Buka jalur analog DCS atau PLC, dan Anda akan sering menemukan blok fungsi yang tidak melakukan sesuatu yang lebih glamor daripada menghitung rata-rata. Blok ini menyimpan lima sampel terakhir, menjumlahkannya, membaginya dengan lima, lalu menulis hasilnya sebagai PV yang benar-benar dilihat PID. Blok tersebut adalah filter rata-rata bergerak—pemulus jendela geser yang pertama kali sering dipilih oleh teknisi instrumentasi, karena perhitungannya jelas dan jedanya dapat diprediksi.

Ini bukan pengaturan peredaman transmitter, dan bukan pula filter orde pertama rekursif (PT1). Tujuannya sama—menghilangkan noise agar variabel proses tetap dapat digunakan—tetapi algoritmanya berbeda, begitu pula konsekuensi jedanya.

Honeywell Experion PKS C300 dalam kabinet Series C: kelas kontroler DCS tempat PV analog umumnya diperhalus di blok fungsi Control Execution Environment sebelum masuk ke PID.

Jendela geser, bukan memori rekursif

Simpan N sampel terbaru. Pada setiap pemindaian baru, buang nilai tertua, tambahkan nilai terbaru, lalu keluarkan rata-rata aritmetika dari nilai yang tersisa:

Y(n) = [X(n) + X(n−1) + … + X(n−N+1)] / N

Jika input analog dipindai sekali per detik dan N = 10, setiap keluaran merupakan rata-rata sepuluh detik terakhir. Lebar jendela tetap; satu sampel masuk saat satu sampel keluar. Itulah seluruh mekanismenya.

Filter orde pertama bersifat rekursif: keluaran pemindaian ini bergantung pada keluaran sebelumnya ditambah sebagian dari sampel baru. Rata-rata bergerak tidak demikian. Filter ini hanya melihat riwayat mentah di dalam jendela. Karena itu, filter ini lebih mudah dijelaskan kepada operator ruang kontrol dan secara alami cocok digunakan pada DCS atau PLC yang sudah memiliki memori untuk menyimpan N nilai analog.

ABB AC500 (termasuk I/O keselamatan AC500-S): rata-rata jendela geser yang sama biasanya berupa blok fungsi atau potongan ST di Automation Builder, bukan menu transmitter tersembunyi.

Dua pengaturan: panjang jendela dan waktu sampel

Kekuatan filter tidak hanya ditentukan oleh N. Waktu respons adalah N × periode sampel. N = 10 pada 1 detik berarti jendela sepuluh detik. Nilai N yang sama pada 100 ms berarti satu detik. Perlakukan keduanya sebagai pasangan; jika tidak, Anda mungkin menyalin pengaturan yang “bagus” dari satu loop ke loop lain dan bertanya-tanya mengapa katup kini bergerak sangat lambat.

Nilai N yang lebih besar menghilangkan lebih banyak noise dan menambah jeda. Setelah terjadi perubahan langkah sebenarnya pada pengukuran, PV yang telah difilter memerlukan N sampel untuk sepenuhnya mencapai nilai baru. Pada sumur temperatur yang lambat, hal ini sering kali dapat diterima. Pada loop tekanan atau aliran yang harus menolak gangguan beban, jendela yang terlalu panjang membuat PID tampak lamban, padahal filterlah yang menjadi sumber jeda.

Noise periodik adalah kasus ketika Anda dapat menentukan ukuran jendela dengan sengaja. Jika gangguan berulang kira-kira sekali per detik dan Anda memindai setiap 100 ms, N = 10 mencakup satu siklus penuh dan merata-ratakan riak mendekati nol. Di situlah rata-rata bergerak paling efektif: sesuaikan jendela dengan periode gangguan, bukan dengan angka bulat yang “terlihat halus” pada tren.

Rata-rata bergerak dibandingkan dengan filter orde pertama (PT1)

Keduanya merupakan alat low-pass. Rata-rata bergerak lebih mudah divisualisasikan: Anda dapat menunjuk ke N sampel terakhir. Filter ini juga memerlukan lebih banyak memori dan lebih banyak operasi penjumlahan setiap pemindaian. Filter orde pertama hanya memerlukan beberapa operasi perkalian—cukup ringan untuk transmitter atau modul I/O tertanam kecil yang tidak dapat menyimpan sebuah jendela.

Pada DCS atau PLC penuh, argumen mengenai memori ini jarang menjadi penentu. Prosesor Honeywell Experion PKS C300 dalam perangkat keras Series C C300 dan CPU ABB AC500 dalam seri PLC ABB memiliki ruang yang cukup untuk menyimpan riwayat analog singkat. Programkan pemulus di tempat yang dapat Anda lihat, dokumentasikan N dan laju pemindaian di sebelah PID, lalu biarkan peredaman transmitter pada nilai yang diketahui dan biasanya kecil agar Anda tidak tanpa sadar melakukan penyaringan dua kali secara berurutan.

Hal yang tidak dapat dilakukannya

Jeda adalah biaya yang harus dibayar untuk setiap pemulus. Temperatur sering kali dapat menoleransinya. Loop tekanan dan aliran umumnya tidak—filter PV secara berlebihan dan kontroler akan melawan proses yang tertunda.

Lonjakan dapat dikeluarkan dari rata-rata jendela dengan cukup baik. Penyimpangan lambat tidak: filter low-pass akan mengikuti ramp, hanya saja terlambat. Jika masalahnya adalah titik nol yang bergeser atau jalur impuls yang tersumbat, perbaiki pengukurannya; jangan menyembunyikannya di dalam jendela yang lebih panjang.

Rata-rata bergerak sederhana juga tidak menimbulkan hentakan tambahan di tepi jendela—setiap sampel dalam buffer memiliki bobot yang sama. Rata-rata bergerak berbobot (sampel yang lebih baru diberi bobot lebih besar) melacak perubahan langkah sedikit lebih cepat dan memerlukan lebih banyak operasi aritmetika. Gunakan bentuk berbobot ketika jeda pada loop cepat menjadi keluhan dan Anda tetap memerlukan perataan; gunakan bobot yang sama ketika Anda ingin perilakunya mudah dipahami pada giliran kerja malam berikutnya.