Dasar Teori Level Control 2
Dasar Teori Level Control 2
Dasar Teori Level Control 2
PENDAHULUAN
Jika G(s) adalah kontrol I maka u dapat dinyatakan sebagai u(t)=[integral e(t)dT]Ki
dengan Ki adalah konstanta Integral, dan dari persamaan di atas, G(s) dapat dinyatakan
sebagai u=Kd.[delta e/delta t] .Jika e(T) mendekati konstan (bukan nol) maka u(t) akan
menjadi sangat besar sehingga diharapkan dapat memperbaiki error. Jika e(T) mendekati nol
maka efek kontrol I ini semakin kecil. Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus
menghilangkan respon steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat
menyebabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan
sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi karena
menambah orde system
Keluaran pengontrol ini merupakan hasil penjumlahan yang terus menerus dari
perubahan masukannya. Jika sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan, maka keluaran
akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan. Sinyal keluaran
pengontrol integral merupakan luas bidang yang dibentuk oleh kurva kesalahan / error.
Hal ini mengakibatkan overshoot dan osilasi berlebihan. Sifat – sifat pengendali
proportional integral (PI) adalah :
Keluaran pengontrol diferensial memiliki sifat seperti halnya suatu operasi derivatif.
Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol akan mengakibatkan perubahan yang
sangat besar dan cepat. Ketika masukannya tidak mengalami perubahan, keluaran
pengontrol juga tidak mengalami perubahan, sedangkan apabila sinyal masukan berubah
mendadak dan menaik (berbentuk fungsi step), keluaran menghasilkan sinyal berbentuk
impuls. Jika sinyal masukan berubah naik secara perlahan (fungsi ramp), keluarannya justru
merupakan fungsi step yang besar magnitudenya sangat dipengaruhi oleh kecepatan naik
dari fungsi ramp dan factor konstanta Kd.
Sinyal kontrol u yang dihasilkan oleh kontrol D dapat dinyatakan sebagai G(s)=s.Kd
Dari persamaan di atas, nampak bahwa sifat dari kontrol D ini dalam konteks “kecepatan”
atau rate dari error. Dengan sifat ini ia dapat digunakan untuk memperbaiki respon transien
dengan memprediksi error yang akan terjadi. Kontrol Derivative hanya berubah saat ada
perubahan error sehingga saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang
menyebabkan kontroler Derivative tidak dapat dipakai sendiri
Proportioning Solenoid valve adalah katup yang digerakan oleh energi listrik,
mempunyai kumparan sebagai penggeraknya yang berfungsi untuk menggerakan piston
yang dapat digerakan oleh arus AC maupun DC, proportioning solenoid valve atau katup
(valve) solenoida mempunyai lubang keluaran, lubang masukan dan lubang exhaust, lubang
masukan, berfungsi sebagai terminal / tempat cairan masuk atau supply, lalu lubang
keluaran, berfungsi sebagai terminal atau tempat cairan keluar yang dihubungkan ke beban,
sedangkan lubang exhaust, berfungsi sebagai saluran untuk mengeluarkan cairan yang
terjebak saat piston bergerak atau pindah posisi ketika solenoid valve bekerja. Proportioning
Solenoid Valve juga dilengkapi oleh Amplifier yang berfungsi sebagai penguat arus (signal)
sehingga hasil keluaran terbebas dari gangguan.
Prinsip kerja dari proportioning solenoid valve/katup (valve) solenoida yaitu katup
listrik yang mempunyai koil sebagai penggeraknya dimana ketika koil
mendapat supply tegangan maka koil tersebut akan berubah menjadi medan magnet
sehingga menggerakan piston pada bagian dalamnya ketika piston berpindah posisi maka
pada lubang keluaran dari solenoid valve akan keluar cairan yang berasal dari supply, pada
umumnya solenoid valve mempunyai tegangan kerja 100/200 VAC namun ada juga yang
mempunyai tegangan kerja DC.
Kemudian hubungan antara PSV dan Control Valve yaitu signal kendali di kirim ke
katup kendali (control valve), pada praktikum kali ini katup kendali yang digunakan adalah
PSV (Proportioning Solenoid Valve), PSV akan menerjemahkan signal kendali menjadi aksi
/ koreksi sehingga hasil keluaran sesuai dengan yang di inginkan (mendekati set point).
Pneumatik adalah system pentransmisian dan pengendalian gaya dan gerakan dengan
media fluida mampu mampat ( udara ). Sistem dan mekanismenya mirip dengan hidrolik
1.4.1 Aplikasi :
Untuk sistem dengan beban kecil dan dengan kecepatan gerak yang besar
1.4.2 Keuntungan :
Udara murah dan mudah untuk didapat, tidak perlu saluran drain, kecepatan gerak
tinggi, dll
1.4.3 Kerugian :
Jika bocor maka terjadi penurunan tenaga yang sangat berarti bagi sistem .
a. Kompresor unit
Kompresor unit adalah pembangkit udara tekan. Unit ini terdiri atas motor listrik,
kompresor dan bejana tekan yang dilengkapi manometer untuk memonitor keadaan
tekanan bejana. Selain berfungsi sebagai reservoir udara tekan bejana juga berfungsi
sebagai pemisah antara uap air dan udara.
b. Filter
Filter adalah alat yang berfungsi untuk menyaring kotoran dan memisahkan uap air
dari udara
Symbol filter
c. Reducing valve
Alat ini berfungsi sebagai regulator atau pembatas tekanan sistem
Symbol reducing
valve
d. Oil sprayer
Oil sprayer adalah alat untuk mencampur udara dengan pelumas agar seluruh
komponen terawat dan berfungsi normal
Oil sprayer
e. Manometer
Symbol manometer
f. Service unit
Service unit merupakan pusat pelayanan udara tekan yang telah siap digunakan oleh
system. Terdiri dari filter, reducing valve, oil sprayer dan manometer
Oil sprayer
1.5 Proposional Level Sensor
Proportional level sensor mendeteksi tingkat cairan dan cairan lain dan padatan terfluidasi,
termasuk bubur , bahan granular , dan bubuk yang menunjukkan permukaan bebas atas. Zat yang
mengalir menjadi dasarnyahorisontal dalam wadah mereka (atau batas fisik lainnya)
karena gravitasi sedangkan sebagian besar tumpukan padat pada sudut istirahat ke
puncak. Substansi yang diukur dapat berada di dalam wadah atau bisa dalam bentuk alaminya
(misalnya sungai atau danau). Pengukuran level dapat berupa nilai berkelanjutan atau titik. Level
sensor kontinyu mengukur dalam kisaran tertentu dan menentukan jumlah pasti substansi di tempat
tertentu, sementara sensor level-titik hanya menunjukkan apakah substansi berada di atas atau di
bawah titik penginderaan. Umumnya yang terakhir mendeteksi level yang terlalu tinggi atau
rendah.
Ada banyak variabel fisik dan aplikasi yang mempengaruhi pemilihan metode pemantauan
tingkat optimal untuk proses industri dan komersial. Kriteria pemilihan meliputi fisik: fase (cair,
pada tau bubur), suhu , tekanan atau vakum , kimia , konstanta dielektrik medium , densitas (berat
jenis) medium, agitasi (aksi) , suara akustik atau listrik, getaran , mekanik ukuran dan
bentuk shock , tangki atau bin. Yang juga penting adalah batasan aplikasi: harga, akurasi,
penampilan, tingkat respons, kemudahan kalibrasi atau pemrograman , ukuran fisik dan
pemasangan instrumen, pemantauan atau pengendalian tingkat kontinu atau diskrit
(titik). Singkatnya, sensor level adalah salah satu sensor yang sangat penting dan memainkan peran
yang sangat penting dalam berbagai aplikasi konsumen / industri. Seperti jenis sensor lainnya,
sensor level tersedia atau dapat dirancang menggunakan berbagai prinsip penginderaan. Pemilihan
jenis sensor yang sesuai dengan kebutuhan aplikasi sangat penting.
1.5.1 Float magnetik dan mekanik
Prinsip di balik sensor tingkat float magnetik, mekanik, kabel, dan lainnya sering
melibatkan pembukaan atau penutupan saklar mekanis, baik melalui kontak langsung dengan
switch, atau operasi magnetik dari buluh. Dalam contoh lain, seperti sensor magnetostrictive,
pemantauan berkelanjutan dimungkinkan menggunakan prinsip float.
Dengan sensor apung yang diaktifkan secara magnetis, peralihan terjadi ketika magnet
permanen yang disegel di dalam pelampung naik atau turun ke tingkat aktuasi. Dengan peluncur
yang digerakkan secara mekanis, peralihan terjadi sebagai akibat dari gerakan pelampung terhadap
saklar miniatur (mikro). Untuk kedua sensor tingkat float magnetik dan mekanik, kompatibilitas
kimia, suhu, berat jenis (densitas), daya apung, dan viskositas mempengaruhi pemilihan batang
dan pelampung. Sebagai contoh, mengapung yang lebih besar dapat digunakan dengan cairan
dengan gravitasi spesifik serendah 0,5 sementara masih mempertahankan daya apung. Pilihan
bahan float juga dipengaruhi oleh perubahan yang disebabkan oleh temperatur pada gravitasi dan
viskositas spesifik - perubahan yang secara langsung mempengaruhi daya apung.
Sensor tipe float dapat dirancang sehingga perisai melindungi float itu sendiri dari
turbulensi dan gerakan gelombang. Float sensors beroperasi dengan baik dalam berbagai macam
cairan, termasuk corrosives.Ketika digunakan untuk pelarut organik, bagaimanapun, seseorang
perlu untuk memverifikasi bahwa cairan ini secara kimia kompatibel dengan bahan yang
digunakan untuk membangun sensor. Sensor gaya mengambang tidak boleh digunakan dengan
cairan (viskositas) tinggi (tebal), lumpur atau cairan yang melekat pada batang atau pelampung,
atau bahan yang mengandung kontaminan seperti chip logam;teknologi penginderaan lainnya
lebih cocok untuk aplikasi ini.
Aplikasi khusus sensor tipe float adalah penentuan tingkat antarmuka dalam sistem
pemisahan minyak-air. Dua mengapung dapat digunakan dengan masing-masing mengapung
berukuran untuk mencocokkan gravitasi spesifik minyak di satu tangan, dan air di sisi
lain. Aplikasi khusus lain dari switch float tipe batang adalah pemasangan sensor suhu atau
tekanan untuk membuat sensor multi-parameter. Saklar mengambang magnetik populer untuk
kesederhanaan, ketergantungan dan biaya rendah.
1.5.2 Pneumatik
Sensor tingkat pneumatik digunakan jika ada kondisi berbahaya, di mana tidak ada tenaga
listrik atau penggunaannya dibatasi, dan dalam aplikasi yang melibatkan lumpur berat atau
bubur. Karena kompresi kolom udara terhadap diafragma digunakan untuk menggerakkan saklar,
tidak ada cairan proses yang menghubungkan bagian-bagian yang bergerak dari sensor. Sensor ini
cocok untuk digunakan dengan cairan yang sangat kental seperti lemak, serta cairan berbasis air
dan korosif. Ini memiliki manfaat tambahan sebagai teknik biaya yang relatif rendah untuk
pemantauan tingkat titik.
1.5.3 Konduktif
Sensor tingkat konduktif ideal untuk mendeteksi tingkat titik dari berbagai cairan konduktif
seperti air, dan sangat cocok untuk cairan yang sangat korosif seperti soda kaustik, asam
hidroklorat, asam nitrat, besi klorida, dan cairan serupa. Untuk cairan konduktif yang bersifat
korosif, elektroda sensor perlu dikonstruksi dari titanium, Hastelloy B atau C, atau baja tahan karat
316 dan diisolasi dengan spacer, pemisah atau pemegang keramik, polyethylene dan bahan
berbasis Teflon. Tergantung pada desainnya, beberapa elektroda dengan panjang berbeda dapat
digunakan dengan satu dudukan. Karena cairan korosif menjadi lebih agresif ketika suhu dan
tekanan meningkat, kondisi ekstrim ini perlu dipertimbangkan ketika menentukan sensor ini.
Sensor tingkat konduktif menggunakan sumber listrik tegangan rendah, arus terbatas yang
diterapkan di seluruh elektroda terpisah. Catu daya dicocokkan dengan konduktivitas cairan,
dengan versi tegangan yang lebih tinggi yang dirancang untuk beroperasi dalam media yang
kurang konduktif (resistensi tinggi). Sumber daya sering menggabungkan beberapa aspek kontrol,
seperti kontrol pompa tinggi rendah atau bolak. Cairan konduktif yang menghubungkan probe
terpanjang (umum) dan probe yang lebih pendek (kembali) melengkapi sirkuit konduktif. Sensor
konduktif sangat aman karena mereka menggunakan tegangan rendah dan arus. Karena arus dan
tegangan yang digunakan sangat kecil, untuk alasan keamanan pribadi, teknik ini juga mampu
dibuat " Aman secara intrinsik " untuk memenuhi standar internasional untuk lokasi
berbahaya . Pemeriksaan konduktif memiliki manfaat tambahan berupa perangkat solid-state dan
sangat mudah dipasang dan digunakan. Dalam beberapa cairan dan aplikasi, perawatan bisa
menjadi masalah. Probe harus terus konduktif. Jika penumpukan mengisolasi probe dari media, ia
akan berhenti bekerja dengan benar. Pemeriksaan sederhana dari probe akan membutuhkan
ohmmeter terhubung di probe tersangka dan referensi tanah.
Biasanya, di sebagian besar air dan sumur air limbah, sumur itu sendiri dengan tangga,
pompa dan instalasi logam lainnya, memberikan pengembalian tanah. Namun, dalam tangki-
tangki kimia, dan sumur-sumur lain yang tidak di-ground, pemasang harus menyediakan
pengembalian tanah, biasanya batang bumi.
BAB II
METODOLOGI
2.1 Alat dan Bahan
Derivatif Time
1. Klik icon new pada layar
2. Mengklik “control” dan mengeset
Sampling : automatic
Setpoint : 50 mm
Proposional band :0
Integral time :0s
Derivative time : 3 s, 6 s, 8 s
3. Mengklik apply lalu mengklik OK
4. Mengklik ikon GO untuk memulai percobaan
5. Klik SOL 3 untuk membuka valve
6. Menunggu sampai 15 menit lalu mengklik ikon STOP untuk menghentikan
proses pengambilan data
7. Simpan data dengan mengklik save as, ganti nama dan ubah type file dengan xls
Pengendalian P, I, D
8. Klik icon new pada layar
9. Mengklik “control” dan mengeset
Sampling : automatic
Setpoint : 100 mm
Proposional band : 15
Integral time : 60 s
Derivative time :4s
10. Mengklik apply lalu mengklik OK
11. Mengklik ikon GO untuk memulai percobaan
12. Klik SOL 3 untuk membuka valve
13. Menunggu sampai 15 menit lalu mengklik ikon STOP untuk menghentikan
proses pengambilan data
14. Simpan data dengan mengklik save as, ganti nama dan ubah type file dengan xls
BAB III
DATA DAN PEMBAHASAN
3.1 Data
Terlampir
60
50
40
Level (mm)
PB 10
30 PB 15
PB 25
20
Set Point
10
0
0 50 100 150 200
waktu (s)
Grafik 1 Karakteristik PB pada PSV ( SP 50 mm )
70
65
60
55
Level (mm)
60 S
50
120 S
45 180 S
Set Point
40
35
30
0 200 400 600 800 1000
Waktu (s)
Tahap kedua ialah memvariasikan nilai proportional integral yakni 60 s, 120 s, dan
180 s. karakteristik jenis pengendalian proportional integral memiliki waktu respon yang
lebih lama dibandingkan PB namun memiliki nilai offset yang lebih kecil bahkan sama
dengan set point sehingga nilai akurasinya sangat tinggi . berdasarkan grafik diatas dapat
diketahui bahwa jenis I 60 second yang menunjukan kondisi yang paling optimum sebab
memiliki waktu respon yang cepat dibandingkan variasi I yang lain , selain itu I 60 sec
memiliki akurasi yang tinggi walaupun sempat memilki overshoot yang tinggi namun
dengan cepat mampu mengoreksi nilai errornya. hal tersebut menunjukkan bahwa I 60 sec
memiliki sensitivitas yang baik sebab solenoid memberikan respon yang cepat terhadap
nilai error yang terjadi.
3.2.3 Karakteristik Derivative Time
70
65
60
55
Level (mm)
60 S
50
120 S
45 180 S
Set Point
40
35
30
0 200 400 600 800 1000
Waktu (s)
140
120
100
Level (mm)
80 P
60 PI
PID
40
Set Point
20
0
00:00 02:53 05:46 08:38 11:31 14:24 17:17
Waktu (menit)
Berdasarkan grafik diatas terlihat bahwa pengendalian Proportional memiliki respon cepat
namun nilai errornya besar sehingga akurasinya rendah , sedangkan setelah diberikan
pengendalian integral nilai offset turun namun efek integral menyebabkan respon sistem
menjadi lambat . Penambahan mode pengendalian derivative dimaksudkan untuk
menghilangkan efek integral sehingga respon sistem lebih cepat dan menurunkan overshoot
sehingga menghilangkan offset (akurasi sistem meningkat) walaupun sistem menjadi peka
terhadap noise dan sempat mengalami osilasi namun seiring berosilasi sistem berusaha
mengoreksi error hingga akhirnya menghilangkan offset dan stabil mendekati set point hal
tersebut terlihat pada PID dengan variasi nilai PB sebesar 15%, Integral sebesar 60 sec dan
derivative 4 sec yang dijadikan sebagai kondisi optimum dalam pengendalian level kali ini.
3.2.5 Karakteristik Pengendalian P, PI, PID pada pneumatic valve
200
180
160
140
Level (mm)
120 P
100
80 PI
60 PID
40
Set Point
20
0
0 200 400 600 800 1000
Waktu (detik)
Berdasarkan grafik diatas terlihat bahwa pengendalian Proportional memiliki respon cepat
namun nilai errornya besar sehingga akurasinya rendah , sedangkan setelah diberikan
pengendalian integral nilai offset turun namun efek integral menyebabkan respon sistem
menjadi lambat. Penambahan mode pengendalian derivative dimaksudkan untuk
menghilangkan efek integral sehingga respon sistem lebih cepat dan menurunkan overshoot
sehingga menghilangkan offset (akurasi sistem meningkat) walaupun sistem menjadi peka
terhadap noise dan sempat mengalami osilasi namun seiring berosilasi sistem berusaha
mengoreksi error hingga akhirnya menghilangkan offset dan stabil mendekati set point hal
tersebut terlihat pada PID dengan variasi nilai PB sebesar 15%, Integral sebesar 60 sec dan
derivative 4 sec yang dijadikan sebagai kondisi optimum dalam pengendalian level kali ini.
3.2.4 Karakteristik Pengendalian P, PI, PID pada solenoid valve dan pneumatic valve
160
140
120
100
Level (mm)
80 PSV
PNEUMATIK
60
Set Point
40
20
0
0 200 400 600 800 1000
Waktu (s)
Dari praktikum yang sudah dilakukan didapatkan kombinasi yang paling baik yaitu pada
proposional band 15%, integral time 60s, dan derivative time 4s. Karena pada kombinasi
tersebut, tanggapan yang diberikan berosilasi secara kontinyu dan ini sesuai dengan
karakteristik PID, meskipun sesungguhnya jenis tanggapannya adalah osilasi teredam.
Tetapi jika dibandingkan dengan kombinasi yang lain, kombinasi inilah yang paling baik.
Selain dari adanya respon dengan berosilasi secara kontinyu, pada kombinasi waktu yang
diperlukan untuk stabil juga lebih cepat dari yang lainnya.Terlihat pada grafik-grafik diatas
pada kombinasi lainnya selain PID 15%, 60s dan 4s respon yang diberikan tidak ada
kecenderungan untuk stabil dan bahkan respon yang diberikan semakin lama semakin
menjauh dari setpoint. Sehingga pada praktikum pertama ini dapat disimpulkan proposional
band, integral time, dan derivative time yang baik adalah 15%, 60s dan 4s.
Setelah mendapatkan hasil yang baik pada PSV maka hasil tersebut akan digunakan
kembali pada pneumatic valve sehingga dapat membandingkan antara PSV dan pneumatik
valve. Dalam hal akurasi dan sensitivitas, pneumatik memiliki akurasi yang lebih baik, hal
itu dapat dilihat dari grafik yang memiliki nilai offset lebih kecil dan mendekati set point.
Dalam hal stabilitas diukur berdasarkan kemampuan suatu pengukuran untuk tetap sama
sepanjang waktu meskipun terdapat kondisi pengujian yang tidak dapat dikontrol.hal ini
dapat dilihat bahwa pneumatic menunjukkan kecenderungan yang mendekati nilai settling
point dibandingkan PSV. Oleh karena itu pneumatic memiliki stabilitas yang baik.