Laporan Kerja Praktek

4645

BAB IVPENERAPAN METODE ZIEGLER NICHOLS UNTUK MENENTUKAN PID SISTEM PRESSURE CONTROL PADA AMMONIA STORAGE 11-TK-801 UNIT UTILITAS PT. PETROKIMIA GRESIK4.1. Pemahaman Proses

Ammonia Storage plan merupakan plan Utility untuk seluruh plan yang memerlukan amoniak untuk prosesnya. Maka dari itu keberadaan ammonia storage membantu agar tidak terjadi kelangkahan amoniak. Controller yang digunakan Ammonia Storage plan adalah DCS Yokogawa yang terpasang pada control room. Ammonia Storage plan ini memiliki 3 pengendalian yaitu pengendalian level, pengendalian temperature, pengendalian pressure. yang paling penting untuk plan ini adalah pengendalian pressure. Pada proses Ammonia Storage plan ini berawal dari pengiriman ammonia yang dikirim melalui kapal pada dermaga dan selanjutnya akan disimpan pada Ammonia Storage plan sebelum menuju plan yang lain Pada Ammonia Storage plan dijaga tekanannya pada kisaran 40.1 gr/cm3 dan suhu dengan kisaran mencapai -32oC. Proses selanjutnya adalah menuju Ammonia process plan pada pabrik I yang digunakan untuk mengolah ammonia menjadi produk-produk yang siap jual. Setelah menuju ammonia process plan adalah menuju pabrik II yang digunakan untuk bahan baku produk pupuk ZA dan Phonska I-IV. Untuk pabrik II amoniak dipanaskan dari suhu -32oC menjadi -2oC untuk proses granulasi Phonska I-IV.

Gambar 4.1 Plant Ammonia Storage 11-TK-801

Untuk Ammonia Storage plan ini memiliki equipment pendukung agar tidak terjadi kegagalan atau dengan kata lain memiliki equipment safety. Equipment pendukung ini antara lain adalah:a) Incinerator

Incinerator adalah suatu alat yang digunakan untuk membakar amoniak yang tidak dapat di tampung oleh Ammonia Storage plan. Dapat diketahui amoniak jika dilepaskan langsung ke udara maka akan menyebabkan gangguan pernafasan. Didalam Incenerator ada furnace yang digunakan untuk membakar amoniak. Bahan bakar Incenerator adalah batu bara, tetapi untuk start up menggunakan bahan bakar gas.

b) Compressor

Kompresor adalah alat yang digunakan untuk mengkompresi fluida untuk dimasukkan kedalam sebuah tabung dengan tekanan yang ditentukan. Kegunaan kompresor disini adalah untuk meng-ekspansi tekanan dalam Ammonia Storage plan yang berlebih dan diarahkan ke dalam tabung kompresor yang selanjutnya dimasukan lagi kedalam Ammonia Storage plan dengan tekanan yang lebih kecil tentunya.

c) Cooling waterDapat diketahui arti kata cooling adalah mendinginkan, begitu juga kegunaan cooling water disini adalah sebagai pendingin amoniak untuk menurunkan tekanan. Tekanan dan temperature adalah suatu variable yang sebanding atau berbanding lurus, jika tekanan turun maka temperature otomatis juga akan turun begitu juga sebaliknya.4.2. Pemahaman Instrumena) Peressure Transmitter

Differential Pressure Transmitter adalah salah satu peralatan pengukur aliran fluida maupun uap yang dipergunakan untuk mengukur besarnya jumlah fluida yang mengalir dalam pipa, dan Differential Pressure Transmitter juga berfungsi sebagai alat untuk penghasil keluaran dari pengukuran dan perantara penghubung antara yang ada dilapangan dengan ruang kontrol. Differential Pressure Transmitter ini berfungsi untuk mengirimkan data yang diukur dilapangan ke unit penerima pada ruang kontrol (Control Room). Transmitter ini menggunakan sistem dua kabel transmisi, dimana kabel tersebut berfungsi sebagai pengiriman sinyal dan sebagai sumber tenaga, Differential Pressure Transmitter ini mengukur sinyal proses (input) yang dikirim dari lapangan kemudian diubah menjadi sinyal instrument dengan range 4mA s/d 20mA, dengan indikasi sebanding dengan 0% s/d 100%.

Gambar 4.2 Pressure Transmitter Yokogawab) Distrubution Control System (DCS YOKOGAWA CS 3000)Distributed Control System merupakan suatu sistem yang mendistribusikan berbagai fungsi yang digunakan untuk mengendalikan berbagai variabel proses dan unit operasi proses menjadi suatu pengendalian yang terpusat pada suatu control room dengan berbagai fungsi pengendalian, monitoring dan optimasi[1].Distributed control system (DCS) adalah sebuah system kontrol yang biasanya digunakan pada sistem manufacturing atau proses, dimana elemen controller tidak berada pada sentral sistem (sebagai pusat) tetapi tersebar di sistem dengan komponen subsistem di bawah kendali satu atau lebih controller. Keseluruhan sistem dapat menjadi sebuah jaringan untuk komunikasi dan monitoring. Distributed control system (DCS) digunakan dalam industri untuk memonitor dan mengontrol peralatan yang tersebar dengan atau tanpa campur tangan manusia. Sebuah DCS biasanya menggunakan komputer sebagai controller dan menggunakan propietary interconections dan protokol untuk komunikasi. Modul input dan output membentuk part komponen untuk DCS, Prosesor menerima informasi dari modul input dan mengirim informasi ke modul output. Modul input menerima informasi dari instrumentasi input dalam sistem dan modul output mengirim ke instrumen output pada sistem. Bus komputer atau bus elektrikal menghubungkan prosessor dengan modul melalui multiplexer atau demultiplexer. Mereka juga menghubungkan kontroller yang tersebar dengan sentral kontroller dan akhirnya terhubung ke Human machine Interface (HMI) atau panel kontrol.

Gambar 4.3 Distrubution Control System (DCS YOKOGAWA CS 3000)

Gambar 4.4 Control Valve pada Tangki 11-TK-301c) Level Control

Pada sistem bottom medium pressure steam generator terdapat level control untuk mendeteksi ketinggian level pada steam generator. Terdapat beberapa parameter yang harus diperhatikan dan dijaga agar pergerakan level dapat sesuai sehingga sistem dapat berjalan dengan baik. Selain itu juga perlu adanya sistem safety pada level control. Untuk sistem safety juga perlu adanya parameter agar dapat mendeteksi dan memberi sinyal/informasi kegagalan yang ada di lapangan kepada user.

Gambar 4.5 Parameter Level Control pada HMI

Parameter yang perlu di jaga pada level control yaitu :

SH = 100.0

Set High (SH) merupakan range tertinggi pada level sistem yang terpasang di lapangan.

SL = 0.0

Set Low (SL) merupakan range terendah pada level sistem yang terpasang di lapangan.

PV = 66.5 %

Process Variable (PV) merupakan besaran atau variabel yang akan dikendalikan. Dalam, sistem ini process variablenya yaitu level. Process variable dalam sistem sebesar 66.5 % yang artinya keadaan aktual di lapangan level pada steam generator yaitu 66.5 %.

SV = 72.0 %

Set Value (SV) merupakan besar variabel proses yang dikehendaki. Suatu kontroler akan selalu berusaha menyamakan variabel terkendali terhadap set value. Dalam, sistem ini set value yang dikehendaki sebesar 72.0 %.

MV = 3.69 m3/H

Manipulated Variable (MV) adalah masukan dari suatu proses yang dapat diubah-ubah atau dimanipulasi agar process variable besarnya sesuai dengan set value (sinyal yang diumpankan pada suatu sistem kendali yang digunakan sebagai acuan untuk menentukan keluaran sistem kontrol). Dalam, sistem ini MV yaitu laju aliran (flow). Manipulated variable dalam sistem sebesar 3.69 m3/H yang artinya untuk mencapai set value level, laju aliran (flow) yang dibutuhkan 3.69 m3/H.

DV = -5.5

DV atau error adalah selisih antara set point dikurangi variabel terkendali. Nilainya bisa positif atau negatif, bergantung nilai set point dan variabel terkendali. Makin kecil error terhitung, maka makin kecil pula sinyal kendali kontroler terhadap plant hingga akhirnya mencapai kondisi tenang (steady state). 4.3 Pengambilan Data

Data yang diperlukan untuk menganalisa karakteristik suatu respon beserta transfer functionnya pada cascade control level dan flow bottom medium pressure steam generator yaitu grafik respon sistem yang diambil menggunakan software PI Process Book. Data diambil pada saat kondisi start up. Data diambil pada tanggal 10-07-2014 pada pukul 06:38:04 am sampai 12-07-2014 pada pukul 11:58:37 am.

4.4 Pengolahan Data

4.4.1 Pemodelan Plant Ammonia Storage

Hal-hal yang dilakukan untuk memodelan plant deaerator adalah meninjau input dan output dari plant tersebut. Input steam merupakan steam yang mempunyai pressure dari turbin. Pressure didalam ammonia storage dijaga agar tidak terjadi overpressure. Jika hal tersebut terjadi, maka pressure akan dibuang ke atmosfir melalui safety valve. Berdasarkan data yang diperoleh di lapangan meliputi :

1. Spesifikasi Ammonia StorageDiameter = 26000mm = 26 meter

Tinggi = 20588mm = 20,588 meter

Laju aliran / flowrate (q) = 966,99Keterangan:

= perubahan pressure ketika mengalami perindahan (N/m2)

= tekanan yang berada dalam deaerator (N/m2 )

= resistansi valve

= kapasitas pressure di dalam Ammonia storage Rgas = konstanta gas (

= temperatur steam (oK)Fungsi transfer pada plant ini didapatkan seperti persamaan di bawah ini :

Karena kapasitas pressure dalam tangki (C) menggunkan hukum kesetimbangan gas,

Maka nilai C berubah menjadi

Dari persamaan diatas, maka didapatkan hasil perhitungan sebagai berikut :

Sehingga model matematis dari plant deaerator adalah :

4.4.2 Pemodelan Matematis Pressure Transmitter Dalam memodelkan transmitter diperlukan spesifikasi data instrumen itu sendiri. Pressure Transmitter yang digunakan adalah transmitter Yokogawa Model 11. Pressure Transmitter mendapatkan input atau masukan pressure maksimal dari deaerator sedangkan outputnya berupa sinyal elektrik. Berikut data yang diperoleh :

Input ( Pmaks Pmin): 3,1 - 6 kg/cm2 atau 44,09 -85,34 psi Sinyal output : 4 20 mA Sehingga untuk mendapatkan fungsi transfer dari pressure transmitter maka akan digunakan persamaan berikut ini: ........................................persamaan 1)

Kp : Gain Pressure Transmitter

Tc : Time constantUntuk menghitung niai Kp (Penguatan Pressure Transmitter) didapatkan dari :

Dari niai Kp maka akan didapatkan pemodelan untuk pressure transmitter sebagai berikut :

4.4.3 Pemodelan Matematis Control Valve

Untuk memodelkan pressure valve, data yang dibutuhkan berupa spesifikasi nilai input dan nilai output,. control valve yang digunakan berupa diaphragma control valve yang mendapat sinyal pneumatic dari controller sebesar 3-15 psi. Fungsi transfer menggunakan persamaan berikut :

Dimana :

: gain control valve

: time constan control valve (s)

Dari persamaan diatas, maka berikut adalah perhitungan dari gain control valve.

Sedangkan untuk mendapatkan nilai time constant, maka digunakan rumus sebagai berikut.

Dimana

cv : time constant control valve (sekon)

v : waktu stroke penuh (1.7 sekon)

Rv : perbandingan konstanta waktu inverent terhadap waktu stroke (Rv = 0.03)

= 1,7 (0,883+0,03)

= 1,5521Sehingga dari perhitungan akan didapatkan fungsi transfer dari control valve :

4.4.4 Perancangan Sistem Menggunakan MathlabSetelah mendapatkan fungsi transfer dari masing-masing komponen maka dapat dibuat simulasinya menggunakan simulink mathlab. Berikut diagram pengendalian seluruh sistem meliputi pressure controller, pressure valve, plant Ammonia storage serta pressure transmitter dengan nilai fungsi transfernya.

Gambar 4.6 Diagram Blok Sistem Pengendalian Pressure

Nilai dari PID Controller akan dicari menggunakan simulink. Dari simulasi, maka akan didapat nilai critical gain (Kcr) dan periode critical (Pcr). Nilai tersebut berguna untuk menghitung gain prportional dan time integral yang tepat untuk menghasilkan respon sistem yang baik dan sesuai harapan. Berikut adalah perhitungan Kp yang didapat

Dari persamaan diatas, maka untuk mendapatkan Nilai Kp dapat dicari dengan menggunakan analisa kestabilan Routh Hourwitz: ( 0,087822

1,384

( 8,42

1,323Kp+1 ( 0 QUOTE

( 1,323Kp+1Dengan perhitungan nilai Kp sebagai berikut:

Perhitungan diatas menunjukkan bahwa nilai Kp berada pada Kp11,82 dan Kp-1,323. Sehingga yang akan digunakan untuk analisa berikutnya adalah Kp11,82 Kemudian nilai Kp dimasukkan ke dalam persamaan serta untuk menghitung nilai Pcr dan Kcr, maka diperlukan percobaan pada mattlab untuk mengetahui osilasi yang sama dan memiliki amplitude yang konstan. Berikut adalah nilai yang didapatkan dari grafik dengan Kp bernilai 7.

Grafik 4.1 Grafik Osilasi pada Matlab dengan nilai Kp=7

Dengan grafik osilasi yang didapatkan maka dapat diketahui nilai Kcr=7 dan Pcr=3.1, kemudian dapat dihitung nilai PID. Berikut adalah table nilai PID yang didapatkan dari perhitungan Kcr dan Pcr.

Table 4.1 Perhitungan Nilai PIDKcrPcrKontroller KpTiTd

73.1P3.5

PI2.82.48

PID4.21.550.372

4.4.5 Pengujian Close Loop Kontroler PID

Pada pengujian ini dilakukan dengan memasukkan nilai Kp, Ti dan Td pada PID controller di simulasi simulink di Mathlab, sehingga diperoleh respon sistem pengendalian pressure seperti berikut :

Gambar 4.7 Diagram Blok Sistem Pengujian Close Loop

Grafik 4.2 Respon Sistem Menggunakan Tuning PID

Dari respon sistem tersebut dengan memasukkan nilai Kp4,.2 ; Ti= 1,55 ; Td=0,372 maka didapatkan nilai respon sistem, yaitu :

Maximum overshoot : 1.8Ts (Settling time) : 6 detik.

4.5 PembahasanPada percobaan ini dibahas tentang Analisa Kestabilan Sistem Menggunakan Matlab dimana langkah awal dalam percobaan ini yaitu menghitung fungsi transfer dari suatu sistem dengan menggunakan Software Matlab. Akan tetapi juga diperlukan perhitungan manual terlebih dahulu untuk menentukan range nilai Kp yang kemudian dicari akar-akar dari persamaan fungsi transfer tersebut brdasarkan Metode Routh Huwitz. Setelah didapatkan range nilai Kp maka dengan menggambarkan diagram blok sistem pada Software Matlab akan diketahui Grafik Performance System dari setiap nilai Kp yang ada. Nilai Kp yang didapatkan dengan menggunakan Metode Routh Huwitz merupakan nilai kritis yang menentukan sistem tersebut dapat dikatakan stabil atau tidak.Nilai Kp yang didapatkan dari percobaan ini yaitu -1,323 < Kp < 11,82 dan diambil 6 nilai Kp dalam range tersebut yaitu Kp=1, Kp=2, Kp=3, Kp=4, Kp=5, Kp=6, Kp=7, Kp=8, Kp=9, Kp=10 dan Kp=11. Semua nilai Kp tersebut dibuatlah grafik untuk mengetahui kestabilan dari sistem tersebut. Dari grafik tersebut diketahui sistem menunjukkan kestabilan yang paling baik ketika nilai Kp= 7 dan dari grafik tersebut dapat diketahui nilai Kcr= 7 dan nilai settling time sebesar 4 detik sedangkan maksimal overshoot yaitu 1,2 dan nilai Pcr = 3,1. Suatu sistem dapat dikatakan stabil apabila grafiknya pada awal proses berbentuk osilasi kemudian berubah menjadi garis lurus yang menyatakan sistem dalam keadaan stabil

(Halaman ini sengaja dikosongkan) EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

Kp

EMBED Equation.3

31

_1474050203.unknown

_1478786446.unknown

_1478792567.unknown

_1478886395.unknown

_1478886942.unknown

_1478981293.unknown

_1478886962.unknown

_1478886873.unknown

_1478886750.unknown

_1478793134.unknown

_1478807347.unknown

_1478807352.unknown

_1478793532.unknown

_1478793120.unknown

_1478791466.unknown

_1478791973.unknown

_1478792087.unknown

_1478791916.unknown

_1478790249.unknown

_1478791042.unknown

_1478791257.unknown

_1478790806.unknown

_1478790204.unknown

_1474050212.unknown

_1474050217.unknown

_1474050224.unknown

_1478786397.unknown

_1474050225.unknown

_1474050218.unknown

_1474050222.unknown

_1474050216.unknown

_1474050208.unknown

_1474050211.unknown

_1474050206.unknown

_1474050190.unknown

_1474050194.unknown

_1474050196.unknown

_1474050200.unknown

_1474050195.unknown

_1474050192.unknown

_1474050193.unknown

_1474050191.unknown

_1474050185.unknown

_1474050188.unknown

_1474050189.unknown

_1474050187.unknown

_1474050183.unknown

_1474050184.unknown

_1474050182.unknown