Teknik Sistem Pengendalian

Presentasi berjudul: "Teknik Sistem Pengendalian"— Transcript presentasi:

1 Teknik Sistem Pengendalian
Mode Operasi Pengendalian Algoritma Pengendalian Tipe Tindakan Pengendalian Proteksi Output Pengendalian Teknik Aplikasi Tipe Pengendalian Final Control Elemen GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

2 Mode Operasi Pengendalian
Mode Automatic Operator mengatur dan menentukan nilai dari set point yang dikehendaki. Pengendali akan bekerja secara otomatis terhadap nilai output sesuai dengan nilai set poit yang ditentukan. Mode Manual Nilai output pada proses selalu diawasi dan dikendalikan oleh operator, baik melalui controller maupun secara langsung/manual GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

3 Algoritma Pengendalian
Algoritma pengendalian diturunkan dari model matematik yang telah disusun sesuai dengan Persamaan Keadaan dan Variabel Keadaan dari proses yang terjadi. Dalam industri model matematis dari suatu proses hampir tidak pernah disusun. Untuk mempermudah pelaksanaan pengendalian pabrik pembuat controller sudah memperhitungkan fungsi-fungsi mekanis/elektronik pada sistem pengendalian GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

4 Beberapa jenis algoritma pengendalian yang dikenal dalam industri :
Proportional Integral Proportional + Integral Proportional + Derivative Proportional + integral + Derivative Pada umumnya, algoritma pengendalian PID dijalankan dengan melakukan kombinasi antara elemen P, I, dan D agar didapat karakteristik pengendalian campuran untuk mendapatkan hasil yang lebih efektif dan efisien. GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

5 Controller (pengendali)
Pengendali sering disebut sebagai mesin pintar (intelegence), karena tugasnya: menerima informasi dari sensor (keadaan sesungguhnya), kemudian membandingkannya dengan keadaan ideal (set point), mengolah informasi (dari sensor dan dari perancang), dan memutuskan tindakan apa yang harus dilakukan supaya tujuan tercapai, serta memerintah FCE untuk melaksanakan keputusannya. Kerja pengendali dapat ditunjukkan pada gambar dibawah. Fungsi alih pengendali (Controller Transfer function) Isyarat dari Sensor Set point Isyarat ke FCE Error GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

6 Berdasarkan pada kemampuan kerjanya
dalam mengolah informasi dari sensor: Two position control (pengendali on-off) Two position controller hanya dapat bekerja jika elemen kendali disetel hidup penuh atau mati, tidak ada posisi antara keduanya. Pengendali jenis ini merupakan pengendali paling sederhana, dan sering dijumpai untuk proses dengan reaksi lambat dan variabel terkendalinya pada suatu kisaran nilai tertentu, yang karenanya pengendali cukup dapat melakukan pengaturan. GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

7 Pengendalian keluaran didasarkan hubungan antara variabel proses dengan nilai set point pada suatu daerah kerja tertentu (deadband) GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

8 P.I.D (Proportional Integral Derivative) Control
Proportional Controller (Pengendali proporsional) Pengendali proporsional merupakan suatu pengendali yang isyarat keluarannya (p (t)) proporsional terhadap kesalahan (e (t)), yaitu beda antara set-point-nya dengan hasil pengukuran], yang secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut: Bedasar pendekatan Dimana : Kc = proportional Gain, menunjukkan responsiveness controller terhadap proses upset. GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

9 Gain pengendali dapat diatur untuk membuat keluaran pengendali berubah sesensitif yang diperlukan terhadap penyimpangan antara setpoint dengan variable terkendali Didalam industi lebih sering disebut “proportional band (PB) dinama PB = (100 %)/(proportional gain) Sistem pengendalian ini merupakan bentuk sistem pengendalian proses yang sangat sederhana. Mempunyai respon yang sangat cepat terhadap set point dan gangguan pada proses, tetapi mempunyai karakteristik besaran kesalahan statis (steady state error) yang besar GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

10 Gambar dibawah adalah contoh respon sistem dengan proportional controller:
GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

11 Tanggapan P-control terhadap sistem order-2.
GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

12 Integral Controller (Pengendali Integral)
Bentuk keluaran pengendali tergantung pad integral dari kesalahan isyarat pada seluruh waktu: dimana : Ki = integral gain atau “reset rate” dalam satuan “repeat per minute” dengan I sebagai waktu integral atau waktu reset dan mempunyai satuan waktu. Untuk pengendali yang ada di pasaran, parameter pengendali I dapat diatur. Memperbesar harga Ki akan mempercepat “ramping rate” dari output Aksi pengendali integral digunakan secara luas, karena mempunyai kelebihan praktis yang penting, yaitu menghilangkan offset. GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

13 Integral Controller dikenal pula sebagai “reset”.
Mempunyai response yang relatif lambat. Cukup efektif untuk pengendalian proses yang berlangsung cepat, mengandung unsur gangguan yang besar dan didominasi oleh adanya sifat “deadtime” pada transportasi produk. Mempunyai pengaruh yang relatif kecil pada “steady state error”. Dipakai untuk mengurangi kemungkinan adanya “offset” antara set point dan process variable. Merupakan fungsi waktu dengan pendekatan formula GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

14 Tanggapan PI-controller terhadap sistem order-1
Gambar dibawah adalah contoh respon sistem dengan proportional-integral controller: Tanggapan PI-controller terhadap sistem order-1 GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

15 Derivative Umumnya dikenal juga sebagai “rate”
Untuk aksi derivatif ideal: dengan D merupakan waktu derivatif, mempunyai satuan waktu. Model derivatif tidak pernah berdiri sendiri, tetapi selalu bersama-sama dengan proporsional atau proporsional integral. Output akan berbanding secara proportional dengan perubahan besaran error atau process variable GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

16 Proportional Integral Controller
Digunakan untuk mengantisipasi adanya perubahan pada besaran error atau process variable. Perubahan error ataupun process variable bisa terjadi akibat perubahan set point ataupun adanya perubahan proses ditengah berlangsungnya suatu siklus proses tertentu. Proportional Integral Controller (PI: Pengendali Proporsional Integral) Pengendali integral jarang digunakan sendiri, karena memerlukan waktu koreksi yang lama. Sebaliknya pengendali proporsional mampu mengoreksi secara cepat. GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

17 Proportional Integral-Derivative Controller (Pengendali PID)
Oleh karena itu, pengendali integral digabung dengan pengendali proporsional menjadi pengendali proporsional integral, dengan isyarat keluarannya mengikuti persamaan: atau dalam domain s : Proportional Integral-Derivative Controller (Pengendali PID) Aksi pengendali derivatif juga dikenal dengan aksi kecepatan, pre-act, atau pengendali antisipatif. GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

18 Untuk aksi derivatif ideal:
Fungsinya adalah mengantisipasi kelakuan isyarat kesalahan yang akan terjadi dengan memperhatikan kecepatan perubahan. Strategi antisipasi oleh operator dapat digantikan dengan pengendali otomatis. Untuk aksi derivatif ideal: dengan D merupakan waktu derivatif, mempunyai satuan waktu. Model derivatif tidak pernah berdiri sendiri, tetapi selalu bersama-sama dengan proporsional atau proporsional integral. Untuk model PID ideal, keluaran pengendalinya mengikuti persamaan berikut: GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

19 Untuk model PID ideal, keluaran pengendalinya mengikuti persamaan berikut:
Dalam domain – s : Gambar dibawah adalah contoh respon sistem dengan proportional-integral-derivative (PID) controller: GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

20 Elemen Pengendali Akhir (Final Control Elemen )
Dalam pengendali PID ada tiga parameter yang dapat diatur yaitu Kc, i, dan D . Perlu diingat bahwa pada PID perlu dihindari terjadinya derivative kick (akibat perubahan penyimpangan yang mendadak dan besar) dan proportional kick (gangguan yang besar). Besaran Kc, Ki dan Kd dapat dirubah-ubah melalui controller tergantung kebutuhan dan dinamika proses yang diinginkan. Elemen Pengendali Akhir (Final Control Elemen ) Elemen pengendali akhir bertugas melakukan aksi untuk mengatur keadaan (kerja) manipulated variable. GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

21 Bentuk Kerangan Pengendali
Ada beberapa elemen pengendali akhir, misalnya: relay switches, variable speed pump, variable speed compresor dan kerangan pengendali. Disini hanya akan dibahas kerangan pengendali saja yang akan dibicarakan. FCE yang biasa dipakai adalah diaphagm motor valve (DMV), yang terdiri atas: motor diafragma pneumatik sebagai aktuator, dan kran (process-fluid control valve). Bentuk Kerangan Pengendali Karena badan kerangan berhubungan langsung dengan fluida, adalah penting untuk membuat (memilih) badan kerangan untuk menyesuaikan kondisi proses dan tujuan penggunaan-nya. GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

22 Tabel berikut menunjukkan kasifikasi badan / bentuk kerangan.
Jenis gerakan sitem kerangan Jenis Badan kerangan Jenis gerakan linier Globe valve, Angle valve, Three way valve, Diaphragm valve, Gate valve. Jenis gerakan memutar Buterfly valve, Ball valve, Eccentric rotating plug valve. Aktuator Kerangan Pengendali Aktuator berfungsi membuka dan menutup kerangan. Alat ini menerima isyarat dari pengendali dan menghasilkan tenaga gerak untuk membuka atau menutup kerangan dengan cara tertentu. GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

23 Diaphragm valve Gate valve
Globe valve Butterfly valve GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

24 Suatu aktuator harus menyediakan:
Tenaga penggerak yang memadai untuk mengatasi gesekan dalam poros kerangan dan menolak/menahan tekanan fluida dalam kerangan, dan menjaga posisi normal poros kerangan. Rigidity, untuk mengatasi perubahan daya dorong pada poros kerangan antara saat menutup penuh dan membuka penuh dan menjaga stabilitas poros kerangan. Penggerak aktuator yang mungkin dipakai adalah tenaga hidrolik, pneumatik, atau listrik. Yang paling umum digunakan adalah tenaga pneumatik GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

25 Klasifikasi aktuator ditunjukkan pada tabel berikut:
GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

26 ∆m = perubahan nilai keluaran
Proportional Paling umum tindakan kontrol output berbanding langsung dengan besaran kesalahan ( ∆m membutuhkan berbagai perubahan waktu offset melekat) Reset (Integral) Untuk akhir (aksi kontrol lambat menghilangkan steady state offset) (∆m mensyaratkan bahwa perubahan waktu hanya ≠ 0) Rate (Derivative) Untuk respon awal cepat ( dengan perubahan overkoreksi di awal ) (perubahan variabel /perubabahan waktu). ∆m = perubahan nilai keluaran GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

27 VARIABLE PROCESS CONTROL SYSTEM FLOW Very fast
Most lags are in the control system Nonlinear (square) measurement Common Noisy Proportional plus reset controllers Low gain, fast reset Derivative hurts Linear valves for differential pressure measurement Equal percentage valves for linear measurement PRESSURE Liquid Fast Nonlinear (square) Common, Noisy Gain near 1, fast reset rate Derivative of no value Linear valve Gas Single capacity No dead time Linear, no noise Simple process Self-acting or high gain proportional controllers Reset seldom necessary Derivative unnecessary Valve characteristic relatively unimportant Vapor Dynamic very Dead time possible Slow compared to other pressure Processes, Linear, no noise Three-response controllers Settings vary Equal percentage valves GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

28 High gain or proportional plus reset controllers Averaging control :
VARIABLE PROCESS CONTROL SYSTEM LEVEL Single capacity No dead time Linear, no noise Simple process Precise control : High gain or proportional plus reset controllers Averaging control : Low gain proportional plus reset or specialized controllers Valve characteristic unimportant TEMPERATURE Multiple capacity system Dead time possible (especially in heat exchangers) Three-response controllers Settings vary, but gain usually above 1 Derivative of limited value if dead time is large Equal percentage valves Measurement dinamics are important COMPOSITION Dynamic very Dead time usually present Usually linear Sometimes noisy due to poor mixing Proportional plus reset controllers Low gain, variabel reset rate Derivative sometimes useful Linear valves for differential pressure measurement Equal percentage valves for linear measurement GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

29 Tiga-respon kontroler Pengaturan bervariasi Equal persentase katup
VARIABLE PROCESS CONTROL SYSTEM FLOW Sangat cepat Kebanyakan tertinggal dalam sistem kontrol Nonlinear (persegi) Pengukuran umum Berisik Kontroler proporsional ditambah reset Low gain, reset cepat Derivatif kurang baik Untuk pengukuran tekanan diferensial linier Pengukuran linier, persentase katup sama PRESSURE Liquid Cepat Kebanyakan tertinggal dalam sistem kontrol Nonlinear (persegi) Umum, Berisik Kontroler proporsional ditambah reset Keuntungan mendekati 1, cepat tingkat reset. Bukan turunan dari nilai Katup linier Gas Single kapasitas Tidak ada waktu mati Linear, tidak ada suara Proses sederhana Bertindak sendiri atau kontroler gain dengan proporsional tinggi Reset jarang diperlukan Derivatif tidak perlu Valve karakteristik yang relatif tidak penting Vapor Sangat dinamis Waktu mati mungkin Lambat dibandingkan dengan proses tekanan lainnya, Linear, tidak ada suara Tiga-respon kontroler Pengaturan bervariasi Equal persentase katup GGH-JUR.TEKNIK KIMIA

30 VARIABLE PROCESS CONTROL SYSTEM
LEVEL Single kapasitas Tidak ada waktu mati Linear, tidak ada suara Proses sederhana Precise kontrol: Kontroler proporsional + reset Kontrol rata-rata: Low gain kontroler proporsional ditambah reset atau khusus Valve karakteristik penting TEMPERATURE Sistem ada beberapa kapasitas, Mungkin tidak membutuhkan waktu (khususnya di penukar panas) Linear, tidak ada suara Tiga-respon kontroler Pengaturan bervariasi, tetapi keuntungan biasanya diatas 1 Derivatif nilai terbatas jika waktu mati besar. Equal persentase katup Pengukuran dinamika penting COMPOSITION Sangat dinamis Waktu mati biasanya ada Biasanya linier Kadang-kadang berisik karena miskin pencampuran Kontroler proporsional + reset Low gain, reset variabel bertingkat Derivatif kadang-kadang berguna Pengukuran tekanan diferensial linier Pengukuran linier persentase katup sama. GGH-JUR.TEKNIK KIMIA