SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 1
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik
Karakteristik Dasar Sensor
Ir. Jos Pramudijanto, M.Eng.Jurusan Teknik Elektro FTI ITS
Telp. 5947302 Fax.5931237Email: [email protected]
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 2
Objektif:Karakteristik DasarSpesifikasi Statis
Akurasi SensifitasResolusiHysterisisRepeatabilityLinieritas
Spesifikasi Dinamis
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 3
Karakteristik Dasar
Karakteristik yang digunakan untuk mengetahui performansi suatu sensor jika digunakan untuk pengukuran.Performansi suatu sensor dinyatakan dengan
Spesifikasi Statis danSpesifikasi Dinamis
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 4
Spesifikasi Statik Sensor
Spesifikasi statik sensor menyatakan seberapa baik korelasi antara input fisik dan output listrikInput fisik menyatakan besaran fisik yang diukur; diantaranya, posisi, kecepatan, level, flow, temperatur, tekanan, dll.Output listrik menyatakan besaran variabel listrik dapat berupa tegangan, arus, resistansi, induktansi, dan kapasitansi.
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 5
Spesifikasi Statik (1)
Akurasi digunakan untuk menentukan eror maksimum yang diharapkan dari suatu sensor (dalam % eror)Bentuk :
Prosentase dari pembacaan skala maksimum (FS)FS instrumen 5 Volt dengan akurasi + 0,5% Volt rata-rata ketakpastian pengukuran + 0,025 Volt
Prosentase dari span (maks – min)Akurasi + 3% dari span tekanan dengan range 20 s/d 50 psi inakurasinya + 0,03(30 psi) = + 0,9 psi
Prosentase dari pembacaan aktualAkurasi Voltmeter + 3% inakurasinya + 0,06 Volt untuk pembacaan 2 Volt
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 6
Spesifikasi Statik (2)
Sensitifitas perubahan input yang kecil, sensor dapat memberikan output (ditunjukkan oleh fungsi alih dari sensor)
Fungsi alih dari sensor temperatur 5mV/0C setiap perubahan input sebesar 10C menyebabkan output berubah sebesar 5mV.
Resolusi perubahan input terkecil yang menyebabkan terjadinya perubahan pada output.
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 7
Kurva Tegangan Output Load Cell
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 100
Beban (kg)
Out
put (
mV)
Output 1Output 2
Spesifikasi Statik (3)Hysterisis sensor memberikan nilai output yang berbeda untuk pengukuran variabel input dari rendah ke tinggi atau dari tinggi ke rendah.
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 8
Repeatability (Precision) digunakan untuk mengukur seberapa baik sensor dapat memberikan output yang sama terhadap suatu input yang diberikan secara berulang-ulang.
%100scale
min max×
−=
fullityrepeatabil
Spesifikasi Statik (4)
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 9
Akurasi versus Repeatability
No. A B C
1 10,02 11,50 10,00
2 10,96 11,53 10,03
3 11,20 11,52 10,02
4 9,39 11,47 9,93
5 10,50 11,42 9,92
6 10,94 11,51 10,01
7 9,02 11,58 10,08
8 9,47 11,50 10,00
9 10,08 11,43 9,97
10 9,32 11,48 9,98
Minimum
Rata-rata
Maksimum
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 11
Bias, Precision, and Total Error
Bias Error
Total Error
Precision Error
X True X measured
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 12
Types of Errors (1)
Perbedaan antara hasil pengukuran dan nilai sebenarnya. Error biasanya dinyatakan dengan prosentase skala penuh (%FSO). Rasio ini menunjukkan keakurasian dari sebuah sensor.
Intrinsic, absolute, and relative errorIntrinsic Error adalah error yang memang sudah terdapat pada sensor;Absolute Error adalah perbedaan antara nilai sebenarnya dibagi dengan nilai yang diperoleh dari hasil pengukuran;Relative Error adalah perbandingan antara error absolut dengan nilai sebenarnya.
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 13
Types of Errors (2)
Random error ini muncul jika dilakukan pengukuran secara berulangkali untuk pengambilan data yang sama. Error ini disebabkan oleh friksi, suara, tegangan statik dan sebab lain.
Sistematic and Sensor errorSistematic Error biasanya konstan karena dipengaruhi oleh arus, effek zero dan ketidak linieran;Sensor Error adalah error yang didapatkan dari error yang terdapat pada sensor.
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 14
Spesifikasi Statik (5)
Linieritas pemetaan satu-satu antara input-output sebagai fungsi linier. Secara umum ada tiga bentuk penyajian linieritas:
Endpoint Linearity (linieritas awal-akhir);Independent straight-line linearity (linieritas garis lurus);Least-squares linearity (linieritas regresi).
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 15
Gambar beberapa Bentuk LinieritasKurva Tegangan Load Cell
-5
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 100
Beban (kg)
Out
put (
mV) Naik
TurunEndPoint Lin.Least SQR
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 16
Least-square Linearity
Least-squares linearity (linieritas regresi) secara umum dapat dituliskan sebagai berikut:
di mana : y = outputx = inputm = kemiringan (slope)b = konstanta (intercept)n = jumlah data pengamatan
bmxy +=
nxm
nyb
xxnyxxynm
Σ−
Σ=
Σ−ΣΣΣ−Σ
= 22 )()()(
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 17
Contoh: Least-square Linearity
No. psi Volt
1 0,0 0
2 50,2 0,6
3 99,9 1,8
4 150,1 3
5 200,1 3,5
6 250,1 4,8
7 299,8 6
8 350,1 6,4
9 401,0 7,5
Contoh:Suatu sensor tekanan mengubah tekanan dalam range 0 – 450 psi ke dalam tegangan 0 – 8 Volt DC. Dapatkan persamaan linier dari tegangan terhadap tekanan.
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 18
Spesifikasi Dinamis
Spesifikasi yang menyatakan seberapa cepat perubahan output (respon) yang terjadi terhadap perubahan input.Respon bergantung pada:
tipe inputkondisi awal (initial conditions)karakteristik sistem
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 19
Respon Sensor
Pengukuran respon sensor terhadap pemberian input :step, ramp, dan impuls
Respon transien: rise time, delay time, time constant, % overshoot, settling timeRespon dari steady state sampai tak hingga: percent error steady state
sinusfrequency response, high-frequency cutoff
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 20
Type of Input
Step Ramp Impulse
Inpu
t, x
(t)
x0
Time, t
Inpu
t, x
(t)
Time, t
slope = a
Inpu
t, x
(t)
Time, tt0
0 tX X0 t0
0 >=<=X
0at t X0 t0
>=<=X
00
00
t t)(t t0)(
=∞=−≠=−
tttt
δδ
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 21
Transfer Function
)()( 001 txbtyadtdya =+ )(tKxy
dtdy
=+τ
ty)(sensitivi
gain static K
constant time
0
0
0
1
→=
→=
ab
aaτ)()1 )(( sKXssY =+τ
s 1)()(
τ+==
KsXsYTF
⇒
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 22
Process Element Characteristic (1)
GainPerubahan input menyebabkan perubahan output secara cepat.Sensor temperatur mempunyai gain dalam unit (besaran) yang tetap, jika:
temperatur 10oC tegangan output 20 mVolt temperatur 20oC tegangan output 40 mVolt
CmVoltTF o=
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 23
Integral
Laju perubahan output bergantung secara langsung pada inputnya
∫=⇒= dt )( v 0 iio vKtKv
dtdv
∫ ∫∞
+=0
000 dt 0 Kdt )( v
t
t
AKt
Process Element Characteristic (2)
vi
vo
t0
KAt0
A
t
t
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 24
First-orderSelf-regulating, jika diberikan input step maka outputnya akan muncul secara eksponensial hingga kestabilan (level) yang baru tercapai
s 1Kτ+
input output
CR=τ
Process Element Characteristic (3)
h CR
fi
fo
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 25
Response of a first-order systems to Step and Ramp input
0.632
τ1
K x fi
fi
τ3τ2 τ5τ4t
input
output
t
)t(K e K )t(y t ττ τ −+= −
transient steady state
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 26
Dead timePerubahan pada input tidak menyebabkan perubahan output hingga waktu delay (dead) terlampaui
Biasanya merupakan delay transportasi (ada jarak yang harus dilampaui). Proses di industri banyak berupa dead time dan first-order. Jika diberikan input step pada proses maka output berubah setelah waktu delay terlampaui lalu muncul secara eksponensial.
Process Element Characteristic (4)
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 27
Second-order
dua akar karakteristik real berbeda real sama kompleks konjugat
22
2
2)()(
nn
n
sssXsY
ωζωω
++=
overdamped )1( ⇒>ζdamped critically )1( ⇒=ζ
dunderdampe )10( ⇒<<ζ
12 −±−= ζωζω nns
ratio damping : frequency natural :
ζωn
Process Element Characteristic (5)
SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik - 03 28
Specifications of the Transient Response
Rise timeTime to pass from 10% to 90% of final value
Settling timeTime to reach the final value
Delay timeTime to reach 50% of final value
Peak timeTime required for the response to reach the first peak of the overshoot
Maximum overshootMax percent overshoot %100
)()()(×
∞
∞−=
yyty p