Prinsip Dasar Kontrol Otomatis

Pada kesempatan kali ini ilmumesin.com akan mengulas tentang prinsip dasar kontrol otomatis, materi ini merupakan salah satu materi dari matakuliah mekatronika, sebelumnya saya sampaikan terimakasih kepada pak Agung dan mas wahyu Unesa yang telah memberikan materi ini kepada saya dan teman-teman. Memang sih agak susah materinya, tapi kalau dipelajari dengan sungguh-sungguh Insyaallah bisa juga kok. Materi ini sangat penting karena bisa diaplikasikan di berbagai industri, sebagaimana yang kita ketahui bahwa saat ini mayoritas industri sudah memakai peralatan yang semi otomatis bahkan otomatis. Itulah kenapa di jurusan teknik mesin juga ada mata kuliah ini, tujuannya tidak lain adalah agar para mahasiswa mesin tidak ketinggalan zaman seiring dengan cepatnya perkembangan teknologi.

Kompetensi yang diharapkan setelah menyelesaikan kompetensi ini ialah anda akan dapat melakukan pengendalian dan pengontrolan peralatan kontrol otomatis di industri.

Indikator setelah mengikuti kompetensi ini ialah Anda dapat menjelaskan konsep dasar kontrol otomatis.

Baiklah simak baik-baik materi prinsip dasar kontrol otomatis berikut ini.

A. Sistem Kontrol

Kata kontrol sering kita dengar dan diucapkan dalam pembicaraan sehari-hari. Kata kontrol disini dapat diartikan “mengatur.” Arti penggunaan kata kontrol dalam teknik mekatronika adalah, “suatu peralatan atau kelompok peralatan yang digunakan untuk mengatur fungsi suatu mesin agar sesuai dengan yang dikehendaki.”

Sistem yang mempunyai kemampuan untuk melakukan start, mengatur dan memberhentikan suatu proses untuk mendapatkan output yang sesuai dengan yang diinginkan disebut “Sistem Kontrol.” Jika sistem kontrol bekerja secara otomatis (tanpa menggunakan tenaga manusia) maka sistem tersebut dinamakan sistem kontrol otomatis.
Setiap sistem kontrol mempunyai tiga elemen pokok, yaitu: input, proses, dan output.

Proses adalah operasi yang sengaja dibuat, berlangsung secara kontinyu, yang terdiri dari beberapa aksi atau perubahan yang dikontrol, yang diarahkan menuju ke suatu hasil atau keadaan akhir tertentu. Dalam modul ini setiap operasi yang dikontrol disebut proses. Peralatan yang digunakan untuk mengontrol operasi disebut controller. Sedangkan obyek fisik yang dikontrol disebut plant. Bagian proses bertugas untuk memproses (mengontrol) sinyal input (masukan) untuk menghasilkan sinyal output (keluaran).

Input merupakan sinyal masukan yang umumnya dihasilkan dari sebuah sensor. Sensor ini adalah suatu alat pengubah (tranduser) yang dapat merubah kuantitas (besaran) fisik menjadi kuantitas (besaran) listrik. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian saat melakukan pengukuran atau pengendalian.

Beberapa contoh dari sensor adalah sebagai berikut:

Sensor mekanis seperti tombol tekan (push button), sakelar batas (Limit switch),dll.
Sensor suhu seperti bimetal, RTD, Thermocouple termostat, dll.
Sensor jarak seperti saklar tipe arus eddy, saklar jarak induktif, saklar reed, saklar jarak kapasitif dll.

Sensor ini mengirimkan informasi mengenai nilai (kuantitas) yang diukur kemudian diproses oleh bagian pengontrol (controller). Gambar 2. di bawah menunjukan beberapa contoh dari peralatan input.

Output merupakan sinyal keluaran yang dihasilkan dari bagian proses, berupa sinyal listrik yang dipakai untuk mengaktifkan peralatan output (actuator) seperti : motor, solenoid, lampu indikator, buzer, heater, katup, dsb. Gambar 3. di bawah ini menunjukan contoh dari peralatan output.

B.Sistem Kontrol Lup Terbuka

Sistem kontrol lup terbuka adalah sebuah sistem kontrol dimana variabel input akan langsung berpengaruh pada output yang dihasilkan tanpa membandingkan hasil output dengan nilai referensi atau set point yang sudah ditetapkan pada peralatan kontrol.

Sehingga tidak dapat diketahui dengan tepat apakah output yang diinginkan sudah sesuai dengan keinginan atau tidak. Terutama apabila terjadi gangguan dari luar (disturbances) yang dapat mempengaruhi output. Pada sistem kontrol ini peluang terjadi kesalahan akibat gangguan dari luar cukup besar oleh karena tidak adanya koreksi.
Gambar 4. dibawah menunjukan blok diagram dari sistem lup terbuka.

Contoh dari sistem kontrol lup terbuka adalah pengontrollan lampu lalu-lintas yang dikontrol menyala tiap 3 menit menggunakan mikrokontroller dimana sinyal input yang dihasilkan dari sebuah timer. Umumnya sistem kontrol yang hanya bekerja berdasarkan durasi waktu termasuk dalam sistem kontrol lup terbuka.

C.Sistem Kontrol Lup Tertutup

Sistem kontrol lup tertutup adalah sebuah sistem kontrol dimana variabel output secara terus menerus diukur dengan sensor (measurement) kemudian hasil ukuran dibandingkan dengan kuantitas referensi (set point) untuk menghasilkan output yang diinginkan. Gambar 5. di bawah menunjukan blok diagram sistem kontrol tertutup.

Pada sistem kontrol lup tertutup sinyal keluaran diukur secara terus menerus. Kemudian hasil pengukuran tadi diumpan balikkan kepembanding yang terdapat peralatan kontrol (controller). Pada alat pembanding ini antara kuantitas referensi (set point) dengan dengan hasil pengukuran dibandingkan, dan sebagai hasilnya adalah sinyal kesalahan (error).

Apabila didapatkan error (kesalahan), maka unit peralatan kontrol (controller) akan mengolah sinyal kesalahan dan mengirimkan sinyal output (keluaran) untuk memperbaiki kesalahan. Sehingga variabel output (keluaran) betul-betul sesuai dengan yang diinginkan.

Sinyal kesalahan ini hasilnya bisa positif atau negatif, secara matematis sinyal kesalahan dapat dirumuskan sebagai berikut :

Contoh dari sistem kontrol lup tertutup adalah kendali pengisian dan pengosongan tandon air dengan menggunakan PLC. Dimana, ketika tombol start (push button) ditekan, kran pengisi mulai membuka dan cairan mulai mengalir mengisi tandon. Ketika tinggi cairan mencapai sensor ketinggian atas (5 meter) maka kran pengisi ditutup selanjutnya kran pengeluaran dibuka dan mulailah proses pengosongan tandon, jika tinggi cairan mencapai sensor ketinggian bawah (1 meter) maka kran pengeluaran ditutup dan kran pengisian dibuka. Dan mekanisme sistem kontrol lup tertutup tersebut bekerja secara terus-menerus (berkelanjutan).

D.Sistem kontrol otomatis dan kontrol manual

Kontrol manual
Sistem kontrol manual adalah suatu sistem pengontrolan dimana variabel manipulator variabel kontrol bekerjanya sistem adalah manusia, baik dari segi pengamatan input pengolahan data serta menggerakkan peralatan output.

Gambar 6. berikut ini menunjukkan sistem kontrol manual pada sebuah tangki air. Variabel yang mengatur input dan output adalah manusia (operator). Operator melihat ketinggian air, jika ketinggian air melewati batas, operator akan membuka kran pengeluaran. Kesalahan (error) dari sistem manual sangat besar karena operator dituntut untuk melakukan pengamatan secara teliti dan tindakan cepat, sementara keadaan fisik dan mental seorang operator tidak selalu stabil.

Kontrol otomatis
Sistem kontrol otomatis adalah suatu sistem pengontrolan dimana variabel manipulator dan variabel kontrol bekerjanya sistem dilakukan oleh sebuah peralatan pengontrol otomatis, baik dari segi pengamatan input pengolahan data serta menggerakkan peralatan output.

Gambar 7. berikut ini menunjukkan sistem kontrol otomatis pada sebuah tangki air. Dimana controller akan otomatis menggerakkan actuator ketika ketinggian air menyentuh sensor, sehingga kran pengeluaran terbuka. Kejadian ini terus terjadi secara berulang dan kontinyu.

Demikianlah artikel ilmumesin.com kali ini tentang prinsip dasar kontrol otomatis semoga bermanfaat untuk anda semua dan tunggulah artikel kami berikutnya.

Sumber: Modul Laboratorium Mekatronika Universitas Negeri Surabaya