DESAIN PENGENDALIAN KETINGGIAN AIR DAN TEMPERATUR UAP PADA SISTEM STEAM DRUM BOILER DENGAN METODE SLIDING MODE CONTROL (SMC) OLEH : Teguh Herlambang DOSEN PEMBIMBING: Dr. Erna Apriliani, MSi Hendra Cordova, ST, MT
(1206 100 046)
(19660414 199102 2 001) (19690530 199412 1 001)
LATAR BELAKANG PLTU adalah salah satu Produsen penghasil listrik
Boiler memegang peranan penting Dalam PLTU
Steam drum boiler memegang peranan penting di Boiler
Pengendalian ketinggian air dan temperatur uap pada steam drum boiler adalah hal yang sangat penting untuk safety dan efisiensi operasional boiler
Sliding Mode Control (SMC)
Butuh Kontroller
RUMUSAN DAN BATASAN MASALAH •
• • •
-
Bagaimana penerapan metode Sliding Mode Control (SMC) pada pengendalian ketinggian air dan temperatur uap pada steam drum boiler supaya mendapatkan performansi yang baik Plant yang dijadikan objek penelitian adalah steam drum boiler PT PJB Unit Pembangkitan Gresik PLTU 1/2. Variable yang dianalisa adalah ketinggian air dan temperatur uap. Parameter dari sistem steam drum boiler diantaranya : flow air yang masuk Fin=386,54 kg/jam, temperatur air yang masuk Tin=796 K, kapasitas panas pada steam drum boiler Cp=79,676 J/kg K dan koefisien control valve k=1 m3/2/jam. Diasumsikan Steam Drum Boiler dalam keadaan belum terisi saat kondisi awal Simulasi plant dan kontroler dilakukan dengan software MATLAB
TUJUAN DAN MANFAAT
TUJUAN : • Rancangan sistem pengendalian ketinggian air dan temperatur uap pada sistem steam drum boiler dengan menggunakan metode Sliding Mode Control (SMC)
MANFAAT : • Memberikan gambaran Rancangan desain pengendalian ketinggian air dan temperatur uap pada sistem steam drum boiler dengan menggunakan metode Sliding Mode Control (SMC)
STEAM DRUM BOILER
Bagian-bagian dari steam drum boiler , yakni : feedwater : Bagian yang menghasikan flow air yang masuk Control valve w : Bagian yang yang dikontrol buka tutup control valve Flow air yang keluar untuk menjaga Ketinggian air Burner : Bagian yang menghasilkan Q yang akan dikontrol untuk menjaga temperatur uap
STEAM DRUM BOILER (Lanjutan) Model matematika dari gambar di atas adalah :
dh A Fin Fout dt dT Ah Fin Tin T dt Dengan
Fout
(1)
Q Cp
kw h
(2)
keterangan : T Temperatur uap Fin Flow air yang masuk. Fout Flow air yang keluar. Ρ Cp Q A h Tin w k
Massa Jenis Air Kapasitas panas dalam steam drum Flow uap Luas steam drum ketinggian air atau level air Temperature air yang masuk. control valve flow air koefisien control valve
SISTEM PENGENDALIAN
operatornya
manual otomatik
Sistem Pengendalian
Sistem lup terbuka
jaringannya Sistem lup tertutup
SLIDING MODE CONTROL (SMC) Sistem Dinamis
x
n
t
f x, t
b x, t .u d t
Fungsi Switching n 1 d S ( x, t ) x dt x x xd Dengan Kondisi Sliding SS S
Kondisi Sliding
STATIC SMC
S ( x, t )
d dt
DYNAMIC SMC n 1
x
S ( x, t )
d dt
n 1 1
x
METODOLOGI PENELITIAN
1. Kajian Pustaka dan Analisis Permasalaahan. 2. Mengkaji Model Matematika Ketinggian Air dan Temperatur Uap pada Steam Drum Boiler. 3. Perancangan Desain Pengendali SMC untuk sistem Steam Drum Boiler 4. Simulasi Sistem Pengendali Pada Matlab. 5. Analisis performansi Sistem yang dikendalikan SMC 6. Penyimpulan hasil analisis simulasi
PERANCANGAN PENGENDALI STATIC SMC Ketinggian Air
Temperatur Uap
S w w K sat ( )
w
w
a1 b1 h a1 b1 h
S Q Q K sat ( ) K
max
b1 h
max
b1 h
S sat ( )
Q
Q
a2 b2T
K
max
c a2 b2T c
max
h S sat ( ) c
h c
PERANCANGAN PENGENDALI DYNAMIC SMC Ketinggian Air S
w
K
w K sat ( )
w
2 a1 h b1 1 2 h
w
max
a1 1 2 h
2 h b1 1 2 h
a1 b1 1 2 h
max
a1 1 2 h
2 h b1 1 2 h
2 a1h 1 2 h
a1
a1
2 a1h 1 2 h
S sat ( )
Temperatur Uap S
Q Q K sat ( )
Q
z3
z4 c
Q
h
K
max
Q
z4 c
z3
c
z1h h z2
hh
Q
max
z3 z4
hh h
Dengan :
z2
z1
a2 b2T
b2T
h
z1h h a2 b2T
h c
cQ +
a2 b2T
z2
z3 z4
cQ
z3 z4 cQ
z3 z4 cQ
cQ z3
h h
h
z4
b2T
a2 b2T
h a2 b2T h
S sat ( )
PERANCANGAN PENGENDALI DYNAMIC SMC (Lanjutan)
HASIL SIMULASI TANPA CONTROLLER
Grafik Ketinggian Air
Grafik Temperatur Uap
HASIL SIMULASI DENGAN STATIC DAN DYNAMIC SMC
Grafik Ketinggian Air dengan static SMC
Grafik Ketinggian Air dengan Dynamic SMC
Grafik Temperatur Uap dengan static SMC
Grafik Temperatur Uap dengan Dynamic SMC
HASIL SIMULASI DENGAN GANGGUAN EKSTERNAL static SMC dengan Sinyal Sinus Kecil
dynamic SMC dengan Sinyal Sinus Kecil
HASIL SIMULASI DENGAN GANGGUAN EKSTERNAL static SMC dengan Sinyal Sinus Besar
dynamic SMC dengan Sinyal Sinus Besar
HASIL SIMULASI DENGAN GANGGUAN INTERNAL
static SMC dengan Parameter Diperbesar
dynamic SMC dengan Parameter Diperbesar
KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN 1. Rancangan sistem pengendali SMC dapat diterapkan pada pengendalian ketinggian air dan temperatur uap pada steam drum boiler. Dengan membedakan pengendali SMC menjadi dua yaitu : Static Sliding Mode Control (SSMC) dan Dynamic Sliding Mode Control (DSMC). 2. a Dengan metode static SMC, ketinggian air sudah stabil di posisi yang diinginkan tetapi waktunya lebih lama 0,5 jam daripada dynamic SMC. Dan dengan static SMC, temperatur uap lebih cepat daripada dynamic DSMC dan sudah stabil namun masih belum seperti posisi yang diinginkan (masih terjadi 1,27 %). Sedangkan pada dynamic SMC, ketinggian air sudah stabil di posisi yang diinginkan. Untuk temperatur uap juga stabil di posisi yang diinginkan. b Pengendali dynamic SMC pada pengendalian ketinggian air dan temperatur uap pada steam drum boiler lebih robust terhadap gangguan eksternal baik bersifat kecil maupun besar dan terhadap gangguan internal baik dalam pengurangan maupun penambahan parameter dibanding static SMC.Namun Pengendali static SMC pada pengendalian temperatur uap pada steam drum boiler lebih robust terhadap gangguan internal baik dalam pengurangan maupun penambahan parameter dibanding dynamic SMC.
Lanjutan 3. Dari hasil analisa simulasi dapat disimpulkan bahwa dynamic SMC dalam desain contoller w dan Q dynamic SMC tingkat kesulitannya lebih tinggi daripada static SMC tetapi performansi dynamic SMC lebih baik daripada static SMC
SARAN Saran yang diajukan dari Tugas Akhir ini untuk penelitian selanjutnya adalah Penggunaan pengendali dynamic SMC pada tugas akhir ini sudah cukup baik bila dibandingkan pengendali static SMC, namun sebaiknya perlu dikaji lebih lanjut apabila dibandingkan dengan metode lain yang lebih baru seperti Fuzzy Logic Controller (FLC) maupun Fuzzy Sliding Mode Control (FSMC).
DAFTAR PUSTAKA [1] Baskoro, Buyung, 2009. Peralatan Utama PLTU – Boiler. [2]. Herlambang, T. 2010, “Pemodelan Matematika dan Analisis Sifat-Sifat Sistem Level Air dan Temperatur Steam pada Steam Drum Boiler di PLTU 1/2 PT PJB UP Gresik”. Laporan Kerja Praktek, jurusan Matematika, ITS, Surabaya. [3]. Moradi, H. 2009.Robust Control of an Industrial Boiler System;a Comparison Between Two Approaches; Sliding Mode Control And Technique.Tehran :Amirkabir University of Technology. [4]. Ogata, Katsuhito, 1984, Modern Control Engineering, Prentice Hall, USA. [5]. Pakpahan, S. 1987.Kontrol Otomatik:Teori dan Penerapan. Jakarta: Erlangga [6]. Perruquetti, Wilfrid dan Barbot, Jean Pierre. 2002. Sliding Mode Control in Engineering. New York: Marcel Dekker, Inc [7]. Priyanto, A. 2009. “Perancangan dan Simulasi Sistem Kendali Posisi Magnetic Levitation Ball dengan Menggunakan Metode Sliding Mode Control. Tugas Akhir Jurusan Matematika” , ITS, Surabaya. [8]. Stephanopoulos, G, 1984, Chemical Process Control An Introduction To Theory And Practice, Prentice Hall International, London. [9]. Tien, N.T. 2002. Sliding Control. Applied Nonlinear Control. [10]. Zhu, F.Q.Q.M., Winfield, A., dan Melhuish, C. 2003. “Fuzzy Sliding Mode Control for Discrete Nonlinear Sistems”. Transactions of China Automation Society, Vol. 22, No. 2 (Sum No. 86).
