Pengendalian ProsesCHS310806

3 SKS

Departemen Teknik Kimia FTUI

Filosofi Pengendalian Proses

Pemodelan Dinamik

(Mekanistik)

Analisis Perilaku

Model Dinamik

Pengendalian Proses

Pemodelan Empirik

Pengendalian Proses

Penyetelen

KontrolerAnalisis

Stabilitas

Mata Ajar

SebelumnyaMata Ajar

Sedang Berjalan

SIMULASI

(LAB. MAYA)

MODUL

INTERAKTIF

Next

VIDEO

Lecture

Notes

Disain

Pembelajaran SAP

Metode

WILMO

Akses Internet

• Puskom FTUI

• Lab SPK DTK FTUI

• WiFi DTK FTUI

Tujuan Pembelajaran

Setelah mengikuti MA Pengendalian Proses, mahasiswa:

• mampu mengkonstruksi pengetahuan dari mata ajar yang sebelumnya dan yang bersamaan dengan mata ajar ini,

• mampu menjelaskan tiga persoalan penting dalam pengendalian proses, yaitu

– perilaku dinamik, karena tidak ada proses yang beroperasi secarastatik (steady-state)

– operasi proses, karena peralatan yang ada harus dioperasikansecara aman untuk mendapatkan keuntungan yang tinggi

– pengendalian otomatis, karena insinyur menerapkan keputusanoperasi melalui teknologi komputer

SAP

Sasaran Pembelajaran

• Sasaran Afektif (ATTITUDE)

• Sasaran Psikomotorik (SKILL)

• Sasaran Kognitif (KNOWLEDGE)

SAP

Sasaran Afektif (ATTITUDE)

• Proses tidak pernah berfungsi secara eksak seperti

yang telah dirancang disebabkan oleh adanya

ketidakpastian dan gangguan

• Fleksibilitas dalam bentuk kapasitas peralatan

tambahan dan manipulated variable harus disediakan

untuk mencapai kinerja yang diinginkan

• Feedback control dapat memperbaiki keselamatan,

kualitas produk dan profit untuk pabrik yang

dirancang secara baik

Sasaran

Sasaran Psikomotorik (SKILL)

• Menggunakan skill belajar-mandiri dan sumber-

sumber penelitian (perpustakaan, internet, dsb.)

untuk menginvestigasi dan melaporkan topik-topik

pengendalian proses

• Bekerja secara efektif selama proyek kelompok

mengevaluasi obyektif pengendalian, penyetelan lup

(loop tuning) dan disain pengendalian

• Menerapkan problem-solving skill untuk analisis

data proses

Sasaran

Sasaran Kognitif (KNOWLEDGE)• Merumuskan dan menyelesaikan model dinamik dasar dari proses

nyata. Juga, melakukan eksperimen pemodelan empirik, estimasi

parameter, dan perbandingan dengan model dasarnya

• Mendefinisikan obyektif pengendalian dalam tujuh kategori dalam

sebuah proses kimia

• Menyeleksi variabel untuk pengukuran dan manipulasi, berhubungan

dengan instrumentasi pengendalian otomatis

• Mendisain sistem pengendalian lup tunggal

• Menerapkan dan menyetel kontroler

• Menghubungkan dinamika proses dengan kinerja, misalnya,

mampu menentukan dinamika berumpan-balik, dinamika gangguan

dan frekuensi gangguan yang baik dan tidak-baik, dan menyarankan

perubahan proses untuk kinerja proses yang diperbaiki

Sasaran

Kegiatan Belajar-Mengajar (1)Pk

nPokok Bahasan &

Sub Pokok Bahasan

Tujuan Instruksional Umum Tujuan Instruksional Umum Tujuan Instruksional Umum Tujuan Instruksional Umum dan/atau Sasaran Pembelajarandan/atau Sasaran Pembelajarandan/atau Sasaran Pembelajarandan/atau Sasaran Pembelajaran

KegiataKegiataKegiataKegiatannnn

MediaMediaMediaMedia TugasTugasTugasTugas EvaluasiEvaluasiEvaluasiEvaluasi

1 PENGANTAR

PENGENDALIAN PROSES

•Kenapa Pengendalian Proses dan

Kenapa Sekarang?

•Pertanyaan Dasar tentang

Pengendalian

•Menjelaskan konsep umpan-balik (feedback) yang diaplikasikan pada kontrol•Menjelaskan dan mengidentifikasikan tiga unsur dalam lup berumpan-balik (feedback loop)•Dapat menerapkan umpan-balik manual pada beberapacontoh proses kimia

KuliahLatihan

LCD Notebook

Papan Tulis

AksesWILMOTugas 1

PR

2 OBYEKTIF DAN BENEFIT OBYEKTIF DAN BENEFIT OBYEKTIF DAN BENEFIT OBYEKTIF DAN BENEFIT PENGENDALIANPENGENDALIANPENGENDALIANPENGENDALIAN•Tujuh (7) ObyektifPengendalian•Ukuran variabilitas•Dampak ekonomi darivariabilitas

•Mengenal contoh-contoh dari tujuh (7) obyektif pengendalianpada proses-proses kimia•Menghitung indikator darivariabilitas pada variable proses•Dapat menghitung dampak ekonomi dari variabilitas

KuliahLatihan

LCD Notebook

Papan Tulis

AksesWILMOTugas 2

Kuis 1

Kegiatan Belajar-Mengajar (2)3 PRINSIP PEMODELAN

MATEMATIKA

•Alasan mengapa kita perlu

model dinamik

•Enam (6) - tahapan prosedur

pemodelan

•Kesimpulan umum tentang

model

•Merumuskan model dinamik

didasarkan pada prinsip neraca

•Menyelesaikan model

dinamik orde satu yang

sederhana

•Menentukan aspek kunci

yang bagaimana dari dinamik

bergantung pada disain dan

operasi proses

Kuliah

Latihan

Respon

si

LCD

Notebook

Papan Tulis

Akses

WILMO

Tugas 3

4-5 PEMODELAN DAN

ANALISIS

PENGENDALIAN

PROSES

•Transformasi Laplace

•Penyelesaikan model

dinamik linear

•Struktur model fungsi alih

•Fitur kualitatif secara

langsung dari model

•Respon frekuensi

•Menyelesaikan model

dinamik linear orde satu dan

dua secara analitis

•Menyatakan model dinamik

kedalam fungsi alih (transfer

function)

•Memperkirakan fitur penting

dari perilaku dinamik dari dari

model tanpa menyelesaikannya

Kuliah

Latihan

LCD

Notebook

Papan Tulis

Akses

WILMO

Tugas 4

Kuis 2

Kegiatan Belajar-Mengajar (3)6 PERILAKU DINAMIK

SISTEM PROSES YANG

KHAS

•Sistem dinamik sederhana:

First order, Second order,

Dead time dan (Non) Self-

regulatory

•Struktur penting dari sistem

yang sederhana: Series,

Parallel, Recycle dan Staged

•Memprediksi output untuk

input yang khas untuk sistem

dinamik

•Menurunkan dinamik sistem

tersebut untuk struktur penting

dari sistem dinamik sederhana

•Mengetahui efek yang besar

pada proses dinamik yang

disebabkan oleh struktur proses

KuliahLatihan

Responsi

LCD Notebook

PapanTulis

AksesWILMOTugas 5

7 IDENTIFIKASI MODEL

EMPIRIK

•Disain eksperimen untuk

bangunan model

•Process reaction curve

(graphical)

•Estimasi parameter statistik

•Disain dan implementasisebuah eksperimen yangbaik•Melakukan kalkulasi secaragrafik•Melakukan kalkulasi secarastatistik•Mengkombinasikanpemodelan dasar danempirik untuk sistem proseskimia

KuliahLatihan

Responsi

LCD Notebook

PapanTulis

AksesWILMO Tugas 6

Kuis3

UJIAN TULIS MID TESTUJIAN TULIS MID TESTUJIAN TULIS MID TESTUJIAN TULIS MID TEST

Kegiatan Belajar-Mengajar (4)8 LUP BERUMPAN-BALIK

•Elemen-elemen lup yang khas

•Variabel berhubungan dengan

obyektif pengendalian

•Ukuran-ukuran kinerja

pengendalian yang khas

•Lima pendekatan terhadap

pengendalian berumpan-balik

•Mengidentfikasi elemen-

elemen penting pada lup

berumpan-balik

•Memilih variabel-variabel

kandidat yang cocok untuk

dikendalikan dan dimanipulasi

•Mengevaluasi data kinerja

pengendalian menggunakan

ukuran standar dari kinerja

dinamik

Kuliah

Latihan

LCD

Notebook

Papan

Tulis

Akses

WILMO

9 PENGENDALI PID

•Fitur-fitur umum dan sejarah

PID

•Model Proses dan kontroler –

Diagram Blok

•Tiga jenis kontroler dengan

fitur-fiturnya: Proportional,

Integral dan Derivative

•Perilaku dinamik yang khas

•Memahami kekuatan dan

kelemahan tiga jenis kontroler

PID

•Menentukan model sistem

berumpan-balik menggunakan

aljabar diagram blok

•Menetapkan sifat-sifat umum

berumpan-balik PID dari model

lup tertutup

Kuliah

Latihan

Responsi

LCD

Notebook

Papan

Tulis

Akses

WILMO

Kuis 4

Kegiatan Belajar-Mengajar (5)10-

12

PENYETELAN

PENGENDALI PID

•Pendekatan trial-and-error -

kenapa tidak digunakan

•Definisi masalah tuning

•Menyelesaikan dan

Mengembangkan korelasi

•Menerapkan korelasi ke

contoh-contoh

•Kehalusan penyetelan -

sentuhan pribadi

•Menjelaskan sasaran kinerja yang

kita cari hingga ketemu lewat

penyetelan (tuning).

•Menerapkan prosedur penyetelan

menggunakan kurva reaksi porses

(process reaction curve) dan

persamaan tuning.

•Perbaikan kinerja lebih lanjut

dengan penyetelan yang baik

Kuliah

Latihan

LCD

Notebook

Papan

Tulis

Akses

WILMO

Kuis 5

13-

14

ANALISIS STABILITAS

•Definisi stabilitas

•Peninjauan kembali

menentukan akar persamaan

karakteristik (PK)

•Pengantar metode stabilitas

Bode

•Penerapan penentuan

beberapa kecenderungan umum

pada sistem berumpan-balik

•Menentukan stabilitas dari

sebuah proses tanpa pengendalian

•Menentukan stabilitas dari

sebuah sistem pengendalian

berumpan-balik lup tertutup

•Menggunakan pendekatan ini

untuk mempelajari bagaimana

dead time mempengaruhi

stabilitas

Kuliah

Latihan

Responsi

LCD

Notebook

Papan

Tulis

Akses

WILMO

Tugas

Akhir

Kuis 6

UJIAN TULIS FINAL TEST

SAP

Filosofi Pengendalian Proses1. Pengantar pengendalian proses

– Menjelaskan konsep umpan-balik (feedback) yang

diaplikasikan pada kontrol

– Menjelaskan dan mengidentifikasikan tiga unsur dalam lup

berumpan-balik (feedback loop)

– Dapat menerapkan umpan-balik manual pada beberapa

contoh proses kimia

2. Obyektif dan benefit pengendalian

– Mengenal contoh-contoh dari tujuh (7) obyektif pengendalian

pada proses-proses kimia

– Menghitung indikator dari variabilitas pada variable proses

– Dapat menghitung dampak ekonomi dari variabilitas

Disain

Pemodelan Dinamik

3. Prinsip pemodelan matematika

– Merumuskan model dinamik didasarkan pada prinsip neraca

– Menyelesaikan model dinamik orde satu yang sederhana

– Menentukan aspek kunci yang bagaimana dari dinamik bergantung

pada disain dan operasi proses

4. Pemodelan dan analisis pengendalian proses

– Menyelesaikan model dinamik linear orde satu dan dua secara

analitis

– Menyatakan model dinamik kedalam fungsi alih (transfer function)

– Memperkirakan fitur penting dari perilaku dinamik dari dari model

tanpa menyelesaikannya

Disain

Analisis Perilaku Model Dinamik

Pengendalian Proses

5. Perilaku dinamik sistem proses yang khas

– Memprediksi output untuk input yang khas untuk

sistem dinamik

– Menurunkan dinamik sistem tersebut untuk

struktur penting dari sistem dinamik sederhana

– Mengetahui efek yang besar pada proses dinamik

yang disebabkan oleh struktur proses

Disain

Pemodelan Empirik

Pengendalian Proses

6. Identifikasi pemodelan empirik

– Disain dan implementasi sebuah eksperimen yang

baik

– Melakukan kalkulasi secara grafik

– Melakukan kalkulasi secara statistik

– Mengkombinasikan pemodelan dasar dan empirik

untuk sistem proses kimia

Disain

Penyetelan Kontroler7. Lup berumpan-balik

– Mengidentfikasi elemen-elemen penting pada lup berumpan-balik

– Memilih variabel-variabel kandidat yang cocok untuk dikendalikan dan dimanipulasi

– Mengevaluasi data kinerja pengendalian menggunakan ukuran standar dari kinerja

dinamik

8. Algoritma PID

– Memahami kekuatan dan kelemahan tiga jenis kontroler PID

– Menentukan model sistem berumpan-balik menggunakan aljabar diagram

blok

– Menetapkan sifat-sifat umum berumpan-balik PID dari model lup tertutup

9. Penyetelan kontroler PID untuk kinerja dinamik

– Menjelaskan sasaran kinerja yang kita cari hingga ketemu lewat

penyetelan (tuning).

– Menerapkan prosedur penyetelan menggunakan kurva reaksi porses

(process reaction curve) dan persamaan tuning.

– Perbaikan kinerja lebih lanjut dengan penyetelan yang baikChart

Analisis Stabilitas

10. Analisis Stabilitas Pengendalian

Proses

– Menentukan stabilitas dari sebuah proses tanpa

pengendalian

– Menentukan stabilitas dari sebuah sistem pengendalian

berumpan-balik lup tertutup

– Menggunakan pendekatan ini untuk mempelajari

bagaimana dead time mempengaruhi stabilitas.

Disain

Silabus MA Pengendalian

Proses

1. Pengantar pengendalian proses

2. Obyektif dan benefit pengendalian

3. Prinsip pemodelan matematika

4. Pemodelan dan analisis pengendalian proses

5. Perilaku dinamik sistem proses yang khas

6. Identifikasi pemodelan empirik

7. Lup berumpan-balik

8. Algoritma PID

9. Penyetelan kontroler PID untuk kinerja dinamik

10. Analisis Stabilitas Pengendalian Proses

elearn.che.ui.eduDisain

Rujukan• Textbook:

T. Marlin, Process Control: Designing Processes and Control Systems for Dynamic Performance, 2nd Edition, McGraw-Hill, New York, 2000

• Rujukan:1. Carlos A. Smith, Armando B. Corripio, Principles and Practice of Automatic

Process Control, John Wiley & Sons, 1985, ISBN 0-471-88346-8

2. D. E Seborg, T. F. Edgar, D. A. Mellichamp, Process Dynamics and Control,

John Wiley & Sons, 1989, ISBN 0-471-86389-0

3. Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan), Jilid 1,

Penerbit Erlangga, 1985, Bandung

4. Bequette, R. W., Process Dynamics: Modeling, Analysis, and Simulation,

Prentice Hall,1998

5. Luyben, William L., Process Modeling, Simulation and Control for Chemical

Engineers, Second Edition, McGraw-Hill International Edition, 1990

6. Kuo, Benjamin C., Automatic Control Systems, Sixth Edition, Prentice-Hall

International Editions, 1991

7. Stephanopoulos, George, Chemical Process Control: An Introduction to

Theory and Practice, Prentice-Hall International, 1984

Rujukan (2)3. Jurnal :

a. Computers & Chemical Engineering

b. Journal of Process Control

c. Chemical Engineering Science

4. Internet: a. elearn.che.ui.edu

b. http://www.pc-education.mcmaster.ca(WILMO)

c. http://lorien.ncl.ac.uk/ming/Dept/Swot/connotes.htm (Jagad PC)

5. Software: MATLAB with SIMULINK

6. Process Control Videos

MA Ajar Sebelum Pengendalian

Proses

• Matematika (kalkulus dan aljabar linear)

• Metode Numerik

• Termodinamika

• Perpindahan Kalor

• Neraca Massa dan Energi

Disain

MA Bersamaan dengan

Pengendalian Proses

• Perancangan Alat Proses

• Pemodelan dan Matematika Terapan

• Teknik Reaksi Kimia

• Perpindahan Massa

Disain

ProsesProses BelajarBelajar dengandengan WILMO WILMO ((WWebeb--based based IInteractive nteractive LLearning earning MOMOdulesdules))

1. Initial reading 2. Class participation

3. Web learning

Modules4. Course

assignments

Reading

5. Study in depth

Revisit WEB

Formulate own

study questions

Disain

Pengendalian Proses di

e-Learning DTK FTUI

• Lecture Notes

• Assignments

• Forum

• Quiz