pid

ROFIKA NUR AINI

1206 100 017

JURUSAN MATEMATIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2011

Desain Kendali pada Sistem Steam Drum Boiler dengan

Memperhitungkan Control Valve

PLTU Steam Drum Boiler

Sistem pengendali

(SMC dan PID)

Penelitian Teguh H. (2010), model

control valve tidak

diperhitungkan

DESAIN KENDALI PADA SISTEM STEAM

DRUM BOILERDENGAN

MEMPERHITUNGKAN

CONTROL VALVE

Rumusan masalah

Bagaimana model matematis dari control valve yang terdapat pada

steam drum boiler ?

Bagaimana penerapan metode SMC dan PID pada pengendalian

ketinggian air dan temperatur uap pada steam drum boiler ?

1

2

Batasan masalah

1.Plant yang dijadikan objek penelitian adalah steam drum boiler PT PJB Unit Pembangkitan Gresik PLTU

2. Variable yang dianalisa adalah ketinggian air dan temperatur uap.

3. Parameter dari sistem steam drum boiler diantaranya : flow air yang masuk Fin=386,54kg/jam, temperaturair yang masuk Tin=796 K, kapasitas panas pada steamdrum boiler Cp=79,676 J/kg K.

4. Diasumsikan steam drum boiler dalam keadaan belum terisi saat kondisi awal.

5. Simulasi plant dan kontroler dilakukan dengan software MATLAB.

Mendapatkan model matematis dari control valve yang terdapat pada

steam drum boiler

Rancangan sistem pengendalian ketinggian air dan temperatur uap pada steam drum boiler dengan menggunakan metode SMC

dan PID

TUJUAN

memberikan gambaran desain pengendalian ketinggian air dan temperatur uap pada steam drum boiler dengan metode Sliding Mode Control(SMC) dan Proportional Integral Derrivative (PID)

manfaat

Steam Drum Boiler

Bagian-bagian dari steam drum boiler , yakni :

Feedwater : bagian yang menghasikan flow air yang masuk Control valve w : bagian yang yang dikontrol buka tutup / control valve

flow air yang keluar untuk menjaga ketinggian air

Burner : bagian yang menghasilkan Q yang akan dikontrol untukmenjaga temperatur uap

in out

dhA F F

dt

in in

p

dT QAh F T T

dt C

outF kw h

Model matematika dari gambar di atas adalah :

(1)

(2)

Dengan

keterangan :T Temperatur uapFin Flow air yang masuk.Fout Flow air yang keluar.

Massa Jenis AirCp Kapasitas panas dalam steam drumQ Flow uapA Luas steam drumh ketinggian air atau level airTin Temperature air yang masuk.w control valve flow airk koefisien control valve

Dalam hal ini yang akan dijaga untuk ketinggian air pada h = 0,7625 m dan temperatur uap pada suhu T = 786 oK.

Steam Drum Boiler (lanjutan)

Sistem lup tertutup

Sistem Pengendalian

operatornya

jaringannya

manual

otomatik

Sistem lup terbuka

Sistem Pengendalian

Fungsi Switching

STATIC SMC

Dengan

, , .n

x t f x t b x t u d t

0),( txS

Sistem Dinamis

Permukaan Sliding

Kondisi Sliding

SS SKondisi Sliding

Sliding Mode Control (SMC)

de t x t x t

edt

dtxS

n 1

),(

1

( , )

nd

S x t edt

Proportional Integral Derivative (PID)

Untuk fungsi transfer control valve dapat

dinyatakan sebagai orde satu seperti di bawah ini :

Qv(s) adalah laju aliran keluar valve (liter/s), Mc(s) adalah sinyal masukan control valve (mA), Ktot adalah gain control valve, dan Tcv adalah time konstan control valve (detik).

Model Katup Kendali (Control Valve)

1 Pembentukan model matematika control valve pada stream drum boiler.

2 Simulasi model matematis control valve.3 Pembentukan model matematika ketinggian air dan temperatur

uap pada steam drum boiler.4 Simulasi open model, pembentukan plant steam drum boiler

dengan controloop plant steam drum boiler.5 Penggabungan l valve6 Perancangan desain pengendali SMC untuk sistem steam drum

boiler meliputi:a. Menentukan fungsi Switchingb. Menentukan permukaan Slidingc. Menentukan nilai estimasi pengendali .d. Mendefinisikan aturan SMC yaitu penggunaan control lawe. Substitusi nilai pada control law sehingga diperoleh control

input baru sebagai pengganti control input sebelumnya.f. Menentukan nilai K yang sesuai dengan kondisi sliding.

Metodologi Penelitian

7 Perancangan desain pengendali PID untuk sistem steam drum boiler dengan mencari parameter Kp,Ti,Td

8 Simulasi menggunakan software MATLAB dalam bentuk Simulink. Berupa diagram blok yang meliputi tentang bentuk rangkaian pengendali SMC dan PID pada sistem steam drum boiler sehingga dapat diketahui performansi sistemnya.

9 Analisis performansi sistem yang dikendalikan dengan SMC dan PID.

Metodologi Penelitian (lanjutan)

Pemodelan pada Control Valve

( )

( ) ( ) 1

v s totcv

c s cv s

Q KG

M

15 3

(20 4)s

psiK

mA

max( )span input

R

QdK f x

dx

Model matematika control valve :Pada control valve karakteristik linear :

Pemodelan pada Control Valve (lanjutan)

15 3

(20 4)s

psiK

mA

max( )span input

R

QdK f x

dxModel matematika control valve quick

opening :Pada control valve

karakteristik quick opening :


15 3

(20 4)s

psiK

mA

max( )span input

R

QdK f x

dxModel matematika control valve equal

percentage:Pada control valve

karakteristik equal percentage :

( )S

w w K sat

Ketinggian Air

1

1

aw

b h

1

maxKb h

1

1 1

max ( )a S

w satb h b h

Temperatur Uap

( )S

Q Q K sat

2 2a b TQ

c

max

hK

c

2 2max ( )

a b T h SQ sat

c c

Perancangan Pengendali static SMC

Dengan mencari matriks Jacobian didapatkan bentuk linear

dari model matematika ketinggian air dan temperatur uap pada steam drum boiler sebagai berikut:

Perancangan Pengendali PID

Metode tuning PID kurva reaksi Ziegler-Nichols

a. Penentuan Parameter PID (Kp, Ti, Td) Ketinggian Air pada Stream Drum Boiler

Perancangan Pengendali PID (lanjutan)

L= 0,5 T= 3,42

Kp = 1,2 T/L = 8,2

Ti = 2L = 1

Td = 0,5 L = 0,25

Ki = Kp.Ti = 8,2

Kd = Kp/Td = 2,05

a. Penentuan Parameter PID (Kp, Ti, Td) Temperatur Uap pada Stream Drum Boiler


L= 0,00000001 T= 0.0075

Kp = 1,2 T/L = 900.000

Ti = 2L = 0,00000002

Td = 0,5 L = 0,000000005

Ki = Kp.Ti = 0,013

Kd = Kp/Td = 1,3.1014


Nilai parameter tuning harus diperbaikiDengan metode heuristik didapatkan perbaikan nilai Kp 1012, Ti 0,001 dan Td 105

Grafik Ketinggian Air

Grafik Temperatur Uap

Hasil Simulasi Tanpa Controller

Grafik Temperatur Uap dengan PID

Grafik Ketinggian Air dengan static SMC Grafik Temperatur Uap dengan static SMC

Grafik Ketinggian Air dengan PID

Hasil Simulasi dengan static SMC dan PID

static SMC dengan Sinyal Sinus Kecil

PID dengan Sinyal Sinus Kecil

Hasil Simulasi dengan Gangguan Eksternal

PID dengan uji noise

Hasil Simulasi dengan Gangguan Eksternal

static SMC dengan Parameter Diperkecil

PID dengan Parameter Diperkecil

Hasil Simulasi dengan Gangguan Internal

PID dengan Uji Tracking Set Point

Hasil Simulasi dengan Gangguan Internal

1. Model matematika dari control valve pada steam drum boiler adalah :

2. Rancangan sistem pengendali PID dan SMC dapat diterapkan pada pengendalian ketinggian air dan temperatur uap pada steam drum boiler. Namun untuk PID, model matematika steam drum boiler harus dilinearkan terlebih dahulu.

3. Performansi sistem pengendalian ketinggian air dan temperatur uap pada steam drum boiler dengan metode PID dan static SMC menghasilkan :

a. Dengan metode static SMC, ketinggian air tidak bisa stabil di posisi yang diinginkan. Dan dengan static SMC, temperatur uap lebih cepat daripada PID dan sudah stabil namun masih belum seperti posisi yang diinginkan (masih terjadi 1,27 %). Sedangkan pada PID, ketinggian air sudah stabil di posisi yang diinginkan. Untuk temperatur uap juga stabil di posisi yang diinginkan.

Kesimpulan

b. Pada pengendalian ketinggian air dan temperatur uap, pengendali PID lebih robust terhadap gangguan eksternal baik yang bersifat kecil maupun besar dan tehadap gangguan internal baik dalam pengurangan maupun penambahan parameter dibandingkan staticSMC. Akan tetapi pada pengendalian temperatur uap, pengendali static SMC lebih cepat stabil daripada PID meskipun tidak mencapai posisi yang diinginkan (set point).

Kesimpulan (lanjutan)

Saran yang diajukan dari Tugas Akhir ini untuk penelitianselanjutnya adalah penggunaan pengendali PID pada tugasakhir ini sudah cukup baik bila dibandingkan pengendalistatic SMC, namun sebaiknya perlu dikaji lebih lanjut apabiladibandingkan dengan metode lain seperti dynamic SMC,Fuzzy Logic Controller (FLC) maupun Fuzzy Sliding ModeControl (FSMC).

Saran

Herlambang, T. 2010, Pemodelan Matematika dan Analisis Sifat-Sifat Sistem Level Air dan Temperatur Steam pada Steam Drum Boiler di PLTU 1/2 PT PJB UP Gresik. Laporan Kerja Praktek, jurusan Matematika, ITS, Surabaya.

Herlambang, T. 2010. Desain Pengendalian Ketinggian Air dan Temperatur Uap Pada Sistem Steam Drum Boiler Dengan Metode Sliding Mode Control (Smc). Tugas Akhir Jurusan Matematika , ITS, Surabaya.

Perruquetti, Wilfrid dan Barbot, J.P. 2002. Sliding Mode Control in Engineering , Marcel Dekker, Inc. , New York

Stephanopoulos, G, 1984, Chemical Process Control An Introduction To Theory And Practice, Prentice Hall International, London.

Wijaya, A. F. 2004. Perancangan Kontroller Neuro PID Self Tuning Berbasis Jaringan Syaraf Tiruan pada Proses Netralisasi pH di PT. Petrokimia Gresik. Tugas Akhir Jurusan Teknik Fisika , ITS, Surabaya.

Daftar Pustaka

pid

Documents