FEEDBACK CONTROL

FEEDBACK CONTROL SYSTEM
Compiled by Cak Unggul
On Ramadhan 2018

FEEDBACK CONTROL

Feedback Systems banyak diggunakan dan digunakan secara luas untuk amplifier circuits, oscillators, process control systems as well as other types of electronic systems. But for feedback to be an effective tool it must be controlled as an uncontrolled system will either oscillate or fail to function. The basic model of a feedback system is given as:

Feedback System Block Diagram Model

Basic dari feedback loop: sensing, controlling dan actuation adalah konsep utama dari feedback control system dan terdapat are beberapa alasan mengapa feedback digunakan dalam electronic circuits:Frequency Response, Gain dan  Bandwidth dari system can be dengan mudah dapat di kendalikan. Terdapat dua jw3nia utama dari feedbavk yqitu two main types of feedback control: Negative Feedback dan Positive Feedback.

Pada Feedback Control, output akan dibanding dengan input selisih antara input dan output dinamakan error (koreksi) yang digunakan untuk memperbaiki input sistem selanjutnya, sehingga proses system dapat beroperasi seperti yang diharapkan (set point). Dalam feedbsck system akan dikenal istilah-istilah :

Plant: yaitu process yang akan dikontrol, mulai dari yang paling sederhana seperti flow, temperature sampai dengan yang paling kompleks yang melingkup suatu unit proses.
Measurement element/sensor: elements pengukuran yang digunakan untuk mengukur variable process yang akan dikontrol
Comparator: yang akan  membandingkan control variable dengan set point (input dikurangi outpu)
Control element: yaitu elemen yang akan melakukan aksi koreksi terhadap error antara aktual control variable dengan set point. Pada prakteknya comparator dan controller merupakan satu kesatuan.
Final element: merupakan penghubung antara controller dan plant, bisa berupa control valve, solenoid valve, dumper, relay dan sebagainya.

Proportional Control

Proportional control adalah  feedback control system linier dimana suatu koreksi diberlakukan pada  controlled variable yang besarnya proportional terhadap perbedaan antara set point, SP dan process value, PV.
Contoh: pada mekanisme pelampung toilet adalah proportioning terhadap kran. Pada proportional control dikenal istilsh Proportional Band atau PB
Contoh:
untuk PB=100 jika input berubah 10% maka output akan respon sebesar 10%.
Untuk PB=50 jika input berubah 10% maka output akan respon sebesar 20%, demikian seterusnya. Terlihat disini bahwa nilai PB adalah persentasi daripada input terhadap nilai output secara penuh, ketika output sama dengan 20% dan input sama dengan 10% maka PB adalah 50 jadi:PB = (input/output) x 100%

Proportional Plus Integral ControlProportional plus integral (PI) adalah proportional controller yang ditambahi integral action. PI controllers menghasilkan "low sensitivity" yang diperlukan untuk menghasilkan "stable control"

Integral action (reset) berfungsi untuk menghilangkan offset, dalam penggunaannya bila dikombinasikan dengan proporsional action sehingga menjadi kontroler Proporsional Integral (PI). Nilai dari integral action dinyatakan dalam ukuran waktu per jumlah aksi atau jumlah aksi per waktu.
Contoh
Pada sistim pengaturan tekanan tangki, kontroler mengalami error 10%, jika gain kontroler 2 maka output akan bereaksi untuk melakukan koreksi sebesar 20%, sehingga keadaan proses sebagai akibat daripada perubahan output tersebut akan berpindah pada kondisi baru misalnya error menjadi 8%, kondisi baru yang dicapai sebagai efek dari kontroler proporsional ini boleh jadi akan bertahan dalam tempo yang tidak menentu dan lama, tetapi dengan adanya aksi integral, kontroler akan sertamerta melakukan koreksi lagi sesuai dengan waktu yang disetel pada kontroler integral misalnya 0.5 menit, sehingga dalam waktu setengah menit dari koreksi pertama kontroler akan melakukan aksi koreksi lagi, dengan demikian akan terbentuk kembali kondisi baru misalnya error menjadi 3%,demikian seterusnya aksi demi aksi akan berlangsung hingga offsetnya hilang atau proses mencapai keseimbangan yang diharapkan.

Propotional Plus Derivative 

Derivative (rate) action digunakan untuk meningkatkan kecepatan reaksi output terhadap error. Oleh karena itu derivative action hanya boleh dipakai pada proses yang responnya sangat lambat (seperti temperatur), menerapkan derivative action pada proses yang bereaksi cepat dapat membahayakan karena perubahan output yang sangat cepat kearah maksimum atau kearah minimum bisa menimbulkan kerusakan pada peralatan operasi.
Derivative Action dalam penerapannya selalu dikombinasikan dengan proporsional action sehingga menjadi proporsional-derivative (PD) kontroler.
Ukuran dari derivative action adalah waktu, yaitu berapa lama signal derivative beraksi dalam setiap kali kontroler proporsional melakukan perubahan. Aksi kontroler derivative hanya berlangsung pada awal siklus untuk mempercepat respon, oleh karena itu  seringkali
derivative action disebut juga sebagai Pre-Act

Proportional Plus Integral Plus Derivative

PID Mode (Proportional–Integral–Derivative controller) merupakan mode mekanisme umpan balik yang biasanya dipakai pada sistem kontrol industri. PID Mode secara kontinyu akan menghitung nilai kesalahan sebagai bedaantara setpoint yang diinginkan dan variabel proses terukur. Kontroler mencoba untuk meminimalkan nilai kesalahan setiap waktu dengan penyetelan variabel kontrol, seperti posisi keran kontrol, damper, atau daya pada elemen pemanas, ke nilai baru yang ditentukan oleh jumlahan:

Pada Control Mode PID ini,
"P" bertanggung jawab untuk nilai kesalahan saat ini.
Contoh:
jika nilai kesalahan besar dan positif, maka keluaran kontrol juga besar dan positif.
"I" bertanggung jawab untuk nilai kesalahan sebelumnya. Contoh:
jika output saat ini kurang besar, maka kesalahan akan terakumulasi terus menerus, dan kontroler akan merespon dengan output lebih tinggi.
"D" bertanggung jawab untuk kemungkinan nilai kesalahan mendatang, berdasarkan pada rate perubahan tiap waktu

Karena kontroler PID hanya mengandalkan variabel proses terukur, bukan pengetahuan mengenai prosesnya, maka dapat secara luas digunakan.
Dengan penyesuaian (tuning) ketiga parameter model, PID Mode dapat memenuhi kebutuhan proses. Respon kontroler dapat dijelaskan dengan bagaimana responnya terhadap kesalahan, besarnya overshoot dari setpoint, dan derajat osilasi sistem. Penggunaan algoritme PID tidak menjamin kontrol optimum sistem atau bahkan kestabilannya.Beberapa aplikasi mungkin hanya menggunakan satu atau dua term untuk memberikan kontrol sistem yang sesuai. Hal ini dapat dicapai dengan mengontrol parameter yang lain menjadi nol. 

Kontroler PID dapat menjadi kontroler PI, PD, P atau I tergantung aksi apa yang digunakan. Kontroler PI biasanya adalah kontroler paling umumKontroler PID (dari singkatan bahasa Inggris: Proportional–Integral–Derivative controller) merupakan kontroler mekanisme umpan balik yang biasanya dipakai pada sistem kontrol industri.

INSTALLATION

PEMASANGAN INSTRUMENT
Created by Cak Unggul
On Ramadhan 2018

UMUM
Sebagaimana diminta dalam API RP 550 maka pemasangan peralatan Instrumentasi dirancang dengan mengikuti fungsi-fungsi sebagai:
1).Panduan bagi Instrument Engineer untuk memeriksa (check), melakukan  kalibrasi dan commissioning instrument-control system secara sistimatis
2).Mempermudah field instrument supervisor dalam menyiapkan construction procedure.
3).Sebagai standard bagi Subcon Services

KALIBRASI
Kalibrasi akan memverifikasi bahwa Instrument-instrument tersebut akan berfungsi sebagaimana perencanaannya yang dinyatakan dalam spesifikasinya dimana-
1).Panel mounted indicator dan recorder harus di kalibrasi pada three-point check: 0%; 50% dan 100%
2).Field mounted switch hanya di kalibrasi pada set point
3).Transmitter dan receiver dikalibrasi secara terpisah menggunakan manufacturer recommendation.
Catatan:
bilamana memasang transmitter dan receiver harus di kalibrasi pada posisi zero.
4).Analyser harus dikalibrasi menggunakan manufacturer recommendation. Secara normal Analyser akan di kalibrasi pada 2 titik.

COMMISIONING
Instrument pre-commissioning biasanya akan dilaksanakan oleh field instrument supervisor sebelum start up.
Yang dilakukan pada commissioning instrument meliputi tidakkan berikut
1).Pouring seals dan condensate pot
2).Pemasangan electric power pada semua Instrument
3).Establishing flow atau purge material
4).Mengoperasikan block valve dengan menutup bypass dan drain valve pada semua Instrument yang ada hubunganya dengan process.
5).Mengalirkan instrument air pada semua field instrument dan panel instrument.
Star up commissioning akan diselesaikan oleh Commisioning Team.
Beberapa operasi penting adalah sebagai berikut:
1).Membuka atau menutup valve untuk menempatkan semua instrument pada posisi dan kondisi srvisnya.
2).Venting udara pada liquid line atau draining liquid dari gas/vapor line.
3).Set semua control mode dan set pointnya

CHECKS
Dalam melakukan instrument check harus ditemukan:
1).Apakah vendor telah memberikan Instrument sama dengan yang di uraikan.
2).Instrument telah dipasang sesuai dengan peruntukkan nya
3).Pernyataan bahwa Installation siap untuk di commissioning.

OPERATIONAL TEST
Operational test akan meliputi hal hal berikut:
1).Melakukan blowdown dan pressure test pada instrument air header dan branch line.
2).Memeriksa continuity pada pneumatic dan electric line, dari field ke panel dan dari panel ke valve.
3).Memeriksa stroke (stroking) semua control valve
4).Memeriksa arah aliran semua control valve
5).Memeriksa input alarm
6).Memeriksa sistem interlock

FIELD INSTRUMENT SUPERVISOR
Field Instrument supervisor mempunyai tanggung jawab sbb:
Filing System
Menyimpan purchase order , specification , equipmwnt
drawings, schematic, loop drawing, vendor drawing, dan material lain.
Installation
Memasang sesmua instrument sesuai dengan engineering standard, layoutvdrawings, instrument specification, dan document lain yang sesuai.
Record Keeping
Menyipan record dari instrument masuk dan yang dipasang, melaporkan progress ke  project Instrument Enginer secara periodic,
Management
Mengatur skedul terhadapa contract calibration atau installation services
Commisioming
Menyiapkan Instrument precom dan commissioning sebelum start up.

INSTRUMEMT ENGINEER
Pada saat phase pre-commsioning dan  commiisoning seorang Instrument Engineer mempunyai tangggug jawab seperti berikut:
1).Memastikan konstruksi field office telah menggunakan document yang mutakhir dan terlengkap
2).Menetapkan prosedur bersama field Instrument Supervisor
3).Menetapkan Inspeksi Instrumen bilamana field instrument supervisor menyetujui bahwa installation telah selesai, Inspeksi ini ter diri dari:
4).Memastikan bahwa operational check telah dilaksanakan pada semua instrument loop, interlock, annunciator dan instrument lain.
5).Memastikan bahwa calibration procedure telah diikuti.
6).Memastikan bahwa fied record telah di persiapkan deng baik dan sesui untuk cutomer inspection.
7).Membantu star up bilamana di perlukan.