Process Control : (2) Cascade Control.

Pada seri yang lalu, kita sudah membahas apa itu Feedback Control. untuk lebih mengingatkan kembali, perhatikan gambar feedback control berikut:

Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, bahwa dalam sistem ini, temperature air dalam tanki dijaga agar tetap konstan dengan mengatur kecepatan alir kalori (uap), q sebagai variabel yang dimanipulasi (manipulated variable). Jika pada suatu saat terjadi gangguan pada tekanan supply uap, maka kecepatan alir uap juga akan berubah, sehingga dengan sendirinya akan mengubah temperature air dalam tanki sebagai variabel yang dikontrol (control variable).

Karena sistem ini mempunyai time delay yang cukup besar, maka perubahan pada temperature air tadi tidak langsung terukur oleh elemen sensing (thermocouple – TT) sehingga aksi koreksi yang dilakukan oleh feedback control juga mengalami penundaan. Sementara itu, akibat dari gangguan ini terus masuk kedalam sistem. Apabila gangguan perubahan tekanan supply uap ini berlangsung terus menerus, maka akan menyebabkan control variable (temperature air) tidak akan berada pada setpointnya untuk waktu yang lama (akan berosilasi terus menerus).
Untuk memperbaiki sistem ini, control loop kedua ditambahkan seperti pada gambaar berikut:

Pada sistem ini, fluktuasi pada tekanan supply uap diukur oleh sensor tekanan (PT) dan kontrol tekanan (pressure control – PC) akan memanipulasi bukaan control valve uap (CV) sedemikian sehingga tekanan uap yang masuk ke tanki tetap konstant. Dengan jalan ini, efek fluktuasi tekanan supply uap terhadap temperature air dalam tanki dapat dihilangkan, dengan demikian kinerja control dapat dipertahankan.

Blok diagram untuk sistem pada gambar diatas, dapat dilihat pada gambar berikut.

Dari kedua gambar terakhir ini dapat dilihat bahwa yang menjadi setpoint untuk pressure control (PC) adalah output dari temperature control (TC). Konfigurasi kontrol seperti ini, yang mana output suatu controller memanipulasi setpoint controller yang lainnya disebut sebagai sistem kontrol kaskad (cascade control system).
Bentuk umum diagram blok cascade control dapat dilihat pada gambar berikut.

Dari gambar tersebut terlihat kedua controller masing-masing mempunyai elemen pengukur (sensing) sendiri. Akan tetapi hanya satu controller yang disebut primary atau master controller mempunyai setpoint yang bebas, dan hanya satu controller yang disebut sebagai secondary atau slave controller yang berhubungan langsung dengan atau mempunyai output ke process.
Secondary controller, variable yang dimanipulasi (manipulated variable) serta elemen pengukurnya akan mempentuk satu loop sendiri yang disebut secondary loop atau inner loop. Inner loop ini jika dilihat dari primary controller bisa dianggap sebagai satu elemen dinamik baru sehingga dapat digambarkan sebagai satu blok sendiri. Dengan demikian diagram blok diatas dapat disederhanakan menjadi seperti gambar berikut.

Gambar ini merupakan outer loop atau primary loop yang terdiri dari semua elemen cascade control termasuk inner loop yang sudah digambarkan sebagai satu blok.
Untuk menjamin agar cascade control berfungsi sebagaimana mestinya, maka dinamika inner loop harus lebih cepat dari outter loop, atau dalam frequency domain dikatakan bahwa bandwidth inner loop harus lebih besar (lebar) dari bandwidth outer loop, sehingga inner controller akan mengoreksi sendiri loop-nya sebelum ia mengubah control variable. Jika kondisi ini tidak dipenuhi, maka kinerja cascade control tidak akan memuaskan.