PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN PEMBAKARAN PADA DUCTBURNER WASTE HEAT BOILER (WHB) BERBASIS LOGIC SOLVER Oleh : AMRI AKBAR WICAKSONO (2406 100 002) Pembimbing: IBU RONNY DWI NORIYATI & BAPAK TOTOK SOEHARTANTO
Latar Belakang Pressure terukur Firing Temperatur terukur Plant
Permasalahan Bagaimana merancang logic solver yang dapat mensupervisory variabel tekanan dan temperatur untuk dijadikan sebagai acuan dalam mengendalikan aliran bahan bakar ke dalam duct burner.
Tujuan Akan dilakukan perancangan controller berbasis logic solver untuk mengendalikan laju aliran bahan bakar di duct burner Waste Heat Boiler(WHB) dengan menggunakan acuan range temperatur atau range tekanan hasil dari supervisory.
Batasan Masalah Objek yang dibahas lebih kepada sistem injeksi bahan bakar ke dalam Waste Heat Boiler(WHB). Kontroler untuk mengatur bukaan control valve bekerja atas dasar program yang mengacu pada range temperatue terukur dan/atau tekanan terukur. Tanpa ada perubahan instrument yang digunakan pada sistem injeksi bahan bakar. Simulasi akan dilakukan dengan simulink. Temperatur yang dijadikan referensi adalah temperatur pada duct burner. Tekanan yang dijadikan referensi adalah tekanan pada superheater.
Alur Penelitian Start Studi literatur Pemodelan plant Menentukan hubungan antara pressure, temperatur, dan flow Perancangan kontroler berbasis logic solver Simulasi dengan MATLAB simulink Pengujian dan analisa Penyusunan laporan tugas akhir End
Pemodelan Plant kontroler aktuator plant
Diagram Blok
Perancangan Logic Solver Kondisi Tidak No Temperatur Tekanan If T = 660 0 C and If P tidak= 65 Bar P sebagai referensi opening percentage valve Deskripsi Aksi Aksi 1 B S Tekanan sebagai referensi 2 S B Tidak If T tidak= 660 0 C Temperatur sebagai referensi and and 3 B B Tidak ada aksi If P = 65 Bar 4 S S T sebagai referensi opening percentage valve Start Data temperatur dan data tekanan Penentuan variabel referensi opening percentage valve end If T = 660 0 C If P = 65 Bar Tekanan dan temperatur sebagai referensi Tidak ada aksi (default) Tidak If T tidak= Aksi 660 0 C and If P tidak= 65 Bar Ya Ya Ya Ya Keterangan : B : Sesuai set point S : Melanggar set point P dan T sebagai referensi opening percentage valve Deskripsi Kondisi Tidak
Lanjutan (Perancangan Logic Solver)...2 deskripsi kondisi decisions kondisi inisialisasi kondisi
Lanjutan (Perancangan Logic Solver)...3 sinyal u yang diperlukan untuk mencapai set point tekanan deskripsi aksi sinyal u yang diperlukan untuk mencapai kondisi aman temperatur
Lanjutan(Perancangan Logic Solver)...3
Duct Burner
Lanjutan (Duct Burner)...2
Superheater P.V = n. R. T
Lanjutan (Superheater)...2
Control Valve mb b 39,05875 1 m U s U s s K s 1,7853s s 1 v
Temperature Transmitter
Pressure Transmitter P P oy ox K P s 1 P
Temperatur (C) Flow (Kg/s) Arus (ma) Tekanan (Bar) Pengujian Open Loop 700 600 500 140 120 100 20 80 18 60 40 16 P yang Diinginkan Grafik Respon Uji Open Loop Superheater Grafik Respon Uji Open Grafik Sinyal Uji P Loop Step Max Control Valve Open yang Loop Mampu Dicapai Respon tekanan superheater Set point tekanan Respon open loop control valve 400 20 14 300 200 100 0 12 0 10 20 30 40 50 60 70 800 10 8 750 6 0 0 7004 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 70 650 T yang Diinginkan Waktu (s) Representasi sinyal U Grafik Respon Open Loop Laju Duct Bahan Burner Bakar Maksimum yang Mampu Dicapai Respon Temperatur Duct Burner Set Point T max. yang Mampu Dicapai 600 550 0 10 20 30 40 50 60 70
Temperatur (C) Flow (Kg/s) Tekanan (Bar) Uji Penambahan Bahan Bakar 700 600 500 400 140 120 100 80 60 40 20 Grafik Respon Uji Penambahan Bahan Bakar 10% Superheater. Grafik Sinyal Uji Penambahan Bahan Bakar 10% Sinyal uji penambahan bahan bakar 10 % Perubahan respon Kenaikan 10% laju bahan bakar Respon tekanan superheater 300 200 0 0 10 20 30 40 50 60 70 800 Grafik Respon Uji Penambahan Bahan Bakar 10% Duct Burner 100 750 Respon tempertur duct burner 700 0 0 10 20 30 40 50 60 70 650 600 Perubahan respon 550 0 10 20 30 40 50 60 70
Tekanan (Bar) Flow (Kg/s) Temperatur (C) Uji Pengurangan Bahan Bakar 10 % 800 Grafik Respon Uji Pengurangan Bahan Bakar 10% Duct Burner 700 750 Grafik Sinyal Uji Pengurangan Bahan Bakar 10% Respon temperatur duct burner 600 500 700 650 Perubahan respon Sinyaluji pengurangan bahan bakar 10% 400 600 Perubahan respon 300 200 550 0 10 20 30 40 50 60 70 140 Grafik Respon Uji Pengurangan Bahan Bakar 10% Superheater. 100 120 Respon tekanan superheater 0 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 60 Perubahan respon 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70
Pengujian Logic Solver No Aksi U (ma) m dot (Kg/s) Temperatur Duct burner ( 0 C) Tekanan.Superheater (Bar) Daerah sp Press. 1 4 0 567,9 53,72 2 5 38,98 580 58,05 3 6 77,96 592 62,38 4 7 116,9 604,1 66,72 5 8 155,9 616,1 71,05 6 9 194,9 628,2 75.39 7 10 233,9 640,2 79,72 8 11 272,9 652,3 84,05 9 12 311,8 664,3 88,39 10 13 350,8 676,4 92,72 11 14 389,8 688,4 97,05 12 15 428,8 700,5 101,4 13 16 467,7 712,5 105,7 14 17 506,7 724,6 110,1 15 18 545,7 736,7 114.4 16 19 584,7 748,7 118,7 17 20 623,7 760,8 123,1 Daerah sp temp.
Error (ma) Error (ma) Lanjutan (Logic Solver)...2 1 Grafik Sinyal Uji Step pada Logic Solver (Referensi Tekanan) 0.9 0.8 Sinyal uji Memanipulasi 0.5 sinyal 0.4 referensi 0.7 0.6 0.3 Terdapat Error pada PV 0.2 0.1 0 0 10 20 30 40 50 60 1 0.8 0.6 Grafik Sinyal Uji Step pada Logic Solver (Referensi Temperatur) Sinyaluji PV sesuai Set Point 0.4 0.2 0-0.2-0.4-0.6-0.8-1 0 10 20 30 40 50 60
Lanjutan (Logic Solver)...3 No Sinyal Step Temperatur Tekanan Sinyal u (ma) 1 0 1 6,06 2 1 0 9 3 1 1 6,06 4 0 0 6,06 Konfigurasi logic solver
Uji Close Loop Aktuator Duct Burner Kontroler Superheater
Tekanan (Bar) Temperatur (C) Lanjutan (Close Loop)...2 700 Grafik Respon Close Loop Duct Burner 650 Zona Aman Temperatur 600 respon temperatur duct burner set point temperatur 0 10 20 30 40 50 Tekanan Mencapai Set 80 Point Grafik Respon Close Loop Superheater 60 40 respon tekanan superheater set point tekanan 0 10 20 30 40 50
Mode Kontrol P, PI dan PID No Tipe Parameter Kp Ti Td 1 P (Proportional) 1,375 0 0 2 PI (proportioal Integral) 12,375 2 0 3 PID (Proportional Integral Derivative) 1,65 1,2 0,3
Tekanan (Bar) Temperatur (C) Mode Kontrol P Grafik Respon Duct Burner dengan Mode Kontrol P (Referensi Tekanan) 700 Zona Aman Temperatur 650 600 0 50 100 150 200 250 respon temperatur duct burner set point temperatur Grafik Respon Superheater dengan Mode Kontrol P (Referensi Tekanan) 100 80 Maximum Overshoot Tinggi 60 40 Respon Relatif Lambat respon tekanan superheater set point tekanan 0 50 100 150 200 250
Tekanan (Bar) Temperatur (C) 700 650 Mode Kontrol PI Grafik Respon Duct Burner dengan Mode Kontrol PI (Referensi Tekanan) Zona Aman Temperatur 600 respon temperatur duct burner set point temperatur 0 50 100 150 200 250 Grafik Respon Superheater dengan Mode Kontrol PI (Referensi Tekanan) 100 80 Maximum Overshoot Tinggi 60 Respon Relatif Lambat 40 0 50 100 150 200 250 respon tekanan superheater set point tekanan
Tekanan (Bar) Temperatur (C) 700 Mode Kontrol PID Grafik Respon Duct Burner dengan Mode Kontrol PID (Referensi Tekanan) 650 600 Zona Aman Temperatur respon temperatur duct burner set point temperatur 0 50 100 150 200 250 Grafik Respon Superheater dengan Mode Kontrol PID (Referensi Tekanan) 80 60 Maximum Overshoot Relatif Lebih Rendah daripada Mode Kontrol P dan PI Respon Relatif Lebih Cepat daripada Mode Kontrol P dan PI 40 0 50 100 150 200 250 respon tekanan superheater set point tekanan
Tekanan (Bar) Hasil Perbandingan Logic Solver Perbandingan Max. Logic Solver dengan Mode Peak Kontrol P, PI, dan PID No Setling Time Ess Rise Time Overshoot Time (s) (%) (s) (%) (s) 80 60 40 1-6,584-0,00484 0,981 Max. No Overshoot (%) Mode Kontrol P (Referensi Tekanan) Setling Time (s) Peak Ess Rise Time Time (%) (s) (s) 2 27,05 33,367 5,446 0,0026 0,932 No Max. Overshoot (%) PI PID P Mode Kontrol PI (Referensi Tekanan) Setling Time (s) Logic Solver Peak Time proporsional (s) Ess Rise Time (%) (s) 3 27,054 33,367 5,446 0,0184 0,932 Mode Kontrol PID (Referensi Tekanan) Max. No Setling Time Peak Time Ess Rise Time Overshoot (s) (s) (%) (s) (%) 0 50 100 150 200 250 4 8,53 10,355 6,798 0,0092 0,946 logic solver set point proporsional integral proporsional integral derivatif
KESIMPULAN 1. Telah dilakukan perancangan kontroler berbasis logic solver pada duct burner Waste Heat Boiler (WHB). 2. Aksi kontroler berbasis logic solver dengan konfigurasi tekanan sebagai referensi menunjukkan respon yang lebih baik dari pada mode kontrol P, PI dan PID. Untuk mode kontrol P dengan tekanan sebagai referensi diperoleh karakteristik respon sebagai berikut : maximum overshoot 27,05 %, settling time (ts) 33,367 s, peak time (tp) 5,446 s, error steady state (ess) 0,00262 %, rise time (tr) 0,9323 s. Untuk mode kontrol PI dengan referensi tekanan diperoleh respon sistem sebagai berikut : maximum overshoot 27,054 %, settling time (ts) 33,367 s, peak time (tp) 5,446 s, error steady state (ess) 0,0184 %, rise time (tr) 0,9323 s. Untuk mode kontrol PID dengan referensi tekanan diperoleh karakteristik respon sebagai berikut : maximum overshoot 8,53 %, settling time (ts) 10,355 s, peak time (tp) 6,7986 s, error steady state (ess) 0,00923 %, rise time (tr) 0,946 s. 3. Untuk konfigurasi logic solver dengan tekanan sebagai referensi utama diperoleh karakteristik respon sebagai berikut: settling time (ts) 6,584 s, error steady state (ess) 0,00484 % rise time (tr) 0,9814 s dengan flow bahan bakar sebesar 101,7 Kg/s.
SARAN Konfigurasi referensi input kontroler yaitu proses variabel yang terlibat sebagai pasangan aksi - kondisi dari logic solver dapat diperbanyak dengan mengacu referensi temperatur input exhaust gas, serta tekanan steam input superheater yang senantiasa berubah.
Terima Kasih