1
Rancang Bangun Auto Switch PID Dengan Feedforward Feedback Control Sebagai Pengendali pH Ahmad Novrizal1)Hendra Cordova2) 1) Department of Engineering Physics, Faculty of Industrial Technology ITS Surabaya Indonesia 60111, email:
[email protected] 2) Department of Engineering Physics, Faculty of Industrial Technology ITS Surabaya Indonesia 60111, email:
[email protected] Abstrak—pH adalah variabel yang penting dalam suatu proses yang melibatkan pencampuran asam basa, dengan sifat yang nonlinear sering menyebabkan pengendali linear berkurang unjuk kerjanya. Oleh karena itu dalam penelitian ini telah dirancang dan diimplimentasikan skema auto switch PID dengan struktur feedforward feedback control berbasis tiga pembagian rentang (pH 2,4-5,5, pH 5,5-9,2, dan pH 9,211,05) untuk titrasi asam lemah (CH3COOH) dan basa kuat (NaOH). Analisis sistem dilakukan berdasarkan kriteria maximum overshoot, time settling, dan error steady state. Dari hasil penalaan untuk masing-masing daerah didapatkan Kp 0,1; Ki 0,5; Kd 0, Kp 0,4; Ki 0,7; Kd 0, dan Kp 1; Ki 1; Kd 0. Sistem dijalankan dengan feedforward feedback control untuk mengecilkan gangguan. Secara keseluruhan maximum overshoot terendah, time settling tercepat terjadi di daerah 3 yaitu sebesar 0,2%, 201 detik, dan error steady state terkecil terjadi pada daerah 2 yaitu 2,3%. Keseluruhan hasil performansi sistem pengendalian berikut dengan adanya perubahan beban larutan asam diperoleh dikisaran 2-5% terhadap error steady state. Kata kunci : pengendalian pH, auto switch PID, feedforward feedback control
I.
S
PENDAHULUAN
istem pengendalian pH merupakan salah satu faktor penting sebagai variabel yang mempengaruhi beberapa kualitas proses (petrokimia, industri gula, pengolahan limbah, dan farmasi), yang mempunyai karakteristik nonlinear ditunjukkan oleh kurva titrasi dan hubungan logaritmik pH terhadap volume penetralnya [1]. Berdasar karakteristik tersebut, maka struktur pengendali linear seperti PID akan berkurang unjuk kerjanya jika digunakan pada proses pH yang nonlinear tersebut. Skema kontrol dari yang linear sampai nonlinear telah diperkenalkan oleh peneliti sebelumnya, Zainuddin Khamidi (2009) menggunakan feedback linearization dan dilanjutkan oleh Fadloli Luthfi (2010) menggunakan auto switch PID, tetapi masih dalam tataran simulasi. Deni (2005) telah mengimplementasikan skema PID berbasis neural network didalam penetralan yang mempunyai kelemahan dalam proses pengkondisian sinyal sehingga performansinya menurun terutama pada daerah nonlinear. Hendra Cordova (2004), Rasiawan (2004), dan Syahrizal Ismail (2011) menerapkan suatu skema auto switch PID pada titrasi asam kuat (HCL) dan basa kuat (NaOH) yang berhasil mencapai
performansi sistem pengendalian yang baik, tetapi keseluruhan dari penelitian tersebut belum mengikut sertakan jika gangguan (disturbance) larutan asam. Berdasar hal tersebut, maka pada penelitian ini skema auto switch PID tetap digunakan dengan penambahan skema feedforward feedback control. Auto switch PID merupakan pengendali PID yang bekerja berdasarkan pembagian rentang pH, lalu dilakukan penalaan pada masing-masing daerah tersebut, berdasar karakteristik respon open loop. Sedangkan untuk mengatasi perubahan beban larutan asam, maka pada sistem pengendalian tersebut ditambahkan struktur feedforward (statik feedforward). Skema tersebut telah diimplementasikan secara real plant dan mampu menunjukkan performansi sistem pengendalian yang baik. II.
DASAR TEORI
A. Larutan Asam Basa Referensi [7] menunjukkan bahwa asam dinyatakan sebagai suatu senyawa yang bila dilarutkan dalam air akan berdisosiasi dengan menghasilkan ion hidrogen [H+] atau ion hidronium [H3O+] sebagai satu-satunya ion positif. Contoh larutan asam adalah CH3COOH yang dapat melepas ion hidrogen [H+] menurut reaksi dibawah ini, CH3COOH H CH 3COO
(1)
Sedangkan NaOH adalah larutan basa jika dalam air akan melepaskan ion hidroksil [OH-] dengan reaksi,
NaOH Na OH
(2)
Referensi [6] menunjukkan pembuatan larutan asam maupun basa dengan keadaan nilai molaritas (konsentrasi) tertentu dapat dilakukan melalui pencampuran suatu asam atau basa dengan air distilasi aquades. Pencampuran tersebut diawali dengan mengetahui nilai molaritas suatu asam atau basa ( ) dengan kadar kepekatan ( ) tertentu aerta massa relatifnya ( ) melalui persamaan dibawah ini, (3)
2 Setelah itu digunakan persamaan antara volume asam atau basa yang akan diencerkan (V1) dikalikan molaritasnya (M1) dengan volume larutan asam atau basa yang diinginkan (V2) dengan molaritasnya (M2) seperti dibawah ini : (4) B. Titrasi Titrasi adalah metode penetapan kadar suatu larutan dengan menggunakan larutan standar yang sudah diketahui konsentrasinya. Dalam hal ini, suatu larutan yang konsentrasinya telah diketahui secara pasti disebut sebagai larutan standar, ditambahkan secara bertahap ke larutan lain yang konsentrasinya tidak diketahui, sampai reaksi kimia antara kedua larutan tersebut berlangsung sempurna. Berikut merupakan hasil zat reaksi antara asam lemah dan basa kuat, CH3 COOH NaOH CH 3 COONa H 2 O
III.
Penelitian ini memerlukan tahapan – tahapan pekerjaan yang runtut dan sistematis, serta dilakukan beberapa kali uji coba agar didapatkan hasil yang maksimal. Langkah – langkah pengerjaan penelitian tentang penerapan auto switch PID dengan feedforward feedbcak control pada proses pengendalian pH disajikan seperti pada gambar 1. Adapun penjelasan dari diagram alir adalah sebagai berikut, 1.
2.
(5)
C. Auto Switch PID Penggunaan pengendali PID biasanya dijumpai pada proses yang linear. Pada pengendalian pH yang merupakan proses nonlinear, digunakan teknik yang disebut auto switch PID. Auto switch PID pada dasarnya merupakan pembagian parameter PID berupa Kp, Ki, Kd, pada masingmasing daerah linear luaran proses tersebut. Selanjutnya, pada masing-masing daerah linear tersebut dilakukan penalaan parameter PID sesuai dengan desain yang dinginkan. D. Feedforward Feedback Control Pengendalian pada loop feedback tidak pernah mencapai hasil yang sempurna pada proses kimia, yaitu tidak dapat menjaga keluaran proses secara berkelanjutan sesuai dengan setpoint selama terjadi perubahan load atau disturbance[8]. Hal ini dapat disebabkan pengendali feedback akan bereaksi setelah mendeteksi adanya selisih antara keluaran dengan setpoint. Tidak seperti pada sistem feedback, konfigurasi pada pengendalian feedforward mengukur disturbance (load) secara langsung dan mengambil aksi kendali untukk mengeliminasi pengaruh pada keluaran proses. Dengan demikian, secara teoritis pengendali feedforward berpotensi sebagai pengendali yang sempurna. Loop feedforward tetap menggunakan karakteristik eksternal yang terdapat pada loop feedback sehingga pada feedforward juga membandingkan hasil pengukuran dengan setpoint dan hasil perbandingan akan diaktuasi oleh pengendali.
METODOLOGI PENELITIAN
3.
4.
5.
6.
7.
Perancangan plant proses pengendalian pH Plant yang digunakan berupa tangki dan terdapat pengaduk ditengahnya. Variabel prosesnya adalah pH, sedangkan variabel manipulasinya adalah laju aliran basa. Pemasangan sensor dan aktuator Sensor yang digunakan adalah sensor pH, sedangkan aktuatornya berupa pompa. Sebelum dipasangkan, sensor dan aktuator dilakukan uji coba terlebih dahulu. Agar didapat nilai pH yang akurat, sensor pH dikalibrasi dengan menggunakan larutan buffer solution. Pengujian aktuator hanya berupa perhitungan laju maksimal luaran per menit, serta pengaturan luaran berdasarkan sinyal PWM. Penggabungan dengan perangkat lunak Komunikasi antara perangkat keras dengan perangkat lunak menggunakan kabel serial RS-232 dan tampilan pada PC menggunakan Visual Basic. Pengambilan data open loop sistem Respon open loop sistem merupakan respon pengukuran pH tanpa sistem pengendalian. Pada sistem ini, respon open loop sistem didapatkan melalui eksperimen pencampuran antara larutan asam lemah dan basa kuat. Bentuk kurva yang dihasilkan sistem open loop dibutuhkan dalam perancangan auto switch PID untuk pembagian daerah setpoint. Proses pengendalian Proses pengendalian dilakukan dengan menggunakan nilai setpoint yang didapat dari open loop. Nilai setpoint yang telah dimasukkan akan menentukan PID pada daerah mana yang akan digunakan. Setelah itu, sinyal diteruskan ke aktuator, sehingga proses pengendalian pH dapat berlangsung. Jika telah berada pada keadaan steady state, maka proses pemasukan disturbance berupa masuknya larutan asam CH3COOH 0,1M sebanyak 200mL ke dalam tangki utama selama 2 menit dengan laju aliran 0,1L/min dan pengaktifan feedforward feedback control dilakukan, jika error telah berada sekitar 2-5%, maka proses pengendalian pH telah selesai. Analisis uji performansi sistem Analisis uji performansi sistem terkait error steady state, overshoot maksimum, dan settling time. Penyusunan laporan dan penyampaian hasil Setelah semua data diperoleh dan sesuai, maka selanjutnya dilakukan penyusunan laporan serta penyampaian hasil penelitian.
3 A. Skema Pengendalian pH Sistem pengendalian pH tertutup yang digunakan dalam makalah ini terdiri dari sensor pH, komputer sebagai kontroler, solenoid valve dan pompa sebagai akuator aliran asam dan basa yang nantinya aliran asam dibiarkan konstan sedangkan basa yang dikendalikan. Gambar 2 merupakan skema proses pengendalian pH. Kedua larutan asam dan basa ditampung dalam tangki yang berbeda. Tangki utama memiliki kapasitas maksimum 11 liter, sedangkan tangki asam dan tangki basa memiliki kapasitas maksimum 12 liter. Pada tangki utama diletakkan sensor pH dimana nilai pH yang terjadi akibat pencampuran kedua larutan didalam tangki utama dan diletakkan pula pengaduk agar larutan tersebut dapat tercampur dengan sempurna, kemudian data yang diperoleh dari sensor pH dikirimkan menuju komputer melalui komunikasi serial. Sinyal kendali dari pengendali PID ditransmisikan melalui mikrokontroller menuju actuator yang akan mengalirkan asam dan basa ke tangki utama.
Mulai
Perancangan plant pengendalian pH
Pemasangan sensor dan aktuator
Penggabungan dengan perangkat lunak
KOMPUTER
Tidak
Mikrokontroler
Apakah sistem bekerja
Motor DC Penggerak Pengaduk
q1 V2 Valve
q2
Ya
q3
TANGKI ASAM LEMAH V4
Penganmbil an data open loop
Disturbance Tank P-26
V3 V1 POMPA TANGKI BASA KUAT
Sensor pH
Pengaduk
Penentuan Setpoint
TANGKI UTAMA
DRAIN
Gbr. 2. Pengendalian pH
Disturbance
Proses Pengendal ian pH Tida k
Gambar 3 merupakan diagram blok proses pengedalian pH. Diagran blok ini menjelaskan bahwa sinyal yang masuk ke dalam pompa dc yaitu berupa gabungan antara keluaran dari sinyal auto switch PID dengan feedforward. Gangguan flow
Error 25%
FF Kontrol
Load
Uff SetPoint pH
+
e
-
Auto Switch PID
Ufb
+
+ U
Pompa DC
MV
Plant
+
+
Output pH
Ya
Pengerjaan Laporan
V
Sensor pH
pH
Gbr. 3. Diagram blok pengendalian pH
Selesei Gbr. 1. Diagram Alir Penelitian
Pada tangki utama terdapat motor yang berfungsi sebagai mixer, agar larutan cepat tercampur dan merata. Ketinggian dari masing-masing tangki dilakukan secara manual. Adapun parameter-parameter dari proses pengendalian pH seperti pada tabel 1 parameter proses.
4 TABEL 1 Parameter proses
No 1 2 3 4 5 6 7
Parameter Volume main tank (V1) Volume acid tank (V2) Volume base tank (V3) Volume disturbance tank (V4) Laju aliran asam (q1) Laju aliran basa (q2) Laju aliran disturbance( q3)
Satuan 11 L 12 L 12 L 750mL 0,11 L/min 0-0,2 L/min 0,1 L/min
Penerapan pengendali auto switch PID dilakukan berdasarkan data kurva hasil dari open loop antara larutan asam CH3COOH 0,1M dengan larutan basa NaOH 0,1M. Secara keseluruhan terdapat 1128 data hasil open loop asam lemah dengan basa kuat seperti pada gambar 4 kurva hasil open loop. Selanjutnya, kurva yang terbentuk dari hasil open loop dibagi menjadi beberapa daerah linier. Berdasarkan gambar 3 maka didapatkan 3 buah daerah linier yaitu, 2,4≤ pH<5,5; 5,5≤pH<9,2; 9,2≤pH<11,05. Pembagian daerah tersebut akan menjadi panduan dalam menerapkan pengendali auto switch PID, terutama dalam proses penalaan parameter PID.
Gbr. 5. Uji Daerah 1
Untuk daerah 2 diawali dengan mencoba memasukkan nilai parameter yang sudah didapat pada daerah 1, yaitu Kp 0,1; Ki 0,5; Kd 0; dengan nilai setpoint 6. Dari hasil uji untuk daerah 2 didapat ternyata belum memenuhi untuk mencapai setpoint yang diinginkan. Berikut hasil grafik dari hasil uji empiris untuk daerah 2, ditunjukkan pada gambar 6 uji daerah 2.
Gbr. 6. Uji Daerah 2
Gbr. 4. Kurva hasil open loop
B. Metode Tuning Auto Switch PID Penalaan (tuning) merupakan suatu usaha untuk mendapatkan respon yang paling optimal dalam suatu proses dengan cara merubah parameter PID dari suatu kontroler. Salah satu metode tersebut adalah trial and error atau bisa disebut juga uji empiris, dalam sains dan metode ilmiah, empiris berarti suatu keadaan yang bergantung pada bukti atau konsekuensi yang teramati oleh indra. Data empiris berarti data yang dihasilkan dari percobaan atau pengamatan. Untuk daerah 1 diawali dengan mencoba memasukkan nilai Kp 0,01; Ki 0,1; Kd 0; dengan nilai setpoint 3. Dari hasil uji untuk daerah 1 yang didapat ternyata belum memenuhi untuk mencapai setpoint yang diinginkan. Berikut hasil grafik dari hasil uji empiris untuk daerah 1, ditunjukkan pada gambar 5 uji daerah 1.
Untuk daerah 3 diawali dengan mencoba memasukkan nilai parameter yang sudah memenuhi untuk daerah 1, yaitu Kp 0,1; Ki 0,5; Kd 0; dengan nilai setpoint 10. Dari hasil uji untuk daerah 3 didapat ternyata belum memenuhi untuk mencapai setpoint yang diinginkan. Berikut hasil grafik dari hasil uji empiris untuk daerah 3, ditunjukkan pada gambar 7 uji daerah 3.
Gbr. 7. Uji Daerah 3
5 IV.
ANALISA DAN PEMBAHASAN
Pada bagian ini akan dijelaskan hasil penalaan pada masing-masing daerah yang sebelumnya mengambil data open loop sebagai refensi nilai pH dari setiap daerah. Hasil yang ditampilkan dalam bentuk berupa grafik respon luaran terhadap setpoint dengan feedback control yang belum diberikan gangguan dan yang sudah diberikan gangguan. Dan hasil dalam bentuk grafik respon luaran terhadap setpoint dengan feedforward feedback control yang sudah diberikan gangguan. Setelah ditampilkan data dalam bentuk grafik, selanjutnya akan dianalisis terhadap beberapa karakteristik respon. Beberapa karakteristik respon yang akan dianalisis tersebut adalah error steady state, time settling, maximum overshoot. Setelah dilakukan pengujian secara open loop, kemudian dilakukan pengendalian dengan menjalankan sistem secara close loop. Sistem sudah terpasang dengan baik, yang sebelumnya sudah dicek terlebih dahulu dan menjalankannya secara open loop. A. Daerah 1 (2,4≤ pH<5,5) Penalaan daerah 1 dilakukan dengan memasukkan nilai pH 3 sebagai setpoint. Nilai parameter PID yang didapatkan dari trial and error sebesar Kp 1, Ki 0,5; Kd 0. Adapun respon grafik penalaan untuk daerah 1 seperti pada gambar 8 respon daerah 1.
Gbr. 8. Respon Daerah 1 Kriteria performansi dari grafik respon penalaan daerah 1 adalah sebagai berikut: Maximum Overshoot : Error Steady State : Time Settling : 317 detik B. Daerah 2 (5,5≤pH<9,2) Penalaan daerah 2 yaitu range setpoint antara 5,5 sampai dengan 9,2 dilakukan dengan memasukkan nilai 6 sebagai setpoint. Dengan parameter PID Kp 0,4; Ki 0,7; Kd 0. Adapun respon grafik penalaan untuk daerah 2 seperti pada gambar 9 respon daerah 2.
Gbr. 9. Respon Daerah 2 Kriteria performansi dari grafik respon penalaan daerah 2 adalah sebagai berikut: Maximum Overshoot : Error Steady State : Time Settling : 301 detik C. Daerah 3 (9,2≤pH<11,05) Penalaan daerah 3 yaitu untuk range pH 9,2 sampai dengan 11,05 dilakukan dengan memasukkan nilai pH 10 sebagai setpoint. Nilai masing-masing parameter pengendalian untuk daerah didapatkan Kp 1; Ki 1, Kd 0. Adapun respon grafik penalaan untuk daerah 3 seperti pada gambar 10 respon daerah 3.
Gbr. 10. Respon Daerah 3 Adapun kriteria performansi dari grafik respon penalaan daerah 3 adalah sebagai berikut: Maximum Overshoot : Error Steady State : Time Settling : 338 detik D. Penambahan Gangguan pada Sistem Pada sub-bab sebelumnya dengan menggunakan mode kendali auto switch PID sudah mampu menjalankan sistem sesuai dengan setpoint yang diinginkan,akan tetapi jika ditambahkan gangguan yang masuk ke dalam tangki utama mode kendali auto switch PID belum mampu menjalankan sistem sesuai dengan setpoint yang diinginkan, pH dalam tangki utama turun jauh melebihi error yang masih dibolehkan. Gangguan yang diberikan berupa penambahan
6 asam lemah CH3COOH 0,1M sebanyak 200mL dengan laju aliran 0,1L/menit pada saat sistem sudah mencapai keadaan steady selama. Berikut adalah hasil dari respon sistem yang sudah ditambahkan gangguan. E. Daerah 1 dengan Gangguan Untuk daerah 1 ketika sistem telah berada pada keadaan steady pada detik ke 160 error steady state -4,7% sistem diberi penambahan asam. Sistem mulai merespon pada detik ke 15 dan nilai pH turun hingga menyentuh pH 2,73. Kemudian sistem dapat kembali pada keadaan steady di detik ke 274 dengan error steady state -8%. Hal ini dapat ditunjukkan pada gambar 11 daerah 1 ditambah gangguan.
Gbr. 11. Daerah 1 Ditambah Gangguan F. Daerah 2 dengan Gangguan Untuk daerah 2 ketika sistem telah berada pada keadaan steady pada detik ke 263 error steady state 0,17% sistem diberi penambahan asam. Sistem mulai merespon pada detik ke 13 dan nilai pH turun hingga menyentuh pH 5,64. Kemudian sistem dapat kembali pada keadaan steady di detik ke 360 dengan error steady state 6%. Hal ini dapat ditunjukkan pada gambar 12 daerah 2 ditambah gangguan.
Gbr. 13. Daerah 3 Ditambah Gangguan H. Parameter Feedforward Faktor yang mempengaruhi terhadap kinerja dari feedforward adalah gain feedforward[8]. Gain feedforward yang didapat dari desain pengendali feedforward static yaitu 0,1. Dari hasil tersebut diatas merupakan landasan dari bentuk perancangan feedforward yang akan dilakukan dan dianalisis. I. Daerah 1 ditambah gangguan dengan Feedforwad Feedback Control Pada daerah 1 ini dilakukan dengan memasukkan nilai pH 3 sebagai setpoint dengan pH awal 2,41 dan 0,1 sebagai gain feedforward. Dengan nilai parameter yang didapat yaitu pada KP 0,1; Ki 0,5; Kd 0. Adapun performansi dari respon daerah 1 adalah sebagai berikut, Maximum Overshoot : Error Steady State : Time Settling : 201 detik Pada hasil respon sistem yang ditunjukkan untuk daerah 1 dengan menggunakan nilai parameter PID dan menambahkan feedforward untuk daerah 1 sistem sudah mampu menuju setpoint. Ketika sistem telah berada pada keadaan steady, pada detik ke 201 sistem diberi penambahan asam. Sistem mulai merespon pada detik ke 17. Nilai pH turun hingga menyentuh pH 2,99. Hal ini dapat ditunjukkan pada gambar 14 daerah 1 dengan feedforward.
Gbr. 12. Daerah 2 Ditambah Gangguan G. Daerah 3 dengan Gangguan Untuk daerah 3 ketika sistem telah berada pada keadaan steady pada detik ke 424 error steady state 0,1% sistem diberi penambahan asam. Sistem mulai merespon pada detik ke 40 dan nilai pH turun hingga menyentuh pH 9,2. Kemudian sistem dapat kembali pada keadaan steady di detik ke 522 dengan error steady state 8%. Hal ini dapat ditunjukkan pada gambar 13 daerah 3 ditambah gangguan.
Gbr. 14. Daerah 1 dengan Feedforward Selanjutnya untuk daerah 2 dilakukan dengan memasukkan nilai pH 6 sebagai setpoint dengan pH awal 4,05 dan 0,1 sebagai gain feedforward. Dengan nilai parameter yang didapat yaitu pada KP 0,4; Ki 0,7; Kd 0.
7 Adapun performansi dari respon daerah 2 adalah sebagai berikut : Maximum Overshoot : Error Steady State : Time Settling : 275 detik
J. Pembahasan Berdasarkan data pada penjelasan sebelumnya maka nilai masing-masing parameter PID untuk tiap daerah setpoint dapat dikelompokkan dalam seperti pada tabel 2 nilai parameter PID.
Pada hasil respon sistem yang ditunjukkan untuk daerah 2 diatas dengan menggunakan nilai parameter PID dan menambahkan feedforward untuk daerah 2 sistem sudah mampu menuju setpoint. Ketika sistem telah berada pada keadaan steady, pada detik ke 275 sistem diberi penambahan asam. Sistem mulai merespon pada detik ke 5. Nilai pH turun hingga menyentuh pH 5,72 Hal ini dapat ditunjukkan pada gambar 15 daerah 2 dengan feedforward.
TABEL 2 Nilai Parameter PID
Gbr. 15. Daerah 2 dengan Feedforward Dan untuk daerah 3 ini dimasukkan nilai pH 10 sebagai setpoint dengan pH awal 6,15 dan 0,1 sebagai gain feedforward. . Dengan nilai parameter yang didapat yaitu pada KP 1; Ki 1; Kd 0. Adapun performansi dari respon daerah 3 adalah sebagai berikut : Maximum Overshoot : Error Steady State : Time Settling : 174 detik Pada hasil respon sistem yang ditunjukkan untuk daerah 3 diatas dengan menggunakan nilai parameter PID dan menambahkan feedforward untuk daerah 3 sistem sudah mampu menuju setpoint. Ketika sistem telah berada pada keadaan steady, pada detik ke 174 sistem diberi penambahan asam. Sistem mulai merespon pada detik ke 7. Nilai pH turun hingga menyentuh pH 9,49. Hal ini dapat ditunjukkan pada gambar 16 daerah 3 dengan feedforward.
Gbr. 16. Daerah 3 dengan Feedforward
No
Daerah Setpoint
Parameter PID Kp
Ki
Kd
1
2,4-5,5
0,1
0,5
0
2
5,5-9,2
0,4
0,7
0
3
9,2-11,05
1
1
0
Perancangan sistem open loop pada pengendalian pH ini dilakukan dengan memasukan NaOH dengan laju aliran yang tetap dan maksimal, dimasukan juga CH3COOH dengan laju aliran yang tetap dan maksimal. Nilai laju aliran masing-masing yaitu sebesar 0,2L/menit dan 0,05 L/menit. Secara keseluruhan diperoleh data sebanyak 1103, dengan nilai pH 2,4 sampai 11,05. Dari hasil pengambilan data open loop didapat kurva S (lihat gambar 4) yang langsung dapat dibagi menjadi 3 daerah bagian. Daerah 1 dengan nilai pH ≥ 2,4 sampai pH < 5,5. Untuk daerah 2 dengan nilai pH ≥ 5,5 sampai pH < 9,2. Dan untuk daerah 3 dengan nilai pH ≥ 9,2 sampai pH < 11,05. Adanya perubahan laju aliran yang masuk ke dalam sistem akan berpengaruh dengan nilai pH, sehingga dapat menjadi acuan dasar mengapa sistem ini perlu dikendalikan. Setelah sistem dijalankan secara open loop, kemudian dilakukan pengendalian dengan menjalankan sistem secara close loop dengan mengunakan kendali berbasis auto switch PID. Sistem dijalankan secara close loop dan dilihat performansi dari sistem tersebut. Untuk mendapatkannya, dengan menggunakan parameter-parameter PID. Nilai parameter untuk setiap daerah berbeda-beda dikarenakan sistem pengendalian pH ini tidak dapat menggunakan PID pada biasanya, PID berkerja untuk sistem yang bersifat linear, sedangkan pH sendiri bersifat nonlinear. Hal ini dapat dijalankan dengan menggunakan auto switch PID yaitu membagi daerah PID pada hasil kurva yang didapat dari open loop. Dari nilai parameter PID (lihat tabel 2) pada setiap daerah diperoleh performansi sistem melalui parameter maximum overshoot (Mp), error steady state (Ess), time settling (Ts). Dari pengambilan data close loop pada setiap daerah menunjukkan bahwa respon sistem mampu mengikuti setpoint yangg diberikan. Pada setiap daerah sistem sudah mampu mencapai setpoint dengan lonjakan yang sedikit pada daerah 1 dan daerah 3 yaitu hanya sekali saja terjadi, tetapi pada daerah 2 terjadi banyak lonjakan yaitu ada dua lonjakan hal ini disebabkan akibat nilai Ki yang dominan pada pengendali tersebut dan karena pada daerah 2 adalah daerah yang
8 sensitif perubahan sedikit saja yang terjadi mampu menaikkan nilai pH denga sangat cepat (lihat gambar 9). Namun jika sistem sudah dalam keadaan steady dan diberikan gangguan, dengan feedback control saja belum mampu untuk memjalankan sistem mencapai setpoint yang diinginkan, hal ini dapat dibuktikan melalui nilai error steady state sebelum dan sesudah diberikan gangguan. Oleh karena dengan feedback control belum mampu, maka dengan menggabungkan feedback dengan feedforward untuk mengurangi gangguan yang masuk kedalam sistem. Hal ini dikarenakan feedback control tidak pernah mencapai hasil yang sempurna pada proses kimia, yaitu dapat menjaga keluaran proses secara berkelanjutan sesuai dengan setpoint selama terjadi penambahan load. Dan pengendali feedback akan bereaksi setelah mendeteksi adanya deviasi antara keluaran dengan setpoint. Tidak seperti pada sistem feedback, konfigurasi pada pengendali feedforward mengukur disturbance (load) secara langsung dan mengambil aksi kendali untuk mengeliminasi pengaruh pada keluaran proses. V.
PENUTUP
A. Kesimpulan Dalam makalah ini, auto switch PID dengan menggunakan feedforward feedback control pada proses pengendalian pH berhasil mengurangi gangguan yang masuk ke dalam sistem ketika sistem sudah mencapai steady. Dalam hal ini untuk tingkat error steady state masih dalam kisaran yang dibolehkan yaitu mencapai 25%. Hasil uji performansi sistem secara keseluruhan dengan feedback control dan diberikan gangguan adalah sebagai berikut : Nilai error steady state yang besar berada pada daerah 1 dan 3 yaitu 8%. Nilai pH yang terkecil ketika diberikan gangguan berada pada daerah 3 yaitu 9,2, nilai pH ini turun sampai 0,8 dari setpoint. Sedangkan hasil uji performansi sistem dengan feedforward feedback control dan diberikan gangguan adalah sebagai berikut : Nilai error steady state yang besar berada pada daerah 1 yaitu -4,3%. Nilai pH yang terkecil ketika diberikan gangguan berada pada daerah 3 yaitu 9,49, nilai pH ini turun sampai 0,51 dari setpoint. VI.
Daftar Pustaka
[1] Peter YIen, Jean. 2001. Measuring, Modelling And Controlling The pH Value And The Dynamic Chemical State. Helsinsky University of Technology [2]Khamidi, Z. 2007. Perancangan Sistem Pengendalian pH dengan Metode Input-Output Linearizationpada plant Saturator di PT. Petrokimia Gresik. Teknik Fisika, ITS : Surabaya
[3]Luthfi, Fadloli. 2010. Perancangan Sistem Pengendalian pH pada Continuous Pipe Mixing (CIPM) dengan Metode Pengendalian PID-selftuning Berbasis Auto Switch Algorithm. Teknik Fisika, ITS : Surabaya [4]Deni. 2005. PID Control Systems Design to pH Neutralization by Neural Network Inverse Model Optimization at PT. Petrokimia Gresik. Teknik Fisika, ITS : Surabaya [5]Cordova, H., Rasiawan. 2004. PID Self-Tuning Based On Auto Switch Algorithm To Control pH. Teknik Fisika, ITS : Surabaya [6]Ismail, Syahrizal. 2011. Rancang Bangun Auto Switch PID Pada Proses Netralisasi pH. Teknik Fisika, ITS : Surabaya [7] Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar Edisi Ketiga Jilid 1. Jakarta : Erlangga [8]Prattama, Sadra. 2010. Perancangan sistem Pengendalian Level Pada Stripper PV 3300 Dengan Metode Feedforward Feedback Control di PT. JOB Pertamina-PetroChina East Java. Teknik Fisika, ITS : Surabaya [9]Gunterus, Frans. 1997. Falsafah Dasar: Sistem Pengendalian Proses. PT. Elex Media Komputindo : Jakarta [10]Ogata, Katsuhiko. 1997. Teknik Kontrol Automatik. Erlangga : Jakarta
BIODATA PENULIS
Nama TTL Alamat
:Ahmad Novrizal :Jakarta,29-Nopember-1989. :Jl. Kebantenan 1 gg. Elang 1 no 11 tanjung priuk, Jakarta Utara Email :
[email protected] Pendidikan: SDI Nurul Falah (1995-2001) SMP Daarul Hikmah (2001-2004) SMA Hayatan Thayyibah (2004-2007) S-1 Teknik Fisika FTI ITS (2007-Sekarang)
