Pengendalian Proses CHS310806 3 SKS Departemen Teknik Kimia FTUI
Disain Pembelajaran Mata Ajar Sebelumnya
SIMULASI (LAB. MAYA)
VIDEO
Filosofi Pengendalian Proses SAP
Pemodelan Dinamik (Mekanistik)
Analisis Perilaku Model Dinamik Pengendalian Proses
Mata Ajar Sedang Berjalan Metode WILMO Lecture Notes
Pemodelan Empirik Pengendalian Proses MODUL INTERAKTIF Penyetelen Kontroler
Analisis Stabilitas
Next
Akses Internet • Puskom FTUI • Lab SPK DTK FTUI • WiFi DTK FTUI
Tujuan Pembelajaran Setelah mengikuti MA Pengendalian Proses, mahasiswa: • mampu mengkonstruksi pengetahuan dari mata ajar yang sebelumnya dan yang bersamaan dengan mata ajar ini, • mampu menjelaskan tiga persoalan penting dalam pengendalian proses, yaitu – perilaku dinamik, karena tidak ada proses yang beroperasi secara statik (steady-state) – operasi proses, karena peralatan yang ada harus dioperasikan secara aman untuk mendapatkan keuntungan yang tinggi – pengendalian otomatis, karena insinyur menerapkan keputusan operasi melalui teknologi komputer
SAP
Sasaran Pembelajaran • Sasaran Afektif (ATTITUDE) • Sasaran Psikomotorik (SKILL) • Sasaran Kognitif (KNOWLEDGE)
SAP
Sasaran Afektif (ATTITUDE) • Proses tidak pernah berfungsi secara eksak seperti yang telah dirancang disebabkan oleh adanya ketidakpastian dan gangguan • Fleksibilitas dalam bentuk kapasitas peralatan tambahan dan manipulated variable harus disediakan untuk mencapai kinerja yang diinginkan • Feedback control dapat memperbaiki keselamatan, kualitas produk dan profit untuk pabrik yang dirancang secara baik
Sasaran
Sasaran Psikomotorik (SKILL) • Menggunakan skill belajar-mandiri dan sumbersumber penelitian (perpustakaan, internet, dsb.) untuk menginvestigasi dan melaporkan topik-topik pengendalian proses • Bekerja secara efektif selama proyek kelompok mengevaluasi obyektif pengendalian, penyetelan lup (loop tuning) dan disain pengendalian • Menerapkan problem-solving skill untuk analisis data proses
Sasaran
Sasaran Kognitif (KNOWLEDGE) •
• • • • •
Merumuskan dan menyelesaikan model dinamik dasar dari proses nyata. Juga, melakukan eksperimen pemodelan empirik, estimasi parameter, dan perbandingan dengan model dasarnya Mendefinisikan obyektif pengendalian dalam tujuh kategori dalam sebuah proses kimia Menyeleksi variabel untuk pengukuran dan manipulasi, berhubungan dengan instrumentasi pengendalian otomatis Mendisain sistem pengendalian lup tunggal Menerapkan dan menyetel kontroler Menghubungkan dinamika proses dengan kinerja, misalnya, mampu menentukan dinamika berumpan-balik, dinamika gangguan dan frekuensi gangguan yang baik dan tidak-baik, dan menyarankan perubahan proses untuk kinerja proses yang diperbaiki
Sasaran
Kegiatan Belajar-Mengajar (1) Pk n
Pokok Bahasan & Sub Pokok Bahasan
1
PENGANTAR PENGENDALIAN PROSES •Kenapa Pengendalian Proses dan Kenapa Sekarang? •Pertanyaan Dasar tentang Pengendalian
2
OBYEKTIF DAN BENEFIT PENGENDALIAN •Tujuh (7) Obyektif Pengendalian •Ukuran variabilitas •Dampak ekonomi dari variabilitas
Tujuan Instruksional Umum dan/atau Sasaran Pembelajaran
Kegiata n
Media
Tugas
Evaluasi
•Menjelaskan konsep umpanbalik (feedback) yang diaplikasikan pada kontrol •Menjelaskan dan mengidentifikasikan tiga unsur dalam lup berumpan-balik (feedback loop) •Dapat menerapkan umpanbalik manual pada beberapa contoh proses kimia
Kuliah Latihan
LCD Notebook Papan Tulis
Akses WILMO Tugas 1
PR
•Mengenal contoh-contoh dari tujuh (7) obyektif pengendalian pada proses-proses kimia •Menghitung indikator dari variabilitas pada variable proses •Dapat menghitung dampak ekonomi dari variabilitas
Kuliah Latihan
LCD Notebook Papan Tulis
Akses WILMO Tugas 2
Kuis 1
Kegiatan Belajar-Mengajar (2) 3
PRINSIP PEMODELAN MATEMATIKA •Alasan mengapa kita perlu model dinamik •Enam (6) - tahapan prosedur pemodelan •Kesimpulan umum tentang model
4-5
PEMODELAN DAN ANALISIS PENGENDALIAN PROSES •Transformasi Laplace •Penyelesaikan model dinamik linear •Struktur model fungsi alih •Fitur kualitatif secara langsung dari model •Respon frekuensi
•Merumuskan model dinamik didasarkan pada prinsip neraca •Menyelesaikan model dinamik orde satu yang sederhana •Menentukan aspek kunci yang bagaimana dari dinamik bergantung pada disain dan operasi proses
Kuliah Latihan Respon si
LCD Notebook Papan Tulis
Akses WILMO Tugas 3
•Menyelesaikan model dinamik linear orde satu dan dua secara analitis •Menyatakan model dinamik kedalam fungsi alih (transfer function) •Memperkirakan fitur penting dari perilaku dinamik dari dari model tanpa menyelesaikannya
Kuliah Latihan
LCD Notebook Papan Tulis
Akses WILMO Tugas 4
Kuis 2
Kegiatan Belajar-Mengajar (3) 6
PERILAKU DINAMIK SISTEM PROSES YANG KHAS •Sistem dinamik sederhana: First order, Second order, Dead time dan (Non) Selfregulatory •Struktur penting dari sistem yang sederhana: Series, Parallel, Recycle dan Staged
7
IDENTIFIKASI MODEL EMPIRIK •Disain eksperimen untuk bangunan model •Process reaction curve (graphical) •Estimasi parameter statistik
•Memprediksi output untuk input yang khas untuk sistem dinamik •Menurunkan dinamik sistem tersebut untuk struktur penting dari sistem dinamik sederhana •Mengetahui efek yang besar pada proses dinamik yang disebabkan oleh struktur proses
Kuliah Latihan Respons i
LCD Notebook Papan Tulis
Akses WILMO Tugas 5
•Disain dan implementasi sebuah eksperimen yang baik •Melakukan kalkulasi secara grafik •Melakukan kalkulasi secara statistik •Mengkombinasikan pemodelan dasar dan empirik untuk sistem proses kimia
Kuliah Latihan Respons i
LCD Notebook Papan Tulis
Akses WILMO Tugas 6
UJIAN TULIS MID TEST
Kuis 3
Kegiatan Belajar-Mengajar (4) 8
LUP BERUMPAN-BALIK •Elemen-elemen lup yang khas •Variabel berhubungan dengan obyektif pengendalian •Ukuran-ukuran kinerja pengendalian yang khas •Lima pendekatan terhadap pengendalian berumpan-balik
9
PENGENDALI PID •Fitur-fitur umum dan sejarah PID •Model Proses dan kontroler – Diagram Blok •Tiga jenis kontroler dengan fitur-fiturnya: Proportional, Integral dan Derivative •Perilaku dinamik yang khas
•Mengidentfikasi elemenelemen penting pada lup berumpan-balik •Memilih variabel-variabel kandidat yang cocok untuk dikendalikan dan dimanipulasi •Mengevaluasi data kinerja pengendalian menggunakan ukuran standar dari kinerja dinamik
Kuliah Latihan
LCD Notebook Papan Tulis
Akses WILMO
•Memahami kekuatan dan kelemahan tiga jenis kontroler PID •Menentukan model sistem berumpan-balik menggunakan aljabar diagram blok •Menetapkan sifat-sifat umum berumpan-balik PID dari model lup tertutup
Kuliah Latihan Responsi
LCD Notebook Papan Tulis
Akses WILMO
Kuis 4
Kegiatan Belajar-Mengajar (5) 1012
PENYETELAN PENGENDALI PID •Pendekatan trial-and-error kenapa tidak digunakan •Definisi masalah tuning •Menyelesaikan dan Mengembangkan korelasi •Menerapkan korelasi ke contoh-contoh •Kehalusan penyetelan sentuhan pribadi
•Menjelaskan sasaran kinerja yang kita cari hingga ketemu lewat penyetelan (tuning). •Menerapkan prosedur penyetelan menggunakan kurva reaksi porses (process reaction curve) dan persamaan tuning. •Perbaikan kinerja lebih lanjut dengan penyetelan yang baik
Kuliah Latihan
LCD Notebook Papan Tulis
Akses WILMO
Kuis 5
1314
ANALISIS STABILITAS •Definisi stabilitas •Peninjauan kembali menentukan akar persamaan karakteristik (PK) •Pengantar metode stabilitas Bode •Penerapan penentuan beberapa kecenderungan umum pada sistem berumpan-balik
•Menentukan stabilitas dari sebuah proses tanpa pengendalian •Menentukan stabilitas dari sebuah sistem pengendalian berumpan-balik lup tertutup •Menggunakan pendekatan ini untuk mempelajari bagaimana dead time mempengaruhi stabilitas
Kuliah Latihan Responsi
LCD Notebook Papan Tulis
Akses WILMO Tugas Akhir
Kuis 6
UJIAN TULIS FINAL TEST
SAP
Filosofi Pengendalian Proses Pengantar pengendalian proses
1. –
Menjelaskan konsep umpan-balik (feedback) yang diaplikasikan pada kontrol
–
Menjelaskan dan mengidentifikasikan tiga unsur dalam lup berumpan-balik (feedback loop)
–
Dapat menerapkan umpan-balik manual pada beberapa contoh proses kimia
Obyektif dan benefit pengendalian
2. –
Mengenal contoh-contoh dari tujuh (7) obyektif pengendalian pada proses-proses kimia
–
Menghitung indikator dari variabilitas pada variable proses
–
Dapat menghitung dampak ekonomi dari variabilitas
Disain
Pemodelan Dinamik Prinsip pemodelan matematika
3. –
Merumuskan model dinamik didasarkan pada prinsip neraca
–
Menyelesaikan model dinamik orde satu yang sederhana
–
Menentukan aspek kunci yang bagaimana dari dinamik bergantung pada disain dan operasi proses
Pemodelan dan analisis pengendalian proses
4. –
Menyelesaikan model dinamik linear orde satu dan dua secara analitis
–
Menyatakan model dinamik kedalam fungsi alih (transfer function)
–
Memperkirakan fitur penting dari perilaku dinamik dari dari model tanpa menyelesaikannya
Disain
Analisis Perilaku Model Dinamik Pengendalian Proses Perilaku dinamik sistem proses yang khas
5. –
Memprediksi output untuk input yang khas untuk sistem dinamik
–
Menurunkan dinamik sistem tersebut untuk struktur penting dari sistem dinamik sederhana
–
Mengetahui efek yang besar pada proses dinamik yang disebabkan oleh struktur proses
Disain
Pemodelan Empirik Pengendalian Proses 6. Identifikasi pemodelan empirik –
Disain dan implementasi sebuah eksperimen yang baik
–
Melakukan kalkulasi secara grafik
–
Melakukan kalkulasi secara statistik
–
Mengkombinasikan pemodelan dasar dan empirik untuk sistem proses kimia
Disain
Penyetelan Kontroler Lup berumpan-balik
7. –
Mengidentfikasi elemen-elemen penting pada lup berumpan-balik
–
Memilih variabel-variabel kandidat yang cocok untuk dikendalikan dan dimanipulasi
–
Mengevaluasi data kinerja pengendalian menggunakan ukuran standar dari kinerja dinamik
Algoritma PID
8. –
Memahami kekuatan dan kelemahan tiga jenis kontroler PID
–
Menentukan model sistem berumpan-balik menggunakan aljabar diagram blok
–
Menetapkan sifat-sifat umum berumpan-balik PID dari model lup tertutup
Penyetelan kontroler PID untuk kinerja dinamik
9. –
Menjelaskan sasaran kinerja yang kita cari hingga ketemu lewat penyetelan (tuning).
–
Menerapkan prosedur penyetelan menggunakan kurva reaksi porses (process reaction curve) dan persamaan tuning.
–
Perbaikan kinerja lebih lanjut dengan penyetelan yang baik
Chart
Analisis Stabilitas Analisis Stabilitas Pengendalian Proses
10.
–
Menentukan stabilitas dari sebuah proses tanpa pengendalian
–
Menentukan stabilitas dari sebuah sistem pengendalian berumpan-balik lup tertutup
–
Menggunakan pendekatan ini untuk mempelajari bagaimana dead time mempengaruhi stabilitas.
Disain
Silabus MA Pengendalian Proses 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Pengantar pengendalian proses Obyektif dan benefit pengendalian Prinsip pemodelan matematika Pemodelan dan analisis pengendalian proses Perilaku dinamik sistem proses yang khas Identifikasi pemodelan empirik Lup berumpan-balik Algoritma PID Penyetelan kontroler PID untuk kinerja dinamik 10. Analisis Stabilitas Pengendalian Proses elearn.che.ui.edu
Disain
Rujukan •
Textbook: T. Marlin, Process Control: Designing Processes and Control Systems for Dynamic Performance, 2nd Edition, McGraw-Hill, New York, 2000
•
Rujukan: 1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Carlos A. Smith, Armando B. Corripio, Principles and Practice of Automatic Process Control, John Wiley & Sons, 1985, ISBN 0-471-88346-8 D. E Seborg, T. F. Edgar, D. A. Mellichamp, Process Dynamics and Control, John Wiley & Sons, 1989, ISBN 0-471-86389-0 Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan), Jilid 1, Penerbit Erlangga, 1985, Bandung Bequette, R. W., Process Dynamics: Modeling, Analysis, and Simulation, Prentice Hall,1998 Luyben, William L., Process Modeling, Simulation and Control for Chemical Engineers, Second Edition, McGraw-Hill International Edition, 1990 Kuo, Benjamin C., Automatic Control Systems, Sixth Edition, Prentice-Hall International Editions, 1991 Stephanopoulos, George, Chemical Process Control: An Introduction to Theory and Practice, Prentice-Hall International, 1984
Rujukan (2) 3.
Jurnal a. b. c.
4.
b.
c.
6.
Computers & Chemical Engineering Journal of Process Control Chemical Engineering Science
Internet: a.
5.
:
elearn.che.ui.edu http://www.pc-education.mcmaster.ca (WILMO) http://lorien.ncl.ac.uk/ming/Dept/Swot/con notes.htm (Jagad PC)
Software: MATLAB with SIMULINK Process Control Videos
MA Ajar Sebelum Pengendalian Proses • • • • •
Matematika (kalkulus dan aljabar linear) Metode Numerik Termodinamika Perpindahan Kalor Neraca Massa dan Energi
Disain
MA Bersamaan dengan Pengendalian Proses • • • •
Perancangan Alat Proses Pemodelan dan Matematika Terapan Teknik Reaksi Kimia Perpindahan Massa
Disain
Proses Belajar dengan WILMO (Web-based Interactive Learning MOdules) 1. Initial reading
2. Class participation
3. Web learning Modules
4. Course assignments
5. Study in depth
Formulate own study questions Reading
Revisit WEB
Disain
Pengendalian Proses di e-Learning DTK FTUI • • • •
Lecture Notes Assignments Forum Quiz
