Tujuan Pembelajaran CHS31024 Edisi 8 Nop '06 2 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 Saat kuselesaikan bab ini, kuingin dapat melakukan hal-hal berikut.

Kerangka Kuliah CHS31024 Edisi 8 Nop '06 3 Kerangka Kuliah Elemen-elemen lup yang khas Variabel berhubungan dengan obyektif pengendalian - Contoh-contoh Ukuran-ukuran kinerja pengendalian yang khas Lima pendekatan terhadap pengendalian berumpan- balik

Diagram Blok Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop '06 4 Kontroler Elemen Kontrol Akhir Proses Sensor- Transmitter Masukan Keluaran Bab 3-6 Bab ini dan selanjutnya

Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop '06 5 TC A v1 v2 KONSEP: Kita telah melihat rincian yang terbatas dalan gambar perpipaan dan instrumentasi (P&ID). Kita melihat lokasi sensor, variabel yang diukur, koneksi ke elemen akhir (katup) dan lokasi elemen akhir.

Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop '06 6 T A v1 v2 REALITANYA: Banyak elemen dalam lup memberpengaruhi keselamatan, kehandalan, keakuratan, dinamik dan biayanya. Insinyur perlu untuk memahami rinciannya! 4-20 mA 3-15 psi

Proses dan Elemen Intrumen CHS31024 Edisi 8 Nop '06 7

Fitur Kunci Elemen Lup Kontrol CHS31024 Edisi 8 Nop '06 8

Sensor  Sensor: menghasilkan fenomena, mekanik, listrik, atau sejenisnya yang berhubungan dengan variabel proses yang diukur. Trasmiter: mengubah f enomena ini ke dalam sinyal yang dapat ditransmisikan.  Ada 3 hal penting:  Range of the instrument: harga yang rendah dan tinggi Misal: sensor/transmiter tekanan yang telah dikalibrasi untuk mengukur tekan an proses antara 20 psig dan 50 psig  Span of the instrument: beda antara harga tinggi dan rendah; dari contoh bera rti spannya 30 psi.  Zero of the instrument: harga range yang rendah; dari contoh berarti zeronya 20 psig.  Untuk menggambarkan perilaku sensor/transmiter: Gain of a sensor/trans mitter (rasio antara span keluaran dan span masukan). CHS31024 Edisi 8 Nop '06 9

Gain dari Sensor Ada 2 jenis gain:  Gain yang konstan Contoh: sensor/transmiter tekanan elektronik yang memiliki range psig dengan sinyal keluarannya 4-20 mA, maka:  Gain sebagai sebuah fungsi Contoh: sensor tekanan differensial yang digunakan untuk mengukur teka nan differensial (h) yang melalui orifis. Persamaan sinyal keluaran dari tra nsmiter tekanan differensial elektronik: CHS31024 Edisi 8 Nop '06 10

Skema Control Valve CHS31024 Edisi 8 Nop '06 11

Aksi Control Valve  Pertanyaan Tindakan apa yang kita inginkan terhadap valve saat suplai energinya gagal?  Jawabannya berkaitan dengan posisi gagal (fail position) dari valve.  Pertimbangan utama: safety. CHS31024 Edisi 8 Nop '06 12

Fail Open (FO) atau Air-to-Close (AC)  Gambar berikut menunjukkan bahwa posisi awal katup jenis i ni adalah terbuka atau dengan kata lain, bila tidak ada suplai udara (fail) maka katup terbuka (open). Untuk menutupnya (c lose) diperlukan suplai udara (air). CHS31024 Edisi 8 Nop '06 13

Fail Close (FC) atau Air-to-Open (AO)  Gambar berikut menunjukkan bahwa posisi awal katup jenis i ni adalah tertutup atau dengan kata lain, bila tidak ada suplai udara (fail) maka katup tertutup (close). Untuk membukanya (open) diperlukan suplai udara (air). CHS31024 Edisi 8 Nop '06 14

Pemilihan Valve  Pemilihannya tergantung prosesnya, bahkan proses secara k eseluruhan.  Contoh: Proses pemanasan yang baik adalah menggunakan FC valve; tetapi kalau fluida yang dipanasi itu berupa polimer yang kalau pemanasnya mati bisa terjadi solidasi maka yang aman adalah menggunakan FO valve. CHS31024 Edisi 8 Nop '06 15

Kontroler  Kontroler adalah otak lup kontrol. Ia membuat keputusan dal am sistem kontrol dengan melakukan:  Membandingkan sinyal proses dari transmiter, var iabel yang dikontrol, dengan setpointnya.  Mengirim sinyal yang cocok ke control valve; atau elemen kontrol akhir lainnya dalam rangka menja ga variabel yang dikontrol pada setpoint-nya. CHS31024 Edisi 8 Nop '06 16

Aksi Kontroler Ada 2 jenis aksi kontroler:  Aksi berlawanan (reverse action) atau turun: bila harga outpu t naik maka kontroler mengurangi sinyal output (udara tekan atau arus )-nya.  Aksi searah (direct action) atau naik: sebaliknya. CHS31024 Edisi 8 Nop '06 17

Contoh Aksi Kontroler  Pada HE bila digunakan jenis valve AO: aksi berlawanan  Pada pengontrolan level bila menggunakan valve AO: aksi s earah; bila AC atau inputnya yang dikontrol aksinya berlawan an. CHS31024 Edisi 8 Nop '06 18

Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop '06 19 Sensor & transmitter Transmisi elektronik input dan konversi A/D computing network Transmisi elektronik konversi I/P Transmisi pneumatik final element PROSES Buatlah sebuah step (tanpa feedback control) Apa yang mempengaruhi respon terhadap komputer? output dan D/A

Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop '06 20 LATIHAN DI KELAS: Diberikan dinamik berikut ini, sketsakan respon-respon untuk sebuah step pada stasiun manual (bukan otomatik) terhadap harga yang ditampilkan.

Matlab untuk Problem 7.2 % PROBLEM 7.2 Gm=0.083; Gtransm=tf(1,[1.3 1]); Gsc=tf(0.75,[0.5 1]); Gfe=tf(8.33,[1.5 1]); Gp=tf(0.5,[30 1]); Gp.inputdelay=20; Gs=tf(1,[1 1]); Gdisp=tf(1.25,[1 1]); G=Gm*Gtransm*Gsc*Gfe*Gp*Gs*Gdisp step(G) CHS31024 Edisi 8 Nop '06 21

Kecepatan dan Akurasi Transmisi listrikSangat cepat dan akurat bahkan pada jarak yang jauh Transmisi pneumatik Sangat cepat pada jarak dekat, tapi akan lambat pada jarak yang jauh SensorTergantung fungsi dan disainnya. Termokopel dan pressure gauge jauh lebih cepat dari pada composition analyzer. Akurasi sensor tergantung dari disain tertentu. Final element, valve Biasanya responnya dalam hitungan detik. Akurasinya tergantung disainnya, tapi umumnya tidak terlalu tinggi Konversi sinyalI/P atau sinyal sensor ke listrik terjadi dengan cepat, detik dan akurat ProsesSangat bervariasi Kalkulasi kontrolerSangat cepat dan akurat CHS31024 Edisi 8 Nop '0622

Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop '06 23 LATIHAN DI KELAS: Diberikan dinamik berikut ini, sketsakan respon-respon untuk sebuah step pada stasiun manual (bukan otomatik) terhadap harga yang ditampilkan. Apa yang kamu lihat (dari display) tidak selalu apa yang terjadi!! Case A: sistem cepat, sehingga ada perbedaan dengan display. Case B lambat, sehingga sesuai dengan display

Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop '06 24 Insinyur harus memutuskan apa yang diukur untuk mengendalikan dan katup apa digunakan untuk menyesuaikan (dan menyediakan peralatan untuk mendukung keputusan tersebut).

Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop '06 25 CV untuk pengendalian? Gunakan tujuh kategori obyektif pengendalian! Insinyur harus memutuskan apa yang diukur untuk mengendalikan dan katup apa untuk menyesuaikan (dan menyediakan peralatan untuk mendukung keputusan tersebut).

Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop '06 26 MV untuk menyesuaikan? 1.Hubungan sebab-akibat antara katup dan CV (diperlukan) 2.Katup yang diautomatisasikan untuk mempengaruhi aliran yang dipilih (diperlukan) 3.Dinamik cepat (diinginkan) 4.Kemampuan untuk mengkompensasi gangguan besar (diinginkan) 5.Dapatkah menyesuaikan secara cepat dengan sedikit pengaruh buruk pada kinerja proses (diinginkan) Insinyur harus memutuskan apa yang diukur untuk mengendalikan dan katup apa untuk menyesuaikan (dan menyediakan peralatan untuk mendukung keputusan tersebut).

Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop '06 27 Kita dapat menggunakan katup juga. Kita akan mengunjungi lagi pilihan ini nanti (Bab 13) Insinyur harus memutuskan apa yang diukur untuk mengendalikan dan katup apa untuk menyesuaikan (dan menyediakan peralatan untuk mendukung keputusan tersebut). MV lainnya: laju motor yang dapat disesuaikan dan heat power

Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop '06 28 Gambar menunjukkan lup berumpan-balik. Kita akan melihat kalkulasinya pada bab selanjutnya. Jelaskan, termasuk konsep umpan-baliknya.

Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop '06 29 Latihan di kelas untuk lup berumpan-balik: Menggunakan metode yang baru saja dijelaskan, pilih SATU variabel yang dikendalikan dan SATU variable yang dimanipulasikan Feed oil udara Fuel gas

Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop '06 30 Musik: “Aku tidak dapat mendefinisikan musik yang baik, tapi aku tahu apa yang aku sukai.” Kinerja pengendalian: Kita harus dapat mendefinisikan apa yang kita maui, sehingga kita dapat mendisain peralatan dan kontrol untuk mencapai sasaran kita. Set point dimasukkan oleh orang Manipulated variable, biasanya sebuah katup

Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop ' Time Manipulated Variable Time Controlled Variable Mari kita pastikan bahwa kita memahami variabel-variabel yang ada di grafik. Kita akan melihat plot ini terus menerus…..

Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop '06 32 Kembali set point, “zero offset” Rise time D B B/A = Decay ratio C/D = Overshoot maksimum dari manipulated variable C A 

Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop '06 33 

Respon Gangguan CHS31024 Edisi 8 Nop ' S-LOOP plots deviation variables (IAE = ) Time Controlled Variable Time Manipulated Variable Varian atau deviasi standar dari CV Varian atau deviasi standar dari MV Sering, proses itu dikenai gangguan yang besar dan kecil serta sensor noise. Ukuran kinerja mengkarakterisasi variabilitasnya.

Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop '06 35 Latihan di kelas: Untuk setiap ukuran kinerja di bawah ini, tentukan harga yang baiknya, misalnya besar/kecil, positif/negatif, dsb. Offset IAE Decay ratio Rise time Settling time MV overshoot Maximum CV deviation CV variance MV variance Bisakah kita mencapai harga yang baik untuk semuanya pada saat yang sama? Apakah titik temunya?

36 Analisa Karakteristik Step Respons dengan Gangguan sebagai Masukan Sistem Pengontrolan KINERJA KONTROLER P: 76, I:4, D:0 (SV = 0.3) (Laju alir = 40  20) P:110, I:4, D:0 (SV = 0.3) (Laju alir = 24  40) Respon Max0,03475 kg/cm 2 0,0375 kg/cm 2 Overshoot3,475%3,75% Settling time133,25 s274,91 s Rise time1,2 s2,4 s Offset00 IAE30,08 mm 2 52,21 mm 2 Decay Ratio0,1800,133

Lup Berumpan-balik CHS31024 Edisi 8 Nop '06 37 Untuk mengurangi variabilitas dari CV, kita menaikkan variabilitas dari MV. Kita mesti mendisain pabrik dengan MV-MV yang bisa disesuaikan pada biaya rendah Time Controlled Variable Time Manipulated Variable

Latihan di kelas: Komentari kualitas pengendalian untuk empat respon di bawah ini. CHS31024 Edisi 8 Nop ' S-LOOP plots deviation variables (IAE = ) Time Controlled Variable Time Manipulated Variable C

Lup Berumpan-balik  Kita dapat menerapkan feedback melalui banyak pendekatan  No control – Variabel merespon terhadap semua masukan, jadi “lepa s” saja.  Manual – Orang mengobservasi pengukuran dan melakukan peruba han untuk mengkompensasi penyesuaian yang tergantung pada ora ngnya.  On-off – MV hanya memiliki dua kondisi, hasil ini berosilasi dalam sis tem.  Kontinyu, automatik – Ini adalah kontrol yang memiliki koreksi sesuai dengan kesalahan dari harga yang diinginkan.  Emergency – Pendekatan ini mengambil aksi ekstrem (shutdown) ket ika terjadi situasi bahaya. CHS31024 Edisi 8 Nop '06 39 Contoh: Suhu dalam sebuah garasi Contoh: Suhu sop yang dipanaskan di atas kompor Contoh: Suhu dalam sebuah tangki penampung minyak yang dapat membeku di musim dingin Contoh: Suhu dalam sebuah CSTR untuk membuat obat-obatan Contoh: Suhu dalam sebuah bejana tertutup dengan reaksi kimia eksotermis

Heat Exchanger  Exchanger Respon exchanger terhadap aliran uap air hanya mempunyai gain 50 C /(kg/s) dan konstanta waktu 30 detik  Sensor-Transmitter Sensor-transmitter memiliki range y ang terkalibrasi 50 – 150 C dan kon stanta waktu 10 detik  Control valve Control valve memiliki kapasitas ma ksimum uap air 1.6 kg/s, karakteristi k linear, dan konstanta waktu 3 deti k CHS31024 Edisi 8 Nop '0640

Heat Exchanger CHS31024 Edisi 8 Nop '0641 Exchanger Sensor-transmitter Control valve

Lup Berumpan-balik – Workshop 1 CHS31024 Edisi 8 Nop '06 42 Control valve digunakan untuk mengajukan sebuah tahanan variabel terhadap aliran Apa isi katup? Gambarkan tiga isinya dan apa faktor penting yang harus dipilih Apa itu aktuator? Apa sumber tenaga yang digunakan? Apa yang terjadi bila tidak ada sumber tenaganya (fail)?

Lup Berumpan-balik – Workshop 2 CHS31024 Edisi 8 Nop '06 43 Recommend the correct failure position (open or closed) for each of the circled control valves.

Lup Berumpan-balik – Workshop 3 CHS31024 Edisi 8 Nop '06 44 Find at least one variable that could be handled by each of the five approaches; no control, manual, on/off, continuous, and emergency.

Lup Berumpan-balik – Workshop 4 CHS31024 Edisi 8 Nop '06 45 C A0 CACA A  B Solvent Pure A vc T vAvA vSvS F V FCFC T Cin T Cout Select several pairs of controlled and manipulated variables for the following process.

Tujuan Pembelajaran CHS31024 Edisi 8 Nop '06 46 Lot’s of improvement, but we need some more study! Read the textbook Review the notes, especially learning goals and workshop Try out the self-study suggestions Naturally, we’ll have an assignment! 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 Saat kuselesaikan bab ini, kuingin dapat melakukan hal-hal berikut.

Sumber Pembelajaran CHS31024 Edisi 8 Nop '06 47 SITE PC-EDUCATION WEB - Instrumentation Notes - Interactive Learning Module (Chapter 7) - Tutorials (Chapter 7)

Saran untuk Belajar Mandiri CHS31024 Edisi 8 Nop ' Temukan sebuah proses sederhana dalam setiap kuliah-kuliahmu sebelumnya dan pilih sepasang CV dan MV - Perpindahan Kalor (heat exchanger) - Mekanika Fluida (aliran di dalam pipa) - Perpindahan Massa (stripper, distillation) - Kinetika Reaksi Kimia (packed bed reactor) 2.Bandingkan ukuran-ukuran kinerja kontrol dalam bab ini dengan tujuh obyektif pengendalaian yang telah diberikan pada Bab 2 3.Jelaskan aksi yang akan kamu ambil jika kamu mengukur sebuah gangguan dan tidak ingin menunggu koreksi umpan-balik