Makalah Seminar Kerja Praktek ANALISIS CASCADE CONTROL PADA FLOW CONTROL DAN LEVEL CONTROL DI BAGIAN 11V2 FOC 1 Tri Bagus Susilo (L2F006089) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang Jln. Prof. Soedharto, Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia e-mail:
[email protected],
[email protected] Abstrak PT. PERTAMINA RU IV Cilacap merupakan salah satu indutstri yang menggunakan sistem kendali otomatis dalam proses produksinya. Sistem kendali otomatis sangat diperlukan dalam operasi-operasi industri misalnya untuk pengontrolan tekanan, temperature, level, kelembapan, viskositas dan laju alir dalam proses produksi. Otomatisasi saat ini tidak hanya diperlukan sebagai pendukung keamanan operasi, faktor ekonomi maupun mutu produksi, namun telah menjadi suatu kebutuhan pokok bagi proses industri. FOC (Fuel Oil Complex ) I adalah bagian dari Kilang I PT ERTAMINA RU IV yang memproduksi BBM, Di dalam FOC I terdapat Vessel 11V2 merupakan tempat pemisahan fluida berdasarkan viskositasnya. Fluida yang mempunyai viskositas yang lebih tinggi akan berada di atas sedangkan air yang memiliki viskositas yang lebih rendah akan berada di bawah, sehingga keduanya dapat dipisahkan.Dalam vessel ini terdapat cascade control system pada flow control dan level control. Pengontrolan secara bertingkat ini bertujuan untuk menghasilkan aksi kontrol yang akurat pada level vessel. Kata kunci: cascade control, level control, flow control
I. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Sistem kendali sangat diperlukan dalam dunia industri dan memegang peranan penting untuk pengendalian proses produksi. Perkembangan system kendali saat ini dipengaruhi oleh beberapa faktor sebagai berikut: Kebutuhan user (industri) akan teknologi yang lebih maju dan bersifat user friendly karena bertambahnya ukuran, kapasitas dan kompleksitas proses produksi. Perkembangan teknologi elektronika dan komputerisasi yang mengarah pada penggunaan teknologi digital. PT. PERTAMINA RU IV Cilacap sebagai suatu perusahaan pengilangan di Indonesia yang mengolah minyak mentah menjadi Bahan Bakar Minyak (BBM) dan Non Bahan Bakar Minyak (NBM) merupakan salah satu indutstri yang menggunakan sistem kendali otomatis dalam proses produksinya. Sistem kendali otomatis sangat diperlukan dalam operasi-operasi industri misalnya untuk pengontrolan tekanan, temperature, level, kelembapan, viskositas dan laju alir dalam proses produksi. Otomatisasi saat ini tidak hanya diperlukan sebagai pendukung keamanan operasi, faktor ekonomi maupun mutu produksi namun telah menjadi suatu kebutuhan pokok bagi proses industri.
Fuel Oil Complex I (FOC I) sebagai ruang pengolahan penghasil BBM diharuskan mempunyai fungsi control yang handal untuk memperolah hasil BBM yang maksimal. Didalam FOC I terdapat 11V2 yang merupakan tempat pemisahan fluida berdasarkan viskositasnya. Sesuai hukum fisisnya bahwa fluida dengan viskositas yang lebih tinggi akan berada pada atas fluida dengan vskositas yang lebih rendah, sehingga keduanya data dipisahan. Di dalam laporan ini akan membahas tentang cascade control system yang berada di 11V2. Sistem yang diparalel adalah level control dan flow control. 1.2 Tujuan Adapun tujuan khusus dari pelaksanaan kerja praktek ini adalah mempelajari cascade
control pada level control dan flow control pada 11V2 FOC I yang terdapat di PT PERTAMINA RU IV CILACAP. 1.3 Pembatasan Masalah Makalah ini hanya untuk mempelajari secara khusus mempelajari cascade control pada level control dan flow control yang berada pada 11V2 FOC 1 di PT PERTAMINA RU IV tidak mempresentasikan tentang : 1. Estimasi sistem pada cascade control.
Tri Bagus Susilo – L2F006089 Halaman 1 dari 5
2. Respon sistem secara meatematika dari output sistem cascade control. 3. Progam logika yang digunakan dalam pengontrolan sistem cascade control. 4. Proses fisis dan kimia pada kontrol proses cascade control. II. DASAR TEORI 2.1 Sistem Instrumentasi Di PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap parameter utama yang selalu diukur antara lain: suhu (temperature), aliran (flow), tekanan (pressure), tinggi permukaan (level). Gabungan serta kerja alat-alat pengendalian otomatis ini dinamakan sistem pengendalian, sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem pengendalian disebut instrumentasi sistem kendali. Fungsi instrumentasi pada suatu proses industri dapat diklasifikasikan ke dalam 4 bagian yaitu : 1. Sebagai Alat Ukur Instrument mendeteksi dan memberikan informasi tentang besarnya nilai proses variabel yang diukur dari suatu proses industri sehingga dapat dipahami (mempunyai informasi) oleh pengamat. 2. Sebagai Alat Kontrol/Pengendali Instrument berfungsi untuk mengendalikan jalannya operasi agar variabel proses yang diukur dapat diatur dan dikendalikan, tetap pada nilai yang ditentukan (set point). 3. Sebagai Alat Safety Instrument memberikan tanda bahaya atau tanda gangguan apabila terjadi trouble atau kondisi tidak normal yang diakibatkan tidak berfungsinya suatu peralatan pada proses, serta berfungsi untuk mentripkan suatu proses apabila gangguan tersebut tidak teratasi dalam jangka waktu tertentu. 4. Sebagai Alat Analisa Instrument berfungsi sebagai alat untuk menganalisa produk yang dikelola, apakah sudah memenuhi spesifikasi yang diinginkan sesuai dengan standar mengetahui polusi dari hasil buangan sisa produksi yang diproses agar tidak membahayakan dan merusak lingkungan. 2.2
Instrumentasi Pengukuran dan Transmitter Transmitter adalah individual instrument yang berfungsi mengukur nilai flow, level, pressure untuk selanjutnya mengubah sinyal pengukuran standar yang sebanding dengan arus listrik searah 420 mA, tegangan 1-5 V atau sinyal pneumatic 3-15 psi atau 0,2-1 kg/cm².
Gambar 2.1 Flow Transmitter yang digunakan di FOC 1
2.3
Sistem Kontrol Cascade Konfigurasi cascade mempunyai dua buah loop, yaitu loop primer dan loop sekunder. Dalam control ini ada satu variabel yang dimanupulasi dengan dua buah variabel yang diukur. Dalam kilang, konfigurasi ini lebih dikenal dengan systemmasterslave. Untuk contoh adalah kontrol laju aliran yang sering menjadi kontroler sekunder bagi kontroler lainnya. Loop primernya seperti temperature, level, ataupun pressure. Penerapan di kilang adalah bagian boiler, kolom destilasi, heatexchanger dan masih bnyak lagi. Di bawah ini contoh gambar untuk loopcascade.
Gambar 2.2 Struktur CascadeLoopControl
2.4
Kontrol Valve Valve adalah suatu peralatan mekanis yang melaksanakan suatu akasi untuk mengontrol atau memberikan efek terhadap suatu aliran fluida di dalam suatu sistem perpipaan atau peralatan. Fungsi valve dapat dibedakan menjadi : 1. Mengalirkan atau menghentikan aliran (on-off) 2. Mengatur variasi kecepatan aliran (regulating) 3. Mengatur aliran hanya pada suatu aliran saja (checking) 4. Merubah/memindahkan aliran pada line pipa yang berbeda (switching) 5. Melepas aliran dari system ke atmosfer (discharging) Control valve adalah jenis final control element yang paling umum dipakai untuk sistem pengendalian proses, sehingga orang cenderung mengartikan final control element sebagai control valve. Aksi kontrol pada control valve ini dibedakan menjadi 2, yaitu : Air To Close / ATC: apabila mendapat signal input, maka control valve akan menutup.
Tri Bagus Susilo – L2F006089 Halaman 2 dari 5
Semakin besar signalinput yang diterima maka semakin besar pula gerakan stem kebawah. Air To Open / ATO: apabila mendapat signal input, maka controlvalve akan membuka. Semakin besar signal input yang diterima maka semakin besar pula gerakan stem keatas.
Gambar 2.2
(a) (b) (a) Control Valve aksi ATO (b) Control Valve aksi ATC
III. CASCADE CONTROL SYSTEM PADA 11V2 Pengontrolan skema cascade pada kontrol proses industri akan menghasilkan unjuk kerja yang lebih memuaskan jika proses yang dikontrol selama operasinya sering terjadi gangguan pada sisi slave loop. (Setiawan,Iwan.2008 : 186). 3.1
GAMBARAN UMUM PROSES PADA CRUDE DESTILATION UNIT (CDU) 11V2 FOC 1
Gambar 4.1 Diagram Blok Proses Kilang Minyak I
Di dalam FOC 1 terdapat unit yang mengolah crude oil tipe ALC (Arabian Light Crude) dari timur tengah. Unit CDU I (Crude Destilation Unit I) memhasilkan 6 olahan berupa Fuel Gas, Naphta, Kerosine, LGO, HGO, dan Long Residu. Proses yang terjadi pada CDU I ini adalah proses pemisahan antara minyak mentah ALC menjadi 6 produk di atas berdasarkan titik didihnya. Pemisahan dilakukan dengan fisisi ataupun kimia. Dengan memanfaatkan adanya perbedaan sifat
penguapan zat (volatility) produk bias dibedakan secara jelas. Sesuai dengan namanya, proses destilasi pada CDU I ini dilakukan dengan fluide hitting atau pemanasan campuran zat cair pada temperatur tinggi agar salah satu komponennya dapat berubah menjadi gas atau menguap. Sehingga konsekuensi yang harus dilakukan adalah menjaga kestabilan temperature . Dalam proses pemisahan ada tahap-tahap yang harus dilalui. Tahap-tahap tersebut terdiri dari 3 tahap dasar yaitu: 1. Tahap penguapan atau proses penambahan sejumlah panas ke dalam larutan/campuran yang akan dipisahkan. 2. Tahap pembentukan fase setimbang. 3. Tahap pemisahan fase setimbang. Pada kilang RU IV Cilacap proses destilasi mempunyai urutan proes sebagai berikut: Minyak mentah yang akan diolah dipanaskan terlebih dahulu oleh heat exchanger. Selain itu crude oil juga mengalami proses desalting untuk menurunkan kadar garam. Setelah itu minyak akad dimasukkan ke dalam main fraksinator CDU I. Di dalam main fraksinator CDU I ini, minyak mentah dipisahkan menjadi 5 fraksi yaitu fraksi overhead, kerosene, light gas oil (LGO), heavy gas oil (HGO), dan long residu (LSWR). Fraksi overhead yang telah dipisahkan oleh main column kemudian dialirkan pada stabilizer column (11C7) sesuai dengan gambar di atas. Pada stabilizer column inilah terjadi pemihana antara gas sebagai fuel gas, top product sebagai LPD recovery feed dan bottom product masuk ke splitter, dimana disini dipisahkan antara light naphtha dan heavy naphtha. Top product dari stabilizer column dilairkan untuk dikondensasi oleh stabilizer overhead condenser (11E51). Hasil dari condensate tersebut kemudian masuk ke dalam vessel penampungan stabilizer overhead accumulator (11V2). Pada vessel 11V2 akan terjadi pemisahan hasil top product dari stabilizer column (11C7) yaitu Naphtha dengan air. Naphtha yang telah terpisah oleh air akan masuk ke dalam pompa stabilizer reflux pump (11P9A/B) untuk dipompakan kembali ke column stabilizer (11C7) sebagai refluk untuk dipisahkan kembali dengan dikontrol oleh temperature control (11TIC-008). Sedangkan air dari vessel 11V2 akan dialirkan menuju vessel 11V1. Level dari hydrocarbon cair dikontrol oleh 11LIC-015 yang terhubung dengan air of condenser 11E51, sehingga level pada 11V2 dapat terkontrol
Tri Bagus Susilo – L2F006089 Halaman 3 dari 5
dengan baik. Naphtha Hydrotreater yang berbentuk gas sebagian akan dilairkan menuju SRU dan sebagian akan menuju Fuel Gas System. Gas ini akan diprioritaskan menuju SRU. Pembagian ini dikontrol oleh 11PIC-006E pada column 11C7. 3.2
ANALISIS CONTROL SYSTEM 11V2 11E51
CASCADE
P-15 11FIC 036
11FT 036
11LIC 015 S-2 11LY 015
11C7
11LY 015
11V2
11LT 015
S-1
GAS AREA 90
Gambar 4.2 Diagram P&ID loop cascade control cascade level dengan flow
Loop primer atau master loop adalah pada loop pengontrolan level, sedangkan loop sekunder atau slave loop adalah pada loop pengontrolan laju aliran (flow). Cascade control system pada 11V2 ini bertujuan untuk meningkatkan kestabilan pengontrolan level. Secara instrumentasi terdapat dua transmitter, yaitu level transmitter 11LT-015 dan flow transmitter 11FT-036 yang memberikan sinyal inputan untuk kontroller 11LIC-015 untuk data dari level transmitter dan untuk kontroller 11FIC-036 untuk data dari flow transmitter (secondary input) dan 11LIC-015 (primary input). 11FIC 036
11E51 Master loop S-2 11LY 015
11LIC 015 11LY 015
11V2
11FT 036 Slave loop
S-1
11LT 015
mendeteksi adanya perubahan level fluida. Sinyal pneumatic ini akan diubah menjadi sinyal elektrik oleh 11LY-015. Sinyal elektrik ini akan diinputkan ke controller 11LIC-015 yang kemudian diolah sesuai instruksi di dalamnya. Sinyal output dari 11LIC-015 yang berupa sinyal elektrik akan menjadi input informasi bagi 11FIC-036 selain mendapat input informasi sekunder dari flow transmitter 11FT-036. Kedua sinyal informasi ini yang akan diolah oleh 11FIC-036 menjadi sinyal pneumatic yang akan mengatur perubahan bukaan bladefin-fan 11E51. 11LT-015 sebagai level transmitter akan mendeteksi perubahan level naphta cair yang melebihi atau kurang dari set point. Degan aksi kontrol direct pada 11LIC-015 maka output dari 11LIC-015 juga akan naik yang kemudian sinyal ini menjadi input dari 11FIC-036. Pada saat level naik maka flow transmitter 11FT-036 akan mendeteksi naik pula. Karena aksi direct control pada 11LIC015 maka output dari 11LC-015 juga akan naik yang kemudian sinyal ini menjadi input untuk 11FIC-036. Perubahan sinyal informasi yang diperoleh kontroller 11FIC-036 akan meruah bukaan blade fin-fan 11E51, sehingga bukaan akan menjadi lebih kecil sehingga diperoleh level naphta akan turun.
Representasi diagram P&ID di atas bias diubah dalam bentuk diagram blokseperti di bawah ini. SP +
G1 -
G2
+ -
G3
H2
PV2
H1
PV1
Slave Loop
H3 Master Loop
H4
Gambar 4.4 Diagram Blok Sistem Kontrol Cascade
Keterangan G1 = Level control (11LIC-015) G2 = Flow control (11FIC-036) G3 = Condensator (11E51) H2 = Process flow H1 = Process level H3 = Flow transmitter (11FT-036) H4 = Level transmitter (11LT-015) Dari diagam blok di atas bisa dicari formula fungsi alihnya. Jika diperhatikan pada slave loop bias diperoleh fungsi alih pertama (TF1). IN2 +
G2 -
G3
H2
PV2
Slave Loop
H3 Gambar 4.3Master loop dan slave loop cascade controlpada 11V2
Diagram P&ID di atas, proses aliran sinyal berawal dari level transmitter 11LT-015 yang
Gambar 4.5 Diagram blokslave loopcascade control system 11V2
Tri Bagus Susilo – L2F006089 Halaman 4 dari 5
Dari diagram blok diatas diperoleh fungsi alih sebagai berikut :
Dengan diperolehnya fungsi alih pertama (TF1), diagram blok sistem keseluruhan bisa diringkas menjadi gambar di bawah ini. SP +
G1
PV2
IN2
H1
PV1
-
Master Loop
H4
Gambar 4.6 Diagram blok master loop cascade control system 11V2 Dengan diagram blok master loop di atas bisa diperoleh fungsi alih kedua (TF2) sebagai berikut.
Sehingga bisa digambarkan diagram blok akhir yaitu : SP
PV1
Gambar 4.7 Diagram blok akhir cascade control system 11V2 Secara umum pengontrolan parallel ini bertujuan untuk memperbaiki unjuk kerja sistem bertingkat ataupun terkopel.Untuk memperoleh hasil kerja yang lebih memuaskan, proses yang dikontrol tersebut harus memiliki karakteristik model matematis linear. Sebagai contoh, dengan menganggap flow prosses dan level prosses bersifat linear, maka H1(s) dan H2(s) mempunyai model matematis linear juga.
Keterangan K1,2 = Gain statis proses1,2 T1,2 = Time constant 1,2 L1,2 = Keterlambatan transportasi proses 1,2
III. Kesimpulan 1. Cascade control pada 11V2 FOC I PT. PERTAMINA tepat diaplikasikan dengan hasil unjuk kerja yang bagus. 2. Respon loop pengontrolan sekunder lebih cepat dibandingkan dengan respon loop pengontrolan primer. 3. Terdapat hubungan erat antara variabel utama yang dikontrol dengan variable proses lain (variabel sekundernya). BIOGRAFI Tri Bagus Susilo-L2F006089, dilahirkan di Boyolali, 12 Oktober 1988. Jenjang edukasi ditempuh dari MI Nurulhuda Karanggondang, SLTP Negeri 5 Boyolali, SMA Negeri 1 Boyolali dan sekarang sedang menempuh studi S1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Konsentrasi Kontrol. “Hari ini harus lebih baik dari kemarin” adalah motivasinya dan robotika adalah hobinya. Semarang, Juli 2010 Mengetahui dan mengesahkan, Dosen Pembimbing
Iwan Setiawan, ST. MT NIP. 19730926 20001210 01
Tri Bagus Susilo – L2F006089 Halaman 5 dari 5
