perancangan sistem pengendalian pembakaran...

PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN

PEMBAKARAN PADA DUCTBURNER WASTE

HEAT BOILER (WHB) BERBASIS LOGIC SOLVER

Oleh :

AMRI AKBAR WICAKSONO (2406 100 002)

Pembimbing:

IBU RONNY DWI NORIYATI & BAPAK TOTOK SOEHARTANTO

Latar Belakang

Plant Temperatur

terukur

Pressure

terukur

Firing

Bagaimana merancang logic solver yang dapat

mensupervisory variabel tekanan dan temperatur untuk

dijadikan sebagai acuan dalam mengendalikan aliran

bahan bakar ke dalam duct burner.

Permasalahan

Tujuan

Akan dilakukan perancangan controller berbasis logic solver

untuk mengendalikan laju aliran bahan bakar di duct burner

Waste Heat Boiler(WHB) dengan menggunakan acuan range

temperatur atau range tekanan hasil dari supervisory.

Batasan Masalah

• Objek yang dibahas lebih kepada sistem injeksi bahan bakar ke

dalam Waste Heat Boiler(WHB) .

• Kontroler untuk mengatur bukaan control valve bekerja atas

dasar program yang mengacu pada range temperatue terukur

dan/atau tekanan terukur.

• Tanpa ada perubahan instrument yang digunakan pada sistem

injeksi bahan bakar.

• Simulasi akan dilakukan dengan simulink.

• Temperatur yang dijadikan referensi adalah temperatur pada

duct burner.

• Tekanan yang dijadikan referensi adalah tekanan pada

superheater.

Alur Penelitian Start

Studi

literatur

Menentukan hubungan

antara pressure ,

temperatur , dan flow

Pemodelan

plant

Simulasi dengan

MATLAB simulink

Pengujian dan

analisa

Penyusunan

laporan tugas akhir

End

Perancangan kontroler

berbasis logic solver

Pemodelan Plant

kontroler

aktuator

plant

Diagram Blok

Perancangan Logic Solver

No Temperatur Tekanan Aksi

1 B S Tekanan sebagai referensi

2 S B Temperatur sebagai

referensi

3 B B Tidak ada aksi

4 S S Tekanan dan temperatur

sebagai referensi

Start

Data

temperatur

dan

data tekanan

Penentuan variabel

referensi opening

percentage valve

If

T = 660 0C

and

If

P tidak= 65 Bar

P sebagai referensi

opening percentage

valve

T sebagai referensi

opening percentage

valve

Tidak ada aksi

(default)

P dan T sebagai

referensi opening

percentage valve

If

T = 660 0C

and

If

P = 65 Bar

If

T tidak= 660 0C

and

If

P = 65 Bar

If

T tidak= 660 0C

and

If

P tidak= 65 Bar

end

Ya Ya Ya Ya

TidakTidak

TidakTidak

Deskripsi

Kondisi

Deskripsi

Aksi

Kondisi

Aksi

Keterangan : B : Sesuai set point

S : Melanggar set point

Lanjutan (Perancangan Logic Solver).....2

decisions

inisialisasi

kondisi

deskripsi

kondisi

kondisi

Lanjutan (Perancangan Logic Solver).....3

deskripsi

aksi

sinyal u yang diperlukan untuk

mencapai set point tekanan

sinyal u yang diperlukan untuk

mencapai kondisi aman temperatur

Lanjutan(Perancangan Logic Solver).......3

Duct Burner

Lanjutan (Duct Burner).............2

Superheater

P.V = n . R . T

Lanjutan (Superheater)......2

Control Valve

1

s

K

sU

sm

v

b

17853,1

05875,39

ssU

smb

Temperature Transmitter

Pressure Transmitter

1

s

K

P

P

P

P

ox

oy

Pengujian Open Loop

0 10 20 30 40 50 60 704

6

8

10

12

14

16

18

20

Waktu (s)

Aru

s (m

A)

Grafik Sinyal Uji Step Open Loop

0 10 20 30 40 50 60 70550

600

650

700

750

800

Waktu (s)

Tem

per

atu

r (C

)

Grafik Respon Open Loop Duct Burner

Respon Temperatur Duct Burner

Set Point

0 10 20 30 40 50 60 700

20

40

60

80

100

120

140

Waktu (s)

Tek

anan

(B

ar)

Grafik Respon Uji Open Loop Superheater

Respon tekanan superheater

Set point tekanan

0 10 20 30 40 50 60 700

100

200

300

400

500

600

700

Waktu (s)

Flo

w (

Kg

/s)

Grafik Respon Uji Open Loop Control Valve

Respon open loop control valve

Representasi sinyal U Laju Bahan Bakar

Maksimum yang Mampu

Dicapai

P Max yang

Mampu Dicapai

P yang

Diinginkan

T max. yang Mampu Dicapai

T yang

Diinginkan

Uji Penambahan Bahan Bakar

0 10 20 30 40 50 60 700

100

200

300

400

500

600

700

Waktu (s)

Flo

w (

Kg

/s)

Grafik Sinyal Uji Penambahan Bahan Bakar 10%

Sinyal uji penambahan bahan bakar 10 %

Kenaikan 10% laju bahan

bakar

0 10 20 30 40 50 60 70550

600

650

700

750

800

Waktu (s)

Tem

pera

tur (

C)

Grafik Respon Uji Penambahan Bahan Bakar 10% Duct Burner

Respon tempertur duct burner

0 10 20 30 40 50 60 700

20

40

60

80

100

120

140

Waktu (s)

Tek

anan

(B

ar)

Grafik Respon Uji Penambahan Bahan Bakar 10% Superheater.


Perubahan respon

Perubahan respon

Uji Pengurangan Bahan Bakar 10 %

0 10 20 30 40 50 60 700

100

200

300

400

500

600

700

Waktu (s)

Flo

w (

Kg

/s)

Grafik Sinyal Uji Pengurangan Bahan Bakar 10%

Sinyaluji pengurangan bahan bakar 10%

Perubahan respon

0 10 20 30 40 50 60 70550

600

650

700

750

800

Waktu (s)

Tem

pera

tur

(C)

Grafik Respon Uji Pengurangan Bahan Bakar 10% Duct Burner

Respon temperatur duct burner

0 10 20 30 40 50 60 700

20

40

60

80

100

120

140

Waktu (s)

Tek

anan

(B

ar)

Grafik Respon Uji Pengurangan Bahan Bakar 10% Superheater.


Perubahan respon

Perubahan respon

Pengujian Logic Solver

No Aksi U

(mA)

m dot

(Kg/s)

Temperatur Duct

burner (0C)

Tekanan.Superheater

(Bar)

1 4 0 567,9 53,72

2 5 38,98 580 58,05

3 6 77,96 592 62,38

4 7 116,9 604,1 66,72

5 8 155,9 616,1 71,05

6 9 194,9 628,2 75.39

7 10 233,9 640,2 79,72

8 11 272,9 652,3 84,05

9 12 311,8 664,3 88,39

10 13 350,8 676,4 92,72

11 14 389,8 688,4 97,05

12 15 428,8 700,5 101,4

13 16 467,7 712,5 105,7

14 17 506,7 724,6 110,1

15 18 545,7 736,7 114.4

16 19 584,7 748,7 118,7

17 20 623,7 760,8 123,1

Daerah sp

temp.

Daerah sp

Press.

Lanjutan (Logic Solver)...2

Memanipulasi sinyal

referensi

0 10 20 30 40 50 600

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Waktu (s)

Err

or

(mA

)

Grafik Sinyal Uji Step pada Logic Solver (Referensi Tekanan)

Sinyal uji

0 10 20 30 40 50 60-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Grafik Sinyal Uji Step pada Logic Solver (Referensi Temperatur)

Waktu (s)

Err

or

(mA

)

Sinyaluji

Terdapat Error

pada PV

PV sesuai

Set Point

Lanjutan (Logic Solver)....3

No Sinyal Step

Sinyal u (mA) Temperatur Tekanan

1 0 1 6,06

2 1 0 9

3 1 1 6,06

4 0 0 6,06

Konfigurasi logic solver

Uji Close Loop

Duct

Burner

Superheater Kontroler

Aktuator

Lanjutan (Close Loop)......2

0 10 20 30 40 50

600

650

700

Waktu (s)

Tem

pera

tur (

C)

Grafik Respon Close Loop Duct Burner

respon temperatur duct burner

set point temperatur

0 10 20 30 40 50

40

60

80

Waktu (s)

Teka

nan

(Bar

)

Grafik Respon Close Loop Superheater

respon tekanan superheater

set point tekanan

Zona Aman Temperatur

Tekanan Mencapai Set

Point

Mode Kontrol P, PI dan PID

No Tipe Parameter

Kp Ti Td

1 P (Proportional) 1,375 0 0

2 PI (proportioal Integral) 12,375 2 0

3 PID (Proportional Integral

Derivative) 1,65 1,2 0,3

Mode Kontrol P

0 50 100 150 200 250

600

650

700

Waktu (s)

Tem

per

atur

(C)

Grafik Respon Duct Burner dengan Mode Kontrol P (Referensi Tekanan)



0 50 100 150 200 250

40

60

80

100

Waktu (s)

Tek

anan

(B

ar)

Grafik Respon Superheater dengan Mode Kontrol P (Referensi Tekanan)


set point tekanan

Zona Aman Temperatur

Maximum

Overshoot Tinggi

Respon Relatif

Lambat

Mode Kontrol PI

0 50 100 150 200 250

600

650

700

Waktu (s)

Tem

per

atu

r (C

)

Grafik Respon Duct Burner dengan Mode Kontrol PI (Referensi Tekanan)



0 50 100 150 200 250

40

60

80

100

Waktu (s)

Tek

an

an

(B

ar)

Grafik Respon Superheater dengan Mode Kontrol PI (Referensi Tekanan)


set point tekanan

Zona Aman

Temperatur

Maximum

Overshoot Tinggi

Respon Relatif

Lambat

Mode Kontrol PID

0 50 100 150 200 250

600

650

700

Waktu (s)

Tem

pera

tur

(C)

Grafik Respon Duct Burner dengan Mode Kontrol PID (Referensi Tekanan)



0 50 100 150 200 250

40

60

80

Waktu (s)

Tek

anan

(B

ar)

Grafik Respon Superheater dengan Mode Kontrol PID (Referensi Tekanan)


set point tekanan

Zona Aman

Temperatur

Maximum Overshoot Relatif

Lebih Rendah daripada Mode

Kontrol P dan PI

Respon Relatif Lebih

Cepat daripada Mode

Kontrol P dan PI

Hasil Perbandingan

No

Logic Solver

Max.

Overshoot

(%)

Setling Time

(s)

Peak

Time

(s)

Ess

(%)

Rise Time

(s)

1 - 6,584 - 0,00484 0,981

No

Mode Kontrol P (Referensi Tekanan)

Max.

Overshoot

(%)

Setling Time

(s)

Peak

Time

(s)

Ess

(%)

Rise Time

(s)

2 27,05 33,367 5,446 0,0026 0,932

No

Mode Kontrol PI (Referensi Tekanan)

Max.

Overshoot

(%)

Setling Time

(s)

Peak Time

(s)

Ess

(%)

Rise Time

(s)

3 27,054 33,367 5,446 0,0184 0,932

No

Mode Kontrol PID (Referensi Tekanan)

Max.

Overshoot

(%)

Setling Time

(s)

Peak Time

(s)

Ess

(%)

Rise Time

(s)

4 8,53 10,355 6,798 0,0092 0,946 0 50 100 150 200 250

40

60

80

Waktu (s)

Tek

an

an

(B

ar)

Perbandingan Logic Solver dengan Mode Kontrol P, PI, dan PID

logic solver

proporsional

set point

proporsional integral

proporsional integral derivatif

P

PI

PID

Logic

Solver

KESIMPULAN

1. Telah dilakukan perancangan kontroler berbasis logic solver pada duct burner Waste Heat Boiler

(WHB).

2. Aksi kontroler berbasis logic solver dengan konfigurasi tekanan sebagai referensi menunjukkan

respon yang lebih baik dari pada mode kontrol P, PI dan PID. Untuk mode kontrol P dengan tekanan

sebagai referensi diperoleh karakteristik respon sebagai berikut : maximum overshoot 27,05 %,

settling time (ts) 33,367 s, peak time (tp) 5,446 s, error steady state (ess) 0,00262 %, rise time (tr)

0,9323 s. Untuk mode kontrol PI dengan referensi tekanan diperoleh respon sistem sebagai berikut :

maximum overshoot 27,054 %, settling time (ts) 33,367 s, peak time (tp) 5,446 s, error steady state

(ess) 0,0184 %, rise time (tr) 0,9323 s. Untuk mode kontrol PID dengan referensi tekanan diperoleh

karakteristik respon sebagai berikut : maximum overshoot 8,53 %, settling time (ts) 10,355 s, peak

time (tp) 6,7986 s, error steady state (ess) 0,00923 %, rise time (tr) 0,946 s.

3. Untuk konfigurasi logic solver dengan tekanan sebagai referensi utama diperoleh karakteristik

respon sebagai berikut: settling time (ts) 6,584 s, error steady state (ess) 0,00484 % rise time (tr)

0,9814 s dengan flow bahan bakar sebesar 101,7 Kg/s.

SARAN

Konfigurasi referensi input kontroler yaitu

proses variabel yang terlibat sebagai pasangan

aksi - kondisi dari logic solver dapat

diperbanyak dengan mengacu referensi

temperatur input exhaust gas, serta tekanan

steam input superheater yang senantiasa

berubah.

Terima Kasih

perancangan sistem pengendalian pembakaran...

Documents