PERANCANGAN SISTEM CONTROL LEVEL DAN PRESSURE PADA BOILER DI WORKSHOP INSTRUMENTASI BERBASIS DCS CENTUM CS3000 YOKOGAWA

Transkripsi

1 PERANCANGAN SISTEM CONTROL LEVEL DAN PRESSURE PADA BOILER DI WORKSHOP INSTRUMENTASI BERBASIS DCS CENTUM CS3000 YOKOGAWA Oleh : Awal Mu amar Pembimbing : Hendra Cordova ST, MT Fitri Adi Ikandarianto ST, MT JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

2 Latar Belakang Boiler adalah ebuah bejana tertutup yang digunakan untuk memiahkan fluida antara fae ga (team) dan fae cair (air). Ditributed Control Sytem (DCS) adalah item kontrol yang terditribui atau terbagi-bagi. Pada penggunaan DCS ebagai item kontrol, fungi kontrol proe diditribuikan pada beberapa lokal kontrol yang menangani proe yang berbeda-beda. CENTUM CS 3000 adalah alah atu DCS yang terbaru keluaran dari PT.Yokogawa Indoneia.

3 Permaalahan Bagaimana merancang ebuah item control level dan preure pada boiler di workhop intrumentai berbai DCS CENTUM CS3000 Yokogawa

4 Bataan Maalah Boiler yang digunakan adalah boiler pada miniplant di Workhop Intrumentai Variable yang dikontrol adalah level dan preure dari team drum boiler Sinyal input beraal dari enor yang ada pada plant Software yang digunakan adalah CENTUM CS3000 Yokogawa

5 Tujuan Penelitian Merancang ebuah item control level dan preure pada boiler di Workhop Intrumentai berbai DCS CENTUM CS3000 Yokogawa

6 Metodologi Penelitian

7 Proe and Flow Diagram Miniplant Boiler di Workhop Intrumentai

8 Miniplant Boiler di Workhop Intrumentai Superheater Economizer Wall Tube Steam Drum

9 Ditributed Control Sytem (DCS)

10 DCS CENTUM CS 3000 Yokogawa FCS FIO RIO ENG : Field Control Station : Field Network Input/Output : Remote Input/Output : Engineering PC

11 P Controller R() + - E() I m() Gc( ) Gc( ) K p K i K 1 Kp 1 T Ti d d FeedBack Tranfer Function PID controller dalam domain S dapat dinyatakan ebagai berikut : Dengan K p, K i, dan K d maing maing adalah gain P, I, dan D. Bentuk diata dapat pula dituli dalam bentuk lain, ebagai berikut : Bila dinyatakan dalam domain waktu (t), PID controller dapat dituli : 1 d Gc( t) K p e( t) e( t) dt Td e( t) Ti dt D

12 Diagram Blok Sitem Input SP text Controller Final Control Element Plant Output Level Input SP text Controller Final Control Element Plant Output Preure

13 F 2 Sitem Pengendalian Level Steam h(t) Water L T PI D F 1 F 2 h(t) (meter) LT PID : Flow Air mauk (m 3 /) : Flow Steam Keluar (m 3 /) : Tinggi permukaan air : Level Tranmiter : Controller H F 1 A1 A2 A3 ) F( ) P( ) Q ( ) ( 2

14 Pemodelan Senor Level Pemodelan Control Valve L I L L ( ) ( ) G CV Pemodelan Level

15 Sitem Pengendalian Preure PT PID h(t) Steam Water q 1 pembakaran q 2 q 1 : Flow keroin/bahan bakar mauk (m 3 /) q 2 : Flow air mauk (m 3 /) h(t) : Tinggi permukaan air (meter) PT : Preure Tranmiter PID: Controller w K P P( ) Q1 ( ) Q2 C kq C kq 2 2 ( )

16 Pemodelan Senor Preure L I L L ( ) ( ) Pemodelan Preure Pemodelan Control Valve G CV

17 Pemodelan Sitem Pengendalian Level dan Preure

18 Control Drawing Sitem Tampilan Human Interface Station Tuning Controller PI Ziegler Nichol PID Ziegler Nichol Tuning Trial Eror

19 Pengujian Uji Step Sitem Pengendalian Level Uji Tracking etpoint Preure Uji Tracking etpoint Uji Penambahan Load Uji Penambahan Load Uji Pengurangan Load Uji Pengurangan Load Tampilan HMI Control PID

20 KESIMPULAN 1. Telah Dirancang ebuah item pengendalian level dan preure pada boiler di workhop Intrumentai menggunakan DCS CENTUM CS3000 Yokogawa 2. Perancangan Sitem control pada boiler mendapatkan nilai Gain dari hail Trial Eror : K P = 0,33, T I = 9, dan T D = 4 untuk Level K P = 0,5, T I = 10, dan T D = 0 untuk preure 3. Pengendalian Level : Uji Step waktu 58 detik dan overhoot 7,7% Uji Tracking etpoint waktu 37 detik Uji Penambahan Load waktu 86 detik Uji Pengurangan Load waktu 45 detik 4. Pengendalian Preure : Uji Step waktu 52 detik dan overhoot 6,25% Uji Tracking etpoint waktu 30 detik Uji Penambahan Load waktu 69 detik Uji Pengurangan Load waktu 65 detik

21 SARAN Sitem pengendalian Temperatur dan Flow dari boiler dapat dijadikan topik pada penelitian berikutnya. Untuk Mahaiwa Teknik Fiika khuunya dapat dikembangkan dengan melakukan interfacing langung (online) dengan real plant.

22 Terima Kaih

23

24

25

26 Tuning PI Ziegler Nichol P B T i Level 15,1 % 20 Preure 2,4 % 20

27 Tuning PID Ziegler Nichol P B T i T d Level 11,3 % 12 3 Preure 1,8 % 12 3

28 Tuning Trial Eror P B T i T d Level 300 % 9 4 Preure 200 % 10 -

29 Uji Step Sitem Pengendalian

30 Uji Traking Set Point Level

31 Uji Traking Set Point Preure

32 Uji Penambahan Load 2% level

33 Uji Pengurangan Load 2% level

34 Uji Penambahan Load 0,7% Preure

35 Uji Pengurangan Load 0,7% Preure

36 Level C P I D PI PID Tuning Controller PI PBU/0.45 Pu/1.2 - PID PBU/0.6 Pu/2 Pu/8 Level Preure Pu Pbu Preure P I D PI PID

37

38

39

40

41

42

43 Pemodelan matemati pengendalian level dm : Perubahan Maa air (m 3 ) dt : Perubahan waktu (ekon) ρ w : Maa jeni air (kg/m 3 ) ρ v : Maa jeni uap air (kg/m 3 ) q 1 : Flow air mauk (m 3 /) : Flow Uap Air keluar (m 3 /) q 2 dm( t) dt wq1( t) v q2( t) Jika m= ρ V w dan d V w = L da maka menjadi : q 1 ( t) C v wlda( t) dt f ( t) P( t) S G wq1( t) vq2( t) Aliran air yang lewat control valve :..(1)..(3)..(2)

44 Subtitui peramaan menjadi : LD w dh dt da dt Dimana : C H w v P1 ( t) wgh( t) P2 f ( t) vq2( t) S Diederhanakan menjadi : A F G 1 A2 P A3Q LD K g 2 w A 1 K K 1 2 w g A K g w 2 Hail tranformai Laplace menjadi : A1 A2 A3 H ( ) F( ) P( ) Q2 ( ) A..(4)..(5) 2 1 w g

45 Pemodelan Senor Level Senor Menggunakan DP Tranmitter. Inputan = 22 cm / 0,22 M Outputan elektrik = 4-20 ma G L Span Span L I L L ( ) ( ) keluaran maukan T c G ( ) L ( ma) ( meter) Fungi tranfer Tranmitter ma 72,72 0,22 Meter ma Meter G L : gain tranmitte T c : time contant tranmitter L I L L ( ) ( )

46 Pemodelan Control Valve Karena boiler yang digunakan Orde atu maka fungi tranfer adalah : K G C cv T 1 G CV cv K cv : gain control valve T cv : time contant control valve (11,13 detik) laju perubahan aliran tekanan makimum maukan cm 2 K CV 5.46 Span output ( kg / cm Span input ( ma) Kg cm ma G T 2 K C G T 2 ) Kg. KCV x ma 1

47 Pemodelan Level

48 Pemodelan matemati pengendalian preure C dp( t) dt wq1( t) vq2( t) C : kapaitani tangki dp : Perubahan Tekanan team (kg/m 2 ) dt : Perubahan waktu (ekon) q 1 : Flow air mauk (m 3 /) q 2 : Flow uap air keluar (m 3 /) ρ w : Maa jeni air (kg/m 3 ) ρ v : Maa jeni uap air (kg/m 3 ) Dimana : v MP RT dp( t) MP C wq1( t) q2( t) dt RT..(7)..(8)

49 Peramaan (8) dilinierkan menjadi : dp( t) M C wq1( t) ( Pq2 ( t) q2p( t)) dt RT Mialkan : K M RT Hail tranformai Laplace menjadi : w K P P( ) Q1 ( ) Q2 C kq C kq 2 2 ( )

50 Pemodelan Senor Preure Inputan = 15 bar / 15 Kg/cm 2 Outputan elektrik = 4-20 ma G P (20 4) ma (15) kg / cm 2 ma kg / cm 2 Fungi tranfer Tranmitter L I L L ( ) ( ) T c G ( ) L 1 G L : gain tranmitte T c : time contant tranmitter L I L L ( ) ( )

51 Pemodelan Control Valve Karena boiler yang digunakan Orde atu maka fungi tranfer adalah : K G C cv T 1 G CV cv K cv : gain control valve T cv : time contant control valve (23.85 detik) laju perubahan aliran tekanan makimum maukan cm 2 K CV Span output ( kg / cm Span input ( ma) Kg cm ma G T 2 K C G T 2 ) K x CV Kg ma 1

52 Pemodelan Preure

53

54

55

56 ) ( ) ( 1 1 M C Sitem Pengendalian Level ) ( ) ( M C

57 Sitem Pengendalian Preure ) ( ) ( 2 2 M C ) ( ) ( M C