By Kurnia · Published September 30, 2026 · Revised October 29, 2026 · Version 3 · 24 min read
Elemen kendali akhir dan loop kendali: katup solenoid, aktuator, ON-OFF, dan PID dasar
Keluaran pengendali diubah menjadi tindakan fisik oleh elemen kendali akhir: katup solenoid NC/NO kerja langsung atau kerja pilot dengan tekanan diferensial minimumnya, aktuator motor dan pneumatik, konverter I/P, dan positioner. Dibahas kendali ON-OFF dengan diferensial, lewatan akibat keterlambatan sensor, dan jumlah siklus kontaktor, lalu arti fisik P, I, dan D, gejala salah setel, serta penyetelan yang tidak pernah melewati pembatas suhu. Contoh kerja menstabilkan tangki air panas 200 L berpemanas 6 kW dengan ON-OFF, menghitung siklus terburuk dengan rumus bab sakelar proses, lalu menunjukkan offset kendali P dan cara bagian I menghapusnya. Blok PID di PLC, penskalaan analog, dan VFD dibahas pada bab lain; angka contoh adalah ilustrasi.
This chapter is still in Indonesian. Its English edition will follow.
Setiap pagi sebuah mesin cuci di laundry hotel memberi alarm "waktu isi terlampaui". Teknisi mendapati resistansi koil katup air masuk normal, tetapi tetap menggantinya, dan alarm muncul lagi keesokan paginya. Mesin itu diisi dari tandon atap yang muka airnya hanya sekitar 2,5 m di atas katup saat hampir kosong pada jam sibuk, sehingga tekanan statisnya sekitar Pa atau 0,25 bar sebelum rugi gesek pipa. Katupnya berjenis kerja pilot, yang pada lembar data ilustrasi baru membuka penuh di atas 0,3 bar. Di minggu yang sama pemilik bertanya apakah pengendali suhu tangki air panas perlu diganti dengan pengendali PID supaya suhu bilasan "lebih stabil". Kedua keputusan itu bergantung pada cara keluaran listrik diubah menjadi tindakan fisik dan pada cara pengendali memutuskan kapan bertindak.
Batas pembahasan
Bab ini membahas loop kendali terukur: katup solenoid 24 V DC atau AC sampai 230 V AC, aktuator motor listrik dan pneumatik skala ringan, serta algoritma ON-OFF dengan diferensial dan PID dasar, pada air bersih dan uap jenuh tekanan rendah di laundry dan bengkel kecil. Sistem bertekanan tinggi, pemilihan dan penentuan ukuran katup kendali proporsional, dan kendali bertingkat (cascade control) tidak dibahas. Sensor dan loop 4 sampai 20 mA ada di Bab 60 tentang sensor proses, kontaktor AC-1 dan SSR di Bab 46 tentang komponen kendali, fisika koil di Bab 11 tentang magnet dan induksi, PLC dan blok PID-nya di Bab 63 dan Bab 66 tentang PLC, dan pengaturan kecepatan motor di Bab 67 tentang VFD. Bab ini pembelajaran, bukan instruksi kerja: pekerjaan pada katup, aktuator, atau panel dilakukan personel kompeten setelah isolasi listrik dan pelepasan tekanan menurut prosedur di Bab 76 tentang kerja aman.
Katup solenoid: prinsip, jenis, dan persyaratan operasi
Katup solenoid (solenoid valve) adalah katup yang digerakkan gaya magnet koil: arus koil menarik inti besi (plunger) melawan pegas pembalik sehingga saluran membuka atau menutup, dan saat arus diputus pegas mengembalikan plunger. Bersama katup kendali, aktuator, dan positioner, katup solenoid termasuk elemen kendali akhir (final control element), yaitu bagian loop yang mengubah keluaran pengendali menjadi tindakan fisik.
Katup normally closed (NC) tertutup saat tidak berenergi, pilihan yang lazim untuk air panas dan uap karena aliran berhenti bila catu daya gagal; katup normally open (NO) terbuka saat tidak berenergi, untuk pendingin darurat atau drainase gravitasi yang harus tetap mengalir ketika listrik padam. Pilihan NC atau NO menentukan respons sistem saat catu daya gagal (fail-safe position), sehingga ditetapkan dari penilaian proses, bukan dari kebiasaan.
Pada katup kerja langsung (direct acting), gaya koil sepenuhnya menanggung beban membuka orifis, sehingga katup dapat bekerja dari tekanan diferensial nol, tetapi orifisnya kecil dan tekanan diferensial maksimum yang masih dapat dibuka lebih rendah. Pada katup kerja pilot (pilot operated), membran utama tertutup karena ruang di atasnya terisi air masukan melalui lubang kecil (bleed hole) dan luas atasnya lebih besar daripada luas yang ditekan dari bawah. Koil hanya membuka orifis pilot yang mengosongkan ruang atas lebih cepat daripada lubang kecil mengisinya, sehingga tekanan masukan mengangkat membran. Gaya angkat itu sebanding dengan selisih tekanan masukan dan keluaran, sedangkan pegas dan kekakuan membran tetap, sehingga katup kerja pilot memerlukan tekanan diferensial minimum, lazimnya beberapa persepuluh bar menurut lembar data, yang harus tetap ada selama air mengalir. Di bawahnya katup tidak membuka atau membuka sebagian meskipun koil berenergi, seperti pada kasus pembuka, dan gejala ini sering disalahdiagnosis sebagai kerusakan koil. Kerak memberi gejala serupa: orifis pilot atau saringan masukan yang tersumbat membuat katup tidak membuka, dan lubang kecil yang tersumbat membuat katup tidak menutup.
Koil katup solenoid adalah induktor: saat arusnya diputus timbul lonjakan tegangan yang dapat merusak transistor, triac, atau kontak relai penyakelarnya, dan peredamnya (dioda, dioda-zener, varistor, atau RC) beserta akibatnya pada waktu lepas dibandingkan di Bab 11. Pada koil AC, arus besar mengalir selama plunger belum menempel karena celah udara membuat induktansinya kecil (Bab 11), sehingga plunger yang macet oleh kotoran membuat arus besar itu mengalir terus dan koil AC terbakar walaupun tegangannya benar. Relai atau keluaran penyakelar koil dipilih menurut kategori AC-15 atau DC-13 di Bab 46.
Dalam kode referensi IEC 81346-2:2019, katup sebagai objek yang mengendalikan aliran diberi kelas Q, dan solenoid penggerak, bila dikodekan tersendiri, diberi M, seperti tabel kelas di Bab 50 tentang diagram kendali. Karena kontaktor juga Q, penomoran dibuat berurutan, misalnya kontaktor pemanas -Q1, kontaktor pengaman -Q2 seperti di Bab 58, dan katup air masuk -Q3.
Aktuator motor, pneumatik, konverter I/P, dan positioner
Laju aliran atau tekanan yang diatur secara proporsional memerlukan aktuator yang dapat berhenti di posisi antara. IEC 60534-1:2023 memberi terminologi dasar katup kendali proses industri; dalam praktik, katup kendali terdiri atas badan katup dan aktuator, sering dilengkapi positioner.
Aktuator motor listrik. Motor kecil, lazimnya 24 V AC atau 230 V AC, menggerakkan katup bola atau kupu-kupu melalui roda gigi cacing; umpan balik posisi diberikan potensiometer atau encoder pada poros, dan sakelar batas menghentikan motor di ujung langkah. Tanpa pegas pembalik atau cadangan energi, aktuator motor berhenti di posisi terakhir saat listrik padam, bukan di posisi aman.
Aktuator pneumatik. Udara bertekanan menggerakkan membran atau piston yang terhubung ke batang katup. Aktuator pneumatik cepat, dan pada aktuatornya sendiri tidak ada sumber nyala listrik. Posisi gagal aman ditentukan oleh arah aksi pegas pembalik, yaitu udara membuka dengan pegas menutup atau sebaliknya, yang disebut aktuator aksi langsung dan aksi balik.
Konverter I/P dan positioner. Konverter I/P (current-to-pressure) mengubah sinyal 4 sampai 20 mA menjadi tekanan pneumatik sebanding 3 sampai 15 psi, sekitar 0,2 sampai 1,0 bar, dengan penyetelan nol dan rentang. Rentang pneumatik analog dibakukan IEC 60382:1991, yang dalam satuan SI sebesar 20 sampai 100 kPa. Positioner adalah loop tertutup kecil di dalam aktuator yang membandingkan posisi aktual batang katup dengan sinyal perintah dan mengoreksi selisihnya, melawan gesekan paking dan gaya fluida.
Kendali ON-OFF dan diferensial
Kendali ON-OFF (on-off control) adalah kendali yang keluarannya hanya memiliki dua keadaan, aktif atau tidak aktif. Pengendali membandingkan nilai proses terukur (process value, PV) dengan nilai acuan (setpoint, SP): di bawah acuan keluaran aktif, di atasnya tidak aktif. Tanpa histeresis, derau sensor dan riak kecil di sekitar acuan memicu pergantian keadaan berulang (chatter).
Histeresis (hysteresis) adalah rentang nilai proses tempat pengendali tidak mengubah keadaan keluarannya; lebarnya disebut diferensial, istilah yang sama dengan Bab 58. Sebagian pengendali elektronik menyatakannya simetris di sekitar acuan, sebagian satu sisi di bawah acuan, sehingga manual pengendali dibaca sebelum menyetel.
Lewatan akibat keterlambatan
Diferensial di layar bukan ayunan suhu air sebenarnya, karena sensor di dalam kantong (thermowell) membaca dengan keterlambatan: selama keterlambatan total , pemanas terus bekerja setelah suhu sebenarnya melewati titik mati dan tetap mati setelah suhu melewati titik hidup. Dengan laju naik dan laju turun :
dengan diferensial pengendali (K), daya pemanas (W), kebutuhan panas rata-rata termasuk rugi (W), massa air (kg), kalor jenis air (J/(kg·K)), dan keterlambatan total sensor (s). Model ini menganggap air bercampur rata dan keterlambatan berupa waktu mati murni; pelapisan suhu di tangki menambah ayunan. Lewatan (overshoot) adalah bagian ayunan yang melewati titik mati; pemanas besar pada tangki kecil dengan sensor lambat melewati titik mati jauh lebih banyak daripada setelannya, dan keterlambatan juga memperpanjang siklus.
Siklus berlebih dan umur kontaktor
Menurut Bab 46, umur mekanis kontaktor kecil umumnya jutaan sampai belasan juta siklus, sedangkan umur listrik dibaca dari kurva pabrikan untuk kategori pemakaiannya, pada pemanas AC-1; Bab 46 dan Bab 58 memakai 1 juta siklus AC-1 sebagai ilustrasi. Bagi kontaktor -Q1 yang menyakelar elemen pemanas -E1, siklus per jam terbesar tidak terjadi saat tangki diam, tetapi ketika kebutuhan panas rata-rata sama dengan separuh daya pemanas, dengan periode terpendek dari Bab 58:
dalam detik, dengan simbol seperti di atas. Pada tangki berisi ratusan liter, umur kontaktor diukur dalam tahun, bukan bulan (Contoh 1); kontaktor habis cepat pada tangki kecil (Contoh 5).
Siklus berlebih biasanya berasal dari setelan bawaan pabrik yang tidak disesuaikan, atau sensor yang terlalu dekat dengan elemen pemanas sehingga pembacaannya berfluktuasi tajam walau suhu rata-rata tangki stabil. Penempatan sensor -B1 di tengah volume tangki, jauh dari elemen -E1 tetapi tetap terendam dengan margin, adalah praktik yang dianjurkan. Bila kendali harus ketat, keluaran pemanas dipindahkan ke SSR yang disakelar proporsional-waktu, dengan kontaktor pengaman tetap di hulunya menurut Bab 58 dan Bab 46.
PID: arti fisik P, I, dan D
Pengendali PID (PID controller) adalah pengendali yang keluarannya jumlah tiga bagian bermakna fisik: proporsional, integral, dan derivatif. Masukannya biasanya sinyal 4 sampai 20 mA (Bab 60), dan keluarannya arus 4 sampai 20 mA ke konverter I/P atau positioner, atau pulsa proporsional-waktu ke SSR pemanas.
Bagian P, proporsional. Keluaran P sebanding dengan galat saat ini, , untuk pengendali aksi balik (reverse acting) seperti pemanas; aksi balik dipakai untuk pemanasan dan aksi langsung untuk pendinginan. Penguatan proporsional menentukan seberapa agresif respons awal; pengendali suhu sering menyatakannya sebagai pita proporsional . Bagian P bereaksi seketika, tetapi tidak dapat menghilangkan offset (sisa galat tunak), karena keluaran yang dibutuhkan beban hanya ada bila galat tidak nol.
Bagian I, integral. Keluaran I sebanding dengan integral galat sepanjang waktu, sehingga secara bertahap menghilangkan offset yang tidak dapat diatasi P saja. Waktu integral (s) adalah waktu yang dibutuhkan bagian I untuk menambah keluaran sebesar bagian P ketika galat tetap; kecil berarti koreksi cepat dan berisiko osilasi, besar berarti koreksi lambat. Ketika keluaran sudah jenuh di 100 % tetapi galat masih ada, integral terus bertambah (windup) dan kelak harus "dibayar" dengan lewatan.
Bagian D, derivatif. Keluaran D sebanding dengan laju perubahan galat dan menambahkan peredaman: jika proses mendekati acuan dengan laju tinggi, D mengurangi keluaran agar tidak melampaui acuan. Bagian D peka terhadap derau, sehingga pada sensor beresolusi rendah yang pembacaannya melompat per langkah D sering dimatikan ().
Pengendali industri umumnya memakai bentuk standar (ideal), dengan mengalikan ketiga bagian:
dengan keluaran pengendali (% dari keluaran penuh), galat dalam % rentang ukur, penguatan proporsional (tak berdimensi bila dan sama-sama dalam %), waktu integral (s), dan waktu derivatif (s). Bentuk paralel memakai tiga penguatan terpisah, sehingga angka setelan tidak dapat dipindahkan antarpengendali tanpa mengetahui bentuknya. Karena pengendali mengatur nilai terukur, galat kalibrasi sensor langsung menggeser suhu sebenarnya: sensor yang membaca 1,5 K terlalu tinggi membuat PI menahan air 1,5 K di bawah acuan, dan batas ON-OFF bergeser sama besar (Bab 61 tentang kalibrasi).
| Gejala | Penyebab paling mungkin | Koreksi awal |
|---|---|---|
| Osilasi berkelanjutan | terlalu besar atau terlalu kecil | Kurangi 20 sampai 30 %, naikkan |
| Respons terlalu lambat | terlalu kecil atau terlalu besar | Naikkan bertahap |
| Offset (sisa galat tunak) | Bagian I mati atau sangat besar | Aktifkan I, turunkan perlahan |
| Lonjakan keluaran saat acuan diubah | besar dan D dihitung dari galat | Kurangi , atau pilih D dari PV bila tersedia |
| Lewatan besar setelah jenuh lama | Windup integral | Aktifkan anti-windup pada pengendali |
| Keluaran bergetar cepat, proses tenang | Derau diperkuat D | Kurangi atau pasang filter masukan |
Penyetelan praktis secara aman
Penyetelan PID dimulai dari karakteristik proses (laju naik suhu, keterlambatan, dan gangguan dari luar) yang diukur dengan uji tanggapan langkah (step test) dalam mode manual: keluaran diubah satu langkah, misalnya dari 20 % ke 60 %, lalu laju naik dan waktu mati dicatat. Aturan Ziegler-Nichols untuk kurva reaksi memakai kedua angka itu, tetapi setelannya agresif untuk tangki air panas, sehingga hasilnya hanya titik awal. Tanpa perangkat lunak khusus, metode coba-ulang terstruktur berikut aman dilakukan:
- Mulai dari P saja. Matikan I dan D (, ). Naikkan dari nilai kecil (misalnya 0,5) hingga respons cukup cepat tanpa osilasi. Pada tahap ini offset tunak normal dan akan dikoreksi oleh I.
- Tambahkan I secara bertahap. Mulai dengan besar, jauh di atas waktu mati hasil uji langkah (untuk tangki Contoh 1, 1.800 s atau lebih). Kurangi bertahap sambil mengamati apakah offset hilang tanpa memunculkan osilasi, dan berhenti sebelum lewatan berulang muncul.
- Tambahkan D hanya jika diperlukan. Jika proses masih melampaui acuan berulang kali, tambahkan kecil (misalnya 10 sampai 20 s) setelah memastikan sinyal sensor tidak berderau.
- Verifikasi pada gangguan. Uji dengan gangguan terkendali, misalnya pengambilan air panas yang biasa terjadi pada jam sibuk, dan amati berapa lama pengendali mengembalikan suhu ke acuan dan apakah osilasi muncul sesudahnya.
- Catat setelan akhir. Nilai , , , bentuk algoritma, dan hasil uji gangguan dicatat sebagai bukti komisioning, sesuai prinsip Bab 52.
Selama penyetelan, pembatas suhu reset manual tetap aktif sebagai perangkat keras terpisah yang memutus kontaktor pengaman di hulu, seperti disusun di Bab 58. Pembatas -B2 membaca suhu dengan sensornya sendiri, sehingga sensor -B1 yang rusak tidak sekaligus membutakannya. Pembatas ini tidak pernah dijembatani atau dimatikan, termasuk selama mode uji atau penyetelan otomatis (autotune) yang sengaja mengayunkan suhu. PID adalah fungsi kendali, bukan fungsi pengaman; penilaiannya sebagai fungsi keselamatan dibahas di Bab 70 tentang keselamatan fungsional mesin.
Contoh kerja
Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya. Pekerjaan pada katup, aktuator, dan panel tetap mengikuti Batas pembahasan di awal bab.
Contoh 1: waktu pemanasan dan siklus ON-OFF tangki air panas 200 L. Data tangki, dipakai juga di Contoh 2 dan 3:
| Parameter | Nilai | Satuan |
|---|---|---|
| Volume tangki | 200 | L |
| Massa air ( = 1 kg/L) | 200 | kg |
| Kalor jenis air | 4.186 | J/(kg·K) |
| Daya pemanas -E1 | 6.000 | W |
| Suhu awal | 25 | °C |
| Rugi kalor tangki (estimasi, dianggap tetap) | 300 | W |
| ON-OFF: titik hidup / titik mati pengendali -K1 | 60 / 64 | °C |
| PI: acuan | 62 | °C |
| Keterlambatan total sensor -B1 | 90 | s |
| Rentang ukur pengendali | 0 sampai 100 | °C |
Sampai tangki siap pakai pada 60 °C, K, dan daya bersih pemanas setelah dikurangi rugi W. Karena daya adalah laju energi (Bab 1), energi dan waktu pemanasannya
Saat tangki diam, energi dalam diferensial 4 K, J, habis oleh rugi 300 W dalam s (sekitar 186 menit) dan diisi kembali dalam s (sekitar 9,8 menit), sehingga satu siklus sekitar 196 menit, atau 0,31 siklus per jam. Tangki diam bukan keadaan terburuk; pada jam sibuk pengambilan air panas menaikkan kebutuhan panas, dan periode terpendek terjadi pada kW:
atau 37,2 menit, paling banyak 1,6 siklus per jam dan sekitar 7.700 penutupan per tahun untuk 16 jam per hari selama 300 hari. Terhadap umur 1 juta siklus AC-1 (Bab 46), diferensial 4 K pada tangki ini jauh dari batas umur kontaktor -Q1.
Contoh 2: lewatan ON-OFF pada tangki yang sama. Dengan keterlambatan sensor 90 s, ayunan suhu sebenarnya
Saat tangki diam, hampir seluruh tambahan itu berupa lewatan di atas 64 °C (0,61 K), karena laju turun oleh rugi 300 W hanya 0,03 K per 90 s, sehingga suhu air berayun sekitar 60 sampai 64,6 °C. Keluhan pemilik tentang suhu yang "tidak stabil" menyangkut ayunan ini, bukan umur kontaktor.
Contoh 3: kendali P lalu PI pada tangki yang sama. Pengendali -K1 memakai bagian P saja, (pita proporsional 5 %) dan bias keluaran 0 %, dan pemanas dikerjakan proporsional-waktu melalui SSR dengan kontaktor pengaman di hulu. Pada keadaan tunak tanpa pengambilan air, keluaran harus menyeimbangkan rugi 300 W, yaitu % keluaran penuh, sehingga galat yang diperlukan
Pada rentang 0 sampai 100 °C, 0,25 % setara 0,25 K, sehingga suhu tunak 61,75 °C, bukan 62 °C. Pada jam sibuk dengan kebutuhan 3 kW, keluaran harus 50 % dan galatnya %, atau 2,5 K: air turun ke 59,5 °C, di bawah batas penyimpanan air panas 60 °C atau lebih yang dipakai Bab 58. Offset kendali P bergantung pada beban, sehingga tidak dapat "dikoreksi" dengan menaikkan acuan sekali saja.
Dengan bagian I, s, pada galat tetap 0,25 % bagian I bertambah % per detik, sehingga dalam 1.200 s ia menyumbang 5 %, sama dengan bagian P. Keluaran lalu dipikul bagian I, galat menuju nol, dan suhu tunak menjadi 62 °C pada beban berapa pun dalam kemampuan pemanas. Harganya muncul saat pemanasan awal: galat 37 % membuat bagian I bertambah sekitar 0,62 % per detik selama keluaran jenuh, sedangkan tangki ini hanya mendingin sekitar 1,3 K per jam lewat rugi 300 W, sehingga lewatan tidak cepat hilang. Simulasi dengan waktu mati 90 s memberi puncak sekitar 63 °C bila integrasi dihentikan selama keluaran jenuh (anti-windup), tetapi sekitar 92 °C tanpa anti-windup, di atas pembatas 85 °C pada contoh Bab 58.
Jadi ON-OFF 4 K sudah aman bagi kontaktor dan menjaga air di atas 60 °C, sedangkan PI dengan SSR menghapus ayunan dan offset hanya bila setelannya cocok dengan proses, anti-windup aktif, dan pembatas suhu tetap independen, karena bila anti-windup gagal hanya pembatas itu yang menghentikan lewatan ke arah 92 °C.
Contoh 4: tinggi air minimum untuk katup kerja pilot. Katup pada kasus pembuka baru membuka penuh di atas 0,3 bar. Tinggi muka air tandon di atas katup yang diperlukan, sebelum rugi gesek pipa:
Tandon yang turun ke 2,5 m pada jam sibuk di bawah batas itu, jadi koil tidak perlu diganti. Pilihannya menjaga muka air di atas batas ditambah rugi gesek, atau memakai katup kerja langsung yang bekerja dari selisih nol tetapi berorifis kecil, sehingga waktu isinya diperiksa ulang.
Contoh 5: siklus dan lewatan tangki kecil dapur hotel. Tangki 30 L berpemanas 12 kW dari Bab 58 memakai diferensial 0,5 K, lalu diperlebar menjadi 2 K:
Siklus terburuk turun dari 172 menjadi 43 per jam, dan dengan 16 jam per hari dan 300 hari per tahun, umur 1 juta siklus naik dari sekitar 1,2 tahun menjadi sekitar 4,8 tahun. Sensor di kantong tangki itu terlambat 60 s:
Suku lewatan tidak bergantung pada diferensial, jadi diferensial yang diperlebar demi kontaktor tidak mengurangi lewatan 5,7 K ini. Bila ayunan 7,7 K tidak dapat diterima, keluaran dipindah ke SSR proporsional-waktu dengan kontaktor pengaman di hulu, dan pembatas suhu tetap independen (Bab 58).
Contoh 6: konverter I/P katup uap di laundry rumah sakit. Aktuator pneumatik katup uap bekerja udara membuka, pegas menutup, dan konverter I/P memetakan 4 sampai 20 mA ke 20 sampai 100 kPa. Pada sinyal uji 8 mA:
Manometer keluaran I/P membaca 45 kPa, galat 6,25 % rentang, sehingga nol dan rentang konverter dikalibrasi menurut Bab 61. Bila udara instrumen hilang, pegas menutup katup uap, dan arah itu diuji saat komisioning.
Kondisi berhenti
Pekerjaan atau operasi dihentikan, keadaan diamankan dulu, dan keputusan lanjutannya diserahkan kepada personel kompeten yang ditugaskan atas mesin dan panel itu bila:
- Pembatas suhu trip atau suhu melampaui setelannya (85 °C pada contoh Bab 58). Penyetelan dihentikan, pembatas tidak di-reset berulang, dan penyebabnya dicari menurut Bab 58.
- Pembatas suhu atau interlock level dijembatani atau dimatikan supaya penyetelan PID atau autotune dapat berjalan.
- Katup solenoid, aktuator, atau pipa air panas dan uap akan dibuka atau dibongkar sebelum listriknya diisolasi, tekanannya dilepas melalui katup isolasi manual, dan suhunya turun ke keadaan aman. Katup solenoid yang tertutup tidak dihitung sebagai isolasi (Bab 76).
- Sinyal sensor -B1 hilang atau tidak sah (kabel putus, 0 mA, atau sinyal kegagalan NE 43 di Bab 60) dan pengendali tidak menurunkan keluaran ke keadaan aman. Arahnya bergantung pada sensor dan konfigurasi; pembacaan rendah palsu, misalnya loop 4 sampai 20 mA putus, membuat PI mendorong keluaran ke 100 %.
- Pengendali ditinggal di mode manual dengan keluaran tinggi tanpa pengawasan.
- Kontaktor -Q1 bersiklus jauh di atas hitungan rancangan, misalnya lebih dari 10 kali per menit, atau berdengung dan bergetar. Kontaktor yang terus bergetar dapat las; sistem dihentikan dan sensor -B1, setelan diferensial, serta suplai koil diperiksa.
- Pengukuran tegangan pada terminal koil atau keluaran pengendali di panel yang juga berisi sirkit 230/400 V akan dilakukan tanpa personel kompeten, alat berkategori ukur sesuai, dan APD (Bab 14).
Salah tafsir yang sering terjadi
Guess what’s wrong first, then open the explanation.
Common misconception
Katup solenoid tidak membuka, pasti koilnya putus.
Why is it wrong?
Periksa dulu tekanan diferensial minimum: koil bisa baik, tetapi katup kerja pilot tidak membuka karena tekanan masukan terlalu rendah, seperti pada kasus pembuka, atau karena lubang pilot tersumbat.
Common misconception
Pengendali ON-OFF lebih buruk dari PID.
Why is it wrong?
Untuk proses lambat bermassa termal besar dengan diferensial yang dirancang benar, ON-OFF sering memadai dan lebih sederhana karena hanya diferensial yang disetel. PID dipilih bila ayunan ON-OFF tidak dapat diterima proses.
Common misconception
PID dengan besar selalu lebih baik.
Why is it wrong?
Penguatan terlalu besar menyebabkan osilasi yang menggerakkan aktuator bolak-balik tanpa henti dan mempercepat aus paking, roda gigi, dan kontak.
Common misconception
Katup solenoid NC yang tertutup sudah cukup sebagai pemisah saat perawatan.
Why is it wrong?
Dudukan katup dapat bocor karena kerak atau serat, katup kerja pilot dapat terangkat oleh tekanan balik, dan koil dapat dienergi tanpa sengaja dari pengendali. Isolasi dilakukan dengan katup manual yang dapat dikunci dan pelepasan tekanan, bukan dengan katup kendali.
Hubungan dengan bab lain
Selain bab di Batas pembahasan, bab ini bersandar pada Bab 1 tentang daya, Bab 2 tentang sensor dan sinyal, Bab 58 tentang sakelar proses, Bab 50 tentang kode referensi, dan Bab 61 tentang kalibrasi; hasilnya dipakai di Bab 70 tentang keselamatan fungsional mesin, dan pencatatan setelannya mengikuti Bab 52 tentang komisioning.
Latihan dan pembahasan
Try to answer first, then open the worked solution.
Katup solenoid NC kerja pilot -Q3 pada jalur air panas tidak membuka saat diberi 24 V AC, padahal resistansi koilnya normal. Sebutkan dua penyebab paling mungkin dan cara memverifikasinya.
See the worked solution
Penyebab pertama: tekanan diferensial di bawah minimum katup kerja pilot, diverifikasi dengan membaca manometer masukan dan keluaran saat katup diperintah membuka lalu membandingkan selisihnya dengan lembar data; tandon atap yang rendah pada jam sibuk adalah contohnya. Penyebab kedua: tegangan koil tidak mencapai nilai pengenalnya karena susut tegangan di kabel panjang atau terminal kendur, atau lubang pilot dan saringan masukan tersumbat. Tegangan diukur di terminal koil saat pengendali memerintahkan buka, oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD; saringan diperiksa setelah jalur diisolasi dan tekanannya dilepas.
Tangki air 150 L dipanaskan dari 20 °C ke 55 °C oleh pemanas 4.500 W dengan rugi kalor 200 W. Hitung waktu pemanasan dalam menit ( air 4.186 J/(kg·K)).
See the worked solution
Dengan kg dan K, J dan W, sehingga s ≈ 85,2 menit. Rugi kalor dikurangi dulu dari daya pemanas, dengan anggapan rugi tetap.
Pengendali ON-OFF -K1 berdiferensial 1 K mengoperasikan kontaktor -Q1 45 kali per jam pada tangki air panas. Sebutkan dua tindakan korektif dan perkirakan siklus per jam bila diferensial diperlebar menjadi 4 K.
See the worked solution
Pertama, perlebar diferensial -K1, karena menurut jumlah siklus berbanding terbalik dengan diferensial: 45 siklus per jam turun menjadi sekitar bila keterlambatan sensor kecil, dan kurang dari empat kali bila ada keterlambatan, karena ayunan nyata . Kedua, sensor -B1 yang terlalu dekat elemen -E1 dipindahkan ke tengah tangki (tetap terendam) supaya fluktuasi lokal tidak memicu pensakelaran.
Pengendali P saja dengan dan bias keluaran 0 % mengendalikan suhu dengan rentang ukur 0 sampai 100 °C. Beban mengharuskan keluaran tunak 8 %. Hitung offset suhu tunak dalam kelvin.
See the worked solution
%, dan rentang 100 K membuat offset 2,67 K, sehingga suhu tunak sekitar 2,7 K di bawah acuan. Bias keluaran yang disetel tepat 8 % menghapusnya hanya pada beban itu; untuk semua beban diperlukan bagian I.
Setelah teknisi menambahkan bagian D pada PID pemanas air, keluaran pengendali bergetar cepat walaupun suhu hampir tidak berubah dan tidak diubah. Apa penyebab paling mungkin dan bagaimana mengatasinya?
See the worked solution
Bagian D memperkuat derau atau lompatan resolusi sensor, karena laju perubahan sinyal berderau besar walaupun suhu rata-ratanya tetap. Perbaikannya: kurangi bertahap sampai getaran hilang atau matikan D, pasang filter masukan atau filter D bila tersedia, dan periksa pelindung serta pemisahan kabel sensor menurut Bab 60.
Tangki 200 L berugi kalor 400 W dikendalikan ON-OFF 62/68 °C oleh pemanas -E1 5.000 W. Hitung siklus per jam saat tangki diam dan pada keadaan terburuk, lalu tentukan apakah kontaktor -Q1 berumur listrik 500.000 siklus cukup untuk 5 tahun kali 8.000 jam.
See the worked solution
Dengan K, J; saat diam s (209,3 menit) dan s (18,2 menit), periode 227,5 menit atau 0,26 siklus per jam, sekitar siklus dalam 5 tahun, dan pada keadaan terburuk s (67 menit), 0,90 siklus per jam, sekitar 35.800 siklus. Keduanya jauh di bawah 500.000, sehingga kontaktor cukup; yang wajib dihitung adalah keadaan terburuk, bukan keadaan diam.
Referensi
External sources
- IEC 81346-2:2019 (Ed. 2.0), Classification of objects and codes for classesiso.org
- IEC 60534-1:2023 (Ed. 4.0), Industrial-process control valves, Part 1: Control valve terminology and general considerationswebstore.iec.ch
- IEC 60382:1991 (Ed. 2.0), Analogue pneumatic signal for process control systemswebstore.iec.ch
Revision history
| Date | Version | Change |
|---|---|---|
| October 29, 2026 | 3 | Revised to the chapter standard |
| October 20, 2026 | 2 | Expanded in wave R10: worked examples, stop conditions, and cross-chapter references |
| September 30, 2026 | 1 | First published |
How to cite
Kurnia (2026). Elemen kendali akhir dan loop kendali: katup solenoid, aktuator, ON-OFF, dan PID dasar. ARSTEMA Academy. Revised October 29, 2026. arstema.com/academy/konsep/elemen-kendali-akhir-dan-loop-kendali-katup-solenoid-aktuator-on-off-dan-pid-dasar
Self-check · 3 questions
Check your understanding before moving on
Write your answer in your own words, then compare it with the worked solution from this chapter’s exercises. The system doesn’t judge open answers as right or wrong; you decide which parts you’ve understood.
Katup solenoid NC kerja pilot -Q3 pada jalur air panas tidak membuka saat diberi 24 V AC, padahal resistansi koilnya normal. Sebutkan dua penyebab paling mungkin dan cara memverifikasinya.
Tangki air 150 L dipanaskan dari 20 °C ke 55 °C oleh pemanas 4.500 W dengan rugi kalor 200 W. Hitung waktu pemanasan dalam menit ( air 4.186 J/(kg·K)).
Pengendali ON-OFF -K1 berdiferensial 1 K mengoperasikan kontaktor -Q1 45 kali per jam pada tangki air panas. Sebutkan dua tindakan korektif dan perkirakan siklus per jam bila diferensial diperlebar menjadi 4 K.
Nearby chapters
Reading order by shelf: Electrical & Control · Chapter 63.
Reading order by shelf: Electrical & Control · Chapter 61.