kul kotomatik 2009 rev 01

7/24/2019 Kul Kotomatik 2009 Rev 01

1/20

Hand out

Kontrol otomatik

POKOK BAHASAN I :

PENDAHULUAN

Kehidupan modern mengantarkan manusia selalu menginginkan kondisi lingkungan yang

diharapkan setiap saat. Ruangan misalnya, diinginkan selalu sejuk meski udara di luar sangant panas.

Demikian dengan asilitas lainnya seperti lemari penyimpan !uah dan makanan atau !ak air di kamar

mandi.

Pengendalian !esaran lingkungan !erupa temperatur dan sema"amnya sudah dia#ali pada industri

untuk mempereoleh tingkat eiesisnsi produk yang tinggi. Proses dengan temperatur tinggi amat

rentan !ila menggunakan tenaga manusia, demikian juga dengan keseragaman produk yang

dihasilkan. $%en roti yang tidak terkontrol temperaturenya, atau oe%en yang dikendalikan manusia

sangat rentan terhadap ke"ero!ohan, lupa, !ahkan tertidur. Kontrol otomatis !aik teradap temperatur,

sampai tingkat #arna produk yang diinginkan akan !erpengaruh !esar terhadap diserapnya produk itu

dimasarakat.

Kontorl otomatik diperlukan !erkaintan dengan & eieisinsi, keseragamgan produk,

kemanana'keselamatan manusia dalam proses produksi.

(erkaitan dengan eisiensi dapat di"iontohkan dengan industri koipi. $tomatisasi pemilihan !iji

kopi dapat dilakukan dengan sangat "epat. Hasilnya, juga sangat akurat keseragamannya. )ontoh lain

adalah pada mesin penetasan telur. *idak perlu melihat se!uah peternakan penghasail anak ayam,

yang menetaskan ri!uan teluyr setiap minggunya. Pada peternakan skala masyarakat di pinggiran kota

di!utuhkan menetasnya telur !e!ek. *iga puluh sampai lima puluh telur setiap minggu. +engandalkanpenetasan dengan "ara tradisional, tidak mungkin. Akhirnya harus didesain se!uah penetas yang

!ekerja se"ara otomatis, menjaga tempeaatur sekitar -/0 o selama kurang le!ih tiga minggu.

Di pinggiran kota'pedesaan alat kontrol otomatis ini di!uat tanpa pealatan elektronik, "ukup

dengan peralatan mekanik, yang panasnya !erasal dari lampu minyak tanah. Kini telah !erkem!ang

!anyak perlatan elektronik dengan pemans dari listrik PLN.

1.2 (esaran lingkungan

(esaran lingkungan dapat !erupa !esaran isika, kimia atau !esaran lain yang dapat diolah,

dimanipulasi atau direkayasa manusia. (esaran ini dapat dikendalikan dengan !e!erapa "ara&

Penendalian otomatik & pengendalikan !esaran lingkungan yang tanpa menggunakan manusia, )ontoh

& penetas telur. *emperatur pada penetas telur dapat dijaga konstan dalam #aktu yang lama

tanpa mem!utuhkan "ampur tangan manusia untuk penjagaan temepraturnya.

Pengendalian yang tidak otomatik & penendalian !esaran lingkungan yang menggunakan manusia.

)ontoh & mengisi !ak air pada se!uah !ejana. Ketika !ejana hendak penuh maka pompa atau

1


2/20

kran air supply dimatikan. Penggunaan tenaga manusia men"erminkan pengendalian tinggi

permukaan air yang tidak otomatis

1. 3istem pengendalian

3istem pengendalian !esaran lingkungan dapat terdiri dari dua. 3istem loop ter!uka dan loop

tertutup. 3istem Loop ter!uka dinyatakan oleh $gata 415567

)ontohsistem loop ter!uka digam!arkan se!agai proses !erikut 4Pakpahan, 155/7

3e"ara !lok diagram digam!arkan di !a#ah ini 4Pakpahan, 155/7

3istem loop tertutup dinyatakan oleh $gata 415567

2


3/20

Realisasi dari !entuk proses "losed loop adalah gam!ar di!a#ah ini

3e"ar !lok diagram sistem "losed loop digam!arkan s!!, &

Pada sistem diatas, komponen umpan !aliknya adlaah manusia, degan demikian pengontrolan pada

sistem di atas tidak !isa dise!ut pengontrolan otomatis. +eskipun "losed loop.

3angat !anyak proses "losed loop demikian, tetapi tidak otomatis. 4se!utkan87

3e!uah proses open loop dan kontrol "losde loop dan !ersiat otomatis terdapat pada gam!ar di

!a#ah ini.


4/20

Figure 1.1:$penloop "ontrol o a room heating system

*his "ontrol prin"iple #ill not "ompensate the ee"ts o all distur!an"es.

Figure 1.2:)hara"teristi" o a heating "ontrol de%i"e or three dierent tuning sets 41, 2, 7

Betikut ini adalah kontrol close loo

Figure 1.!:)losedloop "ontrol o a room heating system

(erikut ini pula "losed loop pada pengaturan tinggi mukla air

/


5/20

Elemen eed!a"knya, yakni elemen yang mem!eri inormasi untuk menadakan peru!ahan pada

proses kontrol9 adalah pada pelampungnnya.

3e!uah sistem penerangan lampu taman'kota dapat hidup otomatis setelah malam hari dan mati

dengan sendirinya !ila matahai telah ter!it. *ermasuk otomatiskah ini :

Di !a#ah ini terdapat se!uah go%ernoor, yang sampai hari ini tetap di gunakan di kendaraan.

Prinsipnya tealh diketemukan ;ames


6/20

3ering juga terjadi !ah#a penye!utan kontrol otomatis disamakan dengan ser%omekanis, $gata

menjelaskannya s!! di !a#ah ini.

1./ (esaran pengontrol

(esaran pengontrol dapat !eraupa !esaran & mekanik, elektrik, hidroulik, pneumatik atau

kom!inasi daris emua sistem.

)ontoh pengaturan otomatik dengan menggunakan !esaran mekanik adalah penatur tinggi air

dengan menggunakan pelapung dan tuas yang dapat mengatur aliran air yang masuk d ke dalam !ak

air

6


7/20

Kontrol otomatik dengan menggunakan elektrik atau elektronik dapat dilihat pada alatalat

otomatis yang !anyak di pakai di peralatan rumah tangga, o%en, kulkas, A) ds!. Di !a#ah ini se!uah

"ontoh pengontrolan tinggi muka air dengan elektronik

(entuk katu!nya dapat dilihat pada gam!ar di!a#ah ini

Pengontrolan dengan sistem hidrtoulik dapat dilihat pada penggerak hidroulik di !a#ah ini.

-


8/20

>am!ar di atas adalah pengerak 4aktuator7 dari se!uah sistem kontrol, tidak digam!arkan elemen

eed!a"knya. Andaikan kontrol hidraulik ini digunakan untuk mengkontrol tinggi permukaan air yang

jaraknya sangat jauh dari pusat kontrol. >erak pelampung yang keatas, karena tinggi permukaan air

telah mele!ihi dari yang diinginkan, mem!uat "airan hiodrolik dalam pipa pengatar akan tertekan.

*ekanan ini diteruskan sampai jarak yang sangat jauh, dan saat sampai di pusat kontrol akan menekan

se!uah diapagme sehingga mem!uat gerakan ? ke kanan.

>erakan tangkai ? kekanan menye!a!kan torak !ergerak. Katu! 4pangkalan7 1 dan 2 ter!uka.

Aki!atnya "airan hidrolik !erupa oli atau minyak akan masuk ke silinder !agaian !a#ah. *orak

aktuator yagn !esar akan! !ergeser ke kiri dengan menghantarkan'mem!uang oli atau minyak

melalui pangkalan 2. >erakan torak aktuartor ke kiri ini di!unakan untuk menggerakkan sistem oli

dalam pipa dan dikirimkan kem!ali ke %al%e di temapat air yang ditampung sehingg jumlah air yang

masuk !ak penampung diperke"il. *inggi muka air dapat !erusaha dipertahankan.

Kontrol Pneumatik

3e!uah sitem pneumatik, adalah sitem yang menggunakan udara se!agai !esaran kontrolnya.

(agaimana se!auh sistem udara dapat melakukan kerja dapat diperhatikan adanya dua !uah

mekanisme, se!uah lu!ang udara, nosel, dengan se!uah tangkai 4lapper7 yang dapat menutupa atua

mem!uka nosel terse!ut.

Di !a#ah ini terdapat ilustrasi !agaimana sistem pneumatik !ekerja, mengirimka inormasi

tingginya muka air pada se!uah !ak penampung. Air yang terlampau tinggi akan mendorong

diaragma ke kanan sehingga lapper akan semakin menutup nosel. Aki!atnya tekanan pada nosel

akan naik.

@


9/20

Unit demikian !isa digunakan menjadi elemn eed!a"k sehingga menggerakkan titik e pada lapper,

yang kemudian meru!ah tekanan noselnya. inormasinya ini diolah oleh kontroller, yang gam!arnya d

!a#ah ini.

3eperti juga pada kontrol hidraulik, pada gam!ar diatas tidak disertakan elemen eed!a"knya.

*etapi dapat diketahui !ah#a sinyal yang datang adalah sinyal pneumatik, !erupa tekanan udara.normasi yang dartang dari pengukur tinggi air 4!erupa eed!a"k elemen7 !erupa peru!ahan tekanan

akan diru!ah kem!ali oleh se!uah diagrahma. >eraklan ini akan mem!uat titik e pada kontroller

!ergerak kekanan atau kikiri. Aki!atnya noisel pada kontroleer akan !eru!ah tekanannya.

Per!uahan ini diteirma oleh se!uah relai pnematik yang !erungsi untuk memproduksi udara

dengan tekanan se!desar nosel sehingga dapat dikirimkan pada jarak yang sangat jauh untuk

menggerakkan katu! pengatur air. Apakah semakin ter!ukan atau semakin tertutup.

+engapa kontrol hidraulik dan peneumatik yang "ukup rumit ini digunakan: Karena untuk proses

proses yang !er!ahaya, penggunaan listrik harus dihindari agar tidak terjadi ke!akran, misalnya pada

pem!oran atau penyulingan minyak.

(ahkan kontrol atau pengukuran ke"epatan aliran minydak dari seuatu tempat ke tempat lain yang

menempuh jarak yang sangat jauh, sistem pneumatik dan hidraulik adalah sitem yang paling aman.

Pokok "ahasan 2

5


10/20

Pengertianpengertian dalam sistem kontrol

stilah proses adalahisteilah yang sering ditemukan, $gata 415567 menyatakannya se!agai di

!a#ah ini

Pemahaman menjadi le!ih luas apa!ila !er!agai konigurasi dalam sistem kontrol dapat dioketahuidengan "ermat, di!a#h ini !ee!rapa parameter dikemakakan 4Pakpahan, 155/7

10


11/20

Pokok "ahasan !

$utput Kontrol

3eperti telah diugnkapkan di !agian depan, proses kontrol se"ara otomatik adalah proses yang

memudahkan manusia untuk mendapatkan !esaran yang diinginkan. +engontrol suhu msialnya,

dihrapkan suhu !enar!enar sesuai yang diinginkan. Pertama, !ila terjadi per!edaan, maka per!edaan

itu harus seke"il mungkin. Kedua, !ila terjadi per!edaan, karena memang ada gangguna terhadap

proses 4misal masuknya !ahan mentah yang !aru, pengam!ilan, peru!ahan set point, ds!7 proses yang

terjadi harus !ergerak se"aepat mungkin menuju nilai yang diinginkan. Ketiga, suhu yang ada harus!enar!enar sta!il, tidak terdapat per!uahanper!auahan !eila tidak ada gangguan. (anyak kriteria

lainnya yang harus dipenuhi dalam kontrol otomatik.

(ila pengontrolan tkdak memenuhi kreiteria yang diinginkan, produk olahan diindustri modern

!isa menjadi !arang yang tidak !erguna atau pem!oirosan yang merugikan perusahaan. Kontrol

ketega!alan kertas, kontrol temperatur pada mie instan, kontrol !erat pada pengisian minuman

kaleng, ds!. ;ika kontrol !erjalan lam!at, se!agai"ontoh pengontrolan suhu pada o%en yang lam!at

11


12/20

men"apai temperatur pemanasan 1@0 o ), maka mikro!ia pada roti mentah itu memiliki !anyak

kesempatan itu !ekm!ng, aki!atnya roti memiliki ukuran !esar yang tidak terkontrol !entuknya. Pada

pa!rik roti skala rumah tangga hal itu tidak mengapa, tetapi untuk indsutri roti yang ser!a otomatis,

hal demikian merugikan. Di!a#ah ini terdapa kreiteria yang harus dipenuhi oleh seu!ha kontro

otomatik, tetapi tanpameli!atkan krieteria kesta!ilan, maupun response rek#ensi.

12


13/20

Pokok Bahasan #

+odel matematika dalam sistem kontrol

Untuk mendapatkan outpunt yang diinginkan demikian manusia !erusaha dengan sungguh

sungguh, sehingga setiapenomena harus diketahui dan dapat dianalisa dengan "ermat. Analisa yang

akurat hanya dapat diperoleh melalui persamaan persamaan matematik. Karena itulah dalam setiap

1


14/20

sistem kontrol otomatik kelalkuan dari setiapo !lok diagaram, menjadi kelakuan sistem harus

di"erminkan dalam !entuk model matematik.

Dari pemodelan matematik terse!ut dapat diketahui, apa yang akan terjadi !ila pada sistem di!eri

!e!an atau gangguan. 3e!elum proses sesungguhnya dilakukan, sudah dapat dileketahuio !erdsar

persamaan metematis, !agaimana otuput se!uah sistem konstrol.

Dalam !idang *eknik Pertanian, tentu saja anaasis matematik demikian tidak sempat, dan tidak

perlu dikemukakan, tetapi seorang mahasis#a harus mengetahui !ajh#a, model matematika se!uah

siostem akan sangat mem!antu mem!eri inormasi apa yang akan terjadi !ila pada seostem terse!ut

dilakukan peru!ahan. Artinya, hipotesa se"ara teoritis matematis telah dapat diprediksi, tidak lagi trial

dan error.

*ransormasi isis ke matematik

Pada dasarnya seluruh sistem dalam kehidupa seharihari dapat di uru!ah dalam !entukmatematika, ta!el di!a#ah ini menunjukkan hal terse!ut.

Di !a#ha ini di!erikan gam!aran !agaimana sistem isis'mekanik diru!ah menjadi model

matematis. *erdapat se!uah sitem mekani syang teridri dari se!uah massa 4m7, se!uah pegas dengan

konstanta k , serta se!uah dashpot, perdam dengan konstanta peradaman (

1/


15/20

(ila se!uah gaya B mengenai !enda m dan aki!atnya !ergerak searah y, maka

1=


16/20

mplementasi persamaan matematik daaClam kehidupan seharihari adalah sho"k!reaker pada

kendaraan

Penentuan !esarnya k, m maupun ( sangat menentukan se!erapa jauh "riti"al o%ershootnya, atau

se!erapa rek#ensi osilasinya. 4lihat respon'output sistem7

>am!aran di atasn menunjukkan !a#ha se!uah operisti#a isis dapat diu!ah menjadi !entuk

matematis. Pada !a!!a! kuliah rangkaian elektronik, sudah dikenal !agaimana pengisian kapasitor

atau arus yang melalui induktor dapat dituliskan dalam !entuk persmaan matematik !erupa permsaan

dirensial juga. 3istem hidrolik pengisian !ak penampung air tidak ada !edanya dnegan sistem listrik,

penampung se!gaikapasitor, ke"ilnya penampang pipa adlah !entuk ham!atan yagn identik denganresistor. Demikian juga dengan sistemseitem lainnya.

Penyelesaian persaamaan matematik dalam domain #aktu seringkali tidak mudah

diselesaikan.*erdapat trasnormasi yang dapat digunakan yakni transormasi Lapla"e. Persamaan

terle!ih dahulu di transormasi kedalam domain s, setelah semuanya selesai dikerjakan, persamaan

lalu dikem!alikan dalam domain t, sehingga !agaimana tanggapam output sistem dapatdigam!arkan

dalam a!sis #aktu 4t7.

(erdsarekan hal terse!ut, dalam sistem kontrol, !lok diagram tidak lagi kosong. 3etiap!lok

kemudian diisi dengan persamaan matematikyang ditulis dalam Lapala"e. Di!a#ahini adlaah salah

satu "ontihnya.

16


17/20

Per!andingan output dan input setiap !lok diagram, dalam Lapala"e, di!eut sen!agai *ranser

Bu"n"tion. (ila se!uah sistem telah diketahui transer un"tionnya, maka sistem terse!ut dapat

diketahui respon ataud kelakuannya.

(erikutnya dilihat se!uah kontrol ke"epatan

+elihat sistem kontrol diatas dapati dilihat !e!rapa komponen penyusun sistem. (eriktu ini

dijerin"i setiap kompomenen terse!ut 4Pakpahan. 155/7

1-


18/20

Pokok "ahasan $Aksi kontrol On%o&& dan Proorsional

Di !agian depan telah ditekankan !ah#a output 4tinggi air, temperatur, ke"epatan, ds!.7

se!uahsistem kontrol dapat ditentukan dari persamaan matematis !erupa lapla"e dari kelakuan sistem

didalamnya. ;uga telah diterangkan, !agaimana !entuk otuput yang diingingkan dalam se!uah kontrol

yagn ideal, tetapi ada pula !e!erapa kontrol yang didesain dengan !e!erapa keter!atasan, !aik dana,

perlatan maupun aktaakta dilapangan yang tidak sesuai dengan kehendak.Di !a#ah ini terdapat !e!rapa kemungkinan !entuk output se!uah sistem kontrol. 4(agi yang

ingin memperdalam dari mana !entuk output diperolah dari persamaan matematisnya, lihat Pakpahan

155/ & @=@67

1@


19/20

Dapat dilihat !ah#a ada output kontrolyang !ergerak naik turun terus menerus, ini dikatakan

se!agai kontrolyang tidak sta!il, !erosilasi. Kontorl demikian !anyak diketemukan di perlatan rumah

tangga, kulkas, A" dan sema"amnya yang memang menggunakan peralatan yang sangat sederhana.

nilah yang kemudian di se!ut $no kontrol.

Kontrol inilah yang akan di!ahas le!ih dalam dalam kegiatan ini. (aik mengenai karakteristiknya,pengunaannya sampai pada realisasi pem!uatannya.

Kontrol suhu pada 3etelika, o%en, kulkas, penetas telur.

Pengontrolan di lakukan dengan eed!ak elemen !erupa se!uah unit yang peka terhdap

temperatur, yakni dua !uah logam yang disatukan, dis!ut !imetal

)ontoh sederhana adalah pengontrolan suhu pada setelika.

15


20/20

Pengontrolan demikian ada pada kulkas, A), o%en dan sema"amnya.

Dengan mengatur jarak ujung kontak dengan !imetalnya, dapat diatur se!erpa !esar suhu yang

diinginkan. 3emakin jauh jrak kontaknya, semakin rendah suhu setelika. 3emakin dekat, suhu setelika

semakin tinggi.

Konsep pengaturan dengan !imetal ini dilakukan pada !er!agai peraltan rumah tangga. (entuk

output panas pada setelika dapat dilihat pada gam!ar di !a#ah ini 4juga telah disertakan di !agian

depan7

20

kul kotomatik 2009 rev 01

Documents