Sistem Pengendalian Proses

1 .         Prinsip – prinsip Pengendalian Proses

1.1      Sistem Pengendalian Otomatis

     Dalam mengendalikan suatu proses, operator harus melakukan 4 langkah pengendalian yaitu mengukur, membandingkan, menghitung dan mengoreksi. Misalnya pada pengendalian level pada suatu tangki, operator harus mengamati ketinggian level, artinya operator sedang melakukan langkah mengukur process variable. Dalam hal ini yang berperan sebagai process variable adalah tinggi level pada tangki. Selanjutnya, operator akan melakukan langkah membandingkan, apakah hasil pengukuran tadi sesuai dengan apa yang dikehendakinya. Besar process variable yang dikehendaki disebut set point (SP). Apabila terjadi selisih antara process variable dan set point, maka selisih tersebut disebut error. 

                Apabila set point lebih besar daripada process variable, maka error memiliki harga positif dan sebaliknya. Kemudian setelah dilakukan langkah membandingkan, operator akan menghitung dan memperkirakan berapa bukaan valve yang seharusnya. Selanjutnya operator melakukan langkah mengoreksi dengan mengubah bukaan valve sesuai hasil perhitungan. Keempat langkah pengendalian tersebut apabila dilakukan oleh instrumentasi pengendalian proses disebut sistem pengendalian otomatis. Dalam hal ini, operator hanya akan menentukan set point saja. (Frans Gunterus, 1994)

1.2      Elemen – elemen Sistem Pengendalian Otomatis

Dalam sistem pengendalian diperlukan diagram kotak yang akan digunakan untuk menentukan transfer function-nya. Di dalam diagram kotak ini terdapat elemen – elemen pokok sistem pengendalian antara lain :

·    Proses (process)

Merupakan tatanan peralatan yang mempunyai suatu fungsi tertentu, misalnya heat exchanger.

·    Controlled Variable

Merupakan besaran (variable) yang dikendalikan atau disebut process variable, misalnya temperatur air panas yang keluar heat exchanger.

·    Manipulated Variable

Merupakan input dari suatu proses yang dapat diubah – ubah besarnya supaya process variable sama dengan set point.

·    Sensing Element

Merupakan bagian yang berperan untuk melakukan pengukuran sehingga biasa disebut sensor.

·    Transmitter

Merupakan alat yang berfungsi membaca sinyal sensing element dan mengubahnya menjadi sinyal yang dapat dimengerti oleh controller. 

·    Measurement Variable

Merupakan sinyal yang keluar dari transmitter.

·    Set Point

Merupakan besar process variable yang dikehendaki.

·    Error

Selisih antara set point dan process variable.

·    Controller

Merupakan elemen yang mengerjakan tiga langkah sekaligus dalam sistem pengendalian otomatis yaitu membandingkan set point dengan measurement variable, menghitung berapa error yang dihasilkan dan mengeluarkan sinyal koreksi.

·    Load

Besaran lain seperti manipulated variable yang dapat berubah – ubah sehingga dapat mengubah controlled variable.

·    Control Valve

Merupakan final control element yang berfungsi mengubah measurement variable dengan cara memanipulasi besarnya bukaan valve berdasarkan perintah controller. (Frans Gunterus, 1994).

1.3      Transient Response Sistem Pengendalian Otomatis

Menurut Frans Gunterus (1994), transient response sistem pengendalian ada 2 macam yaitu stabil dan tidak stabil. Tipe transient response stabil terdiri dari 2 macam yaitu overdamped dan underdamped. Sedangkan tipe transient response tidak stabil terdiri dari 2 macam yaitu sustain oscillation dan undamped.

Suatu sistem pengendalian akan stabil, apabila nilai process variable berhasil mendekati set point. Pada response underdamped, terjadi koreksi sistem berjalan lebih cepat daripada response overdamped.

Sistem pengendalian tidak menginginkan response bersifat tidak stabil. Pada response sustain oscillation, proses variabelnya tidak pernah sama dengan set point sehingga response membentuk suatu pola siklus dengan amplitudo tetap sehingga sering disebut cycling. Sedangkan pada response undamped, proses variabel berosilasi dengan amplitudo membesar sehingga proses variabel semakin lama semakin menjauhi set point.

2.          Sistem Pengukuran

2.1      Sensing Element dan Transmitter

Sebagai bagian paling ujung suatu sistem pengukuran (measuring system), sensing element (sensor) merupakan bagian paling penting dalam sistem pengendalian otomatis. Kalau data input (hasil pengukuran) salah, maka output akan turut salah. Setelah sensing element berhasil melakukan langkah mengukur, maka sinyal yang dikeluarkan oleh sensing element harus diubah menjadi sinyal yang dimengerti oleh controller sehingga dibutuhkan transmitter untuk membaca dan mengubah sinyal yang dikeluarkan oleh sensing element. Output sinyal sistem pengukuran merupakan hasil kerja dari transmitter. Dalam sistem pengendalian otomatis terdapat 2 macam output sinyal pengukuran yaitu :

a.    Sinyal elektrik (output berupa mA atau V)

b.    Sinyal pneumatik (output berupa satuan tekanan misal kg/cm²) (Frans Gunterus, 1994)

2.2      Skala Pengukuran

Menurut Frans Gunterus (1994), dalam ilmu instrumentasi, ada beberapa istilah untuk menyatakan skala baca, yaitu :

·        Zero

Menyatakan titik baca terendah dari suatu skala baca.

·        Span

Menyatakan jarak antara titik baca minimum dan titik baca maksimum.

·        Range

Menyatakan batas – batas daerah kerja dari alat ukur.

2.3      Accuracy

Akurasi (accuracy) adalah besaran yang menyatakan ketepatan suatu alat ukur dalam memberikan hasil bacaan. Besaran ini menunjukkan banyaknya penyimpangan yang terjadi pada sebuah alat ukur. Cara menyatakan accuracy ada beberapa macam, antara lain :

1.  Dalam variabel pengukuran

Misalnya suatu termometer dengan range 0^oF – 100^oF memiliki accuracy 1^oF, maka bila hasil pengukuran menunjukkan harga 60^oF berarti harga temperatur yang sebenarnya sebesar 59^oC.

2.  Dalam persentase span

Misalnya pressure transmitter dengan range 100 – 400 psi memiliki accuracy 0,5% span, maka bila hasil pengukuran menunjukkan harga 200 psi berarti harga tekanan yang sebenarnya sebesar (200 ± {0,5% x (400 – 100) psi}.

3.  Dalam persentase terhadap skala maksimum (FS atau full scale)

Misalnya bila sistem pengukuran menunjukkan harga 1% FS berarti bila meter diletakkan pada skala baca maksimum 200 Volt, maka keakuratan alat tersebut ± 2 Volt.

4.  Dalam persentase pembacaan

Misalnya level transmitter dengan range 0 – 100 inchi dan memiliki accuracy 0,5% output, maka bila hasil pengukuran menunjukkan harga 40 inchi (40%) berarti harga level yang sebenarnya sebesar 40 ± {0,5% x 40 inchi} atau sebesar 39,8 – 40,2 inchi. (Frans Gunterus, 1994)

2.4     Linearitas

Suatu elemen dikatakan linier apabila kurva input vs. output membentuk garis lurus (linier). Tetapi pada kenyataannya, nyaris tidak ditemukan elemen yang memiliki kurva input vs. output yang linier. Penyimpangan (ketidaklurusan) yang masih ada di dalam batas – batas bisa dianggap lurus inilah yang disebut linearity. (Frans Gunterus, 1994)

2.5      Hysteresis

           Gejala hysteresis pada sebuah instrumen atau sistem pengukuran dapa dilihat waktu alat ukur beroperasi secara dua arah.
Gejala ini terjadi pada banyak elemen sistem pengendalian yang mengandung banyak unsur mekanis, khususnya control valve. Hal ini terlihat ketika sinyal input ke control valve naik dari 0 – 100 % dan ketika sinyal input ke control valve turun dari 100 – 0%. Pada waktu sinyal naik 25 % maka bukaan control valve masih 24% dan seterusnya sampai posisi control valve benar sama dengan input setelah sinyal mencapai 100%. Hal sebaliknya juga terjadi ketika sinyal input turun. Pada waktu sinyal input turun menjadi 75% maka bukaan control valve masih tertinggal 74% dan seterusnya hingga posisi control valve benar sama dengan input setelah sinyal mencapai 0%. Gejala hysteresis ini apabila terlalu parah, dapat disebabkan karena kerusakan komponen mekanis di salah satu elemen, misalnya ada engsel yang kendur atau terjadi gesekan berlebihan antara dua komponen mekanis. (Frans Gunterus, 1994)