[September] [2022]
Rancang Bangun Program Untuk Menggambarkan Kurva Lup Terbuka Pada Suatu Proses Industri
Cekmas Cekdin 1* ,Taufik Barlian 2 , Feby Ardianto 3 , Armin Sofijan 4
1,2,3 Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik , Universitas Muhammadiyah Palembang.
4 Program Studi Teknik Elektro , Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya cekmas_cekdin@yahoo.com 1 ,taufikbar018@gmail.com 2 , feby_ardianto@um-palembang.ac.id 3 , A_sofijan@ft.unsri.ac.id 4
Received 31 Mei 2022 | Revised 13 Oktober2022 | Accepted 27 Oktober 2022
*Corresponding Author : Cekmas Cekdin * , Email : cekmas_cekdin@yahoo.com
Abstrak ---Identifikasi kurva lup terbuka pada suatu proses industri sangatlah diperlukan. Identifikasi melalui  suatu  analisa grafik pemetaan untuk mendapatkan parameter-parameter pengendali PID. Parameter- parameter  pengendali  PID  diperlukan  untuk  mengadaptasi  perubahan  parameter  proses  yang  terjadi,  dan sekaligus  melakukan  penalaan  kembali  perameter  pengendali  secara  otomatis.  Pada  penelitian  ini akan dirancang bangun program untuk menggambarkan kurva lup terbuka pada suatu proses industri. Dari kurva lup terbuka pada suatu proses industri dapat diidentifikasi pada harga set point (r) yang diinginkan adalah 60 o C dan harga persentase proses variabel (PV) yang diinginkan adalah 50 %. Identifikasi dapat dilakukan dengan model :  tangent, tangent plus titik, C.L Smith, Broida, dan Strejc.
Kata kunci ---kurva lup terbuka, identifikasi, parameter-parameter pengendali PID.

## I. PENDAHULUAN
Sulitnya dalam mencari data kurva lup terbuka pada suatu proses industri, dikarenakan proses industri sedang  berjalan  dalam  mengolah  suatu  atau  beberapa  bahan  produk.  Kurva  lup  terbuka  pada  suatu  proses industri  sangat  berguna  untuk  identifikasi  dalam  menentukan  setting  pengendali  PID  lup  tertutup.  Dengan didapatkan kurva lup  terbuka pada suatu  proses industri  akan memudahkan dalam mendapatkan parameter- parameter pengendali PID melalui suatu analisa grafik pemetaan. Seringkali operator pengendali pada suatu proses industri untuk mendapatkan parameter-parameter unjuk kerja pengendali yang baik melalui metode trial and  error atau rule  of  thumb .  Metode  ini  sangatlah  tidak  baik  dan  sangat  berbahaya  sekali.  Karena  setiap perubahan  karakteristik  proses  harus  disertai  dengan  penalaan  kembali  parameter  pengendali  (Iplikci, 2013)(Wu  et  al.,  2019).  Akibatnya  operator  tidak  bisa  bergerak  secara  leluasa  karena  harus  mamantau perubahan  dinamika  dari  proses  industri  tersebut.  Pekerjaan  melakukan  setting  ulang  pengendali  untuk menentukan  paramter-parameternya  adalah  pekerjaan  yang  membutuhkan  waktu  dan  sangat  mengganggu proses  yang  sedang  berjalan.  Untuk  itu  diperlukan  suatu  teknik  yang  mampu  mengadaptasi  perubahan parameter  proses  yang  terjadi,  dan  sekaligus  melakukan  penalaan  kembali  perameter  pengendali  secara otomatis. Pada penelitian kan dirancang bangun program untuk menggambarkan kurva lup terbuka pada suatu proses industri  yang dapat  digunakan untuk identifikasi  dalam menentukan parameter-parameter pengendali PID. Identifikasi dapat digunakan dengan model :  tangent, tangent plus titik, C.L Smith, Broida, dan Strejc.

## II. METODE PENELITIAN
A. Sistem Pengendalian Secara manual
Sistem pengendalian secara manual adalah suatu sistem pengendalian yang dilakukan oleh manusia sebagai operatornya. Sebagai contoh sistem pengendalian secara manual dapat dilihat seperti Gambar 1. Pada gambar tersebut adalah pengendalian tinggi permukaan cairan pada sebuah tangki. Operator mempertahankan permukaan cairan yang diinginkan ( set point ). Dalam hal ini permukaan cairan diingat oleh operator sendiri, dan  sebagai  sensor  adalah  pengelihatan  operator.  Operator  membandingkan  tinggi  permukaan  caian sesungguhnya  pada  saat  itu,  dengan  tinggi  permukaan  cairan  yang  diinginkan  dengan  cara  membuka  atau menutup katup ( valve ) sebagai actuator(Dorf & Bishop, 2008).

## Gambar 1. Pengendalian Tinggi Permukaan Cairan Secara Manual Pada Sebuah Tangka
Sistem pengendalian loop terbuka adalah sistem pengendalian yang keluarannya ( process variable ) tidak dapat dibandingkan  dengan  masukan  acuan  ( set  point ).  Sebagai  contoh  sistem  pengendalian loop terbuka  adalah mesin  cuci  (Ogata,  2010).  Perendaman,  pencucian  dan  pembilasan  dilakukan  atas  basis  waktu.  Gambar diagram blok sistem pengendalian loop terbuka dapat dilihat seperti pada Gambar 2.
Gambar 2. Diagram Blok Sistem Pengendali Loop Terbuka(Corripio & Smith, 1997)
Dalam simbol matematis dari Gambar 2 adalah seperti Gambar 3.
K C ( t ) R ( t )
1 + − τ.s e K td.s s
Gambar 3. Simbol matematis dari Gambar 2 (Stephanopoulos, 1984)
B. Fungsi Alih
Turuan fungsi alih dari Gambar 3 secara matematis adalah
1 . ) ( ) ( . + = − s τ e K K s R s C s td s (1)
Bila K = 1, Persamaan (1) menjadi
1 ) ( ) ( . + = − s τ e K s R s C s td s
(2)
Perkalian silang antara ruas kiri dan kanan dari sama dengan pada Persamaan (2) adalah
) ( ) ( ) ( . s R e K s C s C s τ s td s − = + (3)
Persamaan (3) dalam bentuk kawasan fungsi t dan dibagi dengan τ menjadi
r τ e K τ c dt dc s td s . − = + (4)
Persamaan (4) di atas diidentikan dengan persamaan berikut(Greenberg, 2014)
) ( ) ( x Q y x P dx dy = +
(5)
Penyelesaian Persamaan (5) adalah
k dx x Q e y e dx x P dx x P +  =  ) ( ) ( ) ( (6)
atau
[September] [2022]
  k dx x Q e e y dx x P dx x P +   = − ) ( ) ( ) (
(7)
Jadi, penyelesaian Persamaan (4), disini
τ t t P = ) (
(8)
Sehingga,
k dt e τ r K e c e t td s τ t τ t +  = − . . . (9)
atau
k e t td r K c e τ t td s τ t + = − 2 . . . 2 . (10)
atau τ t t td s e t td r K k c − − − = 2 . . . 2 . (11)
dalam fungsi waktu Persamaan (11) adalah
τ t t td s e t td t r K k t c − − − = 2 . . . 2 ) ( . ) ( (12)

## C. Kode Program
Program  dibuat  dengan  bahasa  MATLAB  Versi  6.5.(Lindfield  &  Penny,  2018)(Education  &  Course,  n.d.) Susunan bahasa programnya seperti berikut:
% =================================================== % == PROGRAM UNTUK MENGGAMBARKAN KURVA LUP TERBUKA == % =================================================== disp(' Harga r yang diinginkan :') disp('--------------------------') r = input('r = '); disp(' Persentasi harga c yang diingnkan :') disp('------------------------------------') persen = input('persen = '); Ks = 1.2; tau = 2.41; td = 0.59; K = 1; for t = 0 : 0.009 : 20 c = K-(r*Ks/(2*t*td))*exp((-t-(td*t^2))/(tau)); % Persentasi harga c : cp = persen*c; v = [0 20 0 80]; axis(v); plot(t,cp,'--',t,r,'x') grid on hold on xlabel('t') ylabel('% c(t)') end

## III.   HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Hasil
Kurva lup terbuka dari program adalah kurva heat exchanger (Khan, 2017) dengan Ks = 1,2, τ = 2,41 menit, td = 0,59 menit, pada r diinginkan adalah 60 o C dan harga c diinginkan dalam persen adalah 50 %. Hasil dari program seperti Gambar 4.
Gambar 4. Hasil Program Kurva Lup Terbuka

## B. Pembahasan
Dalam menghasilkan kurva lup terbuka  ang mendekati dinamika di lapangan perlu diketahui terlebih dahulu  harga-harga  parameter  proses  :  gain  static  (Ks), tau (τ),  dan  waktu  tunda  (td),  juga  perlu  ditetapkan harga  r  yang  diinginkan  dan  persentase  harga  c  yang  diinginkan.  Dari  Gambar  4  kurva  lup  terbuka  yang dihasilkan yaitu kurva lup terbuka heat exchanger dengan Ks = 1,2, τ = 2,41 menit, td = 0,59 menit, pada harga set point (r) yang diinginkan adalah 60 o C dan harga persentase proses variabel (PV) yang diinginkan adalah 50 %. Terlihat dari hasil perhitungan pada Gambar 4 mendekati kejadian di lapangan.

## IV. KESIMPULAN
Hasil  program  simulasi  kurva  lup  terbuka  terlihat  seperti  pada  Gambar  4  mendekati  dinamika  di lapangan. Dalam merancang program simulasi kurva lup terbuka pada heat exchanger terlebih dahulu diketahui harga-harga parameter proses : gain static (Ks), tau (τ), dan waktu tunda (td). Kemudian langkah selanjutnya perlu ditetapkan harga r yang diinginkan dan persentase harga c yang diinginkan. Pada harga set point (r) yang diinginkan adalah 60 o C dan harga persentase proses variabel (PV) yang diinginkan adalah 50 %.

## DAFTAR PUSTAKA
Corripio, A. B., & Smith, C. (1997). Principles and practice of automatic process control . John Wiiley.
Dorf, R. C., & Bishop, R. H. (2008). Modern control systems . Pearson Prentice Hall.
Education, P., & Course, N.-C. (n.d.). Semester-I. Electrical Engineering , 3 (2), 1.
Greenberg, M. D. (2014). Solutions manual to accompany ordinary differential equations . John Wiley & Sons.
Iplikci, S. (2013). Runge–Kutta model-based adaptive predictive control mechanism for non-linear processes. Transactions of the Institute of Measurement and Control , 35 (2), 166–180.
Khan, S. (2017). Modeling and Temperature Control of Heat Exchanger Process . LAP LAMBERT Academic Publishing.
Lindfield, G., & Penny, J. (2018). Numerical methods: using MATLAB . Academic Press.
Ogata, K. (2010). Modern control engineering (Vol. 5). Prentice hall Upper Saddle River, NJ.
Stephanopoulos, G. (1984). Chemical process control (Vol. 2). Prentice hall New Jersey.
Wu, Z., Li, D., & Xue, Y. (2019). A New PID controller design with constraints on relative delay margin for first-order plus dead-time systems. Processes , 7 (10), 713.