Klasifikasi Loop Kontrol

1 Simple Control Loop (Basic Control Loop)

       Terdapat dua macam konfigurasi looping dalam sistem kontrol proses. Konfigurasi ini dibedakan berdasarkan bagaimana aksi kontroler dalam mengontrol process variable. Kedua macam konfigurasi tersebut adalah sistem kontrol feedback dan sistem kontrol feed forward.

a. Closed Loop Control – Feedback

       Feedback control adalah suatu sistem pengontrolan dimana control action tergantung pada output proses. Tipe sistem kontrol ini mengukur process variable pada output proses. Setiap terjadi perubahan pengukuran pada outlet proses akibat adanya efek dari disturbances (load), maka sistem kontrol feedback bereaksi memberikan corrective action untuk menghilangkan kesalahan (error).

Jadi sistem control feedback akan bereaksi setelah efek dari disturbances dirasakan pada output proses (act post facto). Gambar dibawah merupakan contoh dari tipe sistem kontrol feedback dalam aplikasinya yaitu furnace pada industri PLTU.

b. Closed Loop Control – Feedforward

Tidak seperti konfigurasi feedback, kontrol feedforward tidak menunggu efek disturbances dirasakan oleh proses, sebaliknya akan beraksi sebelum disturbances mempengaruhi sistem untuk mengantisipasi efek yang akan disebabkan olehnya.

Pada feedforward control seperti pada gambar dibawah ini, setiap terjadi perubahan pada feed inlet, maka akan menggerakkan controller untuk mengatur fuel oil sehingga aliran feed akan sebanding dengan aliran fuel oil (menciptakan energy balance). Dengan demikian efek yang disebabkan oleh perubahan feed tidak dirasakan pada output proses (temperatur outlet). Kelemahan feedforward control pada aplikasi di atas yaitu bila terjadi gangguan pada fuel oil, maka controller tidak dapat merasakan perubahan itu sehingga terjadi kesalahan pada output proses (temperatur outlet).

2. Complicated Control Loop (Enhanced Regulatory Control)

       Di dalam industri proses, banyak kebutuhan proses yang tidak dapat diselesaikan dengan loop sederhana (simple loop) yang hanya mengandalkan sebuah feedback control atau feedforward control. Beberapa jenis proses yang memiliki time constant yang sangat besar. Walaupun unit derivative sudah dipasang di controller, karena lambannya proses sehingga reaksi proses tetap saja lambat. Dari segi operasi proses kelambatan ini sangat merugikan. Untuk mengatasi masalah ini, maka dipergunakan dua atau lebih elemen pengukuran dalam satu control loop, yang dikenal sebagai complicated control loop, seperti:

a. Cascade Control

       closed loop feedback control mengilustrasikan pengendalian temperatur feed outlet pada sebuah furnace. Load pada loop digambarkan sebagai perubahan aliran feed pada inlet. Bilamana feed mendadak bertambah, maka energi panas fuel oil yang bekerja pada furnace tidak akan mencukupi. Sebagai akibatnya, temperatur feed outlet akan turun dan controller baru membaca error, kemudian memakainya sebagai dasar perhitungan untuk menambah aliran fuel oil. Namun sistem ini tidak mempertimbangkan load atau gangguan lain pada sistem, yaitu terjadi penurunan tekanan fuel oil. Pada sistem ini pengendalian temperatur tidak akan segera melihat perubahan tekanan fuel oil sebelum temperatur feed outlet benar-benar turun.

       Untuk mengatasi permasalahan tersebut , maka sistem control disempurnakan dengan menambah Pressure Controller diantara Temperature Controller dan Control Valve seperti pada gambar berikut.

Pada gambar diatas manipulated variable dari temperature controller TIC (yang dinamakan primary atau master) menjadi setpoint bagi pressure controller (yang dinamakan secondary atau slave). Penerapan pengendalian cascade dapat merugikan apabila elemen proses di primary loop lebih cepat dari elemen proses pada secondary loop, karena sistem akan cederung berosilasi akibat timbulnya interaksi antara primary loop dan secondary loop. Jadi sistem pengendalian cascade hanya dapat diterapkan pada proses dengan elemen primer yang jauh lebih lambat dari elemen secondary-nya.

b. Splite Range Control

       Tidak seperti cascade control, konfigurasi split-range control memiliki hanya satu pengukuran dan lebih dari satu manipulated variable. Pengendalian terhadap satu process variable dilakukan dengan mengkoordinasikan beberapa manipulated variables yang semuanya memiliki efek yang sama terhadap process variable.

       Gambar di bawah mengilustrasikan aplikasi split-range control di industri proses. Konfigurasi ini dapat memberikan keamanan tambahan dan optimalitas operasional jika diperlukan.

       Misalkan, suatu feed akan dipanaskan di dalam suatu furnace dengan menggunakan bahan bakar (fuel). Temperatur feed di outlet bejana dipertahankan tetap pada suhu tertentu. Bahan bakar yang tersedia ada dua jenis yaitu, fuel oil sebagai bahan bakar utama dan fuel gas digunakan sebagai balance. Kontroler temperatur split-range akan menjaga temperatur outlet dengan memanipulasi bukaan valve pada kedua bahan bakar. Dengan konfigurasi ini dapat diatur aksi kontrol sebagai berikut :

-       Sebagaimana output controler TIC meningkat dari 0 – 50 %, maka control valve V1       (untuk fuel oil) akan membuka secara kontinu hingga bukaan penuh, sedangkan control valve V2 (untuk fuel gas) tetap tertutup.

-       Apabila output kontroler TIC masih naik, dari 50 – 100%, maka control valve V2 akan membuka secara kontinu sampai bukaan penuh, sedangkan valve V1 masih tetap terbuka penuh. Dengan demikian fuel gas digunakan sebagai balance apabila fuel oil masih tidak cukup untuk menaikkan temperatur output.

Tabel berikut ini mengilustrasikan cara kerja kontroler Split Range Control.

Output Controler TIC	Control Valve V1	Control Valve V2
0 – 50% (50 – 0%)	Membuka (menutup) secara kontinu hingga maksimum (minimum)	Tertutup
50 – 100% (100 – 50%)	Terbuka	Membuka (menutup) secara kontinu hingga maksimum (minimum)

c. Ratio Control

       Ratio control adalah sistem pengendalian yang digunakan pada suatu proses yang membutuhkan komposisi campuran dua komponen atau lebih dengan suatu perbandingan tertentu. Ratio control juga merupakan suatu tipe khusus dari feedforward control dengan dua disturbances (loads) diukur dan dijaga pada perbandingan yang konstan satu sama lain.

       Biasanya konfigurasi kontrol ini digunakan untuk mengendalikan perbandingan laju aliran dari dua aliran (streams). Salah satu aliran (stream) yang laju alirannya tidak dikontrol biasanya mengacu sebagai wild stream. Berikut ini salah satu contoh sistem pengendalian proses yang menggunakan konfigurasi ratio control.

 

Kedua laju aliran tersebut diukur dan melalui divider perbandingan keduanya dihitung. Hasil perbandingan ini kemudian dibandingkan dengan perbandingan yang diinginkan (desired ratio sebagai setpoint), dan error antara perbandingan yang terukur dengan setpoint menghasilkan sinyal aktuasi sebagai kontroler ratio.

d. Auto Selector Control

       Sistem kontrol ini melibatkan satu manipulated variable (MV) dan beberapa controlled ouputs. Karena hanya ada satu manipulated variable, maka hanya satu controlled outputs yang dapat dikendalikan, auto selector control akan mentransfer aksi kontrol dari satu controlled output

Gambar berikut mengilustrasikan suatu konfigurasi auto selector control sebagai suatu low selector switch.

 

Sistem digunakan untuk memanaskan air yang mengalir ke dalam boiler. Suatu control loop tekanan diaplikasikan pada steam yang keluar dari boiler. Selain itu, kontroler level juga diaplikasikan pada boiler. Low level selector akan memindahkan aksi kontrol dari kontroler tekanan PIC ke kontroler level LIC apabila level water di boiler berada di bawah batas level minimalnya.