istilah dalam sistem pengendalian

ISTILAH – ISTILAH
DALAM SISTEM PENGENDALIAN
PENGANTAR
Sistem pengendalian khususnya pengendalian otomatis memegang peranan yang sangat
penting dalam perkembangan ilmu dan teknologi. Dalam bahasan ini, akan diberikan istilah–
istilah yang diperlukan untuk menjelaskan sistem pengendalian sehingga pemahaman tentang
bidang ini menjadi lebih mudah.
ISTILAH _ ISTILAH DALAM SISTEM PENGEALIAN
1. Sistem
Sistem merupakan kumpulan komponen-komponen yang saling berhubungan dan
bekerja sama untuk mencapai suatu tujuan tertentu.
Sistem tidak dibatasi hanya untuk sistem fisik saja. Konsep sistem dapat digunakan pada gejala
yang abstrak dan dinamis seperti yang dijumpai dalam ekonomi. Oleh karena itu istilah
”sistem” dapat diinterpretasikan untuk menyatakan sistem :

Fisik

Biologi

Sosial

Ekonomi, dan lain-lain
Contoh sistem :
1. Sistem pencernaan makanan pada manusia
Komponen-komponen sistem pencernaan makanan pada manusia terdiri dari mulut,
kerongkongan, lambung, usus 12 jari, usus besar dan anus
2. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air
Komponen – komponen Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air terdiri dari air terjun,
turbin, dan generator
Hal ini mengantar kita pada istilah lain yaitu proses dan plant
1 |1.2 Istilah dalam SPO
2. Proses
Proses adalah nama lain untuk sistem. Kamus Merriam-Webster mendefinisikan proses
sebagai operasi atau perkembangan alamiah yang berlangsung secara kontinyu yang ditandai
oleh suatu deretan perubahan kecil yang berurutan dengan cara yang relatif tetap dan menuju
ke suatu hasil atau keadaan akhir tertentu.
Pada umumnya, setiap operasi yang dikontrol disebut proses.
Sebagai contoh adalah proses kimia, ekonomi, dan biologi.
3. Plant
Plant adalah nama lain untuk sistem. Plant adalah seperangkat peralatan mungkin hanya
terdiri dari beberapa bagian mesin yang bekerja bersama-sama, yang digunakan untuk
melakukan suatu operasi tertentu. Pada sistem pengendalian, setiap obyek fisik yang dikontrol
disebut plant.
Contoh plant :
Continuous Stirred-Tank Reactor (CSTR).
Continuous Stirred-Tank Reactor (CSTR) merupakan suatu tangki reaktor yang digunakan
untuk mencampur dua atau lebih bahan kimia dalam bentuk cairan dengan menggunakan
pengaduk (mixer). Pada Continuous Stirred-Tank Reactor terdapat heater yang akan
menghasilkan panas untuk mengatur temperatur cairan pada harga tertentu.
Gambar fisik Continuous Stirred-Tank Reactor dapat dilihat pada gambar di bawah ini
Mixer
Inlet flow
Tin – temperatur
Mass flow rate - w
Outlet flow
Tout – temperatur
Q – Heater masukan
Mass flow rate - w
Gambar 1.1. Continuous Stirred-Tank Reactor
Pada saat steady state, CSTR memenuhi persamaan berikut :
Tout  Tin 
2 |1.2 Istilah dalam SPO
Q
wC
dimana C adalah panas spesifik dari cairan, w adalah laju aliran cairan, Tin adalah temperatur
cairan pada aliran masuk dan Tout adalah temperatur cairan pada aliran keluar
4. Variabel
Variabel adalah suatu besaran yang nilainya dapat berubah-ubah
Variabel dapat diklasifikasikan menjadi masukan, keluaran, dan parameter.
-
Masukan merupakan variabel yang menyebabkan atau menghasilkan keluaran.
Masukan juga dapat didefinisikan sebagai rangsangan yang diberikan pada sistem
pengendalian dari sumber daya luar, biasanya untuk menghasilkan respon tertentu dari
sitem pengendalian tersebut.
Sebagai contoh, pada sistem Continuous Stirred-Tank Reactor (CSTR) yang
merupakan variabel masukan adalah temperatur cairan pada aliran masuk (T in), laju
aliran cairan (w) dan panas yang dihasilkan heater (Q)
-
Keluaran merupakan variabel yang merupakan hasil atau respon nyata dari sistem
pengendalian, dapat sama dengan yang diharapkan sebagai akibat dari masukan, dapat
juga tidak sama.
Sebagai contoh, pada sistem Continuous Stirred-Tank Reactor (CSTR) yang
merupakan variabel keluaran adalah temperatur cairan pada aliran keluar (T out)
-
Parameter merupakan variabel yang tertentu dan konstan berkaitan dengan batasan fisik
dari sistem
Sebagai contoh, pada sistem Continuous Stirred-Tank Reactor (CSTR) yang
merupakan parameter adalah panas spesifik (C).
Klasifikasi variabel ini dapat dinyatakan dalam diagram blok berikut :
Plant
Masukan
Proses
Keluaran
Gambar 1.2. Diagram blok klasifikasi variabel : masukan, keluaran, parameter
Sedangkan untuk Continuous Stirred-Tank Reactor (CSTR) klasifikasi variabelnya dapat
dinyatakan dalam diagram blok berikut :
3 |1.2 Istilah dalam SPO
w
Tin
CSTR
Tout
Q blok klasifikasi variabel : masukan, keluaran, parameter
Gambar 1.3. Diagram
pada CSTR
Selain itu, variabel juga dapat diklasifikasikan menjadi :
-
Variabel yang dimanipulasi adalah variabel atau keadaan yang diubah oleh kontroler
untuk mempengaruhi nilai variabel yang dikontrol. Variabel yang dimanipulasi dapat
juga didefinisikan sebagai masukan yang dapat kita atur.
Sebagai contoh, pada sistem Continuous Stirred-Tank Reactor (CSTR) yang
merupakan variable yang dimanipulasi adalah panas yang dihasilkan heater (Q)
-
Variabel yang dikontrol adalah besaran atau keadaan yang diukur dan dikontrol
Sebagai contoh, pada sistem Continuous Stirred-Tank Reactor (CSTR) yang
merupakan variable yang dikontrol adalah temperature cairan pada aliran keluar (T out)
-
Variabel exogenous adalah masukan yang berasal dari luar sistem dan tidak dapat
diubah oleh kontroler.
Sebagai contoh, pada sistem Continuous Stirred-Tank Reactor (CSTR) yang
merupakan variable exogenous adalah temperatur cairan pada aliran masuk (T in) dan
laju aliran cairan (w)
Klasifikasi variabel ini dapat dinyatakan dalam diagram blok berikut :
d
Plant
u
Proses
y
Gambar 1.4. Diagram blok klasifikasi variabel : variabel yang dimanipulasi,
variabel yang dikontrol, variabel exogenous
Dimana d adalah variabel exogenous, u adalah variabel yang dimanipulasi, dan y adalah
variabel yang dikontrol
Sedangkan untuk Continuous Stirred-Tank Reactor (CSTR) klasifikasi variabelnya dapat
dinyatakan dalam diagram blok berikut :
4 |1.2 Istilah dalam SPO
w
Q
Tin
CSTR
Tout
Gambar 1.5. Diagram blok klasifikasi variabel : variabel yang dimanipulasi,
variabel yang dikontrol, variabel exogenous pada CSTR
5. Sistem Pengendalian
Sebelum menjelaskan apakah yang dimaksud dengan sistem pengendalian, terlebih
dahulu perlu diketahui arti dari kata pengendalian.
Pengendalian atau kontrol adalah upaya yang dilakukan untuk menjaga/mencapai
kondisi yang diinginkan pada sistem fisik dengan mengubah - ubah variabel tertentu yang
dipilih. Pengendalian dapat juga berarti mengukur nilai dari variabel sistem yang dikontrol dan
menerapkan variabel yang dimanipulasi ke sistem untuk mengoreksi atau membatasi
penyimpangan nilai yang diukur dari nilai yang dikehendaki.
Sebagai contoh : pengendalian temperatur cairan pada Continuous Stirred-Tank Reactor
(CSTR). Temperatur cairan pada aliran keluar diatur sedemikian hingga sama dengan
temperatur yang diinginkan atau setpoin (T sp) dengan mengubah-ubah besarnya panas yang
dihasilkan heater (Q).
Sistem pengendalian merupakan sistem yang komponen-komponennya telah
dikonfigurasi untuk menghasilkan karakteristik sistem yang diinginkan.
Teknik sistem pengendalian merupakan pengembangan konfigurasi komponenkomponen yang tepat untuk mencapai obyek performansi.
6. Kontroler
Kontroler adalah komponen dalam sistem pengendalian yang menghasilkan sinyal
kontrol. Dalam sistem pengendalian khususnya sistem pengendalian loop tertutup, kontroler
akan membandingkan setpoint dengan variabel keluaran (keluaran terukur), menghitung
berapa banyak koreksi yang perlu dilakukan, dan mengeluarkan sinyal koreksi (sinyal kontrol)
sesuai dengan perhitungan tadi.
Contoh kontroler adalah kontroler on-off, kontroler PID, kontroler logika fuzzy, dan lain-lain.
5 |1.2 Istilah dalam SPO
7. Sistem Pengendalian Umpanbalik
Sistem pengendalian umpanbalik adalah sistem yang cenderung mempertahankan suatu
hubungan yang telah ditentukan antara keluaran sistem dan masukan acuan (setpoint) dengan
membandingkan keduanya dan menggunakan perbedaannya sebagai sinyal kontrol. Pada
sistem pengendalian umpan balik, keluaran sistem berpengaruh terhadap aksi pengendalian.
Sistem pengendalian umpan balik tidak terbatas di bidang rekayasa, tetapi dapat juga
ditemukan diberbagai macam bidang bukan rekayasa. Contohnya : tubuh manusia. Tubuh
manusia adalah sistem pengendalian umpanbalik yang sangat maju. Baik suhu tubuh maupun
tekanan darah dijaga tetap konstan dengan alat umpan balik faal tubuh.
Contoh sistem pengendalian umpanbalik lainnya : sistem pengendalian temperatur pada oven
listrik.
Diagram blok dari sistem pengendalian temperatur pada oven listrik adalah sebagai berikut :
Sensor
temperatur
Termom eter
oven
Kompor
listrik
Konverter
A/D
Antar
muka
Pemanas
Relai
Penguat
Interfac e
Input
terprogram
Gambar 1.6. Diagram blok sistem pengendalian temperatur oven listrik
Temperatur di dalam oven listrik diukur oleh sensor temperatur, yang merupakan alat analog.
Temperatur analog dikonversi menjadi temperatur digital oleh konverter A/D. Temperatur
digital tersebut dimasukkan ke kontroler melalui sebuah antarmuka. Temperatur digital ini
dibandingkan dengan temperatur masukan yang diprogram, dan jika terdapat kesalahan,
kontroler mengirim sinyal ke pemanas, melalui sebuah antarmuka, penguat, dan relai untuk
membawa temperatur oven listrik ke nilai yang dikehendaki.
6 |1.2 Istilah dalam SPO
8. Sistem Pengendalian Sekuensial
Sistem pengendalian sekuensial adalah sistem yang melakukan beberapa operasi secara
otomatis step by step yang bekerja sesuai dengan aturan (sequence) yang telah ditentukan.
Kebanyakan pengendalian sekuensial hanya melaksanakan perintah yang mempunyai dua
keadaan (state) secara berurutan; misalnya : start/stop, up/down, tutup/buka, sinyal on/off dan
lain-lain.
Pengendalian sekuensial dapat dibagi menjadi tiga kategori sebagai berikut :
1. Sistem melakukan urutan berikutnya jika kondisi yang ditentukan sebelumnya terpenuhi
(conditional control)
2. Sistem melaksanakan urutan berikutnya jika telah mencapai waktu yang telah ditentukan
(time schedule control).
3. Sistem di mana waktu pelaksanaan atau interval waktu tidak penting, hanya urutan operasi
yang telah ditetapkan yang dipentingkan (executive control).
Contoh sistem pengendalian sekuensial : sistem pengendalian pada lampu lalu lintas, konveyor,
lift, mesin cuci dan lain-lain.
9. Sistem Pengendalian Proses
Sistem pengendalian proses merupakan sistem pengendalian otomatis dimana
keluarannya adalah suatu variabel seperti temperatur, tekanan, aliran, level cairan atau pH.
Pengendalian proses secara luas digunakan di industri.
Contoh sistem pengendalian proses adalah :
1. Pengendalian temperatur pada oven listrik
2. Pengendalian level air pada tandon air, dan lain-lain
10. Servomekanik
Servomekanik merupakan sistem pengendalian umpanbalik dimana keluarannya adalah
variabel berupa posisi, kecepatan, atau percepatan. Oleh karena itu, istilah servomekanisme
dan sistem pengendalian posisi adalah sinonim.
Pada umumnya, keluaran pada servomekanik diharapkan dapat mengikuti perubahan
masukannya.
Contoh servomekanik :
1. Sistem kontrol lengan robot, dimana lengan robot harus mengikuti jalan tertentu di
ruangan yang telah ditentukan
2. Sistem pendaratan otomatis pesawat udara, dimana pesawat udara harus mengikuti
7 |1.2 Istilah dalam SPO
jalan di angkasa yang telah ditentukan, dan lain-lain
11. Sistem pengendalian loop terbuka
Sistem pengendalian loop terbuka merupakan suatu sistem pengendalian yang
keluarannya tidak mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol. Pada sistem pengendalian loop
terbuka tidak terdapat jaringan umpan balik. Dengan kata lain, pada sistem pengendalian loop
terbuka keluarannya tidak dapat digunakan sebagai perbandingan umpan balik dengan
masukan acuan (setpoint).
Contoh sistem pengendalian loop terbuka adalah sistem pengendalian nyala api pada kompor
gas.
Diagram blok dari sistem pengendalian nyala api pada kompor gas adalah sebagai berikut:
Valve input
Pin
Pressure
Ps
Lidah api
Regulator
Gambar 1.7. Diagram blok sistem pengendalian nyala api pada kompor gas
Besar kecilnya nyala api pada kompor gas tergantung pada tinggi rendahnya tekanan gas P s
yang diatur melalui valve input. Sehingga bisa dikatakan bahwa output nyala api open loop
terhadap valve input.
12. Sistem Pengendalian Loop Tertutup
Sistem pengendalian loop tertutup merupakan suatu sistem pengendalian dimana sinyal
keluaran mempunyai pengaruh langsung terhadap aksi kontrol.
Pada sistem pengendalian loop tertutup terdapat jaringan umpanbalik karenanya sistem
pengendalian loop tertutup seringkali disebut sebagai sistem pengendalian umpanbalik.
Praktisnya, istilah pengendalian loop tertutup dan pengendalian umpanbalik dapat saling
dipertukarkan penggunaannya.
Contoh sistem pengendalian loop tertutup adalah sistem pengendalian temperatur pada oven
listrik. Penjelasan lebih detail tentang sistem pengendalian temperatur pada oven listrik dapat
dilihat pada bagian sistem pengendalian umpan balik.
CONTOH SOAL
8 |1.2 Istilah dalam SPO
........
RINGKASAN
........
LATIHAN
.........
9 |1.2 Istilah dalam SPO