Kontrol Modulasi

Sebelum Anda melanjutkan membaca artikel ini, sangat disarankan untuk membaca artikel saya sebelumnya mengenai dasar-dasar sistem kontrol.

Sistem kontrol modulasi merupakan sebuah sistem proses yang mengintegrasikan antara beberapa sinyal input dengan sinyal output sebagai hasil dari proses sistem logic nya. Sebagai sebuah proses, sistem kontrol ini terdiri atas tiga elemen kontrol yaitu kontrol proporsional, kontrol integral, dan kontrol derivatif. Ketiga kontrol tersebut, terkait dengan cara pemrosesan set point error untuk menghasilkan kontrol aksi pada elemen kontrol akhir.

Pada kontrol proporsional, besar sinyal output untuk elemen kontrol final sebanding secara proporsional dengan besar error set point yang muncul. Hubungan ini dapat dirumuskan sebagai berikut:

    P = (Kp)E

Dimana:

    P = Output
    E = Error (deviasi set point)
    Kp = Konstanta perkalian proporsional

Sistem kontrol proporsional ini menghasilkan hubungan yang linier antara error set point dengan sinyal output yang akan menjadi aksi pada elemen kontrol akhir. Konstanta perkalian proporsional dapat diubah nilainya sesuai dengan kebutuhan. Dan proses kontrol ini menghasilkan aksi yang cepat pada setiap perubahan error set point yang terjadi.

Proses kontrol integral juga dikenal dengan sistem kontrol reset. Dengan kontrol integral, output dari kontrol ini berubah setiap terjadi error set point. Perubahan output dengan rate/laju tertentu yang proporsional dengan perubahan nilai error:

    P = (1/Ti) ∫ E dT

Dimana Ti adalah waktu integral (reset), yang nilainya dapat diubah-ubah untuk mengurangi deviasi error pada nilai output.

Dengan menggunakan hubungan integral, maka output dari proses kontrol integral akan selalu berubah setiap muncul error set point. Dan baru benar-benar diam (tetap pada nilai output tertentu) pada saat nilai error sama dengan nol. Proses kontrol ini membutuhkan waktu yang lebih lama untuk mengejar nilai error sama dengan nol, sehubungan dengan sistem kontrol yang menggunakan rumusan integral.

Kontrol derivatif juga dikenal dengan sebutan rate control. Sistem kontrol menghasilkan output pada saat terjadi error pada set point, dan nilai output tersebut proporsional dengan laju (rate) perubahan dari error:

    P = (Td) dE/dT

Dimana Td adalah konstanta waktu laju (derivatif).

Pada kontrol derivatif, semakin cepat perubahan error set point yang terjadi, semakin besar nilai output kontrol yang keluar. Nilai output akan langsung menjadi nol apabila nilai error sama dengan nol. Nilai dari konstanta Td juga dapat diubah untuk menambah atau mengurangi sensitifitas sistem kontrol. Kontrol ini digunakan untuk menghasilkan respon yang cepat terhadap setiap perubahan eror yang terjadi.

Sebuah kontrol otomatis dapat menggunakan sistem kontrol yang mengkombinasikan antara ketiga elemen sistem kontrol yang ada. Yang paling banyak digunakan adalah sistem kontrol proporsional, proporsional ditambah integral (PI), dan proporsional ditambah integral ditambah derivatif (PID).

Sistem Kontrol Dasar

Berbagai macam disiplin ilmu yang menjadi bahan perkuliahan di perguruan tinggi, pada akhirnya bermuara menjadi satu di sebuah sistem perusahaan dan menghasilkan produk bermanfaat bagi manusia. Saya pun tidak menyangka pada awalnya, bahwa teknik mesin, teknik elektronika, teknik sipil, kimia terapan, fisika terapan, teknik informatika, teknik kontrol dan instrumentasi, dan masih banyak disiplin ilmu lain yang ternyata dapat melebur menjadi satu di sebuah perusahaan pembangkit tenaga listrik. Berbagai peralatan bekerja pada masing-masing disiplin ilmu secara selaras dan terkoordinasi dengan sempurna.

Pengkoordinasian sistem-sistem tersebut melibatkan sebuah sistem kontrol yang sangat kompleks dan terpusat di sebuah ruang kontrol. Sistem kontrol yang ada berfungsi untuk mempermudah operator mengoperasikan pembangkit listrik agar efisien dan reliable. Dan pada kesempatan kali ini akan kita bahas sistem kontrol dasar yang digunakan pada pembangkit listrik tenaga uap.

Sesuai dengan kemajuan teknologi, sistem kontrol otomatis lebih tepat digunakan pada benyak penggunaan daripada kontrol manual. Ada beberapa alasan yang menyertai pernyataan tersebut, yaitu:

  • Pertama adalah sistem terotomatisasi mengurangi faktor human error (kesalahan manusia) pada sistem operasi, sehingga lebih menciptakan sistem kerja yang aman bagi keselamatan manusia.
  • Kedua adalah sistem terotomatisasi mengurangi jumlah pekerja/operator sehingga dapat menghemat biaya pekerja.
  • Ketiga yaitu sistem terotomatisasi lebih efisien daripada sistem manual, karena sistem kontrol otomatis lebih cepat merespons dan akurat dibandingksn sistem manual pada saat terjadi perubahan kondisi proses kerja.

Sistem kontrol dapat diklasifikasikan berdasarkan cara kerjanya menjadi dua jenis, yaitu tipe ON-OFF dan tipe modulating. Tipe ON-OFF berfungsi untuk menghasilkan sistem kontrol yang tetap (discrete). Salah satu contohnya adalah pada saat menyalakan dan mematikan sebuah motor listrik. Sistem kontrol hanya memiliki dua perintah untuk motor listrik tersebut, yaitu perintah start dan stop saja. Sedangkan pada sisi motor, ia juga hanya memiliki dua feedback yaitu motor berputar dan motor berhenti berputar.

Sistem kontrol modulating memberikan output perintah yang dapat bervariasi secara smooth dari nilai satu ke yang lainnya. Sebagai contoh adalah pada pengaturan debit aliran suatu fluida di dalam pipa dengan menggunakan sebuah control valve. Aliran fluida dapat disesuaikan besarnya sesuai dengan kebutuhan dengan mengatur besar bukaan valve tersebut.

Salah satu contoh penggunaan kontrol ON-OFF dan kontrol modulating (modulasi) adalah pada saat Anda mengendarai kendaraan bermotor. Saat Anda menyalakan mesinnya, itu berarti Anda sedang menggunakan kontrol ON-OFF, memutar kunci mobil Anda dan mendapati mesin mobil Anda menyala. Dan kontrol modulating Anda bisa dapatkan pada saat Anda mengatur pedal gas kendaraan Anda. Dengan menggunakan indikator speedometer pada dashboard Anda, Anda dapat mengatur besar tekanan pada pedal gas sehingga mendapatkan kecepatan mobil yang sesuai dengan keinginan Anda.

Kontrol ON-OFF

Kontrol ON-OFF memiliki banyak istilah lain yaitu kontrol digital, binary control, discrete control, kontrol sekuen, atau motor interlock. Fungsi kontrol ini terbagi menjadi beberapa bagian penggunaan pada sebuah pembangkit listrik, yaitu:

  • Pada alat berputar berpenggerak motor seperti kipas, pompa, kompresor, dan konveyor.
  • Pada valve dan damper yang berpenggerak motor.
  • Pada penggerak solenoid seperti shutoff valve pneumatik.

Contoh Sistem Kontrol ON-OFF

20111217-074701 AM.jpg

Diagram di atas merupakan salah satu contoh skema sistem kontrol ON-OFF yang sederhana. Beberapa pompa exhauster dihubungkan secara paralel, bertugas untuk menjaga tekanan di dalam kondensor tetap vakum. Beberapa syarat kondisi menjadi sinyal input sistem, diproses melalui beberapa logic sederhana sehingga menghasilkan output dan feedback tertentu.

Sistem kontrol ON-OFF di atas cukup sederhana dan menjadi dasar bagi kita untuk mempelajari sistem kontrol yang lebih kompleks. Pada penggunaan yang lain, sistem kontrol dan logic yang ada dapat jauh lebih kompleks terutama bagi peralatan-peralatan besar dan mahal. Sistem kontrol dan logic yang rumit tersebut, selain memang untuk proses kerja yang kompleks, juga berfungsi untuk melindungi peralatan tersebut dari kerusakan yang parah akibat terjadinya kesalahan proses kerja.

Kontrol Modulasi

Gambar di bawah menunjukkan sistem kontrol pada sebuah heat exchanger yang memanaskan air dengan menggunakan uap air. Temperatur air dijaga pada nilai tertentu dengan cara mengatur supply uap air yang masuk ke heat exchanger.

Contoh Sistem Kontrol Modulasi

20111217-085853 AM.jpg

Elemen dasar yang digunakan pada sistem kontrol modulasi yaitu:

  • Variabel terkontrol: Parameter dari proses yang dikontrol pada nilai tertentu sesuai set point.
  • Controller: Bagian yang membandingkan antara variabel terkontrol dengan nilai set point dan memberikan aksi kontrol untuk mengkoreksi deviasi set point ke nilai nol.
  • Variabel manipulasi: Parameter yang divariasikan besarnya sabagai hasil dari aksi kontrol dari controller sehingga dapat mengubah nilai dari variabel terkontrol supaya mendekati nilai set point.
  • Elemen kontrol akhir: Alat yang dapat merubah nilai dari variabel manipulasi untuk mengkoreksi nilai deviasi set point berdasarkan aksi kontrol dari controller.

Pada sistem kontrol heat exchanger di atas, temperatur air yang keluar dari heat exchanger menjadi variabel yang terkontrol. Untuk itu terpasang temperature probe pada pipa sisi air yang keluar dari heat exchanger, dan menjadi sinyal masuk ke controller. Controller memproses sinyal dengan jalan mengatur elemen kontrol akhir yang berupa control valve. Control valve mengatur debit aliran uap air yang masuk ke heat exchanger sebagai variabel manipulasi sehingga temperatur air dapat dijaga pada nilai tertentu.