PENGENALAN SISTEM PENGENDALIAN LANJUT

Transkripsi

1 06 06 PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT Tujuan: Mhs mengenal dan mamu menjelaskan sstem engendalan uman-balk lanjut dan engendalan uman-maju secara umum. Mater: 1. Alkas Pengendalan Uman Balk ada Proses dengan Large-Deadtme 2. Pengendalan Raso (Rato Control) 3. Pengendalan Uman Maju (Feedforward Control) 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 1

2 6.1 Alkas Pengendalan Uman-Balk Pada Proses dengan Large-Deadtme Semua komonen dnams dalam loo mungkn menyebabkan keterlambatan waktu (tme-delay) yang berart dalam resonnya, msalnya: 1. Proses yang memunya sarana transortas fluda dengan jarak anjang. 2. Alat ukur (sensor) mungkn memerlukan erode waktu anjang untuk menghaslkan keluaran varabel roses yang dukur. 3. Elemen kendal akhr daat memerlukan waktu anjang untuk membangun snyal nyata. 4. Oerator atauun controller mungkn memerlukan waktu untuk berfkr dan mengambl tdakan engendalan yang teat 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 2

3 6.1 Pengendalan Proses dengan Deadtme Untuk semua stuas yang menyebabkan keterlambatan reson, engendalan uman-balk konvensonal menghaslkan reson loo tertutu yang TIDAK memuaskan, karena: 1. angguan yang masuk ke dalam roses tdak terdeteks sama waktu yang anjang. 2. Tndakan engendalan yang akan dambl atas dasar engukuran terakhr tdak memada karena tndakan yang dlakukan untuk mengelmnas kesalahan bersumber ada waktu lamau. 3. Tndakan engendalan juga memerlukan waktu yang cuku sama drasakan engaruhnya oleh roses. 4. Jad, dead-tme yang besar meruakan sumber ketdak-stablan reson loo tertutu. erlu komensas deadtme. 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 3

4 6.1 Pengendalan Proses dengan Deadtme Komensas Dead-tme Modfkas FBC klask (oleh O.J.M. Smth) untuk komensas deadtme (t d ) Smth redctor atau dead-tme comensaton. ambar Sstem loo tertutu sederhana untuk roses dengan deadtme y s () s Process wth dead-tme c (s) (s) s e t d y( s) y( s) Asums: semua dead-tme dsebabkan oleh roses: m (s) = f (s) = 1 ( ) ( ) td s s = s e 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 4

5 6.1 Pengendalan Proses dengan Deadtme Reson loo terbuka terhada erubahan set-ont: y ( s) = ( s) ( s) c { t s e } y ( s) d s (6.1.1) y * () s = () s ( s) y ( s) c s Menghaslkan keterlambatan reson Untuk menghlangkan engaruh yang tdak dngnkan, snyal oen-loofeedback duayakan membawa nformas terkn, BUKAN nformas yang terlambat. Hal n mungkn, jka reson loo terbuka y(s) dtambahkan besaran: (6.1.2) y 1 () ( t s e d s = ) ( s) ( s) y ( s) c s (6.1.3) y () ( ) * s y s = y ( s) 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 5

6 6.1 Pengendalan Proses dengan Deadtme ambar Dagram blok FBC dengan komensas dead-tme Controller mechansm y s () s y * () s y () s Controller Process wth deadtme c (s) (s) s e t d Deadtme comensator ( e t ) d 1 s ( s) y() s y( s) Deadtme comensator memredks efek keterlambatan varabel yang dmanulas ada outut roses, dsebut smth redctor, dan hanya mungkn jka roses dketahu modelnya secara ast (FT lus deadtme) 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 6

7 6.1 Pengendalan Proses dengan Deadtme ambar Komensas deadtme dengan ketdak astan fungs transfer dan deadtme Controller mechansm y s () s y * () s y () s Controller Process wth deadtme c (s) (s) s e t d Deadtme comensator ( e t ) d 1 s ( s) y() s y( s) Dmana: () s Karakterstk () s t d roses yang sebenarnya t d Nla erkraan (smth redctor) 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 7

8 6.1 Pengendalan Proses dengan Deadtme () s = y() s y ( s) * y = { t s ( t s e 1 e ) } y () s c d d c s y * () { [ ] t s t s s = e e } y ( s) c d d s (6.1.4) Pers. (4) menunjukkan bahwa: 1. Hanya untuk roses yang dketahu secara semurna akan memunya komensas yang semurna ( = dan t d = t d ) 2. Kesalahan emodelan, yakn ( ) besar dan (t d t d ) besar, menghaslkan komensas yang kurang efektf. 3. Kesalahan dalam memerkrakan deadtme lebh mengganggu d.. kesalahan ( ), karena engaruh dar fungs eksonensal. 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 8

9 6.2 Rato Control Suatu strateg engendalan dmana satu varabel dmanulas untuk menjaga agar varabel tersebut roorsonal terhada varabel yang lan Contoh 6.2.1: Sstem engendalan ada roses encamuran ambar FC ada roses encamuran: FT 102 Stream A FT 101 Stream B FC 102 FC 101 SP SP Mengendalkan laju alr A dan B ada nla set-ontnya, sehngga erbandngannya teta: R = F F B A Masalah: Laju alr A bervaras karena mungkn A meruakan MV untuk roses lan. Dalam hal n arus A dsebut wld flow. 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 9

10 ambar Pengendalan raso ada sstem encamuran 6.2 Rato Control (a) Alternatf 1 Stream A FT 102 F A FY 102 SP x Rato staton = R F B set Pengukuran laju alr A (wld-flow) dan mengalkannya dengan raso (R) d FY102. F B = RF A Jad, serng dengan berubahnya A, set-ont engendal laju alr B berubah untuk menjaga kedua alran ada raso yang dngnkan. Sstem n adalah lnear: Outut FY102 meruakan set-ont FC101 F B FT 101 Stream B FC 101 F B = RF A F F B = A R konstan 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 10

11 ambar Lanjutan 6.2 Rato Control (b) Alternatf 2 Stream A FT 102 F A FY 102 Pengukuran laju alr A dan laju alr B, dan embagannya d FY102 meruakan erbandngan (raso) yang sesungguhnya. R = F F B A Actual rato Snyal R (actual rato) dkrm ke engendal RC101, dmana set-ont-nya adalah raso yang dngnkan dan daat dset d temat (local). F B FT 101 FB F A Stream B RC 101 SP Sstem n adalah tdak lnear: R F A F = F B 2 A = R F A non-lnear 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 11

12 6.2 Rato Control ambar Lanjutan (c) Alternatf 3 Stream A FT 102 F A FC 102 SP FY 102 x Rato staton = R F B set Set-ont A daat dubah. Dengan mengubah set-ont A d FC102, maka set-ont B d FC101 juga berubah secara otomats. Sstem n lnear. Alternatf 1 dan 3 alng umum dgunakan d ndustr. F B FC 101 FT 101 Stream B 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 12

13 6.2 Rato Control TUAS: Merancang sstem engendalan rato ada roses encamuran larutan NaOH ambar Sstem tangk encamur larutan NaOH f 1 = 100 kg/jam NaOH (40%-weght) 1 LC 101 f 2 = 100 kg/jam NaOH (40%-weght) f 3 = 60 kg/jam H 2 O Tangk-101 V-101 V LC Tangk-102 V-103 f 4 = 160 kg/jam NaOH (25%-weght) PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 13

14 6.2 Rato Control Penjelasan Proses (ambar 6.2.3): Sstem roses encamuran larutan NaOH dengan laju alr massa dan komoss (fraks massa) ada konds tunak dtunjukkan seert ada ambar Volume caran d dalam Tangk 101 dan Tangk 102 dkendalkan dengan memanulas bukaan katub V-101 dan V-103, berturut-turut. Dalam kasus n, dangga komoss uman masuk ke Tangk 101 tdak berubah (konstan), namun laju alr uman masuk Tangk 101 dangga sebaga varabel gangguan. Masalah yang harus dtangan adalah erbandngan (rato) laju alr masuk Tangk 102 ( f 2 dan f 3 ) harus terenuh sehngga komoss NaOH keluar Tangk 102 teta. 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 14

15 6.2 Rato Control Pertanyaan (TUAS): Tentukan arus lar (wld flow) untuk sstem tersebut (ambar 6.2.3) ambarkan 2 (dua) alternatf engendalan rato sehngga memenuh R = f f 3 = 0,6 ; Jelaskan jawaban saudara! Tentukan aks engendal (controller acton) untuk LC-101, LC- 102, dan flow controller ada engendal rato, aakah Drect atau Reverse? jelaskan ertmbangan yang saudara lh! Tentukan aks control valve yang teat untuk V-101, V-102, dan V-103, aakah Fal-Close-Ar-to-Oen (FC-AO) atau Fal- Oen-Ar-to-Close (FO-AC)? jelaskan ertmbangan yang saudara lh! 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 15

16 6.3. Pengendalan Uman Maju (Feedforward Control) ambar Konse-konse engendalan (a) Feedback concet (b) Feedforward concet m(t) Feedback controller (FBC) SP SP Feedforward controller (FFC)... m FF (t) d n (t) d 1 (t). Process c(t) d n (t) d 1 (t). Process c(t) 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 16

17 6.3 Feedforward Control ambar Peneraan FFC dan FFC-FBC Feedforward Control Feedforward/feedback Control Feedforward controller (FFC) m FF (t) Feedforward controller (FFC) m FF (t) m(t) m FB (t) SP Feedback controller (FBC) d(t) Process M c(t) d(t) Process M c(t) D D 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 17

18 ILUSTRASI FBC dan FFC 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 18

19 Bagamana merancang FFC? 6.3 Feedforward Control Tnjau contoh kasus erancangan FFC untuk emanas tangk berengaduk ambar Pemanas tangk berengaduk f T (t) T steam f st,t s Q(t) h condensate f, T(t) Suhu alran masuk (T ) sebaga varabel gangguan, dan anas yang dberkan oleh steam (Q) sebaga varabel yang dmanulas untuk menjaga suhu T ada nla yang dngnkan (T s ) Asums: f = f Neraca Energ: V dt dt ( t) = [ T () t T () t ] 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 19 f dv dt = dh A dt ( ) Q t ρ c = 0 (6.3.1)

20 6.3 Feedforward Control FFC steady-state consderaton 0 = f ( T T ) Q ρ c T = T f Q ρ c (6.3.2) Untuk menjaga T = T s ; dar ers. (6.3.2) deroleh MV sbb: Q = f ρ c ( T T ) s (6.3.3) Pers. (6.3.3) adalah rancangan ersamaan untuk engendalan uman maju konds tunak. Q harus berubah dengan adanya gangguan atauun erubahan set-ont. 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 20

21 6.3 Feedforward Control ambar Perancangan ada konds tunak engendal suhu dengan uman maju ada sstem emanas tangk berengaduk FFC mechansm f T T s 1 comarator f, T controller f ρ c T h Q condensate steam f st T s 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 21

22 FFC dynamc consderaton Untuk memerbak kualtas engendalan selama reson transen (sementara), akan drancang FFC memaka dnamka N.E. ada keadaan tdak tunak V f dt dt () t T () t = T () t ( ) Q t f ρ c 6.3 Feedforward Control (6.3.4) Pers. (6.3.4) ers. (6.3.2) deroleh term devas sbb: V f d [ T () t T ] dt [ T () t T ] = T () t [ T ] [ Q( t ) Q ] f ρ c dγ τ Γ = Γ dt M f ρ c (6.3.5) 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 22

23 6.3 Feedforward Control Pers. (6.3.5) adalah model dalam term devas, dengan: Γ = T () t T Γ () t T = T Term devas (6.3.6) M = Q t () Q Transformas Lalace Pers. (6.3.5) menghaslkan: Γ 1 τs 1 K () s = Γ () s M () s τs 1 (6.3.7) Dmana: τ = V f dan K = 1 f ρc 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 23

24 6.3 Feedforward Control FFC harus meyaknkan bahwa Γ(s) = Γ s (s) = set-ont ; walauun ada erubahan gangguan Γ atauun Γ s ; dar ers. (6.3.7) deroleh: 1 Μ τ 1 K () s = ( s ) Γ () s Γ () s [ ] s (6.3.8) Pers. (6.3.8) adalah ersamaan erancangan untuk dnamka FFC. Perbedaan antara model tunak dan tak-tunak engendalan uman maju untuk emanas tangk adalah ada fungs transfer (τs 1) kal set-ont. Semakn bak model yang mewakl kelakuan roses, reson FFC akan semakn bak. 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 24

25 6.3 Feedforward Control ambar Perancangan ada konds dnams engendal suhu dengan uman maju ada sstem emanas tangk berengaduk FFC mechansm Γ (S) Γ s (S) (τs1) comarator Γ(S) controller 1/K T h M(S) steam condensate 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 25

26 6.3 Feedforward Control Tnjau dagram blok loo terbuka n: dsturbance Process Γ (s) d (s) M(s) (s) MV Γ(s) CV Γ Outut roses: Ambl Γ(s) = Γ s (s) Γ ( s) = ( s) Μ( s) ( s) Γ ( s) s ( s) = ( s) Μ( s) ( s) Γ ( s) d d (6.3.9) (6.3.10) Dar ers. (3.6.10), dtentukan MV sbb: Μ () s = 1 d () s Γ s () s Γ () s d ( s) () s (6.3.11) Sangat menentukan bentuk sstem FFC 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 26

27 ambar Dagram blok engendalan uman maju 6.3 Feedforward Control FFC mechansm s 1 = Γ s (s) d Process dsturbance Γ (s) = c d M(s) (s) MV d (s) Γ(s) CV s = 1 Dmana:.. (6.3.12) d = c d. (6.3.13) 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 27

28 6.3 Feedforward Control ambar Dagram blok engendalan uman maju dlengka dengan alat ukur dan elemen engendal akhr FFC mechansm s 1 = Γ s (s) d c = d f f (s) m Fnal control element Measurng devce m (s) Process M(s) (s) MV dsturbance d (s) Γ (s) Γ(s) CV Γ = f c s Γ s ( ) d f c m Γ (6.3.14) 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 28

29 6.3 Feedforward Control Catatan-catatan entng untuk FFC: 1. Secara substans, FBC berbeda dengan FFC 2. Dar ers. (6.3.12) dan (6.3.13), nyata bahwa, FFC tdak sekonvensonal FBC (P. PI, PID) 3. Berdasarkan ers. (6.3.12) dan (6.3.13), FFC sangat tergantung ada engetahuan yang bak tentang model roses ( dan d ). Perancangan c dan s dalam FFC untuk keerluan: 1. Menghlangkan gangguan (dsturbance rejecton) 2. Mengkut nla set-ont (setont trackng) 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 29

30 6.3 Feedforward Control Dsturbance rejecton Pengendal harus mamu menghlangkan damak erubahan gangguan ada roses outut; Jad koefsen ada Γ untuk ers. (6.3.14) harus = 0. d f c m = 0 = c d f m (6.3.15) Setont trackng Mekansme engendalan harus mamu menjaga Γ = Γ s denuh jka koefsen ada Γ s harus = 1 f f c s =1 d f m s =1 = s m d ; hal n (6.3.16) 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 30

31 TUAS: Perancangan Sstem engendalan (FFC / FBC) dan smulas dnamk untuk emanas tangk berengaduk Parameter konds tunak 6.3 Feedforward Control f Laju alr volumetrk uman masuk [m 3 /mnt] 0.5 h Tngg caran dalam tangk [m] 1 T Suhu uman masuk tangk [ o C] 30 T Suhu caran d dalam tangk [ o C] 50 Q Panas yang dsedakan oleh steam [kwatt] 700 Data fsk fluda ρ Denstas fluda [kg/m 3 ] 1000 c Kaastas anas fluda [J/(kg.K)] 4200 T s = 50 o C CV T MV Q 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 31

32 6.3 Feedforward Control ambar Peneraan abungan Pengendal Uman Maju Uman Mundur ada Pemanas Tangk Berengaduk t Clock tme SP D 1 Scoe Kff c FFC 1/ d s1 SP1 PID c FBC s1 CV outut 1 m 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 32

33 Feedforward Control ambar Tanggaan dnamk dar roses emanas tangk berengaduk dengan varas strateg kendal suhu CV [ o C] FBC Ponly (Kc=1) FBC PI (Kc=1; tho=5 sec) No Control FFC tme [ment] 700 FBC Ponly (Kc=1) No Control MV [kwatt] FFC FBC PI (Kc=1; tho=5 sec) tme [ment] 6 - PENENALAN SISTEM PENENDALIAN LANJUT DR. EN. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 33