Diagram Blok Sistem Kontrol

Ada dua bentuk umum sistem kontrol yaitu :
  1.  Sistem Kontrol Lingkar-terbuka (Open-Loop Control System).
  2.  Sistem Kontrol Lingkar-tertutup (Closed-Loop Control System) atau sistem kontrol dengan umpan balik (Feedback Control System).
Sistem kontrol yang pertama sering disebut pengaturan secara manual, sedangkan yang kedua disebut kontrol otomatis. Seperti diperlihatkan pada gambar 12.2, untuk memudahkan melihat proses pengaturan yang berlangsung dalam sistem kontrol, dibuat diagram blok yang menggambarkan aliran informasi dan komponen yang terlibat dalam sistem kontrol tersebut. Gambar kotak mewakili tiap komponen dalam sistem kontrol, sedangkan aliran informasi diperlihatkan dengan garis dengan tanda anak panah di salah satu ujungnya yang menandakan arah informasi atau data dalam proses pengaturan tersebut. Diagram blok sistem kontrol lingkar terbuka (SKL-buka) diperlihatkan dalam gambar 12.4.

 
Gambar 12.4 Diagram blok sistem kontrol open-loop
 
Sedangkan diagram blok sistem kontrol lingkar tertutup diperlihatkan dalam
gambar 12.5.
Gambar 12.5 Diagram blok sistem kontrol closed-loop
 
Dalam sistem kontrol lingkar tertutup, nilai keluaran berpengaruh langsung terhadap aksi pengaturan. Sinyal selisih (error) yaitu perbedaan antara masukan acuan dan sinyal umpan balik diberikan kepada kontroler sedemikian sehingga dalam prosesnya memperkecil selisih dan menghasilkan keluaran sistem pada harga atau kondisi yang diinginkan. Sistem kontrol lingkar tertutup dalam kenyataannya selalu merujuk kepada sistem yang menggunakan umpan balik untuk mengurangi error sistem.
 
Sistem kontrol lingkar-terbuka adalah sistem yang keluarannya tidakberpengaruh terhadap aksi pengaturan. Dengan kata lain, dalam sistem ini keluarannya tidak diukur ataupun diumpanbalikkan untuk dibandingkan dengan masukan. Contoh praktis sistem ini adalah mesin cuci. Perendaman,
pencucian, dan penyabunan dalam mesin cuci beroperasi berdasarkan waktu yang ditentukan oleh pengguna. Mesin tidak mengukur kondisi sinyal keluaran berupa kebersihan pakaian. Dalam sistem tersebut, keluaran tidak dibandingkan dengan masukan acuan, sehingga masukan acuan berhubungan dengan kondisi operasi (operating condition) yang tetap. Akibatnya ketelitian sistem sangat bergantung kepada kalibrasi. Dalam hal adanya gangguan, sistem kontrol lingkar-terbuka tidak akan menunjukkan hasil yang diharapkan. Sistem kontrol ini dapat digunakan dalam praktek hanya jika hubungan antara masukan dan keluaran diketahui dan tidak ada gangguan.
 
Keuntungan dari sistem kontrol lingkar-tertutup terlihat dari penggunaan umpan balik yang membuat respon sistem tidak terlalu peka (sensitif) terhadap gangguan luar ataupun perubahan nilai-nilai komponen dalam sistem. Hal tersebut memungkinkan penggunaan komponen yang tidak akurat dan murah untuk mewujudkan pengendalian yang akurat untuk suatu plant. Dari sisi kestabilan, sistem kontrol lingkar-terbuka relatif lebih mudah dibuat karena kestabilan sistem bukan masalah utama. Di lain pihak, kestabilan menjadi masalah besar dalam sistem kontrol lingkar-tertutup karena penanganan error yang berlebihan bisa menyebabkan osilasi. Sistem kontrol ini bermanfaat apabila ada gangguan yang bersifat sukar ditentukan atau diramalkan, tetapi biasanya sistem kontrol lingkar tertutup juga memerlukan daya dan biaya yang relatif lebih besar dibandingkan dengan sistem kontrol lingkar-terbuka yang bersesuaian.
 
Dewasa ini dengan kemajuan teknologi dalam bidang elektronika dan komputer, hampir seluruh sistem dikendalikan secara elektronis dan terkomputerisasi. Peran manusia menjadi hanya sebagai operator. Dalam merealisasikan sistem yang dikendalikan dengan komputer maka penambahan komponen pengubah dari sinyal analog ke digital dan sebaliknya mutlak diperlukan untuk menjamin keberlangsungan proses dalam sistem tersebut
 
Contoh 1: Pemanasan air
Perhatikan diagram skematik sistem pemanasan air pada gambar 12.6.

 Gambar 12.6 Sistem Pemanasan Air
Skema tersebut memperlihatkan sistem pengaturan yang bertujuan untuk memperoleh air panas dengan suhu tertentu. Air yang akan dipanaskan disimpan dalam tangki air (PLANT). Mekanisme pemanasan air dilakukan dengan mengalirkan uap panas ke dalam saluran uap panas yang selanjutnya
uap panas ini akan memanaskan air dingin yang masuk ke dalam tangki. Seorang operator (KONTROLER) bertugas untuk mengatur aksi buka tutup katup (AKTUATOR) pada saluran uap panas.
Algoritma kontrolnya adalah apabila suhu air panas kurang dari yang diinginkan maka buka katup saluran uap, sebaliknya jika suhu air panas lebih dari yang diinginkan maka tutup katup saluran uap. Sebuah termometer (SENSOR) digunakan untuk mendeteksi besar suhu air panas yang dihasilkan. Sistem kontrol tersebut dapat gambar 12.7 melalui diagram blok berikut

Gambar 12.7 Diagram blok sistem pemanasan air
Meskipun ada sensor berupa termometer pada sistem ini, kita tidak dapat mengatakan sistem ini sebagai SKL-tutup, karena data suhu tidak diproses langsung oleh sistem tetapi diproses melalui operator. Dengan kata lain, intervensi operator menyebabkan berlangsungnya proses dalam sistem. Apabila diinginkan menjadi sistem kontrol lingkar tertutup, maka fungsi operator harus diambil alih oleh peralatan elektronika pemroses keputusan (misalnya komputer atau mikrokontroler) serta rangkaian penggerak (driver) pemutar buka tutup katup. Selain itu sensor elektronis juga menjadi kebutuhan untuk menjamin tersedianya informasi keluaran yang terus-menerus. Bentuk diagram blok sistem kontrol lingkar tertutup untuk sistem pemanasan air ini diperlihatkan pada gambar 12.8
Gambar 12.8 Diagram blok sistem pemanasan air secara otomatis
 
Contoh 2. Pengaturan tinggi permukaan air
Gambar 12.9 secara skematik memperlihatkan pengaturan tinggi permukaan air. Dalam sistem ini, yang ingin diatur adalah tinggi permukaan air dalam tangki (PLANT). Seorang operator (KONTROLER) bertugas membuka tutup kran air (AKTUATOR) untuk menjaga tinggi permukaan air yang tetap. Algoritma kontrolnya adalah buka kran air apabila tinggi permukaan air turun dan tutup kran air apabila tinggi permukaan air lebih dari yang diinginkan.

Gambar 12.9 Pengaturan tinggi permukaan air

Disini yang berfungsi sebagai sensor adalah mata sang operator yang selalu melihat tinggi permukaan air.
 
Diagram blok sistem kontrol lingkar terbuka untuk sistem ini dapat digambarkan dalam bentuk berikut

Gambar 12.10 diagram blok pengaturan tinggi air
Contoh 3. Mobile Robot
Mobile robot secara sederhana didefinisikan sebagai robot yang bergerak sendiri mengikuti jalur (path) yang diinginkan untuk menghindari rintangan. Prototipenya diperlihatkan dalam gambar 12.11.
 
Gambar 12.11 Prototipe mobile robot
 
Prototipe mobile robot tersebut dilengkapi dengan sensor ultrasonik untuk mendeteksi jarak dirinya ke penghalang di depan, samping kiri, dan kanannya. Selain itu, mikrokontroler digunakan sebagai pengaturnya, dan motor stepper difungsikan untuk menggerakkan rodanya. Cara kerjanya adalah sebagai berikut. Robot berjalan dalam arah lurus ke depan, jika sensor depan mendeteksi adanya penghalang, maka sensor samping (kiri dan kanan) akan mendeteksi ada atau tidak penghalang. Jika di kiri tidak ada penghalang, maka robot berbelok ke kiri, sebaliknya jika penghalangnya di kiri, maka dia berbelok ke kanan. Sedangkan jika penghalang juga berada di kiri dan kanan, maka
robot bergerak mundur.
 
Diagram blok sederhana untuk menggambarkan sistem tersebut diperlihatkan pada gambar 12.12.
Gambar 12.12 kontrol otomatis pada mobile robot