studi clc sebagai instrument kendali level buburan pada proses fiber

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.
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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.
Universitas Sumatera Utara
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.
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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.
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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.
Universitas Sumatera Utara
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.
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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.
Universitas Sumatera Utara
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.
Universitas Sumatera Utara
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.
Universitas Sumatera Utara