VIII Sistem Kendali Proses 7.1
Pengantar ke Proses 1. Tentang apakah pengendalian proses itu? - Mengenai mengoperasikan sebuah proses sedemikian rupa hingga karakteristik proses yang penting dapat dijaga pada target yang diinginkan, meski ada gangguan dari luar
- Pengendalian proses secara langsung keselamatan dan kehandalan sebuah proses
mempengaruhi
- Sebuah sistem kendali menyediakan operasi yang aman alarm, safety constraint control, startup dan shutdown - Menstabilkan proses yang tidak stabil, mencegah variabel tertentu yang penting lepas kendali
7.2
Pentingnya Pengendalian Proses 2. Pengendalian proses yang tepat memperbaiki kualitas produk yang dihasilkan oleh sebuah proses Mengurangi variabilitas • untuk banyak kasus, pengurangan produk yang berubah-ubah ada pada permintaan yang tinggi dan memiliki nilai tambah yang tinggi
7.3
Pentingnya Pengendalian Proses 3. Memaksimalkan produktivitas • banyak sekali waktu yang dibutuhkan untuk mengontrol batasan-batasan • semakin dekat operasi yang dilakukan dengan batasanbatasan tersebut semakin banyak profit yang dapat dibuat Bottom line: pengendalian proses memiliki pengaruh yang besar pada keuntungan sebuah perusahaan 7.4
Proses • Apa yang kita maksud dengan proses dalam teori kendali? Proses (P) adalah sebuah operasi yang mengambil INPUT dan memberikan OUTPUT Atau Proses (P) adalah sebuah peta dari ruang input ke ruang output
7.5
Proses • INPUT • Manipulated Variable (MV): u • sesuatu yang dapat diubah-ubah/dimanipulasi • actuating signal
• Disturbance: d • sesuatu yang datang sebagai hasil dari beberapa fenomena luar dan mempengaruhi output tetapi tidak dapat dimanipulasi
• OUTPUT (Controlled Variable, CV): y • kuantitas yang dapat diobservasi yang kita dapat diukur dan ingin diatur
7.6
Contoh •
Stirred tank heater
Apa MV, CV dan disturbance-nya?
7.7
• Apa varibel masukan dan keluarannya? • Tergantung pada • apa yang perlu dikendali • apa yang dapat dimanipulasikan Jika T itu yang dikendali dengan memanipulasi daya dari heater Q:
7.8
kendali Apa sasaran dari kendali? • Untuk mengatur keluaran proses akibat adanya pengaruh gangguan • mengendarai mobil • mengontrol komposisi reaktor kimia
• Untuk menstabilkan proses yang tak stabil • menaiki sepeda • kendali pesawat • kendali suhu dari reaktor polimerisasi
7.9
Sistem kendali • Sebuah proses yang dikendali (controlled process) adalah sebuah sistem yang terdiri dari dua sistem yang berinteraksi: Kebanyakan sistem yang dikendali adalah sistem dikendali berumpan-balik
kendalier didisain untuk menyediakan pengaturan keluaran proses karena adanya gangguan
7.10
MODEL SISTEM LOOP TERTUTUP DENGAN GANGGUAN Disturbances Process Variabel
Set-point Controller
Actuator
Process
+
Error
Manipulated Variabel Sensor
7.11
Sistem kendali Loop Tertutup SP
Controller
TC
Final control element
Steam
Transmitter TT
Process fluid
T(t)
Ti(t)
Sensor
T Condensate return 7.12
Strategi Pengendalian • Pengontrolan suhu Asumsi: (1) Laju alir masuk = laju alir keluar (2) Densitas cairan konstan Sasaran pengontrolan: T = TR CV? MV? Gangguan?
1. Berapa panas yang harus disuplai? Necara energi kondisi tunak: Q wC T Tin Untuk T = TR
Q wC T
R
Tin
Jika: (1) Asumsinya valid (2) Laju alir masuk dan suhu masuk sama dengan harga nominalnya Maka:
T = TR
7.13
Strategi Pengendalian • Perkirakan suhu masuk Tin berubah terhadap waktu. Bagaimana kita dapat memastikan T masih pada atau mendekati set point TR ? 1. Gunakan tangki yang BESAR • Mahal
2. Ukur T dan atur Q • Bandingkan T dengan TR • Atur Q berdasarkan error-nya
3. Ukur T dan atur w 4. Ukur Tin dan atur Q 5. Ukur Tin dan atur w
Q wC TR Tin
W Q /C TR Tin 6. Ukur Tin dan T dan atur Q 7. Ukur Tin dan T dan atur w 7.14
Strategi Pengendalian • Klasifikasi strategi pengendalian • Feedback control (Metode 2 dan 3): • CV dari proses diukur dan hasil pengukurannya digunakan untuk mengatur MV T diukur dan Q (metode 2) atau w (metode 3) diatur • Variabel gangguan (Tin) tidak diukur • Negative feedback: • CV ditekan ke arah set point • Positive feedback: • CV ditekan menjauhi set point
7.15
Strategi Pengendalian • Keuntungan dan kerugian Feedback control • Keuntungan: • Aksinya korektif Menangani semua gangguan (gangguan dalam Tin, w, suhu lingkungan, dsb.) • Hanya perlu pengetahuan yang minimum Tidak memerlukan pengukuran gangguan Pengaturan dengan trial-error
• Kerugian • Menangani gangguan hanya setelah CV menyimpang dari set point-nya
7.16
Strategi Pengendalian • Klasifikasi strategi pengendalian • Feedforward control (Metode 4 dan 5): • Gangguan (Tin) diukur dan MV (Q dan w) diatur • CV tidak diukur
• Keuntungannya: • Dapat menyediakan pengendalian yang sempurna (secara teori, jika modelnya sempurna dan pengukuran gangguan yang ada akurat)
• Kekurangannya: • Perlu model yang sempurna • Tidak dapat menangani gangguan yang tidak terukur (seperti perubahan suhu lingkungan) • Tidak ekonomis untuk mengukur seluruh gangguan
• Feedback control digunakan dalam kombinasi feedforward control (Metode 6 dan 7)
7.17
Diagram blok proses Implementasi dari Metode 6 (feedback control) Diukur: T(t) Diatur: Q(t)
Q(t ) Qn Kc TR T (t )
• Operasi pengendalian suhu: 1. Suhu keluar tangki diukur dengan termokopel yang menghasilkan sinyal mV yang sesuai 2. Sinyal yang berubah dengan waktu ini harus dikuatkan ke sinyal tingkat voltase V(t) dan dikirim ke kendalier 3. kendalier melakukan tiga tugas: • merubah set point TR ke tegangan VR • menghitung error e(t) = VR - V(t) • menghitung beban panas Q(t) dan mengirim sinyalnya yang sesuai p(t) ke heater
4. Sebagai respon sinyal masukan p(t), heater merubah sinyal p(t) ke arus yang menghasilkan Q(t) 7.18
Diagram blok kendali
7.19
Diagram kendali
• kendali dimaksudkan untuk menyediakan regulasi keluaran proses sebagai sebuah rujukan, r, akibat adanya gangguan • Deviasi dari keluaran pabrik, e=(r-y), dari rujukan yang dimaksud digunakan untuk membuat perubahan (adjustment) yang tepat pada masukan pabrik, u • kendalier dapat berupa kendalier analog, kendalier dijital, sebauh komputer, atau seorang operator yang melakukan manipulasi yang diperlukan
7.20
Feedforward control • Diukur Tin, Q
7.21
Sistem kendali Lup Terbuka • Faktor penting: WAKTU • Kelebihan: • • • • •
u
y
konstruksi sederhana C P perawatan mudah lebih murah tidak ada persoalan kestabilan cocok untuk keluaran yang sukar diukur atau tidak ekonomis (contoh: mengukur kualitas keluaran pemanggang roti)
• Kekurangan: • tidak menangani gangguan • perubahan kalibrasi • untuk menjaga kualitas yang diinginkan perlu kalibrasi ulang dari waktu ke waktu
7.22
Bagaiamana mendokumentasikan pengendalian proses?
• A Analyzer (analisis khusus yang sering diindikasikan dengan simbol, seperti untuk [untuk densitas] atau pH) • F flow rate • L level dari cairan atau padatan di dalam vessel • P pressure
• T temperature
7.23
Sinyal Transmisi • Pneumatic (tekanan udara) • normalnya 3 - 15 psig • gambar sinyalnya pada PI&D:
• Elektrik/elektronik • normalnya 4 - 20 mA
• Dijital atau diskret (0 dan 1) Untuk mengubah dari satu sinyal ke sinyal lain digunakan TRANSDUCER. I/P artinya mengubah dari sinyal listrik (I) ke pneumatik (P) I/P FY 10 7.24
Filosofi kendali Untuk memiliki pengendalian yang baik, kita memerlukan gambaran kuantitatif dari proses - sebuah model matematika • Pendekatan berdasarkan model • mengembangkan model matematika • mendisain dan mengoptimasi kendalier berdasarkan pada model tersebut
• Keuntungan kendali berdasarkan model • Unjuk kerja kendali yang lebih baik • Model tersebut memprediksi perilaku dinamik dari proses saat MV diubah
7.25
Pengendalian Proses dan Pemodelan • Dalam mendisain sebuah kendalier, kita harus: • • • • • •
Mendefinisikan obyektif pengontrolan Mengembangkan sebuah model proses Mendisain kendalier berdasarkan pada model Mengujinya melalui simulasi Mengimplementasikannya pada proses nyata Cari pengontrolan terbaik (tuning) dan memantaunya
7.26
Pengembangan Sistem kendali
Sering sebuah proses iteratif, didasarkan pada kinerja kita bisa memutuskan untuk menyetel, mendisain atau memodelkan kembali sebuah sistem kendali yang diberikan 7.27
Pengembangan Sistem kendali • Obyektif • “Apa yang sedang kita coba untuk dikendali?”
• Pemodelan proses • “Apa yang kita perlukan?” • Mekanistik dan/atau empirik
• Disain kendalier • “Bagaimana kita menggunakan pengetahuan perilaku proses untuk mencapai obyektif pengendalian proses kita?” • Variabel apa yang seharusnya kita ukur? • Variabel apa yang seharusnya kita kendali? • Mana MV yang terbaik? • Mana struktur kendalier yang terbaik? 7.28
Pengembangan Sistem kendali • Implementasi dan menyetel proses yang dikendali • • • •
Uji dengan simulasi Masukkan strategi kendali ke perangkat keras kendali Teori jarang melebihi realita Setel dan setel lagi
• Memonitor kinerja • Penyetelan dan pendisainan kembali secara periodik sering dibutuhkan berdasarkan pada sensitivitas proses atau permintaan pasar • Metode statistik dapat digunakan untuk memonitor kinerja
7.29
Process dynamics dan kendali • Process Dynamics (Dinamika Proses): • Studi perilaku transien dari proses-proses
• Process Control • Penggunaan process dynamics untuk memperbaiki operasi dan kinerja proses atau • penggunaan process dynamics untuk mengurangi efek perilaku proses yang tidak diinginkan (tidak stabil)
• Sistem kendali • Proses • kendalier
7.30
7.31
7.32
7.33
7.34
7.35
7.36
Terima Kasih
