quality of service pid prediktif pada networked...
TRANSCRIPT
QUALITY OF SERVICE PID PREDIKTIF PADA NETWORKED CONTROL SYSTEM DENGAN VARIABEL WAKTU TUNDA DAN KEGAGALAN PENGIRIMAN DATA
Ujian Tugas Akhir – Bidang Studi Teknik Sistem Pengaturan, Jurusan Teknik Elektro – FTI – ITSSurabaya, Juni 2013
MONDA PERDANA2211105052
LATAR BELAKANG
Keuntungan menggunakan jaringan komunikasi data
Perkembangan jaringan komunikasi data
Permasalahan yang timbul akibat penerapan jaringankomunikasi data pada sistem kontrol
Kontroler konvensional tidak dapat mengkompensasipermasalahan yang terjadi
PERMASALAHAN
Waktu tunda dan kegagalan pengiriman paket data
Waktu tunda bersifat dinamis (berubah-ubah)
Performa sistem tidak stabil
Diperlukan kontroler yang dapat mengkompensasi waktutunda dan kegagalan pengiriman paket data
BATASAN MASALAH
Media transmisi yang digunakan adalah kabel UTP
Waktu tunda yang terjadi merupakan penjumlahan dariwaktu pengiriman antara kontroler menuju plant danplant menuju kontroler
Rugi-rugi jaringan komunikasi yang lain diabaikan
TUJUAN
Kompensasi waktu tunda dan kegagalan pengirimanpaket data pada NCS melalui kontroler PID Prediktif
Menentukan nilai waktu tunda maksimum yang ditoleransi oleh sistem
SIMULATOR PLTU – Virtual Plant(3)
Pressure Steam & Combustion
Turbin Generator
GAS
AIRCurrent in Pressure
++
COAL
AKTUATOR+
FURNICE BOILER
BOILER DRUM LEVEL (1)
Persamaan karakteristikDinamis Boiler Drum Level
Sistem sirkulasi air dan uap
Persamaan karakteristikDalam bentuk state space
DD
DDWW
WW uk
dtduTuk
dtduT
dtdhT
dthdTT 12
2
21
2
1010
TA
2
21
2
21
21
0
TTTTK
TTK
TTT
BDDW
D
01C
Txxx 21 TDW uuu
BOILER DRUM LEVEL (2)
Dimana
Koefisien pemancar level air (T1) = 0.95
Koefisien penampang boiler (T2) = 30
Koefisien aliran air (TW) ≈ 0
Koefisien aliran uap (TD) = 3.24
Koefisien pemancar aliran air(KW) = 0.037
Koefisien pemancar aliran uap(KD) = 0.37
Sistem sirkulasi air dan uap
Persamaan karakteristik Dalambentuk Transfer Function (TF)
ss
sGw
230035.0
ssssGD
215
035.007.3
Kontroler PID
• Kp = 5.58
• Ki = 0.159
• Kd = 115.9
ss
sGw
230035.0
ss
ssGD
215
035.037.0
Blok diagram Kontroler PID
RANCANG KONTROLER MPC
Bm +-
q-1 Cm
Cm
1-q-1
-Kx
1/(1-q-1)
++
-Ky
+ - r
y(k)xm(k)xm(k+1)
u(k)
∆u(k)
Blok diagram Kontroler MPC
RANCANG KONTROLER MPC
1. Mengubah model Plant kedalam bentuk diskrit, sehingga didapat matriks Augmentasi
2. Menentukan prediksi state dan Variabel Output
PNCA
CACACA
F
3
2
BCABCABCABCA
CBCABBCACBCAB
CB
CPPPP NNNNN
321
2 000000
kuBC
Bkykx
IACA
kykx
B
mm
m
kx
m
A
mm
T
mm
kx
m
0
11
1
kx
m
m kykx
Iky
0
RANCANG KONTROLER MPC
3. Optimisasi sinyal Kontrol
4. Mendapatkan “Gain mpc” dan “Gain y”
5. Sistem close loop krBKkxBKkAxkx ympc 1
xympc KKK
FRK TT
mpc 1
is
TT kFxRRU 1
SIMULASI
Open Loop
0 100 200 300 400 500 6000
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Time (s)
Tanpa Kontroler
Respon sistemFlow Feedwater
Lev
el (m
m)
SIMULASI
Plant dengan Kontroler PID pada NCS
0 100 200 300 400 500 600
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Time (s)
Leve
l (m
m)
Level/SteamLevel/Feedwater
SIMULASI
Plant dengan Kontroler PID
0 100 200 300 400 500 6000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Time (s)
Leve
l (m
m)
Respon sistemSet point
SIMULASI
Plant dengan Kontroler PID pada NCS
0 100 200 300 400 500 600-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
Time (s)
Leve
l (m
m)
Respon sistemSet point
SIMULASI
Variasi waktu tunda dengan kontroler PID Prediktif (1)
0 100 200 300 400 500 6000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Time (s)
Leve
l (m
m)
Delay 0.1msDelay 0.2msDelay 0.3ms
1.109
1.11
1.111
1.112
1.113
1.114
1.115
1.116
Leve
l (m
m)
SIMULASI
Variasi waktu tunda dengan kontroler PID Prediktif (2)
0 100 200 300 400 500 6000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Time (s)
Leve
l (m
m)
Delay 0.1msDelay 1msDelay 2ms
1.06
1.08
1.1
1.12Le
vel (
mm
)
SIMULASI
Spesifikasi Respon Sistem pada Simulasi denganKontroler PID Prediktif
Waktu Tunda tp Mp ζ ωn ts(±5%)0.1 ms 92.37 detik 0.114 0.5688 0.0413 rad/detik 127.609 detik
0.2 ms 92.7 detik 0.113 0.5703 0.0412 rad/detik 127.547 detik
0.3 ms 92.56 detik 0.115 0.5672 0.0411 rad/detik 128.388 detik
1 ms 92.14 detik 0.116 0.5657 0.4132 rad/detik 128.319 detik
2 ms 92.26 detik 0.116 0.5657 0.4127 rad/detik 128.486 detik
3.2 ms 92.04 detik 0.117 0.5641 0.0413 rad/detik 128.692 detik
Hasil Overshoot sistem melalui NCS padasimulasi semakin tinggi seiring semakin besarwaktu tunda
IMPLEMENTASI
Plant dengan Kontroler PID
0 1 2 3 4 5 6 7 8-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
Time (s)
Leve
l (m
m)
IMPLEMENTASI
Plant dengan Kontroler PID
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
2
4
6
8
10
12
Time (s)
Leve
l (m
m)
Respon SistemSet point
Overshoot 0.0187 dengan waktu puncak (tp) 639 detik
KESIMPULAN
• Pengaruh waktu tunda dapat di kompensasi denganmenggunakan kontroler MPC
• Besar waktu tunda pada simulasi tidak lebih dari 3.5 ms
• Variasi waktu tunda pada simulasi plant dan NCS diperoleh %Mp= ±11.5%, ts(±5%)=±128.388 detik daness=0%
• Implementasi PID Prediktif pada NCS memiliki waktustady state lebih lambat dibandingakan pada simulasi
SIMULASI PLTU – HMI
• Feed water Tank and Dosing• Boiler Water and Steam• Service Water and Steam• Circulate Water• RO System• RO System Filter• RO System Vessel• RO System Dosing• RO System Make Iup Water Tank• RO System Condensate
1. Water Treatment
• Combustion air and Flue Gas• Soot Blowing• Bottom Ash• Limestone• Solid Fuel System• Coal Handling• Diesel Oil System• Boiler Safety
2. Combustion • Compressed Air• Turbine Steam system• Measurement• Turbine Lubrication System• Turbine Generator System• Steam Diagram• Power Distribution Diagram• IO Cabinet• MCC Location
3. Power Generator
SIMULASI
Variasi waktu tunda dengan kontroler PID Prediktif (3)
0 100 200 300 400 500 6000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Time (s)
Leve
l (m
m)
Delay 2msDelay 3.2msDelay 3.5ms