPercobaan II

1.2.1Judul Percobaan

Respon Proses Dinamis Order 2 Terhadap Fungsi Tangga

1.2.2Tujuan Instruksional Khusus

Mahasiswa dapat menjelaskan pengaruh characteristic time constant T dan damping factor D terhadap kecepatan dan kestabilan respon proses.

1.2.3Dasar Teori

Fungsi transfer proses order 2 biasanya dituliskan dalam 2 bentuk, yakni: atau

,dengan T adalah characteristic time constant, D adalah damping factor, T1 dan T2 masing-masing adalah process time constant, dan Kp adalah process gain.Hubungan antara parameter dari 2 bentuk tersebut adalah :

dan

Respon proses order 2 terhadap fungsi tangga dibedakan berdasarkan nilai damping factor-nya, yakni:(1)underdamped response untuk :

(2)critically damped response untuk :

(3)overdamped response untuk :

Tiga jenis respon ini sangat penting dalam mempelajari kontrol proses otomatik karena respon dari kebanyakan sistem kontrol mirip seperti salah satu dari respon di atas, terutama pada underdamped response seperti contoh berikut:

Gambar 1.3 :Respon proses order 2 ( , dan ) terhadap fungsi tangga

Berdasarkan sketsa respon ini, maka didefinisikan beberapa hal berikut:

Overshoot. Overshoot secara umum didefinisikan sebagai perbandingan B dan A

Decay ratio. Ini secara umum didefinisikan sebagai perbandingan C dan B

Rise time tR adalah waktu saat mencapai nilai akhir yang pertama

Settling time tS adalah waktu saat mencapai nilai dalam kisaran limit tertentu terhadap nilai akhir. Nilai yang umum adalah atau .

Perioda oscilasi P. Sesuai persamaan pada underdamped response, maka perioda oscilasi diberikan oleh :


Praktikum ini membutuhkan komputer dengan software MATLAB version 7.04 di dalamnya dan program MATLAB yang dapat di copy dari folder D:\LABKONTROL\SIMULASI\JOB2. Mahasiswa diijinkan menggunakan fasilitas USB untuk memindahkan file-file data dan gambar ke flasdisk pribadi.1.2.5Gambar Rangkaian Alat

Pada prinsipnya percobaan yang dilakukan mengikuti diagram blok berikut:

1.2.6Langkah Kerja

Copy seluruh isi folder D:\LABKONTROL\SIMULASI\JOB2 ke folder kelompok kelas Anda, misal D:\LABKONTROL\Kelompok3 dan jalankan software MATLAB lalu lakukan perubahan-perubahan seperlunya pada program sesuai dengan tujuan praktikum dan data yang mau diambil (lihat sub bab 1.2.8 Data untuk Percobaan). Copy file program yang sudah diubah dan file gambar yang dihasilkan ke flashdisk untuk dicetak diluar. Lakukan evaluasi terhadap gambar yang diperoleh.1.2.7Keselamatan Kerja

Pada prinsipnya job ini aman, meskipun demikian tetaplah berhati-hati dan tertib dalam bekerja, terutama menyangkut kabel-kabel listrik dan peralatan PCT40 yang berada di sebelahnya dalam 1 meja..

1.2.8Data Untuk Percobaan

a)Evaluasi pengaruh characteristic time constant T

-Ditetapkan 5 buah proses order 2 dengan nilai T yang berbeda-beda. Program dieksekusi sehingga tercipta sebuah gambar dengan 5 buah kurva respon. Tentukan pengaruh T berdasarkan tabel respon berikut:

Tabel 2.1 : Respon proses pada t = ? detik untuk Kp=? dan A=?ProsesT1T2TR100%R%R

1430

2

3

4

5

b)Evaluasi pengaruh damping factor D-Ditetapkan 6 buah proses order 2 dengan nilai D yang berbeda-beda. Program kemudian dieksekusi sehingga tercipta sebuah gambar dengan 6buah kurva respon. Tentukan pengaruh D terhadap kecepatan dan kestabilan respon proses berdasarkan tabel respon berikut:

Tabel 2.2 : Respon proses pada T = ? Kp=? dan A=?ProsesDtrts100%R%RKeterangan tentang oscilasi kurva respon

10.1

20.5

30.7

41

53

65

1.2.9Soal dan Pertanyaan

(a)Sebutkan perbedaan antara 3 jenis respon yang underdamped, critically damped dan overdamped (b)Sebutkan dan jelaskan hubungan antara parameter proses T dan D terhadap kecepatan dan kestabilan respon.

1.2.10Daftar Pustaka

Smith, Carlos A. and Corripio, Armando B. 1985. Principles and Practice of Automatic Proses Control. Singapore: John Wiley & Sons

Percobaan III1.3.1Judul Percobaan

Karakterisasi Proses1.3.2Tujuan Instruksional Khusus

Mahasiswa dapat melakukan karakterisasi proses berdasarkan model proses order satu yang mengandung waktu mati (FOPDT, first-order process plus dead time)

1.3.3Dasar Teori

Karakterisasi proses adalah penentuan parameter-parameter dari suatu proses model yang memiliki kurva respon mirip/sama dengan kurva respon proses aktual. Proses-proses model yang sering digunakan untuk karakterisasi proses umumnya adalah proses-proses yang memiliki order rendah, seperti proses order 1 atau order 2 dan yang mengandung waktu mati berikut:

FOPDT (First-Order Plus Dead-Time):

SOPDT (Second-Order Plus Dead-Time):

Meskipun demikian, FOPDT adalah model proses yang sering digunakan sebagai basis rumus pada proses penentuan parameter controller yang optimal (tuning controller). Model ini mengkarakterisasi proses melalui 3 parameter, yakni gain K, dead time t0 dan konstanta waktu T. Untuk mendapatkan 3parameter ini, harus dilakukan beberapa test dinamis terhadap proses aktual.

Test dinamis yang paling mudah dilakukan adalah test mengggunakan fungsi tangga dengan signal yang berasal dari controller itu sendiri. Dalam hal ini controller diposisikan manual (the loop opened) supaya menghasilkan signal seperti fungsi tangga. Besarnya signal juga harus diusahakan cukup tinggi supaya signal keluarannya dapat terukur oleh transmitter, tetapi juga tidak terlalu besar karena akan dapat menggangu respon akibat ketidaklinearan proses.

Kurva respon keluaran (c vs t) kemudian dievaluasi dengan cara sesuai sketsa kurva respon berikut:

Gambar 3.1 : Step Response pada FOPDT

Gambar 3.1 menunjukkan bahwa t0 adalah waktu dimulainya respon pada proses model, sedangkan T adalah waktu yang dibutuhkan proses aktual mencapai respon 63.2% dari nilai akhirnya. Cara lain penentuan t0 dan T yang diusulkan oleh Dr. Cecil L. Smith adalah sebagai berikut:

Jika t1 dan t2 masing-masing adalah waktu yang dibutuhkan proses untuk mendapatkan respon sebesar 28.3% dan 63.2% dari nilai akhirnya, maka: T=3/2 (t2 - t1)t0= t2 - T1.3.4Daftar Alat dan Bahan

Praktikum ini membutuhkan komputer dengan software MATLAB version 7.04 di dalamnya dan program MATLAB yang dapat di copy dari folder D:\LABKONTROL\SIMULASI\JOB3. Mahasiswa diijinkan menggunakan fasilitas USB untuk memindahkan file-file data dan gambar ke flasdisk pribadi.

1.3.5Gambar Rangkaian Alat

Pada prinsipnya percobaan yang dilakukan sesuai diagram blok berikut:

1.3.6Langkah Kerja

Copy seluruh isi folder D:\LABKONTROL\SIMULASI\JOB3 ke folder kelompok kelas Anda, misal D:\LABKONTROL\Kelompok3 dan jalankan software MATLAB lalu lakukan perubahan-perubahan seperlunya pada program sesuai dengan tujuan praktikum dan data yang mau diambil (lihat sub bab 1.3.8 Data untuk Percobaan). Copy file program yang sudah diubah dan file gambar yang dihasilkan ke flashdisk untuk dicetak diluar. Lakukan evaluasi terhadap gambar yang diperoleh.

1.3.7Keselamatan Kerja



Ditetapkan sebuah proses dengan fungsi transfer G(s) sebagai berikut:

Dengan memvariasikan T1 , T2 , dan T3 , maka lakukanlah karakterisasi prosesTabel 3.1 : Karakterisasi Proses Order 3ProsesT1T2T3KTt0

110303

2

3


(a)Bagaimanakan ketelitian penentuan T dan t0 dari 2 cara yang dijelaskan?



Percobaan IV1.4.1Judul Percobaan

Pengendalian Proses Menggunakan PID-Controller1.4.2Tujuan Instruksional Khusus

Mahasiswa dapat (1)mengevaluasi respon kontrol proses menggunakan P-, PI-, PD dan PID-controller berdasarkan 4 kriteria pengendalian, yakni offset, waktu pengendalian, overshoot/undershoot, dan kestabilan

(2)menetapkan pengaruh nilai proportional gain Kc pada P-controller, integral time TI pada I-controller dan derivative time TD pada D-controller1.4.3Dasar Teori

Feedback Control Loop

Konsep dari feedback control dapat dijelaskan melalui diagram blok berikut :

Gambar 4.1 : Diagram blok untuk feedback control

Istilah feedback diturunkan dari fakta bahwa controlled variable c(t) diukur dan hasilnya diumpankan kembali ke controller untuk mengatur proses sedemikian rupa sehingga controlled variable nilainya menuju ke set point r(t). Berdasarkan diagram blok di atas, fungsi transfer dari closed-loop secara umum adalah :

atau

Persamaan terakhir diatas disebut controller synthesis formula.

Jika diandaikan terdapat suatu controller yang dapat secara sempurna membawa nilai controlled variable c(t) menuju sama dengan nilai set point r(t), maka C(s) = R(t) atau C(s) / R(t) = 1, sehingga :

Persamaan ini mengatakan bahwa untuk dapat membawa c(t) sama dengan r(t) pada setiap waktu, maka controller gain harus besar tak terhingga. Dengan kata lain, pengendalian sempurna ini tidak akan pernah tercapai jika feedback controller digunakan, sebab feedback controller hanya melakukan aksi koreksi yang berbasis pada error.

Berikut adalah pembahasan singkat jenis-jenis controller yang umum digunakan melalui persamaan matematis yang menggambarkan operasi dari controller tersebut.

Proportional Controller (P)

P-controller memiliki hanya 1 tuning parameter, yaitu proportional controller gain Kc dengan persamaan operasi sebagai berikut:

atau

atau

m(t): controller output, psig atau mA

r(t): set point, psig atau mA

c(t): controlled variable, psig atau mA.

e(t): error signal, psig atau mA

Kc: proportional controller gain, psi/psi atau mA/mA

: nilai bias, psig atau mAM(t), E(t): variabel deviasi dari m(t), dan e(t)

Controlled variable c(t) merupakan signal yang berasal dari transmitter, sedangkan nilai bias merupakan nilai controller output pada saat error nol. Adapun error e(t) adalah selisih antara set point dan controlled variable.

Untuk mendapatkan fungsi transfer dari P-controller, maka dilakukan transformasi Laplace terhadap persamaan operasinya, dan didapatkan :

Proportional-Integral Controller (PI)

Persamaan yang menggambarkan prinsip operasi dari PI-controller adalah:

, dengan TI adalah integral timeDengan demikian PI-controller memiliki 2 tuning parameter, yaitu Kc dan TI.

Untuk mendapatkan fungsi transfer dari PI-controller, maka dilakukan transformasi Laplace terhadap persamaan operasinya, dan didapatkan :

Proportional-Integral-Derivative Controller (PID)

Persamaan yang menggambarkan prinsip operasi PID-controller adalah:

, dengan TD adalah derivative timeJadi, PID-controller ini memiliki 3 tuning parameter, yaitu Kc, TI dan TD.

Untuk mendapatkan fungsi transfer dari PID-controller, maka dilakukan transformasi Laplace terhadap persamaan operasinya, dan didapatkan :





1.4.6Langkah Kerja






a)Evaluasi P- dan PD-Controller

Dengan memvariasikan nilai parameter Kc dan TD , evaluasi kurva respon pengendalian berdasarkan offset, overshoot, kestabilan dan waktu pengendalian.

b)Evaluasi I- PI- dan PID-Controller

Dengan memvariasikan nilai parameter Kc, TI dan TD , evaluasi kurva respon pengendalian berdasarkan offset, overshoot, kestabilan dan waktu pengendalian.


(a)Bagaimanakan sifat-sifat pengendalian dengan aksi P , I, dan D?1.4.10Daftar Pustaka


Percobaan V1.5.1Judul Percobaan

Tuning of feedback Controller

1.5.2Tujuan Instruksional Khusus

Mahasiswa dapat

(1)melakukan tuning parameter pada feedback controller.

(2)mengevaluasi respon kontrol proses dengan parameter controller hasil tuning.

1.5.3Dasar Teori

Tuning adalah suatu metode penyetelan parameter-parameter feedback controller sehingga dapat dihasilkan closed-loop response dengan kriteria khusus. Secara umum, semua metode tuning mengandung 2 langkah dasar yang harus diikuti, yakni:

1) Penentuan sifat-sifat dinamis dari control loop

2) Estimasi nilai parameter-parameter controller yang akan menghasilkan closed-loop response yang diinginkan dan sesuai dengan sifat-sifat dinamis yang ditentukan sebelumnya pada langkah pertama.

Berikut adalah pembahasan singkat tentang beberapa metode tuning yang akan dipraktekkan pada praktikum ini.

1.5.3.1Quarter decay ratio response by ultimate gain.

Metode ini juga dikenal sebagai closed-loop atau on-line method yang diajukan oleh Ziegler dan Nichols pada tahun 1942.

Pada metode ini, parameter-parameter yang menentukan sifat-sifat dinamis dari control loop direpresentasikan melalui ultimate proportional gain Kcu dan ultimate period Tu dari kurva oscilasi respon.

Jika fungsi-fungsi transfer dari semua komponen pada loop diketahui secara kuantitatif, maka parameter-parameter Kcu fan Tu dapat dihitung melalui direct substitution method. Jika fungsi transfer dari loop tidak diketahui, maka penentuan parameter Kcu dan Tu harus ditentukan secara eksperimental sesuai prosedur berikut:1) Jalankan sistem (the loop closed, controller in automatic) dengan hanya menggunakan P-controller saja (jadi, aksi-aksi I- dan D-controller dimatikan), kemudian amati amplitudo dari kurva response-nya.2) Perbesar nilai proportional gain Kc seterusnya hingga diperoleh respon yang beroscilasi dengan amplitudo konstan. Nilai Kc pada kondisi ini disebut ultimate proportional gain Kcu dan perioda dari oscilasinya disebut ultimate period Tu.3) Berdasarkan nilai Kcu dan Tu ini, maka parameter-parameter tuning dari controller ditetapkan sesuai tabel berikut:

Tabel 5.1 : Parameter-parameter controller menurut Ziegler dan NicholsControllerProportional gain KcIntegral time

Derivative time

PKcu/2--

PIKcu/2.2Tu/1.2-

PIDKcu/1.7Tu/2Tu/8

Penentuan nilai parameter-parameter sesuai tabel 5.1 menghasilkan response yang disebut quarter decay ratio response karena perbandingan amplitudo dari 2 buah gelombang yang bertetangga akan kurang lebih sebesar 1banding4.1.5.3.2Process Characterization

Metode ini mengkarakterisasi sistem (the loop opened, controller on manual) menggunakan suatu model proses order 1 atau order 2 yang memiliki dead time (baca Job 4)

Jika sebagai model digunakan proses order 1 dengan dead time (FOPDT, first-order plus dead-time), maka evaluasi t0 dan T dilakukan sesuai cara yang diusulkan oleh Dr. Cecil L. Smith sebagai berikut:Jika t1 adalah waktu yang dibutuhkan proses mendapatkan respon sebesar 28.3% dan t2 adalah waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan respon sebesar 63.2%, maka T=3/2 (t2-t1) dan t0= t2-T

Nilai T dan t0 hasil karakterisasi proses ini selanjutnya menjadi basis perhitungan penentuan parameter-parameter controller sebagai berikut:a) Quarter decay ratio responseSebagai tambahan dalam rumus-rumus pada on-line tuning, Ziegler dan Nichols juga mengusulkan rumus-rumus yang berbasis pada nilai konstanta waktu T dan waktumati t0 berikut:

Tabel 5.2 : Tuning Formulas for Quarter Decay Ratio ResponseController typeProportional gain KcIntegral time TIDerivative time TD

P

--

PI

-

PID

Catatan : Rumus-rumus berlaku jika nilai t0/T terletak antara 0.1 s/d 1b) Tuning for Minimum Error Integral Criteria (MEI Criteria)Metode ini mula-mula diusulkan oleh Paul W. Murril dan Cecil L. Smith dengan menggunakan FOPDT, kemudian dikembangkan oleh Lopez et al. , Rovira et al. Rumus-rumus pada Tabel 5.3 dan Tabel 5.4 berikut hanya berlaku jika nilai t0/T terletak antara 0.1 s/d 1Tabel 5.3 : MEI Formulas for Disturbance InputsProcess Model :

ISEIAEITAE

P-Controller :

a1.4110.9020.490

b-0.917-0.985-1.084

PI-Controller :

dan

a11.3050.9840.859

b1-0.959-0.986-0.977

a20.4920.6080.674

b20.7390.7070.680

PID-Controller :

dan

a11.4951.4351.357

b1-0.945-0.921-0.947

a21.1010.8780.842

b20.7710.7490.738

a30.5600.4820.381

b31.0061.1370.995

Tabel 5.4 : MEI Tuning Formulas for Set-Point ChangesProcess Model :

IAEITAE

PI-Controller :

dan

a10.7580.586

b1-0.861-0.916

a21.0201.030

b2-0.323-0.165

PID-Controller :

dan

a11.0860.965

b1-0.869-0.855

a20.7400.796

b2-0.130-0.147

a30.3480.308

b30.9140.9292





1.5.6Langkah Kerja






Nilai T1 , T2 , T3 dan T4 ditetapkan kemudian oleh dosen pembimbing. Lakukan tuning parameter controller berdasarkan:a)Evaluasi tuning menurut Ziegler Nicholsb)Evaluasi tuning berbasis karakterisasi proses b1.Quarter decay ratio responseb2.MEI criteiakemudian evaluasi hasilnya1.5.9Soal dan Pertanyaan

Bagaimanakan sifat-sifat pengendalian dengan pamater controller hasil tuning ?1.5.10Daftar Pustaka


PENGENDALIAN LEVEL, SUHU, LAJU ALIR DAN TEKANAN PADA PCT40, Pendahuluan

Praktikum ini membutuhkan PCT40 bench yang dilengkapi dengan tangki proses (besar dan kecil), dan selang-selang secukupnya. PCT40 sendiri terhubung dengan komputer melalui koneksi USB.Sebelum memulai praktikum, mahasiswa dituntut melaksanakan hal-hal berikut:1)Cek tangki air : Jika level air didalam tangki kira-kira berada dibawah 1/3dari tinggi tangki, laporkan ke pembimbing atau teknisi yang bertugas. Jika sudah sesuai, maka saklar listrik boleh dihidupkan dengan menekan tombol hijau pada control panel. Setelah ini PCT40 dan komputer dapat dihidupkan.

2)Set up alat : Jalankan software PCT40 dan cek bagian bawah kanan jendela menu apakah terdapat pesan IFD : Device Error. Pesan tersebut menandakan telah terjadi kegagalan koneksi PCT40 ke komputer.

Mengatur Pressure Regulator : Untuk keamanan alat dan katup-katup, laju alir air utama dibatasi antara 1350 mL/mnt dan 1450 mL/mnt, dan dikehendaki sebesar 1400 mL/mnt.

Untuk mengatur laju alir melalui pressure regulator, lakukan hal berikut: (1)Pasang selang dari katup SOL1 ke tangki besar,

(2)Pilih Section 1: Level Control (inflow) pada menu File kemudian pilih ikon untuk layar diagram mimic dan baca laju alir yang ditunjukkan

(3)Buka kran dibawah tangki, katup SOL2 dan SOL3 untuk mengeluarkan langsung air yang masuk tangki,

(4)Tarik knob warna abu-abu ke arah luar (ke kanan). Untuk meningkatkan laju alir, maka knob dapat diputar pelan-pelan searah jarum jam. Sebaliknya untuk menurunkan laju alir, maka knob diputar perlahan ke arah berlawanan jarum jam. Jika laju alir sudah sesuai, kunci pengaturan regulator tersebut dengan cara menekan kembali knob ke arah dalam (ke kiri).

Mengoperasikan Katup Solenoid On/Off: Ada 3 katup solenoid on/off, yakni SOL1, SOL2 dan SOL3. Pengaturan katup secara manual dapat dilakukan melalui layar diagram mimic dengan cara mengklik tombol switch. Operasional katup-katup ditunjukkan pada tombol switch tersebut melalui kode0 untuk off (tertutup) dan kode 1 untuk on (terbuka)

Mengoperasikan Katub Solenoid Proporsional (PSV) : Pengaturan katup secara manual dapat dilakukan melalui layar diagram mimic dengan cara mengetikkan angka persentase bukaan katup atau dengan mengklik tombol panah atas atau bawah.Gambar Alat PCT40

Daftar Pustaka

ARMFIELD, 2008, Multifunction Process Control Teaching System : Basic Process Control Unit. Instruction Manual for PCT40

BAB II

PENGENDALIAN LEVEL

Percobaan I


Pengendalian Level Secara On-Off menggunakan float level switch2.1.2Tujuan Instruksional Khusus

Mahasiswa dapat menjelaskan prinsip pengendalian menggunakan on-off level switch (float level switch) dan mengevaluasi respon pengendalian on-off berdasarkan perubahan setpoint dan disturbance.2.1.3Dasar Teori

On-off level switch dari tipe float switch adalah sebuah objek pengukur yang dapat bergerak secara vertikal mengikuti permukaan cairan. Pergerakan float ini akan mengaktifkan katup on/off SOL 1 untuk pengendalian aliran air masuk ke dalam tangki proses.


Pada prinsipnya peralatan yang digunakan adalah PCT40. Gambar skematik alat ini dapat dilihat pada halaman 26.

2.1.5Alat Praktikum ini menggunakan PCT40 bench yang dilengkapi dengan tangki besar, silinder dalam dan selang-selang fleksibel. PCT 40 terhubung dengan sebuah komputer melalui koneksi USB. Pada komputer telah terinstall paket software yang dapat digunakan untuk mengendalikan dan mengelola signal-signal yang berasal dari semua sensor dan controller.

Mahasiswa diijinkan menggunakan fasilitas USB untuk memindahkan file data dan gambar ke flasdisk pribadi.

2.1.6Langkah Kerja

Pada software PCT40, pilih Section 1: Level Control (inflow). Klik ikon untuk menampilkan layar diagram mimic. Cocokkan hubungan selang ke semua alat yang ada dengan gambar yang terlihat pada diagram mimic.Buka katub SOL1. Untuk itu pastikan Controller radio button dalam posisi on. Klik Control, lalu pada jendela PID controller pilih Manual Mode of Operation, dan set Manual Output menjadi 100%, akhiri dengan klik pada Apply. Air seharusnya sudah dapat mengalir ke dalam tangki.

Buka katub keluaran dibagian dasar tangki supaya air dapat keluar dari tangki. Pastikan flowrate yang terbaca pada flow meter berada pada kisaran antara 1350 dan 1450 mL/menit.

Tergantung dari tekanan air lokal yang digunakan, bisa jadi flowrate akan beroscilasi. Jika tekanan air lokal rendah, maka flowrate harus diset dibawah 1400mL/mnt.Atur bukaan katub keluaran untuk membatasi laju keluar air dalam tangki.Pada menu Sample/Configure, pastikan data logging dilakukan secara otomatis pada interval selama 5 detik. Pastikan pula bahwa pembacaan tekanan air L1 bervariasi sebanding dengan peningkatan level air dalam tangki.Pada kotak On/Off-Solenoid 1, pilih radio button Level (Float) Switch, lalu klik ikon GO untuk memulai data logging.

Terlihat bahwa tangki besar mulai terisi air hingga level air mencapai level switch. Amati aksi apa yang terjadi saat level air melewati level switch dari bawah dan pada posisi level berapa ketika katub SOL1 ditutup oleh software.

Amati juga aksi apa yang terjadi saat level air melewati level switch dari atas dan pada posisi level berapa ketika katub SOL1 dibuka kembali oleh software.

Perubahan setpointLakukan secepatnya perubahan posisi level switch atas dan lakukan sekali lagi pengamatan seperti sebelumnya. KlikSTOP untuk mengakhiri data logging.

Perubahan Disturbances

Gangguan dapat diberikan melalui pembukaan SOL2 dan atau SOL3 dengan software atau secara manual dengan mengatur bukaan katub lebih besar atau lebih kecil pada katub keluaran di dasar tangki. Untuk itu berikan gangguan tersebut saat proses level dalam keadaan steady dan lakukan pengamatan yang sama seperti sebelumnya.2.1.7Keselamatan Kerja

Pada prinsipnya job ini aman, meskipun demikian tetaplah berhati-hati dan tertib dalam bekerja, terutama menyangkut kabel-kabel listrik, selang dan peralatan PCT40 serta komputer dan monitor yang berada dalam 1 meja.


Data percobaan adalah data yang dapat diambil dari software. Untuk mempermudah identifikasi hasil percobaan, disarankan untuk memberi nama setiap sheet data percobaan dengan nama yang komunikatif, seperti SP200ke250, yang artinya perubahan set poin dari 200 ke 250 cm. Kemudian seluruh sheet yang dibuat dalam percobaan ini disimpan dengan nama yang representatif, misalnya PCT40Perc2_1.2.1.9Soal dan Pertanyaan

(a)Bagaimanakah prinsip pengendalian secara on-off menggunakan level switch

Percobaan II


Pengendalian Level Secara On-Off menggunakan differential level switch2.2.2Tujuan Instruksional Khusus

Mahasiswa dapat menjelaskan prinsip pengendalian menggunakan on-off level switch (differential level switch) dan mengevaluasi respon pengendalian on-off berdasarkan perubahan setpoint dan disturbance.2.2.3Dasar Teori

Differential level switch terdiri atas sepasang elektroda dan sebuah penggaris logam yang berfungsi sebagi fixed earth rod. Switch bekerja melalui pengukuran konduktansi antara elektroda dan earth rod. Karena konduktansi di udara dan di dalam air berbeda, maka pengukuran konduktansi dari elektroda akan dapat membedakan apakah salah satu atau ke dua elektroda tercelup di dalam air. Hal ini dapat digunakan sebagai switch penunjuk level air dalam tangki. Untuk itu ke dua elektroda harus diatur berbeda ketinggiannya sehingga memberikan informasi level maksimum dan minimum.


Lihat Percobaan I. Pada prinsipnya peralatan yang digunakan adalah PCT40. Gambar skematik alat ini dapat dilihat pada halaman 26.

2.2.5Alat

Praktikum ini menggunakan PCT40 bench yang dilengkapi dengan tangki besar, silinder dalam dan selang-selang fleksibel. PCT 40 terhubung dengan sebuah komputer melalui koneksi USB. Pada komputer telah terinstall paket software yang dapat digunakan untuk mengendalikan dan mengelola signal-signal yang berasal dari semua sensor dan controller.


2.2.6Langkah Kerja

Pada software PCT40, pilih Section 1: Level Control (inflow). Klik ikon untuk menampilkan layar diagram mimic. Cocokkan hubungan selang ke semua alat yang ada dengan gambar yang terlihat pada diagram mimic.

Buka katub SOL1. Untuk itu pastikan Controller radio button dalam posisi on. Klik Control, lalu pada jendela PID controller terbuka. Pilih Manual Mode of Operation, dan set Manual Output menjadi 100%. Akhiri dengan klik pada Apply. Air seharusnya sudah dapat mengalir ke dalam tangki.

Buka katub keluaran dibagian dasar tangki supaya air dapat keluar dari tangki. Pastikan flowrate yang terbaca pada flowmeter berada pada kisaran antara 1350 dan 1450 mL/menit.

Tergantung dari tekanan air lokal yang digunakan, bisa jadi flowrate akan beroscilasi. Jika tekanan air lokal rendah, maka flowrate harus diset dibawah 1400mL/mnt.

Atur bukaan katub keluaran untuk membatasi laju keluar air dalam tangki.

Pada menu Sample/Configure, pastikan data logging dilakukan secara otomatis pada interval selama 5 detik.Atur float level switch hingga float lebih tinggi dari salah satu elektroda yang lebih rendah posisinya. Pada kotak On/Off-Solenoid 1, pilih radio button untuk pengendalian menggunakan Level (Float) Switch.Terlihat bahwa tangki besar mulai terisi air dan tekanan air L1 bervariasi sebanding dengan peningkatan level air dalam tangki.

Saat level air mencapai float level switch dan turun kembali, serta saat berada kurang lebih 5 cm di bawah salah satu elektroda yang lebih rendah, pilih radio button pada kotak On/Off-Solenoid 1, untuk pengendalian menggunakan Differential Level. Differential level switch sekarang siap difungsikan.Klik ikon GO untuk memulai data logging.

Amati posisi level air ketika SOL1 ditutup atau dibukakembali oleh software.

Data logging tetap dilakukan hingga oscilasi level air telah stabil (amplitudo dan perioda oscilasinya konstan)Perubahan Set point

Lakukan secepatnya perubahan posisi elektroda-ektroda dan lakukan sekali lagi pengamatan seperti sebelumnya. Pilih ikon STOP untuk mengakhiri data logging.


Gangguan dapat dilakukan melalui pembukaan SOL2 dan SOL3 dengan software atau secara manual dengan mengatur bukaan katub lebih besar atau lebih kecil pada katub keluaran di dasar tangki. Untuk itu berikan gangguan tersebut saat proses level dalam keadaan steady dan lakukan pengamatan yang sama seperti sebelumnya.




Data percobaan adalah data yang dapat diambil dari software. Untuk mempermudah identifikasi hasil percobaan, disarankan untuk memberi nama setiap sheet data percobaan dengan nama yang komunikatif, seperti SP200ke250, yang artinya perubahan set poin dari 200 ke 250 cm. Kemudian seluruh sheet yang dibuat dalam percobaan ini disimpan dengan nama yang representatif, seperti PCT40Perc2_2.


(a)Bagaimanakah prinsip pengendalian secara on-off menggunakan differential level switch

Percobaan III


Pengaturan level air dalam tangki secara manual menggunakan katub solenoid2.3.2Tujuan Instruksional Khusus

Mahasiswa dapat mengendalikan level air dalam tangki secara manual menggunakan sensor tekanan air dalam tangki dan katub SOL1

2.3.3Dasar Teori

Level air dalam tangki dapat secara manual diatur pada posisi tertentu tanpa menggunakan automated sensor-controlled switches. Dalam latihan ini akan digunakan switch on/off sederhana untuk mengatur aliran air ke dalam tangki sehingga level air dalam tangki berada pada titik yang diinginkan.2.3.4Alat





2.3.6Langkah KerjaPada software PCT40, pilih Section 1: Level Control (inflow). Klik ikon untuk menampilkan layar diagram mimic. Cocokkan hubungan selang ke semua alat yang ada dengan gambar yang terlihat pada diagram mimic.

Buka katub SOL1. Untuk itu pastikan Controller radio button dalam posisi on. Klik Control dan pada jendela PID controller pilih Manual Mode of Operation, dan set Manual Output menjadi 100%. Akhiri dengan klik pada Apply. Air seharusnya sudah dapat mengalir ke dalam tangki.

Buka katub keluaran dibagian dasar tangki supaya air dapat keluar dari tangki. Pastikan flow rate yang terbaca pada flow meter berada pada kisaran antara 1350 dan 1450 mL/menit.

Tergantung dari tekanan air lokal yang digunakan, bisa jadi flow rate akan beroscilasi. Jika tekanan air lokal rendah, maka flow rate harus diset dibawah 1400mL/mnt.


Pada menu Sample/Configure, pastikan data logging dilakukan secara otomatis pada interval selama 5 detik.

Tutup katub SOL1. Pada jendela PID controller, set Manual Output menjadi 100%. Berikan satu kali klik untuk menutup katub dan air seharusnya berhenti mengalir ke dalam tangki. Terlihat bahwa level air dalam tangki turun.Klik ikon GO untuk memulai data logging.

Melalui pengoperasian katub SOL1 secara manual pada jendela PID controller, level air dalam tangki diatur.

Klik ikon STOP untuk mengakhiri data logging.




Data percobaan adalah data yang dapat diambil dari software. Untuk mempermudah identifikasi hasil percobaan, disarankan untuk memberi nama setiap sheet data percobaan dengan nama yang komunikatif, seperti SP200ke250, yang artinya perubahan set poin dari 200 ke 250 cm. Kemudian seluruh sheet yang dibuat dalam percobaan ini disimpan dengan nama yang representatif, seperti PCT40Perc2_3.


(a)Bagaimanakah prinsip pengendalian secara on-off menggunakan differential level switch

Percobaan IV


Pengendalian Level Secara On-Off menggunakan P-Controller2.4.2Tujuan Instruksional Khusus

Mahasiswa dapat mengendalikan level air dalam tangki proses menggunakan on-off controller.2.4.3Dasar Teori

Metoda pengendalian level dalam latihan ini menggunakan sensor tekanan. Walaupun penggunaan sensor tekanan biasanya untuk penunjukan level cairan dalam tangki proses, tetapi pada latihan kali ini akan digunakan untuk mengendalikan katub kontrol via komputer.2.4.4Alat





2.4.6Langkah KerjaPada software PCT40, pilih Section 1: Level Control (inflow). Klik ikon untuk menampilkan layar diagram mimic. Cocokkan hubungan selang ke semua alat yang ada dengan gambar yang terlihat pada diagram mimic.Setting on/off ControllerKlik Control yang ada dibawah penunjuk sensor level tangki untuk membuka jendela PID controller.Set Proportional Band (P) pada 0%, Integral Time (I) pada 0 s dan Derivative Time (D) pada 0s. Klik Apply. Controller sekarang terset menjadi on/off-controller yang sederhana dengan fixed hysteresis 0.5%FS.Pada menu Sample/Configure, pastikan data logging dilakukan secara otomatis pada interval selama 5 detik. Pastikan pula bahwa pembacaan tekanan air L1 bervariasi sebanding dengan peningkatan level air dalam tangki.


Masukkan nilai 200 mm untuk nilai awal pada setpoint. Klik Apply dan ikon GO untuk memulai data logging.

Amati sifat-sifat yang ditunjukkan SOL1 ketika level cairan mendekati setpoint.

Setelah proses mencapai kestabilannya (amplitudo dan periode oscilasi konstan), klik ikon STOP untuk mengakhiri data loggingPerubahan Set point

Lakukan perubahan setpoint ketika proses telah steady, misalnya ke 100, 150, 250, dan 300 mm dan lakukan sekali lagi pengamatan seperti sebelumnya. Jangan lupa untuk membuat data sheet yang baru saat melakukan variasi ini. Pilih ikon STOP untuk mengakhiri data logging.


Gangguan dapat dilakukan melalui pembukaan SOL2 dan SOL3 dengan software atau secara manual dengan mengatur bukaan katub lebih besar atu lebih kecil pada katub keluaran di dasar tangki. Untuk itu berikan gangguan tersebut saat proses level dalam keadaan steady dan lakukan pengamatan yang sama seperti sebelumnya.2.4.7Keselamatan Kerja



Data percobaan adalah data yang dapat diambil dari software. Untuk mempermudah identifikasi hasil percobaan, disarankan untuk memberi nama setiap sheet data percobaan dengan nama yang komunikatif, seperti Perc4OnOffSP200. Kemudian seluruh sheet yang dibuat dalam percobaan ini disimpan dalam folder dengan nama yang representatif, misalnya PCT40Perc2_4


(a)Bagaimanakah prinsip pengendalian secara on-off menggunakan P-ControllerPercobaan V


Pengendalian Level menggunakan PID-Controller2.5.2Tujuan Instruksional Khusus

Mahasiswa dapat mengendalikan level air dalam tangki menggunakan PID controller.

2.5.3Dasar Teori

Dengan aksi pengendalian proporsional, controller menghasilkan signal yang proporsional terhadap error, hal mana kemudian menjadi penyebab terbentuknya offset dan overshoot.

Dengan aksi pengendalian integral, controller memberikan signal yang proporsional terhadap waktu integral dari error. Aksi pengendalian integral ini dapat digunakan sendirian untuk mengendalikan proses, tetapi umumnya dalam kombinasi dengan aksi proporsional. Umumnya aksi integral digunakan untuk mengeliminasi offset tetapi menyebabkan overshoot maksimum yang lebih tinggi dan waktu pengendalian yang lebih panjang.Dengan aksi pengendalian derivative, controller memberikan signal yang proporsional terhadap derivative dari kecepatan perubahan dari error, dan bukan dari besarnya error. Aksi pengendalian derivative ini tidak dapat diaplikasikan sendirian, melainkan harus dikombinasikan dengan 2 aksi lainnya seperti aksi pengendalian proporsional. Jika digunakan bersama dengan aksi pengendalian proporsional, pengendalian dengan derivative ini akan mengeliminasi oscilasi yang berlebihan, tetapi tetap tidak dapat mengeliminasi offset.

Aksi-aksi pengendalian proporsional, integral, dan derivative dapat saling dikombinasikan untuk mengeliminasi offset, mengurangi overshoot maksimum, dan meminimasi jumlah frekuensi dari oscilasi respon.2.5.4Alat




Pada prinsipnya peralatan yang digunakan adalah PCT40. Gambar skematik alat ini dapat dilihat pada halaman 26.

2.5.6Langkah Kerja

Pada software PCT40, pilih Section 2: Level Control (inflow). Klik ikon untuk menampilkan layar diagram mimic. Cocokkan hubungan selang ke semua alat yang ada dengan gambar yang terlihat pada diagram mimic.

Atur bukaan katub keluaran untuk membatasi laju keluar air. Posisi katub ini tidak boleh diubah lagi selama percobaan, kecuali untuk pemberian disturbance.Pada menu Sample/Configure, pastikan data logging akan dilakukan secara otomatis pada interval selama 5 detik. Pastikan pula bahwa pembacaan tekanan air L1 bervariasi sebanding dengan peningkatan level air dalam tangki.

Optimasi Parameter PID- Controller

Klik Control yang ada dibawah penunjuk sensor level tangki untuk membuka jendela PID controller. Aktifkan modus operasi automatic dan masukkan setpoint pada nilai 0 mm sehingga terjadi pengosongan tangki.Ubah nilai setpoint menjadi 200 mm kemudian klik Applydan ikon GO untuk memulai data logging. Level air dalam tangki bisa jadi naik terus dan melewati setpoint membentuk overshoot, tetapi akhirnya akan beroscilasi dengan amplitudo dan perioda yang konstan.Buat gambar kurva antara waktu vs level dan tentukan jarak puncak atas dan puncak bawah sebagai y dan waktu yang dibutuhkan dari puncak ke puncak sebagai t. Nilai awal untuk P, I,dan D dapat ditemukan sebagai berikut:

Nilai-nilai P, I, dan D hasil optimasi ini selanjutnya disebut sebagai nilai hasil optimasi atau nilai optimal. Ketikkan nilai-nilai optimal yang diperoleh dan kembalikan setpoint ke 0 mm supaya terjadi pengosongan air dalam tangki.

Buat sheet data baru, dan tetapkan setpoint ke 200 mm dan kemudian klik Applydan ikon GO untuk memulai data logging. Setelah kondisi steady tercapai, berikan perubahan setpoint sekali lagi ke 100mm. Level akan beroscilasi lagi hingga mencapai kondisi steady yang baru.

Berikan gangguan dengan membuka katub SOL2 dan atau SOL3, amati dan tunggu hingga kondisi steady baru tercapai.

Klik ikon STOP untuk mengakhiri data.Pengendalian dengan P-ControllerRingkasan percobaan yang akan dilakukan adalah:

SP200(SP100(DSOL1(on)(DSOL2(on)(DSOL1dan2 (off)(SP200. Variasi penelitian adalah 3 nilai P berbeda : P optimal, di bawah dan di atas P optimal

Untuk itu buat data sheet baru dan berikan nilai awal untuk setpoint 200mm dengan nilai P, I, dan D optimal. Klik Apply tanpa data logging.Setelah kondisi steady tercapai, lakukan data logging untuk perubahan setpoint dari 200mm ke 100mm dengan nilai P optimal. Level akan beroscilasi dan mencapai kondisi steady-nya yang baru.Berikan perubahan setpoint ke 200 mm kembali, dan setelah tercapai kondisi steady berikan perubahan setpoint ke 100 mm dengan nilai P yang lebih rendah. Level akan beroscilasi lagi dan mencapai kondisi steady-nya yang baru.

Berikan perubahan setpoint ke 200 mm kembali dengan nilai P optimal. Setelah kondisi steady tercapai, berikan sekali lagi perubahan setpoint ke 100 mm dengan nilai P yang lebih tinggi dibandingkan dengan P optimal. Level akan beroscilasi lagi dan mencapai kondisi steady-nya yang baru.Berikan disturbance dengan cara menghidupkan SOL1 sehingga level beroscilasi. Setelah level stabil, hidupkan lagi SOL2. Setelah level beroscilasi dan menjadi stabil kembali, matikan SOL1 dan SOL2. Level akan beroscilasi lagi dan setelah stabil, berikan perubahan setpoint 200mm dengan nilai P optimal.

Klik STOP untuk menghentikan data logging. Evaluasi kurva responnya, khususnya tentang offset, waktu pengendalian dan jumlah oscilasinya.

Pengendalian dengan PI-Controller

Ringkasan percobaan yang akan dilakukan adalah:

SP200(SP100(DSOL1(on)(DSOL2(on)(DSOL1dan2 (off)(SP200. Variasi penelitian adalah 3 nilai I berbeda : I optimal, di bawah dan di atas I optimal

Buat data sheet baru dan lakukan percobaan yang mirip dengan P-controller., tetapi menggunakan nilai P optimal dan nilai I. Nilai I yang digunakan adalah nilai I optimal, dibawah dan di atas nilai I optimal.

Pengendalian dengan PD-Controller

Ringkasan percobaan yang akan dilakukan adalah:

SP200(SP100(DSOL1(on)(DSOL2(on)(DSOL1dan2 (off)(SP200. Variasi penelitian adalah 3 nilai D berbeda :D optimal, di bawah dan di atas D optimal

Buat data sheet baru dan lakukan percobaan yang mirip dengan P-controller, tetapi menggunakan nilai P optimal dan nilai D. Nilai D yang digunakan adalah nilai D optimal, dibawah dan di atas nilai D optimal. 2.5.7Keselamatan Kerja



Data percobaan adalah data yang dapat diambil dari software. Secara keseluruhan, terdapat 5 sheet data meliputi data optimasi, percobaan dengan PID-, P-, PI- dan PD-controller. Untuk mempermudah identifikasi hasil percobaan, disarankan untuk memberi nama setiap sheet data percobaan dengan nama yang komunikatif, seperti OptimasiPerc5, Perc5PID, Perc5P, Perc5PI, Perc5PD. Kemudian seluruh sheet yang dibuat dalam percobaan ini disimpan dalam folder dengan nama yang representatif, misalnya PCT40Perc2_52.5.9Soal dan Pertanyaan

(a)Bagaimanakah sifat-sifat pengendalian menggunakan P, PI, PD dan PID-Controller?(b)Bagaimanakan spesifikasi respon hasil optimasi yang telah dilaksanakanBAB IIIPENGENDALIAN SUHUPercobaan I


Pemanasan Langsung Secara Batch3.1.2Tujuan Instruksional Khusus

Mahasiswa dapat mengendalikan suhu air dalam tangki proses secara manual, atau secara otomatis menggunakan on-off-controller dan PID-controller.

3.1.3Dasar Teori

Pada percobaan ini, suhu cairan dalam tangki proses dimonitor secara terus-menerus oleh thermocouple tipe K yang berfungsi sebagai sensor suhu. Untuk mengatur suhu cairan dalam tangki proses menuju setpoint, maka dapat dilakukan beberapa hal berikut:

mengatur secara manual saklar daya heater hidup atau mati sesuai kebutuhan Mengirim signal hasil pembacaan suhu cairan dalam tangki proses ke on-off controller yang dapat mengatur secara otomatis saklar daya heater hidup atau mati.

Mengirim signal hasil pembacaan suhu cairan dalam tangki proses ke PID-controller yang dapat mengatur secara otomatis saklar daya heater secara variabel.Pada kasus dimana suhu cairan dalam tangki proses berada di atas setpoint, maka seharusnya saklar daya heater pada posisi off atau setidaknya daya yang masuk ke heater berkurang, sehingga terjadi efek penurunan suhu. Sebaliknya jika suhu cairan dalam tangki proses berada di bawah setpoint, maka seharusnya saklar daya heater pada posisi on atau setidaknya daya yang masuk ke heater meningkat, sehingga terjadi efek peningkatan suhu.Pada pengendalian proporsional (P), sensor suhu yang membaca suhu air dalam tangki proses mengirim signal keluarannya ke controller. Controller sendiri kemudian mengirimkan signal ke heater yang besarnya proporsional terhadap signal dari sensor suhu. Karena daya heater hanya memungkinkan 2 kondisi, yaitu on dan off, maka keluaran controller akan bervariasi dalam waktu saat mensupply daya ke heater.Pengendalian dengan PID menambahkan dua ekstra parameter controller, yaitu Integral (I) dan Derivative (D), seperti sudah dibahas pada Job Level Control.

Dengan aksi pengendalian proporsional, controller menghasilkan signal yang proporsional terhadap error, hal mana kemudian menjadi penyebab terbentuknya offset dan overshoot.

Dengan aksi pengendalian integral, controller memberikan signal yang proporsional terhadap waktu integral dari error. Aksi pengendalian integral ini dapat digunakan sendirian untuk mengendalikan proses, tetapi umumnya dalam kombinasi dengan aksi proporsional. Umumnya aksi integral digunakan untuk mengeliminasi offset tetapi menyebabkan overshoot maksimum yang lebih tinggi dan waktu pengendalian yang lebih panjang.

Dengan aksi pengendalian derivative, controller memberikan signal yang proporsional terhadap derivative dari kecepatan perubahan dari error, dan bukan dari besarnya error. Aksi pengendalian derivative ini tidak dapat diaplikasikan sendirian, melainkan harus dikombinasikan dengan 2 aksi lainnya seperti aksi pengendalian proporsional. Jika digunakan bersama dengan aksi pengendalian proporsional, pengendalian dengan derivative ini akan mengeliminasi oscilasi yang berlebihan, tetapi tetap tidak dapat mengeliminasi offset.

Aksi-aksi pengendalian proporsional, integral, dan derivative dapat saling dikombinasikan untuk mengeliminasi offset, mengurangi overshoot maksimum, dan meminimasi jumlah frekuensi dari oscilasi respon.3.1.4Alat

Praktikum ini menggunakan PCT40 bench yang dilengkapi dengan tangki kecil berisi heater dan coil pendingin serta selang-selang fleksibel. PCT40 terhubung dengan sebuah komputer melalui koneksi USB. Pada komputer telah terinstall paket software yang dapat digunakan untuk mengendalikan dan mengelola signal-signal yang berasal dari semua sensor dan controller.



3.1.6Langkah KerjaEquipment set up

Pada software PCT40, pilih Section 5: Temperature Control (direct batch heating). Klik ikon untuk menampilkan layar diagram mimic. Cocokkan hubungan selang ke semua alat yang ada dengan gambar yang terlihat pada diagram mimic.

a) Pengisian tangki proses dengan air

Hubungkan PSV dan tangki proses dengan menggunakan selang panjang dengan quick release fitting pada ke dua ujungnya. Tutup katub keluaran pada tangki.

Pada software, set PSV ke 100% dan perhatikan tangki proses mulai terisi dengan air. Ketika air sudah menenggelamkan coil yang ada di dalam tangki, set PSV menjadi 0% lalu lepas kembali selang penghubung PSV dan tangki.

Hubungkan coil di dalam tangki proses dan PSV dengan menggunakan selang panjang lainnya yang memiliki ujung-ujung quick-release fitting dan guest push fitting. Pada sisi masuk dari coil, pasangkan selang panjang yang memiliki ujung guest push fitting dan ujung lainnya ke PSV.Hubungkan juga bagian keluaran coil dengan menggunakan selang panjang lain yang memiliki ujung quick-release fitting dan drain valve. Buka drain valve pada ujung selang dan pastikan ujung ini mengarah ke dalam bak pembuangan.Untuk menghomogenkan suhu air dalam tangki proses, dapat digunakan hot pump dan selang-selang secukupnya.

PercobaanPada menu Sample/Configure, pastikan data logging dilakukan secara otomatis pada interval 30 detik dengan durasi sebagai Continuous.Klik control untuk membuka jendela PID controller dan masukkan setpoint pada nilai 30 0C. Jika suhu air lokal yang digunakan sudah mendekati 30 0C, maka perlu dimasukkan nilai setpoint yang lebih tinggi. Pada prinsipnya, direkomendasikan terdapat sedikitnya perbedaan suhu sekitar 10 0C.Untuk pengendalian manual:

Pengendalian suhu air dalam tangki proses T1 dapat dilakukan secara manual dengan cara mengklik Mode of Operation pada posisi Manual kemudian klikApply dan GO untuk memulai data logging. Hidupkan heater dengan cara klik nilai 0 di sebelah heater menjadi 1. Evaluasi setiap interval 2 menit untuk menentukan kondisi heater on atau off. Jika oscilasi sudah stabil, pertimbangkan untuk meneruskan percobaan dengan memberikan suatu gangguan pada sistem yang sudah terbentuk atau kalau tidak klik saja STOP untuk mengakhiri data logging.Disturbance dapat diberikan dengan cara mengalirkan air dingin melewati coil melalui penggunaan PSV. Set PSV misalnya ke 50% dan lakukan evaluasi terhadap heater. Klik STOP jika sudah selesai.Untuk mengulangi percobaan yang sama atau mempersiapkan tangki untuk percobaan selanjutnya, air panas dalam tangki sebaiknya dikeluarkan dengan hati-hati dan ditampung dalam ember. Untuk itu cek apakah heater sudah mati dan PSV di set 100%. Air dalam ember jika sudah dingin dapat dikembalikan ke bak penampung.Untuk pengendalian on-off controller:

Pengendalian suhu air dalam tangki proses T1 dapat dilakukan secara otomatis dengan cara mengklik Mode of Operation pada posisi Automaticdan meng-set nilai setpoint ke 300C atau pada nilai yang direkomendasikan. KlikApply dan GO untuk memulai data logging. Setelah suhu air dalam tangki stabil, berikan disturbance atau perubahan setpoint.

Disturbance dapat diberikan dengan cara mengalirkan air dingin melewati coil melalui penggunaan PSV. Set PSV misalnya ke 50% dan lakukan data logging hingga suhu stabil kembali.

Perubahan setpoint dapat dilakukan melalui jendela PID controller. Set nilai setpoint 100C lebih tinggi, misalnya ke 400C, kemudian klik Apply dan lakukan data logging hingga suhu stabil kembali. Klik STOP jika sudah selesai.

Untuk pengendalian dengan PID controller:

Pengendalian suhu air dalam tangki proses T1 dapat dilakukan secara otomatis dengan cara mengklik Mode of Operation pada posisi Automatic. Nilai awal parameter PID controller dapat diperoleh melalui prosedur tuning berikut:

PID setting dan Optimasi

Persiapkan suhu air dalam tangki proses minimal 30 0C. Jika air dalam tangki proses masih panas karena dipakai pada percobaan sebelumnya, maka dinginkan dengan cara mengalirkan air dingin melalui PSV 100% ke coil dan kembalikan PSV ke 0% jika suhu air sudah mininal 300C. Jika terlalu lama, air panas dalam tangki proses dapat juga dikeluarkan dan ditampung dalam ember. Isi kembali tangki dengan air dingin baru.

Buat data sheet baru, kemudian pada jendela PID controller, set P, I, dan D dengan nilai 0%, 0 s, dan 0 s, dan setpoint pada 40 0C, lalu klik Apply dan GOuntuk memulai data logging.

Terlihat bahwa suhu meningkat dan melewati setpoint dan akhirnya membentuk overshoot dan beroscilasi kontinu. Pada oscilasi yang ke dua atau ke tiga, klik STOP untuk menghentikan data logging.

Buat gambar kurva dengan menggunakan software EXCEL antara data waktu pemanasan versus suhu air dalam tangki proses.Dari gambar kurva tersebut, tentukan jarak puncak atas dan puncak bawah sebagai y dan waktu yang dibutuhkan dari puncak ke puncak sebagai t. Dari nilai y dan t tersebut, nilai awal untuk P, I,dan D dapat ditemukan sebagai berikut:

Nilai-nilai P, I, dan D hasil optimasi ini selanjutnya disebut sebagai nilai hasil optimasi atau nilai optimal. Ketikkan nilai-nilai optimal yang diperoleh dan ubah setpoint ke 0 0C supaya terjadi pendinginan air dalam tangki proses. Pendinginan dapat dipercepat dengan cara mengalirkan air dingin ke coil melalui PSV 100%.

Catatan: jika nilai P optimal terlalu kecil (kurang dari 5%) dan I optimal terlalu besar (lebih dari 30 detik), maka nilai-nilai tuning ini tidak akan memuaskan dan nilai terbaik untuk P mungkin di atas 100%.

Setelah suhu air mencapai sekitar 30 0C, buat sheet data baru dan tetapkan setpoint pada 40 0C lalu klik ikon GO untuk memulai data logging.

Akan terlihat suhu menjadi meningkat dan akhirnya beroscilasi di sekitar setpoint. Klik STOP untuk mengakhiri data logging. Setelah ini dapat diputuskan pemberian disturbance atau perubahan setpoint lagi untuk melihat sifat pengendalian dengan PID controller.

Perubahan set point dan disturbanceBuat perubahan set point 100 lebih tinggi dari nilai awal. Klik Apply dan ikon GOuntuk memulai data logging. Setelah suhu beroscilasi dan akhirnya mencapai kondisi steady yang baru, berikan disturbance dalam bentuk pengaliran air dingin melalui PSV. Untuk itu set PSV ke 100%, dan setelah 20 menit set kembali PSV menjadi 0%. Setelah penghentian disturbance, lanjutkan data logging selama 10 menit kemudian klik STOP untuk mengakhiri percobaan.

Pengendalian dengan P, PI dan PD-Controller

Percobaan ini mirip seperti percobaan di atas, hanya pengesetan nilai parameter disesuaikan dengan jenis controller yang digunakan. Untuk itu gunakan nilai-nilai awal dengan nilai optimal.Untuk setiap jenis percobaan dengan jenis contoller tertentu, buat data sheet baru dan lakukan percobaan dengan parameter nilai-nilai controller sebagai berikut:Untuk P-controller : Nilai P di bawah, sama dengan dan di atas nilai P optimal.

Untuk PI-controller : Nilai P optimal dengan nilai I di bawah, sama dengan dan di atas nilai I optimal.

Untuk PD-controller : Nilai P optimal dengan nilai D di bawah, sama dengan dan di atas nilai P optimal.


Selama percobaan, peralatan akan menjadi panas. Jangan sentuh tangki proses atau memindahkan coil atau sensor dari dalam tangki. Dinginkan dahulu peralatan sebelum membuang air dalam tangki proses atau melepas selang dari tangki proses.

Berhati-hati dan tertiblah dalam bekerja. Ingat, komputer dan monitor berada dalam 1 meja dengan peralatan ini. Mahasiswa dilarang keras meninggakan alat bekerja sendiri tanpa pengawasan dari anggota kelompok. Pelanggaran tentang hal ini akan berakibat langsung penghentian praktikum ini secara sepihak oleh dosen penanggung jawab praktikum.3.1.8Data Untuk Percobaan

Data percobaan adalah data yang dapat diambil dari software. Untuk mempermudah identifikasi hasil percobaan, disarankan untuk memberi nama setiap sheet data percobaan dengan nama yang komunikatif, seperti SP30ke40PID, yang artinya dapat dihubungkan dengan suatu percobaan perubahan setpoint dari 30 ke 400C menggunakan PID controller. Kemudian seluruh sheet yang dibuat dalam percobaan ini disimpan dengan nama yang representatif, misalnya PCT40Perc3_1.3.1.9Soal dan Pertanyaan

(a)Apa perbedaan paling mendasar dari pengendalian manual, dan otomatis menggunakan on-off-controller dan PID-controller?

(b)Bagaimanakan spesifikasi respon hasil optimasi yang telah dilaksanakan?

(c)Bagaimanakah sifat-sifat pengendalian menggunakan P, PI, dan PID-Controller? Jelaskan jawaban saudara berdasarkan perubahan setpoint, pemberian disturbance, overshoot maksimum, oscilasi kurva pengendalian, offset, waktu pengendalian, dan lain sebagainya.3.1.10Daftar Pustaka


Percobaan II3.2.1Judul Percobaan

Pemanasan Langsung Secara Kontinu3.2.2Tujuan Instruksional Khusus

Mahasiswa dapat mengendalikan suhu air dalam tangki proses secara manual, atau secara otomatis menggunakan on-off atau PID-controller.

3.2.3Dasar Teori

Pada percobaan ini, suhu cairan dalam tangki dimonitor secara terus-menerus oleh thermocouple tipe K yang berfungsi sebagai sensor suhu. Untuk mengatur suhu cairan dalam tangki proses menuju setpoint, maka dapat dilakukan, misalnya pengaturan secara manual saklar daya heater hidup atau mati atau mengirim signal hasil pembacaan suhu cairan dalam tangki proses ke controller, yang mana dapat mengatur secara otomatis saklar daya heater secara variabel.

Pada kasus dimana suhu cairan dalam tangki proses berada di atas setpoint, maka seharusnya saklar daya heater pada posisi off atau setidaknya daya yang masuk ke heater berkurang, sehingga terjadi efek penurunan suhu. Sebaliknya jika suhu cairan dalam tangki proses berada di bawah setpoint, maka seharusnya saklar daya heater pada posisi on atau setidaknya daya yang masuk ke heater meningkat, sehingga terjadi efek peningkatan suhu.

Pada pengendalian proporsional (P), sensor suhu yang membaca suhu air dalam tangki proses mengirim signal keluarannya ke controller. Controller sendiri kemudian mengirimkan signal ke heater yang besarnya proporsional terhadap signal dari sensor suhu. Karena daya heater hanya memungkinkan 2 kondisi, yaitu on dan off, maka keluaran controller akan bervariasi dalam waktu saat mensuplay daya ke heater.

Pengendalian dengan PID menambahkan dua ekstra parameter controller, yaitu Integral (I) dan Derivative (D), seperti sudah dibahas pada Job Level Control.

Dengan aksi pengendalian proporsional (P), controller menghasilkan signal yang proporsional terhadap error, hal mana kemudian menjadi penyebab terbentuknya offset dan overshoot.

Dengan aksi pengendalian integral (I), controller memberikan signal yang proporsional terhadap waktu integral dari error. Aksi pengendalian integral ini dapat digunakan sendirian untuk mengendalikan proses, tetapi umumnya dalam kombinasi dengan aksi proporsional. Umumnya aksi integral digunakan untuk mengeliminasi offset tetapi menyebabkan overshoot maksimum yang lebih tinggi dan waktu pengendalian yang lebih panjang.

Dengan aksi pengendalian derivative (D), controller memberikan signal yang proporsional terhadap derivative dari kecepatan perubahan dari error, dan bukan dari besarnya error. Aksi pengendalian derivative (D) ini tidak dapat diaplikasikan sendirian, melainkan harus dikombinasikan dengan 2 aksi lainnya seperti misalnya dengan aksi pengendalian proporsional (P). Jika digunakan bersama dengan aksi pengendalian proporsional, pengendalian dengan derivative ini akan mengeliminasi oscilasi yang berlebihan, tetapi tetap saja tidak dapat mengeliminasi offset yang terbentuk.Aksi-aksi pengendalian proporsional(P), integral (I), dan derivative (D) dapat saling dikombinasikan untuk mengeliminasi offset, mengurangi overshoot maksimum, dan meminimasi jumlah frekuensi dari oscilasi respon.

3.2.4Alat

Praktikum ini menggunakan PCT40 bench yang dilengkapi dengan tangki kecil berisi heating coil dan selang-selang fleksibel. PCT 40 terhubung dengan sebuah komputer melalui koneksi USB. Pada komputer telah terinstall paket software yang dapat digunakan untuk mengendalikan dan mengelola signal-signal yang berasal dari semua sensor dan controller.

Mahasiswa diijinkan menggunakan fasilitas USB untuk memindahkan file data dan gambar ke flasdisk pribadi.3.2.5Gambar Rangkaian Alat


Pada software PCT40, pilih Section 6: Temperature Control (direct continuous heating). Klik ikon untuk menampilkan layar diagram mimic. Cocokkan hubungan selang ke semua alat yang ada dengan gambar yang terlihat pada diagram mimic.

a) Pengisian tangki proses dengan air

Hubungkan PSV dan fitting bagian atas dari tangki proses dengan menggunakan selang panjang yang memiliki quick release fitting pada ke dua ujungnya. Tutup katub keluaran pada tangki.

Pada software, set PSV ke 100% dan perhatikan tangki proses mulai terisi dengan air. Ketika air sudah menenggelamkan coil yang ada di dalam tangki, set PSV menjadi 0% .Pasang selang lain pada katub keluaran tangki dan arahkan ujungnya ke bak pembuangan. Atur bukaan katub keluaran tangki dan dengan PSV 30% sedemikian rupa sehingga level air dalam tangki tetap, dalam arti tidak luber atau menjadi berkurang.Percobaan

Pada menu Sample/Configure, pastikan data logging akan dilakukan secara otomatis pada interval selama 30 detik dengan durasi Continuous.

Klik control untuk membuka jendela PID controller dan masukkan setpoint pada nilai 30 0C. Jika suhu air lokal yang digunakan sudah mendekati 30 0C, maka perlu dimasukkan nilai setpoint yang lebih tinggi. Pada prinsipnya, direkomendasikan terdapat sedikitnya perbedaan suhu sekitar 10 0C.

Untuk pengendalian manual:

Pengendalian suhu air dalam tangki proses T1 dapat dilakukan secara manual dengan cara mengklik Mode of Operation pada posisi Manual kemudian klikApply dan GO untuk memulai data logging. Hidupkan heater dengan cara klik nilai 0 di sebelah heater menjadi 1.

Suhu air dalam tangki segera meningkat pelan menuju 30 0C atau yang direkomendasikan. Evaluasi setiap interval 2 menit untuk menentukan kondisi heater on atau off. Jika oscilasi sudah stabil di sekitar setpoint, pertimbangkan untuk meneruskan percobaan dengan memberikan suatu gangguan pada sistem yang sudah terbentuk atau kalau tidak klik sajaSTOP untuk mengakhiri data logging.

Disturbance dapat diberikan dengan cara mengeset nilai lain untuk PSV. Set PSV misalnya ke 50% (laju lebih besar) dan buka sedikit lebih lebar bukaan katub keluaran tangki untuk mengimbangi laju air yang lebih besar. Lakukan evaluasi on atau off terhadap heater. Klik STOP jika sudah selesai.

Untuk mengulangi percobaan yang sama atau mempersiapkan tangki untuk percobaan selanjutnya, air panas dalam tangki sebaiknya dikeluarkan dengan hati-hati dan ditampung dalam ember. Untuk itu cek apakah heater sudah mati dan PSV di set 100%.

Air dalam ember jika sudah dingin dapat dikembalikan ke bak penampung.Untuk pengendalian on-off controller:

Pengendalian suhu air dalam tangki proses T1 dapat dilakukan secara otomatis dengan cara mengklik Mode of Operation pada posisi Automaticdan meng-set nilai setpoint ke 300C atau pada nilai yang direkomendasikan. KlikApply dan GO untuk memulai data logging. Setelah suhu air dalam tangki stabil, berikan disturbance atau perubahan setpoint.

Disturbance dapat diberikan dengan cara mengeset nilai lain untuk PSV. Set PSV misalnya ke 50% (laju lebih besar) dan buka sedikit lebih lebar bukaan katub keluaran tangki untuk mengimbangi kenaikan laju air kemudian tunggu hingga tercapai kondisi steady. Klik STOP jika sudah selesai.

Perubahan setpoint dapat dilakukan melalui jendela PID controller. Set nilai setpoint 100C lebih tinggi, misalnya ke 400C, kemudian klik Apply dan lakukan data logging hingga suhu stabil kembali. Klik STOP jika sudah selesai.

Untuk pengendalian dengan PID controller:

Pengendalian suhu air dalam tangki proses T1 dapat dilakukan secara otomatis dengan cara mengklik Mode of Operation pada posisi Automatic. Nilai awal parameter PID controller dapat diperoleh melalui prosedur tuning berikut:

PID setting dan Optimasi

Persiapkan suhu air dalam tangki proses minimal 30 0C. Jika air dalam tangki proses masih panas karena dipakai untuk percobaan sebelumnya, maka dinginkan dengan cara mengalirkan air dingin melalui PSV 100% ke tangki dan kembalikan PSV ke 0% jika suhu air sudah mininal 300C. Jika terlalu lama, air panas dalam tangki proses dapat juga dikeluarkan dahulu dan ditampung dalam ember. Isikan kembali tangki dengan air dingin baru.

Buat data sheet baru, kemudian pada jendela PID controller, set P, I, dan D dengan nilai 0%, 0 s, dan 0 s, dan setpoint pada 40 0C, lalu klik Apply dan GOuntuk memulai data logging.

Terlihat bahwa suhu meningkat dan melewati setpoint dan akhirnya membentuk overshoot dan beroscilasi kontinu. Pada oscilasi yang ke dua atau ke tiga, klik STOP untuk menghentikan data logging.

Buat gambar kurva dengan menggunakan software EXCEL antara data waktu pemanasan versus suhu air dalam tangki proses.Dari gambar kurva tersebut, tentukan jarak puncak atas dan puncak bawah sebagai y dan waktu yang dibutuhkan dari puncak ke puncak sebagai t. Dari nilai y dan t tersebut, nilai awal untuk P, I,dan D dapat ditemukan sebagai berikut:

Nilai-nilai P, I, dan D hasil optimasi ini selanjutnya disebut sebagai nilai hasil optimasi atau nilai optimal. Ketikkan nilai-nilai optimal yang diperoleh dan ubah setpoint ke 0 0C supaya terjadi pendinginan air dalam tangki proses. Pendinginan dapat dipercepat dengan cara mengalirkan air dingin ke coil melalui PSV 100%, atau mengeluarkan air panas dari tangki dan diganti dengan air dingin.Catatan: jika nilai P optimal terlalu kecil (kurang dari 5%) dan I optimal terlalu besar (lebih dari 30 detik), maka nilai-nilai tuning ini tidak akan memuaskan dan nilai terbaik untuk P mungkin di atas 100%.

Setelah suhu air mencapai sekitar 30 0C, buat sheet data baru dan tetapkan setpoint pada 40 0C lalu klik ikon GO untuk memulai data logging.

Akan terlihat suhu menjadi meningkat dan akhirnya beroscilasi di sekitar setpoint. Klik STOP untuk mengakhiri data logging. Setelah ini dapat diputuskan pemberian disturbance atau perubahan setpoint lagi untuk melihat sifat pengendalian dengan PID controller.

Perubahan set point dan disturbanceBuat perubahan setpoint 100 lebih tinggi dari nilai awal. Klik Apply dan ikon GOuntuk memulai data logging. Setelah suhu beroscilasi dan akhirnya mencapai kondisi steady yang baru, berikan disturbance dalam bentuk pengaliran air dingin melalui PSV. Untuk itu set PSV ke 100%, dan setelah 20 menit set kembali PSV menjadi 0%. Setelah penghentian disturbance, lanjutkan data logging sampai kondisi steady yang baru tercapai. Klik STOP untuk mengakhiri percobaan.

Pengendalian dengan P, PI dan PD-Controller

Percobaan ini mirip seperti percobaan dengan PID-controller di atas, hanya pengesetan nilai parameter disesuaikan dengan jenis controller yang digunakan. Untuk itu gunakan nilai optimal sebagai nilai-nilai awal.

Untuk setiap jenis percobaan dengan jenis contoller tertentu, buat data sheet baru dan lakukan percobaan dengan parameter nilai-nilai controller sebagai berikut:

Untuk P-controller : Nilai P di bawah, sama dengan dan di atas nilai optimal.

Untuk PI-controller : Nilai P optimal dengan nilai I di bawah, sama dengan dan di atas nilai optimal.

Untuk PD-controller : Nilai P optimal dengan nilai D di bawah, sama dengan dan di atas nilai optimal.


Selama percobaan, peralatan akan menjadi panas. Jangan sentuh tangki proses atau memindahkan coil atau sensor dari dalam tangki. Dinginkan dahulu peralatan sebelum membuang air dalam tangki proses atau melepas selang dari tangki proses. Berhati-hati dan tertiblah dalam bekerja. Ingat, komputer dan monitor berada dalam 1 meja dengan peralatan ini.Mahasiswa dilarang keras meninggakan alat bekerja sendiri tanpa pengawasan dari anggota kelompok. Pelanggaran tentang hal ini akan berakibat langsung pada penghentian praktikum ini secara sepihak oleh dosen penanggung jawab praktikum.3.2.8Data Untuk Percobaan

Data percobaan adalah data yang dapat diambil dari software. Untuk mempermudah identifikasi hasil percobaan, disarankan untuk memberi nama setiap sheet data percobaan dengan nama yang komunikatif, seperti SP30ke40PID, yang artinya dapat dihubungkan dengan suatu percobaan perubahan setpoint dari 30 ke 400C menggunakan PID controller. Kemudian seluruh sheet yang dibuat dalam percobaan ini disimpan dengan nama yang representatif, misalnya PCT40Perc3_2.


(a)Apa perbedaan paling mendasar dari pengendalian proses kontinu secara manual, dan otomatis menggunakan on-off-controller dan PID-controller?

(b)Bagaimanakan spesifikasi respon hasil optimasi yang telah dilaksanakan?

(c)Bagaimanakah sifat-sifat pengendalian menggunakan P, PI, dan PID-Controller? Jelaskan jawaban saudara berdasarkan perubahan setpoint, pemberian disturbance, overshoot maksimum, oscilasi kurva pengendalian, offset, waktu pengendalian, dan lain sebagainya.



BAB IVPENGENDALIAN LAJU ALIRPercobaan I


Pengendalian Laju Alir Secara Manual4.1.2Tujuan Instruksional Khusus

Mahasiswa dapat mengendalikan laju alir air secara manual dengan cara memvariasikan kecepatan pompa peristaltic.

4.1.3Dasar Teori

Pada percobaan ini, kecepatan aliran air yang berasal dari pompa peristaltik dimonitor secara terus-menerus oleh sebuah flow sensor. Dengan cara mengatur kecepatan pompa dan dengan memperhatikan kecepatan aliran air, maka kecepatan aliran air dari pompa peristaltik dapat dikendalikan.4.1.4Gambar Rangkaian Alat

4.1.5Alat

Praktikum ini menggunakan PCT40 bench yang dilengkapi dengan selang-selang fleksibel. PCT 40 terhubung dengan sebuah komputer melalui koneksi USB. Pada komputer telah terinstall paket software yang dapat digunakan untuk mengendalikan dan mengelola signal-signal yang berasal dari semua sensor dan controller.



Pada software PCT40, pilih Section 9: Flow Control. Klik ikon untuk menampilkan layar diagram mimic. Cocokkan hubungan selang ke semua alat yang ada dengan gambar yang terlihat pada diagram mimic.

Klik menu Sample-Configure lalu atur data logging dilakukan secara Automatic dengan interval 5 detik dan durasi Continuous.

Pastikan bahwa mains water supply pada kondisi off dan pressure regulator pada posisi minimum.

Gunakan selang panjang peristaltik berdiameter 6.3 mm yang memiliki self-sealing pada salah satu ujungnya untuk menghubungkan soket keluaran pada SOL1 dan pompa peristaltik A. Arahkan ujung lainnya ke bak pembuangan.Gunakan selang panjang peristaltik lainnya untuk menghubungkan soket sebelum SOL1 dan pompa peristaltik B. Arahkan ujung lainnya ke bak pembuangan.

Pengaturan Pompa A dan BAtur kecepatan pompa B pada 50%. Pastikan rotor pompa teraba berputar (bergetar). Buka mains wter supply lalu secara hati-hati tutup penutup pompa. Jika air terlihat mengalir melalui pompa, perbesar kecepatannya hingga 100%.Atur pressure regulator pada laju alir maksimum (1400 mL/menit).Atur kecepatan pompa B pada 0%

Tutup dengan hati-hati penutup pompa A dan atur pada kecepatan 50%. Buka katub SOL1 dan pastikan air mengalir melalui pompa A.Atur kecepatan pompa A pada 0%

Percobaan Pastikan SOL1 terbuka dan atur pompa A pada 50%. Klik GO untuk memulai data logging.Perhatikan laju alir F1, dan atur kecepatan pompa A pada nilai tertentu sehingga menghasilkan laju alir, misalnya 700mL/menit.Jika laju alir beroscilasi terlalu banyak, yang mana juga menunjukkan banyaknya gangguan, maka perlu dilakukan suatu filtering dengan mengatur sub men Options-IFD Sampling Parameter-Filter Mode menjadi eksponential.Pada kecepatan pompa A yang konstan, disturbance dapat diberikan dengan cara mengatur kecepatan pompa B, misalnya 10, 20, 30, 40%, dst. Catat waktu yang dibutuhkan dan laju air yang dihasilkan dengan cara iniJika selesai, maka klik STOP untuk mengakhiri data logging.


Berhati-hati dan tertiblah dalam bekerja. Ingat, komputer dan monitor berada dalam 1 meja dengan peralatan ini. Bagian yang perlu mendapat perhatian dari praktikan adalah bagian yang bergerak dari pompa A dan B serta ujung-ujung selang yang mengeluarkan air.

Mahasiswa dilarang keras meninggakan alat bekerja sendiri tanpa pengawasan dari anggota kelompok. Pelanggaran tentang hal ini akan berakibat langsung pada penghentian praktikum ini secara sepihak oleh dosen penanggung jawab praktikum.4.1.8Data Untuk Percobaan

Data percobaan adalah data yang dapat diambil dari software. Untuk mempermudah identifikasi hasil percobaan, disarankan untuk memberi nama setiap sheet data percobaan dengan nama yang komunikatif, kemudian seluruh sheet yang dibuat dalam percobaan ini disimpan dengan nama yang representatif, misalnya PCT40Perc4_1.

Lakukan percobaan yang terbalik, yakni pompa B konstan dan pompa A divariasikan kecepatannya. Bandingkan hasilnya dengan percobaan sebelumnya dengan menggunakan kurva laju alir vs waktu. Jelask

Jobsheet Kontrol 2010

Documents

Transcript of Jobsheet Kontrol 2010