pengendalian proses k-1

8/7/2019 Pengendalian Proses K-1

1/37

1TKK 702

PENGENDALIAN PROSES

TKK 702 / 2 SKS

Priyono Kusumo

Pertemuan ke 1


2/37

2TKK 702

Tujuan Instruksional: Setelah mengikuti kuliah ini,

mahasiswa mampu memahamikonsep dasar pengendalian proses

dalam industri kimia.

Diskripsi : Pengantar pengendalian proses : prinsipkerja, umpan maju, umpan balik,

diagram blok; Prinsip kerja alat ukur

temperatur, tekanan dan

tinggi permukaan sebagai sensor

pengendalian proses; Prinsip prinsipkerja pengendali : proporsional,

proporsional integral, proporsional

integral- derivatif; Elemen pengendali akhir.


3/37

3TKK 702

Buku Acuan :

Textbook:

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

Stephanopoulos, G., 1984, Chemical Process Control :

An Introduction to Theory and Practice , Prentice Hall,Englewood Cliffs, New York.

Luyben, W.L., 1990, Process Modeling, Simulation and

Control for Chemical Engineers , 2nd Ed., Mc Graw Hill

Book Co., Inc., New York.

Marlin, T.E.,1995, Process Control : Design Processes

and Control Systems for Dynamic Performance, Mc Graw

Hill Book Co. Inc.


4/37


5/37

5TKK 702

MK Sebelum Pengendalian Proses

Matematika (I dan II)

Matematika Teknik Kimia (I dan II)

Analisa Numerik dan Pemrograman Komputer

Termodinamika

Perpindahan PanasNaraca Massadan Energi


6/37

6TKK 702

MK Bersamaan dengan Pengendalian

Proses

Perancangan Alat Proses

Komputasi Proses

Reaktor

Perpindahan Massa


7/37

7TKK 702

Evaluasi

1. Presensi / kehadiran mengikuti kuliah 15 %

2. Tugas dan Quis 25 %

3. Ujian Tengah Semester 30 %

4. Ujian Akhir Semester 30 %


8/37

8TKK 702

Pengantar Pengendalian Proses

Apa itu pengendalian proses

Obyektif dari pengendalian proses (kenapa ini

penting)

Konsep kontrol berumpan balik (feedback control)


9/37

9TKK 702

Tentang apakah pengendalian proses itu?

Mengenai mengoperasikan sebuah proses

sedemikian rupa hingga karakteristik proses

yang penting dapat dijaga pada target yang

diinginkan, meski ada gangguan dari luar

contoh: Refinery - komposisi dari jenis tertentu seharusnyapada harga tertentu


10/37

10TKK 702

1. Pengendalian proses secara langsung mempengaruhikeselamatan dan kehandalan sebuah proses

Sebuah sistem kontrol menyediakan operasi yang aman, alarm,

safety constraint control, startup dan shutdown

Menstabilkan proses yang tidak stabil mencegah variabel tertentu

yang penting lepas kendali

contoh: pengontrolan suhu dari reaktor polimerisasi


11/37

11TKK 702

2. Pengendalian proses yangtepat memperbaiki kualitas

produk yangdihasilkan oleh sebuah proses

Mengurangi variabilitas

untuk banyak kasus, pengurangan produk yang

berubah-ubah ada pada permintaan yang tinggi danmemiliki nilai tambah yang tinggi (contoh: feedstock

untuk polimer)


12/37

12TKK 702

3. Memaksimalkan produktivitas

banyak sekali waktu yang dibutuhkan untuk

mengontrol batasan-batasan semakin dekat operasi

yang dilakukan dengan batasan-batasan tersebut

semakin banyak profit yang dapat dibuat

Bottom line: pengendalian proses memiliki pengaruh

yang besar pada keuntungan sebuah perusahaan


13/37

13TKK 702


14/37

14TKK 702

Pengantar

Apakah proses itu ?

Bagaimana kita melakukan

pengontrolan/pengendalian ?


15/37

15TKK 702

Proses

Apa yang kita maksud dengan proses dalam teori kontrol?

Proses (P) adalah sebuah operasi yang mengambilINPUT dan memberikan OUTPUT

Atau

Proses (P) adalah sebuah peta dari ruang input ke ruangoutput


16/37

16TKK 702

Proses

INPUT

Manipulated Variable (MV): u

sesuatu yang dapat diubah-ubah/dimanipulasi

actuating signal

Disturbance: d

sesuatu yang datang sebagai hasil dari beberapa fenomena luar dan

mempengaruhi output tetapi tidak dapat dimanipulasi

OUTPUT (Controlled Variable, CV): y

kuantitas yang dapat diobservasi yang kita dapat diukur dan ingin diatur


17/37

17TKK 702

Sebuah Contoh ProsesPengendalian KecepatanMobil

Diukur dan dikontrol:

Kecepatan Variabel keluaran

Dimanipulasi atau digerakkan (diaktuasi):Tekanan dan akselerator Variabel masukan

Faktor luar

friksi, kemiringan jalan Disturbance (gangguan)


18/37

18TKK 702

Konsep Proses Dalam Teori Kontrol

Dalam flowsheeting proses

Dalam pengendalian proses


19/37

19TKK 702

Contoh

Stirredtank heater

Apa MV, CV dan disturbance-nya?


20/37

20TKK 702

Apa varibel masukan dan keluarannya?

Tergantung pada

apa yang perlu dikontrol

apa yang dapat dimanipulasikan

Jika T itu yang dikontrol dengan memanipulasi daya dari

heater Q:


21/37

21TKK 702

Kontrol

Apa sasaran dari kontrol?

Untuk mengatur keluaran proses akibat adanya

pengaruh gangguan,mengendarai mobil,mengontrol

komposisi reaktor kimia

Untuk menstabilkan proses yangtak stabil

menaiki sepeda

kontrol pesawat

kontrol suhu dari reaktor polimerisasi


22/37

22TKK 702

Sistem Kontrol

Sebuah proses yang dikontrol (controlledprocess) adalah sebuahsistem yang terdiri dari dua sistem yang berinteraksi:

Kebanyakan sistem yang dikontrol adalah sistem dikontrol berumpan-balik

Kontroler didisain untuk menyediakan pengaturan keluaran proses karenaadanya gangguan


23/37

23TKK 702

Strategi Pengendalian

Strategi apa yang dapat kita gunakan dalam

pengendalian proses?

Feedback (berumpan-balik)

Feedforward (berumpan-maju)


24/37

24TKK 702

Feedback control untuk kecepatan

1.Mengukur kecepatan aktual

2.Menemukan perbedaan:

Error = Kecepatan diinginkan - Kecepatan aktual

3.Memutuskan berapa daya yang seharusnya diterapkan pada akselerator:

jika Error>0 maka tekan gas lebih keras

jika Error


25/37

25TKK 702

Feedforward control dari kecepatan

1. Lihat kemiringan jalan

2. Jika menanjak, tekan gas lebih keras

jika menurun, angkat gas sedikit atau malah gunakan rem

CV-nya tidak diukur.

Gangguannya diukur dan controller beraksi sesuai dengan

gangguannya


26/37

26TKK 702


Pengontrolan suhu

Asumsi:

(1) Laju alir masuk = laju alir keluar

(2) Densitas cairan konstan

Sasaran pengontrolan: T = TRR

CV? MV? Gangguan?

1. Berapapanas yang harus disuplai?

Necara energi kondisi tunak:

Untuk T = TRRJika:

(1)Asumsinya valid

(2) Laju alir masuk dan suhu masuk sama dengan harga nominalnya

Maka: T = TRR

inTTCwQ !

inR

TTCwQ !


27/37

27TKK 702


Perkirakan suhu masukT

in berubah terhadap waktu. Bagaimanakita dapat memastikan T masih pada atau mendekati set point TR

?

1. Gunakan tangki yang BESAR, Mahal

2. Ukur T dan atur Q

Bandingkan T dengan TR

Atur Q berdasarkan error-nya

3. Ukur T dan atur w

4. Ukur Tin dan atur Q

5. Ukur Tin dan atur w

6. Ukur Tin dan T dan atur Q

7. Ukur Tin dan T dan atur w

in

TTwCQ !

? Ain TTCQW ! /


28/37

28TKK 702


Klasifikasi strategi pengendalianFeedback control (Metode 2 dan 3):

CV dari proses diukur dan hasil pengukurannya digunakanuntuk mengaturMV

T diukur dan Q (metode 2) atau w (metode 3) diatur

Variabel gangguan (Tin) tidak diukur

Negative feedback:

CV ditekan ke arah set point

Positive feedback:

CV ditekan menjauhi set point


29/37

29TKK 702


Keuntungan dan kerugian Feedback control

Keuntungan:

Aksinya korektif

Menangani semua gangguan (gangguan dalam Tin, w, suhulingkungan, dsb.)

Hanya perlu pengetahuan yang minimum

Tidak memerlukan pengukuran gangguan

Pengaturan dengan trial-error

KerugianMenangani gangguan hanya setelah CV menyimpang dari set point-nya


30/37

30TKK 702


Klasifikasi strategi pengendalian

Feedforward control (Metode 4dan 5):

Gangguan (Tin)diukur dan MV (Qdan w)diatur

CVtidak diukur

Keuntungannya:

Dapat menyediakan pengendalian yangsempurna (secara teori, jikamodelnya sempurna dan pengukuran gangguan yang ada akurat)

Kekurangannya:

Perlu modelyangsempurna

Tidak dapat menangani gangguan yangtidak terukur (seperti

perubahan suhu lingkungan)Tidak ekonomis untuk mengukur seluruh gangguan

Feedback controldigunakan dalam kombinasi feedforward control(Metode 6dan 7)


31/37

31TKK 702

Diagram blok proses

Implementasi dariMetode 6 (feedback control)Diukur: T(t)

Diatur: Q(t)

Operasi pengendalian suhu:

1. Suhu keluar tangki diukur dengan termokopel yang menghasilkan sinyal

mV yang sesuai2. Sinyal yang berubah dengan waktu ini harus dikuatkan ke sinyal tingkatvoltase V(t) dan dikirim ke kontroler

3. Kontroler melakukan tiga tugas:

merubah set point TR

ke tegangan VR

menghitung error e(t) = VR

- V(t)

menghitung beban panas Q(t) dan mengirim sinyalnya yang sesuai p(t) keheater

4. Sebagai respon sinyal masukan p(t), heater merubah sinyal p(t) ke arusyang menghasilkan Q(t)

? A)()( tTTKQtQ cn !


32/37

32TKK 702

Diagramblok kontrol


33/37

33TKK 702

Kontrol dimaksudkan untuk menyediakan regulasi

keluaran proses sebagai sebuah rujukan, r, akibat adanya

gangguan

Deviasi dari keluaran pabrik, e=(r-y), dari rujukan yang

dimaksud digunakan untuk membuat perubahan

(adjustment) yang tepat pada masukan pabrik, u

Kontroler dapat berupa kontroler analog, kontroler dijital,

sebauh komputer, atau seorang operator yang melakukan

manipulasi yang diperlukan


34/37

34TKK 702

Feedforward control

Diukur Tin, Q


35/37

35TKK 702

Sistem Kontrol Lup Terbuka

Faktor penting: WAKTU

Kelebihan:

konstruksi sederhana

perawatan mudah

lebih murahtidak ada persoalan kestabilan

cocok untuk keluaran yang sukar diukur atau tidak ekonomis (contoh:mengukur kualitas keluaran pemanggang roti)

Kekurangan:

tidak menangani gangguanperubahan kalibrasi

untuk menjaga kualitas yang diinginkan perlu kalibrasi ulang dari waktu kewaktu

C P

yu


36/37

36TKK 702

Bagaiamana mendokumentasikan pengendalian proses?

A Analyzer (analisis khusus yangsering diindikasikan dengan simbol,

seperti untuk V [untuk densitas]atau pH)

F flowrate

L leveldari cairan atau padatan di dalam vessel

P pressure

T temperature


37/37

37TKK 702

Sinyal Transmisi

Pneumatic (tekanan udara)

normalnya 3 - 15 psig

gambar sinyalnya pada PI&D:

Elektrik/elektronik

normalnya 4 - 20 mA

Dijital atau diskret (0 dan 1)

Untuk mengubah dari satu sinyal ke sinyal lain digunakan

TR

ANSDUCER

. I/P artinya mengubah dari sinyal listrik (I) kepneumatik (P)

FY

10

I/P

pengendalian proses k-1

Documents