LOGOPerancangan Sistem Pengendalian Tekanan Keluaran Steam Separator Dalam Upaya Peningkatan Kualitas

Output Steam di PT. Pertamina Geothermal Energy area Kamojang, Jawa Barat

OLEH :ANIKE PURBAWATI 2408100037

DOSEN PEMBIMBING :KATHERIN INDRIAWATI, ST.MT.

LABORATORIUM REKAYASA INSTRUMENTASI DAN KONTROLJURUSAN TEKNIK FISIKA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

Introduction

Latar belakang Tujuan Batasan masalah

-Vane separator- algoritmapengendalian MPC-Temperatur darigathering sistemkonstan-Data bulan Februari2012 per jam-Controlled variabel(pressure output)-Manipulated variabel: flow steam

-merancang sistempengendaliantekanan keluaransteam separator dengan algoritmapengendali MPC danteknik optimasiquadratic programming

-Panas bumi berupadry- steam

- steam dilewatkan keseparator

- pengendaliantekanan keluaransteam separator (manual DCS)

- tuning tidak sesuai

PLTP Kamojang

P&ID steam separatorAUTOMATISMANUAL

Diagram blok sistem pengendalian

www.themegallery.com

Model Predictive Control

Gambar 1. Struktur dasar MPC (Camacho & Bordons, 1998)

Mengestimasi gangguan saat sekarang dan ke depan

Menggunakan model proses untuk memprediksi sinyal kontrol ke depan sehingga

dapat meminimalisasi Fungsi Objectif

Mengimplementasikan aksi kontrol sekarang dan

memprediksi keluaran ke depan berdasarkan modl

proses yang dibuat

Tunggu hingga waktu 1 sampling tercapai dan ulangi

algoritma proses

Lintasan prediksi dari harga keluaran (berdasarkan input sebelumnya)

Estimasi gangguan

Prediksi sinyal kontrol

Prediksi baru dari keluaran

Constraint (pembatas)

Lintasan keluaran yang diinginkan

Pengukuran harga keluaran sekarang

Gambar 2 Bentuk umum algoritma MPC (Wang, 2009)

Algoritma pengendalian

Model proses MPC:

Vektor keadaan prediksi:

Output prediksi:U(k) : vektor masukan berdimensi-lX(k) : vektor keadaan berdimensi-nY(k) : vektor keluaran berdimensi-mA : matriks keadaan berdimensi n x nB : matriks masukan berdimensi n x lC : matriks keluaran berdimensi m x n

Cont’d Cost function

Quadratic programming

Dimana:

(2.18)

Model Predictive ControlMulai

Hitung matriks E, H, G, matriks constraints, Q, dan R

Selesai

Ya

Tidak

u(k)=Δu(k)+u(k-1)

Tentukan Hp, Hu, Q, dan R

Hitung matriks Ψ,Γ, dan Θ

Hitung ΔU(k) menggunakan Quadratic Programming

k=k+1

Hentikan pengendali?

Ambil data x(k) dan u(k-1)

Trayektori referensi

T(k)plantoptimize

X(k)u(k)∆u(k)

u(k-1)

Pengendali MPC

E(k)

Anike Purbawati 2408100037

Metodologi penelitianmulai

Pemodelan steam separator, control valve,

transmitter

Model valid?

Pemodelan & Integrasialgoritma MPC ke plant

Berhasil?

Uji performansisistem

Analisa data danpembahasan hasil

simulasi

selesai

No

Yes

No

Yes

Struktur plant

Steam separator

203

PT

V-3

Flow steam

Rock Muffler

PV-214A

PV-214B

PV-214C

PV-214D

PSV

To demister

PT

I-7

PIC

V-9

I-8

PIC P-22

P-23

Steam separator

203

PT

V-3

Flow steam

Rock Muffler

PV-214A

PV-214B

PV-214C

PV-214D

PSV

To demister

V-8

I-6

PIC

PT

I-7

PIC

steam separator

Pemodelan Plant

Dimana:

Anike purbawati 2408100037

Diaphragm Gauge Pressure Transmitter

model EJA530A

produk Yokogawa

mengukur steam pressure

Pressure Transmitter

PT-203

Range 0 – 20 bar

Output 4 – 20 mA

Time konstant = 0,2 s

Hubungan sinyal kontrol (dengan opening valve)

Hubungan opening valve dengan flow discharge control valve

Control ValveGain control valve

- type Butterfly dengan model DVC6030, Fisher,- aktuator jenis piston, posisioner I/P - karakteristik valve equal percentage

Validasi plant

Anike purbawati 2408100037

parameter simulasi Real plantTekanan 10.24 bar 10.23447 barLiquid level 8.361 cm 8.542 cmFlow discharge (43%)

430.1 ton/h 403.12 ton/h

simulasi

Parameter MPC Nilai

Control interval 0.1

prediction horizon 45

control horizon 1

bobot input 0

bobot laju input 0.0923

bobot output 1.0833

Constraint Umin:4 ; Umax:20

Simulasi struktur plant Kamojang

0 50 100 150 200 250 300 350 49.4

9.6

9.8

10

10.2

time (sec)

pres

sure

(bar

)

Gambar 4.1 Respon openloop steam separator

0 100 200 300 400 500

9.6

9.8

10

10.2

10.4

time (sec)

pres

sure

(bar

)

responsetpoint

0 100 200 300 400 5009.5

10

10.5

11

11.5

time (sec)

pres

sure

(bar

)

respon closed loop setpoint 11 bar

responsetpoint

Gambar 4.2 Respon closedloop sistem (setpoint 10.24 bar) Gambar 4.3 Respon closedloop sistem (setpoint 11 bar)

Simulasi struktur plant baru

0 20 40 60 80 1000

2

4

6

8

10

12

time (sec)

pres

sure

(bar

)

respon open loop steam separator

respon open loop

0 20 40 60 80 100

2

4

6

8

10

time (sec)

pres

sure

(bar

)

respon closedloop steam separator

responsetpoint

Gambar 4.4 Respon openloop tekanan keluaran steam separator Gambar 4.5 respon closed loop sistem

Ts = 27 s

Uji tracking setpoint

0 50 100 150 2000

2

4

6

8

10

time (sec)

pres

sure

(bar

)

respon uji tracking setpoint naik

responsetpoint

0 50 100 150 200

9.6

9.8

10

10.2

10.4

10.6

10.8

time (sec)pr

essu

re (b

ar)

respon uji tracking setpoint turun

responsetpoint

Gambar 4.8 Uji tracking setpoint turunGambar 4.7 Uji tracking setpoint naikTs = 9.45 s Ts = 9.45 s

Uji noise

0 50 100 150 2000

2

4

6

8

10

12

respon uji noise variance 0.043%

time (sec)

pres

sure

(bar

)

responstep

0 50 100 150 2000

2

4

6

8

10

12

respon uji noise variance 1%

time (sec)

pres

sure

(bar

)

responsetpoint

0 50 100 150 2000

2

4

6

8

10

12respon uji noise variance 10%

time (sec)

pres

sure

(bar

)

responsetpoint

Ts = 36.5 s Ts = 18.2 s

Uji disturbance

0 50 100 150 2000

2

4

6

8

10

12

time (sec)

pres

sure

(bar

)

rspon uji beban naik (467.29 K - 482 K)

respon sistemsetpoint

0 50 100 150 2000

2

4

6

8

10

time (sec)

pres

sure

(bar

)

uji beban turun (467,29 K - 410 K)

responsetpoint

Ts = 21.6 s Ts = 40s

Performansi

Jenis UjiKarakteristik dinamik

Max.Overshoot (%) ess Tss (s)

Closedloop 3.5 0.02 27

Tracking setpoint naik 0.8 0.09 9.45

Tracking setpoint turun 0.068 0.0069 9.45

Uji noise variance 0.043% 5.5 0.029 36.5

Uji noise variance 1% 1.3675 0.03 18.2

Uji beban naik 1.07 0.0025 21.6Uji beban turun 0 0.00241 40

Kesimpulan Tekanan output steam separator dapat dikendalikan dengan mengubah

struktur plant separator. Perubahan struktur plant dilakukan denganmengubah letak control valve yang semula memanipulasi flow steammasukan separator menjadi memanipulasi flow steam keluaran steamseparator

Controller MPC yang memberikan hasil pengendalian terbaik dalam simulasiini menggunakan parameter-parameter kontrol sebagai berikut: controlinterval 0.1, prediction horizon 45, control horizon 1, bobot input 0, bobotlaju 0.0923, dan bobot output 1.0833, dan constrain sinyal kontrol 4 mA-20mA.

Sistem kontrol MPC mampu mengendalikan tekanan dalam range 9.93 bar-11.69 bar (constrain sinyal kontrol 4 mA- 20 mA)

Sistem control MPC mampu bekerja dengan baik pada saat diberi noisedengan variance sebesar 0.043% dan 0.1% dan controller MPC memiliki essyang di sekitar besar ketika diberi noise 10% ke atas.

Sistem pengendali MPC mampu melakukan tracking setpoint baik naikmaupun turun dan mampu meredam gangguan berupa kenaikan danpenurunan temperatur steam pada gathering sistem dengan performansiyang baik

LOGO

Fungsi kriteria

Nilai optimal ΔU(k) dapat dihitung dengan membuat gradien dari V(k)bernilai 0, sehingga didapatkan nilai optimal dari perubahan sinyal kontrol ΔU(k)