Post on 12-Feb-2020
PERANCANGAN SIMULATOR VIRTUAL DCS CENTUM CS3000 YOKOGAWA PADA SISTEM PENGENDALIAN SUHUPENUKAR PANAS DI UNIT PHOSPHORIC ACID (PA)PABRIK III PT. PETROKIMIA GRESIK
Disampaikan dalam Seminar Tugas Akhir Teknik Fisika – FTI ITSOleh : Haris Tunggul Uji PrasetyaPembimbing : Suyanto, S.T., M.T.
Surabaya, 6 Oktober 2010
Latar Belakang
Save Rp. 151.020.000.000,00 !!!
Solusi improve the quality
Otomatisasi sistemmenggunakan DCS Centum
Penerapan strategipengendalian cascade
Penurunan kapasitas produksi asam fosfat;hanya 77,225% dari kapasitas desain
Sistem pengendalian masihmanual Load berubah-ubah
Referensi: Tesis dari Rudy Karjono, ITB
Perumusan Masalah
• Bagaimana mensimulasikan dinamika proses pada heater
dengan menggunakan DCS Centum CS3000 Yokogawa?• Bagaimana mutu sistem pengendalian temperatur pada
heater setelah DCS Centum CS3000 Yokogawa diimplementasikan?
Tujuan Penelitian• Membuat simulator proses pada penukar panas
menggunakan Virtual Test DCS Centum CS3000 Yokogawa
• Mengetahui mutu sistem pengendalian temperatur padaheater setelah DCS Centum CS3000 Yokogawa diimplementasikan
Batasan Masalah
• Plant yang dirancang adalah penukar panas E2501 di Unit PA Pabrik III PT Petrokimia Gresik.
• Variabel yang dikendalikan adalah temperatur asam fosfatkeluaran penukar panas dengan memanipulasi laju aliranlow pressure steam (LPS) yang masuk ke heater.
• Data proses yang digunakan merupakan data sekunderyang diambil pada saat plant beroperasi secara normal.
• Simulasi dilakukan dengan menggunakan Virtual Test yang ada pada software DCS Centum CS3000 Yokogawa.
Tinjauan Pustaka
• Dwi Hananto, Dery, 2009, ―Perancangan SistemPengendalian Level pada HP Feedwater Heater denganMetode Cascade dan Override‖, Surabaya, Indonesia.
• Sodja, A., Zupancic, B., dan Sink, J., 2009. ―Some Aspects of The Modeling of Tube and Shell Heat Exchangers‖. Proceedings 7th Modelica Conference. Como, Italy, 20—22 September.
Penukar Panas E2501
• Prinsip kerja penukar panas (heat exchanger)• H3PO4 (high pressure) masuk pada tube inlet• Steam (low pressure) masuk pada shell inlet
Referensi: Mohammed Kabiruddin, University of Petroleum & Energy Studies
Mutu Pengendalian
Rise time
Delay
time
Peak time
Settling time
Max overshoot
Referensi: Katsuhiko Ogata
Existing Control System
Flow control
Temperature
controlTemperature
indicate
Aksi pengendaliandilakukan olehoperator dengan caramengubah set point
pada flow controller
dan temperature
controller
Redesigned Control System
manipulated value TIC = set point FIC
Cascade control:• Digunakan untuk mengatasi
lambatnya reaksi prosespada sistem dengan time
constant besar.• Digunakan untuk mengatasi
sistem yang seringmengalami perubahan load.
Pengambilan Data Proses• Data proses dicatat oleh operator setiap dua jam sekali dalam
satu hari• Data proses yang digunakan pada tanggal 29 April 2010
Click for “hasil pengolahan data”
Pemodelan Heater E2501
• Berdasarkan Hukum Kesetimbangan Energi
• Model heater pada Simulink
genoutinst EEEE
genoutpoutinpinstpst ETcmTcmTcm 3,2,1,
genoutoutpoutininpinstp ETcmTcmdt
dTVc ,,,
87,20185
8,84433)(08,4464)(73,4433)(
sTsTsTs outin
Pemodelan Control Valve
controlsignalinputspan
PIpressurespanK PI
___
/__/
actuatorpressurespan
valvebukaanspanKactuator
__
__
totK
1
s
K
sU
sm
CV
totLPS
145,0
25,1
ssU
smLPS
108,0
25,11
ssU
smLPS
FV2501
TV2501
Fungsi transfer control valve:
Pemodelan Transmitter
FT251 TT2501
1
s
BsPVKsMV
Fungsi transfer transmitter:
TT2502-1/2
148,0
48,02501
s
sPVsMVFT
14
408,02501
s
sPVsMVTT
14
410667,02/12502
s
sPVsMVTT
Rekomendasi
Menerapkan strategi pengendalian cascade
Alasan:1. Pengendalian cascade dapat digunakan untuk mengatasi
lambatnya reaksi proses pada sistem dengan time constant besar.2. Pengendalian cascade dapat digunakan untuk mengatasi sistem
yang sering mengalami perubahan load.
Komponen Pengendalian:1. Controlled variable: Temperatur H3PO4
2. Manipulated variable: Laju aliran low pressure steam (LPS)
Perancangan Simulator
Simulator virtual terdiri dari 2 bagian penting, yaitu:
• Control drawing
Digunakan untuk mendefinisikan algoritma pengendalianyang akan diterapkan pada plant
• HIS (Human Interface Station)
Digunakan untuk membuat dan mengubah graphic
windows untuk keperluan pengoperasian dan monitoring
Kesimpulan
• Implementasi DCS Centum CS3000 dengan menerapkanstrategi pengendalian cascade dapat meningkatkanperformansi sistem pengendalian suhu penukar panas danmampu mengatasi fenomena perubahan beban.
• Tuning kontroler menggunakan metode kurva reaksimenghasilkan nilai PB=269 dan Ti=12,8 pada FIC2501, sedangkan untuk TIC2501 pada existing dan redesigned
system adalah PB=90,2 dan 85,7; Ti=20,4 dan 9,3; Td=4,2 dan 3,5.
• Berdasarkan parameter kualitatif, performansi sistemmenjadi lebih baik setelah strategi pengendalian cascade
diterapkan, yaitu dengan nilai tp=146s, ts=214s, Mp=0,02%, dan Ess=2%.
Saran
• Distributed control system (DCS) yang membuat sistemmampu dioperasikan secara terkomputerisasi perluditerapkan pada Unit PA Pabrik III untuk meningkatkanperformansi sistem dan mempermudah kerja operator.
• Strategi pengendalian cascade direkomendasikan untukmembuat existing system mampu beroperasi secaraotomatis sehingga efisiensi sistem dapat ditingkatkan dankestabilan konsentrasi Asam Fosfat dapat terjaga.
Daftar Pustaka
1) K. Rudi, "Peningkatan Produktivitas Pabrik Asam Fosfat PT. Petrokimia Gresik," Master theses, Institut Teknolgi Bandung, 2006.
2) G. L. Bela, "Process Control and Optimization", vol. II, 4th Edition, Taylor & Francis Group, CRC Press, 2006.
3) G. Frans, ―Falsafah Dasar Sistem Pengendalian Proses‖, Jakarta: Elex Media Komputindo, 1994.
4) K. Mohammed, "A Presentation of Heat Exchanger", University of Petroleum & Energy Studies.5) Sodja, A., Zupancic, B., dan Sink, J, ―Some Aspects of The Modeling of Tube and Shell Heat
Exchangers‖. Proceedings 7th Modelica Conference. Como, Italy, 20—22 September, 2009.6) P. Kauhanen, ―Verifying The Dynamic Model of A Heat Exchanger Configuration‖. Sweden:
University of Lund.7) Incropera, Frank P., dan David De Witt. ―Fundamentals Of Heat And Mass Transfer‖. John
Willey and Sons Inc., 1990.8) Tim Pengembang Modul DCS, ―Modul Pelatihan Distributed Control System‖, Institut Teknologi
Sepuluh Nopember Surabaya, 2009.9) ―Piping & Instrumentation Diagram Unit Phosphoric Acid (PA)‖, Pabrik III PT. Petrokimia Gresik,
1984.10) ―CS3000 Engineering Course – Student Workbook‖. Yokogawa Electric Corp, Tokyo, 2003.11) Yokogawa Electric Corporation. ―Instruction manual of DCS Centum CS3000 14th Edition‖,
Tokyo: Yokogawa Electric Corporation, 2003.12) ―Control Valve Handbook Fouth Edition‖. Emerson Process Management.