SISTEM KENDALI
Sistem kontrol (sistem kendali) telah memegang peranan yang sangat penting dalam perkembangan ilmu dan teknologi. Di samping sangat diperlukan pada pesawat ruang angkasa, peluru kendali, dan sistem kemudi pesawat, sistem kontrol juga menjadi bagian yang penting dan terpadu dari proses — proses dalam pabrik dan industri modern.
Sebagai contoh, sistem kontrol sangat diperlukan dalam operasi — operasi di industri untuk mengontrol tekanan, temperatur, kelembaban, viskositas, dan aliran dalam industri proses, pengerjaan dengan mesin perkakas, penanganan dan perakitan bagian — bagian mekanik dalam industri manufaktur, dan sebagainya.
Karena kemajuan dalam teori dan praktek sistem kontrol, maka sistem kontrol dapat memberikan kemudahan dalam mendapatkan performasi dari sistem dinamik, mempertinggi kualitas dan menurunkan biaya produksi, mempertinggi laju produksi, meniadakan pekerjaan — pekerjaan rutin dan membosankan yang harus dilakukan oleh manusia, dan sebagainya.
Seberapa penting manusia memerlukan sistem kendali?, tanpa sistem kendali, apakah mungkin ditemukan mobil dan pesawat terbang, penerbangan ke luar angkasa? Satelit komunikasi? Smartphone? Dan masih banyak hal yang masih bisa dipertanyakan. Sehingga dapat dimengerti seberapa penting dan seberapa signifikan kehadiran bidang ilmu sistem kendali dalam perkembangan kehidupan manusia.
Definisi Istilah :
1. Sistem (system) adalah kombinasi dari komponen-komponen yang bekerja bersama-sama membentuk suatu obyek tertentu.
2. Variabel terkontrol (controlled variable) adalah suatu besaran (quantity) atau kondisi (condition) yang terukur dan terkontrol. Pada keadaan normal merupakan keluaran dari sistem.
3. Variabel termanipulasi (manipulated variable) adalah suatu besaran atau kondisi yang divariasi oleh kontroler sehingga mempengaruhi nilai dari variabel terkontrol.
4. Kontrol (control) — mengatur, artinya mengukur nilai dari variabel terkontrol dari sistem dan mengaplikasikan variabel termanipulasi pada sistem untuk mengoreksi atau mengurangi deviasi yang terjadi terhadap nilai keluaran yang dituju.
5. Plant (Plant) adalah sesuatu obyek fisik yang dikontrol.
6. Proses (process) adalah sesuatu operasi yang dikontrol. Contoh : proses kimia, proses ekonomi, proses biologi, dll.
7. Gangguan (disturbance) adalah sinyal yang mempengaruhi terhadap nilai keluaran sistem.
8. Kontrol umpan balik (feedback control) adalah operasi untuk mengurangi perbedaan antara keluaran sistem dengan referensi masukan.
9. Kontroler (controller) adalah suatu alat atau cara untuk modifikasi sehingga karakteristik sistem dinamik (dynamic system) yang dihasilkan sesuai dengan yang kita kehendaki.
10. Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk mengukur keluaran sistem dan menyetarakannya dengan sinyal masukan sehingga bisa dilakukan suatu operasi hitung antara keluaran dan masukan.
11. Aksi kontrol (control action) adalah besaran atau nilai yang dihasilkan oleh perhitungan kontroler untuk diberikan pada plant (pada kondisi normal merupakan variabel termanipulasi).
Sistem kendali terdiri dari sub-sistem dan proses (atau plants) yang disusun untuk mendapatkan keluaran(output) dan kinerja yang diinginkan dari input yang diberikan. Gambar di bawah ini menunjukkan blok diagram untuk sistem kendali paling sederhana, sistem kendali membuat sistem dengan input yang diberikan menghasilkan output yang diharapkan.
Sebagai contoh, misalnya penggunaan elevator(lift), pada saat tombol yang menunjukkan nomor lantai tujuan ditekan, maka elevator akan bergerak naik/turun menuju lantai tujuan tersebut. Tombol bernomor lantai tujuan yang ditekan tersebut merupakan input yang menunjukkan output yang kita inginkan. Sistem ini merupakan fungsi step yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini, kinerja elevator dapat dilihat dari kurva elevator response.
Dua kinerja utama terukur yang dapat dilihat adalah, pertama, respons transient, kedua, steady-state error. Pada contoh elevator ini, kenyamanan dan waktu yang dibutuhkan untuk sampai pada tujuan pengguna bergantung pada respons transient. Jika respon ini terlalu cepat, kenyamanan penumpang yang dikorbankan, jika terlalu lambat, waktu yang diperlukan juga semakin besar. Steady-state error juga merupakan indikator kinerja yang sangat penting karena keselamatan penumpang dan kenyamanan akan dikorbankan jika output tidak sesuai yang diinginkan.
Sistem kontrol dibagi menjadi 2 yaitu:
- Sistem Kendali Loop Terbuka
Sistem kendali Loop Terbuka adalah Ssitem Kendali yang kinerjanya tidak berpengaruh terhadap keluarannya atau tidak berpengaruh terhadap umpan balik dari prosesnya. Sistem Kendali Loop Terbuka Menggunakan peralatan penggerak untuk mengontrol proses secara langsung.
Ciri - Ciri Sistem Kontrol Loop Terbuka :
1) Sederhana
2) Harganya murah
3) Dapat dipercaya
4) Kurang akurat karena tidak terdapat koreksi terhadap kesalahan
5) Berbasis waktu
Kinerja Sistem Kontrol Loop Terbuka :
1) Kontrol terbuka sesuai untuk sistem operasi gerak robot dengan aktuator yang berdasarkan pada umpan logika berbasis langkah sekuensial (urutan program)
2) Tidak menggunakan sensor untuk mengetahui posisi akhir
3) Dapat diatur dengan menggunakan delay
4) Cocok untuk robot sistem mapping
Contoh dari Sistem Kendali Loop Terbuka adalah Prinsip Kerja :
a. Pemanggang Roti / Toaster.
Mengapa Toaster dikatakan sebagai alat yang menggunakan Sistem Kendali Loop Terbuka??.
Karena prinsip kerja dari pemanggang roti hanya memanaskan roti yang dimasukan yang berperan sebagai inputan, dan memproses roti tersebut dengan memanaskannya dan akhirnya keluar roti yang udah panas / matang, tapi pada pelaksaan proses pemanggangan roti, toaster tidak memberikan pilihan seberapa matang roti yang akan keluar setelah dipanaskan, Toaster hanya bekerja untuk memanaskan roti tanpa mengatur tingkat kepanasan daari roti yang dipanggang.
b. Mesin Cuci.
Mengapa mesin cuci dikatakan sebagai alat yang menggunakan Sistem Kendali Loop Terbuka??
Prinsip kerja dari mesin cuci adalah ketika pakaian kotor dimasukkan kedalam mesin cuci, maka motor mesin akan mendeteksi berat pakaian dan menentukan volume air serta waktu cuci nya, tetapi mesin cuci tidak bisa menentukan seberapa bersih pakaian itu akan di cuci. Ketika waktu pencucian sudah habis maka air sisa pencucian akan dikeluarkan dan pintu mesin akan terbuka, tetapi kembali lagi, mesin cuci tidak bisa menentukan seberapa bersih pakaian itu akan dicuci, atau seberapa banyak kotoran yang terdapat pada pakaian itu.
2. Sistem Kendali Loop Tertutup
Sistem Kendali Loop Tertutup adalah Sistem Kendali Yang kinerjanya memiliki pengaruh terhadap keluarannya, dan memiliki umpan balik terhadap proses yang berjalan.
Komponen proses sistem kontrol loop tertutup :
1) Reference Input (masukan acuan,r), merupakan sinyal acuan bagi sistem kontrol
2) Actuating Signal (e), merupakan sinyal kesalahan / error yang merupakan selisih antara sinyal acuan (r) dan sinyal (b)
3) Control Element, (g1) merupakan element yang berfungsi untuk memproses kesalahan/error yang terjadi dan setelah kesalahan tersebut dimasukan melalui element pengontrol
4) Manipulated Variable (variabel yang dimanipulasi), merupakan sinyal yang dihasilkan oleh control element yang berfungsi sebagai sinyal pengontrol tanpa adanya gangguan
5) Plant/proses, merupakan obyek fisik yang dikontrol, dapat berupa proses mekanis, elektris, hidraulis maupun gabungannya
6) Disturbance, merupakan sinyal gangguan yang tidak diinginkan
7) Feedback Element (jalur umpan balik), merupakan bagian sistem yang mengukur keluaran yang dikontrol dan kemudian mengubahnya menjadi sinyal umpan balik
8) Forward Path, merupakan bagian sistem tanpa umpan balik
Komponen Sistem Kontrol Loop Tertutup :
1) Input (masukan), merupakan rangsangan yang diberikan pada sistem kontrol, merupakan harga yang diinginkan bagi variabel yang dikontrol selama pengontrolan. Harga ini tidak tergantung pada keluaran sistem
2) Output (keluaran,respons), merupakan tanggapan pada sistem kontrol, merupakan harga yang akan dipertahankan bagi variabel yang dikontrol, dan merupakan harga yang ditunjukan oleh alat pencatat
3) Beban/Plant, merupakan sistem fisis yang akan dikontrol (misalnya mekanis, elektris, hidraulik ataupun pneumatic)
4) Alat kontrol/controller, merupakan peralatan/ rangkaian untuk mengontrol beban (sistem). Alat ini bisa digabung dengan penguat
5) Elemen Umpan Balik, menunjukan/mengembalikan hasil pencatan ke detector sehingga bisa dibandingkan terhadap harga yang diinginkan (di stel)
6) Error Detector (alat deteksi kesalahan), merupakan alat pendeteksi kesalahan yang menunjukan selisih antara input (masukan) dan respons melalui umpan balik (feedback path)
7) Gangguan merupakan sinyal-sinyal tambahan yang tidak diinginkan. Gangguan ini cenderung mengakibatkan harga keluaran berbeda dengan harga masukanya, gangguan ini biasanya disebabkan oleh perubahan beban sistem, misalnya adanya perubahan kondisi lingkungan, getaran ataupun yang lain
Salah satu contoh dari Sistem Kendali Loop Tertutup adalah prinsip kerja pada :
Smoke Detector.
Bagian yang terdapat didalam Smoke Protector adalah :
1. Pendeteksi / protector
2. Bel dan Suara / alarm
3. Lampu tanda
4. Sinyal pengendali
5. Tombol reset
6. Name plate
Pada Smoke detector ini yang menjadi inputannya adalah Asap dan suhu tinggi, sedangkan yang akan menjadi outputnya adalah bunyi alarm. Prinsip kerja dari Smoke detector ini yaitu apabila alat mendeteksi adanya sinyal tanda-tanda asap dan suhu tinggi, maka alat akan memproses sinyal tersebut dan akhirnya memberikan tanda berupa bunyi sirine.
Alat ini dikatakan sebagai alat jyang menggunakan sistem kendali loop tertutup karena saat alat ini melakukan pekerjaan, apabila masih ada asap yang terdeteksi, maka dia akan terus bekerja dan meningkatkan kinerjanya sebagai umpan balik dari kinerja alat ini sampai asap itu benar-benar lenyap.
Automatic Magic Jar (Pemasak Nasi Otomatis)
Pada Automatic Magic Jar, keluaran yang diinginkan adalah nasi yang matang, untuk mencapai tingkat kematangan sempurna, ketika beras dimasukkan beserta air secukupnya, maka Automatic Magic Jar ini akan menentukan berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mencapai tingkat kematangan sempurna dari nasi dan berapa suhu maksimal yang diharapkan untuk mencapai kondisi tersebut.
Ketika nasi sudah matang, maka Automatic Magic Jar akan memberi kode berupa bunyi, dan keluarnya uap dari lubang penutupnya yang menandakan nasinya udah matang.
