BAB II TINJAUAN TEORITIS 2.1. Pengertian Sistem Kontrol Sistem kontrol adalah proses pengaturan atau pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variable, parameter) sehingga berada pada suatu harga tertentu. Secara umum sistem kontrol dapat dikelompokkan sebagai berikut : 1. Dengan operator (manual) dan Otomatik. 2. Rangkaian tertutup (closed-loop) dan rangkaian terbuka (open-loop). 3. Kontinu (analog) dan diskontinu (digital, diskrit). 4. Servo dan Regulator. 2.1.1 Sistem Pengontrolan Manual dan Otomatis - Pengontrolan secara manual adalah Pengontrolan (pengawasan dan pengukuran) dilakukan oleh manusia yang bertindak sebagai operator. - Pengontrolan secara otomatis adalah pengontrolan yang dilakukan oleh mesinmesin atau peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya dibawah pengawasan manusia.
2.1.2. Rangkaian Terbuka dan Rangkaian Tertutup - Sistem kontrol rangkaian terbuka (open-loop control system) merupakan sistem kontrol dimana outputnya tidak dipengaruhi oleh inputnya. Pada gambar 2.1 memperlihatkan diagram blok rangkaian terbuka. Gambar 2.1. Diagram Blok Rangkaian Terbuka - Sistem kontrol rangkaian tertutup (closed-loop control system) merupakan sistem pengontrolan dimana besaran keluaran memberikan efek terhadap besaran masukan sehingga besaran yang dikontrol dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan melalui alat pencatat (Indikator atau Recorder). Pada gambar 2.2 memperlihatkan diagram blok rangkaian tertutup. Gambar 2.2. Diagram Blok Rangkaian tertutup
2.1.3. Sistem Pengontrolan Secara Kontinu dan Diskontinu. - Sistem Pengontrolan secara kontinu (analog) dapat dibagi atas : 1. Kesebandingan (Proporsional), dimana keluaran sebanding dengan penyimpangan (deviasi). 2. Integral (I), yaitu keluaran selalu berubah selama terjadi deviasi (penyimpangan). 3. Diferensial (D). 4. Kombinasi P,I dan D akan diperoleh suatu sistem kontrol yang lebih baik stabil sehingga sensitivitas atau kecepatan responsnya akan menjadi besar. - Sistem pengontrol secara diskontinu (digital) dilakukan oleh komponenkomponen diskrit, dapat dibagi atas : 1. Pengontrolan dengan dua posisi, bersifat osilasi. 2. Posisi ganda yang cenderung mengurangi osilasi. 3. Floating, posisi yang relatif tidak terbatas. Pemindahan energi dapat dilakukan melalui salah satu daripada beberapa kemungkinan yang ada. 2.2. Bagian-bagian sistem kontrol Bagian-bagian untuk alat-alat sistem kontrol dapat diklasifikasikan atas: 1. Indikator atau alat penunjuk yang biasanya terletak pada tempat dimana pengukuran untuk proses tersebut dilakukan dan biasanya alat ini memberikan harga dari besaran (variabel) yang diukur.
2. Transmitter adalah alat yang mengatur harga dari suatu besaran seperti suhu, tinggi permukaan dan mengirimkan sinyal yang diperolehnya keperalatan lain misalnya recorder, indicator, alarm. 3. Recorder (biasanya terletak jauh dari tempat dimana besaran proses diukur), bekerja untuk mencatat harga-harga yang diperoleh dari pengukuran secara kontinu atau secara periodik. Biasanya hasil pencatatan recorder ini terlukis dalam bentuk kurva diatas kertas. 4. Controller adalah alat yang membandingkan harga besaran yang diukur dengan harga yang sebenarnya yang diinginkan bagi besaran itu dan memberikan sinyal untuk pengkoreksian kesalahan, jika terjadi perbedaan antara harga yang diukur dengan harga besaran yang sebenarnya. 2.3. Transmitter Transmitter adalah salah satu elemen dari sistem pengendalian proses. Transmitter dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu transmitter pneumatik dan transmitter elektronik. Transmitter Pneumatic Transmitter pneumatic menggunakan udara bertekanan tinggi sebagai medianya. Udara bertekanan dibangkitkan oleh kompresor. Udara ini diberikan kepada transmitter sebagai suplai yang mempunyai tekanan berkisar 20 Psi. Untuk selanjutnya transmitter mengeluarkan sinyal standart yang tekanannya 3-15 Psi.
Jenis transmitter pneumatic yang sering digunakan untuk pengukuran adalah Diffrensial Pressure Transmitter (transmitter beda tekanan). Seperti yang terlihat pada gambar 2.3. Gambar 2.3. Transmitter Pneumatik beda tekanan Pada suatu transmitter dilihat dari segi sarana penyambungannya ke media yang akan diukur pada umumnya ada dua sisi, yaitu sisi tekanan tinggi (high) dan sisi tekanan rendah (low), dimana kedua sisi tersebut dipasang pada daerah antara diafragma kapsul. Sisi yang memiliki tekanan rendah akan mengalir pada sebelah kanan dari diafragma kapsul. Pada sisi tekanan tinggi fluida mengalir lebih besar daripada fluida pada sisi tekanan rendah, sehingga daya dorong dari diafragma dari sebelah kiri menuju diafragma sebelah kanan akan bertambah besar. Perubahan gaya
dari diafragma tersebut kemudian disalurkan melalui batang lentur untuk menggerakkan batang gaya, dimana batang tersebut bergerak berputar berlawanan arah jarum jam. Dengan diafragma penyekat yang bertindak sebagai titik tumpu dan sebagai hasilnya, rongga antara pemancar (nozzle) dan pembalik (flapper) menjadi lebih kecil. Sehingga udara akan secara normal keluar dari rongga pemancar tersebut. Celah pemancar tersebut harus dibatasi agar tekanan yang dihasilkan oleh pemancar meningkat dan keluaran tersebut akan mendapatkan penguatan dari pneumatic amplifier. Bagian dari keluaran digunakan sebagai pengembus umpan balik (feed back bellow) yang diubah dalam bentuk penguatan yang digunakan oleh batang batasan (range bar) dan menggunakan roda batasan (range whell) sebagai titik tumpu. Dengan membuat perubahan kedudukan pada pembalik akan mengurangi tekanan pemancar. Hasil akhirnya akan terjadi perbedaan tekanan antara sebelum dan sesudah diafragma. Celah antara pembalik dan pemancar yang telah dikecilkan akan meningkatkan pengeluarannya dan menstabilkannya, dengan cara ini kedua tekanan akan seimbang. Transmitter Elektronik Sama halnya dengan transmitter pneumatik, transmitter elektronik juga terdiri dari dua bagian pokok yaitu bagian perasa (detektor) dan bagian pengirim. Gambar 2.4 menunjukkan struktur dari transmitter elektronik.
Gambar 2.4. Struktur Transmitter Elektronik. Prinsip kerja dari transmitter elektronik adalah sebagai berikut: - Batang pemuntir dari detektor (bagian perasa) disambungkan dengan pengimbang utama dari bagian pengirim, sehingga pergerakan dari batang pemuntir menghasilkan pergerakan pada pengimbang utama. - Pergerakan dari pengimbang utama mengubah jarak antara kedua ferrite dari detektor bagian pengirim. - Berubahnya jarak antara kedua ferrite menghasilkan perubahan pada induktansi dari pick up coil. - Perubahan induktansi dari pick up coil menghasilkan perubahan pada output osilator. - Perubahan pada output osilator menghasilkan perubahan pada nilai arus listrik yang keluar dari transmitter. Dengan demikian, perubahan pada variabel proses yang dirasakan oleh detektor pada bagian perasa dapat menghasilkan perubahan
pada nilai arus listrik yang keluar dari bagian pengirim. Dengan demikian akan dihasilkan kedudukan dimana perubahan jarak antara kedua ferrite akan sebanding dengan perubahan variabel proses yang dirasakan oleh detektor. 2.4. Control Valve Control valve adalah jenis final control element yang paling umum dipakai untuk sistem pengendalian proses. Control Valve berfungsi untuk mengatur aliran fluida sehingga dapat ditentukan sesuai dengan yang dikehendaki oleh kontroller. Sebagian besar katup kendali yang digunakan pada proses industri mempunyai karakteristik: a. Linear Characteristic Katup akan memberikan harga pertambahan flow rate yang hampir mendekati pada setiap pertambahan travel (berbanding lurus). b. Equal percentage characteristic Persentase dari bukaan katup (valve travel) akan memberikan jumlah aliran (flow rate) yang sama persentasenya. c. Quick opening characteristic Memberikan perubahan maksimum pada aliran dengan bukaan katup yang kecil dan tetap menjaga hubungan yang linear pada semua posisi pergerakan fluida. Setiap tambahan bukaan katup memberikan perubahan yang tajam pada flow rate dan bila katup mendekati posisi bukaan penuh perubahan flow mendekati nol.
Sebuah control valve terdiri atas dua bagian, yaitu actuator dan valve, seperti yang terlihat pada gambar 2.5 berikut ini: Gambar 2.5. Konstruksi Control Valve Bagian actuator adalah bagian yang begerak untuk mengerjakan buka/ tutup valve. Jenis yang banyak digunakan adalah pneumatic operated (diaphragm), electric actuator, hidrolic actuator, dan manual/hand operated actuator. Spring and diaphragm pneumatic actuator yang banyak digunakan oleh karena kemampuan dan bentuknya yang sederhana. Bagian valve adalah komponen mekanis yang menentukan besarnya flow yang masuk ke proses. Dalam kesatuannya sebagai unit control valve, actuator dan valve harus melakukan tugas koreksi berdasarkan sinyal manipulated variable yang keluar dari kontroller.
2.5. Transduser dan sensor Transduser Transduser adalah alat yang mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Transduser dapat dibagi menjadi dua kelas yaitu transduser input dan transduser output. Transduser input mengubah energi non listrik, misalnya suara atau sinar menjadi tenaga listrik. Transduser output listrik bekerja pada urutan yang sebaliknya. Transduser tersebut mengubah energi listrik pada bentuk energi non listrik. Sensor Sensor adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan sering berfungsi untuk mengukur magnitude sesuatu. Sensor adalah jenis transduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor biasanya dikategorikan melalui pengukur dan memegang peranan penting dalam pengendalian proses pabrikasi modern. Sensor memberikan ekivalen mata, pendengaran, hidung, lidah untuk menjadi otak mikroprosesor dari sistem otomatisasi industri. 2.6. Sistem Kerja Instrumentasi Pengukuran adalah perbandingan nilai antara besaran standart dengan besaran yang akan kita ukur. Besaran standart itu adalah besaran yang diakui internasional, sistem besaran ini dibuat General Conference of Weight and Measures atau yang biasa kita kenal sebagai Sistem Internasional. Sebagai contoh sebuah transmitter instrument harus dikalibrasi sesuai dengan besaran standart yang diakui oleh ISO. Instrumen dikalibrasi menurut NIST (National Institute of Standart and
Technologies). Batasan arti instrumen di industri adalah suatu alat mekanik atau elektronik yang dipakai untuk merasakan adanya perubahan parameter dari sistem proses dan mengontrol parameter dari sistem proses selanjutnya mengontrol parameter sistem secara terintegrasi. Ada beberapa istilah yang lazim digunakan dalam disiplin ilmu instrumentasi: a. Accuracy Adalah besarnya nilai output yang didapat dan dibandingkan dengan besaran standart. b. Range Adalah nilai batas maksimum dan minimum pada suatu alat ukur c. Zero Adalah nilai terendah dari suatu pengukuran d. Repeatibility Adalah pengukuran nilai output terhadap nilai input yang berubah dari zero ke range tertinggi dan sebaliknya. e. Span Adalah nilai tertinggi pengukuran dari transduser atau sensor Contoh: Range dari transduser 0-100, maka zero adalah 0 dan span adalah 100. Jika rangenya adalah -50 sampai 150, maka zero adalah -50 dan span adalah 150.
f. Sensitivitas Adalah besar nilai output akan bereaksi mengikuti nilai input g. Process Adalah tatanan peralatan yang mempunyai suatu fungsi tertentu. Sebagai contoh ketel peleburan, input prosesnya berupa besar api burner yang merupakan besaran yang dimanipulasi oleh besaran final control elemen atau control valve agar measurement variable sama dengan nilai set point input proses ini juga disebut manipulated variable. h. Controlled Variable Adalah besaran atau variabel yang dikendalikan. Besaran ini pada diagram kotak disebut juga output proses atau proses variabel. i. Manipulated Variabel Adalah input dari suatu proses yang dapat dimanipulasi atau diubah nilainya agar proses variabel atau controlled variable sama besarnya dengan set point. j. Measurement variable Adalah sinyal yang keluar dari transmitter. Besaran ini merupakan cerminan besarnya sinyal sistem pengukuran. k. SetPoint Adalah besar nilai proses variabel yang dikehendaki. Sebuah controller akan selalu berusaha menyamakan controlled variable dengan set point.
l. Error Adalah selisih antara nilai set point dikurangi dengan measured variable. Error bisa negatif bisa juga positif. Bila set point lebih besar dari measured variable error akan menjadi positif. Sebaliknya bila set point lebih kecil dari measured variable error akan menjadi negatif. m. Controller Adalah element yang mengerjakan tiga dari empat tahap langkah pengendalian, yaitu membandingkan set point dengan measurement variable, menghitung berapa banyak koreksi yang perlu dilakukan dan mengeluarkan sinyal koreksi sesuai dengan hasil perhitungan. Controller sepenuhnya menggantikan peran manusia dalam mengendalikan suatu proses. n. Final control element Adalah bagian akhir instrumentasi pengendalian. Bagian ini berguna untuk mengubah measurement variable dengan memanipulasi besarnya manipulated variable berdasarkan perintah controller.