kul_01 dan 02.ppt

KONSEP DASARPENGENDALIAN PROSES

© Heriyanto, 2007-2013

PERANAN

© Heriyanto, 2007

© Heriyanto, 2007

SASARAN

• Menyebutkan tiga sasaran utama pengendalian proses dalam pabrik kimia

• Menjelaskan peranan pengendalian proses dalam pabrik kimia.

1

Keamanan (safety)

Menjaga batas amn:• Keamanan operasi proses

• Perlindungan peralatan,

• Perlindungan lingkungan.

Mina Al-Ahmedhi Refinery, KPCL, Kuwait, Juni 2000

Ammonium Nitrate Explosion (Toulouse – France)

21 September 2001

PERANAN PENGENDALIAN DALAM PABRIK KIMIA

© Heriyanto, 2007

1

Operasi (operability)Mempertahankan kondisi tetap mantap dalam batas operasional (operational constraint) sehingga

• Operasi berjalan mantap (steady-state)• Laju produksi sesuai rancangan

• Kualitas produk sesuai spesifikasi (memperkecil keragaman)

Keu

ntun

gan

Waktu

Batas spefisikasi

Rata-rata produk

Keu

ntun

gan

Waktu

Batas spefisikasi

Rata-rata produk


© Heriyanto, 2007Tanpa Pengendalian Dengan Pengendalian

1

Keuntungan Ekonomi• Beroperasi pada biaya produksi (utilitas) minimum • Hasil utama (yield) maksimum


© Heriyanto, 2007

1

SISTEM PROSES

© Heriyanto, 2007

© Heriyanto, 2007

SASARAN

• Mendefinisikan jenis-jenis variabel dalam sistem proses

• Menentukan jenis-jenis variabel dalam sistem pengendalian proses.

• Menggambarkan diagram blok sistem proses lengkap dengan variabelnya.

1

SISTEM PROSES

Sistem Proses: – Reaktor tangki

Keadaan yang diinginkan:– Suhu 130 ± 5 oC– Level 50 ± 10 %– Tekanan 4 ± 0,5 bar

Permasalahan– Suhu, level dan tekanan

berfluktuasi melebihi batas.

© Heriyanto, 2007

1

SISTEM PROSES

Tujuan PengendalianMempertahankan suhu, level, dan tekanan dalam batas yang ditetapkan.

Identifikasi variabel:• Variabel apa yang akan

dijaga nilainya?(Jawaban pertanyaan ini menjadi variabel proses)

Variabel proses:– Suhu– Level– Tekanan

© Heriyanto, 2007

1

SISTEM PROSES

Identifikasi variabel:

• Apa yang berpengaruh pada variabel proses?– Laju umpan– Laju gas nitrogen– Laju produk– Laju steam– Suhu umpan– Suhu gas nitrogen– Suhu steam

© Heriyanto, 2007

1

SISTEM PROSES


• Apa yang dapat dipakai mengendalikan?

(Jawaban pertanyaan ini menjadi manipulated variable)

Pertimbangan– Sangat berpengaruh.

– Berpengaruh cepat.

– Berpengaruh positif.

– Mudah diterapkan.

© Heriyanto, 2007

1

SISTEM PROSES


• Manipulated variable

– Laju steam (untuk suhu).– Laju umpan atau produk

(untuk level).– Laju gas nitrogen (untuk

tekanan).

© Heriyanto, 2007

1

SISTEM PROSES


• Apa yang menjadi gangguan?

– Semua variabel yang berpengaruh pada variabel proses selain manipulated variable.

© Heriyanto, 2007

1

SISTEM PROSES

DIAGRAM BLOK

REAKTOR

TANGKI

Gangguan

MV PV

MV = Manipulated Variable

PV = Process Variable

© Heriyanto, 2007

1

SISTEM PROSES

Sistem Proses

Manipulated Variable

Gangguan Terukur

Gangguan Tak Terukur

Process Variable

(State Variable) Variabel Terukur

Controlled Var.

Uncontrolled Var.

Variabel Tak Terukur

SISTEM PROSESTERMINOLOGIVariabel Keadaan (State Variable)

Sifat fisika/kimia atau besaran yang menyatakan keadaan dinamik sistem.

Variabel Proses (Process Variable)• Definisi Umum:

Sifat fisika/kimia, besaran atau keadaan yang bersifat dinamik baik masukan maupun keluaran sistem.

• Definisi Khusus (di kalangan praktisi industri):Variabel yang menunjukkan keadaan proses. Atau dengan kata lain variabel proses adalah variabel keadaan. Definisi ini yang selanjutnya dipakai terus.

© Heriyanto, 2007

1

SISTEM PROSESTERMINOLOGI (lanjutan)Variabel Terkendali (Controlled Variable)

Variabel proses (keluaran sistem) yang dikendalikan.

Variabel Tak Dikendalikan (Uncontrolled Variable)

Variabel proses (keluaran sistem) yang tidak dikendalikan.

Variabel Terukur (Measured Variable)Variabel proses (keluaran sistem) yang diukur.

Variabel Tak Diukur (Unmeasured Variable)Variabel proses (keluaran sistem) yang tidak atau tidak dapat diukur.

© Heriyanto, 2007

1

SISTEM PROSESTERMINOLOGI (lanjutan)Variabel Pengendali (Manipulated Variable)

Besaran yang digunakan untuk mengendalikan keadaan proses. Atau besaran yang dipakai untuk membawa variabel proses ke nilai yang diinginkan.

Variabel Gangguan

Besaran yang menyebabkan penyimpangan keadaan proses. Atau besaran yang mempengaruhi keadaan proses tetapi tidak dipakai untuk mengendalikan.

BebanBesaran yang membebani sistem. Perubahan beban merupakan gangguan proses.

© Heriyanto, 2007

1

SISTEM PENGENDALIAN

© Heriyanto, 2007

© Heriyanto, 2007

SASARAN

• Menyebutkan variabel dalam sistem pengendalian.• Menjelaskan prinsip pengendalian.• Menjelaskan sifat-sifat pengendalian umpan balik.• Menyebutkan empat langkah pengendalian• Menggambarkan diagram blok pengendalian umpan

balik.• Menjelaskan kebaikan dan keburukan pengendalian

umpan balik.

2

PENGENDALIAN PROSES

• Suhu sangat penting dalam proses ini.

• Tekanan dan level kurang penting, sehingga tidak dikendalikan

PENGENDALIAN SUHU

(Pengendalian Umpan Balik)

© Heriyanto, 2007

2

PENGENDALIAN PROSES

Controlled Variable– Suhu.

Uncontrolled Variable– Tekanan– Level

Manipulated Variable– Laju steam

© Heriyanto, 2007

PENGENDALIAN SUHU


2

PENGENDALIAN PROSES

Disturbance Variable

Semua variabel yang mengganggu suhu.

TT - Temperature Transmitter

TC - Temperature Controller

TV - Temperature Control Valve

© Heriyanto, 2007

PENGENDALIAN SUHU


2

PENGENDALIAN PROSES

MEKANISME1. Mengukur suhu.

2. Membandingkan suhu terukur dengan suhu yang diinginkan (setpoint).

3. Mengevaluasi berdasar perbedaan keduanya (error).

4. Mengoreksi suhu dengan mengatur laju steam.

© Heriyanto, 2007

2

PENGENDALIAN PROSES

MEKANISME PENGENDALIAN

Pengendali

2

PENGENDALIAN PROSES

SIFAT PENGENDALIAN UMPAN BALIK

(1)Koreksi baru dapat dilakukan jika gangguan sudah berpengaruh pada variabel proses.

(2) Ciri utama: adanya umpan balik negatif .

Jika PV berubah, terdapat umpan balik yang melakukan tindakan untuk memperkecil perubahan.

2

PENGENDALIAN PROSESDIAGRAM BLOKPENGENDALIAN UMPAN BALIK

Reaktor Tangki

Katup Kendali

Pengendali Suhu

Transmiter Suhu

+-

Gangguan

SetpointPVMV

Sinyal pengukuran

u

y

er

e - Error MV – Laju steam

u – Sinyal kendali PV – Suhu dalam reaktor

© Heriyanto, 2007

2

PENGENDALIAN PROSES

DIAGRAM BLOK PENGENDALIAN

© Heriyanto, 2007

Unit pengukuran dan unit kendali akhir sudah termasuk dalam unit pengendali.m - variabel pengendali (MV)

w - variabel gangguan

c - variabel proses (PV)

2

PENGENDALIAN PROSES

DIAGRAM BLOK PENGENDALIAN

© Heriyanto, 2007

Unit pengukuran dan unit kendali akhir sudah termasuk dalam sistem proses.u – sinyal kendali (% MV)

y – sinyal pengukuran (% atau satuan PV)

2

PENGENDALIAN PROSES

KEBAIKAN PENGENDALIAN UMPAN BALIK

© Heriyanto, 2007

• Dapat mengantisipasi gangguan, baik yang terukur maupun tidak terukur.

• Tidak perlu mengetahui perilaku sistem proses secara tepat.

• Bersifat tegar (robust) yaitu tahan terhadap perubahan perilaku sistem proses.

2

PENGENDALIAN PROSES

© Heriyanto, 2007

• Tindakan koreksi nilai PV baru terjadi setelah gangguan berpengaruh pada sistem proses, artinya nilai PV sudah terlanjur berubah.

• Dapat menyebabkan ketidakstabilan sistem.

• Pada gangguan yang terus menerus, proses bisa tidak mencapai kondisi mantap

KEBURUKAN PENGENDALIAN UMPAN BALIK

2

PENGENDALIAN PROSES

TERMINOLOGISetpoint atau Nilai Acuan

Besaran yang digunakan sebagai acuan variabel proses terkendali. Atau nilai variabel proses terkendali yang diinginkan.

Error• Definisi Baku

Selisih antara nilai pengukuran dan setpoint.

• Definisi dalam Pengendalian

Selisih antara setpoint dan nilai pengukuran.

© Heriyanto, 2007

2

PENGENDALIAN PROSES

TERMINOLOGI (lanjutan)Sinyal Kendali

(Control Signal atau Controller Output)

Sinyal standar (4-20 mA atau 0,2-1 bar) yang dikeluarkan pengendali..

Sinyal Pengukuran

(Measured Signal atau Measured Value)

Sinyal standar (4-20 mA atau 0,2-1 bar) yang dikirimkan oleh transmitter. Measured value merepresentasikan nilai variabel proses terkendali.

© Heriyanto, 2007

2

SIMBOL INSTRUMEN

© Heriyanto, 2007

© Heriyanto, 2007

SASARAN

Membaca diagram instrumentasi sistem pengendalian.

3

SIMBOL INSTRUMEN

ANSI/ISA S5.1-84 Rev. 1992

LOKASI INSTRUMEN

DISKRET

TAMPILAN

(DCS)

PLC Interlok

Terpasang pada alat

Terpasang

pada panel

Tersembunyi

© Heriyanto, 2007

3

SIMBOL INSTRUMEN

ANSI/ISA S5.1-84 Rev. 1992

© Heriyanto, 2007

3

SIMBOL INSTRUMEN

© Heriyanto, 2007

3

SIMBOL INSTRUMEN

© Heriyanto, 2007

FLOW CONTROLLengkap Disederhanakan

3

SIMBOL INSTRUMEN

© Heriyanto, 2007

TEMPERATURE CONTROLLengkap Disederhanakan

TW - Thermowell

3

AKSI ELEMEN SISTEM PENGENDALIAN

© Heriyanto, 2007

© Heriyanto, 2007

SASARAN

(1)Membedakan dua jenis aksi sistem proses.

(2)Membedakan aksi control valve jenis fail-closed dan fail-open.

(3)Menjelaskan aksi pengendali yang diperlukan dalam kaitan dengan aksi control valve yang dipakai.

(5) Menentukan aksi control valve dan pengendali sesuai kebutuhan proses.

3

AKSI SISTEM PROSES

Masukan Keluaran (direct acting)SISTEMPROSES

Masukan SISTEMPROSES

Keluaran (reverse acting)

© Heriyanto, 2007

3

AKSI SISTEM PROSESV

aria

bel p

rose

s

Sinyal kendali(bukaan valve)

100%0%

100%

0%

Var

iabe

l pro

ses

Sinyal kendali(bukaan valve)

100%0%

100%

0%

Direct Acting Reverse Acting

© Heriyanto, 2007

3

AKSI CONTROL VALVE

© Heriyanto, 2007

Posisi Aman Saat Kegagalan Daya (Fail-Safe)

• Posisi katup (terbuka atau tertutup) saat terjadi kegagalan daya tergantung pada kebutuhan dan keamanan proses.

• AC (Air-to-Close) atau FO (Fail-Open)

Jika pasokan energi terputus valve membuka, dan jika mendapat energi valve menutup.

• AO (Air-to-Open) atau FC (Fail-Closed)

Jika pasokan energi terputus valve menutup, dan jika mendapat energi valve membuka.

3

ALGORITMAKENDALI

DAC

0-100 %Error

Process Variable (PV)0-100 %

Setpoint (SP)

UNIT PENGENDALI(Direct Acting)

-

+

Manipulated Variable (MV)0-100 % FO

(AC)

Sinyal kendali20-4 mA

ADC

AKSI PENGENDALI

Perhatikan© Heriyanto, 2007

Perhatikan

3

AKSI PENGENDALI

© Heriyanto, 2007

ALGORITMAKENDALI

DAC

100-0 %Error

Process Variable (PV)0-100 %

Setpoint(SP)

UNIT PENGENDALI(Reverse Acting)

+

-

Mipulated Variable (MV)100-0 % FC

(AO)

Sinyal kendali20-4 mA

ADC

Perhatikan

Perhatikan

3

KRITERIA DAN TUJUAN PENGENDALIAN PROSES

(1)Menyebutkan tujuan pengendalian proses

(2)Menetapkan kriteria kualitas pengendalian

SASARAN3

RESPONS SISTEM PENGENDALIAN

• Jika terjadi perubahan setpoint, idealnya nilai variabel proses tepat mengikuti nilai setpoint baru.

• Jika terjadi perubahan beban, idealnya nilai variabel proses tetap pada nilai setpoint.

3

RESPONS SISTEM PENGENDALIAN

Perubahan setpoint

3

KRITERIA KUALITAS PENGENDALIAN• Redaman Seperempat Amplitudo

(quarter amplitude decay ratio) Amplitudo berikutnya memiliki nilai seperempat dari amplitudo sebelumnya (decay ratio 0,25).

RESPONS SISTEM PENGENDALIAN3

Redaman Kritik Dipakai jika overshoot di atas setpoint tidak diperkenankan. Redaman kritik merupakan batas osilasi teredam. Tanggapan pada redaman kritik adalah tanpa overshoot.


• Nilai Minimum dari Integral Error Absolut (IAE)Menunjukkan luas total error. Kriteria IAE disukai di kalangan praktisi industri karena kemudahan dalam mengukur.


TUJUAN PENGENDALIAN• Ditetapkan berdasar respons sistem pengendalian

terhadap perubahan setpoint atau beban.Tujuan Ideal• Mempertahankan nilai variabel proses agar “sama”

dengan setpoint. Tujuan Praktis (nyata)• Mempertahankan nilai variabel proses di sekitar setpoint

dalam batas toleransi yang ditetapkan.Tujuan Global• Memperoleh kualitas produk akhir sebaik mungkin,

meskipun satu atau beberapa PV dikorbankan (tidak sesuai dengan yang ditetapkan)


Setelah terjadi perubahan Setpoint atau gangguan, PV diharapkan kembali ke sepoint secara:- cepat (minimum settling time)- tepat (minimum residual error atau offset)- stabil (minimum overshoot atau minimum oscillation)

Perubahan Beban


Perubahan Setpoint


kul_01 dan 02.ppt

Documents