perancangan sistem pengendalian level flash...

1

PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN LEVEL FLASH TANK PADA UNIT BLOWDOWN SYSTEM BERBASIS METODE DIRECT SYNTHESIS DI PT. PETROKIMIA GRESIK

(Riska Wulan Sari; Ir. Moch. Ilyas Hs; Eri Wahyu. W, ST) Program Studi S-1

Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS, Keputih Sukolilo-Surabaya 60111

Abstrak

Didalam unit blowdown system terdapat dua tangki yaitu flash tank dan blowdown tank. Flash tank berfungsi untuk memisahkan steam yang dihasilkan air residu sedangkan blowdown tank berfungsi untuk menampung keluaran dari flash tank dan membuang air residu sebagai limbah. Pengontrolan level air residu hanya terdapat pada flash tank yang dikendalikan menggunakan mode kontrol PID dengan nilai set point 50 % dari ketinggian level tangki flash tank yaitu 1.22meter . Dari data level flash tank yang diperoleh, maka dapat dilakukan perhitungan pengujian simulasi. Dengan melakukan penalaan tuning PID didapat nilai P = 0.85 tersebut belum bekerja dengan optimal karena kurang akurat dalam proses tuning parameter berupa Kp dan permasalahan dari plant flash tank adanya error 2% yaitu 4.7% bahwa respon belum stabil. Maka untuk menstabilkan plant flash tank dilakukan pentuningan dengan mode kontrol PID yang menggunakan Metode Direct Synthesis telah diterapkan untuk merancang tipe kontroler dan tuning parameter-parameter kontrolernya. Tipe kontroler yang didapatkan dari metode ini adalah tipe Proportional Integral Derivative (PID). Dan tuning parameter-parameter kontrolernya diperoleh nilai Kp = 31.61 dan Ti = 15.51 dan Td = 8.50. Karakteristik respon dari uji step, tracking set point dan berupa time constant, settling time, rise time, error steady state, dan ITAE dengan metode Direct Synthesis menunjukkan performansi yang jauh lebih baik dari pada P real.

Kata kunci : Blowdown system, Flash Tank , PID, karakteristik respon

I. PENDAHULUAN

Latar Belakang

Pada unit BlowDown system terdapat dua tangki yaitu flash tank dan blowdown tank. Kedua tangki ini saling berhubungan diamana keluran dari flash tank akan ditampung di blowdown tank. Masukan pada flash tank merupakan continuous blowdown dari steam drum boiler. Untuk penelitian ini akan diterapkan metode direct synthesis untuk merancang tuning parameter plant level flash tank. Pada plant flash tank menggunakan mode kontrol P saja terjadi error > 2% yaitu 4.7% maka dengan tugas akhir saya ini yaitu merancan sistem pengendalian flevel flash tank menggunakan mode kontroler PID agar plant bekerja dengan stabil dan tidak terjadi error.

Perumusan masalah

Permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini adalah bagaimana merancang sistem pengendalian level (ketinggian) air pada flash tank agar tercapai set point di PT. Petrokimia Gresik dengan tuning parameter kontroler Proportional Integral Derivative (PID) menggunakan metode Direct synthesis Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah merancang sistem pengendalian level (ketinggian) air pada flash tank dengan tuning parameter kontroler Proportional Integral Derivative (PID) menggunakan metode Direct synthesis. Dan manfaat dari penelitian ini adalah akan didapatkan strategi kontrol level air pada plant tersebut dengan performansi kontrol yang optimal.

II. TEORI PENUNJANG . 2.1 Flash Tank pada unit Blowdown system

Blowdown yang sewaktu-waktu dioperasikan secara manual menggunakan sebuah kran yang dipasang pada pipa pembuangan pada titik terendah shell boiler untuk mengurangi parameter (konduktivitas, pH,

konsentasi Silica dan Fosfat) dalam batasan yang sudah ditentukan sehingga tidak berpengaruh buruk terhadap kualitas steam. Jenis blowdown ini juga merupakan metode efektif untuk membuang padatan yang telah lepas dari larutan dan menempati pipa api dan permukaan dalam shell boiler. Pada blowdown yang sewaktu-waktu, jalur yang berdiameter besar dibuka untuk waktu sesaat, yang didasarkan pada aturan umum misalnya “sekali dalam satu shift untuk waktu 2 menit”.

Gambar 2.1 Flash Tank

Blowdown yang sewaktu-waktu menyebabkan

harus ditambahkannya air umpan ke dalam boiler dalam jumlah besar dan dalam waktu singkat, sehingga membutuhkan pompa air umpan yang lebih besar daripada jika digunakan blowdown kontinyu.

Terdapat pemasukan yang tetap dan konstan sejumlah kecil aliran air boiler kotor, dengan penggantian aliran masuk air umpan yang tetap dan konstan. Hal ini menjamin dan kemurnian steam pada beban steam tertentu. Kran blowdown hanya diatur satu kali untuk kondisi tertentu, dan tidak perlu lagi diatur setiap saat oleh operator. Walaupun sejumlah besar panas diambil dari boiler, tetapi ada peluang pemanfaatan kembali panas ini dengan mengembuskannya ke flash tank dan mengasilkan flash steam. Flash steam ini dapat digunakan untuk pemanasan awal air umpan boiler. Jenis blowdown ini umum digunakan pada boiler bertekanan tinggi.

2

Residu blowdown yang meninggalkan flash vessel masih mengandung energi panas yang cukup dan dapat dimanfaatkan kembali dengan memasang sebuah penukar panas untuk memanaskan air make-up dingin. Sistem pemanfaatan kembali panas blowdown yang lengkap seperti yang digambarkan dibawah dapat memanfaatkan hingga 80% energi yang terkandung dalam blowdown, yang dapat diterapkan pada berbagai ukuran boiler steam dengan waktu pengembalian modalnya bisa kembali hanya dalam beberapa bulan. 2.2 Sistem pengendalian level pada flash tank

Variabel dinamik yang harus dicontrol pada Flash Tank agar proses dapat berlangsung secara optimal adalah level fluida cair di dalam Flash Tank. Level fluida yang terlalu tinggi akan menyebabkan fluida gas (steam) yang dihasilkan akan mengandung uap air sehingga akan membahayakan proses berikutnya disamping itu juga akan menyebabkan kerusakan pada pipa – pipa yang ada di dalam Blowdow. Pada flash tank hanya berupa fluida cair yang tinggi level air akan diukur oleh transmitter kemudian dtransfer datanta keruang control room.

Gambar.2.2. Diagram Blok untuk fungsi transfer sistem

close loop

Untuk mengendalikan level pada flash tank menggunakan mode kontroler P saja yang responnya menunjukan belum stabil. 2.3 Metode Direct Synthesis

Kontrol PID Direct Synthesis merupakan salah satu metode tuning PID yang dapat menjejaki/tracking model pada respons sistem closed-loop yang diinginkan. Metode ini menggunakan strategi teknik penempatan pole (pole placement) dan domain frekuensi, seperti halnya spesifikasi gain margin dan phase margin. Hal ini sangat berbeda dengan metode tuning Ziegler Nichols atau dengan metode tuning Cohen-Coon yang mendapatkan parameter-parameter PID-nya berdasarkan kurva reaksi transient atau osilasinya. Misalkan model blok diagram sistem kontrol loop tertutup, ditunjukkan dibawah ini :

Gambar 2.1 Blok Diagram Sistem Kontrol Loop Tertutup Dengan Gp(s): plant, Gcv(s): control valve, Gc(s): kontroler. Bentuk kontroler yang diperoleh dari sistem closed loop :

)()()(1

)()()(

)(

)(

sGsGsG

sGsGsG

sR

sY

ccvp

ccvp

+=

Pada tabel dibawah ini digunakan untuk menentukan model referensi berdasarkan sistem close loop.

Tabel 2.1. Tabel Koefisien Indeks Performansi ITAE untuk Input Step

2.4 FOPDT Model proses self regulating->FOPDT (First Order

Plus Dead Time). Model ini termasuk bersifat stabil, karena tanpa pengontrolan, model tersebut sudah dapat merugulasi sendiri. Rumus FOPDT yaitu:

s

TosKesG

τ+=

−

1)( Pade solution :

21

21

s

s

Tos

To

To

e+

−=−

III. PERANCANGAN SISTEM DAN SIMULASI 3.1 Sistem kerja dari plant flash tank

Pada unit blowdown system terdapat dua tangki yaitu flash tank dan blowdown tank. Kedua tangki ini saling berhubungan dimana keluaran dari flash tank akan ditampung di blowdown tank. Masukan pada flash tank merupakan continuous blowdown dari steam drum boiler dimana memiliki laju aliran sebesar 2% dari load boiler. Dalam flash tank, air yang bersifat residu ini dijaga tingkat levelnya dengan menggunakan LT 620 dan LG 620. Air ini memiliki temperatur tinggi ± 300º C yang menghasilkan steam dimana steam ini akan dimanfaatkan kembali sebagai masukan ke deaerator. Perbedaan antara LT 620 dan LG 620 ialah pada LT 620 merupakan level transmitter yang merubah besaran dari sensor menjadi sinyal yang bisa dibaca oleh controller yaitu LIC 620, sedangkan pada LG 620 merupakan level glass sejenis indikator yang terletak di field / lapangan yang terbuat dari kaca dimana operator dapat memantau tingkat level pada flash tank. Keluaran pada flash ditampun oleh blowdown system berupa flash steam dan berupa steam untuk masukan ke dearator.

Gambar 3.1. Paping pada plant Flash Tank

3

Blowdown tank ini berhubungan dengan intermitten blowdown / blowdown sewaktu – waktu. Jika TDS menunjukkan kualitas air yang buruk atau pH air sangat tinggi, maka perlu dilakukan intermitten blowdown. Air terdapat dalam blowdown tank didinginkan oleh cooling water header sehingga temperaturnya menjadi agak dingin berkisar ± 100º C dan steam yang dihasilkan akan dibuang melalui boiler top. Sedangkan untuk airnya akan diblowdown atau dibuang sebagai limbah.

Residu blowdown yang meninggalkan flash vessel masih mengandung energi panas yang cukup dan dapat dimanfaatkan kembali dengan memasang sebuah penukar panas untuk memanaskan air make-up dingin. Sistem pemanfaatan kembali panas blowdown yang lengkap seperti yang digambarkan dibawah dapat memanfaatkan hingga 80% energi yang terkandung dalam blowdown, yang dapat diterapkan pada berbagai ukuran boiler steam dengan waktu pengembalian modalnya bisa kembali hanya dalam beberapa bulan. 3.2 Perancangan sistem pengendalian level pada plant Flash Tank

1. Plant Flash tank Model matematis plant pada tangki flash tank

dibuat dengan asumsi bahwa: a) Pendekatan bangun ruang flash tank didekati dengan

pendekatan bentuk kotak atau balok. b) Tekanan dan suhu dianggap konstan. c) Laju aliran masuk (inlet) pada flash tank dianggap

konstan. d) Dinamika ketinggian atau level air dalam tangki flash

tank dianggap konstan. e) Laju aliran keluar untuk air konstan.

Hukum kestimbangan massa :

)()( tQtQdt

dhA outin −= (3.1)

��

� (3.2)

Dengan A = Luas Tangki (πr2) Qin = flow (aliran) fluida yang masuk ke tangki (m3/h). Qoot = flow (aliran) fluida yang keluar dari tangki (m3/h).

dt

dhA = dinamika volume yang terakumulasi dalam

tangki. h = Tinggi level tangki Nilai R didapat dari h/q Dari persamaan diatas, maka persamaan (3.1) disubtitusi ke persamaan (3.2) menjadi :

��

��

�

�

��

��

��

��

��

�� 1� ��

��

��

�

�� 1�

�� , �� !��

��

��

�

�� 1�

Dimana :

R = h / q (h = tinggi level tangki, q = laju aliran) A = luasan tangki (πr2)

Dari plant didapat :

Laju aliran pada flash tank ialah sebesar 2% dari load boiler dimana load boiler itu sendiri sebesar 90.000 kg/jam. Maka nilai Q ialah Q = 2% x 90.000 kg/jam=1800 kg/jam= 0,5 kg/s D = 50,8 cm, maka r = 25,4 cm = 0.254 m H = 121.92 cm = 1,22 m • Perhitungan : A = πr2 = 3,14 (0,254)2 = 0,2026 m2 R = H/Q = 1,22 / 0,5 = 2,44 RA = 2,44 x 0,2026 = 0,49

( )( ){ }12026,044,244,2

.)()(

+=

ssHr

sH

Gain plant :

��

��

�

�� 1�

Maka :

( )149.044,2

.)()(

+=

ssHr

sH

2. Control Valve (LV 620) Control Valve yang digunakan pada unit ini adalah LV 620. Dimana persamaan dasar dengan gain control valve,

+=

1

1)(

cvsTKcvcvG

(3.3)

in

Outcv Span

SpanK =

(3.4)

Pada datasheet control valve LV 620. Dimana nilainya : Outlet pressure max flow = 15 Kg / cm2 (g) ; Outlet pressure min flow = 3 Kg / cm2 (g) ; Inlet pressure max flow = 20 Kg / cm2 (g); Inlet pressure min flow = 4 Kg / cm2 (g) ; SpanOut = Aliran maksimum tekanan keluaran - Aliran minimum tekanan keluaran ; Spanin = Aliran maksimum tekanan masukan - Aliran minimum tekanan masukan. Dari persamaan (3.4) didapatkan:

75,016

12420

315

==

−−=

cv

cv

K

K

4

Nilai cvK diperoleh dengan memasukkan data

perbandingan antara SpanOut dan Spanin sebagaimana persamaan

Tcv = Tv (delta v + Rv)

Tv = Time Stroke = 1.6 sekon

Karena tidak didapatkan data dari time stroke LV 620 maka diasumsikan nilainya adalah

∆v = fraksi perubahan control valve = lvemasukan va

vebukaan val ,

∆v = 1,250

105=

Maka dapatlah didapatkan nilai Tcv dari persamaan diatas adalah

Tcv = Tv (∆v +Rv) Tcv = Tv (∆v + 0,3)

Tcv = 1,6(2,1 + 0,3)

Tcv = 3,84 m3/s

G(cv) = gain kontrol valve

Dari data yang diperoleh tersebut dan dengan memasukkan persamaan diatas maka dapat diperoleh gain kontrol valve sebesar, yang menggunakan persamaan (3.3) yaitu:

G(cv) = K(cv)

+ 1 sT

1

CV

G(cv) = 0,75

+ 1 3,84s

1

G(cv) =

+ 1 3,84s

0,75

Maka gain control valve =

+ 1 3,84s

0,75

3. Transmitter (LT 620)

Dalam flash tank, air yang bersifat residu ini diukur tingkat levelnya dengan menggunakan transmitter (LT 620). Air ini memiliki temperatur tinggi ± 300º C yang menghasilkan steam dimana steam ini akan dimanfaatkan kembali sebagai masukan ke deaerator.. Dimana nilainya :.Outlet pressure max flow = 90,2 Kg / cm2 (g) ; Outlet pressure min flow = 26,3 Kg / cm2 (g) ; Inlet pressure max flow = 20 Kg / cm2 (g); Inlet pressure min flow = 4 Kg / cm2 (g) ; SpanOut = Aliran maksimum tekanan keluaran - Aliran minimum tekanan keluaran ; Spanin = Aliran maksimum tekanan masukan - Aliran minimum tekanan masukan Maka diperoleh gain transmitter adalah :

in

Out

Span

SpanTGainS =/

m/A25,09,63

16

3,262,90

420

==

−−=

Maka gain transmitter = 0,25 Maka blok diagram dari rancangan kendali PID dengan metode Direct Synthesis untuk aplikasi sistem pengendalian level pada Flash Tank adalah

Gambar 3.2 Diagaram blok sistem pengendalian level pada

Flash tank Untuk mendapatkan model referensi dilakukan uji respon open loop untuk mendapatkan nilai To untuk dimasukan kepersamaan FOPDT .Dibawah ini merupkan sistem open loop flash tank Sistem open loop :

46.133.488.1

83.1

)(

)(2 ++

=sssHr

sH

Pada uji respon open loop didapatkan nilai steady state = 1.254 K(gain) = 1-1.254 = -0.254 Τo = τ – (0.28K) = -0.169(0.28(-0.254)) = -0.098

Didapatkan nilai To untuk penurunan model matematis

pada FOPDT :

( )

1169.0254.0

)(098.0

+−−=

−−

s

esG

s

Maka menjadi rancangan kontroler yang menggunakan FOPDT

1Gc( )

1169.0

254.0 098.0

+−− −−

s

e s

Gambar 3.3 Diagram blok kontroler menggunakan FOPDT Pemodelan dari gambar 3.8 diagram blok diatas sebagai berikut :

( )

( )

1169.0

254.01

1169.0

254.0

)(

)(098.0

098.0

−+

−=

s

eGc

s

eGc

sR

sYs

s

( )

( )

1169.0

254.0.1

1169.0

254.0.

)(

)(098.02

098.02

−+++

−++

=

s

e

s

KiKpsKdss

e

s

KiKpsKds

sR

sYs

s

( )149.0

44,2

+sKontroler

PID 1 3,84s

0,75

+

25,0

5

( ) ( )

( ) ( )

ss

eKiKpsKdsssss

KiKpsKdse

sR

sYs

s

−++−

−++

=

2

098.022

2

2098.0

169.0

254.0169.0.

169.0

254.0.

)(

)(

( ) ( )

( ) ( ) ( )KieKpseKdsess

KiKpsKdse

sR

sYsss

s

098.0098.02098.02

2098.0

254.0254.0)254.0(169.0.

254.0.

)(

)(

+++−++=

Pade solution :

2

098.01

2

098.01

098.0

s

s

e s

−

+=−

Sehingga rancangan kontroler PID menjadi :

( )( ) ( )( ) ( ) ( )( )

s

ssKpKp

s

sKi

s

sKdsKd

KiKpsKds

s

s

sR

sY

049.01

2049.00124.01254.0

.

049.01

0124.0254.0

049.01

200084.00124.0169.0254.0

.

2

049.01

0124.0254.0

.

)(

)(

−

−+−+

−

++

−

−++

++

−

+

=

( )( )sKiKisKpssKpssKdssKds

KiKpsKdss

sR

sY

0124.0254.02

049.02

0124.0254.03

00084.03

0124.02

169.02

254.0.

20124.0254.0.

)(

)(

++++−+−++

+++=

( )( )( ) ( ) ( ) ( )KisKiKpsKpKdsKd

KiKpsKdss

sR

sY

254.010124.0254.02

0124.0218.0254.03

00084.00124.0.

20124.0254.0.

)(

)(

+−+++++−

+++=

Dari uji respon model simulink open loop Flash Tank dapat diketahui nilai steady state = 1.254 Nilai time constan (τs) : τs = 63% x nilai steady state = 1.254 x 0.63 τs = 0.79 Nilai settling time (Ts) : Ts = 4. τs = 4 x 0.79 Ts = 3.16s Nilai Frekuensi Natural (Wn ) :

WnTs

ξ4=

WnTs

.2

4=

3.3 Model Referensi

Fungsi transfer kontroler dengan menyertakan model referensi pada kontroler PID yang dibawah ini :

( )( )( ) ( ) ( ) ( )KisKiKpsKpKdsKd

KiKpsKdss

sR

sY

254.010124.0254.02

0124.0218.0254.03

00084.00124.0.

20124.0254.0.

)(

)(

+−+++++−

+++=

Dengan uji sistem close loop pada gambar didapatkan nilai steady state = 1.254, nilai time constan (τs) = 0.79, nilai settling time (Ts) = 3.16, dan nilai frekuensi natural (Wn) = 1.58. Pada model refrensi yang nenggunakan metode direct synthesis ITAE yang menggunakan orde 3 yaitu :

3223 15.375.1)( WnSWnWnSSsGm +++=

Maka 3223 15.375.1)( WnSWnWnSSsGm +++=

( ) ( ) ( )3223 58.158.115.358.175.1 +++= SSS

94.384.777.2 23 +++= SSS 3.4 Perancangan Kontroler dan Tuning Parameter dengan Metode Direct Synthesis

Dalam melakukan simulasi digunakan Matlab 7.0 pada saat perancangan pengendali PID maka dilakukan simulasi penalaan parameter kendali PID untuk mengendalikan level pada flash tank ketika tanpa diberi kontroler (sistem open loop). Maka dilakukan simulasi sistem pengendalian level flash tank dengan pengendalian PID yang telah dirancang

1 72s

0,75

+ ( )10.49s2.44

+

25.0

Gambar.3.5. Diagram Blok untuk fungsi transfer sistem pengendalian level flash tank

Dengan Kp sebagai gain proporsional dan Ki sebagai gain integral dan Kd sebagai gain derivative nilai tuningnya. Dengan menggunakan pool dari persamaan close loop. Maka nilai paramater tuning PID yaitu :

( )( )( ) ( ) ( KiKpsKpKdsKd

KiKpsKdss

sR

sY

0124.0254.02

0124.0218.0254.03

00084.00124.0.

20124.0254.0.

)(

)(

+++++−

+++=

Dengan acuan model referensi Gm(s) untuk mendapatkan

nilai Kp, Ti, Td yaitu : 94.384.777.2)( 23 +++= SSSsGm

Didapatkan nilai tuning paramater sebagai berikut : Perhitungan nilai parameter tuning Ki :

94.3254.0 =Ki

254.0

94.3=Ki

51.15=Ki Maka nilai paramter tuning Ki = 15.51 Perhitungan nilai parameter tuning Kp :

84.710124.0254.0 =−+ KiKp 84.7)1)51.15((0124.0254.0 =−+Kp

84.7)192.0(254.0 =−+Kp

192.084.7254.0 +=Kp

03.8254.0 =Kp

254.0

03.8=Kp

61.31=Kp

Maka nilai paramter tuning Kp = 31.61 Perhitungan nilai parameter tuning Kd :

77.20124.0218.0254.0 =++ KpKd 77.2)61.31(0124.0218.0254.0 =++Kd

77.261.0254.0 =+Kd 61.077.2254.0 −=Kd

16.2254.0 =Kd 504.8=Kd

Maka nilai paramter tuning Kd = 8.504

Wn.2

416.3 =

58.1=Wn

6

IV. PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1 Data Riil Plant Tranding Level Flash Tank

Pada gambar 4.1 tersebut terlihat terjadi error > 2% yaitu 4.7%. Maka respon flash tank menggunakan mode kontroller P saja tidak stabil.

Gambar 4.1 Grafik Data Riil Tranding Level pada Flash

Tank

Pada gambar diatas menunjukkan hubungan antara PV dan waktu dengan menggunakan kontroler P saja dimana gainnya bernilai 0,85. Nilai PV tersebut berfluktuasi disekitar nilai set point yaitu 50 % dengan offset yang berbeda – beda. Unit blowdown system untuk flash tank di PT. Petrokimia ini hanya menggunakan controller P dengan menetapkan nilai gain sebesar 0,85. Pada umumnya untuk pengendalian level digunakan kontroler PID. Dari sini bisa disimpulkan bahwa penggunaan jenis kontroler untuk sebuah unit harus disesuaikan dengan kebutuhan, kondisi plant dan karakteristik dari proses. 4.2 Pengujian dinamika sistem pengendalian kontrol

PID dengan sinyal step Uji kinerja model plant Flash tank

Gambar 4.2. Model simulink plant flash tank

Maka respon plant flash tank :

Gambar 4.3 Respon Flash tank

Dari gambar 4.3 di atas dapat dilihat hasil dari kinerja respon dari Flash tank tanpa pengendalian yang diberikan input sinyal step. Bahwa respon mampu mencapai nilai set point yaitu 0.61. Respon yang dihasilkan tidak menimbulkan overshoot serta waktu yang dibutuhkan untuk mencapai steady state atau settling time relatif kecil yaitu 3s. Uji kinerja control valve

Gambar 4.4. Model simulink control valve LV 620

Maka respon control valve :

Gambar 4.5 Respon Control Valve (LV 620).

Pada uji respon control valve tanpa kontroler dengan set point 0.61. Sedangkan setlling time mencapai nilai 20s untuk mencapai kondisi steady. 4.3 Pengujian dinamika parameter kontrol PID untuk pengendalian level flash tank secara close loop. Uji kinerja model kontroler P real dilapangan :

Gambar 4.6. Model simulink kontroler P real

Maka respon kontroler P real :

Gambar 4.7 Respon parameter kontrol P dengan Kp = 0.85

Pada grafik 4.7 merupakan uji respon parameter kontroler P sebesar 0.85. Yang diberi set point 0.61. Terlihat pada respon tersebut kontroler P tidak mencapai set point atau error steady state sebesar 0.51.

Hasil respon transien pada Kontrol P kriteria 2%

Setpoint 0.61

Time constant 0.1 Rise time (0%-100%) - Peak time - Setlling time (2%) - Overshoot -

Tabel 4.1 Hasil respon transien pada kontrol P = 0.85 kriteria 2%

Uji kinerja model kontroler P rancangan :

Gambar 4.8. Model simulink kontroler P rancangan

0

50

100

150

1:11

19:11

13:11

7:11

1:11

19:11

13:11

7:11

1:11

19:11

13:11

7:11

1:11

19:11

13:11

7:11

1:11

PV

(%)

Waktu/jam

LIC620 pida.PV

LIC

6…

7

Maka respon P erancangan :

Gambar 4.9 Respon parameter kontrol P dengan Kp =

31.61 Pada uji respon pada kontroler P = 31.61 yang merupakan rancangan saya menunjukan respon lebik baik dari kontroler P = 0.85 yaitu nilai dari plant rill. Pada gambar 4.9 menunjukan error steady state 0.04 dengan membandingkan kontroler P = 0.85 yang error steady state mencapai 0.51.

Hasil respon transien pada Kontrol P kriteria 2%

Setpoint 0.61

Time constant 0.57 Rise time (0%-100%) 0.82s Peak time 1.24s Setlling time (2%) 2.28s Overshoot 10%

Tabel 4.2 Hasil respon transien pada Kontrol P = 31.61

kriteria2%

Uji kinerja model kontroler PI rancangan :

Gambar 4.10. Model simulink kontroler PI rancangan

Maka respon kontroler PI rancangan :

Gambar 4.11 Respon parameter kontrol PI dengan Kp =

31.61, Ti = 15.51

Hasil respon transien pada Kontrol PI kriteria 2%

Setpoint 0.61

Time constant 0.38 Rise time (0%-100%) 0.9s Peak time 1.24s Setlling time (2%) 1.52s Overshoot 12%

Tabel 4.3 Hasil respon transien pada Kontrol PI kriteria2%

Dari gambar 4.11 di atas dapat dilihat karakteristik performansinya. Untuk settling time sebesar 1.52s overshoot adalah 12%. Untuk uji metode direct synthesis dengan nilai Kp = 31.61, Ti = 15.51 dan Td = 0 baik untuk sistem pengendalian level flash tank masih terjadi overshoot namun tetap mendekati nilai set point Uji kinerja model kontroler PID rancangan :

Gambar 4.12. Model simulink kontroler PID rancangan

Maka respon koltroler PID rancangan:

Gambar 4.13 Respon parameter kontrol PID dengan Kp =

31.61, Ti = 15.51, Td = 8.50

Hasil respon transien pada Kontrol PID kriteria 2%

Setpoint 0.61

Time constant 0.38 Rise time (0%-100%) 14s Peak time 27s Setlling time (2%) 60s Overshoot 11%

Tabel 4.4 Hasil respon transien pada Kontrol PID kriteria2%

Pada uji metode Direct Synthesis dengan nilai Kp = 31.61, Ti = 15.51, dan Td = 8.50 diberikan set point 0.61. Pada respon sudah mulai steady mengikuti set point yang telah ditentukan. Dilihat dari respon di atas diperoleh peak time sebesar 27s. Terjadi overshoot relatif kecil 11%. Setelah melakukan uji dengan metode direct synthesis, kemudian dilakukan uji tracking set point menggunakan Kp = 31.61; Ti = 15.51 dan Td = 8.50 dengan set point level flash tank yang bervariasi. Uji kinerja Trackking set point :

Gambar 4.14 Model simulink Trackking set point

8

Maka respon trackking set point :

Gambar 4.15 Respon kontrol PID dengan tracking set

point Hasil respon transien pada tracking set point kriteria

2% Setpoint 2

Step Time 100

Time constant 1.26 Rise time (0%-100%)

14s

Peak time 27s Setlling time (2%) 65s Overshoot 36%

Tabel 4.5 Hasil respon trackking set point pada Kontrol PID setpoint 2

Hasil respon transien pada tracking set point kriteria

2% Setpoint 4

Step Time 200


14.2s

Peak time 27s Setlling time (2%) 60s Overshoot 70%


Hasil respon transien pada tracking set point kriteria

2% Setpoint 6

Step Time 300


14.2s

Peak time 27s Setlling time (2%) 70s Overshoot -108%


Dari gambar 4.15 di atas didapatkan respon parameter kontrol PID metode Direct Synthesis untuk mengendalikan level flash tank. Dari hasil respon di atas dapat dilihat bahwa parameter kontrol PID yang telah dirancang dapat menghasilkan respon yang baik. Nilai Kp, Ti dan Td yang dipakai untuk uji tracking set point adalah Kp = 31.61, Ti = 15.51 dan Td = 8.50 karena dari hasil uji dengan metode Direct Synthesis respon ini menghasilkan overshoot yang lebih kecil yaitu 1.08. Maka untuk uji tracking set point menggunakan nilai Kp, Ti dan Td yang sama. Dengan set point yang bervariasi, dimulai dari level flash tank sebesar 2, 4 dan 6. Pada uji penalaan parameter kontrol PID dengan metode Direct Synthesis untuk mengendaliakn level flash tank yang akan diberi gangguan, gangguan itu berupa kelebihan tegangan yang berasal dari control valve. Gangguan ini akan mempengaruhi parameter kontrol PID yang telah dirancang. Untuk uji ini dilakukan dengan menggunakan metode direct synthesis sehingga didapatkan hasil terbaik dengan nilai Kp = 31.61, Ti = 15.51 dan Td = 8.50. Maka akan dilakukan pengujian dengan diberi gangguan.

Uji kinerja Load :

Gambar 4.16 Model simulink kontroler PID dengan diberi

load Maka respon saat diberi load :

Gambar 4.17 Respon parameter kontrol PID dengan

gangguan.

Hasil respon transien pada Load (gangguan)

Setpoint 0

Time constant 0.05 Rise time (0%-100%) 0.1s Peak time 15s Setlling time (2%) 60s Overshoot 53%

Tabel 4.8 Hasil respon transien load pada Kontrol PID Gambar 4.17 di atas merupakan hasil respon dari Kp = 31.61, Ti = 15.51, dan Td = 8.50 yang diberi gangguan. Maka diperoleh hasil respon dengan settling time yang lambat dan tidak adanya osilasi tetapi masih terjadi overshoot sebesar 53%. Dengan memberikan set point level flash tank 0 bisa didapatkan karakteristik performansinya, dengan settling time terjadi pada detik ke-60. Dari hasil respon parameter kontrol level flash tank didapatkan error steady state sebesar 0.02. Sehingga parameter kontrol PID yang dirancang sudah bisa mengatasi gangguan yang diberikan pada pengendalian level flash tank. . V. KESIMPULAN

1. Kontrol P flash tank jauh lebik baik dari kontrol P pada sistem real plant.

2. Dengan kontrol PI dapat mereduksi respon offset error dan mempercepat respon, namun pada respon terjadi osilasi yang dapat menimbulkan maximum overshoot.

3. Dengan kontrol PID dapat mereduksi maximum overshoot.

4. Dari hasil uji tracking set point dengan Kp = 31.61 dan Ti = 15.51 dan Td = 8.50 parameter kendali PID yang telah dirancang bisa mengikuti tracking set point dengan baik, meskipun masih memiliki overshoot 11 %.

9

5. Dengan uji penambahan disturbance sebesar 5, tampak rata-rata ada peningkatan performansi karakteristik respon PID Direct Synthesis terjadi overshoot 53%. Namun bisa mengikuti nilai set point.

DAFTAR PUSTAKA

1. Ogata, Katsuhiko., 1997, Teknik Kontrol Otomatik, Edisi 2 Jilid 1/2, Erlangga Jakarta.

2. The HK. Ferguson Company, Manual Instruction-Model 460Weightometer and DSC-1 Digital Feed Control System. 1977.

3. Kuo, B.C., 1995, Teknik Kontrol Automatik, Edisi 7, Jilid 1,Aditya Media, Jogjakarta..

4. Shearer, J. Lowen, Dynamic Modeling and Control of Engineering Systems, Macmillan Publishing

Company, New York, 1990. 5. Ogata K., Solving Control Engineering Problems with MATLAB, Prentice Hall International, Inc, 1994. 6. Ahusda, P, 2010. Metode Direct synthesis pada

Cascade Control Untuk Pengendalian Temperatur Steam di Superheater pada Power Plant PT. KDM, Tesis Magíster Teknik Elektro ITS Surabaya.

BIODATA PENULIS

Nama : Riska Wulan Sari TTL : Surabaya, 08 Januari 1989 Alamat : Perum. Wisma Lidah Kulon B/97 Surabaya Hp : 087853325725 Riwayat Pendidikan : 1. SDN Dr. Soetomo VIII Surabaya 2. SLTPN 21 Surabaya 3. SMA Muhammadiyah 2 Pucang Surabaya 4. Teknik Fisika – ITS Email : [email protected]

perancangan sistem pengendalian level flash...

Documents