Archive for 2014

0 Comment

23 Sep 2014

INPUT DAN OUTPUT PENGENDALIAN PROSES

SERTA PENGENDALIAN ON/OFF SECARA MANUAL

I. TUJUAN PERCOBAAN

Setelah melakukan percobaan, mahasiswa diharapkan dapat :

· Mendemostrasikan rangkaian kalibrasi voltmeter dan proses controller

· Menentukan input dan output yang terdapat pada alat PCT 10

· Mendemonstrasikan pengubahan controller setting

· Mendemonstrasikan operasi relai saklar output (SWITCHED OUTPUT)

· Membedakan kontak terbuka normal dan tertutup normal

II. ALAT DAN BAHAN

· 1 set PCT 10

· 1 buah TRIMTOOL

· 1 buah lampu indicator 24 VAC

· Kabel panjang dan kabel pendek

III. DASAR TEORI

Perancangan dan pengoperasian yang sukses dari sebuah pabrik memerlukan pemiliahan instrumentasi dan peralatan control yang optimum dan keahlian menginstal, memonitor dan memelihara peralatan tersebut. Teknisi dan ahli teknik memerlukan training dalam bidang instrumentasi dan control, terutama dengan semakin majunya teknologi pengendalian dan elektronika saat ini.

PCT-10 (electrical console) merupakan peralatan pengendalian yang dirancang oleh ARMFIELD, sebuah perusahaan di inggris, yang memberikan kemudahan pendekatan praktek pengendalian dan pemahaman teknologi pengendalian proses mulai dari pengendalian sederhana hingga ke tingkat yang lebih komplek.

PCT-10 dapat dipergunakan sendiri sebagai suatu alat untuk mempelajari konsep-konsep dasar pengendalian dan juga dapat dihubungkan dengan peralatan aksesori untuk penerapan pengaturan dan pengendalian variable-variabel proses, seperti tekanan (PCT-14) dan temperature (PCT-13). PCT-10 menyediakan suplai listrik untuk pompa, katup motor, solenoid, dan alat lain yang dapat dihubungkan dengan peralatan ini.

Bagian utama dari PCT-10 adalah :

a) Process controller

Process controller adalah inti dari PCT-10 yang berfungsi sebagai pengendali proses dan beroperasi seperti layaknya process controller industry menggunakan mikroprosesor.
Process controller (1) memberikan pembacaan SET POINT dan VARIABEL PROSES secara kontinyu dan memberikan kemudahan pengesetan parameter operasi (CONTROLLER SETTING) dari panel mukanya.

Controller dapat digunakan untuk proses pengendali SECARA KONTINYU dengan mode pengendali proporsional, Integral, Derivatif dengan output 4-20 mA melalui socket (+) dan (-) (3), Socket lampu indicator 24 VAC (4), socket 240 VAC (5) dan socket penghubung komunikasi katup motor (6).

b) Voltmeter

Voltmeter (1) sebagai alat pengukur tegangan mempunyai range 0-1,999 V dan dapat digunakan untuk mengukur tegangan dari output pengkondisi sinyal (Signal Conditioner) dari sensor yang berasal dari PCT-13 dan PCT-14.Voltmeter juga dapat menampilkan harga sinyal 4-20 mA dengan menghubungkan kabel-kabel yang sesuai sehingga loop arus mengalir melalui tahanan (Resistor) 50 ohm (2) yang telah tersedia didalam PCT-10 sendiri sehingga menghasilkan tegangan 0,200 – 1,000 V. Selain tiu output dari voltmeter juga dapat dihubungkan ke rekorder untuk mencatat data.

c) AMMETER

Ammeter sebagai pengukur kuat arus memonitor arus listrik 4-20 mA. Alat ukur ini bukanlah alat yang presisi sehingga hanya digunakan untuk indikasi arus yang mengalir di loop. Pengaturan atau kalibrasi SPAN dan ZERO harus dilakukan dengan DIGITAL VOLTMETER dan PROCESS CONTROLLER.

d) Suplai listrik

PCT-10 dilengkapi dengan pemutus arus (CIRCUIT BREAKER) (2) yang dihidupkan dengan menaikkan level ke atas (3). Pemutus arus (4) dan (5) melindungi peralatan di dalam PCT-10 dan suplai listrik keluar dari PCT-10. Pemutus arus (4) untuk suplai 240 VAC dan (5) untuk 24 VAC. Tombol (7) menghidupkan PCT-10 yang ditunjukkan oleh lampu suplai (1) sedangkan tombol (6) mematikkannya. Ditiap sisi PCT-10 terdapat masing-masing 2 buah socket 240 VAC dan 24 VAC untuk suplai listrik ke pompa, katup motor ataupun solenoid. Socket-socket ini dalam keadaan hidup (ON) apabila PCT-10 dihidupkan.

e) Signal conditioner

Signal conditioner atau pengkondisi sinyal berjumlah dua buah terletak dibagian depan tengah PCT-10 menerima sinyal sensor dari PCT-13 atau PCT-14 sesuai jenis sinyal variable dinamis. Sesuai namanya alat ini (1) mengkondisi sinyal temperature (apabila dihubungkan dengan kabel khusus dari PCT-13) atau sinyal tekanan (dihubungkan dengan kabel khusus dari PCT14) menjadi arus 4-20 mA (3) atau tegangan 0-1 V (4). Input sensor dari PCT-14 masuk melalui (2) sedangkan input sensor dari PCT-13 masuk melalui (1). Output 4-20 mA ataupun 0-1 V kemudian dapat dihubungkan ke PROCESS CONTROLLER atau ke VOLTMETER. Pengkalibrasian signal conditioner dilakukan dengan VOLTMETER.

f) Switched output

Switched output atau saklar terdiri dari relay yang terpasang di dalam PCT-10 yang menyensor keadaan On atau OFF dari kontak saklar dibagian luar (4) dan mengaktifkan socket 240 VAC (3)dan 24 VAC (2). Kontak yang terjadi adalah kontak tertutup normal dan kontak terbuka normal. Socket kuning ABC akan menghubungkan kontak saklar atau sambungan listrik.

g) Valve motor positioner

Socket 5 pin DIN (1) untuk motor katup ke PCT-13 ini terpasang didalam alat PCT-13 ini terpasang di dalam alat PCT-10. Inputnya berupa arus 4-20 mA (2) di sisi socket motor, keluarannya berupa output penggerak motor yang akan menggerakkan katup control pada aliran air panas HEAT EXCHANGER PCT-13.

Pada saat operasi, posisi atau letak katup dapat diukur oleh potensiometer, posisi ini dibandingkan dengan posisi yang diinginkan dan tegangan koreksi dimasukkan ke motor hingga di dapat posisi yang diinginkan.

h) Suplai manual 4-20 mA

Arus 4-20 mA yang mengalir di alat PCT-10 outputnya dapat diatur secara manual menggunakan tombol manual (1). Output keluar melalui socket (2) dengan polaritas (+) dan (-). Pengendali ZERO (3) dan SPAN (4) dihubungkan dengan VOLTMETER dan RESISTOR 50 ohm yang tersedia dalam PCT-10 akan mengkalibrasi alat sehingg didapat pembacaan 0,200 – 1,000 Volt. Perbedaan digit diperkecil dengan TRIM TOOL tersedia yang memperkecil/memperbesar skala ZERO maupun SPAN.

ZERO = 4 mA = 0,200 Volt

SPAN = 20 mA = 1,000 Volt.

i) Lampu indikator 24 VAC

Lampu indicator 24 VAC menyatakan output dari PROCESS CONTROLLER maupun dari bagian lain PCT-10 dimana terdapat socket sesuai.Lampu menyala menyatakan terdapat arus listrik mengalir (ON).

j) Kabel penghubung

Kabel penghubung tersedia dalam beberapa warna, penggunaannya disesuaikan dengan polaritas yang sesuai. Berlainan dengan sistim pengendalian tak kontinyu yang memberikan output dalam keadaan terputus-putus dan tidak halus ; 0 % ke 100 % balik ke 0 % kembali, maka sistim pengendalian kontinyu memberikan harga keluaran yang mulus pada setiap perubahan beban.

Sistim pengendalian kontinyu terdiri dari tiga jenis yaitu :

· Proporsional

· Integral dan

· Derivatif

Pada aplikasinya, ketiga jenis pengendalian ini biasanya digabung untuk meningkatkan hasil pengendalian dan mengurangi kekurangan tiap pengendalian.

Proporsional

Proporsional merupakan perbaikan dari jenis 2 posisi (ON/OFF) dimana output dari pengendali terhadap error dapat dibuat suatu grafik yang mempunyai garis lurus dengan sudut kemiringan 45^O untuk pita proporsional 100 %. Pada rentang di dekat setpoint, setiap harga error mempunyai hubungan satu-satu yang mencakup dari 0% - 100 % yang disebut PITA PROPORSIONAL.

Persamaan yang dapat digunakan adalah :

Ket :

P : Output pengendali

K_p : konstanta proporsional antara error dan output pengendali

E_p: error persen skala penuh

P_o : output pada saat tak terdapat error

Pita proporsional (Proportional band, PB) dinyatakan sebagai 100/Kp. Kesalahan output pengendali yang melebihi PB akan jenuh pada 100% atau 0% tergantung pada tanda error. Kekurangan mode proporsional ini adalah kecenderungan OFFSET, Yaitu error sisa pada titik pengoperasian variavel proses ketika terjadi perubahan beben. Offset akan menyebabkan controller jenuh dan tidak memberikan harga keluaran yang seharusnya.

Pengaturan awal :

Setting pada controller diatur untuk mode Proporsional :

Setpoint = 50 % CY-t = 1 detik

Prop = 20 % HYst = 1 detik

Int = 0 % CS-2 = -rlf

Der = 0 %

Harga lain tetap sesuai yang ada

Menghidupkan PCT-10 dan melakukan kalibrasi voltmeter dan process controller. Menghubungkan kabel sesuai diagram proses, perhatikan polaritas kutub (+) dan (-).

INPUT DAN OUTPUT PENGENDALIAN PROSES

Input atau masukan adalah efek dari lingkungan ke suatu proses kimia, sedangkan output atau keluaran adalah efek dari proses kimia ke lingkungan.

Dalam suatu pengendalian hubungan antara input, proses dan output merupakan satu loop (siklus) yang utuh. Output merupakan keluaran dari proses yang menerima input.

Input dapat dibagi dua yaitu:

Variabel yang dimanipulasi (diubah) ; apabila harga input tersebut berasal dari operator atau pengendali (controller).
Gangguan ; apabila harga input tersebut berasal dari lingkungan dan bukan berasal dari pengendali atau operator.

Output dibagi dua yaitu :

Output terukur ; apabila harga output tersebut dapat diukur.
Output tak terukur ; apabila harganya tidak dapat atau tak bisa diukur..

Pada alat PCT 10 terdapat lebih dari satu input dan lebih dari satu output, masing-masing dapat dilihat dari tuisan yang terdapat dibagian bawah soket merah/hitam (polaritas arus). Satu input dapat memberikan beberapa output, seperti yang terdapat pada process controller, atau beberapa input menghasilkan satu output. Konfigurasi adalah susunan informasi yang digunakan untuk menghubungkan pengukuran kepada variabel yang dimanipulasi.

Pada alat PCT 10 konfigurasi dapat dilihat pada process controller, dimana pada bagian ini terdapat pengaturan controller (controller setting) yang berisi ketentuan yang diset oleh operator agar controller menjalankan konfigurasi yang telah diset. Dari hasil pengaturan controller, maka input ke process controller menjadi harga pengukuran yang kemudian dievaluasi sesuai setting didalam controller dan menghasilkan output pengendali berupa sinyal untuk mengubah variabel yang dimanipulasi.

Contoh, pada setting ON/OFF dengan histerisis = 2% dan set point = 50% maka apabila input ke process controller < 50% maka controller akan menghidupkan lampu indikator 24 VAC menunjukkan variabel yang dimanipulasi (arus listrik) disambungkan. Pada saat input ke controller > 50% + 2% maka controller akan memutuskan arus listrik.

Tabel Harga Setting Controller untuk Kalibrasi

Controller Setting	Kode	Range Pengaturan	Satuan
Harga pengesetan (Set Point) Daya keluaran (Power Output) Pita proposional (Prop-Band) Waktu integral Waktu derivatif Siklus waktu (Cycle time) - - - Histerisis (Dead Band) Batas daya (Power limit) Batas set point (Set Point limit) Range linearitas 4-20 mA = 0-100% Aksi control r = reverse( terbalik) - SPAN (Batas atas kalibrasi) ZERO (Batas bawah kalibrasi)	- Pr Prop Int dEr CY – t CL – G HC – O UP – t HYSt Pr – L SP – L CS – 1 CS – 2 CS – 3 SPAN ZERO	50 - 20 1,0 20 10 - - - 5 100 100 - 0 5 8 - r H/L F A L A H 100 0	% % % Menit Detik Detik - - - % % % - - - % %

PENGENDALIAN ON/OFF SECARA MANUAL

Pengendalian tak kontinyu atau disebut pengendalian ON/OFF mempunyai dua gerakan output yaitu ON (hidup) atau OFF (mati) terhadap input yang diberikan proses. Pengendalian tidak kontinyu ini juga terbagi dua atas gerakan pengendalinya, yaitu manual dan otomatis. Manual karena yang bertindak sebagai pengendali yang mengevaluasi dan menentukan tindakan ke variabel dinamis adalah manusia (man). Sedangkan otomatis apabila pengendalinya berupa alat pengendali.

Kontak terbuka normal (N/O) : kontak yang terjadi letaknya terpisah (soket A dan C) dan karenanya tidak menghantarkan listrik saat soket A dan C tidak dihubungkan. Kontak tertutup normal (N/C) : kontak tersambung walaupun soket A dan C tidak dihubungkan. Saklar pada posisi (N/O) atau (N/C) tergantung pada penggunaannya, apabila diinginkan output dalam posisi ON tanpa perlu menggunakan kabel antara soket A dan C maka posisi yang dipilih adalah normally closed contact (N/C). Sedangkan apabila diinginkan output dalam posisi ON namun memerlukan penyambungan kabel disoket A dan C, maka posisi saklar adalah normally open contact (N/O). Begitu juga sebaliknya untuk posisi OFF.

Lampu indikator yang terpasang pada soket 24 VAC akan menyala atau mati sesuai posisi relai saklar yang dipilih oleh operator.. Relai disini memungkinkan pengaturan on dan off voltase tinggi (240 VAC dan 24 VAC) menggunakan arus listrik 4-20 mA atau 0-1 volt.

Gambar 1. Sistem Relay

IV. GAMBAR ALAT (TERLAMPIR)

V. LANGKAH KERJA

a. Input dan output pengendalian proses

1. Kalibrasi voltmeter

· Menghidupkan alat PCT 10 dengan menaikkan level sekring keatas dan menekan tombol hitam 2 & 5.

· Menyambungkan kabel dari tombol manual output ke voltmeter sesuai gambar rangkaian kalibrasi (gambar 2), memperhatikan loop arus yang menuju ke sambungan resistor 50 ohm.

· Memutar tombol manual ke kanan hingga maksimal untuk mendapatkan pembacaan 1,000 volt pda voltmeter (20 mA melalui 50 ohm). Apabila harga pembacaan tidak dalam range 1,000 volt 0,002 volt maka mengambil trimtool dan memasukkan ke soket span, memutar ke kiri atau ke kanan sehingga didapat pembacaan dalam range.

· Memutar tombol manual ke kiri hingga maksimal untuk mendapatkan pembacaan 0,200 volt pada voltmeter (4 mA melalui 50 ohm). Apabila harga pembacaan tidak dalam range 0,200 volt 0,002 volt maka mengambil trimtool dan memmasukkan ke soket zero, memutar ke kiri atau ke kanan sehingga didapat pembacaan dalam range.

· Mengulangi 2 langkah terakhir hingga didapat pembacaan stabil dalam range.

2. Kalibrasi proses controller

Sebelum mengkalibrasi process controller, memeriksa harga setting didalam process controller agar sesuai dengan harga setting seperti tabel dibawah ini.

· Menghubungkan kabel dari manual output ke input pada process controller dan output dari process controller ke Ammeter. Lihat gambar 4.

· Menekan tombol C (konfigurasi dimulai) hingga salah satu digit pada layar set point berkedip.

· Menekan tombol F (layar variabel proses akan menampilkan Pr, harga Pr tidak diganti).

· Menekan F satu kali lagi hingga tampil ProP, menyesuaikan harga ProP dengan harga tabel di atas dengan menekan tombol D (digit). Apalbila harga telah sesuai menekan enter.

· Menekan F berulang satu demi satu dan mengganti harga setting sesuai tabel diatas. Menekan enter setelah memasukkan harga baru.

· Pada saat layar menmpilkan spAn. Memutar tombol manual output ke kanan untuk mendapatkan arus 20 mA, lalu menekan tombol digit, menekan tombol ∆hingga didapat pembacaan 100%. Memperhatikan bahwa Ammeter menunjukkan 4 mA (aksi terbalik/reverse).

· Menekan tombol F sekali lagi untuk nenampilkan zEro, memutar tombol manual output ke kiri untuk mendapatkan arus 4 mA. Menekan tombol D, lalu tombol ‘∆’ atau tombol ‘

’ hingga didapat pembacaan 0%. Ammeter akan terbaca 20 mA. Menekan enter.

· Menunggu hingga layar stabil dan menampilkan pembacaan. Layar akan menampilkan 0% menunjukkan input dari manual output adalah 4 mA. Memutar tombol manual ke kanan, tempilan mestinya berubah ke 100% menunjukkan input dari maual output adalah 100%.

b. Pengendalian ON/OFF secara manual

· Menyiapkan alat PCT 10

· Menghubungkan kabel dari soket A ke C dan posisi relai pada N/O, mengamati yang terjadi pada lampu.

· Melepaskan kabel soket A dan C bergantian, mengamati yang terjadi.

· Mengulangi langkah 2 untuk posisi relai pada N/C.

· Mengulangi langkah 2 dan 4 untuk kabel terhubung ke A-B dan B-C. Mengamati lampu.

VI. DATA PENGAMATAN (Pengendalian ON/OFF secara manual)

Pengendalian ON/OFF dengan saklar pemilih

Soket	Lampu (ON/OFF)
Soket	N/O	N/C
Tak terhubung	Mati	Hidup
A - B	Mati	Hidup
B – C	Mati	Hidup
A - C	Hidup	Mati

VII. ANALISA PERCOBAAN

Setelah melakukan percobaan “PC – 10” dapat dianalisa bahwa pada percobaan ini terlebih dahulu melakukan kalibrasi pada alat PC – 10 yaitu dengan mengkalibrasi Voltmeter dan mengkalibrasi Process Controller. Pada kalibrasi voltmeter, keluaran dari manual output dihubungkan ke input voltmeter yang melewati resistor 50 ohm dimana arus keluaran minimalnya ialah 4 mA dan arus maksimalnya 20 mA. Kemudian tegangan yang akan terukur di voltmeter seharusnya minimal 0,2 volt dan maksimal 1 volt karena berdasarkan rumus :

V = I.R

Jika pada 4 mA tidak terukur 0,2 volt pada process controller, maka untuk mengaturnya ke 0,2 volt menggunakan TRIMTOOL, alat ini semacam alat pemutar untuk memutar ke kiri dan ke kanan pada ZERO. Untuk memperbesar angka maka diputar ke kanan dan untuk memperkecil angka diputar ke kiri. Sedangkan untuk angka maksimal 20 mA tidak terukur pada 1 volt maka bisa diatur juga menggunakan TRIMTOOL ke kiri atau ke kanan pada SPAN. Selain itu, loops pada voltmeter harus berhubungan, agar nilainya dapat terbaca.

Untuk kalibrasi process controller, menghubungkan kabel dari manual output ke process controller dan menghubungkan kabel dari output process controller ke input Ammeter. Ammeter ini berfungsi untuk menunjukkan arus yang dikonversi dari process controller. Pada controller setting, untuk merubah angka menggunakan symbol D (Digit) dan menyesuaikan dengan tabel controller setting. Pada CS – 2, apabila range pengaturan diset r (reverse) maka arah jarum Ammeter akan berlawanan dengan % range yang sudah diatur, misalnya pada keadaan 0 % maka jarum akan menunjuk ke 20 mA dan untuk 100% jarum akan menunjuk ke 4 mA. Apabila proses tersebut diset d (direct) maka akan terjadi pengukuran secara langsung (tidak berlawanan).

Kemudian melakukan percobaan PCT – 10 pengendalian On/Off. Pada percobaan ini menggunakan lampu indikator 24 VAC pada kabel yang dihubungkan pada switched output. Lampu indikator 24 VAC ini berfungsi untuk menyatakan output dari process controller maupun dari bagian lain PCT-10 dimana terdapat socket sesuai. Apabila lampu menyala, maka terdapat arus yang mengalir (on), serta menunjukkan perbedaan kontak terbuka normal dan kontak tertutup normal. Untuk kontak terbuka normal (N/O), dapat dilihat bahwa saat posisi kabel A ke C lampu indikator menyala. Sedangkan pada saat kabel dihubungkan ke yang lain, lampu tidak menyala. Hal ini terjadi karena pada kontak terbuka normal (N/O), dimana listrik akan mengalir pada kontak yang letaknya terpisah yaitu pada A dan C sehingga lampu dapat menyala. Sebaliknya pada kontak tertutup normal (N/C) meskipun kabel pada soket A dan C tidak dihubungkan (tak terhubung), listrik dapat mengalir. Oleh karena itu pada saat kabel A ke B dan B ke C dihubungkan, lampu indikator tetap menyala.

VIII. KESIMPULAN

Setelah melakukan percobaan, dapat disimpulkan sebagai berikut.

· Tujuan kalibrasi ini untuk mengetahui alat tersebut masih berfungsi atau tidak.

· Pengukuran 4 mA - 20mA akan sebanding dengan 0,2 Volt – 1 volt dan akan sebanding dengan 0% - 100% pada proses controller.

· Jika pengukuran sesuai dengan range maka kalibrasi dinyatakan berhasil.

· Salah satu faktor pengkalibrasian alat ini dipengaruhi oleh usia dan keadaan kabel penyambung.

· Pengendalian ON/OFF manual pada PCT-10 dilakukan pada area Switched Output.

· N/O tidak mempunyai katup arus penghubung sehingga dibutuhkan kabel penghubung pada socket A ke C. Namun kontak N/O ini tidak dapat mengaliri listrik pada kontak yang berdekatan.

· Sedangkan N/C mempunyai katup arus penghubung sehingga tidak membutuhkan kabel terhubung untuk menyalakan lampu indikator

DAFTAR PUSTAKA

Tim Lab. Pengendalian Proses. 2014. Petunjuk Praktikum Pengendalian Proses. Politeknik Negeri Sriwijaya : Palembang.