Dalam ilmu material, quenching adalah pendinginan cepat benda kerja dalam air, gas, minyak, polimer, udara, atau cairan lain untuk mencapai sifat material tertentu. Sebagai salah satu jenis perlakuan panas, pendinginan mencegah proses suhu rendah yang tidak diinginkan, seperti transisi fase. Hal ini dilakukan dengan mengurangi periode waktu di mana reaksi yang tidak diinginkan tersebut secara termodinamika menguntungkan dan dapat diakses secara kinetik; misalnya, pengerasan dapat mengurangi ukuran butiran kristal bahan logam dan plastik dan meningkatkan kekerasannya.

Dalam metalurgi, pendinginan paling sering digunakan untuk mengeraskan baja dengan menginduksi transformasi martensit, di mana baja harus didinginkan dengan cepat ke titik eutektoid, yang menyebabkan perubahan ketidakstabilan austenit. Pendinginan yang cepat mencegah pembentukan struktur sementit, tetapi memaksa atom karbon dalam kisi ferit untuk larut. Pada baja yang dipadukan dengan logam seperti nikel dan mangan, temperatur eutektoid turun secara signifikan, namun ketahanan kinetik terhadap transisi fase tetap sama. Hal ini memungkinkan pendinginan dimulai pada suhu yang lebih rendah, sehingga prosesnya lebih mudah. Tungsten juga ditambahkan ke baja berkecepatan tinggi, yang menimbulkan hambatan kinetik, yang, antara lain, memberikan sifat material (kekerasan dan ketahanan aus) seolah-olah benda kerja mendingin lebih cepat daripada yang sebenarnya.

Bahkan pendinginan yang lambat dari paduan tersebut di udara menghasilkan sebagian besar efek pendinginan yang diinginkan; baja berkecepatan tinggi mengalami kerusakan dengan siklus pemanasan yang jauh lebih sedikit karena pemotongan yang cepat. Pendinginan yang sangat cepat dapat mencegah pembentukan semua struktur kristal, sehingga menghasilkan logam amorf atau kaca logam.

Mendinginkam (Quenching) pengerasan

Quench hardening adalah proses mekanis yang digunakan untuk memperkuat dan mengeraskan baja dan paduan besi tuang. Ini melibatkan pemanasan material hingga suhu tertentu, diikuti dengan pendinginan cepat untuk menghasilkan struktur yang lebih keras. Proses ini dapat diterapkan untuk pengerasan permukaan atau pengerasan menyeluruh, bergantung pada hasil yang diinginkan dan laju pendinginan. Selanjutnya, tempering dapat dilakukan untuk mengurangi kerapuhan. Komponen yang biasa dikenai quench hardening meliputi roda gigi, poros, dan blok aus.

Sebelum pengerasan, baja dan paduan besi cor memiliki struktur butiran perlitik yang seragam dan pipih, yang relatif lunak. Dengan memanaskan material di atas suhu transisi eutektoidnya dan kemudian mendinginkannya dengan cepat, struktur kristal berubah menjadi struktur martensit yang lebih keras, cocok untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan tinggi terhadap deformasi, seperti ujung tombak pisau.

Proses pendinginan melibatkan pemanasan sampel hingga suhu tertentu, memastikan keseragaman di seluruh benda kerja. Selanjutnya, benda kerja direndam dalam udara, cairan, atau vakum, menjaga distribusi suhu seragam. Setelah direndam, benda kerja didinginkan dengan cara direndam dalam cairan quenching, seperti air, minyak mineral, atau quenchant yang diformulasikan khusus. Fluida quenching yang berbeda menghasilkan karakteristik akhir yang berbeda-beda pada bagian quenching. Alternatifnya, gas inert seperti nitrogen atau gas mulia dapat digunakan untuk pendinginan.

Distorsi dan kekerasan yang berlebihan dapat terjadi setelah quenching, sehingga memerlukan tempering untuk meningkatkan ketangguhan. Tempering melibatkan pemanasan ulang material hingga suhu di bawah titik kritis dan membiarkannya mendingin di udara tenang. Penghilangan panas selama quenching terjadi dalam tiga tahap: pembentukan gelembung uap, pendinginan pengangkutan uap, dan pendinginan cairan, yang masing-masing berkontribusi terhadap proses pendinginan secara keseluruhan.
 

Disadur dari: en.wikipedia.org 

Fisika teknik, atau ilmu teknik, mengacu pada studi gabungan disiplin ilmu fisika, matematika, kimia, biologi, dan teknik, khususnya komputer, nuklir, listrik, elektronik, kedirgantaraan, material, atau teknik mesin. Dengan berfokus pada metode ilmiah sebagai dasar yang ketat, ilmu ini mencari cara untuk menerapkan, merancang, dan mengembangkan solusi baru dalam bidang teknik.

Pengertian

Tidak seperti disiplin ilmu teknik tradisional, sains/fisika teknik tidak selalu terbatas pada cabang sains, teknik, atau fisika tertentu. Sebaliknya, sains/fisika teknik dimaksudkan untuk memberikan landasan yang lebih menyeluruh dalam fisika terapan untuk spesialisasi yang dipilih seperti optik, fisika kuantum, ilmu material, mekanika terapan, elektronik, teknologi nano, mikrofabrikasi, mikroelektronika, komputasi, fotonika, teknik mesin, teknik elektro, teknik nuklir, biofisika, teori kontrol, aerodinamika, energi, fisika zat padat, dan lain-lain. Ini adalah disiplin ilmu yang ditujukan untuk menciptakan dan mengoptimalkan solusi teknik melalui peningkatan pemahaman dan penerapan terpadu dari prinsip-prinsip matematika, ilmiah, statistik, dan teknik. Disiplin ilmu ini juga dimaksudkan untuk lintas fungsi dan menjembatani kesenjangan antara ilmu pengetahuan teoretis dan teknik praktis dengan penekanan pada penelitian dan pengembangan, desain, dan analisis.

Patut dicatat bahwa dalam banyak bahasa, istilah "fisika teknik" akan langsung diterjemahkan ke dalam bahasa Inggris sebagai "fisika teknik". Di beberapa negara, baik apa yang akan diterjemahkan sebagai "fisika teknik" dan apa yang akan diterjemahkan sebagai "fisika teknik" adalah disiplin ilmu yang mengarah pada gelar akademik, dengan spesialisasi yang pertama dalam penelitian tenaga nuklir, dan yang terakhir lebih dekat dengan fisika teknik. Di beberapa institusi, jurusan fisika teknik (atau terapan) merupakan disiplin ilmu atau spesialisasi dalam lingkup ilmu teknik, atau ilmu terapan.

Di banyak universitas, program ilmu teknik dapat ditawarkan pada tingkat B.Tech, M.Sc. dan Ph.D. Biasanya, inti dari mata kuliah dasar dan lanjutan dalam matematika, fisika, kimia, dan biologi menjadi dasar dari kurikulum, sementara bidang pilihan yang umum meliputi dinamika fluida, fisika kuantum, ekonomi, fisika plasma, relativitas, mekanika padat, riset operasi, keuangan kuantitatif, teknologi informasi dan teknik, sistem dinamis, bioteknologi, teknik lingkungan, teknik komputasi, matematika teknik dan statistika, perangkat solid-state, ilmu material, elektromagnetisme, ilmu nano, teknologi nano, energi, dan optik.

Sementara program-program teknik biasa (sarjana) umumnya berfokus pada penerapan metode yang sudah mapan untuk desain dan analisis solusi teknik di bidang-bidang tertentu (misalnya domain tradisional teknik sipil atau mekanik), program-program sains teknik (sarjana) berfokus pada penciptaan dan penggunaan teknik-teknik eksperimental atau komputasi yang lebih canggih di mana pendekatan standar tidak memadai (misalnya pengembangan solusi teknik untuk masalah-masalah kontemporer di bidang ilmu fisika dan ilmu hayati dengan menerapkan prinsip-prinsip fundamental).

Jenjang Karir

Fisikawan teknik yang berkualifikasi, dengan gelar di bidang Fisika Teknik, dapat bekerja secara profesional sebagai insinyur dan/atau fisikawan di industri teknologi tinggi dan lebih jauh lagi, menjadi ahli domain di berbagai bidang teknik dan ilmiah.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Kontrol proses industri atau sederhananya kontrol proses dalam proses produksi berkelanjutan adalah disiplin ilmu yang menggunakan sistem kontrol industri dan teori kontrol untuk mencapai tingkat konsistensi, ekonomi, dan keamanan produksi yang tidak dapat dicapai murni dengan kontrol manual manusia. Hal ini diterapkan secara luas di industri seperti otomotif, pertambangan, pengerukan, penyulingan minyak, pembuatan pulp dan kertas, pemrosesan kimia, dan pembangkit listrik.

Ada berbagai macam ukuran, jenis, dan kompleksitas, tetapi memungkinkan sejumlah kecil operator untuk mengelola proses yang kompleks dengan tingkat konsistensi yang tinggi. Pengembangan sistem kontrol proses industri besar berperan penting dalam memungkinkan desain proses bervolume besar dan kompleks, yang tidak dapat dioperasikan secara ekonomis atau aman.

Tonggak Sejarah

Penemuan kontrol proses dimulai dengan perangkat kontrol air seperti katup pelampung dan katup pengisian yang ditemukan oleh Ktesibios dan Heron dari Alexandria pada abad ke-3 SM dan abad ke-1 Masehi. Kemudian, Cornelis Drebbel menemukan termostat bimetal untuk mengontrol suhu pada tahun 1620, dan Denis Papin menemukan cara untuk mengatur tekanan dalam bejana dengan pemberat pada tahun 1681. Edmund Lee menciptakan fantail untuk meningkatkan efisiensi kincir angin pada tahun 1745.

Dalam Revolusi Industri pada abad ke-18, penemuan kontrol proses ditujukan untuk menggantikan operator manusia dengan proses mekanis, seperti kincir tepung bertenaga air yang diciptakan oleh Oliver Evans pada tahun 1784. Henry Ford kemudian menerapkan konsep tersebut dalam jalur perakitan mobil pada tahun 1910. Kemudian, pada tahun 1922, Nicholas Minorsky mengembangkan hukum kontrol formal yang disebut kontrol PID untuk kontrol proses variabel kontinu.

Kontrol PID bergantung pada analisis teoritis dan pengamatan juru mudi dalam merancang kemudi kapal otomatis untuk Angkatan Laut AS. Minorsky memperhatikan bahwa juru mudi mengarahkan kapal berdasarkan kesalahan arah saat ini, kesalahan di masa lalu, dan laju perubahan saat ini. Konsep kontrol PID mencakup kontrol proporsional, kontrol integral, dan kontrol turunan untuk mencapai stabilitas dan kontrol yang optimal.

Perkembangan Modern

Revolusi Industri memacu kemajuan dalam kontrol proses, yang bertujuan untuk memekanisasi proses dan mengurangi campur tangan manusia. Dengan munculnya prosesor elektronik dan tampilan grafis, pengontrol diskrit digantikan oleh algoritme berbasis komputer, sehingga memunculkan sistem kontrol terdistribusi (DCS). DCS memungkinkan interkoneksi yang mudah, konfigurasi ulang kontrol pabrik, dan penanganan alarm yang canggih, mengantarkan era baru efisiensi dan otomatisasi dalam proses industri.

Hierarki dan Jenis

Diagram yang menyertai adalah model umum yang menunjukkan tingkat manufaktur fungsional dalam proses besar yang menggunakan prosesor dan kontrol berbasis komputer.

Mengacu pada diagram: Level 0 berisi perangkat lapangan seperti sensor aliran dan suhu (pembacaan nilai proses - PV), dan elemen kontrol akhir (FCE), seperti katup kontrol; Level 1 berisi modul Input/Output (I/O) industri, dan prosesor elektronik terdistribusi yang terkait; Level 2 berisi komputer pengawas, yang mengumpulkan informasi dari node prosesor pada sistem, dan menyediakan layar kontrol operator; Level 3 adalah level kontrol produksi, yang tidak secara langsung mengontrol proses, tetapi berkaitan dengan pemantauan produksi dan target pemantauan; Level 4 adalah level penjadwalan produksi.

Model kontrol

Untuk menentukan model fundamental untuk proses apa pun, input dan output sistem didefinisikan secara berbeda dari proses kimia lainnya.Persamaan keseimbangan ditentukan oleh input dan output kontrol daripada input material. Model kontrol adalah sekumpulan persamaan yang digunakan untuk memprediksi perilaku suatu sistem dan dapat membantu menentukan respon terhadap perubahan. Variabel keadaan (x) adalah variabel terukur yang merupakan indikator yang baik untuk keadaan sistem, seperti suhu (keseimbangan energi), volume (keseimbangan massa) atau konsentrasi (keseimbangan komponen). Variabel input (u) adalah variabel yang ditentukan yang biasanya mencakup laju aliran.

Penting untuk dicatat bahwa aliran yang masuk dan keluar dianggap sebagai input kontrol. Input kontrol dapat diklasifikasikan sebagai variabel yang dimanipulasi, gangguan, atau tidak terpantau. Parameter (p) biasanya merupakan batasan fisik dan sesuatu yang ditetapkan untuk sistem, seperti volume bejana atau viskositas material. Output (y) adalah metrik yang digunakan untuk menentukan perilaku sistem. Output kontrol dapat diklasifikasikan sebagai terukur, tidak terukur, atau tidak terpantau.

Jenis

Proses dapat dikategorikan sebagai batch, kontinu, atau hibrida.[9] Aplikasi batch mengharuskan sejumlah bahan mentah tertentu digabungkan dengan cara tertentu selama durasi tertentu untuk menghasilkan hasil antara atau hasil akhir. Salah satu contohnya adalah produksi perekat dan lem, yang biasanya membutuhkan pencampuran bahan baku dalam bejana yang dipanaskan untuk jangka waktu tertentu untuk membentuk sejumlah produk akhir. Contoh penting lainnya adalah produksi makanan, minuman, dan obat-obatan. Proses batch umumnya digunakan untuk menghasilkan jumlah produk yang relatif rendah hingga menengah per tahun (beberapa kilogram hingga jutaan kilogram).

Sistem fisik kontinu diwakili melalui variabel yang lancar dan tidak terputus-putus dalam waktu. Kontrol suhu air dalam jaket pemanas, misalnya, adalah contoh kontrol proses kontinu. Beberapa proses kontinu yang penting adalah produksi bahan bakar, bahan kimia, dan plastik. Proses kontinu di bidang manufaktur digunakan untuk menghasilkan produk dalam jumlah yang sangat besar per tahun (jutaan hingga miliaran pound). Kontrol semacam itu menggunakan umpan balik seperti pada pengontrol PID Pengontrol PID mencakup fungsi pengontrol proporsional, integrasi, dan turunan. Aplikasi yang memiliki elemen kontrol proses batch dan kontinu sering disebut aplikasi hibrida.

Loop Kontrol

Blok bangunan fundamental dari setiap sistem kontrol industri adalah loop kontrol, yang mengontrol hanya satu variabel proses. Contohnya ditunjukkan pada diagram yang menyertai, di mana laju aliran dalam pipa dikontrol oleh pengontrol PID, dibantu oleh loop bertingkat yang secara efektif berupa pengontrol servo katup untuk memastikan posisi katup yang benar.

Beberapa sistem besar mungkin memiliki beberapa ratus atau ribuan loop kontrol. Dalam proses yang kompleks, loop bersifat interaktif, sehingga pengoperasian satu loop dapat memengaruhi pengoperasian loop lainnya. Diagram sistem untuk merepresentasikan loop kontrol adalah diagram perpipaan dan instrumentasi.Sistem kontrol yang umum digunakan termasuk pengontrol logika yang dapat diprogram (PLC), Sistem Kontrol Terdistribusi (DCS) atau SCADA.

Contoh lebih lanjut ditunjukkan. Jika katup kontrol digunakan untuk menahan level dalam tangki, pengontrol level akan membandingkan pembacaan ekuivalen dari sensor level dengan setpoint level dan menentukan apakah pembukaan katup lebih banyak atau lebih sedikit diperlukan untuk menjaga level tetap konstan. Pengontrol aliran bertingkat kemudian dapat menghitung perubahan posisi katup.

Keuntungan ekonomi

Proses produksi dalam batch dan kontinu memerlukan efisiensi yang tinggi untuk menghasilkan keuntungan ekonomi karena margin yang tipis. Untuk memenuhi spesifikasi produk, diperlukan kontrol proses yang baik. Spesifikasi bisa berupa batas minimum dan maksimum atau kisaran yang harus dipenuhi.

Penggunaan penyangga pada titik setel proses diperlukan untuk mencegah produk keluar dari spesifikasi akibat gangguan yang terjadi. Namun, penggunaan penyangga ini juga memiliki biaya ekonomi. Efisiensi proses dapat ditingkatkan dengan mengurangi margin yang diperlukan untuk memastikan spesifikasi terpenuhi.

Caranya adalah dengan meningkatkan kontrol proses untuk meminimalkan efek gangguan dan mempersempit variasi serta menggeser target. Setelah margin dipersempit, analisis ekonomi dapat dilakukan untuk menentukan pergeseran target yang lebih efisien. Strategi kontrol proses yang efektif akan meningkatkan keunggulan kompetitif bagi produsen.

Disadur dari: en.wikipedia.org 

Rekayasa instrumentasi dan kontrol (ICE) adalah cabang teknik yang mempelajari pengukuran dan kontrol variabel proses, serta desain dan implementasi sistem yang menggabungkannya. Variabel proses meliputi tekanan, suhu, kelembapan, aliran, pH, gaya, dan kecepatan.

ICE menggabungkan dua cabang teknik. Rekayasa instrumentasi adalah ilmu tentang pengukuran dan kontrol variabel proses dalam area produksi atau manufaktur. Sementara itu, teknik kontrol, juga disebut teknik sistem kontrol, adalah disiplin ilmu teknik yang menerapkan teori kontrol untuk mendesain sistem dengan perilaku yang diinginkan.

Insinyur kontrol bertanggung jawab atas penelitian, desain, dan pengembangan perangkat dan sistem kontrol, biasanya di fasilitas manufaktur dan pabrik proses. Metode kontrol menggunakan sensor untuk mengukur variabel output perangkat dan memberikan umpan balik kepada pengontrol sehingga dapat melakukan koreksi terhadap kinerja yang diinginkan. Kontrol otomatis mengelola perangkat tanpa memerlukan input manusia untuk koreksi, seperti cruise control untuk mengatur kecepatan mobil.

Kegiatan rekayasa sistem kontrol bersifat multi-disiplin. Mereka berfokus pada implementasi sistem kontrol, terutama yang berasal dari pemodelan matematika. Karena instrumentasi dan kontrol memainkan peran penting dalam mengumpulkan informasi dari suatu sistem dan mengubah parameternya, maka keduanya merupakan bagian penting dari loop kontrol.

Sebagai profesi

Permintaan yang tinggi untuk para profesional teknik ditemukan di bidang-bidang yang terkait dengan otomatisasi proses. Spesialisasi termasuk instrumentasi industri, dinamika sistem, kontrol proses, dan sistem kontrol. Selain itu, pengetahuan teknologi, khususnya dalam sistem komputer, sangat penting untuk pekerjaan seorang insinyur instrumentasi dan kontrol; topik terkait teknologi yang penting termasuk interaksi manusia-komputer, pengontrol logika yang dapat diprogram, dan SCADA. Tugas-tugasnya berpusat pada perancangan, pengembangan, pemeliharaan, dan pengelolaan sistem kontrol.

Tujuan dari pekerjaan seorang insinyur instrumentasi dan kontrol adalah untuk memaksimalkan:

• Produktivitas
• Optimalisasi
• Stabilitas
• Keandalan
• Keamanan
• Kontinuitas

Sebagai disiplin ilmu akademis

Teknik instrumentasi dan kontrol adalah bidang studi penting yang ditawarkan di banyak universitas di seluruh dunia, baik di tingkat sarjana maupun pascasarjana. Disiplin ilmu ini mengintegrasikan prinsip-prinsip dari berbagai cabang teknik, memberikan pemahaman yang komprehensif tentang desain, analisis, dan manajemen sistem otomatis.

Mata kuliah yang umum untuk disiplin ini mencakup, tetapi tidak terbatas pada, mata kuliah seperti desain sistem kontrol, dasar-dasar instrumentasi, kontrol proses, sensor dan pemrosesan sinyal, otomasi, robotika, dan komunikasi data industri. Mata kuliah tingkat lanjut dapat mempelajari topik-topik seperti sistem kontrol cerdas, pemrosesan sinyal digital, dan desain sistem tertanam.

Mahasiswa sering kali memiliki kesempatan untuk terlibat dalam praktikum dan proyek-proyek yang relevan dengan industri, yang mengembangkan keterampilan praktis di samping pengetahuan teoritis. Pengalaman-pengalaman ini sangat penting dalam mempersiapkan para lulusan untuk berkarir di berbagai sektor termasuk manufaktur, pembangkit listrik, minyak dan gas, dan perawatan kesehatan, di mana mereka dapat merancang dan memelihara sistem yang mengotomatisasi proses, meningkatkan efisiensi, dan meningkatkan keselamatan.

Bersifat interdisipliner, bidang ini dapat diakses oleh mahasiswa dari berbagai latar belakang teknik. Umumnya, mahasiswa dengan latar belakang Teknik Elektro dan Teknik Mesin tertarik pada bidang ini karena dasar yang kuat dalam sistem kontrol, dinamika sistem, mesin dan perangkat elektro-mekanis, dan sirkuit listrik (pekerjaan kursus). Namun, dengan meningkatnya kompleksitas dan integrasi sistem, mahasiswa dari bidang-bidang seperti teknik komputer, teknik kimia, dan bahkan teknik biomedis semakin berkontribusi dan mendapat manfaat dari studi di bidang teknik instrumentasi dan kontrol.

Selain itu, kemajuan teknologi yang pesat di berbagai bidang seperti Internet of Things (IoT), kecerdasan buatan (AI), dan pembelajaran mesin terus membentuk kurikulum disiplin ini, menjadikannya bidang studi yang terus berkembang dan dinamis.

Disadur dari: en.wikipedia.org 

Teknik kontrol atau teknik sistem kontrol adalah disiplin ilmu teknik yang berhubungan dengan sistem kontrol, menerapkan teori kontrol untuk merancang peralatan dan sistem dengan perilaku yang diinginkan dalam lingkungan kontrol. Disiplin ilmu kontrol tumpang tindih dan biasanya diajarkan bersama dengan teknik elektro, teknik kimia, dan teknik mesin di banyak institusi di seluruh dunia.

Praktik ini menggunakan sensor dan detektor untuk mengukur kinerja output dari proses yang sedang dikontrol; pengukuran ini digunakan untuk memberikan umpan balik korektif yang membantu mencapai kinerja yang diinginkan. Sistem yang dirancang untuk bekerja tanpa memerlukan masukan dari manusia disebut sistem kontrol otomatis (seperti cruise control untuk mengatur kecepatan mobil). Bersifat multidisiplin, kegiatan rekayasa sistem kontrol berfokus pada implementasi sistem kontrol yang sebagian besar berasal dari pemodelan matematis berbagai macam sistem.

Gambaran Umum

Teknik kontrol modern adalah bidang studi yang relatif baru yang mendapatkan perhatian signifikan selama abad ke-20 dengan kemajuan teknologi. Hal ini dapat didefinisikan secara luas atau diklasifikasikan sebagai aplikasi praktis dari teori kontrol. Teknik kontrol memainkan peran penting dalam berbagai sistem kontrol, mulai dari mesin cuci rumah tangga sederhana hingga pesawat tempur berkinerja tinggi. Teknik kontrol berusaha memahami sistem fisik, menggunakan pemodelan matematika, dalam hal input, output, dan berbagai komponen dengan perilaku yang berbeda; menggunakan alat desain sistem kontrol untuk mengembangkan pengontrol untuk sistem tersebut; dan untuk mengimplementasikan pengontrol dalam sistem fisik dengan menggunakan teknologi yang tersedia. Sebuah sistem dapat berupa sistem mekanis, elektrik, fluida, kimiawi, finansial, atau biologis, dan pemodelan matematis, analisis, serta desain pengendalinya menggunakan teori kendali dalam satu atau banyak domain waktu, frekuensi, dan kompleksitas, bergantung pada sifat masalah desain.

Teknik kontrol adalah disiplin ilmu teknik yang berfokus pada pemodelan beragam sistem dinamis (misalnya sistem mekanis) dan desain pengontrol yang akan menyebabkan sistem ini berperilaku sesuai dengan yang diinginkan. Meskipun pengontrol tersebut tidak harus berupa listrik, banyak yang menggunakan listrik dan karenanya teknik kontrol sering dipandang sebagai subbidang teknik listrik.

Rangkaian listrik, prosesor sinyal digital, dan mikrokontroler dapat digunakan untuk mengimplementasikan sistem kontrol. Teknik kontrol memiliki berbagai aplikasi mulai dari sistem penerbangan dan propulsi pesawat terbang komersial hingga kontrol pelayaran yang ada di banyak mobil modern.

Dalam banyak kasus, insinyur kontrol memanfaatkan umpan balik saat merancang sistem kontrol. Hal ini sering dilakukan dengan menggunakan sistem pengontrol PID. Sebagai contoh, pada mobil dengan cruise control, kecepatan kendaraan terus dipantau dan diumpankan kembali ke sistem, yang akan menyesuaikan torsi motor. Jika ada umpan balik yang teratur, teori kontrol dapat digunakan untuk menentukan bagaimana sistem merespons umpan balik tersebut. Pada hampir semua sistem seperti itu, stabilitas adalah hal yang penting dan teori kontrol dapat membantu memastikan stabilitas tercapai.

Meskipun umpan balik merupakan aspek penting dari teknik kontrol, insinyur kontrol juga dapat bekerja pada kontrol sistem tanpa umpan balik. Ini dikenal sebagai kontrol loop terbuka. Contoh klasik dari kontrol loop terbuka adalah mesin cuci yang berjalan melalui siklus yang telah ditentukan sebelumnya tanpa menggunakan sensor.

Jejak Sejarah Sistem Kontrol

Sistem kontrol otomatis pertama kali dikembangkan lebih dari dua ribu tahun yang lalu. Perangkat kontrol umpan balik pertama yang tercatat diperkirakan adalah jam air Ktesibios kuno di Alexandria, Mesir, sekitar abad ketiga sebelum masehi. Jam ini menjaga waktu dengan mengatur ketinggian air dalam bejana dan, oleh karena itu, aliran air dari bejana tersebut. Ini tentu saja merupakan perangkat yang sukses karena jam air dengan desain serupa masih dibuat di Baghdad ketika bangsa Mongol merebut kota tersebut pada tahun 1258 M. Berbagai perangkat otomatis telah digunakan selama berabad-abad untuk menyelesaikan tugas-tugas yang berguna atau hanya untuk menghibur. Yang terakhir termasuk automata, yang populer di Eropa pada abad ke-17 dan ke-18, yang menampilkan figur-figur penari yang akan mengulangi tugas yang sama berulang kali; automata ini adalah contoh kontrol loop terbuka. Tonggak sejarah di antara umpan balik, atau perangkat kontrol otomatis "loop tertutup", termasuk pengatur suhu tungku yang dikaitkan dengan Drebbel, sekitar tahun 1620, dan pengatur bola terbang sentrifugal yang digunakan untuk mengatur kecepatan mesin uap oleh James Watt pada tahun 1788.

Dalam makalahnya tahun 1868 "On Governors", James Clerk Maxwell mampu menjelaskan ketidakstabilan yang ditunjukkan oleh governor flyball menggunakan persamaan diferensial untuk menggambarkan sistem kontrol. Hal ini menunjukkan pentingnya dan kegunaan model dan metode matematika dalam memahami fenomena yang kompleks, dan ini menandakan dimulainya kontrol matematika dan teori sistem. Elemen-elemen teori kontrol telah muncul sebelumnya tetapi tidak sedramatis dan meyakinkan seperti dalam analisis Maxwell.

Teori kontrol membuat langkah signifikan selama abad berikutnya. Teknik matematika baru, serta kemajuan dalam teknologi elektronik dan komputer, memungkinkan untuk mengontrol sistem dinamis yang jauh lebih kompleks daripada yang dapat distabilkan oleh pengatur bola terbang asli. Teknik matematika baru termasuk perkembangan dalam kontrol optimal pada tahun 1950-an dan 1960-an yang diikuti oleh kemajuan dalam metode kontrol stokastik, robust, adaptif, dan nonlinier pada tahun 1970-an dan 1980-an. Aplikasi metodologi kontrol telah membantu memungkinkan perjalanan ruang angkasa dan satelit komunikasi, pesawat yang lebih aman dan lebih efisien, mesin mobil yang lebih bersih, dan proses kimia yang lebih bersih dan lebih efisien.

Sebelum muncul sebagai disiplin ilmu yang unik, teknik kontrol dipraktikkan sebagai bagian dari teknik mesin dan teori kontrol dipelajari sebagai bagian dari teknik elektro karena sirkuit listrik sering kali dapat dengan mudah dijelaskan menggunakan teknik teori kontrol. Dalam hubungan kontrol yang pertama, output arus diwakili oleh input kontrol tegangan. Namun, karena tidak memiliki teknologi yang memadai untuk mengimplementasikan sistem kontrol elektrik, para perancang dibiarkan dengan pilihan sistem mekanis yang kurang efisien dan merespons dengan lambat. Pengontrol mekanis yang sangat efektif yang masih banyak digunakan di beberapa pembangkit listrik tenaga air adalah governor. Kemudian, sebelum elektronika daya modern, sistem kontrol proses untuk aplikasi industri dirancang oleh insinyur mekanik menggunakan perangkat kontrol pneumatik dan hidrolik, yang banyak di antaranya masih digunakan hingga saat ini.

Sistem kontrol

Sistem kontrol mengelola, memerintahkan, mengarahkan, atau mengatur perilaku perangkat atau sistem lain menggunakan loop kontrol. Sistem ini dapat berkisar dari pengontrol pemanas rumah tunggal yang menggunakan termostat yang mengendalikan ketel rumah tangga hingga sistem kontrol industri besar yang digunakan untuk mengendalikan proses atau mesin. Sistem kontrol dirancang melalui proses rekayasa kontrol.

Untuk kontrol termodulasi terus-menerus, pengontrol umpan balik digunakan untuk mengontrol proses atau operasi secara otomatis. Sistem kontrol membandingkan nilai atau status variabel proses (PV) yang sedang dikontrol dengan nilai yang diinginkan atau setpoint (SP), dan menerapkan perbedaannya sebagai sinyal kontrol untuk membawa output variabel proses pabrik ke nilai yang sama dengan setpoint. Untuk logika sekuensial dan kombinasional, logika perangkat lunak, seperti pada pengontrol logika yang dapat diprogram, digunakan.

Kemajuan Kontrol dalam Masa Kini

Pada awalnya, teknik kontrol adalah tentang sistem kontinu. Pengembangan alat kontrol komputer menimbulkan persyaratan rekayasa sistem kontrol diskrit karena komunikasi antara pengontrol digital berbasis komputer dan sistem fisik diatur oleh jam komputer. Padanan dari transformasi Laplace dalam domain diskrit adalah transformasi-Z. Saat ini, banyak sistem kontrol yang dikendalikan oleh komputer dan terdiri dari komponen digital dan analog.

Oleh karena itu, pada tahap desain, komponen digital dipetakan ke dalam domain kontinu dan desain dilakukan dalam domain kontinu, atau komponen analog dipetakan ke dalam domain diskrit dan desain dilakukan di sana. Metode pertama dari kedua metode ini lebih sering ditemui dalam praktiknya karena banyak sistem industri memiliki banyak komponen sistem kontinu, termasuk komponen mekanis, fluida, biologis, dan elektrik analog, dengan sedikit pengontrol digital.

Demikian pula, teknik desain telah berkembang dari desain manual berbasis kertas dan penggaris menjadi desain berbantuan komputer dan sekarang menjadi desain otomatis komputer atau CAD yang dimungkinkan oleh komputasi evolusioner. CAD dapat diterapkan tidak hanya untuk menyetel skema kontrol yang telah ditentukan, tetapi juga untuk pengoptimalan struktur pengontrol, identifikasi sistem, dan penemuan sistem kontrol baru, yang murni didasarkan pada persyaratan kinerja, tidak bergantung pada skema kontrol tertentu.

Sistem kontrol yang tangguh memperluas fokus tradisional yang hanya menangani gangguan yang direncanakan ke kerangka kerja dan mencoba untuk mengatasi berbagai jenis gangguan yang tidak terduga; khususnya, mengadaptasi dan mengubah perilaku sistem kontrol sebagai respons terhadap aktor jahat, mode kegagalan abnormal, tindakan manusia yang tidak diinginkan, dll.

Disadur dari: en.wikipedia.org/wiki 

Programmable Logic Controller (PLC), atau yang sering disebut sebagai pengendali logika terprogram, merupakan sebuah komputer industri yang telah diruggedkan dan disesuaikan untuk mengontrol proses manufaktur, seperti garis perakitan, mesin, perangkat robotik, atau aktivitas lain yang membutuhkan kehandalan tinggi, kemudahan pemrograman, dan diagnosis gangguan proses.

PLC dapat bervariasi mulai dari perangkat modular kecil dengan puluhan input dan output (I/O), dalam sebuah housing yang terintegrasi dengan prosesor, hingga perangkat modular besar yang dipasang di rak dengan ribuan I/O, dan sering terhubung ke sistem PLC dan SCADA lainnya. Mereka dapat dirancang untuk berbagai susunan I/O digital dan analog, rentang suhu yang luas, kekebalan terhadap noise listrik, dan ketahanan terhadap getaran dan dampak.

Awal mula PLC berasal dari industri otomotif di Amerika Serikat pada akhir tahun 1960-an dan dirancang untuk menggantikan sistem logika relay yang telah ada sebelumnya. Dick Morley, yang menciptakan PLC pertama, Modicon 084, untuk General Motors pada tahun 1968, dianggap sebagai bapak PLC.

PLC merupakan contoh dari sistem real-time keras karena hasil output harus diproduksi sebagai respons terhadap kondisi input dalam waktu terbatas, jika tidak operasi yang tidak diinginkan dapat terjadi. Program untuk mengontrol operasi mesin biasanya disimpan dalam memori yang dilengkapi dengan baterai atau non-volatile.

PLC menyediakan beberapa keuntungan dibandingkan dengan sistem otomasi sebelumnya. Ini lebih tahan terhadap lingkungan industri dibandingkan sistem sebelumnya dan lebih dapat diandalkan, ringkas, serta membutuhkan perawatan yang lebih sedikit daripada sistem relay. Dengan bahasa pemrograman sederhana yang terfokus pada logika dan operasi switching, PLC lebih mudah digunakan oleh pengguna dibandingkan komputer dengan bahasa pemrograman umum.

Salah satu perusahaan yang memainkan peran penting dalam pengembangan PLC adalah Modicon, yang pada akhirnya diakuisisi oleh Schneider Electric. Di samping itu, Allen-Bradley, yang sekarang menjadi merek milik Rockwell Automation, juga menjadi salah satu produsen PLC utama di Amerika Serikat.

Metode pemrograman awal untuk PLC berkembang dari representasi logika dalam bentuk ekspresi logika Boolean menjadi lebih umum digunakan, seperti logika tangga, karena format ini lebih dikenal digunakan dalam panel kontrol elektromekanis.

Hingga pertengahan tahun 1990-an, PLC diprogram menggunakan panel pemrograman khusus yang sering kali memiliki tombol fungsi yang didedikasikan untuk berbagai elemen logis program PLC. Beberapa terminal pemrograman khusus menampilkan elemen-elemen program PLC sebagai simbol grafis, tetapi representasi karakter ASCII plain dari kontak, koil, dan kawat juga umum. Program disimpan pada kartu pita kaset. Fasilitas untuk pencetakan dan dokumentasi minimal karena keterbatasan kapasitas memori. PLC tertua menggunakan memori non-volatile berbasis inti magnetik.

Dengan terus berkembangnya teknologi, PLC tetap menjadi bagian integral dari otomasi industri dan terus mengalami inovasi untuk memenuhi kebutuhan yang semakin kompleks dalam lingkungan manufaktur modern.

Arsitektur

PLC (Programmable Logic Controller) merupakan sebuah kontroler mikroprosesor yang digunakan dalam industri dengan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi program dan berbagai fungsi lainnya. Komponen utama dari PLC meliputi:

- Unit pemrosesan (CPU) yang menginterpretasi masukan, menjalankan program kontrol yang tersimpan dalam memori, dan mengirimkan sinyal keluaran.
- Unit sumber daya yang mengonversi tegangan AC menjadi DC.
- Unit memori yang menyimpan data dari masukan dan program yang akan dieksekusi oleh CPU.
- Antarmuka masukan dan keluaran, tempat kontroler menerima dan mengirimkan data dari/ke perangkat eksternal.
- Antarmuka komunikasi untuk menerima dan mengirimkan data melalui jaringan komunikasi dari/ke PLC jarak jauh.

PLC memerlukan perangkat pemrograman yang digunakan untuk mengembangkan program dan kemudian mengunduhnya ke memori kontroler. Umumnya, PLC modern mengandung sistem operasi real-time seperti OS-9 atau VxWorks.

Dalam desain mekanik, terdapat dua jenis desain untuk sistem PLC. Pertama, kotak tunggal atau brick adalah kontroler terprogram kecil yang menampung semua unit dan antarmuka ke dalam satu casing kompak, meskipun biasanya, modul ekspansi tambahan untuk masukan dan keluaran tersedia. Jenis desain kedua adalah PLC modular yang memiliki rangka (juga disebut rak) yang menyediakan ruang untuk modul dengan berbagai fungsi, seperti sumber daya, prosesor, pemilihan modul I/O, dan antarmuka komunikasi - yang semua dapat disesuaikan untuk aplikasi tertentu. Beberapa rak dapat dikelola oleh satu prosesor dan dapat memiliki ribuan masukan dan keluaran. Metode komunikasi khusus yang cepat atau metode komunikasi yang serupa digunakan agar rak dapat didistribusikan jauh dari prosesor, mengurangi biaya pengkabelan untuk pabrik-pabrik besar. Opsi juga tersedia untuk memasang titik-titik I/O langsung ke mesin dan menggunakan kabel putus cepat ke sensor dan katup, menghemat waktu dalam pengkabelan dan penggantian komponen.

Sinyal diskrit (digital) hanya dapat memiliki nilai on atau off (1 atau 0, benar atau salah). Contoh perangkat yang menyediakan sinyal diskrit meliputi sakelar batas, sensor fotoelektrik, dan enkoder. Sementara itu, sinyal analog dapat menggunakan tegangan atau arus yang berbanding lurus dengan ukuran variabel yang dimonitor dan dapat mengambil nilai apa pun dalam skala mereka. Tekanan, suhu, aliran, dan berat sering kali direpresentasikan oleh sinyal analog. Ini biasanya diinterpretasikan sebagai nilai integer dengan berbagai rentang ketepatan tergantung pada perangkat dan jumlah bit yang tersedia untuk menyimpan data. Sebagai contoh, sinyal loop arus 0 hingga 10 V atau 4-20 mA akan dikonversi menjadi nilai integer 0 hingga 32.767. PLC akan mengambil nilai ini dan mengubahnya ke unit proses yang diinginkan sehingga operator atau program dapat membacanya.

Untuk meningkatkan ketersediaan sistem dalam kasus kegagalan komponen perangkat keras, modul CPU atau I/O yang redundan dengan fungsionalitas yang sama dapat ditambahkan ke konfigurasi perangkat keras. Ini membantu mencegah shutdown total atau sebagian dari proses karena kegagalan perangkat keras. Skenario redundansi lainnya bisa terkait dengan proses yang kritis untuk keamanan, misalnya, pres hidrolik besar bisa membutuhkan agar kedua PLC menyala keluaran sebelum pres bisa turun jika salah satu keluaran tidak mati dengan benar.

Pemrograman PLC

Pengontrol Logika yang Dapat Diprogram (PLC) telah merevolusi otomasi industri dengan menyediakan sarana yang mudah digunakan bagi para insinyur untuk mengendalikan proses manufaktur. Awalnya dikembangkan sebagai pengganti sistem logika relai di industri otomotif, PLC telah berkembang menjadi pengontrol canggih yang mampu menangani berbagai tugas dengan mudah.

PLC dirancang untuk tahan terhadap lingkungan industri yang keras, menawarkan kemampuan input / output (I / O) yang luas untuk terhubung dengan sensor dan aktuator. Mereka dapat menangani input digital sederhana seperti sakelar batas, serta sinyal analog kompleks dari sensor yang memantau variabel seperti suhu dan tekanan. PLC juga mengontrol output ke perangkat seperti lampu indikator, motor listrik, dan silinder hidrolik.

Salah satu fitur utama PLC adalah fleksibilitas pemrogramannya. Awalnya diprogram menggunakan bahasa grafis seperti Ladder Diagram (LD), PLC modern mematuhi standar IEC 61131-3, menawarkan berbagai bahasa pemrograman tekstual dan grafis seperti Teks Terstruktur (ST), Daftar Instruksi (IL), Diagram Blok Fungsi (FBD), dan Diagram Fungsi Sekuensial (SFC).

Pemrograman PLC biasanya dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak khusus pada komputer pribadi atau perangkat pemrograman genggam. Hal ini memungkinkan para insinyur untuk mengembangkan, men-debug, dan mensimulasikan program PLC sebelum mengunduhnya ke dalam memori pengontrol. Simulasi adalah langkah penting dalam pemrograman PLC, karena membantu mengidentifikasi dan memperbaiki kesalahan di awal proses pengembangan, mencegah waktu henti yang mahal dan memastikan keamanan sistem otomatis.

Selama bertahun-tahun, PLC telah berevolusi untuk menggabungkan fungsi-fungsi canggih seperti kontrol relai berurutan, kontrol gerak, kontrol proses, dan jaringan. Beberapa PLC modern bahkan menyaingi komputer desktop dalam hal penanganan data, daya pemrosesan, dan kemampuan komunikasi. Namun, pengontrol komputer desktop belum mendapatkan penerimaan luas di industri berat karena sistem operasinya yang kurang stabil dan perangkat keras yang tidak dirancang untuk kondisi industri.

Kesimpulannya, PLC memainkan peran penting dalam otomasi industri, menawarkan kepada para insinyur sarana yang andal dan serbaguna untuk mengendalikan proses manufaktur. Dengan desain yang kuat, kemampuan I / O yang luas, dan opsi pemrograman yang fleksibel, PLC terus mendorong inovasi dan efisiensi di berbagai industri di seluruh dunia.

Disadur dari: en.wikipedia.org