Kontrol PID (Proportional Integral Derivative Controller)

TEORI DASAR

PID (Proportional Integral Derivative controller) merupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut. Pengontrol PID adalah pengontrol konvensional yang banyak dipakai dalam dunia industri. Pengontrol PID akan memberikan aksi kepada Control Valve berdasarkan besar error yang diperoleh. Control valve akan menjadi aktuator yang mengatur aliran fluida dalam proses industri yang terjadi Level air yang diinginkan disebut dengan Set Point. Error adalah perbedaan dari Set Point dengan level air aktual.

PID Blok Diagram dapat dilihat pada gambar dibawah :

Adapun persamaan Pengontrol PID adalah :

Keterangan :

mv(t) = output dari pengontrol PID atau Manipulated Variable
Kp = konstanta Proporsional
Ti = konstanta Integral
Td = konstanta Detivatif
e(t) = error (selisih antara set point dengan level aktual)

Persamaan Pengontrol PID diatas dapat juga dituliskan sebagai berikut :

dengan :

Komponen kontrol PID ini terdiri dari tiga jenis yaitu Proportional, Integratif dan Derivatif.

KONTROL PROPORTIONAL (P)

Misalnya, keadaan tekanan tangki sekarang adalah 3 bar. PLC akan segera memberikan kontrol agar tekanan tangki berada pada keadaan ideal yakni, 6 bar. Tekanan uap air didapatkan saat control valve terbuka, sehingga PLC akan memberikan kontrol proportional untuk membuka valve dengan rumus sebagai berikut:

P-out = Kp. e(t),

dimana, Kp = konstanta proportional
e = error (error = keadaan ideal — keadaan sekarang)
t = waktu

Kp bisa kita set sesuka hati. Misalkan saya kasih nilai 10. Dan, dari data diatas kita dapat nilai error sebesar 3 Bar. Sehingga,

P-out = 10 x 3 = 30%

PLC akan memberikan perintah kepada control valve sebesar 30% untuk membuka valve. Sehingga, nantinya selisihnya sudah tidak 3 bar lagi, karena uap air sudah masuk nilai tekanan sekarang menjadi naik sehingga bisa jadi menjadi 3.2 bar. Sehingga error yang didapat menjadi 2.8 bar. PLC pun akan memberikan perubahaan bukaan pada control valve menjadi P-out = 10 x 2.8 = 28%. Begitu seterusnya sampai keadaan sekarang menjadi keadaan ideal.

Namun, berdasarkan yang saya baca-baca kontrol Proportional kesulitan untuk membuat keadaan sekarang menjadi keadaan ideal atau bahasa mudahnya membuat error bernilai 0.

Kontrol Integral (I)

Rumusnya,

Keadaan tangkinya masih sama ya dengan yang di atas.

Konstanta I = 1, ini juga bisa di set sesuka hati.

Error = 3 bar.

Nilai I-out akan semakin besar jika nilai error antara keadaan sekarang dengan keadaan ideal sangat besar, sebaliknya nilai I-out akan semakin kecil jika nilai error antara keadaan sekarang dengan keadaan ideal sangat kecil.

Lihat, gambar yang panah hijau. Disitu adalah nilai I-out yang diberikan PLC kepada control valve. Nilainya akan terus bertambah sampai 100% walaupun uap air tidak masuk (maksudnya errornya tetep 3 bar). Berbeda dengan kontrol proportional jika errornya tetap 3 bar. Maka, P-Out yang keluar tetap, (dalam contoh di atas berarti 30%). Mengapa saat control integral nilainya bertambah sampai 100%. Ini dikarenakan rumusnya adalah:

KI * (Total Error+Error Sekarang)

Lebih gampang bedain kontrol P sama I itu gini. Kalo kontrol P ketemu error tetap misal errornya 3, dia cuma kasih out sesuai rumus Kp * e = 3Kp, sedangkan I kalo ketemu error yang tetap, dia akan kasih output yang semakin besar sampai maximum.

Kontrol Derivatif (D)

Sayangnya pemakaian kontrol derivatif tidak berdiri sendiri, kontrol ini harus digabung dengan kontrol P atau I. Kontrol D ini ibaratnya orang bijak, kalo benerin error itu pelan-pelan aja jangan cepet-cepet. Jadi disaat P sama I masih labil saat ketemu error, si D ini datang untuk smooth outputnya.

Secara umum rumusnya seperti berikut:

KD * (Error Sekarang — Error Sebelumnya),

Penjelasan begini misal di:
detik ke-1 punya nilai error 1
detik ke-2 punya nilai error 3
detik ke-3 punya nilai error 5,
seandainya kita ada di detik ke-3 sekarang, maka rumus proportional diatas menjadi Kp * 5, sedangkan integral diatas menjadi KI * (1+3+5), sedangkan derivatifnya KD * (5–3).
Jadi output PID dari teori diatas adalah

Output PID = P + I + D

kalo ikutin contoh kasus yang tadi,

Output PID (detik ke-1) = (Kp*1) + (KI * (1) + (KD *(1–0))
Output PID (detik ke-2) = (Kp*3) + (KI * (1+3) + (KD *(3–1))
Output PID (detik ke-3) = (Kp*5) + (KI * (1+3+5) + (KD *(5–3))

STUDI KASUS NYATA DI INDUSTRI ATAU PABRIK

Ada sebuah evaporator (sebut saja tangki supaya mudah) yang didalamnya terdapat steam (uap air) untuk proses, kemudian, terdapat sebuah Pressure Transmitter — PT — (sensor) yang akan memberikan nilai pressure secara aktual dan mengirimkannya ke PLC atau kontroler. PLC akan membandingkan nilai pressure dengan pressure ideal yang sudah ditetapkan oleh kita lalu PLC akan memberikan feedback kepada control valve.

• Sensor = Pressure Transmitter
• Error = nilai pressure di atas atau dibawah keadaan ideal
• Feedback = control valve
• Keadaan pressure ideal = 6 Bar
• Kontrol PIDnya = PLC

Referensi :

https://putraekapermana.wordpress.com/2013/11/21/pid/

https://rekayasalistrik.wordpress.com/2014/08/15/penjelasan-sederhana-kontrol-pid/

IMELDA ZAHRA TUNGGA DEWI
18106020021 / FISIKA

Sistem Kendali / Ade Kurniawan, M.Si.