DASAR KOMPUTER

1
Pengendalian Proses
(GP32024 - Semester 6 - 3 SKS)
Ir. Abdul Wahid, MT.
Jurusan Teknik Gas dan Petrokimia FTUI
2
Daftar Isi

• 1. Pengantar Pengendalian Proses
• 2. Pemodelan Proses
• 3. Transformasi Laplace dan Fungsi Alih
• 4. Perilaku Dinamik Sistem Orde Satu dan Dua
• 5. Karakteristik Respon Dinamik Sistem Lebih
  Kompleks
• 6. Model Empirik
• 7. Feedback Controler
• 8. Stabilitas Lup Tertutup
• 9. Disain Kontroler
• 10. Penyetelan Kontroler
• 11. Contoh Simulasi Proses ABSORPSI

3
Pengantar Pengendalian Proses
Ir. Abdul Wahid, MT.
Jurusan Teknik Gas dan Petrokimia FTUI
4
Pengantar Sistem Kontrol

• Apa itu pengendalian proses
• Obyektif dari pengendalian proses (kenapa ini
  penting)
• Konsep kontrol berumpan balik (feedback control)
• SAP Kuliah
• Metode 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
  aman
• alarm, safety constraint control, startup dan
  shutdown
• Menstabilkan proses yang tidak stabil
• mencegah variabel tertentu yang penting lepas
  kendali
• contoh pengontrolan suhu dari reaktor
  polimerisasi

7
Pentingnya Pengendalian Proses

• 2. Pengendalian proses yang tepat memperbaiki
  kualitas produk yang dihasilkan oleh sebuah
  proses
• Mengurangi 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
• Atau
• Proses (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 luar
• friksi, 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 dikontrol
• apa 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 kecepatan

• 1. Mengukur kecepatan aktual
• 2. Menemukan perbedaan
• Error Kecepatan diinginkan - Kecepatan aktual
• 3. Memutuskan berapa daya yang seharusnya
  diterapkan pada akselerator
• jika Errorgt0 maka tekan gas lebih keras
• jika Errorlt0 maka angkat gas sedikit

CV-nya diukur. Controller beraksi sesuai dengan
ukuran CV-nya
21
Feedforward control dari kecepatan

• 1. Lihat kemiringan jalan
• 2. 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 konstan
• Sasaran pengontrolan T TR
• CV? MV? Gangguan?
• 1. Berapa panas yang harus disuplai?
• Necara energi kondisi tunak
• Untuk T TR
• Jika
• (1) Asumsinya valid
• (2) Laju alir masuk dan suhu masuk sama dengan
  harga nominalnya
• Maka T TR

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
• Mahal
• 2. Ukur T dan atur Q
• Bandingkan T dengan TR
• Atur Q berdasarkan error-nya
• 3. Ukur T dan atur w
• 4. Ukur Tin dan atur Q
• 5. Ukur Tin dan atur w
• 6. Ukur Tin dan T dan atur Q
• 7. Ukur Tin dan T dan atur w

24
Strategi Pengendalian

• Klasifikasi strategi pengendalian
• Feedback 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)
  diatur
• Variabel gangguan (Tin) tidak diukur
• Negative feedback
• CV ditekan ke arah set point
• Positive feedback
• CV ditekan menjauhi set point

25
Strategi Pengendalian

• Keuntungan dan kerugian Feedback control
• Keuntungan
• Aksinya korektif
• Menangani semua gangguan (gangguan dalam Tin, w,
  suhu lingkungan, dsb.)
• Hanya perlu pengetahuan yang minimum
• Tidak memerlukan pengukuran gangguan
• Pengaturan 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 proses

• Implementasi 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 sesuai
• 2. Sinyal yang berubah dengan waktu ini harus
  dikuatkan ke sinyal tingkat voltase V(t) dan
  dikirim ke kontroler
• 3. 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 heater
• 4. Sebagai respon sinyal masukan p(t), heater
  merubah sinyal p(t) ke arus yang menghasilkan Q(t)

28
Pengantar

• Diagram 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

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 PID
• 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)

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 proses
• 2. Disain sistem kontrol

42
Fokus Pembelajaran

• Fokus
• Analisis dinamika proses
• Pemodelan proses
• Perilaku dinamik dari sebuah jajaran proses
• Analisis dan disain sistem kontrol
• Sistem kontrol berumpan-balik
• Perilaku dinamik dan stabilitas sistem kontrol
  lup tertutup
• Disain kontroler untuk respon transien (PID)

43
Proses Belajar Dengan WILMO (Web-based
Interactive Learning MOdules)
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,
  2000
• 2. 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.ht
  m (Jagad PC)
• http//www.rpi.edu/bequeb/ (Homepage B. W.
  Bequette)
• Software
• MATLAB with SIMULINK

45
Jadwal Aktivitas Pembelajaran Pengendalian Proses
46
Jadwal Aktivitas Pembelajaran Pengendalian Proses
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
55
(No Transcript)