Upload
ngothu
View
220
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Pengendalian ProsesCHS310806
3 SKS
Departemen Teknik Kimia FTUI
Filosofi Pengendalian Proses
Pemodelan Dinamik
(Mekanistik)
Analisis Perilaku
Model Dinamik
Pengendalian Proses
Pemodelan Empirik
Pengendalian Proses
Penyetelen
KontrolerAnalisis
Stabilitas
Mata Ajar
SebelumnyaMata Ajar
Sedang Berjalan
SIMULASI
(LAB. MAYA)
MODUL
INTERAKTIF
Next
VIDEO
Lecture
Notes
Disain
Pembelajaran SAP
Metode
WILMO
Akses Internet
• Puskom FTUI
• Lab SPK DTK FTUI
• WiFi DTK FTUI
Tujuan Pembelajaran
Setelah mengikuti MA Pengendalian Proses, mahasiswa:
• mampu mengkonstruksi pengetahuan dari mata ajar yang sebelumnya dan yang bersamaan dengan mata ajar ini,
• mampu menjelaskan tiga persoalan penting dalam pengendalian proses, yaitu
– perilaku dinamik, karena tidak ada proses yang beroperasi secarastatik (steady-state)
– operasi proses, karena peralatan yang ada harus dioperasikansecara aman untuk mendapatkan keuntungan yang tinggi
– pengendalian otomatis, karena insinyur menerapkan keputusanoperasi melalui teknologi komputer
SAP
Sasaran Pembelajaran
• Sasaran Afektif (ATTITUDE)
• Sasaran Psikomotorik (SKILL)
• Sasaran Kognitif (KNOWLEDGE)
SAP
Sasaran Afektif (ATTITUDE)
• Proses tidak pernah berfungsi secara eksak seperti
yang telah dirancang disebabkan oleh adanya
ketidakpastian dan gangguan
• Fleksibilitas dalam bentuk kapasitas peralatan
tambahan dan manipulated variable harus disediakan
untuk mencapai kinerja yang diinginkan
• Feedback control dapat memperbaiki keselamatan,
kualitas produk dan profit untuk pabrik yang
dirancang secara baik
Sasaran
Sasaran Psikomotorik (SKILL)
• Menggunakan skill belajar-mandiri dan sumber-
sumber penelitian (perpustakaan, internet, dsb.)
untuk menginvestigasi dan melaporkan topik-topik
pengendalian proses
• Bekerja secara efektif selama proyek kelompok
mengevaluasi obyektif pengendalian, penyetelan lup
(loop tuning) dan disain pengendalian
• Menerapkan problem-solving skill untuk analisis
data proses
Sasaran
Sasaran Kognitif (KNOWLEDGE)• Merumuskan dan menyelesaikan model dinamik dasar dari proses
nyata. Juga, melakukan eksperimen pemodelan empirik, estimasi
parameter, dan perbandingan dengan model dasarnya
• Mendefinisikan obyektif pengendalian dalam tujuh kategori dalam
sebuah proses kimia
• Menyeleksi variabel untuk pengukuran dan manipulasi, berhubungan
dengan instrumentasi pengendalian otomatis
• Mendisain sistem pengendalian lup tunggal
• Menerapkan dan menyetel kontroler
• Menghubungkan dinamika proses dengan kinerja, misalnya,
mampu menentukan dinamika berumpan-balik, dinamika gangguan
dan frekuensi gangguan yang baik dan tidak-baik, dan menyarankan
perubahan proses untuk kinerja proses yang diperbaiki
Sasaran
Kegiatan Belajar-Mengajar (1)Pk
nPokok Bahasan &
Sub Pokok Bahasan
Tujuan Instruksional Umum Tujuan Instruksional Umum Tujuan Instruksional Umum Tujuan Instruksional Umum dan/atau Sasaran Pembelajarandan/atau Sasaran Pembelajarandan/atau Sasaran Pembelajarandan/atau Sasaran Pembelajaran
KegiataKegiataKegiataKegiatannnn
MediaMediaMediaMedia TugasTugasTugasTugas EvaluasiEvaluasiEvaluasiEvaluasi
1 PENGANTAR
PENGENDALIAN PROSES
•Kenapa Pengendalian Proses dan
Kenapa Sekarang?
•Pertanyaan Dasar tentang
Pengendalian
•Menjelaskan konsep umpan-balik (feedback) yang diaplikasikan pada kontrol•Menjelaskan dan mengidentifikasikan tiga unsur dalam lup berumpan-balik (feedback loop)•Dapat menerapkan umpan-balik manual pada beberapacontoh proses kimia
KuliahLatihan
LCD Notebook
Papan Tulis
AksesWILMOTugas 1
PR
2 OBYEKTIF DAN BENEFIT OBYEKTIF DAN BENEFIT OBYEKTIF DAN BENEFIT OBYEKTIF DAN BENEFIT PENGENDALIANPENGENDALIANPENGENDALIANPENGENDALIAN•Tujuh (7) ObyektifPengendalian•Ukuran variabilitas•Dampak ekonomi darivariabilitas
•Mengenal contoh-contoh dari tujuh (7) obyektif pengendalianpada proses-proses kimia•Menghitung indikator darivariabilitas pada variable proses•Dapat menghitung dampak ekonomi dari variabilitas
KuliahLatihan
LCD Notebook
Papan Tulis
AksesWILMOTugas 2
Kuis 1
Kegiatan Belajar-Mengajar (2)3 PRINSIP PEMODELAN
MATEMATIKA
•Alasan mengapa kita perlu
model dinamik
•Enam (6) - tahapan prosedur
pemodelan
•Kesimpulan umum tentang
model
•Merumuskan model dinamik
didasarkan pada prinsip neraca
•Menyelesaikan model
dinamik orde satu yang
sederhana
•Menentukan aspek kunci
yang bagaimana dari dinamik
bergantung pada disain dan
operasi proses
Kuliah
Latihan
Respon
si
LCD
Notebook
Papan Tulis
Akses
WILMO
Tugas 3
4-5 PEMODELAN DAN
ANALISIS
PENGENDALIAN
PROSES
•Transformasi Laplace
•Penyelesaikan model
dinamik linear
•Struktur model fungsi alih
•Fitur kualitatif secara
langsung dari model
•Respon frekuensi
•Menyelesaikan model
dinamik linear orde satu dan
dua secara analitis
•Menyatakan model dinamik
kedalam fungsi alih (transfer
function)
•Memperkirakan fitur penting
dari perilaku dinamik dari dari
model tanpa menyelesaikannya
Kuliah
Latihan
LCD
Notebook
Papan Tulis
Akses
WILMO
Tugas 4
Kuis 2
Kegiatan Belajar-Mengajar (3)6 PERILAKU DINAMIK
SISTEM PROSES YANG
KHAS
•Sistem dinamik sederhana:
First order, Second order,
Dead time dan (Non) Self-
regulatory
•Struktur penting dari sistem
yang sederhana: Series,
Parallel, Recycle dan Staged
•Memprediksi output untuk
input yang khas untuk sistem
dinamik
•Menurunkan dinamik sistem
tersebut untuk struktur penting
dari sistem dinamik sederhana
•Mengetahui efek yang besar
pada proses dinamik yang
disebabkan oleh struktur proses
KuliahLatihan
Responsi
LCD Notebook
PapanTulis
AksesWILMOTugas 5
7 IDENTIFIKASI MODEL
EMPIRIK
•Disain eksperimen untuk
bangunan model
•Process reaction curve
(graphical)
•Estimasi parameter statistik
•Disain dan implementasisebuah eksperimen yangbaik•Melakukan kalkulasi secaragrafik•Melakukan kalkulasi secarastatistik•Mengkombinasikanpemodelan dasar danempirik untuk sistem proseskimia
KuliahLatihan
Responsi
LCD Notebook
PapanTulis
AksesWILMO Tugas 6
Kuis3
UJIAN TULIS MID TESTUJIAN TULIS MID TESTUJIAN TULIS MID TESTUJIAN TULIS MID TEST
Kegiatan Belajar-Mengajar (4)8 LUP BERUMPAN-BALIK
•Elemen-elemen lup yang khas
•Variabel berhubungan dengan
obyektif pengendalian
•Ukuran-ukuran kinerja
pengendalian yang khas
•Lima pendekatan terhadap
pengendalian berumpan-balik
•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
Kuliah
Latihan
LCD
Notebook
Papan
Tulis
Akses
WILMO
9 PENGENDALI PID
•Fitur-fitur umum dan sejarah
PID
•Model Proses dan kontroler –
Diagram Blok
•Tiga jenis kontroler dengan
fitur-fiturnya: Proportional,
Integral dan Derivative
•Perilaku dinamik yang khas
•Memahami kekuatan dan
kelemahan tiga jenis kontroler
PID
•Menentukan model sistem
berumpan-balik menggunakan
aljabar diagram blok
•Menetapkan sifat-sifat umum
berumpan-balik PID dari model
lup tertutup
Kuliah
Latihan
Responsi
LCD
Notebook
Papan
Tulis
Akses
WILMO
Kuis 4
Kegiatan Belajar-Mengajar (5)10-
12
PENYETELAN
PENGENDALI PID
•Pendekatan trial-and-error -
kenapa tidak digunakan
•Definisi masalah tuning
•Menyelesaikan dan
Mengembangkan korelasi
•Menerapkan korelasi ke
contoh-contoh
•Kehalusan penyetelan -
sentuhan pribadi
•Menjelaskan sasaran kinerja yang
kita cari hingga ketemu lewat
penyetelan (tuning).
•Menerapkan prosedur penyetelan
menggunakan kurva reaksi porses
(process reaction curve) dan
persamaan tuning.
•Perbaikan kinerja lebih lanjut
dengan penyetelan yang baik
Kuliah
Latihan
LCD
Notebook
Papan
Tulis
Akses
WILMO
Kuis 5
13-
14
ANALISIS STABILITAS
•Definisi stabilitas
•Peninjauan kembali
menentukan akar persamaan
karakteristik (PK)
•Pengantar metode stabilitas
Bode
•Penerapan penentuan
beberapa kecenderungan umum
pada sistem berumpan-balik
•Menentukan stabilitas dari
sebuah proses tanpa pengendalian
•Menentukan stabilitas dari
sebuah sistem pengendalian
berumpan-balik lup tertutup
•Menggunakan pendekatan ini
untuk mempelajari bagaimana
dead time mempengaruhi
stabilitas
Kuliah
Latihan
Responsi
LCD
Notebook
Papan
Tulis
Akses
WILMO
Tugas
Akhir
Kuis 6
UJIAN TULIS FINAL TEST
SAP
Filosofi Pengendalian Proses1. Pengantar pengendalian proses
– Menjelaskan konsep umpan-balik (feedback) yang
diaplikasikan pada kontrol
– Menjelaskan dan mengidentifikasikan tiga unsur dalam lup
berumpan-balik (feedback loop)
– Dapat menerapkan umpan-balik manual pada beberapa
contoh proses kimia
2. Obyektif dan benefit pengendalian
– Mengenal contoh-contoh dari tujuh (7) obyektif pengendalian
pada proses-proses kimia
– Menghitung indikator dari variabilitas pada variable proses
– Dapat menghitung dampak ekonomi dari variabilitas
Disain
Pemodelan Dinamik
3. Prinsip pemodelan matematika
– Merumuskan model dinamik didasarkan pada prinsip neraca
– Menyelesaikan model dinamik orde satu yang sederhana
– Menentukan aspek kunci yang bagaimana dari dinamik bergantung
pada disain dan operasi proses
4. Pemodelan dan analisis pengendalian proses
– Menyelesaikan model dinamik linear orde satu dan dua secara
analitis
– Menyatakan model dinamik kedalam fungsi alih (transfer function)
– Memperkirakan fitur penting dari perilaku dinamik dari dari model
tanpa menyelesaikannya
Disain
Analisis Perilaku Model Dinamik
Pengendalian Proses
5. Perilaku dinamik sistem proses yang khas
– Memprediksi output untuk input yang khas untuk
sistem dinamik
– Menurunkan dinamik sistem tersebut untuk
struktur penting dari sistem dinamik sederhana
– Mengetahui efek yang besar pada proses dinamik
yang disebabkan oleh struktur proses
Disain
Pemodelan Empirik
Pengendalian Proses
6. Identifikasi pemodelan empirik
– Disain dan implementasi sebuah eksperimen yang
baik
– Melakukan kalkulasi secara grafik
– Melakukan kalkulasi secara statistik
– Mengkombinasikan pemodelan dasar dan empirik
untuk sistem proses kimia
Disain
Penyetelan Kontroler7. Lup berumpan-balik
– 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
8. Algoritma PID
– Memahami kekuatan dan kelemahan tiga jenis kontroler PID
– Menentukan model sistem berumpan-balik menggunakan aljabar diagram
blok
– Menetapkan sifat-sifat umum berumpan-balik PID dari model lup tertutup
9. Penyetelan kontroler PID untuk kinerja dinamik
– Menjelaskan sasaran kinerja yang kita cari hingga ketemu lewat
penyetelan (tuning).
– Menerapkan prosedur penyetelan menggunakan kurva reaksi porses
(process reaction curve) dan persamaan tuning.
– Perbaikan kinerja lebih lanjut dengan penyetelan yang baikChart
Analisis Stabilitas
10. Analisis Stabilitas Pengendalian
Proses
– Menentukan stabilitas dari sebuah proses tanpa
pengendalian
– Menentukan stabilitas dari sebuah sistem pengendalian
berumpan-balik lup tertutup
– Menggunakan pendekatan ini untuk mempelajari
bagaimana dead time mempengaruhi stabilitas.
Disain
Silabus MA Pengendalian
Proses
1. Pengantar pengendalian proses
2. Obyektif dan benefit pengendalian
3. Prinsip pemodelan matematika
4. Pemodelan dan analisis pengendalian proses
5. Perilaku dinamik sistem proses yang khas
6. Identifikasi pemodelan empirik
7. Lup berumpan-balik
8. Algoritma PID
9. Penyetelan kontroler PID untuk kinerja dinamik
10. Analisis Stabilitas Pengendalian Proses
elearn.che.ui.eduDisain
Rujukan• Textbook:
T. Marlin, Process Control: Designing Processes and Control Systems for Dynamic Performance, 2nd Edition, McGraw-Hill, New York, 2000
• Rujukan:1. Carlos A. Smith, Armando B. Corripio, Principles and Practice of Automatic
Process Control, John Wiley & Sons, 1985, ISBN 0-471-88346-8
2. D. E Seborg, T. F. Edgar, D. A. Mellichamp, Process Dynamics and Control,
John Wiley & Sons, 1989, ISBN 0-471-86389-0
3. Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan), Jilid 1,
Penerbit Erlangga, 1985, Bandung
4. Bequette, R. W., Process Dynamics: Modeling, Analysis, and Simulation,
Prentice Hall,1998
5. Luyben, William L., Process Modeling, Simulation and Control for Chemical
Engineers, Second Edition, McGraw-Hill International Edition, 1990
6. Kuo, Benjamin C., Automatic Control Systems, Sixth Edition, Prentice-Hall
International Editions, 1991
7. Stephanopoulos, George, Chemical Process Control: An Introduction to
Theory and Practice, Prentice-Hall International, 1984
Rujukan (2)3. Jurnal :
a. Computers & Chemical Engineering
b. Journal of Process Control
c. Chemical Engineering Science
4. Internet: a. elearn.che.ui.edu
b. http://www.pc-education.mcmaster.ca(WILMO)
c. http://lorien.ncl.ac.uk/ming/Dept/Swot/connotes.htm (Jagad PC)
5. Software: MATLAB with SIMULINK
6. Process Control Videos
MA Ajar Sebelum Pengendalian
Proses
• Matematika (kalkulus dan aljabar linear)
• Metode Numerik
• Termodinamika
• Perpindahan Kalor
• Neraca Massa dan Energi
Disain
MA Bersamaan dengan
Pengendalian Proses
• Perancangan Alat Proses
• Pemodelan dan Matematika Terapan
• Teknik Reaksi Kimia
• Perpindahan Massa
Disain
ProsesProses BelajarBelajar dengandengan WILMO WILMO ((WWebeb--based based IInteractive nteractive LLearning earning MOMOdulesdules))
1. Initial reading 2. Class participation
3. Web learning
Modules4. Course
assignments
Reading
5. Study in depth
Revisit WEB
Formulate own
study questions
Disain
Pengendalian Proses di
e-Learning DTK FTUI
• Lecture Notes
• Assignments
• Forum
• Quiz