PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN LEVEL DAN SISTEM PROTEKSI PADA KNOCK OUT DRUM 260V106 DI PT PERTAMINA (PERSERO) RU IV CILACAP
Oleh : Fitri Noer Laili (2406100034) Pembimbing : Hendra Cordova, ST, MT
PENDAHULUAN LATAR BELAKANG
Knock Out Drum 260V106 • Prinsip kerja berdasarkan gaya gravitasi • Pengendali yang digunakan adalah on-off on off controller • Plant sering dimatikan apabila level melebihi setpoint kompressor • Apabila diotomatisasi dengan kondisi valve membuka saat level melebihi setpoint maka akan terjadi gangguan • Diperlukan perancangan sistem pengendalian dan proteksi.
PERUMUSAN MASALAH • •
Bagaimana memodelkan proses pada Knock Out Drum 260V106. Bagaimana merancang sistem pengendalian level pada Knock Out Drum 260V106 dengan menggunakan Fuzzy Logic Controller dan PID
controller. • •
•
Bagaimana merancang sistem proteksi (SIS) pada Knock Out Drum. Bagaimana mengetahui dinamika pengendalian dan proteksi pada proses yang yang telah dibuat simulasinya pada Knock Out Drum. B Bagaimana menentukan k b besarnya S f Safety I Integrity L l (SIL) pada Level d Knock Out Drum 260V106.
BATASAN MASALAH `
Plant yang menjadi objek studi adalah Knock Out Drum 260V106 pada Lube Oil Complex (LOC) III di PT Pertamina RU IV Cilacap.
`
Data-data proses diambil pada saat kondisi normal operasi.
`
Metode Inferensi Fuzzy yang digunakan adalah Mamdani (max-min).
`
SIS berorientasi pada kondisi overlevel. overlevel
`
Analisa yang dilakukan adalah analisa tentang performansi sistem pengendalian dan proteksi.
TUJUAN PENELITIAN Untuk melakukan perancangan sistem pengendalian level dan sistem proteksi pada Knock Out Drum 260V106 melalui simulasi untuk mengetahui dinamika proses yang terjadi.
METODOLOGI PENELITIAN Data
Pemodelan
Fuzzy Logic Controller
PID controller tidak
tidak
Ess ≤ 2% ya
Ess ≤ 2%
Analisa Performansi sistem pengendalian dan proteksi
ya
P&ID KNOCK OUT DRUM 260V106 T PERTAMINA RU IV CILACAP
DIAGRAM BLOK SISTEM PENGENDALIAN DAN PROTEKSI
Dimana: SP = setpoint e = error h (t) = Process Variabel (level) MV = measured Variabel
PEMODELAN PROSES PADA KNOCK OUT DRUM
Pemodelan matematis sistem pengendalian level: Aliran yang melewati control valve : Persamaan d di atas d dilinearisasikan near sas kan dengan menggunakan Deret eret Taylor, sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut: D Dengan memisalkan: lk
Persamaan model matematis pengendalian level dapat disederhanakan menjadi:
Persamaan d di atas dapat d disederhanakan sederhanakan menjadi: menjad :
Dengan mentransformasikan ke dalam Laplace dan memasukkan data didapatkan persamaan sebagai berikut:
TAMPILAN MODEL PROSES
PEMODELAN MATEMATIS LEVEL TRANSMITTER
Fungsi Tranfer Level Transmitter:
PEMODELAN MATEMATIS CONTROL VALVE
Fungsi Tranfer f Level Transmitter:
PERANCANGAN SSISTEM S PENGENDALIAN 1. Tuning PID Controller • •
Digunakan Metode Zieger-Nichols (Kurva S) dengan nilai Kp=19 Ti=12 Td=3 dan menghasilkan respon tidak stabil. stabil Dilakukan tuning parameter dengan metode eksperimen . Respon Stabil dengan nilai Kp= -8.5 Ti= -2 Td= -12
PI Controller
PID Controller
FUZZY LOGIC CONTROLLER
Pembuatan Aturan Fuzzy Berdasarkan strategi pengendalian pada Knock Out Drum, maka dapat disusun suatu rule sebagai berikut:
Metode Pengambilan Keputusan teknik pengambilan keputusan yang digunakan adalah metode max-min (mamdani) Defuzzifikasi Metode defuzzifikasi yang digunakan adalah metode centroid.
PEMODELAN PEMO EL LOG LOGIC C SOL SOLVER ER
FLOWCHART LOGIC SOLVER start Inisialisasi data level
Pembacaan data level
Level >0.9
tidak
Level < 0.8
yya
trip
tidak
ya y
normal
stop
alarm
PENGUJIAN CONTROL VALVE
Hasil Pengujian Control Valve dengan Sinyal 4 mA
Hasil Pengujian Control Valve dengan Sinyal 20 mA
PENGUJIAN ON OFF CONTROLLER
Respon Pengendalian Knock Out Drum 260V106 Dari Data Real Plant.
H il Simulasi Hasil Si l i on-off ff controller t ll
PENGUJIAN OPEN LOOP KNOCK OUT DRUM
PENGUJIAN J RESPON PENGENDALIAN
Pengendali Kondisi Setpoint Mp (%) Ess (%) Ts (s) Kriteria Td (s) Kualitatif Tp (s) () Tr (s)
PID 0.59 30.49 0.34 28.5 3.89 0.22 1.19
Fuzzy 0.59 27.79 0.39 16.4 3.79 1.31 2.98
PENGUJIAN TRACKING SETPOINT
Pengendali
PID
Kondisi Setpoint
0.53 0.59
Kriteria Kualitatif
Fuzzy 0.53
0.59
Mp(%) 33.20
1.54
36.32
18.64
Ess(%)
0.28
0.02
0.79
0.38
Ts (s)
23.2
27.5
19.5
16.6
Pengendali
Fuzzy
0.59
0.53
0.59
0.53
Mp(%)
30.49
10.32
27.9
11.32
Ess (%)
0.34
1.69
0.39
0.75
Ts (s)
28.5
14
14.9
11.5
Kondisi Setpoint
Kriteria Kualitatif
PID
PENGUJIAN SISTEM INTERLOCK
Kondisi normal
Kondisi alarm
Kondisi trip
Tabel Hubungan Level Pada Knock Out Drum dengan Kondisi Sinyal Pada Logic
Solver
PENGUJIAN J BEBAN (LOAD) ( ) Pengujian beban dilakukan dengan menaikkan beban dari 7.05 m3/s hingga 8.46 m3/s
SIMULASI UNTUK MENGETAHUI BATAS SISTEM J PENGENDALIAN BEKERJA • sebab terjadinya overlevel difokuskan pada satu sebab saja yaitu penambahan load (laju aliran volume recycle gas hidrogen) menjadikan respon berada di dalam daerah dimana sistem proteksi harus bekerja. • kenaikan gangguan (load) > 10.57 m3/s (50%), (50%) kondisi yang terjadi adalah alarm • kenaikan gangguan (load ) > 20 m3/s, kondisi yang terjadi adalah trip.
0 59 0.59
KONDISI TRIP
PERHITUNGAN SIL Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan maka diperoleh nilai PFD dari masing-masing instrument.
Nilai PFDavg sebesar 0,07085/jam memiliki ekivalensi dengan nilai faktor reduksi resiko (Risk Reduction Factor/RRF) sebesar 12.73. Nilai PFDavg dan RRF tersebut dapat dikonversi ke dalam tingkatan nilai Safety Integrity Level (SIL) 1.
Pengujian Efek Failure Rate Instrumen Terhadap Respon Sistem Pengendalian Sistem kontrol terdiri dari instrumen-instrumen, sehingga terlebih dahulu dilihat d a respon e po keluaran e a a instrumen e fungsi g reliability e a y da dan fungsi g waktu. a failure rate yang difungsikan ke reliability dan dibobotkan pada instrumen pengendalian Fungsi reliability
Representasi fungsi reliability dan efeknya terhadap sistem kontrol
KESIMPULAN • Secara kualitatif performansi pengendalian dengan menggunakan Fuzzy Logic Controller lebih baik dari pada PID Controller. • Nilai performansi terbaik untuk tuning PID Controller diantaranya parameter Kp =-8, Ti= -2, Td=-11 Mp= 30.49%, Ess= 0.34%, Ts= 28.5 s, Tp= 1.96 s, Td= 3.89 s, Tr= 1.19 s. • Pengendalian dengan menggunakan Fuzzy Logic Controller menghasilkan nilai Mp=26.8%,Ess=0.39%,Ts=14.9s,Tp=3.69s, Td=1.31s, Tr=3.15 s. • Kondisi alarm terjadi pada saat beban dinaikkan hingga 50% atau sebesar 10.57m3/s hingga 14.1 m3/s. Sedangkan kondisi trip terjadi ketika beban dinaikkan hingga 20 m3/s. • Sistem proteksi (Safety Instrumented System) pada Knock Out Drum memiliki nilai PFDavg sebesar 0.07085/jam dengan Risk Reduction Factor sebesar 12.73 sehingga dapat digolongkan kedalam SIL 1. • Semakin besar nilai failure rate dan semakin lama penggunaan instrumen, maka sistem pengendalian d l akan k semakin k sulit l untuk k membawa b proses tepat pada d
setpoint.
SARAN •
•
Sistem pengendalian yang lebih sesuai untuk menggantikan on-off control yang telah ada pada Knock Out Drum 260V106 di PT. PERTAMINA (P (Persero) ) RU IV Cilacap Cl adalah d l h sistem pengendalian d l d dengan menggunakan PID Controller. PID Controller dipilih karena sistem pengendalian dengan menggunakan PID Controller memiliki kriteria kualitatif yang tidak jauh berbeda dengan Fuzzy Logic Controller. Selain itu pula dengan mempertimbangkan segi biaya dan jenis controller yang banyak digunakan di PT. PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap. Efek dari laju kerusakan instrumen (failure rate) dapat dihindari dengan melakukan predictive maintenance dengan cara melakukan penggantian e gga tia solenoid ole oid valve al e setelah etelah pemakaian e akaia 30000 jam ja atau ata sekita ekita 4 tahun dan melakukan kalibrasi rutin pada level transmitter dan control valve sesuai dengan manajemen perusahaan.
SEKIAN DAN TERIMA KASIH
ANALISA KESTABILAN SISTEM •
Hasil Tuning Zieger Nichols
•
Hasil Tuning Metode eksperimen
TUNING NILAI K
