BAB III LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB III LANDASAN TEORI 3.1 Sistem Kontrol Sistem kontrol adalah sekumpulan komponen yang bekerja dibawah pengarahan kecerdasan mesin. Dalam kebanyakan kasus,rangkaian elektronika menghasilkan kecerdasan dan komponen elektromangentik seperti sensor dan motor bertindak sebagai antar-muka dengan dunia fisik. Pada masa lalu,yang disebut proses otomatis adalah semua yang dikontrol,baik dengan rangkaian elektronika dengan analog maupun dengan rangkaian yang memakai saklar (switch),relai (relay), dan pewaktu timer. Sejak kemajuan mikrprosesor yang murah semakin banyak piranti dan sistem dirancang ulang untuk menyertakan pengontrol mikroprosesor contohnya termasuk mesin foto kopi,mesin minum-minuman,robot dan pengolahan pabrik industri. Sistem kontrol dapat dikelompokkan menurut beberapa cara yaitu sistem regulator,sistem pembuntut,sistem kontrol event. Sistem regulator secara otomatis menjaga suatu parameter agar bernilai pada (atau sekitar) harga tertentu contohnya sistem pemanasan rumah untuk menjaga suhu pada nilai tertentu meskipun terjadi kondisi-kondisi luar yang berubah. Sistem pembuntut mengupayakan outputnya mengikuti lintasan tertentu yang telah ditetapkan sebelumnya contohnya robot industri yang memindahkan bagian-bagian (parts) dari suatu tempat ke tempat lainnya. Sistem kontrol event mengendalikan serangkaian peristiwa (event) yang berurutan conthnya mesin cuci yang terus-menerus melaksanakan sederetan langkah-langkah terprogram. Sistem control elektrik merupakan karya abad keduapuluh. Relai elektromagnetik dikembangkan dan dipergunakan untuk mengendalikan motor dan piranti (device) secara jarak jauh. Relai dan saklar juga dipergunakan sebagai gerbang-gerbang logika (logic gates) sederhana untuk mewujudkan semacam kecerdasan. Dengan memakai teknologi tabung vakum,berbagai perkembangan penting dalam sistem control terjadi sepanjang perang dunia II. 11

2 12 Pelajaran sistem kontrol berisikan banyak pelajaran yaitu elektronika (baik analog maupun digital),piranti kontrol daya,sensor,motor,mekanika dan teori sistem kontrol. Setiap sistem kontrol memiliki sekurang-kurangnya satu pengontrol (controller) dan satu akuator (actuator). Input ke pengontrol disebut rujukan (set point),suatu sistem yang melambangkan output sistem yang diinginkan. Actuator adalah piranti elektromagnetik yang menerima sinyal dari pengontrol dan mengubahnya menjadi semacam aksi fisik contoh dari beberapa akuator umum adalah motor elektrik,katup yang dikendalikan secara elektrik atau elemen pemanas (heating element). Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Kontrol Sumber : Electronic Book,Pengenalan Sistem Kontrol Elemen-elemen desain sistem kontrol yaitu : 1. Mendefiniskan obyektif pengontrolan.. 2. Menyeleksi pengukuran 3. Menyeleksi variable yang dimanipulasikan 4. Menyeleksi konfigurasi kontrol 5. Mendesain kontroler. 3.2 Sistem Kontrol Terbuka Masukan Kontroler Proses Keluaran Gambar. 3.2 Blok Diagram Sistem Konmtrol Terbuka

3 Kelebihan sistem loop terbuka 1. Konstruksi sederhana dan perawatannya mudah 2. Kebih murah 3. Tidak ada persoalan berlebihan 4. Cocok untuk keluaran yang sulit diukur/tidak ekonomis Kekurangan sistem loop terbuka 1. Gangguan dan perubahan kalibrasi 2. Untuk menjaga kualitas yang diinginkan perlu kalibrasi ulang waktu ke waktu 3.3 Sistem Kontrol Tertutup Sistem kontrol tertutup terbagi tiga yaitu : 1. Sistem kontrol berumpan balik 2. Sistem kontrol interfrensial 3. Sistem kontrol berumpan-maju Masukan Keluaran Kontroler Proses Alat Ukur Gambar. 3.3 Diagram Blok Sistem Kontrol Loop Tertutup Sumber : Electronic Book,Filosofi Dasar Sistem Kontrol 3.4 Sistem Kontrol Digital Dalam sistem kontrol digital,pengontrol menggunakan rangkaian digital, kerap kali, rangkaian sesungguhnya adalah komputer yang biasanya berbasis mikroprosesor atau mikrokontroler. Komputer tersebut melaksanakan program yang berulang berkali-kali (setiap perulangan iterasi atau scan). Program memerintahkan computer untuk membaca data rujukan dan sensor,lalu

4 14 menggunakan bilangan-bilangan untuk menghitung output pengontrol (yang kemudian dikirim ke akuator). Program tersebut lalu memutar balik ke permulaan dan memulai lagi. Waktu total untuk satu kali melintas program mungkin kurang dari 1 milidetik (ms). Sistem digital hanya melihat inputnya pada saat tertentu dalam suatu scan. hal ini secara mendasar berbeda daripada sistem analog,yang bersifat kontinu dan menanggapi setiap perubahan secara segera. Meskipun demikian,pada kebanyakan sistem kontrol digital,waktu scan sedemikian singkat dibandingkan waktu tanggapan proses yang dikontrol sehingga,untuk semua tujuan praktis,tanggapan pengontrol terasa seketika. 3.5 Radar Tank Gauge Radar Tank Gauge atau disingkat RTG adalah jenis ATG yang digunakan untuk mengukur ketinggian suatu permukaan dengan metode radar. Metode pengukuran dengan level untuk jenis ATG ada dua yaitu RTG dan Servo Tank Gauge. Sesuai dengan namanya, RTG menggunakan radar untuk pengukuran, dan STG menggunakan servo (motor) untuk pengukuran level. ATG adalah pengukuran level dengan presisi yang tinggi. Tingkat presisi ini digunakan untuk mencapai standar minimum untuk custody transfer (untuk jual beli dengan pihak ketiga). Selain kegunaan tersebut, RTG bisa juga digunakan untuk inventory calculation, oil movement, losses control, operational and blending control, dan leak detection & overfill protection. Untuk mendapatkan nilai dengan presisi yang tinggi, banyak parameter yang harus diukur seperti level minyak, temperature minyak, water level, dan tinggi tanki. Variable ini digunakan untuk menghitung net volume minyak dalam suatu tanki dengan perhitungan tertentu. Untuk mendapatkan level minyak secara tepat harus di kompensasi dengan level air yang ada di dalam tanki. Karena SG Air dan minyak berbeda pasti air akan berada dibawah dan membentuk suatu lapisan tersebut. Oleh karena itu, lapisan air dapat diukur dengan mudah untuk mendapatkan ketinggian air dari dasar tanki. Radar digunakan untuk mengukur ketinggian ruang kosong antara fluida dan tempat radar tersebut dipasang (di atap tanki). Level minyak murni = tinggi tanki hasil pengukuran radar ketinggian level air.

5 15 Pengukuran level dengan radar memiliki 2 metode yatu pulse method dan Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW). Pulse method adalah pengukuran dengan menghitung waktu tempuh sinyal yang dikirim kemudian dipantulkan oleh fluida dan diterima kembali oleh antena. Total waktu yang digunakan untuk merambat dari awal sampai kembali lagi itulah yang disensing sebagai waktu. Pengukuran dengan metode ini memiliki akurasi yang rendah. Gambar 3.4 Frequency Modulated Continuous Wave FMCW adalah pengukuran dengan menghitung delta frekuensi dari frekuensi yang dikirimkan dan frekuensi yang diterima saat itu. Pengukuran ini dilakukan dengan memvariasikan frekuensi yang ditransmisikan. Frekuensi ini memiliki sifat semakin besar dalam setiap waktu sampai saat tertentu dia akan kembali mulai dari awal lagi. Jika digambarkan spektrum seperti gelombang gigi gergaji. Waktu tempuh frekuensi pertama tersebut akan memiliki waktu yang sebanding dengan jarak antara transmitter dan sisi pemantul. Semakin besar jaraknya maka semakin lama pula frekuensi pertama tersebut ditangkap. Pada saat yang bersamaan, radar tersebut juga mengirimkan sinyal yang semakin naik seiring bertambahnya waktu. Ketika frekuensi pertama ditangkap oleh radar, frekuensi tersebut dibandingkan dengan frekuensi yang dikirim saat ini. Delta frekuensi ini akan ditransformasikan dengan FFT menjadi frekuensi spektrum. Dari situlah bisa ditentukan jarak pengukuran. Dengan perhitungan tertentu, delta f ini memiliki hubungan sebanding dengan jarak yang diukur. Pengukuran level air dilakukan secara lebih sederhana. Pengukuran ini hanya menggunakan komponen kapasitif yang akan berubah kapasitansinya ketika terkena fluida. Output yang dihasilkan dari pengukuran ini adalah sinyal elektrik 4-20mA.

6 16 Gambar 3.5 Multi Spot Temperature Pengukuran temperature dilakukan secara kontinu dengan interval jarak 3 meter. Pengukuran temperature ini menggunakan MST (Multiple Spot Temperature) sebagai tempat untuk meletakkan termometer. Setiap element termometer ini akan dikirimkan nilainya ke RTG untuk dikalkulasi menjadi volume netto. Harus ada kompensasi temperature karena minyak itu bisa mengembang dan menyusut sesuai dengan temperaturenya. Jika temperature tinggi, maka minyak akan mengembang dan sebaliknya jika temperature rendah maka minyak akan menyusut. RTG ini memiliki presisi yang tinggi karena dia memiliki ketelitian pengukuran kurang lebih 0.5 mm. RTG menggunakan frekuensi 10GHz dengan mode frequency modulation. Digunakan mode FM karena kebanyakan noise itu terletak pada amplitude modulation. 3.6 TOPPIS (Tank Overfill Preventive Protection Interlock System) Sistem TOPPIS merupakan bagian dari ESD (Emergency Shutdown Device) untuk mencegah serta memproteksi overfill pada tangki penyimpanan minyak bumi. Sistem ini menggunakan Level Switch sebagai sensor ATG (Automatic Tank Gauge) sebagai Indikator Pengukuran level pada tangki serta menggunakan PLC sebagai alat pengontrolnya.

7 ATG (Automatic Tank Gauge) ATG adalah alat elektronik yang fungsi dasarnya untuk memonitor level atau ketinggian minyak di dalam tangki secara realtime. Gambar. 3.6 Level Radar ATG juga dapat memberitahu operator kondisi di dalam tangki seperti level minyak atau solar, volume dan temperatur minyak, level air dan volumenya, peringatan tinggi atau rendahnya level minyak pada tangki tersebut. 3.6,2 Level Switch Level Switch adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai pengaman level cairan seperti alarm atau trip pompa.

8 18 Gambar 3.7 Level Switch Level switch ini memiliki dua lubang (tip sensitive set point) yang dapat dijadikan sebagai penanda kondisi level di dalam tangki. Lubang yang paling bawah digunakan sebagai pertanda kondisi (high) dan lubang di atasnya merupakan pertanda kondisi (High high). 3.7 Prinsip dasar dari micropilot Prinsip pengukuran - Waktu Penerbangan Transmisi impuls microwave Refleksi pada permukaan medium Penerimaan impuls tercermin Pengukuran Waktu Penerbangan Perhitungan jarak antar unit dan permukaan diukur melalui? d = c. FMR540 2