A. Sistem Kontrol Loop Terbuka (Open-Loop Control System)

Transkripsi

1 A. Sistem Kontrol Loop Terbuka (Open-Loop Control System) Suatu sistem kontrol yang mempunyai karakteristik dimana nilai keluaran tidak memberikan pengaruh pada aksi kontrol disebut Sistem Kontrol Loop Terbuka (Open-Loop Control System). Contoh dari sistem loop terbuka adalah operasi mesin cuci. Penggilingan pakaian, pemberian sabun, dan pengeringan yang bekerja sebagai operasi mesin cuci tidak akan berubah (hanya sesuai dengan yang diinginkan seperti semula) walaupun tingkat kebersihan pakaian (sebagai keluaran sistem) kurang baik akibat adanya faktor-faktor yang kemungkinan tidak diprediksikan sebelumnya.. Diagram kotak pada Gambar dibawah ini memberikan gambaran proses ini. Gb. Operasi mesin cuci Gb. Sistem Kontrol Loop Terbuka Sistem kontrol loop terbuka ini memang lebih sederhana, murah, dan mudah dalam desainnya, akan tetapi akan menjadi tidak stabil dan seringkali memiliki tingkat kesalahan yang besar bila diberikan gangguan dari luar. B. Sistem Kontrol Loop Tertutup (Closed-Loop Control System) Sistem kontrol loop tertutup adalah identik dengan sistem kontrol umpan balik, dimana nilai dari keluaran akan ikut mempengaruhi pada aksi kontrolnya.

2 Gb. Proses Umpan Balik Pendingin Udara Contoh dari sistem ini banyak sekali, salah satu contohnya adalah operasi pendinginan udara (AC). Masukan dari sistem AC adalah derajat suhu yang diinginkan si pemakai. Keluarannya berupa udara dingin yang akan mempengaruhi suhu ruangan sehingga suhu ruangan diharapkan akan sama dengan suhu yang diinginkan. Dengan memberikan umpan balik berupa derajat suhu ruangan setelah diberikan aksi udara dingin, maka akan didapatkan kesalahan (error) dari derajat suhu aktual dengan derajat suhu yang diinginkan. Adanya kesalahan ini membuat kontroler berusaha memperbaikinya sehingga didapatkan kesalahan yang semakin lama semakin mengecil. Gambar dibawah ini memberikan penjelasan mengenai proses umpan balik sistem AC ini Gb. Sistem Kontrol Loop Tertutup Dibandingkan dengan sistem kontrol loop terbuka, sistem kontrol loop tertutup memang lebih rumit, mahal, dan sulit dalam desain. Akan tetapi tingkat kestabilannya yang relatif konstan dan tingkat kesalahannya yang kecil bila terdapat gangguan dari luar, membuat sistem kontrol ini lebih banyak menjadi pilihan para perancang sistem kontrol. Pengertian Open Loop dan Close Loop by wisnu kusbandono 096 on Jumat, 01 Maret 2013

3 Open Loop Open loop control atau kontrol lup terbuka adalah suatu sistem yang keluarannya tidak mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol. Artinya, sistem kontrol terbuka keluarannya tidak dapat digunakan sebagai umpan balik dalam masukan. Dalam suatu sistem kontrol terbuka, keluaran tidak dapat dibandingkan dengan masukan acuan. Jadi, untuk setiap masukan acuan berhubungan dengan operasi tertentu, sebagai akibat ketetapan dari sistem tergantung kalibrasi. Dengan adanya gangguan, system control open loop tidak dapat melaksanakan tugas sesuai yang diharapkan. System control open loop dapat digunakan hanya jika hubungan antara masukan dan keluaran diketahui dan tidak terdapat gangguan internal maupun eksternal. contoh : pemanggang roti, pencuci piring, eskalator, mesin cuci dan lain-lain contoh pembahasan : Pemanggang Roti Sejenis dengan mesin pencuci piring. Pemanggang roti hanya bekerja berdasarkan waktu, tidak ada umpan ballik apakah roti yang dipanaskannya sudah matang atau belum. Sehingga masukkan, dalam hal ini tingkat kematangan roti yang diinginkan bisa jadi akan berbeda dengan keluaran yang diharapkan. Potongan roti yang terlalu besar bisa menyebabkan roti yang dimasukkan kedalam pemanggang menjadi tidak matang. Namun roti yang tidak matang tersebut tetap saja menjadi keluaran dari mesin tersebut. Pemanggang roti tidak akan memanaskannya lagi hingga matang. Close Loop Sistem kontrol lup tertutup adalah sistem kontrol yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan, sistem kontrol lup tertutup juga merupakan sistem kontrol berumpan balik. Sinyal kesalahan penggerak, yang merupakan selisih antara sinyal masukan dan sinyal umpan balik (yang dapat berupa sinyal keluaran atau suatu fungsi sinyal keluaran atau turunannya, diumpankan ke kontroler untuk memperkecil kesalahan dan membuat agar keluaran sistem mendekati harga yang diinginkan. Dengan kata lain, istilah lup tertutup berarti menggunakan aksi umpan balik untuk memperkecil kesalahan sistem.

4 menunjukkan hubungan masukan dan keluaran dari sistem kontrol lup tertutup. Jika dalam hal ini manusia bekerja sebagai operator, maka manusia ini akan menjaga sistem agar tetap pada keadaan yang diinginkan, ketika terjadi perubahan pada sistem maka manusia akan melakukan langkah langkah awal pengaturan sehingga sistem kembali bekerja pada keadaan yang diinginkan. contoh : lampu taman, lemari es dan lain-lain contoh pembahasan : lampu taman Jika menurut saya lampu itu termasuk kedalam loop tertutup karena memiliki kondisi eror sehingga harus adanya pengulangan agar kondisi yang diinginkan tercapai. Masukan yang diharapkan adalah cahaya yang redup agar sensor mengirim sinyal supaya lampu menyala tetapi apabila sensor tidak menangkap cahaya redup maka akan terjadi eror dan sensor harus mengulang sampai kondisi yang diinginkan tercapai, demikian pemaparan lampu taman yang masuk kedalam loop tertutup. Sistem kendali dapat dikatakan sebagai hubungan antara komponen yang membentuk sebuah konfigurasi sistem, yang akan menghasilkan tanggapan sistem yang diharapkan. Jadi harus ada yang dikendalikan, yang merupakan suatu sistem fisis, yang biasa disebut dengan kendalian (plant). Masukan dan keluaran merupakan variabel atau besaran fisis. Keluaran merupakan hal yang dihasilkan oleh kendalian, artinya yang dikendalikan; sedangkan masukan adalah yang mempengaruhi kendalian, yang mengatur keluaran. Kedua dimensi masukan dan keluaran tidak harus sama. Pada sistem kendali dikenal sistem lup terbuka (open loop system) dan sistem lup tertutup (closed loop system). Sistem kendali lup terbuka atau umpan maju (feedforward control) umumnya mempergunakan pengatur (controller) serta aktuator kendali (control actuator) yang berguna untuk memperoleh respon sistem yang baik. Sistem kendali ini keluarannya

5 tidak diperhitungkan ulang oleh controller. Suatu keadaan apakah plant benar-benar telah mencapai target seperti yang dikehendaki masukan atau referensi, tidak dapat mempengaruhi kinerja kontroler. Gambar 1. Sistem pengendalian lup terbuka Pada sistem kendali yang lain, yakni sistem kendali lup tertutup (closed loop system) memanfaatkan variabel yang sebanding dengan selisih respon yang terjadi terhadap respon yang diinginkan. Sistem seperi ini juga sering dikenal dengan sistem kendali umpan balik. Aplikasi sistem umpan balik banyak dipergunakan untuk sistem kemudi kapal laut dan pesawat terbang. Perangkat sehari-hari yang juga menerapkan sistem ini adalah penyetelan temperatur pada almari es, oven, tungku, dan pemanas air. Gambar 2. Sistem pengendalian lup tertutup Dengan sistem kendali gambar 2, kita bisa ilustrasikan apabila keluaran aktual telah sama dengan referensi atau masukan maka input kontroler akan bernilai nol. Nilai ini artinya kontroler tidak lagi memberikan sinyal aktuasi kepada plant, karena target akhir perintah gerak telah diperoleh. Sistem kendali loop terbuka dan tertutup tersebut merupakan bentuk sederhana yang nantinya akan mendasari semua sistem pengaturan yang lebih kompleks dan rumit. Hubungan antara masukan (input) dengan keluaran (output) menggambarkan korelasi antara sebab dan akibat proses yang berkaitan. Masukan juga sering diartikan tanggapan keluaran yang diharapkan. Untuk mendalami lebih lanjut mengenai sistem kendali tentunya diperlukan pemahaman yang cukup tentang hal-hal yang berhubungan dengan sistem kontrol. Oleh karena itu selanjutnya akan dikaji beberapa istilah-istilah yang dipergunakannya. Istilah-istilah dalam sistem pengendalian adalah : 1. Masukan Masukan atau input adalah rangsangan dari luar yang diterapkan ke sebuah sistem kendali untuk memperoleh tanggapan tertentu dari sistem pengaturan. Masukan juga sering disebut respon keluaran yang diharapkan. 2. Keluaran Keluaran atau output adalah tanggapan sebenarnya yang didapatkan dari suatu sistem kendali.

6 3. Plant Seperangkat peralatan atau objek fisik dimana variabel prosesnya akan dikendalikan, msalnya pabrik, reaktor nuklir, mobil, sepeda motor, pesawat terbang, pesawat tempur, kapal laut, kapal selam, mesin cuci, mesin pendingin (sistem AC, kulkas, freezer), penukar kalor (heat exchanger), bejana tekan (pressure vessel), robot dan sebagainya. 4. Proses Berlangsungnya operasi pengendalian suatu variabel proses, misalnya proses kimiawi, fisika, biologi, ekonomi, dan sebagainya. 5. Sistem Kombinasi atau kumpulan dari berbagai komponen yang bekerja secara bersama-sama untuk mencapai tujuan tertentu. 6. Diagram blok Bentuk kotak persegi panjang yang digunakan untuk mempresentasikan model matematika dari sistem fisik. Contohnya adalah kotak pada gambar 1 atau Fungsi Alih (Transfer Function) Perbandingan antara keluaran (output) terhadap masukan (input) suatu sistem pengendalian. Suatu misal fungsi alih sistem pengendalian loop terbuka gambar 1 dapat dicari dengan membandingkan antara output terhadap input. Demikian pula fungsi alih pada gambar Sistem Pengendalian Umpan Maju (open loop system) Sistem kendali ini disebut juga sistem pengendalian lup terbuka. Pada sistem ini keluaran tidak ikut andil dalam aksi pengendalian sebagaimana dicontohkan gambar 1. Di sini kinerja kontroler tidak bisa dipengaruhi oleh input referensi. 9. Sistem Pengendalian Umpan Balik Istilah ini sering disebut juga sistem pengendalian loop tertutup. Pengendalian jenis ini adalah suatu sistem pengaturan dimana sistem keluaran pengendalian ikut andil dalam aksi kendali.

7 Gambar 3. Sistem pengendalian lup tertutup 10. Sistem Pengendalian Manual Sistem pengendalian dimana faktor manusia sangat dominan dalam aksi pengendalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia sangat dominan dalam menjalankan perintah, sehingga hasil pengendalian akan dipengaruhi pelakunya. Pada sistem kendali manual ini juga termasuk dalam kategori sistem kendali jerat tertutup. Tangan berfungsi untuk mengatur permukaan fluida dalam tangki. Permukaan fluida dalam tangki bertindak sebagai masukan, sedangkan penglihatan bertindak sebagai sensor. Operator berperan membandingkan tinggi sesungguhnya saat itu dengan tinggi permukaan fluida yang dikehendaki, dan kemudian bertindak untuk membuka atau menutup katup sebagai aktuator guna mempertahankan keadaan permukaan yang diinginkan. 11. Sistem Pengendalian Otomatis Sistem pengendalian dimana faktor manusia tidak dominan dalam aksi pengendalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia digantikan oleh sistem kontroler yang telah diprogram secara otomatis sesuai fungsinya, sehingga bisa memerankan seperti yang dilakukan manusia. Di dunia industri modern banyak sekali sistem ken dali yang memanfaatkan kontrol otomatis, apalagi untuk industri yang bergerak pada bidang yang proses nya membahayakan keselamatan jiwa manusia.

8 12. Variabel terkendali (Controlled variable) Besaran atau variabel yang dikendalikan, biasanya besaran ini dalam diagram kotak disebut process variable (PV). Level fluida pada bejana pada gambar 4 merupakan variabel terkendali dari proses pengendalian. Temperatur pada gambar 5 merupakan contoh variabel terkendali dari suatu proses pengaturan. 13. Manipulated variable Masukan dari suatu proses yang dapat diubah -ubah atau dimanipulasi agar process variable besarnya sesuai dengan set point (sinyal yang diumpankan pada suatu sistem kendali yang digunakan sebagai acuan untuk menentukan keluaran sistem kontrol). Masukan proses pada gambar 4 adalah laju aliran fluida yang keluar dari bejana, sedangkan masukan proses dari gambar 5 adalah laju aliran fluida yang masuk menuju bejana. Laju aliran diatur dengan mengendalikan bukaan katup. 14. Sistem Pengendalian Digital Dalam sistem pengendalian otomatis terdapat komponen -komponen utama seperti elemen proses, elemen pengukuran (sensing element dan transmitter), elemen controller (control unit), dan final control element (control value ).

9 15. Gangguan (disturbance) Suatu sinyal yang mempunyai k ecenderungan untuk memberikan efek yang melawan terhadap keluaran sistem pengendalian(variabel terkendali). Besaran ini juga lazim disebut load. 16. Sensing element Bagian paling ujung suatu sistem pengukuran ( measuring system) atau sering disebut sensor. Sensor bertugas mendeteksi gerakan atau fenomena lingkungan yang diperlukan sistem kontroler. Sistem dapat dibuat dari sistem yang paling sederhana seperti sensor on/off menggunakan limit switch, sistem analog, sistem bus paralel, sistem bus serial serta si stem mata kamera. Contoh sensor lainnya yaitu thermocouple untuk pengukur temperatur, accelerometer untuk pengukur getaran, dan pressure gauge untuk pengukur tekanan. 17. Transmitter Alat yang berfungsi untuk membaca sinyal sensing element dan mengubahnya supaya dimengerti oleh controller. 18. Aktuator Piranti elektromekanik yang berfungsi untuk menghasilkan daya gerakan. Perangkat bisa dibuat dari system motor listrik (motor DC servo, moto r DC stepper, ultrasonic motor, linier moto, torque motor, solenoid), sistem pneumatik dan hidrolik. Untuk meningkatkan tenaga mekanik aktuator atau torsi gerakan maka bisa dipasang sistem gear box atau sprochet chain. 19. Transduser Piranti yang berfungsi untuk mengubah satu bentuk energi menjadi energi bentuk lainnya atau unit pengalih sinyal. Suatu contoh mengubah sinyal gerakan mekanis menjadi energi listrik yang terjadi pada peristiwa pengukuran getaran. Terkadang antara transmiter dan tranduser dirancukan, keduanya memang mempunyai fungsi serupa. Transduser lebih bersifat umum, namun transmiter pemakaiannya pada sistem pengukuran. 20.Measurement Variable Sinyal yang keluar dari transmiter, ini merupakan cerminan sinyal pengukuran. 21. Setting point Besar variabel proses yang dikehendaki. Suatu kontroler akan selalu berusaha menyamakan variabel terkendali terhadap set point. 22. Error Selisih antara set point dikurangi variabel terkendali. Nilainya bisa positif atau negatif, bergantung nilai set point dan variabel terkendali. Makin kecil error terhitung, maka makin kecil pula sinyal kendali kontroler terhadap plant hingga akhirnya mencapai kondisi tenang ( steady state)

10 23. Alat Pengendali (Controller) Alat pengendali sepenuhnya menggantikan peran manusia dalam mengendalikan suatu proses. Controller merupakan elemen yang mengerjakan tiga dari empat tahap pengaturan, yaitu a. membandingkan set point dengan measurement variable b. menghitung berapa banyak koreksi yang harus dilakukan, dan c. mengeluarkan sinyal koreksi sesuai dengan hasil perhitungannya, 24. Control Unit Bagian unit kontroler yang menghitung besarnya koreksi yang diperlukan. 25. Final Controller Element Bagian yang berfungsi untuk mengubah measurement variable dengan memanipulasi besarnya manipulated variable atas dasar perintah kontroler. 26. Sistem Pengendalian Kontinyu Sistem pengendalian yang ber jalan secara kontinyu, pada setiap saat respon sistem selalu ada. Pada gambar 7. Sinyal e(t) yang masuk ke kontroler dan sinyal m(t) yang keluar dari kontroler adalah sinyal kontinyu. Selasa, 10 September 2013 Contoh Benda Loop Terbuka & Loop Tertutup Loop Terbuka Sistem Kendali terbuka adalah sistem kendali yang keluarannya tidak berpengaruh pada aksi pengontrolan, keluaran tidak diukur dan tidak diumpan-balikan untuk dibandingkan dengan masukan. Contoh benda yang termasuk loop terbuka adalah : 1. Pemanggang Roti/ Toaster

11 Toaster merupakan salah satu alat rumah tangga yang digunakan untuk memanaskan roti sebagai makanan pagi bagian bagi orang-orang tertentu. Toaster ini sangat sederhana dan mudah dioperasikannya. Toaster atau pemanggang roti memiliki sistem yang cukup simpel. Pemanggang menggunakan radiasi infra merah untuk memanaskan sekerat roti. Saat sekerat roti diletakkan di dalam pemanggang, dan setelah dihubungkan dengan sumber, sebuah kumparan akan menjadi kemerahan dan memproduksi kawat nikrom. Radiasi ini akan mengeringkan dan membakar permukaan roti. Pada umumnya, pemanggang menggunakan kawatl nikrom untuk memproduksi radiasi ini, dan kawat nikrom ini membalut suatu lembaran yang terbuat dari mika. Kawat nikrom (nichrom) sendiri adalah perpaduan antara nikel dan krom. Mengapa keduanya dipakai untuk menghasilkan radiasi? Pertama, kawat nikrom memiliki resistansi elektrik yang tinggi dibandingkan tembaga, misalnya. Meskipun kawat nikrom yang digunakan cukup pendek, namun cukup untuk menaikkan suhu tinggi. Yang kedua, nikrom tidak mengoksidasi saat dipanaskan sehingga tidak mengalami pengaratan. Sebaliknya kawat besi, misalnya, akan mengalami pengaratan dengan cepat saat dipanaskan. Alat pemanggang yang paling sederhana memiliki dua lembaran mika yang diselubungi nikrom, dan masingmasing dipisahkan oleh suatu slot berukuran satu inci. Kabel nikrom dapat langsung dihubungkan ke stop kontak. 2. Pengontrol lalu lintas berbasis waktu ATCS (Automatic Traffic Light Control System) telah digunakan pada kota-kota besar seperti Jakarta, Bandung, Surabaya untuk mencegah terjadinya kemacetan. Tetapi meningkatnya jumlah kendaran menyebabkan ATCS berfungsi kurang optimal. Untuk itu dibuat sistem ATCS yang dapat bekerja menentukan lama penyalaan lampu hijau secara otomatis berdasarkan distribusi kepadatan. Sistem ini mengontrol lampu Lalu Lintas otomatis dengan menggunakan kamera berbasis mikrokontroller. Kamera digunakan sebagai pengamat kepadatan kendaraan pada suatu persimpangan. Hasil pengamatan

12 diolah PC sehingga diperoleh persentase kepadatan pada tiap-tiap jalur. Mikrokontroller bekerja menyalakan lampu lalu lintas secara default kontrol yaitu searah dengan arah jarum jam. Jika PC terkoneksi dengan mikrokontroller maka mikrokontroller mengirimkan informasi jalur mana yang lampu hijaunya akan menyala. 3. Sistem Pengaturan Temperatur Ruangan Untuk mendapatkan temperature yang diinginkan, operator menggunakan pengalamannya untuk mengeset daya yang dibutuhkan sistem agar keluaran sistem yang berupa temperature ruangan sebenarnya dengan temperature ruangan yang diinginkan. Hal tersebut dapat digambarkan dalam bentuk diagram balok sebagai berikut : Loop Tertutup Merupakan suatu sistem yang keluarannya berpengaruh langsung terhadap aksi kendali, yang mempertahankan keluaran sehingga sama bahkan hampir sama dengan masukan acuan walaupun terdapat gangguan pada sistem. Jadi sistem ini adalah sistem kendali berumpan balik, dimana kesalahan penggerak adalah selisih antara sinyal masukan dan sinyal umpan balik (berupa sinyal keluaran dan turunannya) yang diteruskan ke pengendali sehingga melakukan aksi terhadap proses untuk memperkecil kesalahan dan membuat agar keluaran mendekati harga yang diingankan. Contoh benda yang termasuk loop tertutup adalah: 1. Dispenser/ Pemanas air Dispenser adalah salah satu alat elektronik yang didalamnya terdapat heater yang berfungsi untuk memanaskan air yang ada pada tabung penampung, Heater umumnya memiliki daya sekitar Watt. Dispenser juga dilengkapi dengan Thermostat. Pada tabung dispenser dipasang Heater / pemanas serta sensor suhu atau thermostat yang berfungsi untuk membatasi kerja heater

13 agar tidak bekerja terus-menerus yang akan menimbulkan suhu air dalam tabung dispenser berlebihan, Ketika suhu air yang dipanaskan oleh heater mencapai suhu tertentu sehingga melebihi suhu kerja sensor/thermostat maka sensor akan bekerja dan memutuskan arus yang mengalir ke heater, dengan demikian heater akan berhenti bekerja sehingga suhu air tetap terjaga sesuai dengan kebutuhan, bisa dilihat di lampu indikator dari warna merah akan berganti warna hijau. Heater akan bekerja kembali manakala suhu air pada tabung menurun sampai suhunya berada dibawah suhu kerja sensor, sensor dipasang seri dengan heater, dengan demikian fungsi dari sensor ini mirip seperti saklar, hanya saja bekerjanya secara otomatis berdasarkan perubahan suhu. 2. Kulkas Kulkas adalah alat elektronik yang berfungsi mendinginkan benda di dalamnya dengan mempertahankan suhu yang telah di set sesuai keinginan, untuk itu kulkas di lengkapi dengan sensor temperature yang berfungsi untuk menghidupkan dan mematikan kompresor pada kulkas, jadi saat suhu dalam kulkas meningkat maka kompresosr akan menyala dan berhenti setelah temperature di dalam kulkas turun seperti yang telah di tentukan. Sistem Kontrol Loop Terbuka ( open loop ) Sistem loop terbuka menggunakan peralatan penggerak untuk mengontrol proses secara langsung tanpa umpan balik. Pada sistem ini harga keluaran sistem tidak dapat dibandingkan terhadap harga masukannya. Dengan kata lain variable yang dikontrol tidak dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan. Umumnya masukan sistem dipilih berdasarkan pengalaman. Sistem loop terbuka mempunyai ciri ciri, diantaranya : 1. Sederhana 2. Harganya murah 3. Dapat dipercaya 4. Dapat kurang akurat karena tidak terdapat koreksi terhadap kesalahan 5. Berbasis waktu Pada Sistem kontrol loop terbuka, keluarannya tidak mempengaruhi sinyal output karena tidak ada sinyal umpan balik ( feedback ). jadi pada sistem kontrol loop terbuka ini sinyal outputnya tidak dapat digunakan sebagai perbandingan dengan sinyal inputnya. akibatnya adalah ketetapan atau ketelitian dari sistem ini tergantung pada proses kalibrasi.

14 diagram dari open loop dapat dilihat dibawah ini: Fungsi alih atau fungsi transfer dari sistem kontrol loop terbuka dapat dinyatakan seperti dibawah ini: Contoh dari sistem loop terbuka ini adalah : C(s) = G(s) x R(s) C(s) / R(s) = G(s) ( Fungsi transfer ) 1. Prinsip Kerja Mesin Cuci otomatis Mesin cuci sudah menjadi kebutuhan sehari-hari di rumah tangga. Cara kerja mesin cuci ini sangat sederhana dan mudah dipahami. Mesin cuci digerakan oleh motor listrik satu fasa. Motor ini dapat bergerak dua arah untuk mengucek pakaian saat di cuci. Motor dihubungkan ke bak cuci atau agitator dengan belt dan roda pemutar (pully). Mesin cuci ada yang pengisiannya dari depan, biasanya mesin cuci ini proses pencucian pakaian sudah otomatis mulai dari tahap pencucian sampai pengeringan. Yang kedua mesin cuci yang pengisiannya dari atas, ada yang otomatis ada juga yang tidak. Tapi pada prinsipnya cara kerja mesin cuci baik yang manual maupun otomatis hampir sama. 1. Cara kerja Mesin Cuci : Pertama pakaian kotor dimasukan kedalam drum atau bak mesin cuci. Kontrol (alat elektronik yang mengatur semua pergerakan mesin cuci) akan mendeteksi berapa berat dari

15 pakaian (dengan mengetahui berapa beban motor), setelah berat pakaian diketahui kontrol akan mengatur level air, waktu cuci, waktu bilas, waktu pengeringan, dan membuka katup air masuk (water inlet valve). Setelah level air tercapai katup air masuk akan ditutup dan agitator mulai berputar untuk menciptakan putaran air. Bila kontrol telah mendeteksi waktu cuci habis, motor akan berhenti memutar agitator dan katup buang pun dibuka sehingga air hasil pencucian dibuang keluar. Setelah air buangan di buang, drum tempat pakaian akan berputar untuk membuang sisa-sisa air yang ada di dalam pakain. Setelah itu katup bilas ditutup dan katup air masuk dibuka air pun masuk ke drum mesin cuci, bila level sudah sampai katup air masuk pun ditutup dan mesin cuci pun mulai membilas. Jika waktu bilas sudah habis, maka kontrol akan membuka katup buang dan air bilasan pun keluar. Setelah itu proses pengeringan pun dilakukan dengan jalan memutar drum mesin cuci. Jika waktu pengeringan sudah habis maka mesin cuci pun berhenti secara otomatis dan proses pencucian telah selesai. 1. Prinsip Kerja Pemanggang Roti / Toaster Toaster merupakan salah satu alat rumah tangga yang digunakan untuk memanaskan roti sebagai makanan pagi bagian bagi orang-orang tertentu. Toaster ini sangat sederhana dan mudah dioperasikannya. Toaster atau pemanggang roti memiliki sistem yang cukup simpel. Pemanggang menggunakan radiasi infra merah untuk memanaskan sekerat roti. Saat sekerat roti diletakkan di dalam pemanggang, dan setelah dihubungkan dengan sumber, sebuah kumparan akan menjadi kemerahan dan memproduksi kawat nikrom. Radiasi ini akan mengeringkan dan membakar permukaan roti. Pada umumnya, pemanggang menggunakan kawatl nikrom untuk memproduksi radiasi ini, dan kawat nikrom ini membalut suatu lembaran yang terbuat dari mika. Kawat nikrom (nichrom) sendiri adalah perpaduan antara nikel dan krom. Mengapa keduanya dipakai untuk menghasilkan radiasi?

16 Pertama, kawat nikrom memiliki resistansi elektrik yang tinggi dibandingkan tembaga, misalnya. Meskipun kawat nikrom yang digunakan cukup pendek, namun cukup untuk menaikkan suhu tinggi. Yang kedua, nikrom tidak mengoksidasi saat dipanaskan sehingga tidak mengalami pengaratan. Sebaliknya kawat besi, misalnya, akan mengalami pengaratan dengan cepat saat dipanaskan. Alat pemanggang yang paling sederhana memiliki dua lembaran mika yang diselubungi nikrom, dan masingmasing dipisahkan oleh suatu slot berukuran satu inci. Kabel nikrom dapat langsung dihubungkan ke stop kontak. Biasanya pemanggang memiliki dua fitur lain yaitu: 1. Tray yang dilengkapi dengan semacam spiral (spring-loaded tray), sehingga roti yang dipanggang langsung lembam keluar dari panggangan 2. Pengatur waktu yang dapat mematikan pemanggang secara otomatis, kemudian melepaskan tray sehingga hasil panggangan dapat keluar. 3. Prinsip Kerja Eskalator 1. Pendaratan/Landing Floor plate rata dengan lantai akhir dan diberi engsel atau dapat dilepaskan untuk jalan ke ruang mesin yang berada di bawah floor plates. Comb plate adalah bagian antara floor plate yang statis dan anak tangga bergerak. Comb plate ini sedikit miring ke bawah agar geriginya tepat berada di antara celah-celah anak tangga-anak tangga. Tepi muka gerigi comb plate berada dibawah permukaan cleat. 2. Landasan penopang/truss Landasan penopang adalah struktur mekanis yang menjembatani ruang antara pendaratan bawah dan atas. Landasan penopang pada dasarnya adalah kotak berongga yang terbuat dari bagian-bagian bersisi dua yang digabungkan bersama dengan menggunakan sambungan bersilang sepanjang bagian dasar dan tepat dibawah bagian ujungnya. Ujung-ujung truss tersandar pada penopang beton atau baja. Struktur perletakan Eskalator pada lantai gedung

17 3. Lintasan Sistem lintasan dibangun di dalam landasan penopang untuk mengantarkan rantai anak tangga, yang menarik anak tangga melalui loop tidak berujung. Terdapat dua lintasan: satu untuk bagian muka anak tangga (yang disebut lintasan roda anak tangga) dan satu untuk roda trailer anak tangga (disebut sebagai lintasan roda trailer). Perbedaan posisi dari lintasanlintasan ini menyebabkan anak tangga-anak tangga muncul dari bawah comb plate untuk membentuk tangga dan menghilang kembali ke dalam landasan penopang. Sistem pergerakan Eskalator 4. Prinsip Kerja Traffic Light Anak tangga (individual steps) dari Eskalator ATCS (Automatic Traffic Light Control System) telah digunakan pada kota-kota besar seperti Jakarta, Bandung, Surabaya untuk mencegah terjadinya kemacetan.

18 Tetapi meningkatnya jumlah kendaran menyebabkan ATCS berfungsi kurang optimal. Untuk itu dibuat sistem ATCS yang dapat bekerja menentukan lama penyalaan lampu hijau secara otomatis berdasarkan distribusi kepadatan. Sistem ini mengontrol lampu Lalu Lintas otomatis dengan menggunakan kamera berbasis mikrokontroller. Kamera digunakan sebagai pengamat kepadatan kendaraan pada suatu persimpangan. Hasil pengamatan diolah PC sehingga diperoleh persentase kepadatan pada tiap-tiap jalur. Mikrokontroller bekerja menyalakan lampu lalu lintas secara default kontrol yaitu searah dengan arah jarum jam. Jika PC terkoneksi dengan mikrokontroller maka mikrokontroller mengirimkan informasi jalur mana yang lampu hijaunya akan menyala. Kemudian PC mengolah gambar persimpangan dan menentukan besarnya persentase kepadatan serta lama penyalaan lampu hijau untuk jalur yang telah ditentukan. Apabila tidak ada koneksi antara PC dan mikrokontroller maka lama penyalaan lampu hijau adalah 6 detik. Persentase kepadatan pada tiap-tiap jalur juga dipengaruhi dari persimpangan sebelumnya yang terhubung pada tiap-tiap jalur secara simulasi. Sistem ini dapat bekerja menentukan lama penyalaan lampu hijau dengan persentase keberhasilan sebesar 100%. Pada umumnya arah perpindahan lampu lalu lintas dapat diatur sesuai dengan arah jarum jam (clockwise) atau berlawanan arah jarum jam (counter clockwise). Lampu lalu lintas bekerja

19 secara bergantian pada tiap jalur sesuai dengan waktu yang sudah ditentukan dengan urutan menyala lampu hijau, lampu kuning dan lampu merah. 5. Prinsip Kerja Oven Microwave Seperti yang ditunjukkan pada Gambar1, listrik dari stopkontak di dinding perjalanan melalui kabel listrik dan masuk microwave oven melalui serangkaian sirkuit sekering perlindungan dan keselamatan. Sirkuit ini termasuk berbagai sekering dan pelindung termal yang dirancang untuk menonaktifkan oven dalam hal suatu arus pendek atau jika kondisi terlalu panas terjadi. Jika semua sistem normal, listrik melewati ke sirkuit Interlock dan timer. Ketika kemudian pintu oven ditutup, jalur listrik juga dibentuk melalui serangkaian switch Interlock keselamatan.mengatur timer oven dan memulai operasi memasak memperluas jalan ini tegangan untuk rangkaian kontrol. Umumnya, sistem kontrol mencakup baik sebagai relay elektromekanis atau sakelar elektronik disebut triac seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Merasa bahwa semua sistem yang pergi, menghasilkan rangkaian kontrol sinyal yang menyebabkan relay atau triac untuk mengaktifkan, sehingga menghasilkan jalur tegangan transformator tegangan tinggi. Dengan menyesuaikan rasio on-off aktivasi sinyal ini, sistem kontrol dapat mengatur penerapan tegangan transformator tegangan tinggi, dengan demikian mengendalikan rasio onoff dari tabung magnetron dan karena itu daya output dari microwave oven. Beberapa model menggunakan relay power-kontrol cepat bertindak dalam rangkaian tegangan tinggi untuk mengontrol output daya. Pada bagian tegangan tinggi (Gambar 3), transformator tegangan tinggi bersama dengan dioda khusus dan pengaturan kapasitor berfungsi untuk meningkatkan tegangan rumah tangga khas, dari sekitar 115 volt, dengan jumlah yang sangat tinggi sekitar 3000 volt! Meskipun hal ini tegangan yang kuat akan sangat tidak sehat bahkan mematikan bagi manusia, itu

20 hanya apa yang tabung magnetron perlu melakukan tugasnya yaitu, untuk secara dinamis mengubah tegangan tinggi ke bergelombang gelombang elektromagnetik energi memasak. Energi gelombang mikro ditransmisikan ke saluran logam disebut Waveguide, yang feed energi menjadi area memasak dimana menemukan pisau logam perlahan-lahan bergulir dari pisau pengaduk. Beberapa model menggunakan jenis antena berputar sementara yang lain memutar makanan melalui gelombang energi pada korsel bergulir. Dalam hal apapun, efeknya adalah merata membubarkan energi gelombang mikro di seluruh wilayah di kompartemen memasak. Beberapa gelombang langsung menuju makanan, yang lain memantul dari logam dinding dan lantai, dan, berkat layar logam khusus, microwave juga mencerminkan dari pintu. Jadi, energi gelombang mikro mencapai semua permukaan makanan dari segala arah. Semua energi gelombang mikro tetap dalam rongga memasak. Ketika pintu dibuka, atau timer mencapai nol, berhenti microwave energi sama seperti mematikan tombol lampu berhenti cahaya lampu 6. Sistem Pengaturan Temperatur Ruangan. Untuk mendapatkan temperature yang diinginkan, operator menggunakan pengalamannya untuk mengeset daya yang dibutuhkan sistem agar keluaran sistem yang berupa temperature ruangan sebenarnya dengan temperature ruangan yang diinginkan. Hal tersebut dapat digambarkan dalam bentuk diagram balok sebagai berikut : 7. Sistem Pengaturan Permukaan Cairan dalam Tangki Pada sistem tersebut diinginkan tinggi permukaan cairan, h, tetap walaupun fluida pada katub K 1 berubah-ubah. Hal tersebut dapat dicapai dengan pengaturan secara manual pada katub K 2

21 pada waktu tertentu sesuai pengalaman operator. Sistem pengaturan ditunjukkan pada gambar berikut :. Sistem tersebut dapat digambarkan dengan diagram balok seperti terlihat pada gambar berikut : 8. Sistem Pengaturan Peluncur Rudal Pada sistem ini yang diinginkan adalah pengaturan sudut peluncur rudal sesuai dengan jarak atau tujuan yang diinginkan. Dalam hal ini komando berupa sinyal dari potensiometer yang merupakan sinyal untuk menggerakkan peluncur rudal. Sinyal control diperkuat sehingga dapat menggerakkan motor yang terhubung dengan peluncur rudal. Sistem pengaturan posisi sudut peluncur rudal digambarkan sebagai berikut : Sedangkan diagram blok pengaturan posisi sudut peluncur rudal yaitu Agar posisi sudut tersebut akurat, maka pada sistem loop terbuka tersebut harus memenuhi syarat-syarat diantaranya adalah sebagai berikut : 1. Peluncur rudal harus dikalibrasi secara tepat dengan referensi posisi sudut potensiometer. 2. Karakteristik potensiometer, penguat, motor harus konstan.

22 PENGERTIAN SISTEM KENDALI Arti sistem pengendalian dalam keinsinyuran dan keilmuan biasanya kita batasi untuk diterapkan ke sistem-sistem yang fungsi utamanya adalah memerintahkan, mengarahkan atau mengatur secam aktif atau secara'dinamis CONTOH SISTEM KENDALI Sistem yang terlihat dalam Gambar di bawah ini, terdiri dari sebuah cermin yang berporos di satu tepi dan disetel ke atas dan ke bawah dengan sebuah sekrup di tepi yang lain, sistem merupakan sebuah contoh sistem pengendalian. Sudut cahaya pantul diatur dengan menggunakan sekrup tersebut. MESIN CUCI OTOMATIS Urutan proses mencuci dengan mesin cuci umumnya adalah sebagai berikut: (1) memasukkan pakaian kotor ke dalam mesin, (2) memasukkan sabun atau deterjennya, (3) mengelantang, (4) memasukkan air masuk dalam mesin cuci jumlah yang tepat, (5) kemudian waktu-siklus pencucian dan pemerasan disetel pada sebuah pengaturwaktu dan mesin cuci mulai dihidupkan. Bila siklus pencucian sudah lengkap, mesin cuci secara otomatis akan mati sendiri. Jika jumlah yang tepat dari deterjen, pengelantangan, volume air, dan suhu air yang sesuai ditentukan lebih dulu atau ditetapkan oleh produsen mesin, atau secara automatis dimasukkan oleh mesin itu sendiri, maka masukannya adalah waktu (dalam menit) untuksiklus pencucian dan pemerasan. Pengatur waktu biasanya disetel oleh seorang operator. Keluaran dari suatu mesin cuci lebih sulit untuk ditetapkan.

23 Didefinisikan bahwa bersih adalah ketiadaan semua zat-zat asing dari sesuatu yang harus dicuci, keluarannya sebagai persentase kebersihan. Karena itu, pada awal suatu siklus keluarannya lebih kecil dari 100 persen, dan pada akhir dari suatu siklus keluaran yang ideal sama dengan 100 persen (pakaian yang bersih tidak selalu diperoleh). Untuk kebanyakan mesin-mesin yang digerakkan dengan memasukkan uang-logam waktusiklusnya disetel lebih dulu, dan mesin itu mulai bekerja bila uang logamnya dimasukkan. Dalam hal ini, persentase kebersihan sebagai output bisa dikendalikan dengan menyetel input meliputi jumlah deterjen, pengelantangan, volume air, dan suhu air. PEMANGGANG ROTI Dimisalkan bahwa elemen pemanas mensuplai jumlah panas yang sama ke kedua sisi rotinya, dan mutu panggangan dapat ditentukan oleh warnanya. Suatu diagram skematik yang disederhanakan dari salah satu cara yang mungkin untuk menerapkan prinsip umpanbalik ke pemanggang yang terlihat pada gambar di atas. Pemanggang tersebut mula-mula dikalibrasi untuk mutu panggangan yang dikehendaki dengan menggunakan tombol penyetelan warnai, penyetelan kembali diperlukan apabila mutu panggangannya berubah. Bila saklarnya ditutup, roti akan terpanggang sampai detektor warnanya "melihat" wama yang dikehendaki. Pada saat warna yang dikehendali sudah dicapai maka saklar akan terbuka secara automatis dengan menggunakan hubungan umpanbalik, yang bisa bersifat listrik atau mekanik.

24 SISTEM KENDALI BIOLOGIS Komponen-komponen dasar dari sistem pengendalian ini adalah pikiran, lengan, tangan, dan mata. Pikiran mengirimkan isyarat ke sistem syaraf yang dipcrlukan ke lengan dan tangan untuk menjangkau benda itu. Isyarat tersebut diperkuat di dalam otot-otot lengan dan tangan, yang bekerja sebagai penggerak tenaga untuk sistem tersebut. Mata digunakan sebagai piranti pengindera, yang senantiasa mengumpanbalikkan kedudukan tangan ke otak. Kedudukan tangan adalah keluaran untuk sistem itu. Masukannya adalah kedudukan benda. Tujuan sistem pengendalian adalah mengurangi jarak antara kedudukan tangan dan kedudukan benda menjadi nol. Gambar di atas adalah diagram skematiknya. Garis dan panah putus-putus menyatakan arah dari aliran informasi JENIS SISTEM KENDALI Sistem pengendalian buatan Sistem pengendalian alamiah, termasuk sistem biologi Sistem pengendalian yang komponen-komponennya buatan dan alamiah Untuk menggolongkan suatu sitem pengendalian sebagai untaian-terbuka atau untaian tertutup, komponen-komponen sistem tersebut harus dibedakan dengan jelas dari komponen-komponen yang berinteraksi dengan sistem itu, tapi bukan merupakan bagian dari sistem itu. Contohnya, seorang operator bisa atau bisa juga bukan merupakan Komponen dari suatu sistem. SISTEM PENGENDALIAN TERBUKA

25 Alat pemanggang-roti automatik bisa berbentuk sistem pengendalian untaian-terbuka karena dikendalikan oleh sebuah pengatur-waktu. Waktu yang diperlukan untuk membuat "panggangan bagus" harus diperkirakan oleh pemakainya, yang bukan merupakan bagian dari sistem itu. Pengendalian atas mutu panggangan (keluaran) adalah penghentian alat pada saat telah ditentukan, sesuai dengan waktu yang telah disetel sebagai masukan dan tindakan pengendaliannya. SISTEM PENGENDALIAN TERTUTUP Sistem pengendalian untaian-tertutup lebih umum disebut sebagai sistem pengendalian umpanbalik (feedback), dan akan diselidiki secara lebih mendetil pada awal pasal selanjutnya. Dalam suatu sistem dikatakan ada umpan-balik bila ada urutan tertutup dari hubungan sepab-dan-akibat di antara besaran-besaran sistem. Pada hakekatnya, setiap sistem pasif (suatu sistem yang tak mengandung sumber energi) bisa dipandang sebagai suatu sistem umpanbalik. CONTOH SISTEM UMPAN BALIK Mekanisme autopilot dan pesawat terbang yang dikendalikannya, adalah sistem pengendalian (umpanbalik) untaian-tertutup. Tujuannya mempertahankan arah pesawat yang ditetapkan, tanpa terpengaruh oleh perubahan-perubahan atmosfir. Alat ini melakukan tugas dengan terus-menerus mengukur arah pesawat yang sesungguhnya, dan secara automatis menyetel sayap-sayap pengendalian (kemudi, sirip, dan seterusnya) agar arah pesawat sesuai dengan arah yang telah ditentukan. Seorang pilot atau operator yang sebelumnya menyetel autopilot ini, bukan merupakan bagian dari sistem pengendalian tersebut. Masukannya adalah arah tertentu yang bisa disetel pnda suatu alat penunjuk dalam panel pengendalian pesawat, dan keluarannya adalah arah yang sesungguhnya, sebagaimana ditunjukkan oleh instrumen-instrumen navigasi automatik. Sebuah piranti pembanding senantiasa mengamati masukan dan keluarannya. Bila keduanya sarna, tidak diperlukan tindakan pengendalian. Bila ada perbedaan an tara masukan dan keluaran, piranti pembanding tersebut menyalurkan suatu isyarat tindakan pengendalian ke pengendalinya, yaitu mekanisme autopilot. Pengendalinya memberi isyarat-isyarat yang tepat ke sayap-sayap pesawat itu untuk memperkecil perbedaan masukan-keluaran. Umpanbalik bisa dilaksanakan dengan hubungan mekanik atau listrik, yang mengukur arah, dari instrumen-instrumen navigasi ke piranti pembandingnya.

26 SIFAT SISTEM UMPAN BALIK Meningkatkan ketelitian Mengurangi kepekaan perbandingan keluaran terhadap masukan untuk perubahan ciri-ciri system Mengurangi akibat-akibat ketidak-linieran dan distorsi Memperbesar lebarpita Kecenderungan menuju osilasi atau ketidak-stabilan PERANCANGAN Lazimnya teknik sistem pengendalian merupakan penyelidikan atas dua masalah: analisis dan perancangan dari suatu konfigurasi sistem pengendalian. Analisis adalah penyelidikan sifat-sifat dari suatu sistem yang ada. Masalah perancangan adalah pemilihan dan penyusunan dari komponen-komponen sistem pengendalian yang melaksana tugas tertentu. Perancangan dengan analisis dilaksanakan dengan memperbaiki ciri-ciri dari suatu konfigurasi sistem baku atau sistem yang ada, perancangan dengan sintesis dicapai dengan mendefinisikan bentuk sistem (menyusun) langsung dari perinciannya. PRESENTASI SISTEM Persamaan diferensial dan hubungan matematis lainnya. Diagram blok Grafik aliran isyarat Diagram blok dan grafik a1iran isyarat adalah pemyataan grafis yang ringkas dan diagram skematik suatu sistem fisis, atau dari himpunan persamaan matematis yang mencirikan bagian-bagian sistem itu. Model-model matematis,

27 dalam bentuk persamaan-persamaan sistem, digunakan bila hubunganhubungan yang mendetil diperlukan. Secara teoritis setiap sistem pengendalian bisa dicirikan oleh persamaanpersamaan matematis. Jawab dari persamaan-persamaan itu menyatakan tingkahlaku sistemnya, Seringkali jawabannya sulit meskipun mungkin untuk didapatkan, untuk itu harus dilakukan permisalan-permisalan penyederhanaan tertentu dalam uraian matematisnya. Sejumlah besar sistem pengendalian, pendekatan dan penyederhanaan menuju ke sistem-sistem yang bisa diuraikan oleh persamaan diferensial biasa linier. Cara-cara untuk menjawab persamaanpersamaan telah cukup tercatat dalam kepustakaan matematika dan teknik, sehingga bagian utama dari buku ini dibatasi pada sistem-sistem pengendalian yang dapat duraikan dengan menggunakan persamaan diferensial biasa linier.