Maksud
tujuan sebuah closed-loop controller adalah menjaga variable terkontrol
(controlled variable) selalu berada pada nilai set point yang diinginan.
Semua piranti control (controller) didisain untuk mengambil langkah
(aksi kontrol) dalam bentuk sinyal output yang dkirimkan ke piranti kontrol.
Sinyal output tersebut merupakan fungsi dari sinyal error, yakni selisih antara
nilai set point dan control point. Jenis aksi yang dilakukan oleh
piranti kontrolnya disebut mode kontrol atau logika kontrol.
Pada dasarnya jenis aksi instrumen
kontrol dapat mencakup 5 (lima) mode kontrol, yaitu:
a.
Two-position “on-off” control
b.
Time “on-off” control
c.
Variable control
d.
Proportional control
e.
Proportional with automatic reset control
Two-position on-off control
Two-position
on-off control merupakan jenis aksi instrumen kontrol
yang paling banyak digunakan. Instumen kontrol ini mengatur beroperasinya controlling
device “on” atau “off”. Contoh nyata aksi two-position on-off control adalah
sistem kontrol pada unit refrijerator. Di mana thermostat mengaktifkan
kompresor (turn-on) untuk mendinginkan ruang kabinet jika ruang kabinet
menjadi terlalu hangat, dan thermostat akan menon-aktifkan kompresor (turn-off)
jika kondisi ruang di dalam kabinet telah mencapai suhu yang diinginkan.
Sistem
on-off contol dua posisi ini memiliki dua sistem pengaturan, yaitu: (1)
pengaturan rentang suhu (range setting) dan (2) pengaturan beda suhu (differential
setting). Range setting merepresentasikan besaran suhu atau tekanan di mana
piranti kontrol harus beroperasi dengan baik.
Pengaturan
range setting akan mengubah tingkat set point thermostat. Berikut ini diberikan
contoh aplikasinya:
Range
setting 1: Pengaturan awal menghasilkan aksi sebagi berikut:
·
Thermostat „On” : 72OF
·
Thermostat “Off” : 77OF
Range
setting 2: pengaturan ulang naik sebesar 3OF:
·
Thermostat „On” : 75OF
·
Thermostat “Off” : 80OF
Pengaturan
Differential setting menghasilkan aksi yang berbeda antara kondisi thermostat “On”
dan Thersmotat “Off” pada rentang set point tertentu. Pengaturan differential
akan menaikkan atau menurunkan perbedaan amtara kedua kondisi tersebut. Berikut
ini diberikan contoh aplikasinya:
Differential
setting 1: Pengaturan awal menghasilkan aksi sebagi berikut:
·
Thermostat „On” : 72OF
·
Thermostat “Off” : 77OF
(memberikan beda sebesar 5OF diff)
Differential
setting 2: pengaturan ulang naik sebesar 3OF:
·
Thermostat „On” : 72OF
·
Thermostat “Off” : 80OF
(memberikan beda sebesar 8OF diff)
Aksi
Kontrol Dua Posisi
Operating differential
merupakan perbedaan suhu atau tekanan aktual yang terjadi di dalam ruang yang
dikondisikan. Jika nilai differential yang diinginkan lebih kecil dari pada
nilai operating differential, maka sistemnya menjadi tertinggal (lag). Jika
nilai differential yang diinginkan lebih besar dari pada nilai operating
differential, maka sistemnya mendahului (lead). Jika operating differential
terlalu rendah, maka siklus sistem akan menjadi terlalu sering, dan jika
operating differential terlalu besar, maka sistemnya tidak dapat mempertahankan
suhu dan tekanan pada rentang yang diinginkan.
Gambar
1.6 memperlihatkan contoh aplikasi two-position on-off control pada suatu
pengaturan pintu udara (damper). Jika damper terbuka, maka area yang dikondisi
mendapat pemanasan, sehingga suhu area naik. Jika damper tertutup, maka udara
panas tidak mengalir ke dalam area yang dikondisikan, sehingga suhunya turun.
Gambar
1.6 Aksi Two-osition on-off Control pada Damper Udara
Aksi
timed on-off control biasanya diterapkan pada situasi di mana operating
differential terlalu besar. Satu cara untuk mewujudkan aksi ini adalah memasang
anticipator dalam on-off control. Alat tersebut akan mengaktifkan operating
device lebih cepat sebelum kondisi kerja normalnya. Hal ini akan mengurangi
operating differential. Heating thermostat dengan aksi timed on-off control dilengkapi
dengan elemen pemanas (heater) berdaya rendah yang berfungsi sebagai
anticipator. Elemen pemanas akan memanaskan thermostat lebih cepat dibandingkan
keadaan normalnya. Hal ini membuat heating thermostat menonaktifkan furnace
lebih cepat dibandingkan kondisi normalnya. Hal ini dapat mencegah suhu ruang
menjadi terlalu hangat.
Dalam
sistem pendinginan, energi panas ditambahkan pada thermostat selama periode off
cycle (cooling anticipation). Thermostat dapat mengaktifkan operating
device sebelum suhu ruang menjadi terlalu hangat.
Satu
tipe timed on-off control menggunakan timed switch (timer) yang dapat membuka
dan menutup kontak listrik. Sebagai contoh, kompresor beroperasi (on) selama
lima menit, kemudian berhenti (off) selama 20 menit. Kemudian bekerja lagi
selama lima menit, dan berhenti selama 20 menit, dan seterusnya.
Aksi
variable control dilaksanakan sebagai berikut: kontrol bergerak secara gradual
dari posisi satu ke posisi lainnya (sebagai contoh variasi posisi damper). Jika
suhu ruang sudah mencapai rentang yang diinginkan, maka tidak ada sinyal yang
ditransmisikan. Maka posisi damper tidak berubah dan tetap pada posisi
sebelumnya sampai ada sinyal baru yang diterima dari piranti kontrolnya. Gambar
1.7 memperlihatkan prinsip aksi variable control.
Dalam
Gambar 1.7 A, damper bergerak secara gradual dari posisi satu (1) ke posisi dua
(2). Hal ini membuat lebih banyak udara panas masuk ke dalam ruang yang
dikondisikan sehingga meningkatkan suhu ruang hingga di atas batas bawah.
Ketika suhu mencapai rentang yang diinginkan, thermostat mengirimkan sinyal
untuk menghentikan gerakan membuka damper, sehingga posisi damper tetap pada
posisi dua (2). Dalam Gambar 1.7 B, damper tetap pada posisi 2 ketika titik
suhu berubah bervariasi pada rentang atas dan bawah. Jika suhu naik melebihi
rentang batas atas, thermostat mengirimkan sinyal untuk menutup damper secara
gradual.
Dalam
Gambar 1.7 C, Thermostat mengkomando pergerakan menutup damper berhenti, damper
berhenti pada posisi tiga (3) ketika suhu jatuh di bawah batas atas. Siklus ini
akan terulang ketika suhu melebihi batas yang telah ditentukan.
Aksi
Variable Control
Pada
aksi proportional control, sinyal output yang dikirimkan oleh piranti kontrol
buka sinyal on dan sinyal off, melainkan sinyal yang selalu berubah secara
kontinyu atau lazim disebut sebagai sinyal analog. Variasi sinyal tergantung
pada jumlah perubahan yang diperlukan oleh kondisi aktual. Dalam aksi ini,
operating device diatur proportional terhadap kekuatan sinyal kontrol. Aksi
proportional control lebih sensitif dibandingkan aksi on-off control atau aksi
variable control.
Berikut ini diberikan istilah baku
yang lazim digunakan pada aksi proportional control:
a. Setpoint,
yaitu posisi pengaturan yang dipilih pada piranti kontrol untuk mencapai dan
memelihara kondisi yang diinginkan.
b. Control
point adalah kondisi yang sedang dijaga statusnya.
c. Offset
merupakan deviasi antara setpoint dan control point. Offset sering disebut
sebagai error.
Damper
seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 1.8 posisinya selalu berubah. Jika suhu
berubah, maka posisi damper akan diatur ulang agar suhu dapat tetap
dipertahankan sesuai keinginan. Aksi proportional dengan reset merupakan metoda
lajutan terbaik untuk memelihara kondisi yang diinginkan. Dalam aksi ini,
control point (misalnya tekanan dan suhu aktual) diatur secara otomatik ke set
point (tekanan dan suhu yang diinginkan) jika diperlukan. Seringkali, piranti kontrol
didisain untuk memprediksi kondisi yang diharapkan. Kemudian piranti kontrolnya
membuat aksi sangat awal, sebelum gangguan muncul.
Aksi
Proportional Control
Mode
kontrol yang paling sederhana dan banyak diterapkan dalam berbagai keperluan
adalah control dua posisi. Sistem ini hanya memiliki dua status, seperti status
On dan Off untuk fan dan pompa, atau status buka dan tutup sebuah katub atau
damper (pintu angin). Sistem refrigerasi & tata udara untuk keperluan rumah
tangga, menerapkan system kontrol dua posisi. Sebuah sistem yang hanya memiliki
dua status operasi hampir selalu dikontrol menggunakan kontrol dua posisi.
Gambar 1.9 memperlihatkan aksi dari kontrol dua posisi dari sebuah sistem
pemanasan ruang.
Sistem
Pemanasan Ruang Sederhana
Gambar
1.10 memperlihatkan apa yang terjadi dengan control semacam ini ketika piranti
control merespon suplai udara yang lebih rendah dari suhu yang diinginkan (set
point) sekitar 50% dari beban. Dalam hal ini, dua posisi yang dimaksud
adalah posisi katub terbuka penuh (aliran air panas maksimum), dan posisi katub
tertutup penuh (tidak ada aliran). Sepanjang sumbu vertikal menunjukkan nilai
variabel terkontrol (yakni suplai udara), sedangkan waktu diletakkan
disepanjang sumbu horizontal.
Perhatikan
kembali Gambar 1.10, karena udara yang masuk ke pipa pemanas lebih rendah
suhunya dibandingkan nilai set point, suhu udara yang dideteksi oleh sensor
suhu menjadi turun. Begitu nilainya turun di bawah set point (diperlihatkan
dengan garis titik-titk horisontal) maka piranti kontrol akan memberikan
komando untuk membuka katub secara penuh. Medium pemanas mengalir ke dalam pipa
pemanas, tetapi suhu udara tidak dapat naik secara tiba-tiba, karena aktuator
butuh waktu untuk membuka katub dan akan terlebih dahulu memanaskan pipa
pemanas sebelum memanaskan udara sekitar pipa pemanas. Sehingga suhu udara akan
terus turun di bawah set point sebelum kemudian naik. Katub akan tetap terbuka
hingga suhu udara suplai naik hingga mencapai nilai di atas set point. Kontrol
differential merupakan nilai tetap yang besarnya sama dengan selisih atau beda
antara nilai cut in(perintah membuka katub) dan cut off (perintah
menutup katub); direpresentasikan dalam gambar dengan beda antara set point
dengan garis horizontal putus-putus.
Gambar
1.10 Respon Kontrol Pemanas Dua Posisi
Jika
suhu udara memotong garis tersebut, maka piranti kontrol akan menutup katub.
Kejadian yang sama terulang lagi, ada waktu tunda sebelum akhirnya suhu udara
turun karena perlu waktu untuk menurunkan terlebih dahulu suhu pipanya. Begitu
seterusnya, kejadian tersebut akan berulang. Pada contoh ini, set point
diperlihatkan menjadi ON-point (yaitu titik di mana katub terbuka), dan
set point plus control differential manjadi OFF-point (di mana katub
tertutup. Pada kasus lain, lazim diperlihatkan set point menjadi titik tengah
antara ON-point dan OFF-point, karena ini merupakan nilai
rata-rata dari variabel terkontrol. Pada prakteknya, bila menggunakan
thermostat sebagai piranti kontrol, maka set point akan menjadi titik tengah
antara ON-point dan OFF-point.
No comments:
Post a Comment
Tinggalkan Kritik dan Saran yang membangun