Jadwal Kuliah
Senin
Jam 12.30 - 13.50
Ruang K103
Rabu
Jam 10.00 - 11.50
Ruang GK301
3
Akses Internet
Puskom FTUI
Lab SPK TGP FTUI
Tujuan Pembelajaran
Kuliah ini akan membangun pengetahuan proses (process knowledge) dari mata kuliah sebelumnya dan yang
bersamaan dengan mata kuliah ini dan akan menekankan pada tiga persoalan yang sangat relevan untuk semua
insinyur. Tiga persoalan tersebut adalah:
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
5
Sasaran Pembelajaran
SIKAP (ATTITUDE)
KEMAHIRAN (SKILL)
PENGETAHUAN (KNOWLEDGE)
SIKAP
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
7
KEMAHIRAN
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
PENGETAHUAN
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 dan jamak, termasuk kaskade dan berumpan-maju (feedforward)
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
9
Proses Belajar Dengan WILMO
(Web-based Interactive Learning MOdules)
1. Initial reading 2. Class participation
3. Web learning Modules
4. Course assignments
Reading
5. Study in depth
Revisit WEB
Formulate own study questions
Satuan Acara Perkuliahan (SAP)
PENGENDALIAN PROSES – 3 SKS (GP32024)
Dosen : Ir. Setiadi, MEng. dan Ir. Abdul Wahid, MT.
Asisten : 1. Teddy Sahat Yudianto H 2. Sang Made Kresna Andika
Tujuan : Kuliah ini akan membangun pengetahuan proses dari kuliah sebelumnya dan yang bersamaan dan akan menekankan pada tiga persoalan yang sangat relevan untuk semua insinyur. Tiga persoalan tersebut adalah: (1) perilaku dinamik, karena tidak ada proses yang beroperasi secara statik (steady-state); (2) operasi proses, karena peralatan yang ada harus dioperasikan secara aman untuk mendapatkan keuntungan yang tinggi; (3) pengendalian otomatis, karena insinyur
menerapkan keputusan operasi melalui teknologi komputer.
Textbook: T. Marlin, Process Control: Designing Processes and Control Systems for Dynamic Performance, 2nd Edition, McGraw-Hill, New York, 2000
Rujukan :
1. Smith & Corripio, Principles and Practice of Automatic Process Control, 1985, John Wiley 2. Bequette, R. W., Process Dynamics: Modeling, Analysis, and Simulation, Prentice Hall,1998 3. Jurnal : a. Computers & Chemical Engineering
b. Journal of Process Control c. Chemical Engineering Science
4. Internet: a. http://www.chemeng.ui.ac.id/~wahid/kendali.htm (Homepage Kuliah) b. http://www.pc-education.mcmaster.ca (WILMO)
c. http://lorien.ncl.ac.uk/ming/Dept/Swot/connotes.htm (Jagad PC) d. http://www.rpi.edu/~bequeb/ (Homepage B. W. Bequette)
5. Software: MATLAB with SIMULINK
11
JADWAL AKTIVITAS PEMBELAJARAN PENGENDALIAN PROSES
MID SEMESTER QUIZ 2
14
310-311 CH 6.1-6.3
Identifikasi Model Empirik 13
Section 2.4-2.5 CH 5.1-5.3, 5.7
Respons Dinamik Kualitatif 11 – 12
173-184, 186- 200, 212-216 CH 4.4
Diagram Blok dan
Mengkombinasikan Model 10
CH 4.3, Figure 4.11 Fungsi Alih
9
159-172 Section 2.3
CH 4.1-4.2 Transformasi Laplace
7 – 8
QUIZ 1 dan Pembahasan 6
128 – 144 (145 – 157) CH 3.4-3.7
Melinearkan Model Non-Linear dan Solusi Numerik PD
5
113 – 127 Section 2.0-2.2
CH 3.1-3.3 Memformulasikan dan
Menyelesaikan Model Dinamik 3 – 4
43 – 70 CH 1&2
Objektif dan Manfaat Pengendalian
2
11 Section 1.0
CH 1 Konsep Pengendalian
1
Rujukan 1 Instrumentasi
(Rujukan 4.b) Textbook Chapter
Sections TOPIK
Pertemuan ke
Rujukan 1 Instrumentasi
(Rujukan 4.b) Textbook Chapter
Sections TOPIK
Pertemuan ke
FINAL TEST Presentasi Tugas
Kelompok 25 – 28
CH 11 Implementasi
Pengendalian Dijital 24
Section 4 CH 13.4-13.6
Tutorial pada Kinerja Pengendalian
23
QUIZ 3 22
317-360 CH 10.1-10.6
Analisis Kestabilan 21
317-360 CH 4.5&13.3
Respons Frekuensi 19 – 20
297-316 CH 9
Penyetelan (Tuning) Kontroler PID
17 – 18
281-296 CH 8
Jenis Kontroler PID 16
258-278 Section 3.0-3.2, 3.7
CH 7 Feedback Loop
15
JADWAL AKTIVITAS PEMBELAJARAN PENGENDALIAN PROSES (Lanjutan)
13
Penugasan
Semua dikerjakan dalam kelompok
Ada dua bentuk tugas:
Menyelesaikan soal
Presentasi
Bahan:
Modul-modul di buku Bequette
Paper dari beberapa jurnal
Penilaian:
Nilai presentasi dari dosen : 30%
Nilai presentasi dari kelompok lain : 30%
Nilai presentasi dari kelompok sendiri : 30%
Nilai presentasi dari report hasil diskusi : 10%
Tugas Presentasi
Dari modul-modul yang ada di buku Bequette:
Stirred Tank Heaters
Absorption
Isothermal Continuous Stirred Tank Chemical Reactors
Biochemical Reactors
Diabatic CSTR
Ideal Binary Distillation
Dari jurnal:
A two degree of freedom level control (Journal of Process Control)
A direct synthesis tuning method of unstable first-order-plus-time- delay processes (Journal of Process Control)
Closed-loop on-line process identification using a proportional controller (Chemical Engineering Science)
An Industrial Dead-Time Compensating PI Controller (Control
Engineering Practice)15
Kelompok Tugas
Evaluasi
25 Ujian Akhir Semester
5
25 Ujian Tengah Semester
4
10 Akses WILMO
3
30 Tugas/Quiz
2
10 Absensi
1
PERSENTASE (%) KOMPONEN
NO
E 0 – 29,9
5
D 30 – 55,9
4
C 56 – 69,9
3
B 70 – 79,9
2
A 80 – 100
1
BOBOT RENTANG NILAI
NO
17
Perkembangan Nilai Kendali 1998 - 2003
29.03
45.16
16.13 22.54
28.17
42.25
2.82 10.13
59.49
25.32
5.97
43.28
47.76
27.66
38.30
34.04
0.00 22.45
57.14
20.41
0.00 0.00
100.00
1.61 8.06
90.32 92.96
4.23
0 5.06
94.94
0
97.01
2.990.00
100.00
0 20 40 60 80 100 120
A B C D E/T Kelulusan
%
97/98 98/99 99/00 00/01 01/02 02/03
Perkembangan Nilai 1998 – 2003
19
Saat aku menyelesaikan bab ini, ku ingin dapat melakukan hal-hal berikut.
• 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
Tujuan Pembelajaran
Kerangka kuliahnya adalah berikut ini:
• Kenapa Pengendalian Proses dan Kenapa Sekarang?
• Pertanyaan Dasar tentang Pengendalian
- Apa kerja sebuah sistem berumpan-balik?
- Kenapa perlu pengendalian?
- Kenapa pengendalian mungkin?
- Di mana pengendalian dikerjakan?
- Bagaimana pengendalian didokumentasikan?
• Workshop
• Petunjuk Belajar Mandiri
Kerangka Kuliah
21
• Saat saya menjalankan percobaan kinetika, bagaimana saya menjaga suhu dan level pada harga yang diinginkan?
• Bagaimana saya membuat produk dengan kualitas tinggi secara konsisten saat terjadi perubahan sifat bahan baku?
• Berapa waktu yang saya perlukan untuk menanggapi situasi berbahaya?
Setiap insinyur memerlukan pengetahuan dasar pengendalian.
Banyak peluang karir yang menarik ada pada seorang spesialis teknik.
Kenapa Ada Kuliah Pengendalian Proses?
• Kita mulai dengan analisis keadaan tunak (steady-state) karena itu lebih mudah dan penting.
• Kita membangun kepakaran dalam ilmu dasar (fluida, perpindahan kalor, termodinamik, dsb.) dan unit proses (distilasi, CSTR, dsb.).
Kini kita punya contoh-contoh yang memerlukan pengendalian!
• Kita perlu menguasai pengendalian sebelum mengintegrasikan pengengetahuan kita dalam disain proses?
Jadi ini merupakan saat yang pentinguntuk mempelajari bagaimana “menyetir”
proses kimia. Dengan wawasan ini, kita akan dapat mendisain pabrik yang dapat dikendalikan secara aman dan menghasilkan
produk yang berkualitas tinggi.
Bagaimana Sekarang dengan Kuliah Pengendalian?
23
Mari kita lihat beberapa contoh pertama. Lalu, kita akan mengembangkan sebuah konsep umum.
• Gambarkan metode anda untuk mengendarai mobil
• Dapatkah anda
mengendarai modil tanpa melihat kaca depan?
• Apa yang harus disediakan oleh perancang mobil?
• Bisakah “disain yang baik”
menghilangkan kebutuhan akan stir?
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
Mari kita lihat beberapa contoh pertama. Lalu, kita akan mengembangkan sebuah konsep umum.
• Gambarkan bagaimana bekerjanya pemanas di rumah
• Gambarkan perilaku dinamik dari T
• Apa yang harus disediakan oleh perancang rumah?
• Bisakah “disain yang baik”
menghilangkan kebutuhan akan perubahan
pemanasan?
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik
25
Bagaimana siklus suhu?
Apa cukup baik untuk semua variabel pada proses kimia?
INGAT: jika “ya”, kuliah selesai!
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
Sistem pengendalian memunculkan tiga unsur dasar.
PROSES
Inputs Outputs
FINAL ELEMENT
CONTROLLER
SENSOR
Harga yang diinginkan
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
27 PROSES
Inputs Outputs
FINAL ELEMENT
CONTROLLER
SENSOR
Harga yang iinginkan (setpoint)
Apa “unsur akhir” yang khas untuk proses-proses kimia?
Bagaimana kita memilih lokasi sensor?
Apa maksud arah panah itu?
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
PENGENDALIAN BERUMPAN-BALIK (FEEDBACK CONTROL) mendayagunakan keluaran dari sistem untuk mempengaruhi masukan dari sistem yang sama.
KENDALI (kata kerja): Menjaga kondisi yang diinginkan dalan sebuah sistem fisik dengan menyesuaikan variabel-variabel yang dipilih dalam sistem tersebut.
masukan = sebab keluaran = efek
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
PROSES
Masukan Keluaran
FINAL ELEMENT
CONTROLLER
SENSOR
Harga yang iinginkan
29
Perhatian: Kesalahpahaman yang umum dalam istilah!
Bahasa gaul
Negative feedback: “Idiot lu!
Positive feedback: Itu ide yang bagus. Trims!
Engineering & Science
Positive feedback: Aksi yang menaikkan kesalahan dari yang diinginkan.
Negative feedback: Aksi untuk mengurangi kesalahan dari yang diinginkan.
Bagus!
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
T
A
CB
v1
v2
Satu kata: GANGGUAN! Beri contoh-contoh dalam CSTR pada gambar berikut.
Kita ingin mencapai hal-hal berikut:
1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan 3. Proteksi peralatan 4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit
7. Memonitor dan mendiagnosis
Kenapa Pengendalian Perlu?
31
Satu kata: GANGGUAN!
Beri contoh-contoh dalam menara distilasi pada gambar berikut.
FR
FV
xB xD
Kenapa Pengendalian Perlu?
T
A
CB
v1
v2
Pengendalian adalah mungkin bisa dilakukan hanya jika insinyur menyediakan peralatan yang dibutuhkan selama
disain proses.Bagian 1: Peralatan pengendalian
Final element
Sensors Computing and
interface for person
Komunikasi
Kenapa Pengendalian itu Mungkin?
33
Pengendalian adalah mungkin bisa dilakukan hanya jika insinyur menyediakan peralatan yang dibutuhkan selama
disain proses.Bagian 2: Peralatan pengendalian
Bagaimana kita menentukan luas perpindahan panas?
T
A
CB
v1
v2 Bagaimana kita
menentukan volume reaktor?
Kenapa Pengendalian itu Mungkin?
Sensor, indikator lokal, dan katup dalam proses
Tampilan variabel, kalkulasi, dan perintah ke katup ada di pusat kontrol
Menunjukkan panel pengendalian tipe yang lebih lama
Di mana Pengendalian Dilakukan?
35 Sensor, indikator lokal, dan katup dalam proses
Tampilan variabel, kalkulasi, dan perintah ke katup ada di pusat kontrol.
Menunjukkan panel kontrol modern berbasis komputer
Central control room
Di mana Pengendalian Dilakukan?
LC FC
TC A
Gambar perpipaan dan instrumentasi (P&I drawings) menyediakan dokumentasi.
• Sistem terlalu kompleks untuk digambarkan dalam kata-kata.
• Kita harus menggunakan simbol-simbol standar.
F = flow L = level
P = pressure T = temperature
A = Analyzer (mis. atau pH)
…..
Bagaimana Disain Pengendalian
Didokumentasikan?
37
Anda sedang menerapkan pengendalian secara manual.
a. Jelaskan prinsip sensor aliran b. Jelaskan bagaimana final
element mempengaruhi controlled variable.
c. Jelaskan aksi yang benar bila anda ingin menaikkan
controlled variable
pompa katup
sensor
Flow Control
BAB 1: PENGANTAR - WORKSHOP 1
Anda sedang menerapkan pengendalian secara manual.
a. Jelaskan prinsip sensor level b. Jelaskan bagaimana final
element mempengaruhi controlled variable.
c. Jelaskan aksi yang benar bila anda ingin menaikkan
controlled variable
Level Control
pompa katup
sensor
BAB 1: PENGANTAR - WORKSHOP 2
39
Anda sedang menjual gas ke pelanggan berdasarkan pada aliran volumetrik pada kondisi standar. Anda memutuskan untuk menggunakan orifice meter untuk mengukur laju alirnya.
Anda telah mempelajari bahwa densitas aliran gas bisa berubah -10% dari harga disainnya (diharapkan). Apa yang anda lakukan?
compressor valve Orifice meter
Pelanggan Pabrik
kami
BAB 1: PENGANTAR - WORKSHOP 3
Bagaimana yang sedang kami lakukan?
• 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
Banyak perbaikan, tapi kita perlu beberapa studi lagi!
• Baca textbook
• Tinjau catatannya, khususnya tujuan pembelajaran dan workshop
• Uji coba nasihat-nasihat belajar mandiri
• Tentunya, kita seharusnya punya tugas (assignment)!
Pengantar Pengendalian Proses
41
• Home page
- Instrumentation Notes
- Interactive Learning Module (Bab 1) - Tutorials (Bab 1/2)
• Textbook Appendix A on drawing symbols - Lihat rujukan untuk detail atau simbol
BAB 1: SUMBER PELAJARAN
1. Tulis aturan (algoritma) yang anda gunakan saat anda mengendarai modil atau sepeda.
2. Rumuskan pertanyaan dengan jawaban dan tukar dengan anggota kelompok studi anda.
3. Temukan gambar P&I di salah satu textbook, jelaskan strategi, dan siapkan pertanyaan untuk dosen pada aspek yang anda tidak pahami.
4. Temukan contoh-contoh sistem pengendalian di rumahmu. (Petunjuk:
lihat pada pemanasan, AC, tangki toilet, dan peralatan dapur yang otomatis.
