PENGENDALIAN PROSES
Kuliah-2:
Aspek Desain dalam Sistem
Kendali
Agus Prasetya
Dr. Eng. Himawan Tri Bayu M.P.
Departemen Teknik Kimia, FT-UGM
Semester Genap 2016
ASPEK DESAIN PADA PROSES KENDALI
Klasifikasi Variabel dalam Proses Kimia.
1. Variabel Masukan (Input Variables):
menggambarkan efek lingkungan pada
proses
2. Variabel Keluaran (Output Variables):
menggambarkan efek proses pada
lingkungan.
Contoh:
Pada tangki pemanas (tank heater):
Input Variables:
Fi, Ti, Q atau (Tst, Fst)
Output Variables:
F, V (atau h), T
Note:
Untuk closed system
(dengan sistem kendali),
F dapat dipandang sbg
input atau output
variables, tergantung
sistem kendalinya.
Open System – tanpa sistem kendali
Contoh:
Reaktor alir tangki berpengaduk (CSTR):
Input Variables:
CAi, Ti, Fi, Tci, Fc (F)
Output Variables:
CA, T, F, Tc0, V (atau h)
Open System – tanpa sistem kendali
Note:
Untuk closed system
(dengan sistem kendali),
F dapat dipandang sbg
input atau output
variables, tergantung
sistem kendalinya.
Input Variables dapat diklasifikasikan menjadi:
1. Manipulated (adjusted) variables:
nilainya dapat disesuaikan oleh operator atau oleh
mekanisme kendali.
2. Gangguan (disturbances):
nilainya tergantung dari “lingkungan” (diluar proses).
Output Variables dapat diklasifikasikan menjadi:
1. Variabel keluaran terukur (measured output variables):
nilai variable dapat diketahui dengan mengukur langsung.
2. Variable keluaran tak terukur (unmeasured output
variables):
nilai variable tidak atau tidak dapat diukur langsung.
Secara skematis, variabel-variabel yang terlibat dalam
sebuah proses dapat digambarkan sebagai berikut:
Input Var.
Output Var.
Contoh:
Pada CSTR: Fc dikendalikan
Input variables :
 Disturbances:
CAi, Ti dan Fi; Tci
 Manipulated variables:
Fc
Output variables:
• Measured vars:
T, F, TC0 dan V.
 Unmeasured variables:
CA (untuk komponenkomponen tertentu).
Exercise:
Analyze this CSTR
Reaction in liquid phase:
A + B  C (Product)
Very exothermic, so the reaction
temperature must be controlled.
• Determine the input variables and
output variables for open-reacting
system !
• Determine the controlled and
manipulated variables if the
feedback control system is applied !
Note: sketch the feedback control
system you propose to apply.
Elemen-Elemen Dasar Sistem Kendali
Sebelum merancang sebuah sistem kendali sebuah proses,
perlu diperhatikan pertanyaan-pertanyaan dasar dibawah ini:
What are the operational objectives of the control
system?




Menjaga kestabilan proses?, atau
Menekan/mengeliminasi pengaruh gangguan dari luar
(disturbances)?, atau
Mengoptimalkan performance (ekonomi) dari proses, atau
Kombinasi dari semuanya?
Contoh:
a. Pada non-adiabatik non-isothermal CSTR, reaksi
Eksotermik order satu: A --> B.
Panas reaksi diambil oleh pendingin yang mengalir dalam
jaket (lihat gambar sebelumnya).
Tujuan sistem kendali:
Menjaga kestabilan operasi pada keadaan sekitar unstable
steady-state-nya (+/- 5% dari nilai nominalnya).
b. Pada tangki pemanas (stirred tank heater).
Tujuan sistem kendali:
Menjaga suhu outlet dan ketinggian (level) cairan dalam
tangki tetap konstan pada nilai tertentu --> mengeliminasi
pengaruh gangguan dari luar.
c. Pada reaktor batch, non-isothermal, endotremis, reaksi
berurutan: A -> B -> C.
Komponen B merupakan produk utama, sedangkan C
adalah hasil samping yang tidak berharga (limbah).
Kondisi operasi diusahakan sedemikian rupa sehingga hasil
B maksimal, dan C minimal, dengan cara mengatur
besarnya suplai panas setiap saat selama reaksi
berlangsung.
Tujuan sistem kendali:
Mengoptimalkan kondisi proses.
What variables should be measured ?
• Jika variable yang akan dikontrol dapat diukur secara
langsung: primary measurement
Misal: suhu, level (volume), kecepatan alir.
• Jika variable yang akan dikontrol tidak dapat diukur
secara langsung: secondary measurement.
Misal: komposisi uap, komposisi cairan dll.
What are the manipulated variables to be used
to control a process?
What are the best control configuration for a given
process situation?
Konfigurasi sistem kendali (control configuration
system) adalah:
“suatu struktur informasi yang digunakan untuk
menghubungkan variable-variabel terukur (available
measured variables) yang tersedia dengan variablevariable termanipulasinya (available manipulated
variables)”.
Perangkat Keras (Hardware) untuk suatu
Sistem Proses Kendali
Dalam setiap konfigurasi kontrol, ada 7 elemen
perangkat keras, yaitu:
1. Proses
2. Alat pengukur/sensor (measuring device)
3. Transducer
4. Transmission lines
5. Controller (Pengendali)
6. Final Control Element (FCE/Elemen
Kendali Akhir)
7. Recorder (Perekam)
Rangkaian perangkat keras dalam sistem kendali stirredtank heater.
Konfigurasi Sistem Kendali:
 Kendali Umpan Balik (Feedback Control)
Variabel yang akan dikontrol (controlled variables)
diukur langsung, hasil pengukuran digunakan untuk
meng-adjust nilai manipulated variables.
Tujuan:
Untuk menjaga controlled variables pada nilai tertentu
yang diinginkan (set-point-nya).
Konfigurasi Sistem Kendali:
• Kendali Umpan Muka (Feed-Forward
Control)
Variable pengganggu (disturbance) diukur, hasil
pengukuran digunakan untuk meng-adjust nilai
manipulated variables.
Controlled variables tidak diukur (secara
langsung).
Tujuan:
Untuk menjaga controlled variables pada level
yang diinginkan (set-point-nya).
Skema Proses :
Feedback Control :
Feedforward Control :
Contoh:
Blok diagram feedback control untuk pengendalian
suhu ruangan
Response of
the room
temperature
Setting point
temperature – is
set by us/human
Contoh-contoh aplikasi feedback control :
Controlled variable yang sama (yaitu level cairan) diumpankan kedua macam manipulated variables yang berbeda.
Level-feedback control
Contoh-contoh lain Feedback Control
Contoh-contoh lain Feedback Control
Manipulated variable yang sama (yaitu kecepatan alir
steam/pemanas, Fst) digunakan untuk dua measured variable
(variable terukur) yang berbeda.
Controlled variable: suhu cairan dalam tangki.
Pengontrolan Komposisi Distilat pada Menara Distilasi:
Feedback Control
Feed-forward Control
SISO Control dan MIMO Control :
( SISO: Single Input-Single Output;
MIMO: Multiple Input-Multiple Output )
Feedback control: SISO
Feedback control: MIMO
Feedback Control:
SISO
Feedback Control:
MIMO
Example of Feedback Control:
M I M O (Complicated)
Feed-forward Control:
S I S O dan M I M O
Feedforward control: SISO
Feed-forward control: MIMO
Example of Feed-forward Control:
Is this SISO or MIMO ?
HYBRID of Feedback and Feed-forward
Control System
Ada pertanyaan?