1 / 48

Bab 7 Lup Berumpan-balik

Bab 7 Lup Berumpan-balik. Ir. Abdul Wahid, MT. Departemen Teknik Kimia FTUI. Tujuan Pembelajaran. Saat kuselesaikan bab ini, kuingin dapat melakukan hal-hal berikut. Mengidentfikasi elemen-elemen penting pada lup berumpan-balik

candide-workman
Download Presentation

Bab 7 Lup Berumpan-balik

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  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 Masukan Elemen Kontrol Akhir Keluaran Kontroler Proses Sensor-Transmitter Bab 3-6 Bab ini dan selanjutnya

  5. Lup Berumpan-balik KONSEP: Kita telah melihat rincian yang terbatas dalan gambar perpipaan dan instrumentasi (P&ID). Kita melihat lokasi sensor, variabel yang diukur, koneksi ke elemen akhir (katup) dan lokasi elemen akhir. v1 TC A v2

  6. Lup Berumpan-balik v1 T A v2 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 Apa yang mempengaruhi respon terhadap komputer? Buatlah sebuah step (tanpa feedback control) Sensor & transmitter computing network input dan konversi A/D konversi I/P final element Transmisi elektronik output dan D/A Transmisi elektronik Transmisi pneumatik 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 Gm=0.083; Gtransm=tf(1,[1.3 1]); Gsc=tf(0.75,[0.5 1]); Gfe=tf(8.33,[1.5 1]); Gp=tf(0.5,[30 1]); Gp.inputdelay=20; Gs=tf(1,[1 1]); Gdisp=tf(1.25,[1 1]); G=Gm*Gtransm*Gsc*Gfe*Gp*Gs*Gdisp step(G)

  22. Kecepatan dan Akurasi

  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 PI 1 AT PI 1 4 FT TI 1 PI 1 5 TI 5 TI 2 TI 6 PT 1 TI 3 TI TI TI 7 9 10 TI 4 TI FT FI 8 TI 2 3 11 PI PI PI 2 3 6 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 1.5 1 Controlled Variable Variabel yang dikontrol (CV), harga dari sebuah sensor 0.5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Time 2 1.5 1 Manipulated Variable 0.5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Time 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 1.5 1 Controlled Variable 0.5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Time 2 1.5 Manipulated Variable 1 0.5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Time 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 = IAE = I |SP(t)-CV(t)| dt 0.8 Deviasi CV maksimum dari set point 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Time 0 -0.5 -1 -1.5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Time 

  34. Respon Gangguan S-LOOP plots deviation variables (IAE = 5499.9786) 20 10 0 Controlled Variable -10 -20 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Time 20 10 0 Manipulated Variable -10 -20 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Time 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 SistemPengontrolan

  37. Lup Berumpan-balik 20 10 Controlled Variable 0 -10 -20 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Time 20 10 Manipulated Variable 0 -10 -20 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Time • 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. S-LOOP plots deviation variables (IAE = 17.5417) S-LOOP plots deviation variables (IAE = 43.9891) 1.5 3 1 2 A 0.5 B 1 Controlled Variable Controlled Variable 0 0 -0.5 -1 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 120 Time Time 2 4 1.5 3 1 2 Manipulated Variable 0.5 Manipulated Variable 1 0 0 -0.5 0 20 40 60 80 100 120 -1 0 20 40 60 80 100 120 Time Time S-LOOP plots deviation variables (IAE = 34.2753) S-LOOP plots deviation variables (IAE = 24.0376) 1.5 1.5 1 1 Controlled Variable 0.5 C D 0.5 Controlled Variable 0 0 -0.5 -0.5 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 120 Time Time 1 1.5 1 0.5 Manipulated Variable 0.5 Manipulated Variable 0 0 -0.5 -0.5 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 120 Time Time

  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 vS F CA0 Solvent CA Pure A vA A  B T V TCout vc FC TCin 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 • Lot’s 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, we’ll 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

More Related