2

Daftar Isi1. Pengantar Pengendalian Proses2. Pemodelan Proses3. Transformasi Laplace dan Fungsi Alih4. Perilaku Dinamik Sistem Orde Satu dan Dua5. Karakteristik Respon Dinamik Sistem Lebih Kompleks6. Model Empirik7. Feedback Controler8. Stabilitas Lup Tertutup9. Disain Kontroler10. Penyetelan Kontroler11. Contoh Simulasi Proses: ABSORPSI

4

Pengantar Sistem Kontrol

Apa itu pengendalian prosesObyektif dari pengendalian proses (kenapa

ini penting)Konsep kontrol berumpan balik (feedback

control)SAP KuliahMetode Pembelajaran: Web-based

Interactive Learning Moduls

5

Pengantar ke Proses

Tentang apakah pengendalian proses itu?

Mengenai mengoperasikan sebuah proses sedemikian rupa hingga karakteristik proses yang penting dapat dijaga pada target yang diinginkan, meski ada gangguan dari luar

contoh: Refinery - komposisi dari jenis tertentu seharusnya pada harga tertentu

6

Pentingnya Pengendalian Proses

1. Pengendalian proses secara langsung mempengaruhi keselamatan dan kehandalan sebuah proses

Sebuah sistem kontrol menyediakan operasi yang amanalarm, safety constraint control, startup dan shutdown

Menstabilkan proses yang tidak stabilmencegah variabel tertentu yang penting lepas kendali

contoh: pengontrolan suhu dari reaktor polimerisasi

7

Pentingnya Pengendalian Proses2. Pengendalian proses yang tepat memperbaiki

kualitas produk yang dihasilkan oleh sebuah prosesMengurangi variabilitas untuk banyak kasus, pengurangan produk yang berubah-ubah ada pada

permintaan yang tinggi dan memiliki nilai tambah yang tinggi (contoh: feedstock untuk polimer)

8

Pentingnya Pengendalian Proses

3. Memaksimalkan produktivitas banyak sekali waktu yang dibutuhkan untuk

mengontrol batasan-batasan semakin dekat operasi yang dilakukan dengan

batasan-batasan tersebut semakin banyak profit yang dapat dibuat

Bottom line: pengendalian proses memiliki pengaruh yang besar pada keuntungan sebuah perusahaan

9

Pengendalian Proses

10

Pengantar

Apa itu proses?Bagaimana kita melakukan pengontrolan?

11

Proses Apa yang kita maksud dengan proses dalam teori

kontrol?

Proses (P) adalah sebuah operasi yang mengambil INPUT dan memberikan OUTPUT

AtauProses (P) adalah sebuah peta dari ruang input ke ruang output

12

Proses INPUT

Manipulated Variable (MV): u sesuatu yang dapat diubah-ubah/dimanipulasi

actuating signal Disturbance: d

sesuatu yang datang sebagai hasil dari beberapa fenomena luar dan mempengaruhi output tetapi tidak dapat dimanipulasi

OUTPUT (Controlled Variable, CV): y kuantitas yang dapat diobservasi yang kita dapat diukur dan ingin

diatur

13

Sebuah Contoh Proses Pengendalian Kecepatan Mobil

Diukur dan dikontrol:Kecepatan Variabel keluaran

Dimanipulasi atau digerakkan (diaktuasi):Tekanan dan akselerator Variabel masukan

Faktor luarfriksi, kemiringan jalan Disturbance (gangguan)

14

Konsep Proses Dalam Teori Kontrol

Dalam flowsheeting proses

Dalam pengendalian proses

15

Contoh

Stirred tank heater

Apa MV, CV dan disturbance-nya?

16

Contoh

Apa varibel masukan dan keluarannya?Tergantung pada

apa yang perlu dikontrolapa yang dapat dimanipulasikan

Jika T itu yang dikontrol dengan memanipulasi daya dari heater Q:

17

Kontrol

Apa sasaran dari kontrol? Untuk mengatur keluaran proses akibat adanya

pengaruh gangguan mengendarai mobil mengontrol komposisi reaktor kimia

Untuk menstabilkan proses yang tak stabil menaiki sepeda kontrol pesawat kontrol suhu dari reaktor polimerisasi

18

Sistem Kontrol Sebuah proses yang dikontrol (controlled process) adalah

sebuah sistem yang terdiri dari dua sistem yang berinteraksi:Kebanyakan sistem yang dikontrol adalah sistem dikontrol

berumpan-balik

Kontroler didisain untuk menyediakan pengaturan keluaran proses karena adanya gangguan

19

Strategi Pengendalian

Strategi apa yang dapat kita gunakan dalam pengendalian proses?

Feedback (berumpan-balik)Feedforward (berumpan-maju)

20

Feedback control untuk kecepatan1. Mengukur kecepatan aktual2. Menemukan perbedaan:

Error = Kecepatan diinginkan - Kecepatan aktual3. Memutuskan berapa daya yang seharusnya diterapkan pada

akselerator:jika Error>0 maka tekan gas lebih kerasjika Error<0 maka angkat gas sedikit

CV-nya diukur.Controller beraksi sesuai dengan ukuran CV-nya

21

Feedforward control dari kecepatan1. Lihat kemiringan jalan2. Jika menanjak, tekan gas lebih keras

jika menurun, angkat gas sedikit atau malah gunakan rem

CV-nya tidak diukur.Gangguannya diukur dan controller beraksi sesuai dengan gangguannya

22

Strategi Pengendalian Pengontrolan suhu

Asumsi:(1) Laju alir masuk = laju alir keluar(2) Densitas cairan konstanSasaran pengontrolan: T = TRR

CV? MV? Gangguan?

1. Berapa panas yang harus disuplai?Necara energi kondisi tunak:

Untuk T = TRRJika:

(1) Asumsinya valid(2) Laju alir masuk dan suhu masuk sama dengan harga nominalnya

Maka: T = TRR

inTTCwQ inR TTCwQ

23

Strategi Pengendalian Perkirakan suhu masuk Tin berubah terhadap waktu.

Bagaimana kita dapat memastikan T masih pada atau mendekati set point TR ?1. Gunakan tangki yang BESAR

Mahal2. Ukur T dan atur Q

Bandingkan T dengan TR Atur Q berdasarkan error-nya

3. Ukur T dan atur w4. Ukur Tin dan atur Q

5. Ukur Tin dan atur w

6. Ukur Tin dan T dan atur Q7. Ukur Tin dan T dan atur w

inR TTwCQ

inR TTCQW /

24

Strategi Pengendalian

Klasifikasi strategi pengendalianFeedback control (Metode 2 dan 3):

CV dari proses diukur dan hasil pengukurannya digunakan untuk mengatur MV

T diukur dan Q (metode 2) atau w (metode 3) diaturVariabel gangguan (Tin) tidak diukurNegative feedback:

CV ditekan ke arah set pointPositive feedback:

CV ditekan menjauhi set point

25

Strategi Pengendalian

Keuntungan dan kerugian Feedback control Keuntungan:

Aksinya korektifMenangani semua gangguan (gangguan dalam Tin, w, suhu lingkungan, dsb.)

Hanya perlu pengetahuan yang minimumTidak memerlukan pengukuran gangguanPengaturan dengan trial-error

Kerugian Menangani gangguan hanya setelah CV menyimpang dari set

point-nya

26

Strategi Pengendalian Klasifikasi strategi pengendalian

Feedforward control (Metode 4 dan 5): Gangguan (Tin) diukur dan MV (Q dan w) diatur CV tidak diukur

Keuntungannya: Dapat menyediakan pengendalian yang sempurna (secara teori, jika

modelnya sempurna dan pengukuran gangguan yang ada akurat) Kekurangannya:

Perlu model yang sempurna Tidak dapat menangani gangguan yang tidak terukur (seperti

perubahan suhu lingkungan) Tidak ekonomis untuk mengukur seluruh gangguan

Feedback control digunakan dalam kombinasi feedforward control (Metode 6 dan 7)

27

Diagram blok prosesImplementasi dari Metode 6 (feedback control)

Diukur: T(t)Diatur: Q(t)

Operasi pengendalian suhu:1. Suhu keluar tangki diukur dengan termokopel yang menghasilkan

sinyal mV yang sesuai2. Sinyal yang berubah dengan waktu ini harus dikuatkan ke sinyal

tingkat voltase V(t) dan dikirim ke kontroler3. Kontroler melakukan tiga tugas:

merubah set point TR ke tegangan VR

menghitung error e(t) = VR - V(t) menghitung beban panas Q(t) dan mengirim sinyalnya yang sesuai

p(t) ke heater4. Sebagai respon sinyal masukan p(t), heater merubah sinyal p(t)

ke arus yang menghasilkan Q(t)

)()( tTTKQtQ Rcn

28

PengantarDiagram blok kontrol

29

Diagram kontrol

Kontrol dimaksudkan untuk menyediakan regulasi keluaran proses sebagai sebuah rujukan, r, akibat adanya gangguan

Deviasi dari keluaran pabrik, e=(r-y), dari rujukan yang dimaksud digunakan untuk membuat perubahan (adjustment) yang tepat pada masukan pabrik, u

Kontroler dapat berupa kontroler analog, kontroler dijital, sebauh komputer, atau seorang operator yang melakukan manipulasi yang diperlukan

30

Feedforward control Diukur Tin, Q

31

Sistem Kontrol Lup Terbuka Faktor penting: WAKTU Kelebihan:

konstruksi sederhana perawatan mudah lebih murah tidak ada persoalan kestabilan cocok untuk keluaran yang sukar diukur atau tidak ekonomis (contoh:

mengukur kualitas keluaran pemanggang roti) Kekurangan:

tidak menangani gangguan perubahan kalibrasi untuk menjaga kualitas yang diinginkan perlu kalibrasi ulang dari waktu

ke waktu

C Pyu

32

Bagaiamana mendokumentasikan pengendalian proses?

A Analyzer (analisis khusus yang sering diindikasikan dengan simbol, seperti untuk [untuk densitas] atau pH) F flow rate L level dari cairan atau padatan di dalam vessel P pressure T temperature

33

Sinyal Transmisi Pneumatic (tekanan udara)

normalnya 3 - 15 psig gambar sinyalnya pada PI&D:

Elektrik/elektronik normalnya 4 - 20 mA

Dijital atau diskret (0 dan 1)

Untuk mengubah dari satu sinyal ke sinyal lain digunakan TRANSDUCER. I/P artinya mengubah dari sinyal listrik (I) ke pneumatik (P)

FY10

I/P

34

Pengendalian Proses

Bagaimana kita memperbaiki pengendalian ?

35

Filosofi Kontrol

Untuk memiliki pengendalian yang baik, kita memerlukan gambaran kuantitatif dari proses - sebuah model matematika

Pendekatan berdasarkan model mengembangkan model matematika mendisain dan mengoptimasi kontroler berdasarkan pada model

tersebut Keuntungan kontrol berdasarkan model

Unjuk kerja kontrol yang lebih baik Model tersebut memprediksi perilaku dinamik dari proses saat MV

diubah

36

Pengendalian Proses dan Pemodelan

Dalam mendisain sebuah kontroler, kita harus: Mendefinisikan obyektif pengontrolan Mengembangkan sebuah model proses Mendisain kontroler berdasarkan pada model Mengujinya melalui simulasi Mengimplementasikannya pada proses nyata Cari pengontrolan terbaik (tuning) dan memantaunya

37

Pengembangan Sistem Kontrol

Sering sebuah proses iteratif, didasarkan pada kinerja kita bisa memutuskan untuk menyetel, mendisain atau memodelkan kembali sebuah sistem kontrol yang diberikan

38

Pengembangan Sistem Kontrol

Obyektif “Apa yang sedang kita coba untuk dikontrol?”

Pemodelan proses “Apa yang kita perlukan?”

Mekanistik dan/atau empirik Disain kontroler

“Bagaimana kita menggunakan pengetahuan perilaku proses untuk mencapai obyektif pengendalian proses kita?”

Variabel apa yang seharusnya kita ukur? Variabel apa yang seharusnya kita kontrol? Mana MV yang terbaik? Mana struktur kontroler yang terbaik?

39

Pengembangan Sistem Kontrol Implementasi dan menyetel proses yang dikontrol

Uji dengan simulasi Masukkan strategi kontrol ke perangkat keras kontrol Teori jarang melebihi realita Setel dan setel lagi

Memonitor kinerja Penyetelan dan pendisainan kembali secara periodik sering

dibutuhkan berdasarkan pada sensitivitas proses atau permintaan pasar

Metode statistik dapat digunakan untuk memonitor kinerja

40

Process dynamics dan Kontrol Process Dynamics (Dinamika Proses):

Studi perilaku transien dari proses-proses Process Control

Penggunaan process dynamics untuk memperbaiki operasi dan kinerja proses

atau penggunaan process dynamics untuk mengurangi efek perilaku

proses yang tidak diinginkan (tidak stabil) Sistem kontrol

Proses Kontroler

41

Sasaran Pembelajaran

Sasaran Memberikan kepada mahasiswa pengetahuan yang baik

konsep disain sistem kontrol

Karena kontrol yang lebih baik memerlukan pemahaman akan dinamika proses yang dikontrol, mata kuliah ini meliputi dua bidang:1. Analisis dinamika proses2. Disain sistem kontrol

42

Fokus Pembelajaran

FokusAnalisis dinamika proses

Pemodelan prosesPerilaku dinamik dari sebuah jajaran proses

Analisis dan disain sistem kontrolSistem kontrol berumpan-balikPerilaku dinamik dan stabilitas sistem kontrol lup

tertutupDisain kontroler untuk respon transien (PID)

43

Proses Belajar Dengan WILMO (Web-based Interactive Learning MOdules)

1. Initial reading 2. Class participation

3. Web learning Modules

4. Course assignments

Reading

5. Study in depth

Revisit WEB

Formulate own study questions

44

Daftar Rujukan Textbook:

D. E Seborg, T. F. Edgar, D. A. Mellichamp, Process Dynamics and Control, John Wiley & Sons, 1989 (ISBN 0-471-86389-0)

Rujukan :1. T. Marlin, Process Control: Designing Processes and Control Systems for Dynamic Performance,

2nd Edition, McGraw-Hill, New York, 20002. Smith, Carlos A. dan Corripio, Armando B., Principles and Practice of Automatic Process Control, 1985,

John Wiley & Sons Inc. 3. R. Wayne Bequette, Process Dynamics: Modeling, Analysis, and Simulation, Prentice Hall, New Jersey,

1998 (0-13-206889-3) Jurnal

Computers & Chemical Engineering Journal of Process Control Chemical Engineering Science

Internet: http://www.chemeng.ui.ac.id/~wahid/kendali.htm (Homepage Kuliah) http://www.pc-education.mcmaster.ca (WILMO) http://lorien.ncl.ac.uk/ming/Dept/Swot/connotes.htm (Jagad PC) http://www.rpi.edu/~bequeb/ (Homepage B. W. Bequette)

Software MATLAB with SIMULINK

45

Jadwal Aktivitas Pembelajaran Pengendalian Proses

MID SEMESTER

QUIZ 214

CH 5Karakteristik Respon Dinamik Sistem Lebih Kompleks

11 - 13

Perilaku Dinamik Sistem Orde Satu dan Dua8 – 10

CH 5CH 5

QUIZ 1 dan Pembahasan7

CH 4CH 3 dan CH 4Transformasi Laplace dan Fungsi Alih

5 – 6

CH 3CH 2Pemodelan Proses3 - 4

CH 1 dan CH 2CH 1Pengantar Pengendalian Proses1 - 2

KeteranganRujukan 1Textbook ChapterSections

TOPIKPertemuanke

CH 6

46

Jadwal Aktivitas Pembelajaran Pengendalian Proses

KeteranganRujukan 1Textbook ChapterSections

TOPIKPertemuanke

FINAL TEST

Presentasi Tugas Kelompok25 – 28

CH 11

Penyetelan Kontroler

22 - 23

CH 10CH 11

Disain Kontroler

20 – 21 Kestabilan Sistem Kontrol Lup Tertutup

19

CH 7 dan CH 8CH 8Feedback Controller17 - 18

CH 6CH 7Model Empirik15 - 16

QUIZ 3

24 - 25

CH 12

CH 13 CH 9

47

Diktat Pengendalian Proses

Tersedia di home page mata kuliah dua buah diktat yang bersumber dari buku: Smith & Corripio Seborg, dkk.

Rujukan tambahan: Marlin Bequette Ogata Luyben

Kedua diktat itu akan digabung menjadi satu kesatuan yang utuh

48

http://www.chemeng.ui.ac.id/~wahid/kendali.htm

49

WILMO

50

Keaktifan Mengakses WILMO

Cara yang ditempuh untuk memotivasi mahasiswa: Meyakinkan mahasiswa bahwa kualitas mahasiswa UI

tinggi Mengakses WILMO adalah bagian dari penilaian (10%) Setiap quiz mengandung soal dari WILMO Selalu mengingatkan pentingnya mengakses WILMO

dengan dua cara: Saat di kelas Menempelkan pengumuman

51

Penyebab Tidak Aktif

Belum mengetahui tingkat kepentingannya Sulit mendapatkan sarana untuk mengakses internet:

Tidak punya komputer di rumah Jauh dari warnet Tidak menjadi anggota lab SPK

Merasa cukup dengan hanya nimbrung saat temannya mengakses WILMO Melihat foto-kopian WILMO

52

Penugasan Semua dikerjakan dalam kelompok Ada dua bentuk tugas:

Menyelesaikan soal Presentasi

Bahan: Modul-modul di buku Bequette Paper dari beberapa jurnal

Penilaian: Nilai presentasi dari dosen : 30% Nilai presentasi dari kelompok lain : 30% Nilai presentasi dari kelompok sendiri : 30% Nilai presentasi dari report hasil diskusi : 10%

53

Tugas Presentasi Dari modul-modul yang ada di buku Bequette:

Stirred Tank Heaters Absorption Isothermal Continuous Stirred Tank Chemical Reactors Biochemical Reactors Diabatic CSTR Ideal Binary Distillation

Dari jurnal: A two degree of freedom level control (Journal of Process Control) A direct synthesis tuning method of unstable first-order-plus-time-

delay processes (Journal of Process Control) Closed-loop on-line process identification using a proportional

controller (Chemical Engineering Science) An Industrial Dead-Time Compensating PI Controller (Control

Engineering Practice)

54

Evaluasi

25Ujian Akhir Semester5

25Ujian Tengah Semester4

10Akses WILMO3

30Tugas/Quiz2

10Absensi1

PERSENTASE (%)

KOMPONENNO

E0 – 29,95

D30 – 55,94

C56 – 69,93

B70 – 79,92

A80 – 1001

BOBOTRENTANG NILAINO

55

Perkembangan Nilai Kendali

29.03

45.16

16.1322.54

28.17

42.25

2.8210.13

59.49

25.32

5.97

43.2847.76

27.66

38.3034.04

0.001.618.06

90.32

92.96

4.230

5.06

94.94

0

97.01

2.990.00

100.00

0

20

40

60

80

100

120

A B C D E/T Kelulusan

%

97/98 98/99 99/00 00/01 01/02