SISTEM PENGENDALIAN PADA TWO HEATED TANK
Disusun oleh:Agnes Grace S N1206246824
FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS INDONESIADEPOK2015
1. PendahuluanSistem pengendalian adalah susunan komponen
komponen fisik yang dirakit sedemikian rupa sehingga berfungsi
untuk mengendalikan sistem itu sendiri atau sistem lain yang
berhubungan dengan sebuah proses. Atau dengan pengertian lain
sistem pengendalian adalah suatu proses / pengendalian terhadap
suatu atau beberappa besaran sehingga berada pada suatu harga atau
range tertentu. Hampir semua proses dalam dunia industri
membutuhkan peralatan-peralatan otomatis untuk mengendalikan
parameter parameter prosesnya. Parameter-parameter yang harus
dikendalikan di dalam suatu proses di antaranya, yang paling umum,
adalah tekanan (pressure) di dalam sebuah vassel atau pipa, aliran
(flow) didalam pipa, suhu (temperature) di unit proses seperti heat
exchanger, atau permukaan zat cair (level) disebuah tangki. Dan ada
beberapa parameter lain diluar keempat parameter diatas yang cukup
penting dan juga perlu dikendalikan karena kebutuhan spesifik
proses, diantaranya : pH di industri petrokimia, water cut (BS
& W) di ladang minyak mentah, warna produk di suatu fasilitas
pencairan gas (NGL) dan sebagainya.Gabungan serta kerja alat alat
pengendalian otomatis itulah yang dinamakan sistem pengendalian
proses (process control system). Sedangkan semua peralatannya yang
membentuk sistem pengendalian disebut instrumentasi pengendalian
proses (process control instrumentation). Kedua hal tersebut
berhubungan satu sama lain, namun keduanya mempunyai hakikat yang
berbeda. Ilmu process control instrumentation lebih terfokus pada
penjelasan kerja alat sedangkan process control system lebih
terpusat pada kerja sistem tersebut.Pada makalah ini saya akan
membahas mengenai sistem pengendalian proses pada two heated tank.
Dimana akan dicari suatu parameter pengendali PID yang paling baik
untuk mengontrol sistem pada pengendalian two heated tank.
2. PembahasanProses pada heated tank adalah untuk menjaga suhu
cairan yang didalam tank tetap stabil, oleh karena itu diperlukan
pengendalian yang dapat mengatur keseimbangan energy didalam tank
agar suhu tetap stabil.
Gambar 1. Heated tankDiberikan spesifikasi sebagai berikut: Flow
rate cairan (F) = 90 Density cairan () = 40 Heat capacity (Cp) =
0.6 Btu/ Volume pada tank 1 ( Volume pada tank 2 ( Temperatur
cairan (To) = pada initial steadystate Temperatur pada tank 1 dan 2
( = pada initial steadystate Pada tank 1 digunakan heating coil (,
dimana dengan adanya heating coil memberikan suhu tambahan pada
tank 1.Kita dapat mencari persamaan energy pada masing-masing
tank:Energy pada tank 1: Energy pada tank 2: Dimana: dan volume,
density, dan heat capacity konstanPersamaan diatas dapat
disederhanakan menjadi: .(1) .(2)Dari spesifikasi yang diberikan,
maka dapat dicari: ..(3) ..(4) Persamaan (3) dan (4) dapat
dilaplace dan dipatkan hasil: .(5) ..(6)Eliminasi dari persamaan
(5) dan (6), sehingga didaptkan: (7)Proses dari sistem pengendali
two heated tank dapat digambarkan sebagai berikut:Gambar 2.
Openloop Proses Gambar 3. Closedloop systemFungsi alih: Dengan PID
controller dapat diatur besar parameter-parameter seperti Kp, Ki,
dan Kd untuk mendapatkan respon sistem yang paling baik.
3. Percobaan Percobaan dilakukan untuk mencari nilai parameter
pengendali yang paling tepat sehingga hasil dari sistem yang
digunakan sesuai dengan harapan.Sebelum diberikan pengendali yaitu
berupa PID controller, sistem yang digunakan adalah
Dimana fungsi transfer telah didaptkan pada perhitungan diatas
dan nilai unit step yang digunakan adalah 150, karena pada proses
ini suhu yang ingin dijaga agar tetap konstan adalah suhu cairan
yaitu sebesar . Setelah disimulasikan, hasi yang didapatkan: Gambar
5. Respon sistem tanpa pengendali
Dapat kita lihat bahwa hasil diatas, control variable
pengendalinya sangat kecil akibatnya respon dari sistem sangat
lambat. Karena itu perlu ditambahkan suatu pengendali agar sistem
ini menjadi lebih baik dan lebih cepat responnya. Pengendali yang
digunkaan adalah pengendali PID. Untuk mendesain pengendali PID ini
perlu dicari beberapa parameter, yaitu: Kc, Ti, dan Td. Untuk
mencari parameter ini dapat digunakan metode
Ziegler-Nichols.Ziegler Nichols mengusulkan aturan untuk menentukan
nilai Kc, Ti dan Td berdasarkan pada karakteristik tanggapan
peralihan dari plant yang diberikan. Metode pertama Ziegler Nichols
menentukan nilai Kc, Ti, dan Td:
Gambar Kurva S Analisa Grafis Ziegler NicholsAturan perpotongan
garis lurus terjadi pada kondisi linier dari kurva S repon sistem.
Ketepatan dalam pengambilan perpotongan ini sangatlah penting
karena menentukan parameter T dan L yang menjadi acuan dari
kontroler.ccDari hasil sistem didapatkan nilai L dan T, sehinga:Kc
= 6.3Ti = 2L = 1.93Td = 0.5L = 0.4825Setelah ditambahkan
pengendali, hasil yang didapatkan:
4. Tuning PIDDari percobaan terlihat bahwa sistem masih memiliki
nilai overshoot yang tinggi, sehingga perlu dilakukan tuning secra
manual untuk mendapatkan hasil yang paling baik. Menggubah nilai Td
= 4
Mengubah nilai Kc = 10 dan Td = 4
Menggubah Kc = 10, Td = 4 dan Ti = 5
5. Kesimpulan Untuk memperbaiki respon sistem dapat dilakukan
tuning secara manual, yaitu dengan cara menambahkan atau
menggurangi nilai parameter PID (Kc, Td, Ti). Dalam menaikkan nilai
parameter PID kita harus mencari secara tepat, artinya jika terlalu
tinggi hasil bisa jadi tidak terlalu baik, namun jika terlalu
rendah juga belum tentu menghasilkan respon yang baik. Karena itu
harus dilakukan tuning secra terus-menerus ntuk mencari nilai
parameter yang paling ssesuai dengan sistem Perubahan nilai Td
mempengaruhi nilai overshoot sistem Dari hasil percobaan tuning,
hasil yang paling baik adalah saat Kc = 10, Td = 4 dan Ti = 5
6. Lampiran ProgramKc=input('Masukkan harga Kc:
');Ti=input('Masukkan harga Ti: ');Td=input('Masukkan harga Td:
');tn=input('Waktu akhir: ');h=input('dt: ');Gc=Kc*tf([Ti*Td Ti
1],[Ti 0]);Gp=tf([1.000462963],[5 6
1]);Kp=1;num=Gc*Gp;den=1+Gc*Gp;G=num/den;t=0:h:tn;step(G,t)[y,t]=step(G,t);n=length(t);grid;
