PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN PEMBAKARAN PADA DUCTBURNER WASTE HEAT BOILER (WHB) BERBASIS LOGIC SOLVER Oleh : AMRI AKBAR WICAKSONO (2406 100 002)
Pembimbing: IBU RONNY DWI NORIYATI & BAPAK TOTOK SOEHARTANTO
Latar Belakang Pressure terukur
Firing Temperatur terukur
Plant
Permasalahan
Bagaimana merancang logic solver yang dapat mensupervisory variabel tekanan dan temperatur untuk dijadikan sebagai acuan dalam mengendalikan aliran bahan bakar ke dalam duct burner.
Tujuan
Akan dilakukan perancangan controller berbasis logic solver untuk mengendalikan laju aliran bahan bakar di duct burner Waste Heat Boiler(WHB) dengan menggunakan acuan range temperatur atau range tekanan hasil dari supervisory.
Batasan Masalah • Objek yang dibahas lebih kepada sistem injeksi bahan bakar ke dalam Waste Heat Boiler(WHB) . • Kontroler untuk mengatur bukaan control valve bekerja atas dasar program yang mengacu pada range temperatue terukur dan/atau tekanan terukur. • Tanpa ada perubahan instrument yang digunakan pada sistem injeksi bahan bakar. • Simulasi akan dilakukan dengan simulink. • Temperatur yang dijadikan referensi adalah temperatur pada duct burner. • Tekanan yang dijadikan referensi adalah tekanan pada superheater.
Alur Penelitian Start Studi literatur Pemodelan plant Menentukan hubungan antara pressure , temperatur , dan flow Perancangan kontroler berbasis logic solver Simulasi dengan MATLAB simulink Pengujian dan analisa Penyusunan laporan tugas akhir End
Pemodelan Plant kontroler
aktuator
plant
Diagram Blok
Perancangan Logic Solver Start Data No Temperatur Tekanantemperatur
Aksi
dan data tekanan
Kondisi 1
B
S
Tekanan sebagai referensi
Deskripsi Kondisi
Penentuan variabel referensi opening percentage valve
2
S
Temperatur sebagai
B referensi
Tidak
Tidak If T = 660 0C and If P tidak= 65 Bar
3
B
Ya P sebagai referensi opening percentage valve
S
If T = 660 0C and If P = 65 Bar
B
Ya
4
Deskripsi Aksi
If T tidak= 660 0C and If P = 65 Bar
S
Tidak
Tidak ada aksi Tekanan dan Ya temperatur sebagai referensi
T sebagai referensi opening percentage valve
Tidak ada aksi (default)
Keterangan : B : Sesuai set point S : Melanggar set point end
Tidak If T tidak= 660 0C and If P tidak= 65 Bar
Aksi
Ya P dan T sebagai referensi opening percentage valve
Lanjutan (Perancangan Logic Solver).....2 deskripsi kondisi
decisions
kondisi
inisialisasi kondisi
Lanjutan (Perancangan Logic Solver).....3 sinyal u yang diperlukan untuk mencapai set point tekanan
deskripsi aksi
sinyal u yang diperlukan untuk mencapai kondisi aman temperatur
Lanjutan(Perancangan Logic Solver).......3
Duct Burner
Lanjutan (Duct Burner).............2
Superheater
P.V = n . R . T
Lanjutan (Superheater)......2
Control Valve
mm b s 39,K05875 b s U s 1,7853s 1
U s
vs 1
Temperature Transmitter
Pressure Transmitter
Poy
KP Pox P s 1
Pengujian Open Loop Grafik Respon Uji Open Loop Superheater 140
P yang Diinginkan
Arus (mA) Tekanan (Bar)
120
700
500
400
300
200
Set point tekanan
Grafik Sinyal Uji Step Open Loop Mampu Dicapai
80 20
60 18
Respon open loop control valve 40
16
20
14
0
12 0
10
20
30
10
0
T yang Diinginkan
750
0
6
700 4
50
60
0
10
10
20
70
U
Maksimum yang Mampu Dicapai
8
100
40
WaktuRepresentasi (s) sinyal Laju Bahan Bakar Grafik Respon Open Loop Duct Burner
800
Temperatur (C)
Flow (Kg/s)
600
Respon tekanan superheater
Grafik Respon Uji Open PLoop Valve Max Control yang
100
Respon Temperatur Duct Burner Set Point
20
30
40
30
50
60
40 50 60 T max. yang Mampu Dicapai
Waktu Waktu(s)(s)
650
600
550
0
10
20
30
40
Waktu (s)
50
60
70
70
70
Uji Penambahan Bahan Bakar Grafik Respon Uji Penambahan Bahan Bakar 10% Superheater.
Grafik Sinyal Uji Penambahan Bahan Bakar 10%
140
700
120
Tekanan (Bar)
Respon tekanan superheater
500
Sinyal uji penambahan bahan bakar 10 %
Perubahan respon
80
60
Kenaikan 10% laju bahan bakar
40
400
20
0
300
0
10
20
30
40
50
60
70
Waktu (s) Grafik Respon Uji Penambahan Bahan Bakar 10% Duct Burner 800
200 Respon tempertur duct burner 750
100
0
0
Temperatur (C)
Flow (Kg/s)
600
100
700
10650
20
30
Perubahan respon
40
50
60
70
Waktu (s) 600
550
0
10
20
30
40
Waktu (s)
50
60
70
Uji Pengurangan Bahan Bakar 10 % Grafik Respon Uji Pengurangan Bahan Bakar 10% Duct Burner 800
Respon temperatur duct burner
Grafik Sinyal Uji Pengurangan Bahan Bakar 10%
Temperatur (C)
750
700
500
700
Sinyaluji pengurangan bahan bakar 10%
Perubahan respon
650
600
Perubahan respon
400
550
300
0
10
20
30
40
50
60
70
Waktu (s) 200
Grafik Respon Uji Pengurangan Bahan Bakar 10% Superheater. 140 Respon tekanan superheater
100 120
0
0
Tekanan (Bar)
Flow (Kg/s)
600
100
10
20
30
40
50
60
70
Waktu (s)
80
60
Perubahan respon
40
20
0
0
10
20
30
40
Waktu (s)
50
60
70
Pengujian Logic Solver Aksi U
m dot
Temperatur Duct
Tekanan.Superheater
(mA)
(Kg/s)
burner (0C)
(Bar)
1
4
0
567,9
53,72
2
5
38,98
580
58,05
3
6
77,96
592
62,38
4
7
116,9
604,1
66,72
5
8
155,9
616,1
71,05
6
9
194,9
628,2
75.39
7
10
233,9
640,2
79,72
8
11
272,9
652,3
84,05
9
12
311,8
664,3
88,39
10
13
350,8
676,4
92,72
11
14
389,8
688,4
97,05
12
15
428,8
700,5
101,4
13
16
467,7
712,5
105,7
14
17
506,7
724,6
110,1
15
18
545,7
736,7
114.4
16
19
584,7
748,7
118,7
17
20
623,7
760,8
123,1
No
Daerah sp Press.
Daerah sp temp.
Lanjutan (Logic Solver)...2 Grafik Sinyal Uji Step pada Logic Solver (Referensi Tekanan) 1 0.9 Sinyal uji
Error (mA)
0.8 0.7 0.6
Terdapat Error pada PV
Memanipulasi sinyal referensi 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
0
10
20
30
40
50
60
Waktu (s)
PV sesuai Set Point
Grafik Sinyal Uji Step pada Logic Solver (Referensi Temperatur) 1 0.8 Sinyaluji
Error (mA)
0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
0
10
20
30
Waktu (s)
40
50
60
Lanjutan (Logic Solver)....3
Sinyal Step No
Sinyal u (mA) Temperatur
Tekanan
1
0
1
6,06
2
1
0
9
3
1
1
6,06
4
0
0
6,06
Konfigurasi logic solver
Uji Close Loop Aktuator
Duct Burner
Kontroler
Superheater
Lanjutan (Close Loop)......2 Grafik Respon Close Loop Duct Burner
Temperatur (C)
700
650
Zona Aman Temperatur 600 respon temperatur duct burner set point temperatur 0
10
20
30
40
50
Waktu (s)
Tekanan (Bar)
Tekanan Mencapai Set 80 Point
Grafik Respon Close Loop Superheater
60
40 respon tekanan superheater set point tekanan 0
10
20
30
Waktu (s)
40
50
Mode Kontrol P, PI dan PID
No
Parameter
Tipe Kp
Ti
Td
1
P (Proportional)
1,375
0
0
2
PI (proportioal Integral)
12,375
2
0
1,65
1,2
0,3
3
PID (Proportional Integral Derivative)
Mode Kontrol P Grafik Respon Duct Burner dengan Mode Kontrol P (Referensi Tekanan) 700
Temperatur (C)
Zona Aman Temperatur 650
600 respon temperatur duct burner set point temperatur 0
50
100
150
200
250
Waktu (s) Grafik Respon Superheater dengan Mode Kontrol P (Referensi Tekanan)
Tekanan (Bar)
100
Maximum Overshoot Tinggi
80
60
Respon Relatif Lambat
40
0
50
100
150
Waktu (s)
respon tekanan superheater set point tekanan 200
250
Mode Kontrol PI Grafik Respon Duct Burner dengan Mode Kontrol PI (Referensi Tekanan)
Temperatur (C)
700
Zona Aman Temperatur 650
600 respon temperatur duct burner set point temperatur 0
50
100
150
200
250
Waktu (s) Grafik Respon Superheater dengan Mode Kontrol PI (Referensi Tekanan)
Tekanan (Bar)
100
Respon Relatif Lambat
Maximum Overshoot Tinggi
80
60
40 respon tekanan superheater set point tekanan 0
50
100
150
Waktu (s)
200
250
Mode Kontrol PID Grafik Respon Duct Burner dengan Mode Kontrol PID (Referensi Tekanan)
Temperatur (C)
700
650
Zona Aman Temperatur 600 respon temperatur duct burner set point temperatur 0
50
100
150
200
250
Waktu (s) Grafik Respon Superheater dengan Mode Kontrol PID (Referensi Tekanan)
Tekanan (Bar)
80
Respon Relatif Lebih Cepat daripada Mode Kontrol P dan PI
Maximum Overshoot Relatif Lebih Rendah daripada Mode Kontrol P dan PI
60
40 respon tekanan superheater set point tekanan 0
50
100
150
Waktu (s)
200
250
Hasil Perbandingan Logic Solver
Perbandingan Max. Logic Solver dengan Mode Peak Kontrol P, PI, dan PID No
(%)
80
1
Setling Time
Overshoot (s)
P
-
Time
Ess
Rise Time
(%)
(s)
0,00484
0,981
Ess
Rise Time
(%)
(s)
0,0026
0,932
(s) 6,584
-
Mode Kontrol LogicP (Referensi Tekanan)
Tekanan (Bar)
Max. No
60
Overshoot (%)
2
Peak
Solver
27,05
Setling Time
Time (s)
(s)
33,367
5,446
Mode Kontrol PI (Referensi Tekanan) Max. No
40
PI
Overshoot (%)
3
PID
27,054
Max. No
0
Overshoot (%)
4
50
8,53
Rise Time logic solver Ess (s) (s) (%) (s) proporsional set 33,367 5,446point 0,0184 0,932 Mode Kontrol PID (Referensi Tekanan) proporsional integral proporsional integral derivatif Setling Time Peak Time Ess Rise Time Setling Time
Peak Time
(s)
(s)
100
10,355
150
Waktu (s)
6,798
(%)
200
0,0092
(s) 0,946
250
KESIMPULAN 1.
Telah dilakukan perancangan kontroler berbasis logic solver pada duct burner Waste Heat Boiler
(WHB). 2.
Aksi kontroler berbasis logic solver dengan konfigurasi tekanan sebagai referensi menunjukkan respon yang lebih baik dari pada mode kontrol P, PI dan PID. Untuk mode kontrol P dengan tekanan sebagai referensi diperoleh karakteristik respon sebagai berikut : maximum overshoot 27,05 %, settling time (ts) 33,367 s, peak time (tp) 5,446 s, error steady state (ess) 0,00262 %, rise time (tr) 0,9323 s. Untuk mode kontrol PI dengan referensi tekanan diperoleh respon sistem sebagai berikut : maximum overshoot 27,054 %, settling time (ts) 33,367 s, peak time (tp) 5,446 s, error steady state (ess) 0,0184 %, rise time (tr) 0,9323 s. Untuk mode kontrol PID dengan referensi tekanan diperoleh karakteristik respon sebagai berikut : maximum overshoot 8,53 %, settling time (ts) 10,355 s, peak time (tp) 6,7986 s, error steady state (ess) 0,00923 %, rise time (tr) 0,946 s.
3.
Untuk konfigurasi logic solver dengan tekanan sebagai referensi utama diperoleh karakteristik respon sebagai berikut: settling time (ts) 6,584 s, error steady state (ess) 0,00484 % rise time (tr) 0,9814 s dengan flow bahan bakar sebesar 101,7 Kg/s.
SARAN Konfigurasi referensi input kontroler yaitu proses variabel yang terlibat sebagai pasangan aksi - kondisi dari logic solver dapat diperbanyak dengan mengacu referensi temperatur input exhaust gas, serta tekanan steam input superheater yang senantiasa berubah.
Terima Kasih
