YOU ARE DOWNLOADING DOCUMENT

Please tick the box to continue:

Transcript
Page 1: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

PETUNJUK PRAKTIKUM

PRAKTIKUM SISTEM KENDALI

Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri

Sekolah Teknik Elektro Dan Informatika

Institut Teknologi Bandung

2018

Laboratorium Dasar Teknik Elektro

Page 2: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.
Page 3: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Modul 4

Sistem Kendali Proses di Industri

1. Tujuan Praktikum

a. Mengenali tipikal proses di industri

b. Mengenali besaran-besaran dan instrumentasi pengukuran yang digunakan

pada proses di industri

c. Mengenali penerapan ilmu sistem kendali pada proses di industri

d. Mengimplementasikan pengendali PID pada plant berstandar industri

e. Mengetahui manfaat dari penggunaan sistem kendali otomatis pada industri

2. Tugas Pendahuluan

a. Metode utama yang umum digunakan untuk menentukan konstanta PID

adalah Ziegler Nichols (open loop/tipe 1). Berikan rumusan untuk

perhitungan konstanta PID dari metode tersebut. Berikan ilustrasi grafik

respon jika diperlukan untuk memperjelas rumusan.

b. Dari grafik fungsi transfer kecepatan motor (yang telah diperoleh pada

praktikum 2), tentukan konstanta PID (Kp Ti Td) dengan menggunakan

metode Ziegler Nichols.

c. Tuliskan besaran-besaran yang umum diukur pada industri dan tipe-tipe

sensor yang umum digunakan untuk pengukurannya.

d. Tuliskan langkah-langkah untuk mengaktifkan mini refinery plant.

e. Bacalah seluruh bagian modul hingga akhir sebelum praktikum dimulai.

Patuhi peringatan keselamatan yang tercantum. Gunakan sepatu yang tidak

licin karena pada praktikum ini sangat besar peluang bagi praktikan dan

asisten untuk terkena cipratan air. Praktikum ini dilakukan pada ruangan

Laboratorium Dasar 05, Honeywell Control Laboratory.

3. Pengenalan Kendali Proses di Industri

a. Proses di Industri

Seiring dengan perkembangan teknologi, terjadi peningkatan kebutuhan untuk

melakukan produksi berbagai substansi kimia (plastik, bahan bakar, resin, antiseptik,

cairan pembersih, dan masih banyak lagi). Beberapa substansi tersebut dapat

langsung digunakan oleh konsumen, yang lainnnya digunakan sebagai bahan baku

untuk memproduksi berbagai benda kebutuhan sehari-hari maupun industri

selanjutnya.

Kendali proses berhubungan erat dengan proses manufaktur berbagai substansi di

industri, terutama manufaktur bahan-bahan kimia. Beberapa proses yang umum

dilakukan adalah distillation, cracking, smelting, liquefaction of gases, sintering,

pulping, bleaching, dan masih banyak lagi.

Page 4: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 1 Ilustrasi instrumentasi pabrik kertas [1]

Contoh gambar di atas mengilustrasikan proses produksi kertas. Beberapa bagian

proses produksi kertas adalah Pulping, Bleaching, Wet End, dan Waste Treatment.

Pulping merupakan tahapan pengolahan kayu secara mekanik (dihancurkan) dan

kimiawi hingga menjadi bubur kertas. Temperatur, tekanan, kecepatan alir, dan pH

merupakan besaran penting yang perlu dikontrol dalam proses ini untuk

menghasilkan pulp yang berkualitas. Namun tidak hanya pada tahap pulping, seluruh

tahap di atas memerlukan pengukuran presisi dan pengendalian terhadap besaran-

besaran penting untuk menjamin kualitas produk yang dihasilkan.

Proses industri lainnya yang sering dipelajari pada literatur adalah proses distilasi.

Proses distilasi merupakan proses pemisahan dua atau lebih substansi kimia yang

memiliki titik didih berbeda melalui proses pemanasan. Untuk memperoleh

konsentrasi1 produk yang diinginkan, diperlukan pengendalian terhadap bukaan

katup reflux serta temperatur pada bagian atas kolom. Pada proses ini, diperlukan

pengendalian dan pengukuran terhadap besaran temperature, level, flow, dan

khusus untuk pemeriksaan produk yaitu density.

1 Mengapa konsentrasi? Karena campuran air-ethanol memiliki sifat azeotrop (selanjutnya dapat dicari pada literatur kimia) yang membuat kedua zat ini tidak dapat benar-benar dipisahkan hanya dengan proses pemanasan pada tekanan 1 atmosfir. Proses distilasi pada tekanan 1 atmosfir hanya dapat menghasilkan ethanol dengan kemurnian 95.63% berat (sekitar 96.1% volume pada temperatur dan tekanan udara ruang). Untuk mencapai konsentrasi ethanol yang lebih tinggi, diperlukan steam boiler bertekanan, yang tidak tersedia pada lab ini karena alasan keamanan untuk praktikum dalam ruangan.

Page 5: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

b. Tipikal Proses di Industri

Pada sebagian besar proses di Industri, terdapa empat besaran utama yang perlu

diukur dan dikendalikan yaitu kecepatan alir fluida (flow), tekanan (pressure),

ketinggian fluida (level), dan temperatur (temperature). Selain keempat besaran

utama tersebut, pada proses-proses khusus dibutuhkan pengukuran terhadap massa

jenis (density), asam/basa (pH), kekentalan (viscosity), kelembapan (humidity), dan

lain sebagainya.

Ada dua cara untuk memastikan besaran-besaran tersebut tetap pada nilai

reference/set point yang diharapkan. Pertama, dengan melakukan pengendalian

secara manual. Sebagai contoh, untuk pengendalian temperatur air. Misalkan pada

sebuah tangki dengan steam boiler yang berisi air untuk dipanaskan, terdapat

saluran untuk mengeluarkan air panas yang dihasilkan, serta saluran untuk

menyuplai tangki dengan air dingin. Operator yang bertugas akan membaca

temperatur dari termometer yang terpasang untuk mengukur temperatur air panas

yang dihasilkan. Dari informasi temperatur, ia kemudian mengatur besar bukaan

keran (manual valve) untuk mengatur aliran uap panas menuju pemanas yang

berada di dalam tangki. Jika temperatur sudah lebih tinggi dari set point yang

diharapkan, maka operator akan mengecilkan bukaan keran, dan sebaliknya jika

temperatur lebih rendah dari set point maka operator akan meningkatkan bukaan

keran. Perubahan temperatur dapat terjadi karena perubahan kebutuhan air panas

ataupun faktor lain seperti perubahan temperatur ruangan yang akan

mempengaruhi perubahan temperatur suplai air dingin.

Cara kedua adalah dengan melakukan pengendalian secara otomatis/menggunakan

controller. Data temperatur air panas yang diproduksi dibaca menggunakan sensor

khusus yang akan mengubah data temperatur menjadi besaran elektrik yang dapat

dikonversi menjadi sinyal 4-20 mA (atau tegangan, bergantung pada jenis pengontrol

yang digunakan) untuk kemudian dibaca oleh pengontrol. Jika algoritma

pengendalian yang digunakan adalah PID, maka pengontrol akan membandingkan

nilai set point temperatur dengan nilai pembacaan dari sensor. Kemudian galat (error)

yang diperoleh akan dikalikan dengan konstanta Kp, diakumulasi per time sampling

Ti (Ki=Kp/Ti), dan diukur perubahannya per time sampling Td (Kd=Kp x Td). Hasil

perhitungan akan digunakan untuk menentukan bukaan aktuator, misal dalam hal ini

control valve. Penentuan konstanta algoritma pengendalian PID umumnya dilakukan

dengan proses tuning jika model telah didapatkan. Konstanta PID akan

mempengaruhi kualitas sistem (overshoot, settling time, dll).

Page 6: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 2 Perbandingan antara Kendali Manual & Otomatis untuk Produksi Air Panas[4]

Umumnya, cara kedua yaitu pengendalian otomatis menggunakan pengontrol lebih

diunggulkan karena responnya lebih cepat dibantingkan operator manusia, lebih

presisi, meminimalkan faktor kelalaian, dan mengurangi resiko kecelakaan operator

(karena aktuator yang berada pada plant tidak memerlukan kontak langsung dengan

operator). Pengendalian dapat dilakukan (controller dapat diposisikan) pada daerah

yang lebih aman, dan bahkan monitoring dapat dilakukan dari jarak jauh.

Secara umum diagram blok sistem kendali dapat diperhatikan dalam gambar 4.3

berikut ini.

Gambar 4. 3 Diagram Blok Sistem Kendali [3]

Controller menerima input dari sensor (Process Value), mengetahui set point, dan

menghasilkan sinyal untuk mengatur aktuator (Manipulater Variable atau Operating

Point dari aktuator). Bentuk lain dari diagram tersebut yang juga umum digunakan

pada process control adalah sebagai berikut.

Page 7: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 4 Alternatif Diagram Blok Sistem Kendali

Kedua diagram tersebut menunjukkan hal yang sama dari sudut pandang yang

sedikit berbeda. Controller menerima nilai dari elemen pengukur (Process Value) dan

mengetahui Set Point, menghitung Operating Point aktuator, sebagai Manipulated

Variable yang mempengaruhi proses. Controlled Variable dari proses kemudian

dibaca oleh sensor, nilai besarannya disebut Process Value yang akan kembali masuk

ke pengontrol.

c. Kebutuhan instrumentasi dan kendali

Sistem kendali loop tertutup dapat dibuat menggunakan mikrokontroller.

Mikrokontroler sering digunakan untuk berbagai device rumahan dengan kebutuhan

daya rendah. Namun untuk sebuah industri, dapat membutuhkan ribuan control loop,

menerima process value dari ribuan sensor dan memberikan operating point untuk

ribuan aktuator, penggunaan mikrokontroller semisal Atmega 8535 tidak

dimungkinkan.

Pengontrol yang digunakan di Industri umumnya berupa PLC (Programmable Logic

Controller) atau menggunakan sistem DCS (Distributed Control System), yang di

dalamnya dapat berisi beberapa microcontroller untuk implementasi logika.

Kelebihan dari kedua pengontrol ini dibandingkan stand alone microcontroller adalah:

• Lebih tahan terhadap noise.

• Dapat bekerja pada rentang temperatur yang lebih lebar.

• Lebih reliable (dapat bekerja dalam jangka waktu lama, semisal 20 tahun).

• Terdapat versi yang dapat bekerja pada kondisi lingkungan yang ekstrim.

• Interoperabilitas langsung dengan berbagai komponen di industri seperti

control valve, motor driver, HMI, Scada atau IIOT, dll.

• After sales service yang lebih terjamin, termasuk ketersediaan sparepart

hingga 10 tahun setelah tipe pengontrol tersebut berhenti diproduksi.

• Kelengkapan dokumentasi user manual untuk seluruh parts.

Dengan kata lain, PLC dan DCS merupakan pengontrol yang sesuai dengan

kebutuhan industri. Oleh karena itu, pada praktikum ini praktikan diperkenalkan

Page 8: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

dengan DCS dan control process agar dapat memperoleh gambaran penerapan

sistem kendali di industri secara nyata.

4. Dasar Instrumentasi Proses

a. Besaran dan alat ukur

Dalam kendali proses, pada umumnya terdapat empat besaran utama yang perlu

diukur dan dikendalikan, yaitu kecepatan alir fluida (flow), tekanan (pressure),

ketinggian fluida (level), dan temperatur (temperature). Beberapa proses spesifik ada

pula yang memerlukan pengukuran pH, konduktivitas, dan massa jenis.

Pada Feedback Process Instrumentation Trainer, terdapat empat besaran yang dapat

diukur yaitu flow (air dan udara), level (dari tangki proses), temperature (dari tangki

proses dan tangki bahan baku/penyimpanan), dan pressure (air atau udara). Alat

ukur/sensor yang digunakan untuk mendapatkan nilai dari besaran-besaran tersebut

akan dijabarkan sebagai berikut.

1. Sensor flow

Terdapat dua jenis alat pada Feedback PIT yang dapat digunakan untuk mengukur

kecepatan alir, salah satunya adalah flowmeter. Menunjukkan pembacaan secara

manual dengan kepingan logam yang dapat mengapung. Untuk menggunakan alat

ini, arah aliran haruslah dari bawah ke atas. Semakin tinggi posisi kepingan logam,

maka semakin besar debitnya.

Gambar 4. 5 Flowmeter (pembacaan manual)

Pilihan lainnya adalah dengan pulse flow sensor. Pulse Flow Sensor bekerja dengan

cara menghitung kecepatan putar turbin yang dihasilkan oleh kecepatan alir.

Kecepatan putar turbin kemudian dikonversikan menjadi pulse train. Frekuensi dari

pulse train hampir proposional dengan kecepatan alir. Dibantu dengan frequency

transmitter, data flow fluida yang mengalir dapat dibaca pada layar frequency

transmitter dan dapat juga dibaca/diolah dengan controller, baik DCS Experion

Page 9: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

melalui software Control Builder, ataupun dengan PLC CALogix melalui program

CALogix. Hal ini dapat terjadi karena transmitter akan menghasilkan sinyal 4-20 mA

bergantung pada nilai dari flow yang mengalir.

Gambar 4. 6 Pulse Flow Sensor (kiri) dan Frequency Transmitter (kanan)

2. Sensor level

Terdapat dua jenis alat pada Feedback PIT yang dapat digunakan untuk mengetahui

ketinggian air pada tangki proses. Yang pertama adalah berupa pipa bening dengan

keterangan skala yang berada pada bagian depan tangki. Ketinggian air langsung

dapat terlihat pada pipa bening, dan angka pembacaan dicocokkan dengan skala

yang tertera.

Gambar 4. 7 Indikator Ketinggian Air Tangki Proses (pembacaan manual)

Namun agar data ketinggian dapat diolah pada controller, maka digunakan level

sensor sekaligus transmitter berupa level probe yang akan menghasilkan sinyal 4-20

mA, yang mana nilai arus tersebut bergantung pada ketinggian air dalam tangki.

Skala 4-20mA proporsional dengan volume 0-8 liter pada tangki proses.

Page 10: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 8 Level Probe

3. Sensor temperature

Terdapat dua jenis sensor temperatur yang tersedia, yaitu sensor RTD (resistance

temperature detector) yang memiliki tiga electric probes, dan sensor TC

(thermocouple) yang memiliki electric probes berupa lempengan. Kedua sensor ini

dapat digunakan untuk mengukur temperatur air, dengan cara memasukkan

temperature probe pada tangki proses maupun tangki bahan baku.

Gambar 4. 9 Sensor temperatur RTD (kiri) dan thermocouple (kanan)

Agar hasil pembacaan dari temperature sensor dapat diolah oleh controller, maka

digunakan sebuah temperature transmitter yang dapat menerima input baik dari

ketiga electrical probes RTD maupun TC. Keluaran dari transmitter berupa sinyal 4-20

mA. Konfigurasi transmitter ini dapat diatur melalui program M-Config.

Page 11: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 10 Transmitter Temperatur

4. Sensor pressure

Pengukur tekanan air dan udara yang tersedia pada kit ini juga terdapat dua jenis,

yaitu pressure gauge yang jarumnya menunjukkan besaran tekanan dalam satuan Psi

dan bar. Bordon tube pressure gauge ini serupa dengan pressure gauge yang sering

ada pada regulator tabung gas dan kompresor (misalnya kompresor untuk pengisian

angin ban). Skala nol pada pressure gauge adalah tekanan udara 1 atm.

Gambar 4. 11 Pressure Gauge (pembacaan manual)

Namun data yang diperoleh dari pembacaan pressure gauge ini akan cukup sulit

untuk diolah controller. Maka terdapat alat ukur kedua yang merupakan pressure

transmitter yang mengubah tekanan menjadi sinyal 4-20 mA.

Page 12: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 12 Pressure Transmitter

b. Aktuator (Control valve (compressor), pump,Heater)

Besaran yang ada umumnya tidak hanya perlu diukur, tetapi juga dikendalikan.

Sebagai contoh, besaran tekanan udara dapat diatur menggunakan compressor,

besar temperatur bergantung pada pengendalian heater, kecepatan alir bergantung

pada pengendalian pompa dan valve, dan ketinggian air dapat dikendalikan dengan

mengatur bukaan valve serta kecepatan pompa.

Pada modul Feedback PIT terdapt tiga macam aktuator yang dapat digunakan untuk

mengatur nilai besaran fisis, yaitu valve (manual ataupun dengan kompresor),

pompa, dan dan pemanas. Selengkapnya akan dijabarkan sebagai berikut.

1. Aktuator Pemanas/heater

Pada Feedback PIT, aktuator pemanas berada pada tangki bahan baku. Pada

tegangan 220V, daya yang digunakan oleh aktuator pemanas ini sekitar 2.52-2.53 kW.

Berikut adalah tampak samping dari tangki bahan baku beserta elemen pemanasnya.

Page 13: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 13 Elemen Pemanas/Aktuator Pemanas

Aktuator pemanas ini hanya dapat berada pada state ON atau OFF (tidak dapat

diatur nilainya). Pengubahan state dilakukan dengan menekan tombol heater pada

bagian kiri atas Feedback PIT. Pengubahan state ini tidak dapat dilakukan melalui

controller tanpa mengubah wiring dari PIT.

Gambar 4. 14 Tombol untuk Aktivasi heater

2. Pompa/pump

Aktuator pompa (motor) berada pada sisi belakang Feedback PIT (sisi belakang

tangki bahan baku). Pompa ini memompa air dari tangki bahan baku menuju tangki

proses yang berada lebih tinggi (sambungan dapat langsung ataupun melalui valve

dan alat-alat ukur).

Page 14: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 15 Aktuator Pompa

Sedangkan untuk aktivasi dari pompa dapat dilakukan pada bagian kiri atas Feedback

PIT (pump). Untuk mengaktifkan pompa, dibutuhkan sinyal 4-20 mA yang mana

besaran arus mempengaruhi kecepatan pompa. Oleh karena itu biasanya pompa ini

dihubungkan dengan current source yang tersedia, lengkap dengan potensiometer

untuk mengubah besar arus/kecepatan pompa. Pilihan lainnya adalah

menghubungkan pompa dengan analog output DCS ataupun CALogix jika ingin

dilakukan pengontrolan closed loop.

Gambar 4. 16 Konfigurasi untuk Mengaktifkan Pompa

3. Valve/katup

Untuk mengatur kecepatan alir, atau untuk menghentikan aliran, dapat

digunakan valve (katup). Terdapat 3 jenis valve yang tersedia pada Feedback

PIT yaitu manual valve, solenoid valve, dan control valve. Pada manual valve,

Page 15: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

besar bukaan katup dapat diatur dengan diputar secara manual. Untuk

solenoid valve dan (pneumatic) control valve pengaturan dapat dilakukan

melalui DCS/CALogix. Solenoid valve hanya memiliki state terbuka dan

tertutup, yang dapat diatur secara manual ataupun dengan pemberian pulse

atau dengan external contact closure yang tersedia pada frequency

transmitter. Karena sifatnya ini, maka umumnya solenoid valve digunakan

untuk menghentikan proses alir fluida atau untuk melakukan bypass rute

aliran fluida yang ada menuju rute aliran sekunder. Valve ini membutuhkan

tegangan 24V untuk pengoperasiannya.

Gambar 4. 17 Manual Valve (kiri) dan Solenoid Valve (kanan)

Control valve merupakan valve yang paling sering digunakan pada praktikum

ini. Valve ini dapat diatur persentase bukaannya dengan menggunakan modul

current pressure converter yang mengubah besaran arus 4-20 mA menjadi

keluaran tekanan 3-15 Psi2. Control valve akan mengubah tekanan 5-15 Psi

menjadi bukaan valve 0-100%. Tekanan udara diperoleh melalui kompressor

yang tersedia.

Gambar 4. 18 Pneumatic Control Valve (kiri) dan Current-Pressure Converter (kanan)

2 Besaran arus 4-20 mA dan tekanan 3-15 Psi merupakan standar industri

Page 16: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

c. Praktikum

Mempertimbangkan berbagai jenis sensor dan aktuator yang tersedia pada

Feedback PIT serta sebagai pendukung untuk praktikum dengan Distillation Column,

pada praktikum ini dipilih sistem yang paling mudah untuk diamati dan dibandingkan

antara penggunaan kontrol manual dan kontrol dengan DCS, yaitu sistem pengisian

tangki.

Sistem pengisian tangki menggunakan sensor ketinggian untuk mendeteksi

ketinggian air pada tangki, dengan set point berupa volume air tertentu. Karena luas

penampang tangki tidak berubah, maka perubahan volume akan linear dengan

perubahan tinggi air pada tangki. Aktuator yang digunakan adalah valve yang akan

mengatur banyaknya air yang masuk pada tangki proses. Valve yang digunakan

adalah manual valve untuk percobaan kendali manual dan control valve untuk

percobaan kendali otomatis.

Langkah-langkah percobaan

A. Percobaan Kendali Manual (20 menit) 1. Susun plant pengendalian ketinggian sebagai berikut. Panah-panah yang

digambarkan merepresentasikan selang 10mm x 6mm (warna hitam).

2. Kemudian sambungkan pompa dengan sumber arus 4-20mA

Tangki bahan baku (dengan pump dan

heater)

Tangki Proses

Manual Valve

Flowmeter

(Sudah Terpasang)

Page 17: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

3. Pastikan tombol merah (emergency power off) dalam keadaan release (tidak tertekan). Jika masih dalam keadaan tertekan, putar tombol ke kanan hingga berbunyi dan tombol sedikit maju ke depan. Pastikan juga sambungan power (steker-stopkontak 220V) telah terpasang. Kemudian tekan tombol hijau (power on) untuk mengaktifkan Feedback PIT (berguna untuk mengaktifkan sumber arus 4-20 mA yang berguna untuk mengaktifkan pompa).

4. Putar turning switch yang berada pada sumber arus 4-20 mA hingga pompa aktif

(tidak perlu terlalu kencang).

5. Tentukan set point yang diinginkan (berupa volume air – ketinggian pada tangki proses, skala 0-8L).

6. Putar manual valve untuk mengalirkan air ke tangki proses. Catat besar flow yang

terbaca pada flowmeter.

7. Jika sudah melewati set point, kurangi bukaan manual valve. Catat besar flow yang terbaca pada flowmeter.

8. Lakukan langkah 6 dan 7 sehingga volume air di tangka sesuai dengan set point.

9. Setiap ada perubahan pada manual valve, catat besar flow yang terbaca pada flowmeter.

10. Catat besar flow yang terbaca pada flowmeter ketika set point tercapai (kondisi

ketinggian air sudah steady)

B. Percobaan Kendali Otomatis (dengan DCS menggunakan pengendali PID) 40 menit

1. Susun plant pengendalian ketinggian sebagai berikut. Panah-panah yang digambarkan merepresentasikan selang 10mm x 6mm (warna hitam).

4-20mA Output 4-20mA Input

Pump

Rotary Switch

Page 18: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

2. Kemudian susun jalur udara untuk mengaktifkan control valve sebagai berikut. Panah-panah yang digunakan merepresentasikan selang 6mmx4mm (warna biru).

3. Kemudian sambungkan pompa dengan sumber arus 4-20mA

4. Pastikan DCS pada kondisi aktif. Lihat bagian Appendix A. Pengoperasian DCS mode Operator.

5. Pastikan tombol merah (emergency power off) dalam keadaan release (tidak

tertekan). Jika masih dalam keadaan tertekan, putar tombol ke kanan hingga berbunyi dan tombol sedikit maju ke depan. Pastikan juga sambungan power (steker-stopkontak 220V) untuk Feedback PIT dan Kompressor telah terpasang. Kemudian tekan tombol hijau (power on) untuk mengaktifkan Feedback PIT (berguna untuk mengaktifkan sumber arus 4-20 mA yang berguna untuk mengaktifkan pompa).

6. Buka keran kompressor hingga membentuk sudut 45 derajat dari semula.

7. Putar turning switch yang berada pada sumber arus 4-20 mA hingga pompa aktif

(tidak perlu terlalu kencang, namun jika ingin cepat maka pompa boleh

4-20mA Output 4-20mA Input

Pump

Rotary Switch

Kompressor Feedback PIT air regulator

Current-Pressure

Converter

Control Valve

Tangki bahan baku (dengan pump dan

heater)

Tangki Proses

(Sudah Terpasang)

Control Valve

Flowmeter

Page 19: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

dimaksimalkan).

8. Buka program Control Builder pada komputer (detil tersedia pada bagian pengoperasian DCS mode operator). Pilih tab Monitoring. Pilih controller C300_027A.

9. Di bawah direktori CEEC300_1183, pilih control module LIQ_001 hingga terbuka jendela diagram blok dari pengendali yang digunakan.

10. (Pengenalan Control Valve) Pada blok PID, ubah mode menjadi manual. Ubah

Operating Point (OP) menjadi 0% (dalam hal ini bukaan valve menjadi 0%). Catat debit yang terbaca pada flowmeter. Naikkan OP sebesar kelipatan 10% hingga mencapai 100%, dan catat nilai debit yang terbaca pada flowmeter untuk tiap-tiap besar bukaan Control Valve. Kemudian turunkan OP sebesar kelipatan 10% hingga mencapai 0%, dan catat nilai debit yang terbaca pada flowmeter untuk tiap-tiap besar bukaan control valve. Cantumkan data dalam bentuk tabel pada laporan praktikum, dan lakukan analisis.

11. (Pengontrol Otomatis) Tentukan set point yang diinginkan (berupa volume air –

ketinggian pada tangki proses, skala 0-8L, sebaiknya sama dengan ketika percobaan kendali manual). Set point ini akan digunakan nanti.

12. Pada blok PID, ubah mode menjadi manual (klik tulisan auto atau manual pada blok

PID). Ubah Operating Point (OP) menjadi 0% (dalam hal ini bukaan valve menjadi 0%). Buang seluruh sisa air di dalam tangki, kemudian tutup keran pembuangan air di bawah tangki.

13. Buka jendela grafik (lihat pada bagian Appendix D. Membuat Grafik). Isi parameter

dengan LIQ_001 (dari pilihan) dan isi point dengan AIREFA.PV (atau PIDA.PV) untuk melihat ketinggian air dan AOREFA.OP (atau PIDA.OP) untuk melihat bukaan valve. Untuk ketinggian air, atur skala dari 0 hingga 8 sedangkan untuk bukaan valve atur skala dari 0 hingga 100. Buka program Station untuk melihat grafik tersebut.

14. (Mencari Model Sistem) Ubah bukaan control valve menjadi 100% selama 1 menit

kemudian ubah kembali menjadi 0%. Langkah ini seperti memberikan sebuah sinyal impuls3 pada sistem. Tunggu hingga ketinggian air relatif tidak berubah lagi (amati pada program Station).

15. Dari grafik sebelumnya, tentukan waktu delay dan konstanta waktu. Dengan

menggunakan metode Ziegler Nichols (open loop), tentukan konstanta pengendali PI atau PID4.

16. (Penerapan PID) Kembali ke jendela Control Builder. Klik dua kali pada blok PID

3 Mengapa diberikan impuls, bukannya step? Pada kendali motor, jika sistem diberikan input sinyal impuls maka sistem akan mempertahankan kecepatan motor pada kecepatan tertentu. Namun pada air, bukaan katup/debit yang tetap akan terus meningkatkan ketinggian air secara linear. 4 Pengendali PI/PID umum digunakan untuk mengatur ketinggian air [5].

Page 20: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

hingga terbuka jendeka konfigurasi. Pada tab Algorithm, isi Linear gain, Ti dan Td (Kp =Linear gain, Ki=Kp/Ti, Kd=Kp x Td). Pada tab SetPoint, isikan set point sesuai dengan yang diinginkan. Setelah parameter selesai diisi, ubah mode blok PID menjadi auto.

17. Sementara praktikan 1 mengamati perubahan ketinggian air pada tangki proses,

praktikan 2 dapat mengamati grafik dari ketinggian air.

18. Beri gangguan pada sistem dengan cara mengubah besar bukaan keran pembuangan tangki. Amati apakah sistem akan berusaha mempertahankan/mengejar set point yang telah ditetapkan.

19. Jika ketinggian air telah mencapai kondisi tunak dan besar flow (merepresentasikan besar bukaan valve) telah konvergen, catat flow atau besar bukaan valve tersebut.

20. Pada laporan praktikum, catat semua hasil yang diperoleh dan bandingkan antara

pengendalian manual dan otomatis, beserta kekurangan dan kelebihan dari masing-masing metode pengendalian. Jika pada industri dengan ratusan hingga ribuan control loop, metode mana yang lebih unggul? Pada situasi apakah kontrol manual lebih tepat digunakan? Cantumkan juga fungsi transfer yang diperoleh dari konstanta waktu dan konstanta PID yang digunakan dan metode tuning yang diterapkan hingga didapatkan konstanta PID tersebut.

Page 21: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

5. Sistem Kendali Proses Penyulingan

a. Peringatan Keselamatan

• Dalam menjalankan mini refinery plant, pastikan terdapat minimal dua praktikan di

dalam laboratorium.

• Hindari penggunaan api/lilin di dalam laboratorium.

• Praktikan tidak diizinkan untuk mengaktifkan plant tanpa didampingi oleh asisten

praktikum.

• Pintu laboratorium dibuka selama pengaktifan plant.

• Gunakan sepatu yang tidak licin untuk menjalankan kegiatan praktikum. Dalam

pelaksanaan praktikum, besar peluang terjadi tumpahan cairan, dan terdapat

kemungkinan praktikum perlu melakukan pengamatan pada bagian atas plant.

• Sedapat mungkin segera bersihkan jika terjadi tumpahan (lap tersedia pada Spill Kit).

• Alkohol yang digunakan untuk proses harus merupakan ethanol (C2H5OH) tanpa

campuran zat lain selain air.

• Air yang digunakan untuk proses harus merupakan air demineralized atau air

aki/radiator (dapat diperoleh dari laboratorium instrumentasi, gedung Teknik Kimia

lantai 4). Sementara itu, air untuk cooling tower (pendingin) dapat menggunakan air

ledeng yang bersih.

• Pastikan volume cairan yang sedang diproses tidak lebih dari 20L karena dapat

merusak kolom destilasi.

• Jika terjadi cooling fail (jika temperatur air dalam tangki penyimpanan tinggi), segera

nonaktifkan heater melalui Control Builder atau circuit breaker yang terdapat pada

panel DCS. Kemudian aktifkan cooling pump dan fan sesegera mungkin. Praktikan

yang tidak dapat menghirup uap alkohol dapat keluar dari ruangan.

• Jika terjadi boiler kosong pada saat plant dioperasikan (karena pemanasan yang

terlalu lama/belum diisikan air dari tangki penyimpanan) maka matikan heater.

Page 22: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

b. Bagian-bagian dari Mini Refinery Plant

Pada bagian ini akan dijelaskan tentang bagian-bagian pada mini refinery plant.

Berikut gambar beserta keterangan di bawah :

Gambar 4. 19 Mini Refinery Plant

1. Boiler pemanas dengan temperatur maksimum 450° Celcius (temperatur operasional dengan air dan ethanol tidak melebihi 100 ° Cekcius). Diketahui bahwa titik didih alkohol ±80° Celcius dan titik didih air adalah ±100°Celcius.

Page 23: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

2. Di kolom destilasi ini, uap produk akan naik ke atas. Ketinggian campuran tidak boleh mencapai kolom destilasi karena jika campuran mendidih di dalam kolom destilasi, akan merusak packing pasir silika sehingga kolom destilasi tidak dapat berfungsi sebagaimana mestinya.

3. Kondensor, alat ini akan mendinginkan uap dari produk sehingga kembali dalam wujud cairan.

4. Tangki produk 1. Tangki produk ini berfungsi untuk menampung hasil produk yang telah selesai di distilasi.

Page 24: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

5. Tangki produk 2 ini berfungsi untuk menampung hasil produk bila tangki 1 penuh, maka hasil produk bisa dipindahkan ke tangki produk 2.

6. Tangki penyimpanan/ tangki bahan baku yaitu tempat memasukkan campuran dan penyimpanan campuran ketika plant tidak beroperasi.

7. Electro-pneumatic valve yang merupakan

sebuah sistem penggerak yang menggunakan

tekanan udara sebagai tenaga penggeraknya.

Page 25: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

8. Flow meter adalah alat yang digunakan untuk

mengetahui adanya suatu aliran material (liquid

atau gas) dalam suatu jalur aliran.

9. Kompressor untuk control valve. Alat ini

berfungsi untuk meningkatkan tekanan fluida,

yaitu gas atau udara. Tujuannya untuk

meningkatkan tekanan adalah untuk

mengalirkan atau kebutuhan proses dalam

suatu sistem proses yang lebih besar (industri).

10. Pompa adalah mesin untuk menggerakkan

fluida (cairan). Pada mini refinery ini terdapat 2

pompa yaitu pompa 1 untuk proses dan pompa

2 untuk sistem pendingin (cooler).

11. Perangkat Distributed Control System. DCS

adalah suatu pengembangan sistem kontrol

dengan menggunakan komputer dan alat

elektronik lainnya agar didapat pengontrol

suatu loop sistem yang lebih terpadu dan dapat

dikendalikan dengan cepat dan mudah.

Page 26: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

c. Praktikum

Pastikan DCS dalam kondisi aktif. Pada jendela Control Builder, gunakan controller C300_CTRL) untuk mengaktifkan aktuator yang diperlukan. Lihat pada bagian Pengoperasian DCS Mode Operator.

1. Pertama, aktifkan cooling tower pump (Pump 2 - DO2) menggunakan DCS. Prosedur ini perlu dilakukan untuk alasan keselamatan. Kegagalan pengaktifan cooling tower pump akan mengakibatkan ruangan dipenuhi dengan uap ethanol.

2. Aktifkan cooling tower fan (Fan - DO6) menggunakan DCS. Kegagalan pengaktifan cooling tower fan akan mengakibatkan tidak optimalnya kerja cooling tower.

Gambar 4. 20 Cooling Tower Fan

3. Masukkan air demineralized dan ethanol untuk diproses ke dalam tangki penyimpanan. Konsentrasi campuran masukan tidak berpengaruh pada konsentrasi produk ethanol. Disarankan konsentrasi ethanol untuk masukan adalah 20%, dan total volume campuran maksimal adalah 20L.

4. Lakukan sirkulasi untuk mengaduk campuran dengan cara:

• Tutup pneumatic valve berwarna kuning dengan menggunakan DCS (Compressor - DO4).

Page 27: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 21 Pneumatic Valve

• Tutup seluruh keran yang berada pada bagian bawah boiler

Gambar 4. 22 Keran pada bagian bawah boiler

• Tutup keran bawah pada tangki hasil produk

Gambar 4. 23 Keran bawah pada tangki produk

• Buka seluruh keran ke tangki penyimpanan, baik sisi atas maupun bawah

Page 28: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 24 Keran pada bagian atas dan bawah tangki penyimpanan

• Buka keran yang berlokasi di bawah flow meter

Gambar 4. 25 Keran pada Flowmeter

• aktifkan pompa 1 (process pump – DO1) menggunakan DCS

5. Lakukan pengisian pada boiler dengan cara:

• Tutup seluruh keran pada bagian bawah boiler

• Tutup keran atas pada tangki penyimpanan

• Buka keran bawah pada tangki penyimpanan

• Buka keran di dekat flow meter

• Buka pneumatic valve berwarna kuning (pembukaan valve ini diprogram menggunakan DCS melalui komputer, dengan cara mengaktifkan compressor– DO4).

6. Ukur tinggi cairan di dalam boiler menggunakan selang bening yang terhubung dengan salah satu keran pada bagian bawah boiler, setelah boiler terisi sesuai perencanaan, dengan cara:

• Seluruh keran pada bagian bawah boiler dalam kondisi tertutup

• Pasang selang bening, terhubung pada salah satu keran bawah boiler yang terbuka, keran yang tidak menghubungkan boiler dengan part lain dari plant (dapat dilewatkan jika selang bening telah terpasang pada lokasi tersebut)

• Tegakkan selang berwarna bening/posisikan selang secara vertikal sehingga

Page 29: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

mulut selang menghadap ke atas (dapat dipegang dengan tangan atau dilekatkan pada permukaan vertikal menggunakan tape)

• Buka keran yang terhubung pada selang bening tersebut pada bagian bawah boiler. Selang akan terisi cairan hingga ketinggian tertentu.

Gambar 4. 26 Selang pada boiler untuk mengukur ketinggian

7. Aktifkan katup reflux dengan menggunakan DCS (DO3). Parameter SP pada timer pertama mengindikasikan lama waktu off dari katup reflux sedangkan pada timer kedua mengindikasikan lama waktu on. Untuk timer ketiga mengindikasikan lama waktu proses, isi dengan 60 menit. Kemudian pada timer pertama, ubah command dari none menjadi running.

8. Catat temperatur awal kemudian aktifkan heater menggunakan DCS (heater – DO5). Proses pemanasan akan membutuhkan waktu sekitar 2 jam. Selama proses pemanasan, amati temperatur setiap 5 menit sekali.

9. Jika ingin mengukur kembali tinggi cairan di dalam boiler, gunakan selang bening, dan pastikan temperatur boiler sudah kembali rendah (temperatur tinggi akan merusak selang plastik).

10. Setelah proses selesai, pompa balik seluruh sisa campuran yang terdapat pada boiler ke tangki penyimpanan dengan cara:

• Pastikan isi boiler sudah tidak panas (cek temperatur pada transmitter yang menunjukkan temperatur bagian bawah kolom destilasi) agar pompa tidak rusak.

Page 30: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 27 Transmitter

• Buka keran bagian bawah boiler

• Buka keran tangki penampung bagian bawah

• Aktifkan pompa 1 (process pump – DO1) menggunakan DCS

11. Jika ingin mengembalikan produk hasil ke dalam tangki penyimpanan untuk digunakan kembali pada praktikum selanjutnya:

• Buka keran di bagian bawah tangki produk

Gambar 4. 28 Keran pada tangki produk

• Tutup keran di bagian bawah tangki penyimpanan

12. Jika ingin mengetahui konsentrasi hasil produk (alkohol), buka keran pada tangki hasil produk. Masukkan ke dalam wadah hasil produk tersebut untuk di dapatkan konsentrasinya.

Page 31: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 29 Keran pada tangki produk untuk mengeluarkan hasil produk

13. Contoh konsentrasi hasil produk alkohol 85% :

Gambar 4. 30 Konsentrasi alkohol 85%

14. Bersihkan semua tumpahan cairan (jika ada) sebelum meninggalkan ruangan

15. Pada laporan praktikum, cantumkan perubahan temperatur terhadap waktu kemudian gambar grafiknya. Analisis hubungan antara titik didih campuran air dan alkohol (konsentrasi campuran hasil yang didapatkan) dengan grafik temperatur yang diperoleh. Cantumkan juga langkah-langkah untuk start-up mini refinery plant (secara garis besar, tidak perlu detil seperti modul) dan jelaskan mengapa urutannya seperti itu (contoh: mengapa perlu menyalakan cooling tower pump dan fan sebelum mengaktifkan heater, atau mengapa campuran perlu dikocok sebelum dialirkan ke boiler, dsb).

Page 32: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Appendix

A. Pengoperasian DCS Mode Operator – Tidak membuat program baru

1. Pastikan DCS telah dalam keadaan menyala (ketiga modul, control firewall, controller,

Universal I/O memiliki lampu indikator power yang akan berwarna kuning kehijauan

ketika DCS aktif).

Gambar 4. 31 Distributed Control System

Namun jika ketiga lampu power belum menyala, maka aktifkan DCS dengan

memposisikan MCB sebagai berikut.

Gambar 4. 32 MCB pada DCS

2. Aktifkan komputer server, dengan User Name: ExpAdmin, Password: Indonesia.

3. Klik tombol Start pada taskbar, kemudian klik dua kali pada program Configuration

Studio 4.0, hingga muncul tampilan loading program Configuration Studio 4.0

Page 33: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 33 Program Configuration Studio 4.0

4. Setelah program siap, maka pertama-tama akan dimunculkan jendela untuk Connect

ke server. Klik dua kali pada server yang digunakan (EXPSVR), atau klik satu kali pada

server yang digunakan kemudian klik connect.

Gambar 4. 34 Jendela Koneksi Server

5. Kemudian akan ditampilkan seluruh opsi yang ada pada tab Configuration Explorer.

Klik Control Strategy, kemudian klik Configure process control strategy pada sisi

kanan jendela.

Page 34: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 35 Jendela Configuration Studio

6. Kemudian jendela Control Builder akan aktif

Gambar 4. 36 Jendela Control Builder

Namun terkadang sebelum jendela Control Builder ditampilkan, akan terdapat

notifikasi server busy. Klik retry hingga jendela Control Builder ditampilkan, atau

tunggu hingga jendela Control Builder ditampilkan.

7. Pada kondisi awal, umumnya controller yang akan digunakan akan berwarna merah

atau kelabu seperti di bawah ini. Pilih tab monitoring (bukan project) untuk

mengoperasikan DCS. Pada saat modul ini dibuat, pengontrol untuk Kolom destilasi

adalah C300_CTRL sedangkan pengontrol untuk Feedback Process Instrumentation

Trainer adalah C300_027A atau C300_025A. Jika ragu dapat meminta pada asisten

untuk memeriksa FTE number yang sedang digunakan).

Page 35: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 37 Controller pada Control Builder

8. Jika controller masih berwarna merah atau kelabu, load controller yang akan

digunakan dengan cara klik kanan, lalu klik load. Setelah proses load, maka controller

akan berubah warna menjadi biru.

Gambar 4. 38 Proses Load Controller

Jika setelah klik load kemudian muncul jendela Load Operation, centang semua opsi

change state sebelum menekan tombol load.

Page 36: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 39 Jendela Load Operation

Jika terjadi error, pilih continue, atau pilih close jika pilihan continue tidak ada. Jika

proses load gagal (controller tetap berwarna merah atau kelabu)

Gambar 4. 40 Jendela Load Operation ketika terjadi Error

9. Setelah controller pada state loaded, berikut ditampilkan hierarki (klik tanda +) dari

pengontrol. CEEC300_01 adalah controller (untuk kolom destilasi, angka dapat

berbeda untuk controller yang berbeda), semua logika pemrograman, blok diagram

sistem, terdapat di bawah direktor ini. Tiap-tiap kontroller dapat terhubung dengan

2 modul input output, namun yang diterapkan pada lab ini adalah 1 modul input

output saja, direpresentasikan oleh IOLINK_01 (IOLINK_02 tidak terhubung)

Gambar 4. 41 Tampilan Controller setelah Load

Page 37: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

10. Load seluruh control loop yang berada di dalam direktori CEEC300_01 (Pada kolom

destilasi, berjudul AI_LOOP1-7, DO_LOOP1-8, serta PID_LOOP1. Sedangkan untuk

Feedback Instrumentation Trainer, hanya ada 1 loop berjudul Kontrol_Level atau

LIC_001). Caranya adalah dengan memilih semua loop kemudian klik kanan, load.

Gambar 4. 42 Load keseluruhan Control Loop

Seperti ketika melakukan tahap load pada controller, jika muncul jendela load

operation seperti di bawah, centang semua opsi change state kemudian klik load.

Page 38: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 43 Jendela Load Operation pada Controller

Bila terjadi error, seperti pada tahap selanjutnya, pilih continue, atau pilih close jika

tidak ada opsi continue.

Gambar 4. 44 Jendela Load jika terjadi Error

11. Kemudian change state direktori modul controller (CEEC300_01 untuk destilasi)

dengan cara klik kanan kemudian pilih change state.

Page 39: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 45 Opsi Change State pada Controller

12. Kemudian akan muncul jendela request value change, pilih WARMSTART untuk CEE

Comand.

Gambar 4. 46 Jendela Request Value Change

Kemudian akan muncul jendela notifikasi change online value. Klik yes, kemudian klik

Ok pada jendela request value change. Setelah aktif, direktori CEEC300_01 akan

berwarna hijau.

13. Kemudian aktifkan semua control loop (pada kolom destilasi, AI_LOOP1 hingga

PID_LOOP, sedangkan untuk Feedback PIT berjudul Kontrol_Level) dengan cara pilih

semua control loop kemudian klik kanan, pilih Activate, kemudian pilih Selected

Item(s).

Page 40: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 47 Mengaktifkan seluruh Control Loop

Kemudian akan muncul jendela Change State, pilih Yes. Jika telah diaktifkan, seluruh

control loop akan berwarna hijau.

Gambar 4. 48 Jendela opsi Change State

Kemudian load seluruh modul input output, di bawah direktori IOLINK_01 (atau

IOLINK_1181 untuk Feedback, nama dapat berubah sewaktu-waktu) terdapat

UIO_01 (atau UIO_1217). Klik kanan, pilih load. Setelah proses load selesai, seluruh

channel input output akan berwarna hijau

Page 41: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 49 Load modul Input/Output

14. Ada kalanya proses load tidak berhasil, dan muncul notifikasi IOM does not exist.

Gambar 4. 50 Proses load (terkadang) tidak berhasil

Bila hal ini terjadi, kembali ke tab Project, klik kanan pada nama controller

(C300_CTRL untuk kolom destilasi atau C300_027A untuk Feedback), pilih Load With

Contents.

Page 42: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 51 Load with Contents pada saat proses Load tidak berhasil

Kemudian akan muncul jendela Load Operation. Ubah Post Load State menjadi Run

(untuk UIO_1100 atau UIO_01), dan ubah menjadi Active untuk seluruh channel

(Pada kolom destilasi, AICHANNEL, DOCHANNEL, dan DICHANNEL, sedangkan untuk

Feedback PIT bernama Level_Process_Tank dan Control_Valve_Green). Centang

seluruh opsi change state kemudian klik load.

Page 43: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 52 Jendela Load Operation

Jika pada proses load tersebut kembali terjadi error, klik continue, atau klik close jika

opsi continue tidak ada.

Gambar 4. 53 Opsi pada jendela Load Operation

Jika berhasil, maka seluruh channel input dan output akan berwarna hijau. Jika masih

berwarna merah, maka perlu dilakukan troubleshoot lanjutan semisal restart modul-

modul DCS atau Universal I/O modul (praktikan dapat memanggil asisten praktikum

untuk melakukannya).

15. Jika semua langkah telah dilakukan, maka Plant telah siap untuk dioperasikan.

Page 44: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

B. Cara Pengoperasian untuk Aktuator (ON/OFF)

Berikut diberikan contoh untuk mengaktifkan salah satu control loop yaitu untuk

mengaktifkan cooling tower pump yang terkoneksi dengan DO2 dan dapat dikendalikan

dari control loop DO_LOOP2.

1. Klik dua kali pada DO_LOOP2 hingga diagram blok loop tersebut ditampilkan

Gambar 4. 54 Blok DO_LOOP2 (Cooling Tower Pump)

2. Pada blok FLAG A terdapat nilai PV (Process Value), dengan nilai awal OFF. Jika ingin

mengaktifkan cooling tower pump, maka PV harus diubah ke nilai ON dengan cara,

klik dua kali pada tulisan OFF tersebut hingga berubah warna menjadi cyan.

Gambar 4. 55 Blok FLAG A

Kemudian akan muncul jendela Request Value Change, ubah Actual State dari OFF

menjadi ON, kemudian klik Ok. Kemudian akan muncul jendela Change Online Value,

pilih Yes jika nilai yang ditampilkan sesuai (ON/OFF).

Page 45: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 56 Jendela Request Value Change

3. Langkah 2 juga dapat dilakukan untuk menonaktifkan kembali cooling tower pump

(maupun aktuator-aktuator lain). Perubahan nilai yang dikehendaki dalam kasus ini

adalah dari OFF menjadi ON.

C. Cara Pengoperasian Control Loop dengan Aktuator Kontinu (Feedback PIT)

1. Klik dua kali pada control loop yang akan dioperasikan hingga diagram blok dari loop

tersebut ditampilkan. Sebenarnya, control loop yang telah aktif (berwarna hijau)

telah beroperasi, namun langkah ini dapat dilakukan untuk melakukan kustomisasi

pengendali PID.

Gambar 4. 57 Pengoperasian Control Loop dengan Aktuator Kontinu

2. Untuk kustomisasi blok PID, klik 2 kali pada blok PID (PIDA atau PIDA_1) hingga

muncul jendela REFCTL:PID Block [nama pid]. Untuk mengubah mode, dapat

dilakukan pada tab main, untuk set point dapat diatur pada set point, dan untuk

pengaturan konstanta PID dapat diatur pada tab Algorithm.

Pada tab Algorithm terdapat beberapa control equation type yang dapat dipilih.

Equation Type A adalah persamaan PID lengkap, tipe B adalah persamaan PID khusus

Page 46: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

dimana PI bekerja pada error namun D bekerja pada PV (untuk mengurangi

derivative spike), tipe C adalah persamaan PID dengan I bekerja pada error namun P

dan D bekerja pada PV (pengontrol dengan respon paling minim osilasi namun

lambat), tipe D adalah pengendali I saja, dan tipe E adalah pengendali P saja [6].

Sebagai catatan, parameter PID yang tersedia adalah Linear Gain (sama dengan Kp),

Integral Time (setara dengan Kp/Ki), dan Derivative Time (setara dengan Kp x Kd).

Gambar 4. 58 Kustomisasi Blok PID

D. Membuat Grafik

1. Buka jendela Configuration Studio dari taskbar

Page 47: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 59 Jendela Configuration Studio

2. Setelah jendela Configuration Studio terbuka, klik Trends and Groups kemudian klik

Configure Trends pada bagian kanan jendela

Gambar 4. 60 Opsi Trends and Groups

3. Kemudian akan terbuka tab [Nama Server]-System Display. Klik Trend dengan nama

yang masih kosong

Gambar 4. 61 Membuat Trends

4. Kustomisasi nama grafik pada kolom title, pilih trend type Standard, atur interval

sampel 1 detik dan perioda 5 menit (disarankan).

Page 48: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 62 Setting Trends

5. Untuk mengatur apa saja yang dimunculkan pada grafik, isi Point ID dan Parameter

sejumlah grafik yang dihubungkan. Klik titik tiga di samping Point ID yang akan diisi,

kemudian pilih controle module (untuk Feedback PIT, Kontrol_Level, untuk kolom

destilasi, PIDLOOP_1).

Gambar 4. 63 Mengisi Point ID

6. Sebagai contoh akan dibuat grafik untuk membandingkan PV (Process Value) dan SP

(Set Point) dari blok PID yang terdapat pada control module Kontrol_Level. Setelah

Point ID diisi dengan nama control module, maka kolom parameter diisi dengan

variabel yang tersedia pada control module tersebut yang akan diamati. Klik pada

panah kecil di masing-masing baris pada kolom Parameter, dan pilih variabel yang

sesuai, misal PIDA_1.PV untuk menampilkan Process Value (dalam hal ini ketinggian

air yang terukur).

Page 49: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 64 Parameter pertama pada Point ID

Kemudian untuk parameter kedua, pilih PIDA_1.SP untuk menampilkan Set Point

(dalam hal ini, merupakan ketinggian air yang ingin dicapai/dipertahankan).

Gambar 4. 65 Parameter kedua pada Point ID

7. Setelah melakukan langkah-langkah di atas, grafik dapat dilihat melalui

program lainnya yang bernama Station. Klik tombol Start pada Taskbar

kemudian pilih Station.

Page 50: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 66 Pilih Program Station

Hingga terbuka jendela seperti berikut, klik Enter.

Gambar 4. 67 Jendela Program Station

Jendela Station akan terbuka. Pilih Trends untuk melihat grafik yang telah dibuat.

Page 51: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 68 Jendela Station untuk Trends

8. Pilih trend (grafik) yang telah dibuat, sebagai contoh tadi grafik Kontrol_Level.

Gambar 4. 69 Trends yang telah dibuat

Klik dua kali pada Kontrol_Level, kemudian jendela grafik akan terbuka. Grafik

bergerak dari kanan ke kiri (seperti pada osiloskop digital).

Page 52: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 70 Tampilan Trends

9. Jika sudah selesai membuat grafik, tutup Station dengan klik tombol silang di kanan

atas. Klik Yes jika muncul notifikasi untuk exit.

Gambar 4. 71 Exit Station

E. Penonaktifan Plant

1. Setelah semua proses selesai dilakukan, penonaktifan plant perlu dilakukan sebelum

menonaktifkan DCS. Klik kanan pada direktori CEEC300_01, kemudian pilih change

state.

Page 53: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 72 Penonaktifan Plant

Kemudian akan muncul jendela request value change, pilih IDLE. Jika muncul jendela

change online value, pilih Yes, kemudian klik Ok pada jendela request value change.

Setelah dilakukan, maka direktori CEEC300_01 akan berubah warna dari hijau

menjadi biru.

2. Kemudian klik kanan seluruh controle module yang digunakan (Kontrol_Level untuk

Feedback PIT, seluruh AILOOP, DOLOOP hingga PIDLOOP), pilih Inactivate, kemudian

pilih selected item(s).

Page 54: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 73 Inactivate Control Module

Kemudian akan muncul jendela change state, pilih Yes. Setelah tahap ini dilakukan,

maka control module akan berubah warna dari hijau ke biru.

3. Kemudian nonaktifkan modul Input dan Output dengan cara klik kanan pada IOM

(UIO_01 atau UIO_1217), pilih inactivate, pilih selected item(s) and content(s).

Page 55: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

Gambar 4. 74 Inactivate Input Output Module

Kemudian akan muncul jendela change state, pilih Yes. Setelah semua langkah

selesai dilakukan, maka seluruh modul controller akan berwarna biru (pengecualian

pada sambungan modul I/O, IOLINK_xxxx). Perangkat DCS dapat dinonaktifkan

menggunakan MCB yang tersedia pada panel.

F. I/O List

Digital Output

DO-1 Pump 1 (Proses)

DO-2 Pump 2 (Pendingin) DO-3 Reflux Coil Valve

Page 56: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

DO-4 Compressor DO-5 Heater

DO-6 Fan (Kipas Pendingin)

DO-7 Solenoid (untuk jalur hasil produk) DO-8 Spare (kosong)

Analog Input

AI-1 Transmitter 1 (temperatur bawah kolom)

AI-2 Transmitter 2 (temperatur atas kolom) AI-3 Transmitter 3 (temperatur pendingin)

AI-4 Level 1 (ketinggian isi tangki penyimpanan)

AI-5 Level 2 (ketinggian isi tangki produk 2)

AI-6 Level 3 (ketinggian isi tangki produk 1) AI-7 Flowmeter

Analog Output

AO-1 Control Valve

G. Catatan Operasi

1. Pada sistem ini terdapat 3 besaran yang dapat diukur, yaitu temperatur, kecepatan

aliran (flow), dan ketinggian cairan dalam tangki (level). Seluruh proses dilakukan

dengan tekanan ruangan (1 atm).

2. Karena sifat kimia dari campuran air dan ethanol (azeotrop) maka dengan sistem

yang ada (tekanan 1 atm) tidak dapat diperoleh produk ethanol murni. Konsentrasi

ethanol maksimum yang dapat diperoleh adalah 95,63%.

3. Tujuan dari proses destilasi yang dilakukan dengan perangkat ini adalah untuk

menghasilkan produk ethanol dengan konsentrasi yang diinginkan/konsentrasi tinggi.

4. Konsentrasi ethanol pada produk tidak dipengaruhi oleh konsentrasi campuran

masukan (kecuali batasan dari ketinggian dan efisiensi kolom).

5. Konsentrasi ethanol dapat dikendalikan dengan menentukan persentase reflux pada

bagian atas kolom destilasi.

• Katup (solenoid valve) pada bagian atas kolom destilasi hanya dapat dibuka

atau ditutup (tidak dapat ditentukan persentase buka/tutup)

• Namun state tertutup atau terbuka dapat ditentukan lamanya dengan

timer/pemrograman

• Semakin sedikit persentase reflux, semakin rendah konsentrasi produk

Persentase reflux akan mempengaruhi konsentrasi sehingga akan mempengaruhi

temperatur pada bagian atas kolom destilasi (namun demikian rasio perubahan

temperatur : perubahan kemurnian sangat kecil).

Page 57: PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM SISTEM KENDALIlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 1 2018-2019/modul/Modul EL3215... · Modul 4 Sistem Kendali Proses di Industri 1. Tujuan Praktikum a.

6. Meskipun boiler dapat mencapai temperatur hingga 450 ° Celcius, namun jika

campuran yang digunakan adalah air dan ethanol maka suhu pada boiler tidak akan

melebihi 100° Celcius.

Referensi

1. https://www.honeywellprocess.com/library/marketing/brochures/Honeywell_Pulp-

and-Paper-Field-Products-Brochure-Jun-12.pdf (diakses 24 Januari 2017 10:48)

2. Operating Manual Solvent Recycling System & Distillation Systems model 9600

Packed Column, B/R Instrument Corporation

3. Katsuhiko Ogata. 2010. Modern Control Engineering Fifth Edition (hlm21). New

Jersey: Prentice Hall

4. Dunn, William. 2005. Fundamentals of Industrial Instrumentation and Process

Control (hlm2-3). New York: McGraw-Hill

5. Hughes, Thomas. 2007. Measurement & Control Basics 4th edition (hlm 57). North

Carolina: The International Society of Automation

6. Experion PKS Control Builder Components Theory, Honeywell.


Related Documents