pengendalian proses
DESCRIPTION
sistem pengendaliTRANSCRIPT
2.2 Elemen Perancangan Sistem Pengendali
Dalam usaha merancang suatu sistem pengendali yang dapat memenuhi kebutuhan
suatu proses kimia terdapat beberapa unsur penting daan pertanyaan dasar yang akan
timbul dan harus diperhatiikan. Unsur-unsur tersebut adalah sebagai berikut :
I. Mendefenisikan/ Menentapkan Tujuan/ Sasaran Pengendalian (Define Control
Objectives)
Pertanyaan 1 :
Apakah tujuan operasional yang harus dicapai oleh penggunaan suatu sistem
pengendali?
Jawaban terhadap pertanyaan ini bisa salah satu atau kombinasi dari:
Menekan Pengaruh Gangguan Eksternal
Memastikan Kestabilan Suatu Proses Kimiawi
Optimasi Kinerja Suatu Proses Kimiawi
Pada awal perancangan, tujuan/ sasaran pengendalian (control objectives) didefinisikan
secara kualitatif, selanjutnya tujuan ini dikuantifikasi, biasanya dalam bentuk variabel
output.
Contoh 2.3
Untuk sistem CSTR Yang telah dibahas pada contoh 1.2 , tujuan pengendalian yang
ingin dicapai(control objectives) adalah sebagai berikut:
Secara Kualitatif : menjamin kestabilan pada P2, keadaan steady state yang tidak
stabil.
Secara Kuantitatif : temperatur (variabel output), tidak bervariasi lebih dari 5%
harga nomonalnya.
Contoh 2.4
Untuk tangki pemanas berpengaduk pada conyoh 1.1 , tujuan pengendalian yang ingin
dicapai (control objectives) adalah sebagai berikut :
Secara Kualitatif : menjaga temperatur (T) keluar dan volume (V) tetap.
Secara Kuantitatif : menjaga agar T = Ts
V = Vs
dengan Ts dan Vs nilai yang diinginkan
II. Menentukan Variabel yang Harus Diukur(Select Measurements)
Pertanyaan 2 :
Variabel manakah yang harus diukur agar kinerja operasi pabrik dapat dimonitor?
Terdapat beberapa jenis pengukuran variabel yang dapat diterapkan untuk
pengendalian proses :
1. Primary Measurements :
Bila memungkinkan, sebaiknya pada pengendalian proses harga variabel yang
menjadi objective pengendalian langsung dimonitor/ diukur. Cara pengukuran
variabel proses menjadi control objective pengendalian tersebut langsung disebut
primary measurements.
Contoh 2.5
Control objective pada sistem tangki pemanas berpengaduk (contoh .1) adalah untuk
mempertahankan nilai T dan V cairan dalam tangki pada harga tertentu :
T = Ts , V = Vs
Dengan demikian, usaha pertama yang harus dilakukan adalah memasang alat
pengukur untuk dapat mengamati nilai T dan V cairan dalam tangki secara langsung,
misalnya dengan menggunakan termokopel untuk pengukuran T dan differential
pressure cell untuk pengukuran V.
2. Secondary Measurements
Pada kasus-kasus tertentu, variabel yang merupakan control objective tidak dapat
diukur secara langsung (unmeasured output). Pada kasus-kasus dengan control
objectives tidak dapat diukur secara langsung, harus diukur variabel lain yang
tergolong measured variabel dan dapat dikorelasikan melalui suatu hubungan
matematis tertentu dengan unmeasured output yang ingin dikendalikan.
Measured Output = f (secondary measurements)
3. Pengukuran External Disturbance
Pengukuran disturbances sebelum variabel tersebut masuk kedalam proses dapat
sangat menguntungkan, karena hasil pengukuran tersebut dapat memberikan
informasi mengenai kelakuan proses yang akan terjadi. Informasi tersebut dapat
digunakan untuk menentukan aksi pengendalian yang harus diambil dengan
menggunakan Sistem Pengendalain Feed-Forward.
III. Penentuan Variabel yang akan Dimanipulasi
Dalam suatu proses kimia biasanya terdapat beberapa input variabels yang dapat
diatur dengan bebas. Pemilihan variabel mana yang harus ditetapkan sebagai
manipulated variabels merupakan tugas yang krusial, karena pilihan yang diambil akan
mempengaruhi kualias pengendalian yang dihasilkan.
IV. Pemilihan Konfigurasi Pengendalian
Terdapat beberapa alternatif konfigurasi sistem pengendali. Perbedaan-
perbedaan yang dapat diamati pada sistem penegndali temperatur serta sistem
pengendali ketinggian cairan secara garis besar dapat disimpulkan bahwa :
1. Terdapat perbedaan variabel yang diukur, tetapi hasil pengukuran digunakan untuk
memanipulasi variabel yang sama.
2. Variabel yang diukur sama, tetapi hasil pengukuran tersebut digunakan untuk
memanipulasi variabel yang berbeda.
V. Perancangan Sistem Pengendali
Sistem pengendali adalah elemen aktif dalam sistem pengendalian yang
menerima informasi dan pengukuran dan membuat tindakan yang sesuai untuk
mengatur harga manipulated variables.
Pengaruran manipulated variables oleh controller sangat tergantung pada control
law yang diterapkan secara otomatis oleh controller.
Contoh:
Pada tangki pemanas berpengaduk ingin dilakukan pengaturan temperatur cairan dalam
tangki jika temperatur aliran masuk Ti berubah. Pada kasus ini, measured variable
adalah temperatur cairan dan manipulated variable adalah laju alir steam Q. Pertanyaan
yang timbul dari kasus tersebut adalah sebagai berikut:
Bagaimana seharusnya Q berubah untuk menjaga temperatur K konstan, bila T
berubah?
Untuk menjawab pertanyaan tersebut terlebih dahulu dibuat asumsi-asumsi mengenai
keadaan sistem tersebut sebagai berikut :
1. Mula-mula temperatur cairan Ts dan volume cairan V berharga konstan (sistem
berada pada keadaan steady state).
2. Pada t = 0, tiba-tiba terjadi perubahan T aeperti ditunjukkan dalam gambar 2.6
Untuk mengendalikan temperatur cairan, dapat dicoba beberapa control law yang umum
diterapkan dalam sistem pengendalian :
1. Penggunaan Pengendalian Proporsional
Pada pngendalian proporsional, nilai Q akan berubah sebanding dengan selisih
temperatur cairan terukur dengan temperatur yang diinginkan sebagai berikut:
Q = −α ' (T−Ts)+Qs
Hasil pengendalian berupa respons temperatur pada pengendalian feedack secara
proporional dapat dilihat pada gambar 2.7
Dari gambat tersebut terlihat bahwa tujuan pengendalian tidak tercapai, karena nilai
T – Ts ≠ 0, sehingga dapat disimpulakn bahwa proportional control law tidak dapat
digunakan untuk sistem yang akan dikendalikan.
2. Penggunaan Pengendalian Integral
Pada Pengendalian integral, nilai Q akan berubah sebanding dengan integral waktu dari
T – Ts sebagai berikut :
Q = −α '∫0
t
(T – Ts )+Qs
Hasil pengendalian berupa respons temperatur pada pengendalian feedback secara
integral dapat dilihat pada gambar 2.8
Dari gamabr tersebut terlihat bahwa pengendaluan secara integral dapat memaksa nilai
(T – Ts )menjadi 0, sehingga pengendalian integral dapat digunakan untuk sistem yang
akan dikendalikan. Dari gamabr tersebut juga terlihat bahawa kualitas pengendalian
bergantung ada nilai -α ' akan menyebabkan nilai T-Ts mencapai 0 lebih cepat atau
lebih lambat, juga mengakibatkan osilasi pada waktu yang lebih cepat atau lebih lambat.
3. Penggunaan Pengendali Proporsional-Integral
Kedua contro law diatas dapat juga digabungkan untuk menghasilkan proportional
integral controller dengan persamaan pengendalian berikut :
Q = −α ' (T−Ts )−α '∫0
t
(T – Ts )dt +Qs
2.3 Aspek Pengendalian Keseluruhan Pabrik
Contoh-contoh yang telah diberikan sebelumya hanya melibatkan satu unit proses,
seperti CSTR, tangki pemanas berpengaduk, atau reaktor batch. Pada kenyataannya
sangat jarang terdapat suatu proses kimia yang hanya terdiri dari 1 unit saja. Proses
kimia umumnya terdiri dari banyak unit : reavtors, separators, hea exchangers, tanks,
pumps, compressors, yang saling berhubungan dengan adanya aliran maerial dan energi
dari satu unit ke unti lainnya. Pada proses kimai yang rumit tersebut akan timbul hal-hal
karakteristik yang tidak terjadi pada pengoperasian satu unit proses saja.