Pengendalian Proses CHS SKS. Departemen Teknik Kimia FTUI

Transkripsi

1 Pengendalian Proses CHS SKS Departemen Teknik Kimia FTUI

2 Disain Pembelajaran Filosofi Pengendalian Proses SAP Mata Ajar Sebelumnya Pemodelan Dinamik (Mekanistik) Mata Ajar Sedang Berjalan SIMULASI (LAB. MAYA) VIDEO Penyetelen Kontroler Analisis Perilaku Model Dinamik Pengendalian Proses Pemodelan Empirik Pengendalian Proses Analisis Stabilitas Metode WILMO Lecture Notes MODUL INTERAKTIF Next

3 Akses Internet Puskom FTUI Lab SPK DTK FTUI WiFi DTK FTUI

4 Tujuan Pembelajaran Setelah mengikuti MA Pengendalian Proses, mahasiswa: mampu mengkonstruksi pengetahuan dari mata ajar yang sebelumnya dan yang bersamaan dengan mata ajar ini, mampu menjelaskan tiga persoalan penting dalam pengendalian proses, yaitu perilaku dinamik, karena tidak ada proses yang beroperasi secara statik (steady-state) operasi proses, karena peralatan yang ada harus dioperasikan secara aman untuk mendapatkan keuntungan yang tinggi pengendalian otomatis, karena insinyur menerapkan keputusan operasi melalui teknologi komputer SAP

5 Sasaran Pembelajaran Sasaran Afektif (ATTITUDE) Sasaran Psikomotorik (SKILL) Sasaran Kognitif (KNOWLEDGE) SAP

6 Sasaran Afektif (ATTITUDE) Proses tidak pernah berfungsi secara eksak seperti yang telah dirancang disebabkan oleh adanya ketidakpastian dan gangguan Fleksibilitas dalam bentuk kapasitas peralatan tambahan dan manipulated variable harus disediakan untuk mencapai kinerja yang diinginkan Feedback control dapat memperbaiki keselamatan, kualitas produk dan profit untuk pabrik yang dirancang secara baik Sasaran

7 Sasaran Psikomotorik (SKILL) Menggunakan skill belajar-mandiri dan sumbersumber penelitian (perpustakaan, internet, dsb.) untuk menginvestigasi dan melaporkan topik-topik pengendalian proses Bekerja secara efektif selama proyek kelompok mengevaluasi obyektif pengendalian, penyetelan lup (loop tuning) dan disain pengendalian Menerapkan problem-solving skill untuk analisis data proses Sasaran

8 Sasaran Kognitif (KNOWLEDGE) Merumuskan dan menyelesaikan model dinamik dasar dari proses nyata. Juga, melakukan eksperimen pemodelan empirik, estimasi parameter, dan perbandingan dengan model dasarnya Mendefinisikan obyektif pengendalian dalam tujuh kategori dalam sebuah proses kimia Menyeleksi variabel untuk pengukuran dan manipulasi, berhubungan dengan instrumentasi pengendalian otomatis Mendisain sistem pengendalian lup tunggal Menerapkan dan menyetel kontroler Menghubungkan dinamika proses dengan kinerja, misalnya, mampu menentukan dinamika berumpan-balik, dinamika gangguan dan frekuensi gangguan yang baik dan tidak-baik, dan menyarankan perubahan proses untuk kinerja proses yang diperbaiki Sasaran

9 Kegiatan Belajar-Mengajar (1) Pk n Pokok Bahasan & Sub Pokok Bahasan Tujuan Instruksional Umum dan/atau Sasaran Pembelajaran Kegiata n Media Tugas Evaluasi 1 PENGANTAR PENGENDALIAN PROSES Kenapa Pengendalian Proses dan Kenapa Sekarang? Pertanyaan Dasar tentang Pengendalian Menjelaskan konsep umpanbalik (feedback) yang diaplikasikan pada kontrol Menjelaskan dan mengidentifikasikan tiga unsur dalam lup berumpan-balik (feedback loop) Dapat menerapkan umpanbalik manual pada beberapa contoh proses kimia Kuliah Latihan LCD Notebook Papan Tulis Akses WILMO Tugas 1 PR 2 OBYEKTIF DAN BENEFIT PENGENDALIAN Tujuh (7) Obyektif Pengendalian Ukuran variabilitas Dampak ekonomi dari variabilitas Mengenal contoh-contoh dari tujuh (7) obyektif pengendalian pada proses-proses kimia Menghitung indikator dari variabilitas pada variable proses Dapat menghitung dampak ekonomi dari variabilitas Kuliah Latihan LCD Notebook Papan Tulis Akses WILMO Tugas 2 Kuis 1

10 Kegiatan Belajar-Mengajar (2) 3 PRINSIP PEMODELAN MATEMATIKA Alasan mengapa kita perlu model dinamik Enam (6) - tahapan prosedur pemodelan Kesimpulan umum tentang model Merumuskan model dinamik didasarkan pada prinsip neraca Menyelesaikan model dinamik orde satu yang sederhana Menentukan aspek kunci yang bagaimana dari dinamik bergantung pada disain dan operasi proses Kuliah Latihan Respon si LCD Notebook Papan Tulis Akses WILMO Tugas PEMODELAN DAN ANALISIS PENGENDALIAN PROSES Transformasi Laplace Penyelesaikan model dinamik linear Struktur model fungsi alih Fitur kualitatif secara langsung dari model Respon frekuensi Menyelesaikan model dinamik linear orde satu dan dua secara analitis Menyatakan model dinamik kedalam fungsi alih (transfer function) Memperkirakan fitur penting dari perilaku dinamik dari dari model tanpa menyelesaikannya Kuliah Latihan LCD Notebook Papan Tulis Akses WILMO Tugas 4 Kuis 2

11 Kegiatan Belajar-Mengajar (3) 6 PERILAKU DINAMIK SISTEM PROSES YANG KHAS Sistem dinamik sederhana: First order, Second order, Dead time dan (Non) Selfregulatory Struktur penting dari sistem yang sederhana: Series, Parallel, Recycle dan Staged 7 IDENTIFIKASI MODEL EMPIRIK Disain eksperimen untuk bangunan model Process reaction curve (graphical) Estimasi parameter statistik Memprediksi output untuk input yang khas untuk sistem dinamik Menurunkan dinamik sistem tersebut untuk struktur penting dari sistem dinamik sederhana Mengetahui efek yang besar pada proses dinamik yang disebabkan oleh struktur proses Disain dan implementasi sebuah eksperimen yang baik Melakukan kalkulasi secara grafik Melakukan kalkulasi secara statistik Mengkombinasikan pemodelan dasar dan empirik untuk sistem proses kimia Kuliah Latihan Respons i Kuliah Latihan Respons i UJIAN TULIS MID TEST LCD Notebook Papan Tulis LCD Notebook Papan Tulis Akses WILMO Tugas 5 Akses WILMO Tugas 6 Kuis 3

12 Kegiatan Belajar-Mengajar (4) 8 LUP BERUMPAN-BALIK Elemen-elemen lup yang khas Variabel berhubungan dengan obyektif pengendalian Ukuran-ukuran kinerja pengendalian yang khas Lima pendekatan terhadap pengendalian berumpan-balik Mengidentfikasi elemenelemen penting pada lup berumpan-balik Memilih variabel-variabel kandidat yang cocok untuk dikendalikan dan dimanipulasi Mengevaluasi data kinerja pengendalian menggunakan ukuran standar dari kinerja dinamik Kuliah Latihan LCD Notebook Papan Tulis Akses WILMO 9 PENGENDALI PID Fitur-fitur umum dan sejarah PID Model Proses dan kontroler Diagram Blok Tiga jenis kontroler dengan fitur-fiturnya: Proportional, Integral dan Derivative Perilaku dinamik yang khas Memahami kekuatan dan kelemahan tiga jenis kontroler PID Menentukan model sistem berumpan-balik menggunakan aljabar diagram blok Menetapkan sifat-sifat umum berumpan-balik PID dari model lup tertutup Kuliah Latihan Responsi LCD Notebook Papan Tulis Akses WILMO Kuis 4

13 Kegiatan Belajar-Mengajar (5) PENYETELAN PENGENDALI PID Pendekatan trial-and-error - kenapa tidak digunakan Definisi masalah tuning Menyelesaikan dan Mengembangkan korelasi Menerapkan korelasi ke contoh-contoh Kehalusan penyetelan - sentuhan pribadi Menjelaskan sasaran kinerja yang kita cari hingga ketemu lewat penyetelan (tuning). Menerapkan prosedur penyetelan menggunakan kurva reaksi porses (process reaction curve) dan persamaan tuning. Perbaikan kinerja lebih lanjut dengan penyetelan yang baik Kuliah Latihan LCD Notebook Papan Tulis Akses WILMO Kuis ANALISIS STABILITAS Definisi stabilitas Peninjauan kembali menentukan akar persamaan karakteristik (PK) Pengantar metode stabilitas Bode Penerapan penentuan beberapa kecenderungan umum pada sistem berumpan-balik Menentukan stabilitas dari sebuah proses tanpa pengendalian Menentukan stabilitas dari sebuah sistem pengendalian berumpan-balik lup tertutup Menggunakan pendekatan ini untuk mempelajari bagaimana dead time mempengaruhi stabilitas Kuliah Latihan Responsi LCD Notebook Papan Tulis Akses WILMO Tugas Akhir Kuis 6 UJIAN TULIS FINAL TEST SAP

14 Filosofi Pengendalian Proses 1. Pengantar pengendalian proses Menjelaskan konsep umpan-balik (feedback) yang diaplikasikan pada kontrol Menjelaskan dan mengidentifikasikan tiga unsur dalam lup berumpan-balik (feedback loop) Dapat menerapkan umpan-balik manual pada beberapa contoh proses kimia 2. Obyektif dan benefit pengendalian Mengenal contoh-contoh dari tujuh (7) obyektif pengendalian pada proses-proses kimia Menghitung indikator dari variabilitas pada variable proses Dapat menghitung dampak ekonomi dari variabilitas Disain

15 Pemodelan Dinamik 3. Prinsip pemodelan matematika Merumuskan model dinamik didasarkan pada prinsip neraca Menyelesaikan model dinamik orde satu yang sederhana Menentukan aspek kunci yang bagaimana dari dinamik bergantung pada disain dan operasi proses 4. Pemodelan dan analisis pengendalian proses Menyelesaikan model dinamik linear orde satu dan dua secara analitis Menyatakan model dinamik kedalam fungsi alih (transfer function) Memperkirakan fitur penting dari perilaku dinamik dari dari model tanpa menyelesaikannya Disain

16 Analisis Perilaku Model Dinamik Pengendalian Proses 5. Perilaku dinamik sistem proses yang khas Memprediksi output untuk input yang khas untuk sistem dinamik Menurunkan dinamik sistem tersebut untuk struktur penting dari sistem dinamik sederhana Mengetahui efek yang besar pada proses dinamik yang disebabkan oleh struktur proses Disain

17 Pemodelan Empirik Pengendalian Proses 6. Identifikasi pemodelan empirik Disain dan implementasi sebuah eksperimen yang baik Melakukan kalkulasi secara grafik Melakukan kalkulasi secara statistik Mengkombinasikan pemodelan dasar dan empirik untuk sistem proses kimia Disain

18 Penyetelan Kontroler 7. Lup berumpan-balik Mengidentfikasi elemen-elemen penting pada lup berumpan-balik Memilih variabel-variabel kandidat yang cocok untuk dikendalikan dan dimanipulasi Mengevaluasi data kinerja pengendalian menggunakan ukuran standar dari kinerja dinamik 8. Algoritma PID Memahami kekuatan dan kelemahan tiga jenis kontroler PID Menentukan model sistem berumpan-balik menggunakan aljabar diagram blok Menetapkan sifat-sifat umum berumpan-balik PID dari model lup tertutup 9. Penyetelan kontroler PID untuk kinerja dinamik Menjelaskan sasaran kinerja yang kita cari hingga ketemu lewat penyetelan (tuning). Menerapkan prosedur penyetelan menggunakan kurva reaksi porses (process reaction curve) dan persamaan tuning. Perbaikan kinerja lebih lanjut dengan penyetelan yang baik Chart

19 Analisis Stabilitas 10. Analisis Stabilitas Pengendalian Proses Menentukan stabilitas dari sebuah proses tanpa pengendalian Menentukan stabilitas dari sebuah sistem pengendalian berumpan-balik lup tertutup Menggunakan pendekatan ini untuk mempelajari bagaimana dead time mempengaruhi stabilitas. Disain

20 Silabus MA Pengendalian Proses 1. Pengantar pengendalian proses 2. Obyektif dan benefit pengendalian 3. Prinsip pemodelan matematika 4. Pemodelan dan analisis pengendalian proses 5. Perilaku dinamik sistem proses yang khas 6. Identifikasi pemodelan empirik 7. Lup berumpan-balik 8. Algoritma PID 9. Penyetelan kontroler PID untuk kinerja dinamik 10. Analisis Stabilitas Pengendalian Proses elearn.che.ui.edu Disain

21 Rujukan Textbook: T. Marlin, Process Control: Designing Processes and Control Systems for Dynamic Performance, 2nd Edition, McGraw-Hill, New York, 2000 Rujukan: 1. Carlos A. Smith, Armando B. Corripio, Principles and Practice of Automatic Process Control, John Wiley & Sons, 1985, ISBN D. E Seborg, T. F. Edgar, D. A. Mellichamp, Process Dynamics and Control, John Wiley & Sons, 1989, ISBN Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan), Jilid 1, Penerbit Erlangga, 1985, Bandung 4. Bequette, R. W., Process Dynamics: Modeling, Analysis, and Simulation, Prentice Hall, Luyben, William L., Process Modeling, Simulation and Control for Chemical Engineers, Second Edition, McGraw-Hill International Edition, Kuo, Benjamin C., Automatic Control Systems, Sixth Edition, Prentice-Hall International Editions, Stephanopoulos, George, Chemical Process Control: An Introduction to Theory and Practice, Prentice-Hall International, 1984

22 3. Jurnal : Rujukan (2) a. Computers & Chemical Engineering b. Journal of Process Control c. Chemical Engineering Science 4. Internet: a. elearn.che.ui.edu b. (WILMO) c. notes.htm (Jagad PC) 5. Software: MATLAB with SIMULINK 6. Process Control Videos

23 MA Ajar Sebelum Pengendalian Proses Matematika (kalkulus dan aljabar linear) Metode Numerik Termodinamika Perpindahan Kalor Neraca Massa dan Energi Disain

24 MA Bersamaan dengan Pengendalian Proses Perancangan Alat Proses Pemodelan dan Matematika Terapan Teknik Reaksi Kimia Perpindahan Massa Disain

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

26 Pengendalian Proses di e-learning DTK FTUI Lecture Notes Assignments Forum Quiz