Articles

Control Loops : Definisi dan Jenisnya

Control Loops adalah sistem yang diterapkan oleh para insinyur desain di berbagai aplikasi industri untuk mempertahankan proses variabel (PV) pada nilai yang diinginkan atau set-point (SP). Control loops penting untuk menjaga stabilitas sistem, dan untuk secara konsisten menghasilkan hasil yang diinginkan dari suatu proses.

Temperature Control Loops  adalah salah satu contoh loop kontrol yang paling umum. Loop kontrol bekerja untuk menjaga suhu di rumah dan kantor kita. Loop ini juga digunakan untuk berbagai sistem perendaman dan pemanas industri. Loop kontrol suhu diatur sebagai berikut:

  • Proses yang akan dikontrol ditetapkan. Dalam kasus loop kontrol suhu, ini mengacu pada suhu zat yang sedang dipanaskan, seperti suhu air.
  • Sensor mengukur nilai proses (PV), atau dalam hal ini, nilai suhu saat ini. Sensor hadir dalam bentuk termostat pada sistem pemanas rumah tangga, sedangkan aplikasi industri biasanya menerapkan penggunaan termokopel, RTD, dan termistor.
  • Sensor memasukkan nilai terukur dari nilai proses ke pengontrol suhu. Ini memulai proses kontrol yang diperlukan untuk mencapai titik setel (suhu yang diinginkan).
  • Elemen kontrol akhir menerima nilai yang dimanipulasi dari pengontrol dan secara fisik mengurangi atau meningkatkan suhu.

Semua sistem loop kontrol berisi serangkaian elemen terkoordinasi yang diperlukan untuk mencapai tujuan kontrol. Sistem loop kontrol tersedia dalam berbagai konfigurasi, tergantung pada jenis industri dan spesifikasi penggunaan. Namun, semuanya mengikuti prinsip desain yang serupa.

Temperature Control Loops

Komponen Utama Control Loops

Control Loops pada dasarnya adalah loop umpan balik karena melibatkan deteksi kesalahan dan penerapan koreksi umpan balik. Proses ini dicapai dengan menghubungkan berbagai komponen perangkat keras dalam suatu rangkaian. Hal ini melibatkan urutan pembuatan atau sistem yang melibatkan satu variabel atau beberapa variabel yang akan dikontrol.

Baca Juga : Definisi dan Cara Kerja Radar Level Meter

Komponen-komponen dalam loop kontrol tertutup diatur dengan tepat. Penting untuk memastikan bahwa semua komponen terhubung dalam urutan yang benar setiap saat. Setiap gangguan dalam sistem akan menyebabkan terhentinya proses otomatis. Misalnya, beralih ke pengontrol manual.

Sensors dan Transducers

Sensor adalah perangkat pengukuran awal dalam loop kontrol. Sensor mengubah variabel proses menjadi sinyal analog atau digital yang sesuai yang dibaca oleh pengontrol dan kemudian dibandingkan dengan titik setel yang diinginkan. Pengukuran biasanya diwakili dalam muatan listrik, tegangan, atau tekanan pneumatik. Jika pembacaan dari sensor berada di luar pita kontrol titik setel, pengontrol kemudian membuka atau menutup sakelar daya untuk menyalakan atau mematikan pemanas hingga suhu yang diinginkan tercapai.

Berbagai macam sensor tersedia di pasaran. Ini diterapkan sesuai dengan jenis variabel yang akan diukur. Watlow menyediakan sensor suhu seperti termokopel atau RTD. Ini memberikan kekuatan dielektrik suhu tinggi yang memastikan sinyal dibawa sesuai dengan instrumentasi atau kontrol.

Transduser adalah sensor canggih yang selanjutnya mengubah nilai yang diberikan melalui pengkondisian sinyal. Misalnya, dalam instrumentasi listrik, arus dapat diubah menjadi pengukuran tegangan. Perangkat konversi ini juga tersedia dalam berbagai bentuk sesuai dengan prinsip kerjanya, seperti kapasitansi dan sifat menghasilkan sendiri.

Pemancar dapat diterapkan untuk menstandarkan sinyal yang diedarkan di seluruh loop kontrol, di mana parameter dimonitor dan dikelola dari jarak jauh. Perangkat yang berfungsi erat dengan sensor ini mampu menangani berbagai sinyal, seperti tekanan, aliran, dan suhu.

Nilai yang diukur dalam sistem kontrol ditampilkan kepada personel operasional. Hal ini dicapai melalui indikator, seperti pengukur tekanan atau tampilan digital pada pengontrol.

Baca Juga : Definisi, Jenis, dan Perbedaan dari flow sensor

Pengontrol

Pengontrol adalah perangkat dalam loop kontrol yang menginterpretasikan pengukuran yang diberikan oleh sensor dan menentukan tindakan kontrol yang harus diambil berdasarkan perbandingan nilai tersebut dengan titik setel. Ada berbagai versi perangkat, termasuk pengontrol suhu, daya, dan proses Watlow.

Pengontrol memerlukan input pembacaan terukur. Ini adalah variabel yang dikontrol dan representasi SP (titik setel) yang dinyatakan sebagai nilai terukur. Pengontrol PID (turunan integral proporsional) dianggap oleh para profesional sebagai pengontrol paling efektif dan stabil yang tersedia di pasar.

Pengontrol dimulai dengan memproses nilai yang diukur melalui komponen yang dikenal sebagai detektor kesalahan. Detektor kesalahan akan menentukan apakah PV yang diukur selaras dengan SP atau nilai referensi.

Pengontrol menggunakan sinyal kesalahan untuk menjalankan tindakan kontrol selanjutnya yang dijalankan untuk mencapai SP. Oleh karena itu, detektor kesalahan perlu menghasilkan sinyal kesalahan sebelum tindakan kontrol disampaikan. Tindakan kontrol secara tradisional dievaluasi dengan pemrosesan sinyal pneumatik atau elektronik.

Baca Juga : Definisi dan Jenis Sensor Suhu

Elemen Kontrol Akhir dan Aktuator

Elemen kontrol terakhir adalah elemen yang menerima sinyal aksi kontrol dari pengontrol. Elemen ini menyesuaikan variabel proses pada parameter yang diinginkan. Waktu respons merupakan bagian integral dalam desain loop termal yang efektif. Ini sangat meningkatkan manajemen krisis jika PV berada di luar SP yang diinginkan.

Aktuator adalah komponen paling penting dalam elemen kontrol akhir, yang memiliki pengaruh langsung pada proses kontrol. Komponen ini memulai perubahan dengan memproses tindakan kontrol yang dievaluasi, yang mengatur transisi dari PV ke SP.

Perangkat ini biasanya diwakili oleh batang katup atau koil pemanas di sebagian besar pengaturan industri. Perangkat tambahan seperti pengatur posisi katup dapat dipasang untuk meningkatkan tingkat respons aktuator seperti katup kontrol. Pengatur posisi membantu menetapkan posisi katup (aktuator) yang tepat sesuai dengan sinyal keluaran pengontrol.

Baca Juga : Definisi, Cara Kerja dan Jenis Resistance Temperature Detector

Industrial control loops

Sebagian besar fungsi pemrosesan yang kompleks dioperasikan berdasarkan dasar-dasar loop kontrol. Loop kontrol diterapkan secara luas dalam sistem kontrol industri (ICS) dan sistem kontrol terdistribusi (DCS) untuk berbagai tujuan. Ini termasuk aplikasi seperti sistem kontrol kualitas, pemrosesan makanan, dan pengolahan air.

Loop kontrol juga diterapkan dalam arsitektur industri melalui jaringan lapangan digital seperti Fieldbus. Dalam situasi seperti itu, berbagai loop kontrol diterapkan sesuai dengan tingkat risiko dan fungsionalitas yang terlibat dalam proyek. Jaringan lapangan digital berfungsi melalui sinyal digital, berbeda dengan varian analog yang lebih umum. Dan melakukannya di bawah protokol ketat yang dimiliki oleh perusahaan tertentu.

Baca Juga : Pengaruh Desain Tangki Terhadap Akurasi Level Meter

Sistem Control Loops

Dalam industri, dua jenis sistem loop kontrol sering digunakan. Keduanya adalah sistem loop tertutup dan sistem loop terbuka. Tindakan kontrol berfungsi sebagai pembeda utama antara kedua sistem tersebut.

Sistem Control Loops Terbuka

Control Loops Terbuka adalah jenis kontrol di mana tindakan yang diambil oleh pengontrol tidak bergantung pada “output proses” (atau “variabel proses yang dikontrol” – PV). Dalam sistem kontrol dengan loop terbuka, tindakan pengontrol tidak bergantung pada output yang diinginkan. Ini berarti bahwa output tidak dipantau dan tidak diumpankan kembali ke input untuk perbandingan.

Block Diagram dari Sistem Control Loops Terbuka

Apabila perintah diberikan ke pengontrol, pengontrol akan mengirimkan sinyal untuk mengambil tindakan. Sinyal pengontrol ini dimasukkan ke dalam proses yang perlu dikontrol, dan proses tersebut kemudian menghasilkan output yang diinginkan. Sistem loop terbuka tidak memiliki pemeriksaan dan keseimbangan karena tidak memiliki sistem umpan balik. Ini berarti bahwa sistem diharapkan untuk mengikuti perintah input, apa pun hasil akhirnya.

Juga disebut sebagai sistem kontrol tanpa umpan balik, sistem kontrol loop terbuka. Tindakan kontrol dalam sistem loop terbuka tidak bergantung pada output yang diinginkan.

Baca Juga : Definisi dan Jenis Pressure Sensor

Sistem Control Loops Tertutup

Sistem kontrol loop tertutup juga disebut sebagai sistem kontrol umpan balik. Dalam sistem kontrol loop tertutup, tindakan yang diambil untuk mengontrol sesuatu tergantung pada output yang Anda inginkan.

Block Diagram dari Sistem Control Loops Tertutup

Dalam sistem kontrol loop tertutup, output dibandingkan dengan input referensi, dan sinyal kesalahan dibuat. Sinyal kesalahan kemudian dikirim ke pengontrol untuk mengurangi kesalahan dan mendapatkan output yang diinginkan.

Loop umpan balik adalah komponen penting dari pengontrol loop tertutup. Loop ini memastikan bahwa pengontrol akan selalu melakukan tindakan kontrol untuk menjaga variabel proses pada nilai yang sama dengan setpoint. Pengontrol loop tertutup juga kadang-kadang disebut sebagai pengontrol umpan balik karena alasan ini.

Kesalahan adalah fungsi yang diterapkan pada output pengontrol dalam loop tertutup. Perbedaan antara variabel proses dan titik setel disebut sebagai kesalahan, dan dihitung sebagai E = SP – PV. Kesalahan didefinisikan sebagai penyimpangan variabel proses dari titik setel. Sistem ini lebih dapat diandalkan, lebih cepat, dapat menangani lebih banyak variabel secara bersamaan, dan dapat dioptimalkan.

Baca Juga : Definisi dan Cara Kerja Thermocouple

Perbedaan Jenis Control Loops

Linear Control Systems

Sistem kontrol linier menggunakan umpan balik negatif untuk memberikan sinyal kontrol yang menjaga PV yang diatur pada target SP. Ada beberapa jenis sistem kontrol linier, masing-masing dengan kemampuan yang unik.

Baca Juga : Jenis, Kelebihan, dan Batasan Flow Meter Air Laut

Proportional Systems

Kontrol proporsional adalah jenis sistem kontrol umpan balik linier di mana koreksi dilakukan pada variabel yang dikontrol yang sebanding dengan perbedaan antara nilai yang diinginkan (SP) dan nilai yang diukur (PV).

Sinyal kontrol disediakan oleh kontrol Proporsional, dan amplitudo serta arahnya sebanding dengan sinyal kesalahan.

Apabila terjadi gangguan, sistem kontrol Proporsional hanya akan memasok skenario keseimbangan massa yang baru. Ketika ada perubahan pada sinyal kontrol, harus ada juga perubahan pada sinyal kesalahan; akibatnya, akan ada offset. Kesalahan distabilkan oleh kontrol Proporsional; kesalahan tidak dihilangkan.

  • M = Sinyal pengukuran atau variabel proses (PV)
  • SP = titik setel
  • e (kesalahan) = SP -M
  • m = keluaran sinyal pengontrol
  • k = penguatan
  • b = bias
  • m = k + b
  • PB = pita proporsional
  • Penguatan (k) = 100% / PB

Pita proporsional didefinisikan sebagai perubahan rentang sinyal input, dalam persen, yang akan menyebabkan perubahan seratus persen pada output.

Kontrol on-off cocok untuk sistem dengan persyaratan akurasi atau daya tanggap yang rendah, tetapi tidak efisien untuk penyesuaian dan reaksi yang cepat. Untuk mengatasi hal ini, kontrol proporsional memodulasi variabel proses (PV), seperti katup kontrol, pada tingkat penguatan yang mencegah ketidakstabilan namun tetap memberikan koreksi secepat mungkin.

Di sini, e = SP – PV menunjukkan loop dengan aksi pembalikan. Loop kerja langsung disebut ketika e = PV – SP. Output harus ditingkatkan oleh pengontrol dalam loop kerja langsung karena variabel proses lebih besar dari titik setel. Sistem yang mengatur suhu menggunakan air pendingin adalah contoh sistem kerja langsung. Dalam loop kerja terbalik, output dikurangi oleh pengontrol karena variabel proses lebih rendah dari titik setel. Contohnya adalah sistem kontrol suhu berbasis uap.

Kontrol proporsional yang ditunjukkan pada gambar berikutnya menunjukkan bagaimana selalu ada ketidakakuratan kondisi tunak. Ketika penguatan proporsional ditingkatkan, ketidakakuratan akan berkurang, tetapi kecenderungan osilasi juga akan tumbuh.

Baca Juga : Definisi dan Cara Instalasi Condensate Pot

Integral Control

Integral Control berusaha mengatasi masalah pertama dengan kontrol proporsional dengan menyelesaikan ketidaktepatan kecil (offset). Integral melihat ketidakakuratan dari waktu ke waktu dan memperkuat bahkan kesalahan kecil dari waktu ke waktu. Integral sama dengan kesalahan dikalikan dengan seluruh jumlah waktu dimana kesalahan tersebut ada.

Pada waktu nol, sedikit kesalahan tidak memiliki konsekuensi. Kesalahan kecil pada waktu 10 memiliki konsekuensi yang sama dengan kesalahan 10 kali. Hasilnya, integral membuat sistem lebih responsif terhadap masalah tertentu dari waktu ke waktu sampai masalah tersebut diperbaiki. Selain itu, integral dapat disesuaikan; penyesuaian ini dikenal sebagai laju reset.

Laju reset adalah faktor waktu. Kecepatan koreksi kesalahan meningkat dengan menurunnya laju reset. Namun, laju reset yang terlalu tinggi dapat menghasilkan kinerja yang tidak konsisten. Potensiometer yang memodifikasi konstanta waktu rangkaian RC dapat digunakan untuk mengadaptasi sistem berbasis perangkat keras. Mayoritas sistem yang digunakan saat ini menggunakan kontrol berbasis perangkat lunak, termasuk modul PLC yang memungkinkan para insinyur untuk mengubah parameter laju reset.

di mana :

  • Iout Bagian integral dari output pengontrol
  • Ti: Waktu integral, atau waktu reset
  • Ki: Penguatan integral

Sinyal kesalahan, e = Titik setel (SP) – Variabel proses (PV)

Kontroler dapat mendorong kesalahan ke nol karena dapat menyesuaikan outputnya selama masalah berlanjut. Terdapat waktu reaksi yang lebih lambat (dibandingkan dengan mode P saja). Ini menggabungkan aspek yang paling menguntungkan dari mode proporsional dan integral. Dengan kehilangan kecepatan reaksi yang minimal, offset proporsional dihilangkan.

Baca Juga : Pengukuran kelembaban menggunakan Dew Point

Derivative Control

Bagian turunan dari output kontrol berupaya memeriksa laju perubahan sinyal kesalahan. Laju perubahan yang tinggi akan menghasilkan reaksi sistem yang lebih kuat dari turunan daripada laju perubahan yang lambat. Dengan kata lain, jika kesalahan sistem terus meningkat, pengontrol pasti tidak melakukan koreksi yang cukup sebagai respons.

Derivatif memberikan reaksi yang lebih kuat karena dapat mendeteksi seberapa cepat kesalahan berubah. Derivatif juga dikenal sebagai laju waktu karena disesuaikan dengan waktu. Sangat penting untuk menghindari penggunaan turunan yang terlalu banyak karena hal ini dapat menyebabkan overshoot atau kontrol yang tidak konsisten.

Istilah turunan (Dout) dilambangkan secara matematis sebagai berikut:

  • Dout: : Keluaran turunan pengontrol
  • Penguatan turunan adalah Td
  • Waktu turunan adalah Kd
  • e adalah Sinyal kesalahan
  • e adalah titik setel dikurangi variabel proses (SP-PV)

Sebagian besar waktu, mereka terlihat dalam hubungannya dengan kontrol proporsional dan komponen kontrol lainnya. Reaksi pengontrol PD terhadap perubahan ramp dalam kesalahan, Sebuah offset dapat dihasilkan dengan menggunakan kontrol PD. Bias “b” harus diatur untuk mencegah offset proporsional. Kontrol suhu, pH, dan komposisi adalah contoh kontrol proses respons lambat yang khas.

Baca Juga : Definisi dan Cara Kerja Temperature Controller

PID Control

Tugas yang dilakukan oleh ketiga kontrol, kontrol proporsional mengubah sinyal input dalam proporsi langsung dengan varians dalam sinyal kesalahan. Kontrol ini bereaksi seketika terhadap kesalahan pelacakan saat ini, tetapi tanpa penguatan yang sangat tinggi, kontrol ini tidak dapat mencapai konsistensi titik setel yang diperlukan. Istilah proporsional sering kali membutuhkan komponen lain sebagai respons. Sinyal output berubah di bawah kontrol integral sebagai fungsi integral dari sinyal kesalahan dari waktu ke waktu. Saat memantau titik setel tetap, istilah integral menghasilkan kesalahan kondisi tunak nol. Selain itu, ini menentang gangguan yang sedang berlangsung. Tindakan derivatif menghilangkan kesalahan transien dan memodifikasi sinyal keluaran sesuai dengan laju perubahan sinyal kesalahan.

Output kontrol, juga dikenal sebagai variabel kontrol, akan ditentukan berdasarkan kontribusi dari ketiga istilah tersebut:

Variabel Kontrol = Pout + Iout + Dout

Analog or Continuous System

Dalam kategori sistem kontrol ini, input ke sistem diwakili oleh sinyal yang terus menerus hadir. Fungsi waktu yang terus menerus diwakili oleh sinyal-sinyal ini. Kita mungkin memiliki sejumlah sumber sinyal input kontinu yang berbeda, seperti sumber sinyal tipe sinusoidal, sumber sinyal tipe persegi, atau sinyal dapat berbentuk segitiga kontinu, di antara bentuk-bentuk lain yang memungkinkan.

Baca Juga : Prinsip Kerja Liquid in Glass Thermometer

Kesimpulan

Dari artikel yang telah kami paparkan diatas, yaitu “Control Loops : Definisi dan Jenisnya” dapat ditarik kesimpulan, sebagai berikut :

  • Control Loops adalah sistem yang diterapkan oleh para insinyur desain di berbagai aplikasi industri untuk mempertahankan proses variabel (PV) pada nilai yang diinginkan atau set-point (SP). Control loops penting untuk menjaga stabilitas sistem, dan untuk secara konsisten menghasilkan hasil yang diinginkan dari suatu proses.
  • Komponen Utama Control Loops, yaitu : Sensor dan Transducers, Pengontrol, Element Kontrol Akhir dan Aktuaktor, dan Industrial Control Loops
  • Terdapat 2 (dua) sistem control loops, yaitu : Sistem dari Control Loops Terbuka, dan Sistem dari Control Loops Tertutup
  • Terdapat 5 (lima) jenis control loops, yaitu : Linear Control Systems, Proportional Systems, Integral Control, Derivative Control, PID Control, dan Analog atau Continuous System.

Referensi : automationforum.co | www.watlow.com

Naufal

a member of SEO Team at Wiratama Mitra Abadi. He loves to learn something new everyday.