MODUL IX PengenalanSistemKontrol
-
Upload
bagus-abdani -
Category
Documents
-
view
23 -
download
4
description
Transcript of MODUL IX PengenalanSistemKontrol
Modul Praktikum TF-3206 Laboratorium Teknik Fisika IV
1
9.
MODUL IX
PENGENALAN SISTEM KONTROL :
PENGONTROLAN FLOW
9.1. Tujuan Percobaan
1. Memberikan pembahasan tentang dinamika sistemflowdan karakteristiknya
2. Melakukan identifikasi sistem
3. Memberikan pembahasan tentang sistem kontrolflow pada Mini PlantArmfield
4. Melakukan analisis pengaruh aksi Proporsional, Integral, dan Derivativepada
respon pengontrolan.
9.2. Peralatan Yang Digunakan Pada Praktikum
1. Hardware Pengontrol Mini Plant Armfield: PCT23MKII
2. Proses MiniPlant Armfield
3. Komputer + SoftwareArmfield (Akusisi Data dan Monitoring)
4.Connector Kit
9.3. Teori Dasar
Armfield Process Plant Trainer digunakan untuk mendemonstrasikan suatu
metode proses kontrol secara keseluruhan dengan menggunakan kontrol manual,
single feedback loops, hingga sophisticated cascade loops dan kontrol supervisor
yang terdistribusi untuk seluruh proses yang merupakan miniatur dari proses
produksi yang sebenarnya. Armfield Process Plant TrainerPCT23MKII
ditunjukkan pada gambar 1 berikut ini.
Gambar 1. Mini Plant Armfield
Modul IX – PengenalanSistemKontrol
2
9.
Adapun PCT23MKIIterdiri dari beberapa unit, yaitu:
9.3.1. Unit Proses
Pada unit ini proses dimodelkan dengan proses high temperature short time
(HTST) sebagai dasar dari pemodelan proses kontrol. Pada proses HTST,
temperatur aliran proses ditentukan dan dijaga tetap dalam waktu yang seminimal
mungkin. Proses HTST menggunakan tiga stage dari heat exchanger, yaitu
recycle, heating dan cooling. Proses kontrol yang lebih rumit dimodelkan dengan
menggunakan dua tangki dan sensor level yang berbeda-beda jenisnya. Unit ini
memiliki rentang pengukuran temperatur dan flow yang lebar. Pada unit ini
terdapat:
Sistem feed dengan pompa peristaltik
Unit water heating dengan pompa peristaltik
Cooling water system
Plate heat exchanger dengan holding tube
Sensor Flow pada feed line
Sensor Konduktivitas
4 sensor temperatur
Sensor Level pada product tank
High/low level switches in washing/ reagent tank
2-way solenoid valves for filling feed tanks and cooling water to exchanger
3-way solenoid valves for selecting feed tank and diverting waste product
Connections to the electrical console
Deskripsi proses pada Mini Plant Armfield dapat dijelaskan dengan melihat pada
PFD (Process Flow Diagram) seperti ditunjukkan oleh gambar 2. PFD dan
Tagname PCT23MKII diilustrasikan sebagai berikut:
Modul Praktikum TF-3206 Laboratorium Teknik Fisika IV
3
9.
Gambar 2. PFDMini Plant Armfield
9.3.2. Console Pengontrolan
Pada console pengontrolan ini terdapat interface elektrikal, pengkondisi sinyal
untuk modul proses, dan USB interface untuk Windows. Output sensor dari
modul proses dapat ditampilkan pada LED display dan dimonitor secara eksternal.
Sinyal drive untuk modul proses dapat dikontrol secara manual melalui front
panel dari PC via USB bus, on/off controller dari sumber eksternal (misalnya
Armfield PCT19BR PLC) atau kontrol analog dari sumber eksternal (misalnya
Armfield PCT19BR PLC). Pada unit ini terdapat:
Product feed pump speed control
Heating fluid pump speed control
Heater power measurement and control
Temperature (×4), flow, level,and conductivity measurement
Digital inputs/outputs (from switches/ to solenoid valves)
Simultaneous connection of all signals to PCT19BR via 50 way IDC connector
or PC via USB port
Front panel sockets for connection to accessories, in particular industrial
controllers and chart recorder
Modul IX – PengenalanSistemKontrol
4
9.
9.3.3. Pengontrolan Otomatis
Pengontrolan otomatis memiliki peranan yang sangat penting untuk menunjang
keberhasilan target pengontrolan secara efisien. Hal itu menyebabkan
pengontrolan otomatis selalu diimplementasikan pada berbagai proses dalam
industri. Pengontrolan otomatis ini mempunyai skema yang paling banyak
diterapkan yaitu system feedback atau system umpan balik. Sistem feedback ini
juga disebut system kalang tertutup. Feedback pada system kalang tertutup
digunakan untuk mengurangi kesalahan pada proses sistem.
Gambar 3 menunjukkan system control kalang tertutup sederhana. Pada gambar
tersebut dapat dijelaskan bahwa antara sinyal masukan dan sinyal umpan balik
terdapat sinyal error yang kemudian diolah atau dikoreksi pengontrol untuk
selanjutnya menghasilkan output system sesuaidengan yang diharapkan.
Gambar 3. Diagram Blok SistemKalangTertutup
9.3.4. Komponen – Komponen Pada Sistem Pengontrolan
Pada system pengontrolan terdapat komponen – komponen yang saling
berinteraksi dan saling mempengaruhi output sistem. Komponen – komponen
tersebut meliputi controller, final control element, proses, disturbance, dan
transmitter seperti ditunjukkan oleh gambar 4. Berikut ini merupakan penjelasan
dari komponen – komponen tersebut :
Controller ;Elemen ini merupakan elemen yang membandingkan sinyal
yang didapat dari umpan balik dengan set-point dan memberikan sinyal
koreksi untuk diaplikasikan pada elemen final control element. Kontroler
yang melakukan kalkulasi dan perhitungan pada sistem untuk
Modul Praktikum TF-3206 Laboratorium Teknik Fisika IV
5
9.
mengondisikan keluaran sinyal yang dibutuhkan untuk memberikan aksi
pada aktuator elemen final.
Final Control Element ;Elemen ini disebut juga dengan aktuator yang
mengubah besar dari nilai variabel pengukuran dengan memanipulasi
besaran manipulated variable berdasarkan sinyal koreksi dari controller.
Perangkat ini akan melakukan aksi kontrol sistem berdasarkan perintah
dari sinyal kontrol.
Process Plant ;Pada bagian ini, plant proses merupakan komponen yang
akan dikendalikan kondisinya oleh controller melalui aksi dari elemen
pengontrol final.
Disturbance atau Load; Segala sesuatu yang berada di luar system
pengontrolan dan dapat mempengaruhi output suatu proses. Variabel yang
tidak dikontrol dapat berpotensi sebagai disturbance atau load jika nilai
variable tersebut berubah-ubah.
Feedback ;Pada elemen umpan balik, elemen ini terdiri dari sensor,
transmitter, atau transduser. Elemen ini akan merasakan (sensing) suatu
besaran dari proses yang terdapat pada sistem dan kemudian mengubahnya
ke dalam suatu besaran atau bentuk energi yang lain. Kemudian besaran
tersebut akan ditransmisikan dalam bentuk sinyal pengontrol sebagai suatu
hasil dalam pengukuran terhadap besaran yang ada.
Gambar 4. Komponen – KomponendalamSistemPengontrolan
Modul IX – PengenalanSistemKontrol
6
9.
9.3.5. Pengenalan Pengontrol PID (Proportional, Integral, Derivative)
Di dalam suatu sistem kontrol kita mengenal adanya beberapa macam aksi
kontrol, diantaranya yaitu aksi kontrol proporsional, aksi kontrol integral dan aksi
kontrol derivative. Masing-masing aksi kontrol ini mempunyai keunggulan
keunggulan tertentu, dimana aksi kontrol proporsional mempunyai keunggulan
rise time yang cepat, aksi kontrol integral mempunyai keunggulan untuk
memperkecil error ,dan aksi kontrol derivative mempunyai keunggulan untuk
memperkecil error atau meredam overshot/undershot. Untuk itu agar kita dapat
menghasilkan output dengan risetime yang cepat dan error yang kecil kita dapat
menggabungkan ketiga aksi kontrol ini menjadi aksi kontrol PID.
a) Pengontrol proporsional
Pengontrol proposional memiliki keluaran yang sebanding atau
proposional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang
diinginkan dengan harga aktualnya). Secara lebih sederhana dapat
dikatakan bahwa keluaran pengontrol proporsional merupakan perkalian
antara konstanta proposional dengan masukannya. Perubahan pada sinyal
masukan akan segera menyebabkan sistem secara langsung mengeluarkan
output sinyal sebesar konstanta pengalinya.
Hubungan antara pita proporsional (PB) dengan konstanta proporsional
(Kp) ditunjukkan secara persentasi oleh persamaan berikut:
b) Pengontrol Integral
Pengontrol integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki
kesalahan keadaan stabil nol. Jika sebuah plant tidak memiliki unsur
integrator (1/s), pengontrol proposional tidak akan mampu menjamin
keluaran sistem dengan kesalahan keadaan stabilnya nol. Dengan
pengontrol integral, respon sistem dapat diperbaiki, yaitu mempunyai
kesalahan keadaan stabilnya nol.
c) Pengontrol Derivative
Modul Praktikum TF-3206 Laboratorium Teknik Fisika IV
7
9.
Keluaran pengontrol Derivative memiliki sifat seperti halnya suatu operasi
differensial. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol, akan
mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat.
Secara matematis pengontrolan dengan menggunakan mode PID dapat
dirumuskan sebagai berikut:
{ ( )
∫ ( ) }
9.4. Prosedur Percobaan
Adapun prosedur percobaan dalam pengontrolan flow pada Mini Plant Armfield
dapat diuraikan sebagai berikut :
1. Percobaan Identifikasi Sistem
a) Buka software process plant trainer pada desktop
b) Pilihlah exercise C untuk menjalankan modul pengontrolan flowlalu
pilih load
Modul IX – PengenalanSistemKontrol
8
9.
c) Lalu pilihlah tanda , untuk melihat diagram atau HMI dari sistem
d) Tekan tombol untuk mengatur besar sampling menjadi 1 second
Modul Praktikum TF-3206 Laboratorium Teknik Fisika IV
9
9.
e) Hidupkan console PCT23
f) Pada console PCT23 dilakukan switch dari manual mode ke I/O mode
untuk settingan feed pump sementara untuk valve control pengisian tank A
tetap pada manual mode.
g) Lakukan pengisian air pada tank A dengan set SOL 4 = 1 pada PCT23
h) SET feed pump = 1 pada PCT23 untuk menghidupkan pompa feed water
i) Logging data dapat dilakukan dengan menekan tombol pada HMI
untuk memulai pengambilan data
j) Sebagai testing awal, ubah besar N1 (pompa) = 50, amati perubahan
F1dengan menekan tombol untuk melihat grafik dari proses.
k) Tekan tombol untuk melihat data yang sedang di ambil, dan setelah
selesai anda dapat menyimpan file ke dalam bentuk .xls (excel file).
l) Tekan faceplate PID 1 pada HMI lalu masukkan parameter manual output
(%) mulai 20,30,40,50,60,70,80. Lakukan masing – masing percobaan dari
kondisi awal pompa dan nilai output 0 (%). Simpan hasil percobaan
tersebut pada file yang terpisah untuk setiap nilai manual output yang
berbeda.
m) Isikan hasil percobaan pada table berikut ini
Modul IX – PengenalanSistemKontrol
10
9.
Besar Input
sistematau
Manual Output
(%)
Nilai Steady State
Output F1
(ml/menit)
Gain
sistem
Konstanta
waktu
Time
delay
20
30
40
50
60
70
80
2. Percobaan Pengontrolan Proportional
a) Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh aksi proportional
terhadap respon flow yang dihasilkan.
b) Parameter yang harus selalu sama untuk masing – masing percobaan
adalah Manual Operation pada nilai manual ouput 0 % dan set point pada
300 ml/ menit. Untuk mengatur besar parameter kontrol dapat dilakukan
dengan menekan tombol [PID 1] pada HMI.
c) Ubah nilai-nilai pada window ini sebagai berikut :
Set point : 300 ml/menit
Modul Praktikum TF-3206 Laboratorium Teknik Fisika IV
11
9.
Integral time : 0 sec
Derivative time : 0 secs
Proporsional band :100%, 90%, 80%, 70%,60%,50%
Mode of Operation : Automatic
Apply!
Simpan data percobaan dengan format .xls
3. Percobaan Pengontrolan Proportional + Integral
a) Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan aksi
integral pada pengontrol proportional terhadap respon flow yang
dihasilkan.
b) Untuk mengatur besar parameter control dapat dilakukan dengan menekan
tombol [PID 1] pada HMI.
c) Ubah nilai-nilai pada window ini sebagai berikut :
set point : 300 ml/menit
Integral time : 100,90,80,70,60,50,.....,10 detik
Derivative time : 0 secs
Proporsional band :60%
Mode of Operation : Automatic
Apply!
Simpan data percobaan dengan format .xls
4. Percobaan Pengontrolan Proportional + Derivative
a) Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan aksi
derivative pada pengontrol proportional terhadap respon flow yang
dihasilkan.
b) Untuk mengatur besar parameter control dapat dilakukan dengan menekan
tombol [PID 1] pada HMI.
c) Ubah nilai-nilai pada window ini sebagai berikut :
Set point : 300 ml/menit
Integral time : 0
Derivative time : 0.1;0.5;1;1.5;2 detik
Modul IX – PengenalanSistemKontrol
12
9.
Proporsional band :80%
Mode of Operation : Automatic
Apply!
Simpan data percobaan dengan format .xls
9.5. Tugas Analisis Laporan
1. Identifikasi Sistem
a) Berdasarkan tabel yang telah diisi, jelaskan apa pengaruh dari penambahan
input terhadap gain sistem dan konstanta waktu.
b) Termasuk orde berapakah sistem tersebut?
2. Pengontrolan Proportional :
a) Buatlah grafik respon flow dengan parameter nilai Kp yang berbeda-beda
(dalam satu grafik saja).
b) Jelaskan pengaruh variasi nilai Kp terhadap respon flow yang dihasilkan
3. Pengontrolan PI (proportional + integral) :
a) Buatlah grafik respon flow dengan parameter nilai integral time atau Ti
yang berbeda- beda (dalam satu grafik saja).
b) Jelaskan pengaruh variasi nilai Ti terhadap respon flow yang dihasilkan
4. Pengontrolan PD (proportional + derivative) :
a) Buatlah grafik respon flow dengan parameter nilai derivative atau Td yang
berbeda-beda (dalam satu grafik saja).
b) Jelaskan pegaruh variasi nilai Td terhadap respon flow yang dihasilkan
9.6. Kesimpulan
Kesimpulan dibuat dengan rujukan tujuan percobaan dan penjelasan intisari dari
analisis yang telah dibuat.
9.7. Pustaka
Ogata,K., “Modern Control Engineering”. Prentice Hall, 2010.