Upload
wiwit-sri-rahayu
View
233
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
1/37
1TKK 702
PENGENDALIAN PROSES
TKK 702 / 2 SKS
Priyono Kusumo
Pertemuan ke 1
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
2/37
2TKK 702
Tujuan Instruksional: Setelah mengikuti kuliah ini,
mahasiswa mampu memahamikonsep dasar pengendalian proses
dalam industri kimia.
Diskripsi : Pengantar pengendalian proses : prinsipkerja, umpan maju, umpan balik,
diagram blok; Prinsip kerja alat ukur
temperatur, tekanan dan
tinggi permukaan sebagai sensor
pengendalian proses; Prinsip prinsipkerja pengendali : proporsional,
proporsional integral, proporsional
integral- derivatif; Elemen pengendali akhir.
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
3/37
3TKK 702
Buku Acuan :
Textbook:
T. Marlin, Process Control: Designing Processes andControl Systems for Dynamic Performance,2ndEdition, McGraw-Hill, New York, 2000
Stephanopoulos, G., 1984, Chemical Process Control :
An Introduction to Theory and Practice , Prentice Hall,Englewood Cliffs, New York.
Luyben, W.L., 1990, Process Modeling, Simulation and
Control for Chemical Engineers , 2nd Ed., Mc Graw Hill
Book Co., Inc., New York.
Marlin, T.E.,1995, Process Control : Design Processes
and Control Systems for Dynamic Performance, Mc Graw
Hill Book Co. Inc.
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
4/37
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
5/37
5TKK 702
MK Sebelum Pengendalian Proses
Matematika (I dan II)
Matematika Teknik Kimia (I dan II)
Analisa Numerik dan Pemrograman Komputer
Termodinamika
Perpindahan PanasNaraca Massadan Energi
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
6/37
6TKK 702
MK Bersamaan dengan Pengendalian
Proses
Perancangan Alat Proses
Komputasi Proses
Reaktor
Perpindahan Massa
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
7/37
7TKK 702
Evaluasi
1. Presensi / kehadiran mengikuti kuliah 15 %
2. Tugas dan Quis 25 %
3. Ujian Tengah Semester 30 %
4. Ujian Akhir Semester 30 %
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
8/37
8TKK 702
Pengantar Pengendalian Proses
Apa itu pengendalian proses
Obyektif dari pengendalian proses (kenapa ini
penting)
Konsep kontrol berumpan balik (feedback control)
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
9/37
9TKK 702
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
contoh: Refinery - komposisi dari jenis tertentu seharusnyapada harga tertentu
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
10/37
10TKK 702
1. Pengendalian proses secara langsung mempengaruhikeselamatan dan kehandalan sebuah proses
Sebuah sistem kontrol menyediakan operasi yang aman, alarm,
safety constraint control, startup dan shutdown
Menstabilkan proses yang tidak stabil mencegah variabel tertentu
yang penting lepas kendali
contoh: pengontrolan suhu dari reaktor polimerisasi
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
11/37
11TKK 702
2. Pengendalian proses yangtepat memperbaiki kualitas
produk yangdihasilkan oleh sebuah proses
Mengurangi variabilitas
untuk banyak kasus, pengurangan produk yang
berubah-ubah ada pada permintaan yang tinggi danmemiliki nilai tambah yang tinggi (contoh: feedstock
untuk polimer)
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
12/37
12TKK 702
3. Memaksimalkan produktivitas
banyak sekali waktu yang dibutuhkan untuk
mengontrol batasan-batasan semakin dekat operasi
yang dilakukan dengan batasan-batasan tersebut
semakin banyak profit yang dapat dibuat
Bottom line: pengendalian proses memiliki pengaruh
yang besar pada keuntungan sebuah perusahaan
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
13/37
13TKK 702
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
14/37
14TKK 702
Pengantar
Apakah proses itu ?
Bagaimana kita melakukan
pengontrolan/pengendalian ?
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
15/37
15TKK 702
Proses
Apa yang kita maksud dengan proses dalam teori kontrol?
Proses (P) adalah sebuah operasi yang mengambilINPUT dan memberikan OUTPUT
Atau
Proses (P) adalah sebuah peta dari ruang input ke ruangoutput
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
16/37
16TKK 702
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
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
17/37
17TKK 702
Sebuah Contoh ProsesPengendalian KecepatanMobil
Diukur dan dikontrol:
Kecepatan Variabel keluaran
Dimanipulasi atau digerakkan (diaktuasi):Tekanan dan akselerator Variabel masukan
Faktor luar
friksi, kemiringan jalan Disturbance (gangguan)
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
18/37
18TKK 702
Konsep Proses Dalam Teori Kontrol
Dalam flowsheeting proses
Dalam pengendalian proses
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
19/37
19TKK 702
Contoh
Stirredtank heater
Apa MV, CV dan disturbance-nya?
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
20/37
20TKK 702
Apa varibel masukan dan keluarannya?
Tergantung pada
apa yang perlu dikontrol
apa yang dapat dimanipulasikan
Jika T itu yang dikontrol dengan memanipulasi daya dari
heater Q:
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
21/37
21TKK 702
Kontrol
Apa sasaran dari kontrol?
Untuk mengatur keluaran proses akibat adanya
pengaruh gangguan,mengendarai mobil,mengontrol
komposisi reaktor kimia
Untuk menstabilkan proses yangtak stabil
menaiki sepeda
kontrol pesawat
kontrol suhu dari reaktor polimerisasi
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
22/37
22TKK 702
Sistem Kontrol
Sebuah proses yang dikontrol (controlledprocess) adalah sebuahsistem yang terdiri dari dua sistem yang berinteraksi:
Kebanyakan sistem yang dikontrol adalah sistem dikontrol berumpan-balik
Kontroler didisain untuk menyediakan pengaturan keluaran proses karenaadanya gangguan
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
23/37
23TKK 702
Strategi Pengendalian
Strategi apa yang dapat kita gunakan dalam
pengendalian proses?
Feedback (berumpan-balik)
Feedforward (berumpan-maju)
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
24/37
24TKK 702
Feedback control untuk kecepatan
1.Mengukur kecepatan aktual
2.Menemukan perbedaan:
Error = Kecepatan diinginkan - Kecepatan aktual
3.Memutuskan berapa daya yang seharusnya diterapkan pada akselerator:
jika Error>0 maka tekan gas lebih keras
jika Error
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
25/37
25TKK 702
Feedforward control dari kecepatan
1. Lihat kemiringan jalan
2. Jika menanjak, tekan gas lebih keras
jika menurun, angkat gas sedikit atau malah gunakan rem
CV-nya tidak diukur.
Gangguannya diukur dan controller beraksi sesuai dengan
gangguannya
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
26/37
26TKK 702
Strategi Pengendalian
Pengontrolan suhu
Asumsi:
(1) Laju alir masuk = laju alir keluar
(2) Densitas cairan konstan
Sasaran pengontrolan: T = TRR
CV? MV? Gangguan?
1. Berapapanas yang harus disuplai?
Necara energi kondisi tunak:
Untuk T = TRRJika:
(1)Asumsinya valid
(2) Laju alir masuk dan suhu masuk sama dengan harga nominalnya
Maka: T = TRR
inTTCwQ !
inR
TTCwQ !
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
27/37
27TKK 702
Strategi Pengendalian
Perkirakan suhu masukT
in berubah terhadap waktu. Bagaimanakita 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
6. Ukur Tin dan T dan atur Q
7. Ukur Tin dan T dan atur w
in
TTwCQ !
? Ain TTCQW ! /
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
28/37
28TKK 702
Strategi Pengendalian
Klasifikasi strategi pengendalianFeedback control (Metode 2 dan 3):
CV dari proses diukur dan hasil pengukurannya digunakanuntuk mengaturMV
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
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
29/37
29TKK 702
Strategi Pengendalian
Keuntungan dan kerugian Feedback control
Keuntungan:
Aksinya korektif
Menangani semua gangguan (gangguan dalam Tin, w, suhulingkungan, dsb.)
Hanya perlu pengetahuan yang minimum
Tidak memerlukan pengukuran gangguan
Pengaturan dengan trial-error
KerugianMenangani gangguan hanya setelah CV menyimpang dari set point-nya
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
30/37
30TKK 702
Strategi Pengendalian
Klasifikasi strategi pengendalian
Feedforward control (Metode 4dan 5):
Gangguan (Tin)diukur dan MV (Qdan w)diatur
CVtidak diukur
Keuntungannya:
Dapat menyediakan pengendalian yangsempurna (secara teori, jikamodelnya sempurna dan pengukuran gangguan yang ada akurat)
Kekurangannya:
Perlu modelyangsempurna
Tidak dapat menangani gangguan yangtidak terukur (seperti
perubahan suhu lingkungan)Tidak ekonomis untuk mengukur seluruh gangguan
Feedback controldigunakan dalam kombinasi feedforward control(Metode 6dan 7)
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
31/37
31TKK 702
Diagram blok proses
Implementasi dariMetode 6 (feedback control)Diukur: T(t)
Diatur: Q(t)
Operasi pengendalian suhu:
1. Suhu keluar tangki diukur dengan termokopel yang menghasilkan sinyal
mV yang sesuai2. Sinyal yang berubah dengan waktu ini harus dikuatkan ke sinyal tingkatvoltase V(t) dan dikirim ke kontroler
3. Kontroler 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) keheater
4. Sebagai respon sinyal masukan p(t), heater merubah sinyal p(t) ke arusyang menghasilkan Q(t)
? A)()( tTTKQtQ cn !
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
32/37
32TKK 702
Diagramblok kontrol
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
33/37
33TKK 702
Kontrol 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
Kontroler dapat berupa kontroler analog, kontroler dijital,
sebauh komputer, atau seorang operator yang melakukan
manipulasi yang diperlukan
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
34/37
34TKK 702
Feedforward control
Diukur Tin, Q
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
35/37
35TKK 702
Sistem Kontrol Lup Terbuka
Faktor penting: WAKTU
Kelebihan:
konstruksi sederhana
perawatan mudah
lebih murahtidak ada persoalan kestabilan
cocok untuk keluaran yang sukar diukur atau tidak ekonomis (contoh:mengukur kualitas keluaran pemanggang roti)
Kekurangan:
tidak menangani gangguanperubahan kalibrasi
untuk menjaga kualitas yang diinginkan perlu kalibrasi ulang dari waktu kewaktu
C P
yu
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
36/37
36TKK 702
Bagaiamana mendokumentasikan pengendalian proses?
A Analyzer (analisis khusus yangsering diindikasikan dengan simbol,
seperti untuk V [untuk densitas]atau pH)
F flowrate
L leveldari cairan atau padatan di dalam vessel
P pressure
T temperature
8/7/2019 Pengendalian Proses K-1
37/37
37TKK 702
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
TR
ANSDUCER
. I/P artinya mengubah dari sinyal listrik (I) kepneumatik (P)
FY
10
I/P