Pengantar Otomasi Industri Dasar Sistem Kendali Apakah Definisi Sistem itu ya ....? SISTEM MOBIL Komponen-komponen Mobil SISTEM pesawat TV Komponen-komponen TV Sistem PLTU Batu bara Komponen PLTU Definisi Sistem Sistem merupakan sekelompok komponen – komponen yang saling bekerjasama satu sama lain untuk melakukan suatu proses sedemikian rupa agar target / sasaran yang hendak dicapai terpenuhi Apakah Sistem Kendali Itu ? Diagram blok sistem kendali manual Oven Sistem kendali otomatis oven listrik Sistem kendali otomatis oven listrik Definisi Sistem Kendali Sistem Kendali adalah suatu sistem yang bertujuan untuk mengendalikan suatu proses pada sistem agar output (keluaran) sistem yang dihasilkan dapat dikendalikan sedemikian rupa sehingga tidak terjadi kesalahan. Dalam hal ini output yang dikendalikan adalah kestabilannya, ketelitian, dan kedinamisannya Sistem kendali pada tangki air PENGERTIAN OTOMASI Penggantian tenaga manusia dengan tenaga mesin yang secara otomatis melakukan dan mengatur pekerjaan sehingga tidak lagi memerlukan pengawasan manusia (di industri). Merupakan tingkat tertinggi dari teknik proses. Tingkatan Perkembangan Otomasi Kerja Tangan Memakai alat-alat tangan. Alat tangan digerakkan oleh tenaga otot manusia. Pekerjaan sangat keras dilakukan oleh manusia. Kerja Mekanik Memakai mesin. Mesin-mesin dioperasikan oleh manusia. Pekerjaan sangat keras dilakukan oleh mesin. Otomasisasi Dengan otomatisasi. Proses pengerjaan dilakukan secara otomatis dengan jalan memprogram. Mengapa Otomasi Diperlukan ? Jenis kegiatan ➢ Syarat lingkungan ➢ Kerja secara umum Kerja Tangan Tidak sehat, berbahaya Bising, melelahkan Kerja Otomatis Tidak masalah Efisien ➢ Frekuensi kerja permenit Maksimum 20 > 100 ➢ Waktu kerja perhari 8 jam 24 jam sama ➢ Standar mutu Berbeda-beda ➢ Syarat pemilihan kerja Sedapat mungkin baik Seoptimal mungkin ➢ Ketelitian Tidak terjamin terjamin ➢ Lari dari tempat kerja ya tidak Hal-hal yang diperlukan untuk otomasi : Jumlah benda kerja yang besar Kerja yang menjemukan Tempat kerja yang berbahaya dan tidak sehat Kekurangan tenaga kerja Produksi yang lebih murah. Studi Kasus : Elemen-elemen Otomasi pada kerja mesin bor Fungsi kerja tangan Menjepit benda kerja dan alat tangan Pada otomasi diganti dengan elemen : Silinder, katup, magnet Menempatkan benda kerja pada posisi yang tepat Motor Menggerakkan peralatan kerja Motor Menggeser peralatan kerja Motor, silinder Mengontrol lubang Limit switch Mengembalikan peralatan kerja ke posisi semula Sakelar pengendali (katup) Melepas benda kerja Silinder , katup Rangkaian pengendali (program) Mengawasi langkah kerja MACAM-MACAM FUNGSI PADA OTOMASI Pekerjaan Melihat, meninjau, me nentukan, mengontrol. Jenis Fungsi Fungsi pengawasan Misalnya : memeriksa dlm lubang Memikirkan, membayang kan, menyimpulkan. Misalnya : Fungsi pengendalian dan penghubung – Memilih langkah yang benar Melaksanakan, kegiatan manual. Misalnya : – Menggeser, menempatkan ke posisi yang tepat. Fungsi pelaksanaan PENGENDALIAN DAN PENGATURAN Pengertian : Setiap perubahan proses teknis yang diinginkan disebut pengendalian dan pengaturan. Misalnya : Menekan sakelar : Memutar kran : Lampu menyala Air mengalir Menekan pedal gas : Kecepatan bertambah Memutar knop Kekuatan suara bertam bah (keras atau pelan) : Ada 2 macam diagram yang harus diperhatikan pada pengendalian dan pengaturan : Sketsa posisi : menggambarkan secara langsung antara komponen mesin (sakelar, katup, diode, magnetik kontaktor) dan peralatan. Blok fungsi : Hanya menggambarkan fungsi mesin. Jenis peralatan / komponen tidak dijelaskan di sini. Sketsa Posisi : Penggeser Posisi yang dinginkan Besaran gangguan Blok Fungsi : Aliran Posisi yang diinginkan Posisi terukur Tuas Penggeser Pelampung Tangki Pengendalian Pengertian : Proses di dalam suatu sistem yang terbatas dimana besaran input diteruskan ke besaran output. Contoh : Lampu jalan. Sketsa posisi : Sakelar jam Lampu Kontak relai Diagram blok sistem kendali tandon air Sistem kendali terdiri atas sekelompok komponenkomponen yang saling bekerjasama satu sama lainnya secara berurutan untuk mengendalikan suatu proses (plant) agar output sistem sesuai dengan yang dikehendaki SENSOR Terdapat berbagai peralatan ukur yang dapat digunakan untuk mengumpulkan data proses manufaktur dalam penggunaannya sebagai kendali umpan balik. Secara umum peralatan ukur tersebut dibagi dalam dua komponen, yaitu sensor dan transduser. • Sensor, mendeteksi variabel fisik yang diinginkan (seperti temperatur, gaya, atau tekanan); • Transduser, menkonversikan variabel fisik ke suatu besaran alternatif (biasanya tegangan listrik) yang dapat diinterpretasikan sebagai nilai variabel yang terukur. Dalam berbagai hal, sensor dan transduser merupakan peralatan yang sama; sebagai contoh, suatu saklar batas (limit switch) yang mengkonversikan pergerakan mekanik suatu tuas (lever) kehubungan tertutup kontak listrik. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 30 Peralatan ukur Peralatan ukur dapat diklasifikasikan atas dua katagori dasar : (1) analog dan (2) diskrit. • Peralatan ukur analog akan menghasilkan signal analog kontinu seperti tegangan listrik. Contoh : termokopel, pengukur regangan (strain gage), dan potensiometer. Signal output dari peralatan ukur analog harus dikonversikan ke data digital dengan suatu konverter analog ke digital. • Peralatan ukur diskrit menghasilkan suatu output yang memiliki nilai tertentu. Peralatan sensor diskrit pada umumnya dibagi atas dua katagori : (a) biner atau (b) digital. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 31 Peralatan ukur diskrit : • Peralatan ukur biner menghasilkan suatu signal on/off. Suatu contoh saklar batas (limit switch) dari posisi normal terbuka (off) dioperasikan menjadi kontak listrik tertutup (on). Contoh yang lain sensor fotoelektrik dan saklar dekat (proxi-mity switch). • Peralatan ukur digital menghasilkan signal output digital, baik dalam bentuk suatu set parallel status bits (mis. berkas sinar sensor fotoelektrik), maupun dalam bentuk satu seri pulsa yang dapat dihitung (mis. suatu enkoder optik). Pemakaian transduser digital saat ini semakin meningkat karena mudah dibaca bila digunakan sebagai instrumen pengukur yang berdiri sendiri dan juga karena kompatibilitasnya dengan sistem komputer digital. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 32 Peralatan ukur yang umum digunakan dalam otomasi • • • • • Aselerometer (accelerometer), peralatan analog yang digunakan untuk mengukur vibrasi dan kejut (shock); Ammeter, peralatan analog yang digunakan untuk mengukur arus listrik; Saklar bimetal, saklar biner yang menggunakan kumparan bimetal untuk membuka dan menutup kontak listrik sebagai hasil dari perubahan temperatur; DC tachometer, peralatan analog yang terdiri dari generator dc yang menghasilkan tegangan listrik yang berbanding lurus dengan kecepatan rotasi; Dinamometer, peralatan analog yang digunakan untuk mengukur gaya, daya, atau torsi, berbasis pada berbagai fenomena fisik (mis. strain gage, efek pisoelektrik); OTOMASI SISTEM PRODUKSI 33 • • • • • Transduser pelampung (float transducer), pelampung yang diikatkan pada lengan tuas; Gerakan poros lengan tuas dapat digunakan untuk mengukur ketinggian cairan dalam bejana (peralatan analog) atau mengaktifkan saklar kontak (peralatan biner); Sensor aliran fluida (fluid flow sensor), peralatan analog untuk mengukur aliran fluida, biasanya berbasis pada perbedaan tekanan aliran fluida dalam dua pipa dengan diameter yang berbeda; Saklar aliran fluida (fluid flow switch), saklar biner sejenis dengan saklar batas tetapi diaktifkan oleh peningkatan tekanan fluida; Ohmmeter, peralatan analog untuk mengukur tahanan listrik; Enkoder optik (optical encoder), peralatan digital yang digunakan untuk mengukur posisi dan/atau kecepatan, terdiri dari piringan slot yang memisahkan sumber cahaya dari fotosel. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 34 Contoh pemakaian sensor / transduser sebagai pembatas ketinggian air pada tangki : F W1 W2 • Kedua pelampung mendeteksi ketinggian air pada limit atas dan limit bawah berfungsi sebagai M sensor; • Seluruh sistem berfungsi untuk Transduser mengkonversikan daya mekanik menjadi daya listrik berfungsi sebagai transduser, dengan konLimit disi sebagai berikut : atas Sensor (1) Tinggi air pada limit bawah (pelampung) F < (W1 + W2) Motor ON (2) Tinggi air pada limit atas Tangki air W1 + W2 = 0 & F> 0 Motor OFF Limit (3) Tinggi air diantara limit atas bawah dan bawah F = W1 Sama dengan kondisi motor sebelumnya 35 OTOMASI SISTEM PRODUKSI KONTROLER • Kontroler adalah “otak” yang mengendalikan system otomatisasi. • Kontroler adalah sebuah komputer yang dikemas dalam bentuk chip IC (Integrated Circuit) dan dirancang untuk melakukan tugas atau operasi tertentu. Standar Industri Prototyping 36 AKTUATOR • Dalam sistem kendali industri, aktuator adalah peralatan piranti keras yang mengkonversikan signal perintah kontroler ke dalam parameter fisik; • Perubahan dalam parameter fisik biasanya mekanik, seperti misalnya posisi atau perubahan kecepatan; • Suatu aktuator adalah transduser, karena ia merubah satu jenis besaran fisik, misalnya arus listrik, ke dalam besaran fisik yang lain, misalnya kecepatan rotasi motor listrik; • Signal perintah dari kontroler biasanya level rendah, sehingga suatu aktuator bisanya dilengkapi dengan penguat (amplifier) untuk memperkuat signal agar dapat digunakan untuk menjalankan aktuator. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 37 Klasifikasi aktuator Berdasarkan jenis penguat yang digunakan, aktuator dapat diklasifikasikan dalam tiga katagori : • Aktuator listrik, termasuk peralatan linear (output bergeser secara linear) dan peralatan rotasi (output bergeser secara rotasi). • Aktuator hidrolik, menggunakan fluida untuk memperkuat signal perintah kontroler dengan gerakan linear atau rotasi. Aktuator hidrolik digunakan bila gaya yang dibutuhkan besar. • Aktuator peneumatik, menggunakan tekanan udara sebagai daya penggerak. Sama seperti aktuator yang lain, gerakan yang dihasilkan dapat berupa gerakan linear atau rotasi. Karena tekanannya relatif rendah dibandingkan dengan aktuator hidrolik, maka aktuator ini hanya dapat digunakan secara terbatas. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 38 Aktuator yang sering digunakan dalam sistem terotomasi • • • • Motor dc, motor elektromagnetik putar dengan catu daya arus searah (dc), banyak digunakan sebagai servomotor dalam sistem kendali. Gerakan memutar dapat dikonversikan ke dalam gerakan linear dengan menggunakan ulir pengarah. Piston hidrolik, piston didalam silinder mendesakkan gaya dan menghasilkan gerakan linear sebagai respon dari tekanan hidrolik. Digunakan untuk gaya yang besar. Motor induksi rotari, motor elektromagnetik putar dengan catu daya arus bolak-balik (ac). Dibandingkan dengan motor dc memiliki beberapa kelebihan, yaitu : lebih murah, konstruksi lebih sederhana, dan catu daya ac lebih mudah diperoleh. Motor induksi linear, motor elektromagnetik gerakkan lurus dengan catu daya arus bolak-balik (ac). Kelebihannya : lebih cepat, akurasi penempatan lebih baik, dan kapasitas pukulan lebih panjang. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 39 • • • • Silinder peneumatik, piston didalam silinder mendesakkan gaya dan menghasilkan gerakan linear sebagai respon tekanan udara. Saklar relai (relay switch), saklar on/off membuka atau menutup rangkaian listrik sebagai respon suatu gaya elektromagnitik. Solenoid, rakitan elektromagnetik dengan dua posisi, terdiri dari inti di dalam kumparan kawat. Inti pada umumnya ditahan pada satu posisi dengan menggunakan per, tetapi bila kumparan diberi catu daya, inti ditekan ke posisi yang lain. Solenoid linear lebih banyak digunakan daripada solenoid putar. Motor langkah (stepping motor), merupakan motor elektromagnetik putar. Putaran jarum output berbanding lurus dengan pulsa yang diterima. Keunggulan dari peralatan ini adalah akurasinya tinggi dan implementasinya mudah. Kelemahannya torsinya lebih rendah dibandingkan dengan motor dc, dan kecepatannya terbatas. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 40 Pintu otomatis Pintu otomatis Sistem kendali pada lift LIFT Komponen - komponen Sistem kendali pada lift Lift Sensor – sensor Lift Sistem kendali Pada Lift Definisi PLANT Plant adalah seperangkat peralatan yang mungkin terdiri dari beberapa mesin yang saling bekerja sama yang digunakan untuk operasi tertentu. Beberapa contoh plant misalnya heater, reaktor kimia, mesin pemrosesan industri, boiler, dan sebagainya. Sistem Kendali AC Sistem Air Conditioner Sistem kendali AC Spilt Blok Diagram Sistem kendali AC Conveyor Klasifikasi Sistem Kendali berdasarkan sistem pengendaliannya 1. Sistem Kendali lup terbuka (open loop control system) 2. Sistem kendali lup tertutup (closed loop control system) Sistem kendali lup terbuka Pada sistem kendali jenis ini, keluaran sistem tidak dipengaruhi oleh aksi pengontrolan, hasil keluaran dari sistem tidak diukur dan diumpanbalikkan untuk diperbandingkan dengan masukan sistem. Jadi keluaran sistem sepenuhnya ditentukan oleh pengaturan awal Sistem kendali lup terbuka Keuntungan : Sederhana & murah Kekurangan : Tidak ada faktor koreksi ( sinyal output menyimpang dari yang diinginkan jika terdapat gangguan ) Ketelitian sistem bergangtung pada kalibrasi Sistem kendali lup terbuka hanya dapat digunakan pada sistem kendali yang berbasis pada waktu saja, seperti pada sistem pencuci pakaian otomatis, sistem lampu lalulintas, sistem penerangan dan sebagainya Washing Machines Traffic Light Sistem kendali lup tertutup Keuntungan : Sistem kendali ini memiliki kelebihan yaitu keluaran sistem berpengaruh secara langsung terhadap aksi pengontrolan. Sinyal keluaran sistem diumpanbalikkan kekontroler untuk diperbandingkan dengan sinyal masukan. Sinyal kesalahan penggerak yang merupakan hasil selisih dari sinyal masukan dan sinyal umpan balik diumpankan kekontroler untuk mereduksi kesalahan, sehingga keluaran sistem mendekati sinyal masukan yang dikehendaki. Kerugian : Terdapat banyak komponen. Mahal, dan probabilitas kerusakan besar Diagram blok sistem kendali lup tertutup Sistem kendali lup tertutup pada sistem pengisi bak air Diagram blok sistem kendali lup tertutup pada sistem pengisi bak air Klasifikasi Sistem Kendali berdasarkan cara kerjanya 1. Sistem kendali Manual 2. Sistem kendali otomatis Sistem kendali manual Aksi pengendalian dilakukan oleh operator (manusia) Keuntungan : Kontruksi sederhana & murah Kerugian : Probabilitas kesalahan relatif besar (bergantung pada kondisi manusia), waktu kerja lambat, tingkat keakurasian rendah Sistem Kendali Manual Sistem kendali manual pada Heat exchanger Diagram blok sistem kendali manual pada Heater Sistem kendali otomatis Sistem kendali otomatis adalah sistem kendali yang bekerja secara otomatis tanpa memerlukan operator. Aksi Pengendalian sistem dilakukan secara otomatis oleh komponen – komponen kendali yang terdiri atas seperangkat peralatan electronic yang saling bekerja sama sedemikian rupa sehingga menghasilkan keluaran plant sesuai dengan yang dikehendaki Keuntungan : Tingkat kesalahan rendah, waktu kerja sangat cepat, keakurasian tinggi, efektif dan efisien Kerugian : Rangkaian kendali kompleks dan mahal Kontrol otomatis pada Heater Sistem kendali otomatis pada Heat exchanger Diagram blok kontrol otomatis pada Heater Klasifikasi kendali berdasarkan jumlah sinyal input dan outputnya 1. SISO (Single Input Single Output) 2. SIMO (Single Input Multi Output) 3. MISO (Multi Input Single Output) 4. MIMO (Mulit Input Multi Output) Diagram blok MIMO systems Aplikasi MISO pada sistem pengisi air Boiler Aplikasi MIMO pada PLTU Elemen-elemen Dasar Sistem Kendali Unit kontrol Elemen-elemen Dasar Sistem Kendali Contoh elemen-elemen sistem kendali Contoh control posisi motor DC Contoh kontrol posisi motor dc Sistem kendali pneumatik
