Dalpro: PID - Integral Control (4)

Salah satu cara untuk menghilangkan adanya "Offset" yang ditimbulkan oleh adanya disturbance pada proportional control oleh Output adalah dengan memasukkan fungsi "Integral". Perlu untuk dipahami bahwa baik fungsi "Integral" maupun "Derivative" secara nature berbeda dengan fungsi "Proportional". Fungsi "Integral" dan "Derivative" pada controller adalah fungsi penyokong yang ditambahkan ke dalam fungsi "Proportional". Pengaruh daripada kedua fungsi tersebut terhadap fungsi "Proportional" sangat berhubungan dengan setting waktu yang dimasukkan ke dalam kedua fungsi tersebut.

Adanya fungsi "Integral" dalam Output akan menyajikan sebuah nilai Output baru yang memiliki nilai yang berbeda dibandingkan dengan jika yang dipakai oleh Output hanya fungsi "Proportional" saja.

Integral Respons

Integral merupakan fungsi matematik untuk menjumlahkan semua elemen yang ada dalam sebuah kumpulan. Dalam pengendalian proses, elemen yang dimaksud adalah error. Sepanjang ada error, maka Output akan terus bergerak tanpa ter-regulasi karena controller akan terus mengakumulasi error dan menjadikannya sebagai Output. Output hanya akan kembali stabil ketika error sudah tidak diketemukan lagi. Dengan kata lain, "Offset" akan menjadi umpan daripada fungsi "Integral" untuk bisa bekerja dan fungsi "Integral" akan hilang ketika nilai Set Point sudah tercapai. Oleh karena itulah, fungsi integral disebut juga dengan fungsi "Reset" karena tugasnya adalah men-set kembali nilai Output ke posisi yang baru sehingga variabel proses bisa kembali ke posisi yang diinginkan meskipun ada gangguan.

Respons open loop dari Mode Integral

Adjustment nilai "Integral" dalam PI control akan mempengaruhi seberapa cepat nilai Output akan berubah sebagai fungsi daripada waktu. Untuk lebih jelasnya mari lihat gambar berikut:

Respons open loop dari Mode Proportional + Integral

Gambar tersebut menjelaskan mengenai respons yang ditunjukkan oleh PI control terhadap adanya perubahan Input dalam fungsi "Step". Respon yang ditunjukkan oleh Output pertama kali berupa Proportional ditunjukkan dengan perubahan dalam bentuk "Step" yang selanjutnya diiringi dengan Integral yang ditunjukkan oleh garis miring. Selama masih ada error terbentuk, maka garis miring tersebut akan terus turun, menunjukkan Mode Integral.

Satu hal yang perlu diperhatikan adalah nilai kemiringan yang ditunjukkan Mode Integral pada Output. Magnitude penurunan dari garis miring tersebut adalah sama besarnya dengan yang ditunjukkan oleh Mode Proportional pada kurun waktu Rt. Rt adalah reset time atau bisa disebut dengan Integral Action Time (IAT). IAT adalah waktu yang dibutuhkan untuk memberikan kontribusi Integral dalam PI control dimana nilai perubahan Outputnya menyamai magnitude dari Mode Proportional yang ditunjukkan pada saat awal.

Semakin besar nilai IAT, maka akan membuat kontribusi Integral menjadi tidak signifikan. Beberapa controller menggunakan kebalikan dari nilai IAT untuk menyatakan Mode Integral, yang disebut dengan repeat rate, dengan unit repeats per minute. Adjustment dari nilai ini akan menunjukkan seberapa banyak pengulangan dari aksi Proportional yang dihasilkan oleh Mode Integral selama satu menit. Semakin besar nilai repeat rate, maka akan semakin besar pengaruh dari Mode Integral ke dalam controller.

Pengaruh Mode Integral - Repeat rate

Salah satu kelemahan dari Mode "Integral" adalah adanya "Integral wind-up" atau "Reset wind-up" dimana controller Output menjauh dari posisi Output yang diinginkan karena adanya perbedaan antara Set point dengan process variable. Hal ini biasa terjadi ketika Shut Down dimana nilai process variable akan menjadi nol, tetapi nilai Set point tidak berubah. Pada saat "Start-up", maka peristiwa "Over-shoot" dari process variable terjadi diakibatkan besarnya nilai reset yang ditimbulkan akibat "Shut-down" membuat valve mencapai limitnya hingga procss variable melewati titik Set Point. Jika "Over-shoot" yang ditunjukkan oleh process variable sangat tinggi, maka hal ini akan menimbulkan valve bergerak berlawanan dari titik extrem sebelumnya. Jika peristiwa ini berulang, maka akan menimbulkan peristiwa "osilasi" pada sekitar Set point.

Selain itu, Reset wind-up juga bisa terjadi ketika nilai "Integral" terlalu tinggi jika dibandingkan dengan "dead time" yang dimiliki oleh suatu proses dan juga proses yang dilakukan secara "batch".  Untuk mencegah Reset wind-up, controller dilengkapi dengan fitur Anti Reset Wind-Up (ARW) yang bisa digunakan. 

Anti reset wind-up pada Start-up

Pada bagian selanjutnya akan dibahas mengenai kontribusi Mode Derivative pada sebuah pengendalian proses.

Keep Stay Tuned