perancangan sistem pengendalian pressure pada separator ... · perancangan sistem pengendalian...
TRANSCRIPT
LOGOPerancangan Sistem Pengendalian Tekanan Keluaran Steam Separator Dalam Upaya Peningkatan Kualitas
Output Steam di PT. Pertamina Geothermal Energy area Kamojang, Jawa Barat
OLEH :ANIKE PURBAWATI 2408100037
DOSEN PEMBIMBING :KATHERIN INDRIAWATI, ST.MT.
LABORATORIUM REKAYASA INSTRUMENTASI DAN KONTROLJURUSAN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
Introduction
Latar belakang Tujuan Batasan masalah
-Vane separator- algoritmapengendalian MPC-Temperatur darigathering sistemkonstan-Data bulan Februari2012 per jam-Controlled variabel(pressure output)-Manipulated variabel: flow steam
-merancang sistempengendaliantekanan keluaransteam separator dengan algoritmapengendali MPC danteknik optimasiquadratic programming
-Panas bumi berupadry- steam
- steam dilewatkan keseparator
- pengendaliantekanan keluaransteam separator (manual DCS)
- tuning tidak sesuai
PLTP Kamojang
P&ID steam separatorAUTOMATISMANUAL
Diagram blok sistem pengendalian
www.themegallery.com
Model Predictive Control
Gambar 1. Struktur dasar MPC (Camacho & Bordons, 1998)
Mengestimasi gangguan saat sekarang dan ke depan
Menggunakan model proses untuk memprediksi sinyal kontrol ke depan sehingga
dapat meminimalisasi Fungsi Objectif
Mengimplementasikan aksi kontrol sekarang dan
memprediksi keluaran ke depan berdasarkan modl
proses yang dibuat
Tunggu hingga waktu 1 sampling tercapai dan ulangi
algoritma proses
Lintasan prediksi dari harga keluaran (berdasarkan input sebelumnya)
Estimasi gangguan
Prediksi sinyal kontrol
Prediksi baru dari keluaran
Constraint (pembatas)
Lintasan keluaran yang diinginkan
Pengukuran harga keluaran sekarang
Gambar 2 Bentuk umum algoritma MPC (Wang, 2009)
Algoritma pengendalian
Model proses MPC:
Vektor keadaan prediksi:
Output prediksi:U(k) : vektor masukan berdimensi-lX(k) : vektor keadaan berdimensi-nY(k) : vektor keluaran berdimensi-mA : matriks keadaan berdimensi n x nB : matriks masukan berdimensi n x lC : matriks keluaran berdimensi m x n
Cont’d Cost function
Quadratic programming
Dimana:
(2.18)
Model Predictive ControlMulai
Hitung matriks E, H, G, matriks constraints, Q, dan R
Selesai
Ya
Tidak
u(k)=Δu(k)+u(k-1)
Tentukan Hp, Hu, Q, dan R
Hitung matriks Ψ,Γ, dan Θ
Hitung ΔU(k) menggunakan Quadratic Programming
k=k+1
Hentikan pengendali?
Ambil data x(k) dan u(k-1)
Trayektori referensi
T(k)plantoptimize
X(k)u(k)∆u(k)
u(k-1)
Pengendali MPC
E(k)
Anike Purbawati 2408100037
Metodologi penelitianmulai
Pemodelan steam separator, control valve,
transmitter
Model valid?
Pemodelan & Integrasialgoritma MPC ke plant
Berhasil?
Uji performansisistem
Analisa data danpembahasan hasil
simulasi
selesai
No
Yes
No
Yes
Struktur plant
Steam separator
203
PT
V-3
Flow steam
Rock Muffler
PV-214A
PV-214B
PV-214C
PV-214D
PSV
To demister
PT
I-7
PIC
V-9
I-8
PIC P-22
P-23
Steam separator
203
PT
V-3
Flow steam
Rock Muffler
PV-214A
PV-214B
PV-214C
PV-214D
PSV
To demister
V-8
I-6
PIC
PT
I-7
PIC
steam separator
Pemodelan Plant
Dimana:
Anike purbawati 2408100037
Diaphragm Gauge Pressure Transmitter
model EJA530A
produk Yokogawa
mengukur steam pressure
Pressure Transmitter
PT-203
Range 0 – 20 bar
Output 4 – 20 mA
Time konstant = 0,2 s
Hubungan sinyal kontrol (dengan opening valve)
Hubungan opening valve dengan flow discharge control valve
Control ValveGain control valve
- type Butterfly dengan model DVC6030, Fisher,- aktuator jenis piston, posisioner I/P - karakteristik valve equal percentage
Validasi plant
Anike purbawati 2408100037
parameter simulasi Real plantTekanan 10.24 bar 10.23447 barLiquid level 8.361 cm 8.542 cmFlow discharge (43%)
430.1 ton/h 403.12 ton/h
simulasi
Parameter MPC Nilai
Control interval 0.1
prediction horizon 45
control horizon 1
bobot input 0
bobot laju input 0.0923
bobot output 1.0833
Constraint Umin:4 ; Umax:20
Simulasi struktur plant Kamojang
0 50 100 150 200 250 300 350 49.4
9.6
9.8
10
10.2
time (sec)
pres
sure
(bar
)
Gambar 4.1 Respon openloop steam separator
0 100 200 300 400 500
9.6
9.8
10
10.2
10.4
time (sec)
pres
sure
(bar
)
responsetpoint
0 100 200 300 400 5009.5
10
10.5
11
11.5
time (sec)
pres
sure
(bar
)
respon closed loop setpoint 11 bar
responsetpoint
Gambar 4.2 Respon closedloop sistem (setpoint 10.24 bar) Gambar 4.3 Respon closedloop sistem (setpoint 11 bar)
Simulasi struktur plant baru
0 20 40 60 80 1000
2
4
6
8
10
12
time (sec)
pres
sure
(bar
)
respon open loop steam separator
respon open loop
0 20 40 60 80 100
2
4
6
8
10
time (sec)
pres
sure
(bar
)
respon closedloop steam separator
responsetpoint
Gambar 4.4 Respon openloop tekanan keluaran steam separator Gambar 4.5 respon closed loop sistem
Ts = 27 s
Uji tracking setpoint
0 50 100 150 2000
2
4
6
8
10
time (sec)
pres
sure
(bar
)
respon uji tracking setpoint naik
responsetpoint
0 50 100 150 200
9.6
9.8
10
10.2
10.4
10.6
10.8
time (sec)pr
essu
re (b
ar)
respon uji tracking setpoint turun
responsetpoint
Gambar 4.8 Uji tracking setpoint turunGambar 4.7 Uji tracking setpoint naikTs = 9.45 s Ts = 9.45 s
Uji noise
0 50 100 150 2000
2
4
6
8
10
12
respon uji noise variance 0.043%
time (sec)
pres
sure
(bar
)
responstep
0 50 100 150 2000
2
4
6
8
10
12
respon uji noise variance 1%
time (sec)
pres
sure
(bar
)
responsetpoint
0 50 100 150 2000
2
4
6
8
10
12respon uji noise variance 10%
time (sec)
pres
sure
(bar
)
responsetpoint
Ts = 36.5 s Ts = 18.2 s
Uji disturbance
0 50 100 150 2000
2
4
6
8
10
12
time (sec)
pres
sure
(bar
)
rspon uji beban naik (467.29 K - 482 K)
respon sistemsetpoint
0 50 100 150 2000
2
4
6
8
10
time (sec)
pres
sure
(bar
)
uji beban turun (467,29 K - 410 K)
responsetpoint
Ts = 21.6 s Ts = 40s
Performansi
Jenis UjiKarakteristik dinamik
Max.Overshoot (%) ess Tss (s)
Closedloop 3.5 0.02 27
Tracking setpoint naik 0.8 0.09 9.45
Tracking setpoint turun 0.068 0.0069 9.45
Uji noise variance 0.043% 5.5 0.029 36.5
Uji noise variance 1% 1.3675 0.03 18.2
Uji beban naik 1.07 0.0025 21.6Uji beban turun 0 0.00241 40
Kesimpulan Tekanan output steam separator dapat dikendalikan dengan mengubah
struktur plant separator. Perubahan struktur plant dilakukan denganmengubah letak control valve yang semula memanipulasi flow steammasukan separator menjadi memanipulasi flow steam keluaran steamseparator
Controller MPC yang memberikan hasil pengendalian terbaik dalam simulasiini menggunakan parameter-parameter kontrol sebagai berikut: controlinterval 0.1, prediction horizon 45, control horizon 1, bobot input 0, bobotlaju 0.0923, dan bobot output 1.0833, dan constrain sinyal kontrol 4 mA-20mA.
Sistem kontrol MPC mampu mengendalikan tekanan dalam range 9.93 bar-11.69 bar (constrain sinyal kontrol 4 mA- 20 mA)
Sistem control MPC mampu bekerja dengan baik pada saat diberi noisedengan variance sebesar 0.043% dan 0.1% dan controller MPC memiliki essyang di sekitar besar ketika diberi noise 10% ke atas.
Sistem pengendali MPC mampu melakukan tracking setpoint baik naikmaupun turun dan mampu meredam gangguan berupa kenaikan danpenurunan temperatur steam pada gathering sistem dengan performansiyang baik
LOGO
Fungsi kriteria
Nilai optimal ΔU(k) dapat dihitung dengan membuat gradien dari V(k)bernilai 0, sehingga didapatkan nilai optimal dari perubahan sinyal kontrol ΔU(k)