Post on 12-May-2019
PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN
PEMBAKARAN PADA DUCTBURNER WASTE
HEAT BOILER (WHB) BERBASIS LOGIC SOLVER
Oleh :
AMRI AKBAR WICAKSONO (2406 100 002)
Pembimbing:
IBU RONNY DWI NORIYATI & BAPAK TOTOK SOEHARTANTO
Latar Belakang
Plant Temperatur
terukur
Pressure
terukur
Firing
Bagaimana merancang logic solver yang dapat
mensupervisory variabel tekanan dan temperatur untuk
dijadikan sebagai acuan dalam mengendalikan aliran
bahan bakar ke dalam duct burner.
Permasalahan
Tujuan
Akan dilakukan perancangan controller berbasis logic solver
untuk mengendalikan laju aliran bahan bakar di duct burner
Waste Heat Boiler(WHB) dengan menggunakan acuan range
temperatur atau range tekanan hasil dari supervisory.
Batasan Masalah
• Objek yang dibahas lebih kepada sistem injeksi bahan bakar ke
dalam Waste Heat Boiler(WHB) .
• Kontroler untuk mengatur bukaan control valve bekerja atas
dasar program yang mengacu pada range temperatue terukur
dan/atau tekanan terukur.
• Tanpa ada perubahan instrument yang digunakan pada sistem
injeksi bahan bakar.
• Simulasi akan dilakukan dengan simulink.
• Temperatur yang dijadikan referensi adalah temperatur pada
duct burner.
• Tekanan yang dijadikan referensi adalah tekanan pada
superheater.
Alur Penelitian Start
Studi
literatur
Menentukan hubungan
antara pressure ,
temperatur , dan flow
Pemodelan
plant
Simulasi dengan
MATLAB simulink
Pengujian dan
analisa
Penyusunan
laporan tugas akhir
End
Perancangan kontroler
berbasis logic solver
Pemodelan Plant
kontroler
aktuator
plant
Diagram Blok
Perancangan Logic Solver
No Temperatur Tekanan Aksi
1 B S Tekanan sebagai referensi
2 S B Temperatur sebagai
referensi
3 B B Tidak ada aksi
4 S S Tekanan dan temperatur
sebagai referensi
Start
Data
temperatur
dan
data tekanan
Penentuan variabel
referensi opening
percentage valve
If
T = 660 0C
and
If
P tidak= 65 Bar
P sebagai referensi
opening percentage
valve
T sebagai referensi
opening percentage
valve
Tidak ada aksi
(default)
P dan T sebagai
referensi opening
percentage valve
If
T = 660 0C
and
If
P = 65 Bar
If
T tidak= 660 0C
and
If
P = 65 Bar
If
T tidak= 660 0C
and
If
P tidak= 65 Bar
end
Ya Ya Ya Ya
TidakTidak
TidakTidak
Deskripsi
Kondisi
Deskripsi
Aksi
Kondisi
Aksi
Keterangan : B : Sesuai set point
S : Melanggar set point
Lanjutan (Perancangan Logic Solver).....2
decisions
inisialisasi
kondisi
deskripsi
kondisi
kondisi
Lanjutan (Perancangan Logic Solver).....3
deskripsi
aksi
sinyal u yang diperlukan untuk
mencapai set point tekanan
sinyal u yang diperlukan untuk
mencapai kondisi aman temperatur
Lanjutan(Perancangan Logic Solver).......3
Duct Burner
Lanjutan (Duct Burner).............2
Superheater
P.V = n . R . T
Lanjutan (Superheater)......2
Control Valve
1
s
K
sU
sm
v
b
17853,1
05875,39
ssU
smb
Temperature Transmitter
Pressure Transmitter
1
s
K
P
P
P
P
ox
oy
Pengujian Open Loop
0 10 20 30 40 50 60 704
6
8
10
12
14
16
18
20
Waktu (s)
Aru
s (m
A)
Grafik Sinyal Uji Step Open Loop
0 10 20 30 40 50 60 70550
600
650
700
750
800
Waktu (s)
Tem
per
atu
r (C
)
Grafik Respon Open Loop Duct Burner
Respon Temperatur Duct Burner
Set Point
0 10 20 30 40 50 60 700
20
40
60
80
100
120
140
Waktu (s)
Tek
anan
(B
ar)
Grafik Respon Uji Open Loop Superheater
Respon tekanan superheater
Set point tekanan
0 10 20 30 40 50 60 700
100
200
300
400
500
600
700
Waktu (s)
Flo
w (
Kg
/s)
Grafik Respon Uji Open Loop Control Valve
Respon open loop control valve
Representasi sinyal U Laju Bahan Bakar
Maksimum yang Mampu
Dicapai
P Max yang
Mampu Dicapai
P yang
Diinginkan
T max. yang Mampu Dicapai
T yang
Diinginkan
Uji Penambahan Bahan Bakar
0 10 20 30 40 50 60 700
100
200
300
400
500
600
700
Waktu (s)
Flo
w (
Kg
/s)
Grafik Sinyal Uji Penambahan Bahan Bakar 10%
Sinyal uji penambahan bahan bakar 10 %
Kenaikan 10% laju bahan
bakar
0 10 20 30 40 50 60 70550
600
650
700
750
800
Waktu (s)
Tem
pera
tur (
C)
Grafik Respon Uji Penambahan Bahan Bakar 10% Duct Burner
Respon tempertur duct burner
0 10 20 30 40 50 60 700
20
40
60
80
100
120
140
Waktu (s)
Tek
anan
(B
ar)
Grafik Respon Uji Penambahan Bahan Bakar 10% Superheater.
Respon tekanan superheater
Perubahan respon
Perubahan respon
Uji Pengurangan Bahan Bakar 10 %
0 10 20 30 40 50 60 700
100
200
300
400
500
600
700
Waktu (s)
Flo
w (
Kg
/s)
Grafik Sinyal Uji Pengurangan Bahan Bakar 10%
Sinyaluji pengurangan bahan bakar 10%
Perubahan respon
0 10 20 30 40 50 60 70550
600
650
700
750
800
Waktu (s)
Tem
pera
tur
(C)
Grafik Respon Uji Pengurangan Bahan Bakar 10% Duct Burner
Respon temperatur duct burner
0 10 20 30 40 50 60 700
20
40
60
80
100
120
140
Waktu (s)
Tek
anan
(B
ar)
Grafik Respon Uji Pengurangan Bahan Bakar 10% Superheater.
Respon tekanan superheater
Perubahan respon
Perubahan respon
Pengujian Logic Solver
No Aksi U
(mA)
m dot
(Kg/s)
Temperatur Duct
burner (0C)
Tekanan.Superheater
(Bar)
1 4 0 567,9 53,72
2 5 38,98 580 58,05
3 6 77,96 592 62,38
4 7 116,9 604,1 66,72
5 8 155,9 616,1 71,05
6 9 194,9 628,2 75.39
7 10 233,9 640,2 79,72
8 11 272,9 652,3 84,05
9 12 311,8 664,3 88,39
10 13 350,8 676,4 92,72
11 14 389,8 688,4 97,05
12 15 428,8 700,5 101,4
13 16 467,7 712,5 105,7
14 17 506,7 724,6 110,1
15 18 545,7 736,7 114.4
16 19 584,7 748,7 118,7
17 20 623,7 760,8 123,1
Daerah sp
temp.
Daerah sp
Press.
Lanjutan (Logic Solver)...2
Memanipulasi sinyal
referensi
0 10 20 30 40 50 600
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Waktu (s)
Err
or
(mA
)
Grafik Sinyal Uji Step pada Logic Solver (Referensi Tekanan)
Sinyal uji
0 10 20 30 40 50 60-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Grafik Sinyal Uji Step pada Logic Solver (Referensi Temperatur)
Waktu (s)
Err
or
(mA
)
Sinyaluji
Terdapat Error
pada PV
PV sesuai
Set Point
Lanjutan (Logic Solver)....3
No Sinyal Step
Sinyal u (mA) Temperatur Tekanan
1 0 1 6,06
2 1 0 9
3 1 1 6,06
4 0 0 6,06
Konfigurasi logic solver
Uji Close Loop
Duct
Burner
Superheater Kontroler
Aktuator
Lanjutan (Close Loop)......2
0 10 20 30 40 50
600
650
700
Waktu (s)
Tem
pera
tur (
C)
Grafik Respon Close Loop Duct Burner
respon temperatur duct burner
set point temperatur
0 10 20 30 40 50
40
60
80
Waktu (s)
Teka
nan
(Bar
)
Grafik Respon Close Loop Superheater
respon tekanan superheater
set point tekanan
Zona Aman Temperatur
Tekanan Mencapai Set
Point
Mode Kontrol P, PI dan PID
No Tipe Parameter
Kp Ti Td
1 P (Proportional) 1,375 0 0
2 PI (proportioal Integral) 12,375 2 0
3 PID (Proportional Integral
Derivative) 1,65 1,2 0,3
Mode Kontrol P
0 50 100 150 200 250
600
650
700
Waktu (s)
Tem
per
atur
(C)
Grafik Respon Duct Burner dengan Mode Kontrol P (Referensi Tekanan)
respon temperatur duct burner
set point temperatur
0 50 100 150 200 250
40
60
80
100
Waktu (s)
Tek
anan
(B
ar)
Grafik Respon Superheater dengan Mode Kontrol P (Referensi Tekanan)
respon tekanan superheater
set point tekanan
Zona Aman Temperatur
Maximum
Overshoot Tinggi
Respon Relatif
Lambat
Mode Kontrol PI
0 50 100 150 200 250
600
650
700
Waktu (s)
Tem
per
atu
r (C
)
Grafik Respon Duct Burner dengan Mode Kontrol PI (Referensi Tekanan)
respon temperatur duct burner
set point temperatur
0 50 100 150 200 250
40
60
80
100
Waktu (s)
Tek
an
an
(B
ar)
Grafik Respon Superheater dengan Mode Kontrol PI (Referensi Tekanan)
respon tekanan superheater
set point tekanan
Zona Aman
Temperatur
Maximum
Overshoot Tinggi
Respon Relatif
Lambat
Mode Kontrol PID
0 50 100 150 200 250
600
650
700
Waktu (s)
Tem
pera
tur
(C)
Grafik Respon Duct Burner dengan Mode Kontrol PID (Referensi Tekanan)
respon temperatur duct burner
set point temperatur
0 50 100 150 200 250
40
60
80
Waktu (s)
Tek
anan
(B
ar)
Grafik Respon Superheater dengan Mode Kontrol PID (Referensi Tekanan)
respon tekanan superheater
set point tekanan
Zona Aman
Temperatur
Maximum Overshoot Relatif
Lebih Rendah daripada Mode
Kontrol P dan PI
Respon Relatif Lebih
Cepat daripada Mode
Kontrol P dan PI
Hasil Perbandingan
No
Logic Solver
Max.
Overshoot
(%)
Setling Time
(s)
Peak
Time
(s)
Ess
(%)
Rise Time
(s)
1 - 6,584 - 0,00484 0,981
No
Mode Kontrol P (Referensi Tekanan)
Max.
Overshoot
(%)
Setling Time
(s)
Peak
Time
(s)
Ess
(%)
Rise Time
(s)
2 27,05 33,367 5,446 0,0026 0,932
No
Mode Kontrol PI (Referensi Tekanan)
Max.
Overshoot
(%)
Setling Time
(s)
Peak Time
(s)
Ess
(%)
Rise Time
(s)
3 27,054 33,367 5,446 0,0184 0,932
No
Mode Kontrol PID (Referensi Tekanan)
Max.
Overshoot
(%)
Setling Time
(s)
Peak Time
(s)
Ess
(%)
Rise Time
(s)
4 8,53 10,355 6,798 0,0092 0,946 0 50 100 150 200 250
40
60
80
Waktu (s)
Tek
an
an
(B
ar)
Perbandingan Logic Solver dengan Mode Kontrol P, PI, dan PID
logic solver
proporsional
set point
proporsional integral
proporsional integral derivatif
P
PI
PID
Logic
Solver
KESIMPULAN
1. Telah dilakukan perancangan kontroler berbasis logic solver pada duct burner Waste Heat Boiler
(WHB).
2. Aksi kontroler berbasis logic solver dengan konfigurasi tekanan sebagai referensi menunjukkan
respon yang lebih baik dari pada mode kontrol P, PI dan PID. Untuk mode kontrol P dengan tekanan
sebagai referensi diperoleh karakteristik respon sebagai berikut : maximum overshoot 27,05 %,
settling time (ts) 33,367 s, peak time (tp) 5,446 s, error steady state (ess) 0,00262 %, rise time (tr)
0,9323 s. Untuk mode kontrol PI dengan referensi tekanan diperoleh respon sistem sebagai berikut :
maximum overshoot 27,054 %, settling time (ts) 33,367 s, peak time (tp) 5,446 s, error steady state
(ess) 0,0184 %, rise time (tr) 0,9323 s. Untuk mode kontrol PID dengan referensi tekanan diperoleh
karakteristik respon sebagai berikut : maximum overshoot 8,53 %, settling time (ts) 10,355 s, peak
time (tp) 6,7986 s, error steady state (ess) 0,00923 %, rise time (tr) 0,946 s.
3. Untuk konfigurasi logic solver dengan tekanan sebagai referensi utama diperoleh karakteristik
respon sebagai berikut: settling time (ts) 6,584 s, error steady state (ess) 0,00484 % rise time (tr)
0,9814 s dengan flow bahan bakar sebesar 101,7 Kg/s.
SARAN
Konfigurasi referensi input kontroler yaitu
proses variabel yang terlibat sebagai pasangan
aksi - kondisi dari logic solver dapat
diperbanyak dengan mengacu referensi
temperatur input exhaust gas, serta tekanan
steam input superheater yang senantiasa
berubah.
Terima Kasih