QUALITY OF SERVICE PID PREDIKTIF PADA NETWORKED CONTROL SYSTEM DENGAN VARIABEL WAKTU TUNDA DAN KEGAGALAN PENGIRIMAN DATA MONDA PERDANA

Transkripsi

1 QUALITY OF SERVICE PID PREDIKTIF PADA NETWORKED CONTROL SYSTEM DENGAN VARIABEL WAKTU TUNDA DAN KEGAGALAN PENGIRIMAN DATA MONDA PERDANA Ujian Tugas Akhir Bidang Studi Teknik Sistem Pengaturan, Jurusan Teknik Elektro FTI ITS Surabaya, Juni 2013

2 TOPIK PEMBAHASAN PENDAHULUAN PERANCANGAN SISTEM PENGUJIAN DAN SIMULASI KESIMPULAN

3 PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERMASALAHAN BATASAN MASALAH TUJUAN

4 LATAR BELAKANG Keuntungan menggunakan jaringan komunikasi data Perkembangan jaringan komunikasi data Permasalahan yang timbul akibat penerapan jaringan komunikasi data pada sistem kontrol Kontroler konvensional tidak dapat mengkompensasi permasalahan yang terjadi

5 PERMASALAHAN Waktu tunda dan kegagalan pengiriman paket data Waktu tunda bersifat dinamis (berubah-ubah) Performa sistem tidak stabil Diperlukan kontroler yang dapat mengkompensasi waktu tunda dan kegagalan pengiriman paket data

6 BATASAN MASALAH Media transmisi yang digunakan adalah kabel UTP Waktu tunda yang terjadi merupakan penjumlahan dari waktu pengiriman antara kontroler menuju plant dan plant menuju kontroler Rugi-rugi jaringan komunikasi yang lain diabaikan

7 TUJUAN Kompensasi waktu tunda dan kegagalan pengiriman paket data pada NCS melalui kontroler PID Prediktif Menentukan nilai waktu tunda maksimum yang ditoleransi oleh sistem

8 Arsitektur NCS Kontroler UTP JARINGAN LAN UTP Plant Arsitektur NCS dengan menggunakan dua buah PC

9 PLTU Turbine Generator Boiler Drum Level Combustion Deaerator

10 SIMULATOR PLTU

11 SIMULATOR PLTU Virtual Plant(2) Deaerator Drum Level Boiler Flow Steam G 2 Feed Water G Level

12 SIMULATOR PLTU Virtual Plant(3) Pressure Steam & Combustion GAS Current in AKTUATOR AIR FURNICE BOILER Pressure COAL Turbin Generator

13 SIMULATOR PLTU Feed water and Dosing

14 SIMULATOR PLTU Boiler Water and Steam

15 BOILER DRUM LEVEL (1) Persamaan karakteristik Dinamis Boiler Drum Level Sistem sirkulasi air dan uap Persamaan karakteristik Dalam bentuk state space D D D D W W W W u k dt du T u k dt du T dt dh T dt h d T T T A TT T T K TT K TT T B D D W D 0 1 C T x x x 2 1 T u W u D u

16 BOILER DRUM LEVEL (2) Dimana Sistem sirkulasi air dan uap Koefisien pemancar level air (T 1 ) = 0.95 Koefisien penampang boiler (T 2 ) = 30 Koefisien aliran air (T W ) 0 Koefisien aliran uap (T D ) = 3.24 Koefisien pemancar aliran air(k W ) = Koefisien pemancar aliran uap(k D ) = 0.37 Persamaan karakteristik Dalam bentuk Transfer Function (TF) G w s s s 2 G D s 3.07s s s 2

17 Kontroler PID Blok diagram Kontroler PID G D s 0.37 s s s 2 G w s s s 2 Kp = 5.58 Ki = Kd = 115.9

18 RANCANG KONTROLER MPC Blok diagram Kontroler MPC u(k) 1/(1-q -1 ) u(k) + + x m (k+1) x B m + q -1 m (k) C m - C m 1-q -1 -K x y(k) + - r -K y

19 RANCANG KONTROLER MPC 1. Mengubah model Plant kedalam bentuk diskrit, sehingga didapat matriks Augmentasi x k1 x y m k k 1 1 x k m yk0 I m yk 2. Menentukan prediksi state dan Variabel Output CA 2 CA 3 F CA CA N P A T A 0 x m m C A I y m m x k x k k m k CB CAB 2 CA B N P1 CA B B Bm u C B m m CAB CA 0 CB N 2 P B k CA 0 0 CB N 3 P B CA N N P C B

20 RANCANG KONTROLER MPC 3. Optimisasi sinyal Kontrol U 4. Mendapatkan Gain mpc dan Gain y K K mpc mpc 1 T T R R Fxk 1 T T R F K K y x 5. Sistem close loop xk 1 AxkBK xk BK rk mpc s i y

21 PENGUJIAN dan SIMULASI SIMULASI IMPLEMENTASI

22 SIMULASI Open Loop 3 Tanpa Kontroler Level (mm) Respon sistem Flow Feedwater Time (s)

23 SIMULASI Plant dengan Kontroler PID pada NCS Level (mm) Level/Steam Level/Feedwater Time (s)

24 SIMULASI Plant dengan Kontroler PID Respon sistem Set point 1 Level (mm) Time (s)

25 SIMULASI Plant dengan Kontroler PID pada NCS Respon sistem Set point Level (mm) Time (s)

26 SIMULASI Variasi waktu tunda dengan kontroler PID Prediktif (1) Level (mm) L e v e l ( m m ) Delay 0.1ms Delay 0.2ms Delay 0.3ms Time (s)

27 SIMULASI Variasi waktu tunda dengan kontroler PID Prediktif (2) L e v e l ( m m ) L e v e l ( m m ) Delay 0.1ms Delay 1ms Delay 2ms Time (s)

28 SIMULASI Spesifikasi Respon Sistem pada Simulasi dengan Kontroler PID Prediktif Waktu Tunda t p Mp ζ ω n t s (±5%) 0.1 ms detik rad/detik detik 0.2 ms 92.7 detik rad/detik detik 0.3 ms detik rad/detik detik 1 ms detik rad/detik detik 2 ms detik rad/detik detik 3.2 ms detik rad/detik detik Hasil Overshoot sistem melalui NCS pada simulasi semakin tinggi seiring semakin besar waktu tunda

29 IMPLEMENTASI Plant dengan Kontroler PID Level (mm) Time (s)

30 IMPLEMENTASI Plant dengan Kontroler PID Level (mm) Respon Sistem Set point Time (s) Overshoot dengan waktu puncak (tp) 639 detik

31 KESIMPULAN Pengaruh waktu tunda dapat di kompensasi dengan menggunakan kontroler MPC Besar waktu tunda pada simulasi tidak lebih dari 3.5 ms Variasi waktu tunda pada simulasi plant dan NCS di peroleh %M p = ±11.5%, t s (±5%)=± detik dan e ss =0% Implementasi PID Prediktif pada NCS memiliki waktu stady state lebih lambat dibandingakan pada simulasi

32 TERIMA KASIH

33 SIMULASI PLTU HMI Feed water Tank and Dosing Boiler Water and Steam Service Water and Steam Circulate Water RO System RO System Filter RO System Vessel RO System Dosing RO System Make Iup Water Tank RO System Condensate 1. Water Treatment 2. Combustion Compressed Air Turbine Steam system Measurement Combustion air and Flue Gas Soot Blowing Bottom Ash Limestone Solid Fuel System Coal Handling Diesel Oil System Boiler Safety Turbine Lubrication System Turbine Generator System Steam Diagram Power Distribution Diagram IO Cabinet MCC Location 3. Power Generator

34 SIMULATOR PLTU OPC DataHub Konfigurasi OPC Datahub

35 SIMULATOR PLTU HMI 1 (Water Treatment)

36 SIMULATOR PLTU HMI 2 (Combustion)

37 SIMULATOR PLTU HMI 3 (Power Generator )

38 SIMULASI Variasi waktu tunda dengan kontroler PID Prediktif (3) Level (mm) Delay 2ms Delay 3.2ms Delay 3.5ms Time (s)

39 KONTROLER PID Tabel 1. Kontroler PID model FOLIPD (First Order Lag plus Integral Plus time Delay) Rule K c T i T d Comment Kristiansson and Lennartson 1 K c T i T d 0 τ m /T m < K c T i 0.25 τ m /T m < 1 3 K c T i 1 τ m /T m < 50