1

Abstract— Sistem pengendalian filling unit lpg menggunakan sistem pengukuran on-off. Sistem ini memakai sensor mass flow

meter dan load cell sebagai instrument ukur. Metode pengendalian dengan kontroller PID memberikan pengamanan dan keakuratan dalam proses pengisisan. Flow-rate dapat dikendalikan dengan mode kontrol PID. Coriolis mass flow meter merupakan instrument transmitter yang mampu memberikan pengukuran lpg dalam bentuk liquid. Metode pengendalian liquid flow pada liquid tank dilakukan dengan memanipulasi laju aliran liquid, agar didapat set point 8,3 Kg/detik. Hasil penelitian , mendapatkan teknik mode kontrol PI dengan menggunakan metode Chien-Servo memiliki respon yang terbaik. Hasil tuning dengan kurva reaksi didapatkan nilai-nilai Kp=1,93; dan Ti=1,0 . Pada aplikasi pengendalian flow di filling unit, diperoleh karakteristik respon sistem terhadap gangguan step sebagai berikut; Mp=0%; Ts=10 detik dan Ess=0%.)

Index Terms— coriolis, pengendalian flow, kontroler PI, Metode Chien-Servo

I. PENDAHULUAN Latar Belakang

Dalam suatu proses pengendalian di industri, akan dijumpai pengendalian dengan kontrol PID . Umumnya pengendalian flow menggunakan sistem kendali loop tunggal. Sistem pengendalian secara manual memiliki kelemahan respon yang lebih lambat dan tidak memiliki akurasi yang baik. Perlunya sistem kendali yang lebih optimal dalam pengendalian flow di terminal loading LPG dengan model pengendalian otomatis. Pada pengendalian Flow yang memerlukan respon yang cepat tanpa adanya waktu tunggu yang lama, maka pengendalian otomatis ini akan memberikan sistem yang lebih baik dalam operasinya.

Proses penyaluran LPG di lapangan masih menggunakan sistem kendali manual dengan cara menimbang berat kendaraan terlebih dahulu baru kemudian dikira-kira berat total dari kendaraan yang sudah terisi LPG pada jembatan timbang. Apabila kurang akan ditambahi lagi dan apabila kelebihan makan akan dikurangi. Hal ini kurang efektif dan cenderung kurang akurat dengan jumlah isi muatan truk. Waktu yang dibutuhkan juga kurang efektif dalam mekanisme kerja memerlukan waktu yang cukup lama. Pengendalian dengan sistem kendali otomatis memberikan pengendalian yang lebih baik dan lebih aman dari pada pengendalian manual. Hal ini dikarenakan pengendalian ini mampu mengendalikan parameter instrumen yang ada di lapangan secara langsung dikendalikan dan diintegrasikan. 1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut yaitu :

1. Bagaimana memodelkan kendali otomatis untuk Flow dalam filling unit.

2. Bagaimana membangun sistem pengendalian menggunakan kontroller PID.

1.3 Batasan Masalah

Untuk menyederhanakan permasalahan, maka diperlukan pembatasan masalah sebagai berikut:

1. Input data lapangan berupa data Flow (0-8,3Kg/detik) dengan menggunakan sistem kendali otomatis.

2. Metode tuning PID yang digunakan yaitu metode empiris.

1.4 Tujuan Penelitian Tugas Akhir Tujuan yang ingin dicapai dari tugas akhir ini adalah untuk

merancang sistem pengendalian flow berbasis kontroller PID pada terminal loading LPG Tanjung Perak.

1.5 Metodologi Penelitian Studi Literatur

Studi teoritis mengenai P&ID, Instrument Data Sheet, dan Standard – standard acuan (ex : API, IEC, ISA, dll) tentang Hazardous Area Clasification, Instrument system, dan Safety instrumented system.

Study Batch Process Loading atau kita kenal juga dengan nama filling unit untuk sistem yang ada pada lapangan.

Pengambilan data

Identifikasi parameter, variabel dan pengumpulan data yang meliputi data dari berbagai proses variabel pada data kondisi real plant serta berbagai dokumen yang diperlukan.

Pemodelan plant dan penentuan model kontroler dengan

menggunakan simulink matlab berdasarkan data real plant yang diperoleh. Pemodelan proses pada Process Batch. Pemodelan sistem pengendalian otomatis Flow pada

Batch Loading LPG. Penalaan parameter P, I dan D dengan menggunakan

metode Empiris.

Pengujian, analisa dan evaluasi terhadap pengukuran hasil produksi sumur minyak dan gas yang telah dibuat pada plant. Melakukan pengujian dan evaluasi terhadap model

plant filling unit melalui simulasi. Melakukan pengujian dan evaluasi terhadap model

instrument kontrol sistem melalui simulasi.

Penyusunan Laporan tugas akhir.

1.6 Sistematika Laporan 1.7 Sistematika Laporan

Laporan penelitian Tugas Akhir ini akan disusun secara sistematis dibagi dalam beberapa bab, dengan perincian sebagai berikut :

PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN FLOW BERBASIS KONTROLER PID PADA FILLING UNIT LPG PT.PERTAMINA TANJUNG PERAK

Yohanes Wibisono1) Ya’umar2) 1) Department of Engineering Physics, Faculty of Industrial Technology, 2) Department of Engineering Physics, Faculty of

Industrial Technology ITS Surabaya Indonesia 60111, email: wibisono_yohanes@yahoo.com

2

BAB I Pendahuluan Bab ini berisi tentang penjelasan latar belakang, perumusan

masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika laporan. BAB II Teori Penunjang

Pada bab ini membahas secara singkat teori-teori yang terkait dalam penulisan Tugas Akhir. BAB III Metodologi Penelitian

Dalam bab ini dijelaskan mengenai detail langkah – langkah yang harus dilakukan untuk mencapai tujuan dan simpulan akhir dari penelitian. Hasil akhir dari tahap ini adalah perhitungan dan model yang siap untuk disimulasikan dan dianalisa.

BAB IV Pengujian dan Analisa Hasil Simulasi

Bab ini merupakan kelanjutan dari Bab III, dimana dari simulasi yang didapatkan baik berupa grafik maupun tabulasi, akan dilakukanlah analisa-analisa serta pembahasan yang berorientasi pada tujuan penelitian yang telah ditetapkan.

BAB V Kesimpulan dan Saran Bab ini berisi tentang kesimpulan pokok dari seluruh rangkain

penelitian yang telah dilakukan dan saran yang dapat dijadikan sebagai pengembangan penelitian berikutnya.

II. DASAR TEORI Dalam bab ini akan dijelaskan mengenai teori–teori dasar yang

dipergunakan dalam menyelesaikan masalah dan pengerjaan penelitian Tugas Akhir ini. Teori tentang dasar sistem pengendalian volume, sistem pengendalian otomatis dan dinamika proses “Mass Flow Meter” akan dibahas dalam bab ini. Sumber yang didapat adalah dari jurnal yang mendukung, textbook, dan manual instruction book yang didapat dari perpustakaan tempat penulis mengambil data. Sehingga data dan teori yang diambil sesuai dengan keadaan yang ada di lapangan.

Ds=Ganguan loop Dalam bab ini akan dijelaskan mengenai teori–teori dasar yang

dipergunakan dalam menyelesaikan masalah dan pengerjaan penelitian Tugas Akhir ini. Teori tentang dasar sistem pengendalian volume, sistem pengendalian otomatis dan dinamika proses “Mass Flow Meter” akan dibahas dalam bab ini. Sumber yang didapat adalah dari jurnal yang mendukung, textbook, dan manual instruction book yang didapat dari perpustakaan tempat penulis mengambil data. Sehingga data dan teori yang diambil sesuai dengan keadaan yang ada di lapangan. 2.1. Filling unit LPG (Liquid Petroleum Gas)

Adalah suatu unit yang memiliki fungsi sebagai terminal loading untuk LPG yang ditransfer menuju ke truck tangki. Filling unit LPG lama masih menggunakan pengukuran berat, dengan memakai sensor mekanik berat yaitu load cell sesuai dengan kapasitas tiap truk pada ukuran Meter kubik Ton. Truck yang mengisi LPG memiliki kapasitas 15.000 Kg dan 10.000 Kg.

Pengisian dengan memulai memasang loading arm, setelah itu transfer dimulai dengan menyalakan pompa yang menyalurkan LPG menuju truck. Pengisian manual hanya mempergunakan penghitungan berat truck yang ditimbang pada timbangan truck menggunakan sensor load cell. Setelah timbangan menunjukkan angka nilai set point , pompa akan dimatikan dan loading arm dicabut dari truck. Sistem ini mengalami kendala pada tingkat akurasi yang mempergunakan acuan berta timbangan dan bukan perhitungan mass flow yang masuk ke dalam tangki.

Gambar 2.1. Diagram tanpa kontroller Dengan menggunakan pengukuran berat dengan menggunakan

load cell secara manual membuat sistem kurang efisien dalam pengisian LPG. LPG memiliki karakteristik fluida cair dalam tekanan terutup.

.

Gambar 2.2 Diagram menggunakan kontroller

2.2. Coriolis Flow Transmitter Banyak alat-alat yang dapat digunakan untuk mengukur aliran

fluida. Flowmeter dapat dibagi dalam empat kelompok umum, yaitu positive displacement meters, head meters, velocity meters dan mass meters. Coriolis ini termasuk dalam mass meters untuk pengukuran laju aliran massa.Coriolis Flow Trasmitter adalah Transmitter dalam pengukuran flow yang memiliki prinsip independent dari fisik fluida yang ada dalam proses. Artinya yaitu Flow Transmitter ini dapat dipakai untuk semua jenis fluida dalam arti tidak tergantung pada jenis fluida yang dipakai. Beberapa contoh fluida yang mampu diukur

3

oleh coriolis flow transmitter ini adalah : cairan pembersih, minyak sayur, bahan bakar, alkohol, silicon, pasta, gas cair, katalisator, lartex , dll. Transmitter ini mampu mengukur kadar flow dengan baik sehingga mampu untuk pengukuran segala jenis fluida. Tidak seperti transmitter model lain seperti turbin atau vortex yang hanya bekerja untuk kondisi tertentu, coriolis flow transmitter ini mampu bekerja untuk hampir semua jenis fluida.

Gambar 2.3 Coriolis Flow transmitter

Dari data yang didapat dari Coriolis Mass Flow Meter tersebut kemudian akan dikirim ke ke ruang kendali dan diterima oleh batch controller dan PLC (Programmable Logic Controller) untuk diolah berupa data Mass Calculation atau kalkulasi massa produk sehingga nantinya dapat dilihat kelayar monitor nilai volume yang dikeluarkan. Data yang diterima oleh batch controller antara lain flow produk, tekanan produk, temperatur produk. Dalam Tugas akhir ini dipakai data inputan berupa Flow dan tekanan:

1

s

GsFTFT

FT

FT

i

o

.(2.1)

dan gain dari Flow transmitter adalah perbandingan dari selisih span_output terhadap span_input.

InputSpanOutputSpanGFT _

_ (2.2)

dimana: FTG gain Flow transmitter (mA/m)

FT = time constant (detik)

2.2. Model Matematis Dinamika mass flow Mass flow yang terukur dalam plant berupa LPG. LPG (Liquid

Petrolium Gas) adalah fluida dalam bentuk cair. Hal ini sesuai dengan spesifikasi dari coriolis mass flow meter yang mampu bekerja untuk 1 jenis fluida saja yaitu zat cair.

Perhitungan nilai mass flow yang melewati coriolis dijelaskan sensor coriolis menggunakan persamaan kesetimbangan massa dimana:

= –

ioo FF

dtdF

RC (2.3)

11)(

RCs

sFF

i

o (2.4)

2.3. Control Valve

Aksi pengendalian yang dipakai dalam sistem pengendalian dapat ditentukan dari respon sistem pada saat diberi masukan. Dalam pengendalian ada banyak aksi pengendalian diantaranya pengendali proporsional (P), integral (I), dan differensial (D), atau gabungan dari ketiga pengendalian tersebut. [Gunterus, Frans. Sistem pengendalian juga ditentukan dengan jenis instrumen yang dipilih, salah satunya adalah control valve seperti ditunjukkan pada gambar 2.4.

Gambar 2.4. Flow Control Valve

Secara umum, transfer function dari control valve dapat didekati dengan menggunakan sistem orde 1 sebagaimana persamaan berikut ini :

1

s

GsCVCV

CV

CV

i

o

………………...…….......... (2.5)

Dan gain kontroler didapat dengan persamaan 2.6.

InputSpanOutputSpanGCV _

_ ……………………........ (2.6)

dimana: CVG gain control valve (kg/mA.s)

FT time constant (detik)

2.4 Aksi pengendalian 2.4.1 Pengendali Proporsional Pengendali proposional memiliki keluaran yang

sebanding/proposional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan harga aktualnya). Keluaran Pengendali proporsional merupakan perkalian antara konstanta proporsional dengan masukannya. Perubahan pada sinyal masukan akan segera menyebabkan sistem secara langsung mengubah keluarannya sebesar konstanta pengalinya.

Gambar 2.5 Diagram blok kontroler proporsional

Hubungan antara pita proporsional (PB) dengan konstanta proporsional (Kp) ditunjukkan secara prosentasi oleh persamaan berikut:

1 100%p

PB xK

2.4.2 Pengendali Integral Pengendali integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang

memiliki kesalahan keadaan mantap nol. Kalau sebuah plant tidak memiliki unsur integrator (1/s ), kontroller proporsional tidak akan mampu menjamin keluaran sistem dengan kesalahan keadaan

4

mantabnya nol. Dengan Pengendali integral, respon sistem dapat diperbaiki, yaitu mempunyai kesalahan keadaan mantapnya nol.

Gambar 2.6. Blok diagram hubungan antara besaran kesalahan

dengan Pengendali integral.

2.4.3 Pengendali Diferensial Keluaran pengendali diferensial memiliki sifat seperti halnya

suatu operasi derivatif. Perubahan yang mendadak pada masukan pengendali, akan mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat. Gambar 5.9 menunjukkan blok diagram yang menggambarkan hubungan antara sinyal kesalahan dengan keluaran pengendali.

Gambar 2.7 Blok Diagram pengendali diferensial.

2.4.4 Pengendali PID Pengendali PID (Proportional, Integral, Derivative) merupakan

jenis pengendali yang bekerja secara kontinu, yang berarti final element bekerja dari titik 0% sampai ke titik 100%. Jenis pengendali ini paling banyak dipakai di sistem pengendalian proses, karena banyak operasi proses yang tidak dapat mentolerir fluktuasi variabel proses yang besar.

Proses pembandingan tersebut dapat dilihat pada summing

junction yang membandingkan process variable (PV) dengan set point (SP), sedangkan unit control bertugas menghitung besar kecilnya koreksi yang diperlukan. Pembandingan itu sendiri dilakukan dengan mengurangi set point dengan besaran process variable, yang hasilnya adalah besaran error (e). Jadi, error adalah input unit control dan manipulated variable (MV) adalah output unit control. Besarnya manipulated variable dihitung berdasarkan besarnya error dan transfer function unit control. Bentuk transfer function unit control tergantung pada ―mode‖ yang ada di kontroler (control mode) : P, I, dan D. Dimana mode tersebut dapat dikombinasikan menjadi P, PI, PD, dan PID.

Gambar 2.8 Blog Diagram Pengendali PID

Tabel 2.1 Karakteristik Kontroler PID.

Respon Loop

Tertutup Waktu

Naik Oversh

oot Waktu

Turun

Eror Steady

State KP Menurun Meningkat Menurun

Kecil

Ti Menurun Meningkat Meningkat Hilang

Td Perubahan

Kecil Menurun Menurun Perubahan

Kecil

2.7. Metode Empiris Untuk Menala P, I dan D Tuning kontroler PID selalu didasari atas tinjauan terhadap

karakteristik yang diatur (Plant). Dengan demikian betapapun rumitnya suatu plant, perilaku plant tersebut harus diketahui terlebih dahulu sebelum tuning PID itu dilakukan. Karena penyusunan model matematik plant tidak mudah, maka dikembangkan suatu metode eksperimental. Metode ini didasarkan pada reaksi plant yang dikenai suatu perubahan. Dengan menggunakan metode itu model matematik perilaku plant tidak diperlukan lagi, karena dengan menggunakan data yang berupa kurva keluaran, tuning kontroler PID telah dapat dilakukan. Dalam hal ini, tuning bertujuan untuk mendapatkan kinerja sistem sesuai spesifikasi perancangan.

Tabel 2.2 Tabel tuning FOPDT kontrol PI Metode Kp Ti

Ziegler-Nichols 0.9T/KL 3.33L

Chien servo 0.6T/KL T Tabel2.3. Tabel tuning FOPDT Kontrol PID

Metode Osilasi Metode ini didasarkan pada reaksi sistem untaian tertutup. Plant

disusun serial dengan kontroller PID. Semula parameter parameter integrator disetel tak berhingga dan parameter diferensial disetel nol (Ti = ~ ;Td = 0). Parameter proporsional kemudian dinaikkan bertahap. Mulai dari nol sampai mencapai harga yang mengakibatkan reaksi sistem berosilasi. Reaksi sistem harus berosilasi dengan magnitud tetap(Sustain oscillation). Gambar 2.16 menunjukkan rangkaian untaian tertutup pada cara osilasi.

Gambar 2.9 Sistem rangkaian tertutup dengan alat kontrol

proporsional.

2.8. Sistem pengendalian pada flow

Sistem Kendali otomatis merupakan pengembangan dari sistem kontrol tertutup manual. Dimana variabel data dari sistem pengendalian loop tunggal adalah dengan menggunakan satu buah sensor untuk menggerakkan aktuator. Sistem ini hanya mengandalkan satu buah inputan dari sensor dalam prosesnya.

Metode Kp Ti Td Ziegler-Nichols 0.9T/KL 3.33L 0,5 L Chien servo 0.6T/KL T 0,47 L

5

Gambar 2.10 P&ID tanpa sistem kendali otomatis

Dalam Kasus Tugas Akhir ini data pengukuran dari flow. Flow

yang diukur memberikan respon kepada aktuator, dalam hal ini masih dalam ruang lingkup controller . Sistem kendali loop otomatis ini memiliki mekanisme kerja pada diagram blok dibawah ini:

Gambar 2.11 Diagram blok sistem pengendalian closed-loop

sederhana

TANGKI

FT

FIC

FCV

P-1

Gambar 2.12 Gambar Diagram kotak perancangan

sistem.

Hubungan antara sinyal kontrol penggerak valve dengan variabel tekanan fluida outlet secara matematis memiliki model FOPDT(First Order Plus Death Time). Dengan menganggap kontrol valve bersifat linear, maka FT(s) akan memiliki model matematis yang linear. Dimana:

11

)( dTs

KsFT

(2.7)

11)(

sT

sd (2.8)

Keterangan: FT(s)=Fungsi Transfer flow K= Gain Statis Proses flow T=Konstanta waktu proses flow L=Transport Delay flow D(s)=Ganguan loop

III. METODE Dalam penelitian ini, langkah-langkah yang dilakukan untuk

mencapai tujuan penelitian adalah sebagai berikut :

Studi Rekayasa dan

produksi

Pemodelan Proses Plant ,

Transmitter dan Control valve

Prosedur Tuning dan penentuan

metode empiris tuning yang

dipakai

Penyusunan laporan

SELESAI

MULAI

Simulasi model pengendalian

otomatis flow dengan

pemrograman matlab

Proses data P&ID pada plant

Nilai error<<25%

Y

T

Gambar 3.1 Diagram alir tahapan penelitian

Berdasarkan data produksi dari PT. PERTAMINA GASDOM dan data produksi, maka dilaksanakan studi dasar dan lanjut. Hasil studi dilanjutkan dengan pemrosesan data-data yang diperlukan dalam perancangan pengendalian bertingkat, yang didahului dengan memodelkan proses plant. Dari hasil pehitungan dan pemodelan proses plant perlu dilakukan juga pemodelan pada masing-masing instrument kendali yakni pemodelan Flow indicator transmitter dan Flow control valve. Langkah berikutnya adalah mensimulasikan model-model tersebut secara open loop dengan menggunakan Matlab-Simulink r2010a.

Hasil dari simulasi open-loop akan digunakan dasar untuk merancang dan memodelkan metode pengendalian bertingkat menggunakan PID. Dengan melakukan tahapan simulasi tersebut akan diperoleh hasil unjuk kerja sistem dan dianalisa, apakah hasil perancangan pengendalian bertingkat berbasis PID berjalan sesuai kebutuhan. Setiap simulasi dilakukan pencatatan hasil dan analisa untuk selanjutnya diambil kesimpulan dan saran.

3.1. Model Matematis Plant

Tahanan resistansi R diberikan oleh persamaan dibawah: Karena perubahan tekanan dFo kali kapasitansi C sama

dengan gas yang ditambahkan ke tangki selama dt detik, maka dapat kita dapatkan:

dtCdFo q (3.1)

Atau :

RFo - Fi

dt

dFC o (3.2)

6

Sehingga dapat ditulis sebagai:

ioo FF

dtdF

RC (3.3)

Jika Fi dan Fo masing-masing dianggap sebagai masukan dan keluaran, maka fungsi alih persamaan sistem menjadi:

1

1

RCs

sFF

i

o

qFo - Fi

R (3.4)

Dengan mengasumsikan kapasitansi C diberikan oleh persamaan:

dFd V

dFdmC (3.5)

Dimana keterangan simbol: R = Perubahan beda tekanan fluida Perubahan laju aliran fluida,

= det/

/10.24,03,8000.200 2

5

kgmN

C = Perubahan berat fluida yang tersimpan, Perubahan tekanan fluida

= 2

5

/10.25,0

323189115

mNN

xxxTnxRV

gas

(3.8) Dimana:

Fi = Flow Input Fo = Flow Output m = Berat gas dalam tangki, (Kg) = Berat jenis fluida (kg/m3) P = Tekanan fluida (N/m2) V = Volume tangki (m3) T = Suhu fluida (Kelvin) Rgas =Konstanta propana (J/Kg.K) C = Kapasitansi ((kg )/(N/m2)) R = Resistansi sistem ((N/m2 )/(kg/detik))

PLANT

0 – 8.3Kg/detik 15.000 Kg

Gambar 3.2. Diagram Blok Tangki LPG Truck

Set point telah ditetapkan tangki liquid bekeja diantara flow rate minimum 1Kg/detik sampai dengan maksimum 8,3 Kg/detik. Maka persamaan model matematis dari tangki liquid adalah sesuai dengan persamaan (3.8), akan didapat nilai sebagai berikut

106,01

1))(10.25,010.24,0(1)(

55

ssxxs

FiFo

Dan selanjutnya bentuk persamaan matematis tersebut disimulasikan ke dalam software Matlab-Simulink :

Gambar 3.3 Diagram program simulasi plant pada matlab simulink

3.3 Model Matematis Flow Cotrol Valve (FCV-101) Untuk menjaga flow tetap pada range 8,3 Kg/detik, maka

diperlukan satu control valve pada aliran masuk. Karakteristik dari pada control valve ini dapat dimodelkan sebagai berikut.

FCV-101

0 – 20 mA 0 –8,3 Kg/detik

Gambar 3.4. Diagram Blok Flow Control Valve

FCV-101

Dengan menganggap output dari flow control valve adalah flow-rate dari aliran liquid yang besarnya 0 – 0.0083 mT/s dan input dari control valve adalah 4-20mA, maka gainnya flow control valve sesuai persamaan adalah :

mAik

KgGFCV 420

det3,8

smAKg ./5.0

Harga time constant Control Valve dapat diperoleh dengan menuliskan persamaan :

)( RvvTVCV ………………….........(3.146) Dimana YC = Faktor stroking time dari Control Valve Cv = Koefisien aliran dari aksesori Control Valve RV = Perbandingan time constant inherent dengan time stroke 0,03 ( untuk jenis aktuator diaphragma )

0,30 ( untuk jenis aktuator piston) v = Fraksi Perubahan Control Valve =

max

minmax

vvv

v

CV C

YT . ………..………………….......(3.7)

65,1VT

max

minmax

vvv

v

………..………….....….......(3.8)

375,0v

Berdasarkan persamaan – persamaan diatas, Flow Control Valve FCV – 101 yang memiliki maximum flow rate sebesar 8,3 Kg/detik maka akan diperoleh nilai time constant :

7,1CV second

Maka persamaan model matematis sesuai persamaan dari Control Valve adalah

7

17,1

5.0

s

sFCVFCV

i

o

Dari persamaan model matematis di atas, selanjutnya dapat dimodelkan di dalam Matlab-Simulink, sesuai dengan kriteria tabel tuning proses FOPDT kontrol PI dengan metode empiris. Yaitu ziegler-nichols dan chien servo.

IV. HASIL PENELITIAN Pada bab ini akan dijelaskan hasil analisa yang telah dimodelkan

dalam simulink matlab sebagaimana telah dibahas pada bab III. Dengan korelasi aspek keseluruhan dimulai dari Bab I hingga Bab III, maka dapat ditarik analisa yang telah didapatkan dari grafik hasil simulasi.

Pengujian open loop dilakukan untuk melihat karakteristik dari

proses dengan melihat respon perubahan flow pada perubahan laju aliran liquid yang masuk ke liquid tank tanpa adanya controller dari proses pengendalian. Dari respon tersebut nantinya akan dapat dilihat apakah proses memerlukan controller atau tidak. Untuk mendapatkan kinerja sistem kontrol yang memiliki performansi yang handal dan kualitas pengendalian yang optimal, maka parameter dalam controller juga harus memiliki nilai yang optimal. Hal pertama yang diperlukan untuk menentukan nilai optimal adalah mendapatkan variabel nilai penguatan dengan mengetahui kestabilan sistem. Kestabilan sistem dapat dicari dengan menentukan persamaan karakteristik dan pole-pole pada fungsi transfernya.

Persamaan kestabilan berdasarkan karakteristik routh yaitu:

)()(1)(

)()(

sHsGsKG

sInputsOutput

15,09,1

106,01

17,15.01

106,01

17,15.0

)()(

ssx

sKx

sx

sKx

sYsU

Dari persamaan matematis tersebut di atas didapat, bahwa persamaan karakteristik sistem adalah;

01 sHsKG

Didapat susunan polimomial sebagai berikut

09,0

19,026,298,005,0 23

Ksss

Selanjutnya didapat susunan koefisien sebagai berikut;

S3 05,0 26,2

S2 98,0

K

9.019.0

S1 A 0

S0

K

9.019.0

Dapat juga ditulis dengan model diagram blok sistem open loop seperti gambar dibawah ini:

U (s) Y (s)

126,298,005,09.0

23 sss

Gambar 4.1. Diagram kotak Sistem Open Loop

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

2

4

6

8

10

waktu(detik)

Setp

oin

t(K

g/d

eti

k)

PV =7,8

0,63x PV=5,3

TL

setpoint

respon open loop

Gambar 4.2. Grafik Respon Uji Open Loop

Dalam simulasi ini, setting flow sebesar 20 mA atau sama dengan 8,3 kg/detik pada plant tidak dapat dicapai. Hasil yang dicapai mempunyai error sebesar 2,5%, artinya output flowrate yang dicapai hanya 7,8 kg/detik. Fenomena fisis yang didapat salah satunya adalah besarnya laju aliran tidak dapat dikendalikan secara kontinyu, sesuai dengan besar laju aliran pompa. Dengan tanpa terpasangnya pengendali pada plant ini dapat dipastikan laju aliran tidak maksimal. Dari pengujian open loop sistem di dapatkan nilai Gain statis proses(K), Waktu keterlambatan proses(L) dan waktu naik proses(T).

Dari pengujian open loop pada setpoint 8,3 Kg/detik di dapatkan parameter fungsi alih yaitu FT(s) sebesar:

ssL es

esTK

sFT

1393.0

1)(

Dari Fungsi Transfer diatas didapatkan nilai :

K =COPV

=

3,88,7

= 0.93

T = 3 detik L = 1 detik

Tabel 4.1 Nilai parameter controller PI hasil tuning flow

Closed Loop Oscilation P Controller

Ziegler - Nichols

PI Controller

Chien Shervo PI Controller

K = 0.93 Kp = 2,9 Kp = 1,9

T = 3 Ti = 3,3 Ti = 1 L = 1

Tabel 4.2 Nilai parameter controller PID hasil tuning flow

Closed Loop Oscilation P Controller

Ziegler - Nichols

PID Controller

Chien Shervo

PID Controller

K = 0.93 Kp = 3,8 Kp = 3,1 T = 3 Ti = 6 Ti = 4,1 L = 1 Td = 0.5 Td = 0,5

Pada Tugas Akhir ini prosedur tuning dilakukan dengan

menggunakan metode kurva reaksi experimen zigler-nichols dan Chien-Servo karena dengan metode ini menggunakan tabel parameter kontroller pada proses FOPDT

4.3. Uji Respon Sistem Pengendalian dengan Parameter controller PI metode Zigler-Nichols

8

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Waktu(detik)

Flo

w(K

g/d

eti

k)

Gambar 4.4. Grafik respon dengan Controller PI-Ziegler-Nichols

setpoint 8,3 Kg/detik

Tabel 4.4 Kriteria kualitatif dengan Parameter PI Ziegler – Nichols

Set Point Mp (%) Ess (%) ts (detik)

8,3 8.00 0.01 20

4.4. Uji Respon Sistem Pengendalian dengan Parameter

controller PI metode Chien-Servo

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Waktu(detik)

Flo

w(K

g/d

etik

)

Gambar 4.5. Grafik respon dengan Controller PI-Chien-Servo

setpoint 8,3Kg/detik Tabel 4.5 Kriteria kualitatif dengan Parameter PI Chien-Servo

Set Point Mp (%) Ess (%) ts (detik)

8,3 0.01 0.02 20

4.5. Uji Respon Sistem Pengendalian dengan Parameter

controller PID metode Ziegler-Nichols

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Waktu(detik)

Flo

w(K

g/d

etik

)

Gambar 4.5. Grafik respon dengan Controller PID-Ziegler-Nichols setpoint 8,3 Kg/detik

Tabel 4.6 Kriteria kualitatif dengan Parameter PI Chien Servo

Set Point Mp (%) Ess (%) ts (detik)

8,3 8.00 0.02 15

4.6. Uji Respon Sistem Pengendalian dengan Parameter

controller PID metode Chien servo

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Waktu(detik)

Flo

w(K

g/d

etik

)

Gambar 4.5. Grafik osilasi dengan Controller PID-Chien Servo

setpoint 8,3 Kg/detik

Tabel 4.7 Kriteria kualitatif dengan Parameter PI Chien Servo

Set Point Mp (%) Ess (%) ts (detik)

8,3 10 0.02 15

4.7. Uji Respon Sistem Pengendalian PID dengan Parameter Tracking-Set Point dengan metode Chien Servo

Untuk menguji dinamika kendali flow saat set point berubah-ubah sesuai desain awal yakni dari 0 Kg/detik ke 8,3 Kg/detik, juga sebaliknya, maka sistem seharusnya mengikuti secara dinamis. Adapun gafik yang didapat dari uji tracking set point dapat dilihat pada gambar 4.6.

0 5 10 15 20 25 300

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

WAKTU (detik)

FL

OW

(K

g/d

etik

)

Gambar 4.6. Respon sistem control dengan Parameter PI yang diperoleh secara tracking set point 0~8,3Kg/detik

.

V. KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan

Dari serangkaian metodologi dan pengujian yang telah dilakukan pada pengerjaan Tugas Akhir ini, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

9

Dari serangkaian metodologi dan pengujian yang telah dilakukan pada pengerjaan Tugas Akhir ini, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Dari hasil uji pemodelan plant di dapatkan persamaan bentuk orde 1. Nilai parameter gain statis K = 0,93,waktu tunda proses T = 3 detik dan waktu tunda L = 1 detik. Kontroller terbaik yang digunakan adalah PI, dikarenakan pada proses filling unit tidak diperbolehkan maksimum overshoot yang tinggi dan plan cepat stabil.

2. Berdasarkan hasil simulasi didapatkan nilai performansi terbaik untuk tuning parameter Kp = 1,93; Ti = 1 dan dan didapatkan nilai-nilai Mp = 0,00%, Ess = 0,00%, serta Ts = 10 sekon.

5.2 Saran

Dari hasil tugas akhir ini dapat diberikan saran untuk pengembangan penelitian selanjutnya antara lain :

1. Diperlukan penelitian tentang pengendalian tekanan. 2. Perancangan sistem dengan metode yang berbeda.

.

VI. DAFTAR PUSTAKA Paul Kalotay, Density and viscosity monitoring systems using

Coriolis Flow meters, ISA Transactions 38 (1999) 303±310

R.N. Steven, liquid metering with a horizontally mounted

Venturi meter, Department of Mechanical Engineering,

University of Strathclyde, Glasgow, UK 2002

Iwan Setiawan, Kontrol Industri untuk proses Industri,

Jakarta PT. Elex Media Komputindo, 2008

Gunterus Frans : Falsafah Dasar Sistem Pengendalian Proses,

Jakarta, PT. Elex Media Komputindo, 1994

Seborg, D. E., T. F. Edgar, dan D. A. Mellichamp. 1989.

Process Dynamics and Control. John Wiley & Sons, NY.

Biodata

Nama : YohanesWibisono TTL : Madiun,30 September 1984 Alamat : Jl. Kartika Manis II no 16 Madiun

Riwayat Pendidikan: 2008 – Skrg : S1 Lintas Jalur Jurusan Teknik Fisika ITS Surabaya 2003 - 2006 : D3 Teknik Instrumentasi ITS 2000 - 2003 : SMAN 3 Madiun 1997 - 2000 : SMPN 2 Madiun 1990 -1997 : SDN Kanigoro 3 Madiun