DESAIN PENGENDALIAN KETINGGIAN AIR DAN
TEMPERATUR UAP PADA SISTEM STEAM DRUM BOILER DENGAN METODE SLIDING MODE CONTROL (SMC)
OLEH :
Teguh Herlambang (1206 100 046)
DOSEN PEMBIMBING:
Dr. Erna Apriliani, MSi (19660414 199102 2 001) Hendra Cordova, ST, MT (19690530 199412 1 001)
PLTU adalah salah satu Produsen penghasil listrik
Boiler memegang peranan penting Dalam PLTU
Steam drum boiler memegang peranan penting di Boiler
Pengendalian ketinggian air dan temperatur uap pada steam drum boiler adalah hal yang sangat penting untuk
safety dan efisiensi operasional boiler
Butuh Kontroller Sliding Mode Control
(SMC)
LATAR BELAKANG
RUMUSAN DAN BATASAN MASALAH
• Bagaimana penerapan metode Sliding Mode Control (SMC) pada pengendalian ketinggian air dan temperatur uap pada steam drum boiler supaya mendapatkan performansi yang baik
• Plant yang dijadikan objek penelitian adalah steam drum boiler PT PJB Unit Pembangkitan Gresik PLTU 1/2.
• Variable yang dianalisa adalah ketinggian air dan temperatur uap.
• Parameter dari sistem steam drum boiler diantaranya : flow air yang masuk Fin=386,54 kg/jam, temperatur air yang masuk Tin=796 K, kapasitas panas pada steam drum boiler Cp=79,676 J/kg K dan koefisien control valve k=1 m3/2/jam.
- Diasumsikan Steam Drum Boiler dalam keadaan belum terisi saat kondisi awal
- Simulasi plant dan kontroler dilakukan dengan software MATLAB
TUJUAN DAN MANFAAT
TUJUAN :
• Rancangan sistem pengendalian ketinggian air dan temperatur uap pada sistem steam drum boiler dengan menggunakan metode Sliding Mode Control (SMC)
MANFAAT :
• Memberikan gambaran Rancangan desain
pengendalian ketinggian air dan temperatur
uap pada sistem steam drum boiler dengan
menggunakan metode Sliding Mode Control
(SMC)
STEAM DRUM BOILER
Bagian-bagian dari steam drum boiler , yakni :
feedwater : Bagian yang menghasikan flow air yang masuk
Control valve w : Bagian yang yang dikontrol buka tutup control valve Flow air yang keluar untuk menjaga Ketinggian air Burner : Bagian yang menghasilkan Q yang akan dikontrol
untuk menjaga temperatur uap
STEAM DRUM BOILER (Lanjutan)
in out
A dh F F dt
in in
p
dT Q
Ah F T T
dt C
F out kw h
Model matematika dari gambar di atas adalah : (1)
(2)
Dengan
keterangan :
T Temperatur uap
F
inFlow air yang masuk.
F
outFlow air yang keluar.
Ρ Massa Jenis Air
Cp Kapasitas panas dalam steam drum
Q Flow uap
A Luas steam drum
h ketinggian air atau level air Tin Temperature air yang masuk.
w control valve flow air k koefisien control valve
SISTEM PENGENDALIAN
Sistem Pengendalian
operatornya
jaringannya
manual
otomatik
Sistem lup terbuka
Sistem lup tertutup
Fungsi Switching
SLIDING MODE CONTROL (SMC)
STATIC SMC DYNAMIC SMC
Dengan
, , .
x
nt f x t b x t u d t
1
( , )
d
nS x t x
dt
Sistem Dinamis
x x x
dKondisi Sliding
SS S
Kondisi Sliding
1
( , )
d
nS x t x
dt
1 1
( , )
d
nS x t x
dt
METODOLOGI PENELITIAN
1. Kajian Pustaka dan Analisis Permasalaahan.
2. Mengkaji Model Matematika Ketinggian Air dan Temperatur Uap pada Steam Drum Boiler.
3. Perancangan Desain Pengendali SMC untuk sistem Steam Drum Boiler
4. Simulasi Sistem Pengendali Pada Matlab.
5. Analisis performansi Sistem yang dikendalikan SMC
6. Penyimpulan hasil analisis simulasi
PERANCANGAN PENGENDALI STATIC SMC
( )S w w K sat
Ketinggian Air
1 1
w a
b h K maxb1 h
1
1 1
max ( )
a S
w sat
b h b h
Temperatur Uap
( )S Q Q K sat
2 2
a b T
Q c
max h
K c
2 2
max ( )
a b T h S
Q sat
c c
PERANCANGAN PENGENDALI DYNAMIC SMC
Ketinggian Air
( )S w w K sat
1 1
2 1 2
a h
w b h
1 1
1 1
2 max 2
1 2 1 2 1 2
a a h
K h a
b h h h
1 1 1
1
1 1
2 2
max ( )
1 2 1 2 1 2 1 2
a h a a h S
w a sat
b h b h h h
Temperatur Uap
( )S Q Q K sat
4 3
Q z z Q
c
1 2 3 4 2 3 4
max h +
K z h h z z z cQ z z z cQ
c hh h
1 2 2 3 4
4 3
2 2 3 4
max ( )
z h h a b T z z cQ
z h S
Q z Q sat
c c hh a b T z z cQ
h
Dengan : z1 b T2 cQ
2 2 2
z a b T
z3 hh h
2 2
4 2 2 2
h a b T
z b T a b T
h
PERANCANGAN PENGENDALI DYNAMIC SMC
(Lanjutan)
HASIL SIMULASI TANPA CONTROLLER
Grafik Ketinggian Air
Grafik Temperatur Uap
HASIL SIMULASI DENGAN STATIC DAN DYNAMIC SMC
Grafik Temperatur Uap dengan Dynamic SMC
Grafik Ketinggian Air dengan static SMC Grafik Temperatur Uap dengan static SMC
Grafik Ketinggian Air dengan Dynamic SMC
HASIL SIMULASI DENGAN GANGGUAN EKSTERNAL
static SMC dengan Sinyal Sinus Kecil
dynamic SMC dengan Sinyal Sinus Kecil
HASIL SIMULASI DENGAN GANGGUAN EKSTERNAL
static SMC dengan Sinyal Sinus Besar
dynamic SMC dengan Sinyal Sinus Besar
static SMC dengan Parameter Diperbesar
dynamic SMC dengan Parameter Diperbesar
HASIL SIMULASI DENGAN GANGGUAN INTERNAL
KESIMPULAN DAN SARAN
1. Rancangan sistem pengendali SMC dapat diterapkan pada pengendalian ketinggian air dan temperatur uap pada steam drum boiler. Dengan membedakan pengendali SMC menjadi dua yaitu : Static Sliding Mode Control (SSMC) dan Dynamic Sliding Mode Control (DSMC).
2. a Dengan metode static SMC, ketinggian air sudah stabil di posisi yang diinginkan tetapi waktunya lebih lama 0,5 jam daripada dynamic SMC. Dan dengan static SMC, temperatur uap lebih cepat daripada dynamic DSMC dan sudah stabil namun masih belum seperti posisi yang diinginkan (masih terjadi 1,27 %). Sedangkan pada dynamic SMC, ketinggian air sudah stabil di posisi yang diinginkan. Untuk temperatur uap juga stabil di posisi yang diinginkan.
b Pengendali dynamic SMC pada pengendalian ketinggian air dan temperatur uap pada steam drum boiler lebih robust terhadap gangguan eksternal baik bersifat kecil maupun besar dan terhadap gangguan internal baik dalam pengurangan maupun penambahan parameter dibanding static SMC.Namun Pengendali static SMC pada pengendalian temperatur uap pada steam drum boiler lebih robust terhadap gangguan internal baik dalam pengurangan maupun penambahan parameter dibanding dynamic SMC.
KESIMPULAN
Lanjutan
3. Dari hasil analisa simulasi dapat disimpulkan bahwa dynamic SMC dalam desain contoller dan dynamic SMC tingkat kesulitannya lebih tinggi daripada static SMC tetapi performansi dynamic SMC lebih baik daripada static SMC
w
QSARAN
Saran yang diajukan dari Tugas Akhir ini untuk penelitian selanjutnya adalah Penggunaan pengendali dynamic SMC pada tugas akhir ini sudah cukup baik bila dibandingkan pengendali static SMC, namun sebaiknya perlu dikaji lebih lanjut apabila dibandingkan dengan metode lain yang lebih baru seperti Fuzzy Logic Controller (FLC) maupun Fuzzy Sliding Mode Control (FSMC).
[1] Baskoro, Buyung, 2009. Peralatan Utama PLTU – Boiler.
<URL:http://buyungbaskoro.blogspot.com/2009/06/pelaratan-utama-pltu-boiler.html>
[2]. Herlambang, T. 2010, “Pemodelan Matematika dan Analisis Sifat-Sifat Sistem Level Air dan Temperatur Steam pada Steam Drum Boiler di PLTU 1/2 PT PJB UP Gresik”.
Laporan Kerja Praktek, jurusan Matematika, ITS, Surabaya.
[3]. Moradi, H. 2009.Robust Control of an Industrial Boiler System;a Comparison Between Two Approaches; Sliding Mode Control And Technique.Tehran :Amirkabir University of
Technology.
[4]. Ogata, Katsuhito, 1984, Modern Control Engineering, Prentice Hall, USA.
[5]. Pakpahan, S. 1987.Kontrol Otomatik:Teori dan Penerapan. Jakarta: Erlangga
[6]. Perruquetti, Wilfrid dan Barbot, Jean Pierre. 2002. Sliding Mode Control in Engineering.
New York: Marcel Dekker, Inc
[7]. Priyanto, A. 2009. “Perancangan dan Simulasi Sistem Kendali Posisi Magnetic Levitation Ball dengan Menggunakan Metode Sliding Mode Control. Tugas Akhir Jurusan Matematika” , ITS, Surabaya.
[8]. Stephanopoulos, G, 1984, Chemical Process Control An Introduction To Theory And Practice, Prentice Hall International, London.
[9]. Tien, N.T. 2002. Sliding Control. Applied Nonlinear Control.
<URL:https://www.hcmut.edu.vn/~nttien/Lectures/Applied%20nonlinear%20control/
C.7%20Sliding%20Control.pdf>
[10]. Zhu, F.Q.Q.M., Winfield, A., dan Melhuish, C. 2003. “Fuzzy Sliding Mode Control for Discrete Nonlinear Sistems”. Transactions of China Automation Society, Vol. 22, No. 2 (Sum No.
86).
