Makalah PID

PID DIGITAL DAN ANALOG BESERTA APLIKASINYA

Disusun oleh : Javan Aristianto P.

( 7311030036 )

Abel Ichsan A.

( 7311030043 )

Mohamad Yanuri

( 7311030058 )

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI DEPARTEMEN ELEKTRONIKA POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA 2013

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur ke hadirat Allah SWT, karena atas segalah rahmat dan karunia Nya kepada kami sehingga makalah ini dapat kami selesaikan sesuai yang diharapkan. Dalam makalah ini kami membahas “Kontrol PID Analog dan Digital beserta Aplikasinya”. Sholawat serta salam semoga selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad SAW. Makalah ini merupakan salah satu tugas mata kuliah Dasar Kontrol Cerdas di program studi teknik Elektro Industri PENS. Selanjutnya penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Bapak Ardik Wijayanto ST.MT selaku dosen mata kuliah Dasar Kontrol Cerdas dan kepada segenap pihak yang telah memberikan bimbingan serta arahan selama penulisan makalah ini. Akhirnya penulis menyadari banyak terdapat kekurangan-kekurangan dalam penulisan makalah ini, maka dari itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari para pembaca demi kesempurnaan makalah ini. Surabaya, 16 Oktober 2013 Penyusun

PENDAHULUAN

Dalam era globalisasi, sektor industri memegang peranan yang sangat penting khususnya di Indonesia. Banyak industri-industri yang ber- kembang dengan pesat. Di dalam industri, sangat dibutuhkan sistem kontrol yang baik untuk dapat menunjang proses berjalannya industri tersebut dan untuk meningkatkan efisiensi dalam proses produksi. Karena itu dalam makalah ini dipaparkan suatu penjelasan mengenai kontrol PID ( Proportional, Integral, dan Derivative ). Dalam makalah ini akan dipaparkan tentang sistem kontrol proporsional integral derivatif (PID). Sistem kontrol PID itu sendiri akan dibahas pada bagian kedua dari makalah ini. Sedangkan bagian ketiga dari makalah ini akan memaparkan aplikasi sistem kontrol PID. Bagian terakhir dari makalah ini akan ditutup dengan beberapa kesimpulan yang telah didapatkan.

Kontrol Proporsional, Integral dan Derivative

Kontrol PID merupakan salah satu teknologi yang paling banyak diadopsi pada pengontrolan proses industri. Berdasarkan survey, 97% industri yang bergerak dalam bidang proses ( seperti industri kimia, pulp, makanan, minyak dan gas) menggunakan PID sebagai komponen utama dalam pengontrolannya (sumber:Honeywell,2000). Popularitas PID sebagai komponen kontrol proses dilatarbelakangi terutama oleh kesederhanaan struktur serta kemudahan dalam melakukan tuning parameter kontrolnya. Selain itu kepopuleran PID disebabkan juga oleh alasan historis, yaitu dimulai sekitar 1930’an dimana saat itu strategi kontrol PID diimplementasikan dengan menggunakan rangkaian elektronika analog bahkan banyak diantaranya menggunakan komponen mekanik dan pneumatik murni. Seiring dengan perkembangan teknologi digital dan solid state, produk PID komersil muncul di pasaran dalam beragam model dan bentuk, yaitu dari sekedar modul jenis special purpose process controller (seperti temperatur controller,pressure controller, dan sebagainya) sampai modul kontrol jenis general purpose process controller. Ada beberapa alasan yang menyebabkab kontrol PID ini banyak dipakai dalam dunia industri, antara lain : 1. Strukturnya yang relatif sederhana Hanya ada tiga parameter utama yang perlu diatur dan dituning (P,I,D) dan pengaruh perubahan setiap parameternya terhadap keadaan pengontrolan relatif mudah dipahami oleh operator. 2. Dapat dipakai dalam bermacam-macam sistem pengaturan Pengendali PID mampu bekerja dalam berbagai macam sistem pengaturan, seperti pengaturan temperatur, kecepatan fluida/gas dalam pipa, ketinggian level zat cair, konsentrasi zat kimia dan lain-lain. 3. Sejarah Memegang peranan penting dalam dunia industri, terbukti sudah sejak tahun 1930-an digunakan sampai saat ini. Hali ini membuktikan bahwa pengendali PID dapat diandalkan. Dewasa ini hampir dapat dipastikan modul kontrol PID yang terinstal di industri atau modul komersil yang beredar di pasaran telah didominasi oleh modul digital dengan basis sistem microprocessor. Dibandingkan modul analog, modul PID digital ini memiliki beberapa kelebihan, diantaranya yaitu: 

Dapat diintegrasikan secara mudah dengan sistem lain membentuk sebuah jaringan kontrol.



Banyak fungsi dan fitur tambahan yang tidak dapat ditemukan dalam modul PID analog.



Kepresisian sinyal kontrol PID digital tidak tergantung komponen yang digunakan. Berbeda dengan kontrol PID analog yang pengolahannya bersifat kontinyu, Di dalam

sistem microprocessor, pengolahan sinyal kontrol oleh PID digital pada dasarnya dilakukan pada waktu-waktu diskret. Dalam hal ini konversi sinyal dari analog ke digital, pengolahan sinyal error, sampai konversi balik digital ke analog dilakukan pada interval atau waktu cuplik (sampling) – Tc tertentu. Lebar waktu cuplik yang dipilih/digunakan pada kontrol digital harus jauh lebih kecil dari konstanta waktu proses yang dikontrol, hal ini dimaksudkan untuk meminimalkan hilangnya sebagian informasi yang dikandung oleh sinyal aslinya (sinyal analog).

Berikut adalah penjelasan mengenai kontrol PID. 1. Kontrol Proporsional Pengendali proporsional mempunyai keluaran yang sebanding dengan harga dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan harga aktualnya). Dalam kalimat lain, keluaran pengendali proporsional merupakan perkalian antara konstanta proporsional dengan masukannya. Perubahan pada sinyal masukan akan segera menyebabkan sistem secara langsung mengubah keluarannya sebesar konstanta pengalinya. Dalam kontroler tipe P ini, hubungan antara sinyal masukan dan sinyal keluaran adalah : u(t) = Kp e(t) Fungsi alihnya adalah

dimana Kp adalah konstanta proporsional.

E(s)

Kp

U(s)

K

Gambar 1. Diagram Blok Pengendali Proporsional

Pengendali proporsional mempunyai 2 parameter, yaitu konstanta proporsional (Kp) yang merupakan nilai faktor penguatan terhadap sinyal kesalahan dan pita proporsional atau proporsional band (PB) yang mencerminkan daerah kerja pengendali efektif. Hubungan antara keduanya ditunjukkan oleh :

PB = Dalam perancangan sistem pengendali dengan kendali proporsional, harus memperhatikan karakteristik dari pengendali tipe-P ini agar mrnghasilkan sitem kontrol yang baik, yaitu: 1. Mengurangi waktu naik dan kesalahan keadaan tunak 2. Overshoot tinggi yang sebanding dengan kenaikan nilai parameter Kp 3. Mengurangi Error Steady State (beda antara setpoint dengan control point) 4. Jika nilai Kp kecil, pengendali proporsional hanya mampu melakukan koreksi kesalahan yang kecil dan menyebabkan respon sistem yang lambat 5. Jika nilai Kp besar, akan menghasilkan respon sistem yang cepat mencapai keadaan mantapnya. Namun jika harga Kp terlalu besar akan menghasilkan sistem yang tidak stabil atau berosilasi

2. Kontrol Integral Suatu pengendali integral akan menghasilkan respon sitem yang memiliki kesalahan keadaan mantapnya (Ess) nol. Penggendali integral, sesua dengan namanya mempunyai karakteristik seperti integral dimana keluarannya sangat dipengaruhi oleh perubahan yang sebanding dengan nilai sinyal kesalahan. Dalam pengendali integral, diubah pada laju proporsional dari sinyal pembangkit kesalahan. Sehingga :

atau dalam bentuk lain ∫ Dengan Ki adalah konstanta integral

nilai masukan

E(s) U(s)

Gambar 2. Diagram Blok Pengendali Integral Fungsi alih dari kontroler integral adalah

= Atau

Dimana Ti adalah waktu integral. Karakteristik pengendali integral adalah : 1. Menghilangkan offset 2. Keluaran

kontroler

membutuhkan

selang

waktu

tertentu,

sehingga

akan

memperlambat respon 3. Saat sinyal kesalahan nol, keluaran kontroler akan bertahan pada nilai sebelumnya 4. Saat sinyal kesalahan tidak berharga nol, keluaran akan menghasilkan perubahan yang dipengaruhi oleh besarnya sinyal kesalahan dan nilai Ki. 5. Overshoot tinggi 6. Mengurangi rise time

3.

Kontrol Derivatif Kontrol derivatif dapat disebut pengendali laju, karena output kontroler sebanding

dengan laju perubahan sinyal error. Hubungan antara output kontrol derivatif u(t) dengan sinyal error e(t) terlihat pada persamaan 3.

Blok kontrol derivatif ditunjukkan pada Gambar 3. Kontrol derivatif tidak akan pernah digunakan sendirian, karena kontroler ini hanya akan aktif pada periode peralihan. Pada periode peralihan, kontrol derivatif menyebabkan adanya redaman pada sistem sehingga lebih memperkecil lonjakan. Seperti pada kontrol proporsional, kontrol derivatif juga tidak dapat menghilangkan offset.

Gambar 3 Diagram Blok Kontrol Derivatif

APLIKASI KONTROL PID

1. Pengaturan Suhu sebuah tangki 2. Pengaturan Kelembaban Udara dalam sebuah ruangan 3. Pengaturan Kecepatan Motor DC 4. Pengendalian Ketinggian Level Cairan 5. Kecepatan Fluida/Gas dalam pipa 6. Konsentrasi Zat Kimia 7. Pengontrolan pada industri kimia, pulp, makanan, minyak dan gas dll

KESIMPULAN

Kontrol PID merupakan salah satu teknologi yang paling banyak diadopsi pada pengontrolan proses industri pada jaman sekarang ini. Ada beberapa alasan yang menyebabkab kontrol PID ini banyak dipakai dalam dunia industri yaitu strukturnya yang relatif sederhana dan dapat dipakai dalam bermacam-macam sistem pengaturan. Terdapat dua jenis kontrol PID yaitu analog dan digital. Pada saat ini kontrol PID yang digunakan di industri atau yang beredar di pasaran telah didominasi oleh modul digital dengan basis sistem microprocessor. Dibandingkan modul analog, modul PID digital ini memiliki beberapa kelebihan yaitu dapat diintegrasikan secara mudah dengan sistem lain membentuk sebuah jaringan control, banyak fungsi dan fitur tambahan yang tidak dapat ditemukan dalam modul PID analog, dan kepresisian sinyal kontrol PID digital tidak tergantung komponen yang digunakan. Berbeda dengan kontrol PID analog yang pengolahannya bersifat kontinyu, pengolahan sinyal kontrol oleh PID digital pada dasarnya dilakukan pada waktu-waktu diskret.