DASAR KOMPUTER

1
Bab 7 Lup Berumpan-balik
Ir. Abdul Wahid, MT.
Departemen Teknik Kimia FTUI
2
Tujuan Pembelajaran
Saat kuselesaikan bab ini, kuingin dapat
melakukan hal-hal berikut.

• Mengidentfikasi elemen-elemen penting pada lup
  berumpan-balik
• Memilih variabel-variabel kandidat yang cocok
  untuk dikendalikan dan dimanipulasi
• Mengevaluasi data kinerja pengendalian
  menggunakan ukuran standar dari kinerja dinamik

3
Kerangka Kuliah
Kerangka Kuliah

• Elemen-elemen lup yang khas
• Variabel berhubungan dengan obyektif pengendalian
• - Contoh-contoh
• Ukuran-ukuran kinerja pengendalian yang khas
• Lima pendekatan terhadap pengendalian
  berumpan-balik

4
Diagram Blok Lup Berumpan-balik
Bab 3-6
Bab ini dan selanjutnya
5
Lup Berumpan-balik
KONSEP Kita telah melihat rincian yang terbatas
dalan gambar perpipaan dan instrumentasi (PID).
Kita melihat lokasi sensor, variabel yang diukur,
koneksi ke elemen akhir (katup) dan lokasi elemen
akhir.
v1
TC
A
v2
6
Lup Berumpan-balik
REALITANYA Banyak elemen dalam lup
memberpengaruhi keselamatan, kehandalan,
keakuratan, dinamik dan biayanya. Insinyur perlu
untuk memahami rinciannya!
4-20 mA
4-20 mA
3-15 psi
7
Proses dan Elemen Intrumen
8
Fitur Kunci Elemen Lup Kontrol
9
Sensor

• Sensor menghasilkan fenomena, mekanik, listrik,
  atau sejenisnya yang
• berhubungan dengan variabel proses yang diukur.
  Trasmiter mengubah fenomena ini ke dalam sinyal
  yang dapat ditransmisikan.
• Ada 3 hal penting
• Range of the instrument harga yang rendah dan
  tinggi
• Misal sensor/transmiter tekanan yang telah
  dikalibrasi untuk mengukur tekanan proses antara
  20 psig dan 50 psig
• Span of the instrument beda antara harga tinggi
  dan rendah dari contoh berarti spannya 30 psi.
• Zero of the instrument harga range yang rendah
  dari contoh berarti zeronya 20 psig.
• Untuk menggambarkan perilaku sensor/transmiter
  Gain of a sensor/transmitter (rasio antara span
  keluaran dan span masukan).

10
Gain dari Sensor

• Ada 2 jenis gain
• Gain yang konstan
• Contoh sensor/transmiter tekanan elektronik
  yang memiliki range 0-200 psig dengan sinyal
  keluarannya 4-20 mA, maka
• Gain sebagai sebuah fungsi
• Contoh sensor tekanan differensial yang
  digunakan untuk mengukur tekanan differensial (h)
  yang melalui orifis. Persamaan sinyal keluaran
  dari transmiter tekanan differensial elektronik

11
Skema Control Valve
12
Aksi Control Valve

• Pertanyaan Tindakan apa yang kita inginkan
  terhadap valve saat suplai energinya gagal?
• Jawabannya berkaitan dengan posisi gagal (fail
  position) dari valve.
• Pertimbangan utama safety.

13
Fail Open (FO) atau Air-to-Close (AC)

• Gambar berikut menunjukkan bahwa posisi awal
  katup jenis ini adalah terbuka atau dengan kata
  lain, bila tidak ada suplai udara (fail) maka
  katup terbuka (open). Untuk menutupnya (close)
  diperlukan suplai udara (air).

14
Fail Close (FC) atau Air-to-Open (AO)

• Gambar berikut menunjukkan bahwa posisi awal
  katup jenis ini adalah tertutup atau dengan kata
  lain, bila tidak ada suplai udara (fail) maka
  katup tertutup (close). Untuk membukanya (open)
  diperlukan suplai udara (air).

15
Pemilihan Valve

• Pemilihannya tergantung prosesnya, bahkan proses
  secara keseluruhan.
• Contoh Proses pemanasan yang baik adalah
  menggunakan FC valve tetapi kalau fluida yang
  dipanasi itu berupa polimer yang kalau pemanasnya
  mati bisa terjadi solidasi maka yang aman adalah
  menggunakan FO valve.

16
Kontroler

• Kontroler adalah otak lup kontrol. Ia membuat
  keputusan dalam sistem kontrol dengan melakukan
• Membandingkan sinyal proses dari transmiter,
  variabel yang dikontrol, dengan setpointnya.
• Mengirim sinyal yang cocok ke control valve atau
  elemen kontrol akhir lainnya dalam rangka menjaga
  variabel yang dikontrol pada setpoint-nya.

17
Aksi Kontroler

• Ada 2 jenis aksi kontroler
• Aksi berlawanan (reverse action) atau turun bila
  harga output naik maka kontroler mengurangi
  sinyal output (udara tekan atau arus )-nya.
• Aksi searah (direct action) atau naik
  sebaliknya.

18
Contoh Aksi Kontroler

• Pada HE bila digunakan jenis valve AO aksi
  berlawanan
• Pada pengontrolan level bila menggunakan valve
  AO aksi searah bila AC atau inputnya yang
  dikontrol aksinya berlawanan.

19
Lup Berumpan-balik
Buatlah sebuah step (tanpa feedback control)
Apa yang mempengaruhi respon terhadap komputer?
Sensor transmitter
computing network
input dan konversi A/D
konversi I/P
final element
Transmisi elektronik
Transmisi elektronik
Transmisi pneumatik
output dan D/A
PROSES
20
Lup Berumpan-balik
LATIHAN DI KELAS Diberikan dinamik berikut ini,
sketsakan respon-respon untuk sebuah step pada
stasiun manual (bukan otomatik) terhadap harga
yang ditampilkan.
21
Matlab untuk Problem 7.2

• PROBLEM 7.2
• Gm0.083
• Gtransmtf(1,1.3 1)
• Gsctf(0.75,0.5 1)
• Gfetf(8.33,1.5 1)
• Gptf(0.5,30 1)
• Gp.inputdelay20
• Gstf(1,1 1)
• Gdisptf(1.25,1 1)
• GGmGtransmGscGfeGpGsGdisp
• step(G)

22
Kecepatan dan Akurasi
Transmisi listrik Sangat cepat dan akurat bahkan pada jarak yang jauh
Transmisi pneumatik Sangat cepat pada jarak dekat, tapi akan lambat pada jarak yang jauh
Sensor Tergantung fungsi dan disainnya. Termokopel dan pressure gauge jauh lebih cepat dari pada composition analyzer. Akurasi sensor tergantung dari disain tertentu.
Final element, valve Biasanya responnya dalam hitungan detik. Akurasinya tergantung disainnya, tapi umumnya tidak terlalu tinggi
Konversi sinyal I/P atau sinyal sensor ke listrik terjadi dengan cepat, 0.5-1.0 detik dan akurat
Proses Sangat bervariasi
Kalkulasi kontroler Sangat cepat dan akurat
23
Lup Berumpan-balik
LATIHAN DI KELAS Diberikan dinamik berikut ini,
sketsakan respon-respon untuk sebuah step pada
stasiun manual (bukan otomatik) terhadap harga
yang ditampilkan. Apa yang kamu lihat (dari
display) tidak selalu apa yang terjadi!!
Case A sistem cepat, sehingga ada perbedaan
dengan display. Case B lambat, sehingga sesuai
dengan display
24
Lup Berumpan-balik
Insinyur harus memutuskan apa yang diukur untuk
mengendalikan dan katup apa digunakan untuk
menyesuaikan (dan menyediakan peralatan untuk
mendukung keputusan tersebut).
25
Lup Berumpan-balik
Insinyur harus memutuskan apa yang diukur untuk
mengendalikan dan katup apa untuk menyesuaikan
(dan menyediakan peralatan untuk mendukung
keputusan tersebut).
CV untuk pengendalian? Gunakan tujuh kategori
obyektif pengendalian!
26
Lup Berumpan-balik
Insinyur harus memutuskan apa yang diukur untuk
mengendalikan dan katup apa untuk menyesuaikan
(dan menyediakan peralatan untuk mendukung
keputusan tersebut).
MV untuk menyesuaikan? 1. Hubungan sebab-akibat
antara katup dan CV (diperlukan) 2. Katup yang
diautomatisasikan untuk mempengaruhi aliran yang
dipilih (diperlukan) 3. Dinamik cepat
(diinginkan) 4. Kemampuan untuk mengkompensasi
gangguan besar (diinginkan) 5. Dapatkah
menyesuaikan secara cepat dengan sedikit pengaruh
buruk pada kinerja proses (diinginkan)
27
Lup Berumpan-balik
Insinyur harus memutuskan apa yang diukur untuk
mengendalikan dan katup apa untuk menyesuaikan
(dan menyediakan peralatan untuk mendukung
keputusan tersebut).
Kita dapat menggunakan katup juga. Kita akan
mengunjungi lagi pilihan ini nanti (Bab 13)
MV lainnya laju motor yang dapat disesuaikan dan
heat power
28
Lup Berumpan-balik
Gambar menunjukkan lup berumpan-balik. Kita akan
melihat kalkulasinya pada bab selanjutnya.
Jelaskan, termasuk konsep umpan-baliknya.
29
Lup Berumpan-balik
Latihan di kelas untuk lup berumpan-balik
Menggunakan metode yang baru saja dijelaskan,
pilih SATU variabel yang dikendalikan dan SATU
variable yang dimanipulasikan
Feed oil
Fuel gas
udara
30
Lup Berumpan-balik
Musik Aku tidak dapat mendefinisikan musik yang
baik, tapi aku tahu apa yang aku sukai. Kinerja
pengendalian Kita harus dapat mendefinisikan apa
yang kita maui, sehingga kita dapat mendisain
peralatan dan kontrol untuk mencapai sasaran kita.
Set point dimasukkan oleh orang
Manipulated variable, biasanya sebuah katup
31
Lup Berumpan-balik
Mari kita pastikan bahwa kita memahami
variabel-variabel yang ada di grafik. Kita akan
melihat plot ini terus menerus..
32
Lup Berumpan-balik
?
A
B
Kembali set point, zero offset
B/A Decay ratio
Rise time
C/D Overshoot maksimum dari manipulated variable
C
D
33
Lup Berumpan-balik
?
34
Respon Gangguan
Sering, proses itu dikenai gangguan yang besar
dan kecil serta sensor noise. Ukuran kinerja
mengkarakterisasi variabilitasnya.
Varian atau deviasi standar dari CV
Varian atau deviasi standar dari MV
35
Lup Berumpan-balik
Latihan di kelas Untuk setiap ukuran kinerja di
bawah ini, tentukan harga yang baiknya, misalnya
besar/kecil, positif/negatif, dsb.

• Offset
• IAE
• Decay ratio
• Rise time
• Settling time

• MV overshoot
• Maximum CV deviation
• CV variance
• MV variance

Bisakah kita mencapai harga yang baik untuk
semuanya pada saat yang sama? Apakah titik
temunya?
36
Analisa Karakteristik Step Respons
denganGangguan sebagai Masukan Sistem
Pengontrolan
KINERJA KONTROLER P 76, I4, D0 (SV 0.3) (Laju alir 40 ? 20) P110, I4, D0 (SV 0.3) (Laju alir 24 ? 40)
Respon Max 0,03475 kg/cm2 0,0375 kg/cm2
Overshoot 3,475 3,75
Settling time 133,25 s 274,91 s
Rise time 1,2 s 2,4 s
Offset 0 0
IAE 30,08 mm2 52,21 mm2
Decay Ratio 0,180 0,133
37
Lup Berumpan-balik

• Untuk mengurangi variabilitas dari CV,
• kita menaikkan variabilitas dari MV.
• Kita mesti mendisain pabrik dengan MV-MV
• yang bisa disesuaikan pada biaya rendah.

38
Latihan di kelas Komentari kualitas pengendalian
untuk empat respon di bawah ini.
39
Lup Berumpan-balik

• Kita dapat menerapkan feedback melalui banyak
  pendekatan
• No control Variabel merespon terhadap semua
  masukan, jadi lepas saja.
• Manual Orang mengobservasi pengukuran dan
  melakukan perubahan untuk mengkompensasi
  penyesuaian yang tergantung pada orangnya.
• On-off MV hanya memiliki dua kondisi, hasil ini
  berosilasi dalam sistem.
• Kontinyu, automatik Ini adalah kontrol yang
  memiliki koreksi sesuai dengan kesalahan dari
  harga yang diinginkan.
• Emergency Pendekatan ini mengambil aksi ekstrem
  (shutdown) ketika terjadi situasi bahaya.

Contoh Suhu dalam sebuah garasi
Contoh Suhu sop yang dipanaskan di atas kompor
Contoh Suhu dalam sebuah tangki penampung minyak
yang dapat membeku di musim dingin
Contoh Suhu dalam sebuah CSTR untuk membuat
obat-obatan
Contoh Suhu dalam sebuah bejana tertutup dengan
reaksi kimia eksotermis
40
Heat Exchanger

• Exchanger
• Respon exchanger terhadap aliran uap air hanya
  mempunyai gain 50 C/(kg/s) dan konstanta waktu 30
  detik
• Sensor-Transmitter
• Sensor-transmitter memiliki range yang
  terkalibrasi 50 150 C dan konstanta waktu 10
  detik
• Control valve
• Control valve memiliki kapasitas maksimum uap
  air 1.6 kg/s, karakteristik linear, dan konstanta
  waktu 3 detik

41
Heat Exchanger
Exchanger
Sensor-transmitter
Control valve
42
Lup Berumpan-balik Workshop 1

• Control valve digunakan untuk mengajukan sebuah
  tahanan variabel terhadap aliran
• Apa isi katup?
• Gambarkan tiga isinya dan apa faktor penting yang
  harus dipilih
• Apa itu aktuator?
• Apa sumber tenaga yang digunakan? Apa yang
  terjadi bila tidak ada sumber tenaganya (fail)?

43
Lup Berumpan-balik Workshop 2
Recommend the correct failure position (open or
closed) for each of the circled control valves.
44
Lup Berumpan-balik Workshop 3
Find at least one variable that could be handled
by each of the five approaches no control,
manual, on/off, continuous, and emergency.
45
Lup Berumpan-balik Workshop 4
Select several pairs of controlled and
manipulated variables for the following process.
46
Tujuan Pembelajaran
Saat kuselesaikan bab ini, kuingin dapat
melakukan hal-hal berikut.

• Mengidentfikasi elemen-elemen penting pada lup
  berumpan-balik
• Memilih variabel-variabel kandidat yang cocok
  untuk dikendalikan dan dimanipulasi
• Mengevaluasi data kinerja pengendalian
  menggunakan ukuran standar dari kinerja dinamik

• Lots of improvement, but we need some more
  study!
• Read the textbook
• Review the notes, especially learning goals and
  workshop
• Try out the self-study suggestions
• Naturally, well have an assignment!

47
Sumber Pembelajaran

• SITE PC-EDUCATION WEB
• - Instrumentation Notes
• - Interactive Learning Module (Chapter 7)
• - Tutorials (Chapter 7)

48
Saran untuk Belajar Mandiri
1. Temukan sebuah proses sederhana dalam setiap
kuliah-kuliahmu sebelumnya dan pilih sepasang CV
dan MV - Perpindahan Kalor (heat exchanger) -
Mekanika Fluida (aliran di dalam pipa) -
Perpindahan Massa (stripper, distillation) -
Kinetika Reaksi Kimia (packed bed
reactor) 2. Bandingkan ukuran-ukuran kinerja
kontrol dalam bab ini dengan tujuh obyektif
pengendalaian yang telah diberikan pada Bab
2 3. Jelaskan aksi yang akan kamu ambil jika
kamu mengukur sebuah gangguan dan tidak ingin
menunggu koreksi umpan-balik