�ݺ�ߣ

kendalibab1pengantarpengendalianproses.ppt

2
Daftar Isi
1. Pengantar Pengendalian Proses
2. Pemodelan Proses
3. Transformasi Laplace dan Fungsi Alih
4. Perilaku Dinamik Sistem Orde Satu dan Dua
5. Karakteristik Respon Dinamik Sistem Lebih Kompleks
6. Model Empirik
7. Feedback Controler
8. Stabilitas Lup Tertutup
9. Disain Kontroler
10. Penyetelan Kontroler
11. Contoh Simulasi Proses: ABSORPSI

4
Pengantar Sistem Kontrol
 Apa itu pengendalian proses
 Obyektif dari pengendalian proses (kenapa
ini penting)
 Konsep kontrol berumpan balik (feedback
control)
 SAP Kuliah
 Metode Pembelajaran: Web-based
Interactive Learning Moduls

5
Pengantar ke Proses
 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 seharusnya
pada harga tertentu

6
Pentingnya Pengendalian Proses
1. Pengendalian proses secara langsung mempengaruhi
keselamatan 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

7
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 (contoh:
feedstock untuk polimer)

8
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

10
Pengantar
 Apa itu proses?
 Bagaimana kita melakukan pengontrolan?

11
Proses
 Apa yang kita maksud dengan proses dalam teori
kontrol?
Proses (P) adalah sebuah operasi yang mengambil
INPUT dan memberikan OUTPUT
Atau
Proses (P) adalah sebuah peta dari ruang input ke ruang
output

12
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

13
Sebuah Contoh Proses
 Pengendalian Kecepatan Mobil
 Diukur dan dikontrol:
Kecepatan Variabel keluaran
 Dimanipulasi atau digerakkan (diaktuasi):
Tekanan dan akselerator Variabel masukan
 Faktor luar
friksi, kemiringan jalan Disturbance (gangguan)

14
Konsep Proses Dalam Teori Kontrol
 Dalam flowsheeting proses
 Dalam pengendalian proses

15
Contoh
 Stirred tank heater
Apa MV, CV dan disturbance-nya?

16
Contoh
 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:

17
Kontrol
Apa sasaran dari kontrol?
 Untuk mengatur keluaran proses akibat adanya
pengaruh gangguan
 mengendarai mobil
 mengontrol komposisi reaktor kimia
 Untuk menstabilkan proses yang tak stabil
 menaiki sepeda
 kontrol pesawat
 kontrol suhu dari reaktor polimerisasi

18
Sistem Kontrol
 Sebuah proses yang dikontrol (controlled process) adalah
sebuah sistem yang terdiri dari dua sistem yang
berinteraksi:
Kebanyakan sistem yang dikontrol adalah sistem dikontrol
berumpan-balik
Kontroler didisain untuk menyediakan pengaturan keluaran proses
karena adanya gangguan

19
Strategi Pengendalian
Strategi apa yang dapat kita gunakan dalam
pengendalian proses?
 Feedback (berumpan-balik)
 Feedforward (berumpan-maju)

20
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<0 maka angkat gas sedikit
CV-nya diukur.
Controller beraksi sesuai dengan ukuran CV-nya

21
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

22
 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:
Untuk T = TR
Jika:
(1) Asumsinya valid
(2) Laju alir masuk dan suhu masuk sama dengan harga nominalnya
Maka: T = TR
 
in
T
T
C
w
Q 

 
in
R T
T
C
w
Q 


23
 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
6. Ukur Tin dan T dan atur Q
7. Ukur Tin dan T dan atur w
 
in
R T
T
wC
Q 

 
 
in
R T
T
C
Q
W 
 /

24
 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

25
 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

26
 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)

27
Diagram blok proses
Implementasi dari Metode 6 (feedback control)
Diukur: T(t)
Diatur: Q(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 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) ke heater
4. Sebagai respon sinyal masukan p(t), heater merubah sinyal p(t) ke
arus yang menghasilkan Q(t)
 
)
(
)
( t
T
T
K
Q
t
Q R
c
n 



28
Pengantar
Diagram blok kontrol

29
Diagram kontrol
 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

30
Feedforward control
 Diukur Tin, Q

31
Sistem Kontrol Lup Terbuka
 Faktor penting: WAKTU
 Kelebihan:
 konstruksi sederhana
 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
C P
y
u

32
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

33
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)
FY
10
I/P

34
Pengendalian Proses
Bagaimana kita memperbaiki pengendalian ?

35
Filosofi Kontrol
Untuk memiliki pengendalian yang baik, kita memerlukan
gambaran kuantitatif dari proses - sebuah model
matematika
 Pendekatan berdasarkan model
 mengembangkan model matematika
 mendisain dan mengoptimasi kontroler berdasarkan pada model
tersebut
 Keuntungan kontrol berdasarkan model
 Unjuk kerja kontrol yang lebih baik
 Model tersebut memprediksi perilaku dinamik dari proses saat MV
diubah

36
Pengendalian Proses dan Pemodelan
 Dalam mendisain sebuah kontroler, kita harus:
 Mendefinisikan obyektif pengontrolan
 Mengembangkan sebuah model proses
 Mendisain kontroler berdasarkan pada model
 Mengujinya melalui simulasi
 Mengimplementasikannya pada proses nyata
 Cari pengontrolan terbaik (tuning) dan memantaunya

37
Pengembangan Sistem Kontrol
Sering sebuah proses iteratif, didasarkan pada kinerja
kita bisa memutuskan untuk menyetel, mendisain atau
memodelkan kembali sebuah sistem kontrol yang diberikan

38
 Obyektif
 “Apa yang sedang kita coba untuk dikontrol?”
 Pemodelan proses
 “Apa yang kita perlukan?”
 Mekanistik dan/atau empirik
 Disain kontroler
 “Bagaimana kita menggunakan pengetahuan perilaku proses untuk
mencapai obyektif pengendalian proses kita?”
 Variabel apa yang seharusnya kita ukur?
 Variabel apa yang seharusnya kita kontrol?
 Mana MV yang terbaik?
 Mana struktur kontroler yang terbaik?

39
 Implementasi dan menyetel proses yang dikontrol
 Uji dengan simulasi
 Masukkan strategi kontrol ke perangkat keras kontrol
 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

40
Process dynamics dan Kontrol
 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 kontrol
 Proses
 Kontroler

41
Sasaran Pembelajaran
 Sasaran
 Memberikan kepada mahasiswa pengetahuan yang baik
konsep disain sistem kontrol
Karena kontrol yang lebih baik memerlukan pemahaman
akan dinamika proses yang dikontrol, mata kuliah ini
meliputi dua bidang:
1. Analisis dinamika proses
2. Disain sistem kontrol

42
Fokus Pembelajaran
 Fokus
 Analisis dinamika proses
 Pemodelan proses
 Perilaku dinamik dari sebuah jajaran proses
 Analisis dan disain sistem kontrol
 Sistem kontrol berumpan-balik
 Perilaku dinamik dan stabilitas sistem kontrol lup
tertutup
 Disain kontroler untuk respon transien (PID)

43
Proses Belajar Dengan WILMO
(Web-based Interactive Learning MOdules)
1. Initial reading 2. Class participation
3. Web learning
Modules
4. Course
assignments
Reading
5. Study in depth
Revisit WEB
Formulate own
study questions

44
Daftar Rujukan
 Textbook:
D. E Seborg, T. F. Edgar, D. A. Mellichamp, Process Dynamics and Control, John Wiley &
Sons, 1989 (ISBN 0-471-86389-0)
 Rujukan :
1. T. Marlin, Process Control: Designing Processes and Control Systems for Dynamic Performance,
2nd Edition, McGraw-Hill, New York, 2000
2. Smith, Carlos A. dan Corripio, Armando B., Principles and Practice of Automatic Process Control,
1985, John Wiley & Sons Inc.
3. R. Wayne Bequette, Process Dynamics: Modeling, Analysis, and Simulation, Prentice Hall, New Jersey,
1998 (0-13-206889-3)
 Jurnal
 Computers & Chemical Engineering
 Journal of Process Control
 Chemical Engineering Science
 Internet:
 http://www.chemeng.ui.ac.id/~wahid/kendali.htm (Homepage Kuliah)
 http://www.pc-education.mcmaster.ca (WILMO)
 http://lorien.ncl.ac.uk/ming/Dept/Swot/connotes.htm (Jagad PC)
 http://www.rpi.edu/~bequeb/ (Homepage B. W. Bequette)
 Software
 MATLAB with SIMULINK

45
Jadwal Aktivitas Pembelajaran
Pengendalian Proses
MID SEMESTER
QUIZ 2
14
CH 5
Karakteristik Respon Dinamik
Sistem Lebih Kompleks
11 - 13
Perilaku Dinamik Sistem Orde
Satu dan Dua
8 – 10
CH 5
CH 5
QUIZ 1 dan Pembahasan
7
CH 4
CH 3 dan CH 4
Transformasi Laplace dan Fungsi
Alih
5 – 6
CH 3
CH 2
Pemodelan Proses
3 - 4
CH 1 dan CH 2
CH 1
Pengantar Pengendalian Proses
1 - 2
Keterangan
Rujukan 1
Textbook Chapter
Sections
TOPIK
Pertemuan
ke
CH 6

46
Jadwal Aktivitas Pembelajaran
Pengendalian Proses
Keterangan
Rujukan 1
Textbook Chapter
Sections
TOPIK
Pertemuan
ke
FINAL TEST
Presentasi Tugas Kelompok
25 – 28
CH 11
Penyetelan Kontroler
22 - 23
CH 10
CH 11
Disain Kontroler
20 – 21
Kestabilan Sistem Kontrol
Lup Tertutup
19
CH 7 dan CH 8
CH 8
Feedback Controller
17 - 18
CH 6
CH 7
Model Empirik
15 - 16
QUIZ 3
24 - 25
CH 12
CH 13 CH 9

47
Diktat Pengendalian Proses
 Tersedia di home page mata kuliah dua buah
diktat yang bersumber dari buku:
 Smith & Corripio
 Seborg, dkk.
 Rujukan tambahan:
 Marlin
 Bequette
 Ogata
 Luyben
 Kedua diktat itu akan digabung menjadi satu
kesatuan yang utuh

48
http://www.chemeng.ui.ac.id/~wahid/kendali.htm

50
Keaktifan Mengakses WILMO
 Cara yang ditempuh untuk memotivasi
mahasiswa:
 Meyakinkan mahasiswa bahwa kualitas mahasiswa UI
tinggi
 Mengakses WILMO adalah bagian dari penilaian (10%)
 Setiap quiz mengandung soal dari WILMO
 Selalu mengingatkan pentingnya mengakses WILMO
dengan dua cara:
 Saat di kelas
 Menempelkan pengumuman

51
Penyebab Tidak Aktif
 Belum mengetahui tingkat kepentingannya
 Sulit mendapatkan sarana untuk mengakses internet:
 Tidak punya komputer di rumah
 Jauh dari warnet
 Tidak menjadi anggota lab SPK
 Merasa cukup dengan hanya
 nimbrung saat temannya mengakses WILMO
 Melihat foto-kopian WILMO

52
Penugasan
 Semua dikerjakan dalam kelompok
 Ada dua bentuk tugas:
 Menyelesaikan soal
 Presentasi
 Bahan:
 Modul-modul di buku Bequette
 Paper dari beberapa jurnal
 Penilaian:
 Nilai presentasi dari dosen : 30%
 Nilai presentasi dari kelompok lain : 30%
 Nilai presentasi dari kelompok sendiri : 30%
 Nilai presentasi dari report hasil diskusi : 10%

53
Tugas Presentasi
 Dari modul-modul yang ada di buku Bequette:
 Stirred Tank Heaters
 Absorption
 Isothermal Continuous Stirred Tank Chemical Reactors
 Biochemical Reactors
 Diabatic CSTR
 Ideal Binary Distillation
 Dari jurnal:
 A two degree of freedom level control (Journal of Process Control)
 A direct synthesis tuning method of unstable first-order-plus-time-
delay processes (Journal of Process Control)
 Closed-loop on-line process identification using a proportional
controller (Chemical Engineering Science)
 An Industrial Dead-Time Compensating PI Controller (Control
Engineering Practice)

54
Evaluasi
25
Ujian Akhir Semester
5
25
Ujian Tengah Semester
4
10
Akses WILMO
3
30
Tugas/Quiz
2
10
Absensi
1
PERSENTASE
(%)
KOMPONEN
NO
E
0 – 29,9
5
D
30 – 55,9
4
C
56 – 69,9
3
B
70 – 79,9
2
A
80 – 100
1
BOBOT
RENTANG NILAI
NO

55
Perkembangan Nilai Kendali
29.03
45.16
16.13
22.54
28.17
42.25
2.82
10.13
59.49
25.32
5.97
43.28
47.76
27.66
38.30
34.04
0.00
1.61
8.06
90.32
92.96
4.23
0
5.06
94.94
0
97.01
2.99
0.00
100.00
0
20
40
60
80
100
120
A B C D E/T Kelulusan
%
97/98 98/99 99/00 00/01 01/02

�ݺ�ߣ

kendalibab1pengantarpengendalianproses.ppt

Recommended

More Related Content

Similar to kendalibab1pengantarpengendalianproses.ppt (20)

Recently uploaded (20)

kendalibab1pengantarpengendalianproses.ppt

Editor's Notes