Kul_01 dan 02.ppt
-
Upload
feby-lailani -
Category
Documents
-
view
81 -
download
9
description
Transcript of 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
PERANAN PENGENDALIAN DALAM PABRIK KIMIA
© Heriyanto, 2007Tanpa Pengendalian Dengan Pengendalian
1
Keuntungan Ekonomi• Beroperasi pada biaya produksi (utilitas) minimum • Hasil utama (yield) maksimum
PERANAN PENGENDALIAN DALAM PABRIK KIMIA
© 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
Identifikasi variabel:
• 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
Identifikasi variabel:
• Manipulated variable
– Laju steam (untuk suhu).– Laju umpan atau produk
(untuk level).– Laju gas nitrogen (untuk
tekanan).
© Heriyanto, 2007
1
SISTEM PROSES
Identifikasi variabel:
• 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
(Pengendalian Umpan Balik)
2
PENGENDALIAN PROSES
Disturbance Variable
Semua variabel yang mengganggu suhu.
TT - Temperature Transmitter
TC - Temperature Controller
TV - Temperature Control Valve
© Heriyanto, 2007
PENGENDALIAN SUHU
(Pengendalian Umpan Balik)
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 SISTEM PROSES
Direct Acting
© Heriyanto, 2007
3
AKSI SISTEM PROSES
© Heriyanto, 2007
Reverse Acting
3
AKSI CONTROL VALVE
© Heriyanto, 2007
3
AKSI CONTROL VALVE
© 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
© Heriyanto, 2007
3 AKSI CONTROL VALVE
© Heriyanto, 2007
3 AKSI CONTROL VALVE
(Fail-Open) (Fail-Closed)© Heriyanto, 2007
3 AKSI CONTROL VALVE
(Fail-Open) (Fail-Closed)© Heriyanto, 2007
3 AKSI CONTROL VALVE
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
DIAGRAM INSTRUMENTASI
© Heriyanto, 2007
Contoh
Aksi• Sistem proses: Direct• Control Valve: FC
FCR
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.
RESPONS SISTEM PENGENDALIAN3
• Nilai Minimum dari Integral Error Absolut (IAE)Menunjukkan luas total error. Kriteria IAE disukai di kalangan praktisi industri karena kemudahan dalam mengukur.
RESPONS SISTEM PENGENDALIAN3
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)
RESPONS SISTEM PENGENDALIAN3
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
RESPONS SISTEM PENGENDALIAN3
Perubahan Setpoint
RESPONS SISTEM PENGENDALIAN3