Pengendalian Proses CHS32024 - 3 SKS

1
Pengendalian ProsesCHS32024 - 3 SKS

• Ir. Abdul Wahid, MT.
• Departemen Teknik Kimia FTUI

2
Uraian Singkat MA Pengendalian Proses

• Mata Ajar Pengendalian Proses adalah
• Mata Ajar wajib program S1 Teknik Kimia
• Bobot 3 SKS.
• Di Departemen Teknik Kimia FTUI, MA ini diajarkan
  di
• semester 5 (program S1 reguler) dan
• semester 8 (program S1 ekstensi).

3
Disain Pembelajaran
Filosofi Pengendalian Proses
SAP
Mata Ajar Sebelumnya
Mata Ajar Sedang Berjalan
Pemodelan Dinamik (Mekanistik)
Metode WILMO
Analisis Perilaku Model Dinamik Pengendalian
Proses
SIMULASI (LAB. MAYA)
Lecture Notes
Pemodelan Empirik Pengendalian Proses
VIDEO
MODUL INTERAKTIF
Penyetelen Kontroler
Analisis Stabilitas
Next
4
Disain
5
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 secara statik (steady-state)
• operasi proses, karena peralatan yang ada harus
  dioperasikan secara aman untuk mendapatkan
  keuntungan yang tinggi
• pengendalian otomatis, karena insinyur menerapkan
  keputusan operasi melalui teknologi komputer

6
Jadwal Kuliah

• Selasa
• Jam 16.30 19.00
• Ruang K105

7
Akses Internet

• Puskom FTUI
• Lab SPK DTK FTUI

8
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 secara statik (steady-state)
• operasi proses, karena peralatan yang ada harus
  dioperasikan secara aman untuk mendapatkan
  keuntungan yang tinggi
• pengendalian otomatis, karena insinyur menerapkan
  keputusan operasi melalui teknologi komputer

SAP
9
Sasaran Pembelajaran

• Sasaran Afektif (ATTITUDE)
• Sasaran Psikomotorik (SKILL)
• Sasaran Kognitif (KNOWLEDGE)

SAP
10
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
11
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
12
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
13
Kegiatan Belajar-Mengajar (1)
Pkn Pokok Bahasan Sub Pokok Bahasan Tujuan Instruksional Umum dan/atau Sasaran Pembelajaran Kegiatan Media Tugas Evaluasi
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 beberapa contoh proses kimia Kuliah Latihan LCD Notebook Papan Tulis Akses WILMO Tugas 1 PR
2 OBYEKTIF DAN BENEFIT PENGENDALIAN Tujuh (7) Obyektif Pengendalian Ukuran variabilitas Dampak ekonomi dari variabilitas 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 Kuliah Latihan LCD Notebook Papan Tulis Akses WILMO Tugas 2 Kuis 1
14
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 Responsi 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
15
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 Kuliah Latihan Responsi LCD Notebook Papan Tulis Akses WILMO Tugas 5
7 IDENTIFIKASI MODEL EMPIRIK Disain eksperimen untuk bangunan model Process reaction curve (graphical) Estimasi parameter statistik Disain dan implementasi sebuah eksperimen yang baik Melakukan kalkulasi secara grafik Melakukan kalkulasi secara statistik Mengkombinasikan pemodelan dasar dan empirik untuk sistem proses kimia Kuliah Latihan Responsi LCD Notebook Papan Tulis Akses WILMO Tugas 6 Kuis 3
UJIAN TULIS MID TEST UJIAN TULIS MID TEST UJIAN TULIS MID TEST UJIAN TULIS MID TEST UJIAN TULIS MID TEST UJIAN TULIS MID TEST
16
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
17
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 UJIAN TULIS FINAL TEST UJIAN TULIS FINAL TEST UJIAN TULIS FINAL TEST UJIAN TULIS FINAL TEST UJIAN TULIS FINAL TEST
SAP
18
Evaluasi
SAP
19
Perkembangan Nilai 1998 2006
20
Filosofi Pengendalian Proses

• 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
• 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
21
Pemodelan Dinamik

• 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
• 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
22
Analisis Perilaku Model DinamikPengendalian
Proses

• 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
23
Pemodelan Empirik Pengendalian Proses

• 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
24
Penyetelan Kontroler

• 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
• 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
• 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 baik

Chart
25
Analisis Stabilitas

• 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
26
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

http//www.chemeng.ui.ac.id/wahid/kendali1.htm
Disain
27
http//www.chemeng.ui.ac.id/wahid/kendali1.htm
28
Rujukan

• Textbook
• T. Marlin, Process Control Designing Processes
  and Control Systems for Dynamic Performance, 2nd
  Edition, McGraw-Hill, New York, 2000
• Rujukan
• Carlos A. Smith, Armando B. Corripio, Principles
  and Practice of Automatic Process Control, John
  Wiley Sons, 1985, ISBN 0-471-88346-8
• D. E Seborg, T. F. Edgar, D. A. Mellichamp,
  Process Dynamics and Control, John Wiley Sons,
  1989, ISBN 0-471-86389-0
• Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Automatik
  (Sistem Pengaturan), Jilid 1, Penerbit Erlangga,
  1985, Bandung
• Bequette, R. W., Process Dynamics Modeling,
  Analysis, and Simulation, Prentice Hall,1998
• Luyben, William L., Process Modeling, Simulation
  and Control for Chemical Engineers, Second
  Edition, McGraw-Hill International Edition, 1990
• Kuo, Benjamin C., Automatic Control Systems,
  Sixth Edition, Prentice-Hall International
  Editions, 1991
• Stephanopoulos, George, Chemical Process Control
  An Introduction to Theory and Practice,
  Prentice-Hall International, 1984

29
Rujukan (2)

• Jurnal
• Computers Chemical Engineering
• Journal of Process Control
• Chemical Engineering Science
• Internet
• http//www.chemeng.ui.ac.id/wahid/kendali1.htm
  (Homepage Kuliah)
• http//www.pc-education.mcmaster.ca (WILMO)
• http//lorien.ncl.ac.uk/ming/Dept/Swot/connotes.ht
  m (Jagad PC)
• Software MATLAB with SIMULINK
• Process Control Videos

30
MA Ajar Sebelum Pengendalian Proses

• Matematika (kalkulus dan aljabar linear)
• Metode Numerik
• Termodinamika
• Perpindahan Kalor
• Naraca Massa dan Energi

Disain
31
MA Bersamaan dengan Pengendalian Proses

• Perancangan Alat Proses
• Pemodelan dan Matematika Terapan
• Teknik Reaksi Kimia
• Perpindahan Massa

Disain
32
Proses Belajar dengan WILMO (Web-based
Interactive Learning MOdules)
Disain
33
Virtual Lab of Process Control
Disain
34
WILMO
Disain
35
Pengendalian Proses di SCELE
36
Pengendalian Proses di SCELE

• Lecture Notes
• Forum
• Quiz

37
(No Transcript)
38
Quiz di SCELE
39
(No Transcript)
40
(No Transcript)
41
(No Transcript)
42
Pengujian 1S1 Reguler (Ganjil 2006/07)

• Uji coba sudah dilakukan pada awal Oktober 2006
  dengan cara peserta MA Pengendalian Proses
  memberikan tanggapan terhadap web yang sudah
  dikembangkan
• Semua peserta MA Pengendalian Proses memberikan
  tanggapan karena ini merupakan tugas individu
  mereka
• Mayoritasnya memberikan masukan masalah disain
  web, terutama pilihan warna, sedangkan isinya
  mereka merasa sudah memuaskan.
• Untuk masalah pilihan warna sudah dilakukan
  perubahan, tapi hasilnya belum dimintakan
  tanggapan mereka.
• Dampak pada nilai mengalami peningkatan yang
  tinggi sekali

43
Perbandingan Nilai 2005 dan 2006
NO NILAI GANJIL 2005/06 GANJIL 2005/06 GANJIL 2006/07 GANJIL 2006/07
1 A 2 2.4 23 38
2 A- 7 8.5 17 28
3 B 8 9.8 13 21
4 B 12 14.6 5 8
5 B- 20 24.4 0 0
6 C 20 24.4 0 0
7 C 5 6.1 3 5
8 C- 6 7.3 0 0
9 D 1 1.2 0 0
E 1 1.2 0 0
JUMLAH JUMLAH 82 100 61 100
44
Grafik Perbandingan Nilai 2005 dan 2006
45
Pengujian 2S1 Ekstensi (Genap 2006/07)

• Pembelajaran diadakan di Lab. Sistem Proses Kimia
  (Lab SPK) DTK FTUI
• Tersedia komputer
• Terakses dengan internet
• Ketika pembelajaran berlangsung, mahasiswa bisa
  download lecture notes dari website dan melihat
  di komputer masing-masing
• Quiz (4x) dilakukan menggunakan soal yang sudah
  tersedia di website (SCELE)

46
Quiz Online

• Mayoritas mahasiswa antusias ketika mengerjakan
  soal di Web, sehingga ada yang menjawab sampai 4
  kali
• Ada mahasiswa yang tidak hadir, tetap mengerjakan
  soal dari tempat bekerja (Balikpapan)
• Karena belum ada penyaringan mahasiswa yang boleh
  mengakses Quiz, maka ada beberapa orang yang
  mencoba juga mengerjakan Quiz