1
EVALUASI KINERJA CONTROLLER DESIGN PI SISTEM
PENGENDALIAN LEVEL PADA CENTRIFUGAL PREPARATION TANK
Javier Umar Ravy1, Natasya Aisah Septiani2, Astrie Kusuma Dewi3, Asepta Surya Wardhana4*
1,2,3,4Teknik Instrumentasi Kilang, Politeknik Energi dan Mineral Akamigas, Jl. Gajah Mada No. 38 Cepu, Kabupaten Blora
*E-mail: [email protected]
ABSTRAK
Centrifugal Preparation Tank merupakan bagian dari unit pengolahan di PT. XXX Blora.
Fungsinya yaitu untuk memanaskan hot water yang berasal dari hot water head tank agar mencapai suhu pada set point yang selanjutnya dialirkan ke Centrifugal. Hot water dari heat tank memiliki temperature sekitar 80 ᵒC yang dialirkan ke Centrifugal Preparation Tank agar dinaikkan temperaturnya menjadi antara 95 ᵒC–100 ᵒC. Adapun bahan yang digunakan memanaskan pada Centrifugal Preparation Tank yaitu berupa steam. Set point control level pada centrifugal preparation tank yaitu sebesar 55%. Tujuan dari pengendalian level pada centrifugal preparation tank adalah agar level sesuai dengan set point pada 55%. Dengan demikian hot water akan dapat dijaga kestabilan suhunya sebelum digunakan oleh alat
centrifugal. Maka diperlukan perancangan pengendali menggunakan 2 metode yaitu metode Ziegler Nichols dan Tyreus Luyben agar rmenghasilkan pengendali yang sesuai dengan spesifikasi performa
yang diinginkan dan efektif untuk mengendalikan level pada centrifugal preparation tank. Berdasarkan hasil pengujian menggunakan Simulink terhadap pengendali PI design dua metode yang digunakan dan pengendali PI actual, menyatakan bahwa pengendali PI design menggunakan metode Ziegler Nichols lebih unggul dari pada pengendali PI actual dan PI design menggunakan metode Tyreus Luyben karena memiliki delay time, settling time dam time constant lebih cepat. Serta saat diberi disturbance, respone pengendali PI design menggunakan metode Ziegler Nichols lebih cepat kembali steady state dan memiliki undershoot yang lebih kecil.
Kata Kunci: Level, Tank, Simulink, Pengendali, Design
1. PENDAHULUAN
Semakin pesatnya kemajuan teknologi serta pembangunan negara, kebutuhan produk-produk pangan, seperti halnya gula terus bertambah. PT. XXX merupakan perusahaan yang bergerak di bidang industri gula. Di dalam industri gula terdapat proses penggilingan, proses pemurnian, proses penguapan, proses kristalisasi, dan pengemasan. Untuk proses pemisahan butiran gula dan kadar air pada pabrik ini terdapat alat bernama centrifugal. Pada alat tersebut membutuhkan pembersihan menggunakan hot water setiap setelah melakukan running 1 fase. Untuk menjaga suhu hot water terdapat alat yaitu centrifugal preparation tank.
Agar proses level pada centrifugal preparation tank dapat terjaga pada set point maka terdapat peralatan instrumentasi yaitu pengendali yang mengendalikan bukaan valve yang secara langsung mengendalikan besarnya aliran hot water dari hot water head tank. Oleh karena itu dibutuhkan pengendali yang sesuai dengan spresifikasi performa yang diinginkan dan efektif untuk mengendalikan level pada centrifugal preparation tank. Kontrol integral proporsional paling sering digunakan di lapangan untuk sistem pengendalian dengan dinamika yang relatif cepat (seperti aliran, tekanan, dan level). Menurut survei, sekitar 80% pengontrol PID yang ditempatkan di industri menggunakan kontrol PI dalam operasinya. Hal yang paling penting dalam merancang PI kontroller ialah tuning atau pemberian parameter P, dan I agar didapatkan sistem dengan hasil yang diinginkan [1], [2]. Beberapa aplikasi PID telah berhasil digunakan
2
dalam sistem control yang lebih komplek seperti pada kendali parabola konsentrator [3] dan kendali level [4].
Tetapi dalam kenyataan dilapangan, parameter pengendali yang digunakan memiliki respon yang sangat lambat terhadap set point dan respon yang lambat pula apabila terjadi gangguan dalam proses. Hal ini menuntut operator untuk memanualkan sistem kontrol level pada centrifugal preparation tank agar dapat lebih cepat untuk mencapai set point. Dinamika variabel keluaran dari proses yang dikendalikan akan sangat dipengaruhi oleh parameter waktu integral (gain) pada kontrol PI. Respon akan optimal jika kedua parameter (P dan I) dipilih dengan benar.
2. METODE
A. Fungsi Alih Elemen Kontrol
Jenis transmitter yang digunakan menggunakan DP transmitter sebagai sensing element-nya. Transmitter ini bekerja dalam range 0,4 – 8 inH2O dan keluarannya adalah sinyal elektrik dengan range 4 – 20 mA DC. Gain transmitter didapatkan menggunakan Pers. (1) [4], [5]:
GT =
𝑆𝑝𝑎𝑛 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 (𝑚𝐴)
𝑆𝑝𝑎𝑛 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 (𝑚𝑚𝐻2𝑂) (1)
Gain controller bisa didapatkan melalui Pers. (2) yang mempunyai Kc sebagai Controller Gain, TI sebagai Integral Time, dan TD sebagai Derivative Time :
GC(s) = Kc [ 1 + 1
𝑇𝑖 𝑆 + Td S ] (2) Kontrol valve adalah bentuk elemen kontrol akhir yang berfungsi untuk mengubah variabel yang dapat dikontrol untuk mencapai keadaan yang diinginkan. Pada urutan pertama, fungsi transfer kendali valve adalah sebagai berikut:
Gcv(s) = Gip (s) x Gactuator(s) x Gbodyvalve(s) 𝐺𝑖𝑝(𝑠) = 𝑠𝑖𝑛𝑦𝑎𝑙 𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟𝑎𝑛 𝐼/𝑃 𝐶𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑟𝑠𝑖𝑛𝑦𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘𝑎𝑛 𝐼/𝑃 𝐶𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑟 Gactuator(s)= 𝑝𝑒𝑟𝑔𝑒𝑠𝑒𝑟𝑎𝑛 𝑠𝑡𝑟𝑜𝑘𝑒 (𝑐𝑚) 𝑠𝑖𝑛𝑦𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘𝑘𝑎𝑛 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑡𝑜𝑟(𝑝𝑠𝑖) 𝐺𝑏𝑜𝑑𝑦𝑣𝑎𝑙𝑣𝑒(𝑠) = 1 𝜏𝑠+1 (3) B. Controller Proportional Integral
Pada pengendalian proportional menghasilkan output yang masih memiliki offset. Untuk menghilangkan keadaan tersebut maka diperlukan pengendali integral untuk memperlambat respon tetapi dapat menghilangkan offset. Mode pengendalian ini dalam beberapa survei sering digunakan dalam industri, kontrol PI dapat diperoleh dengan cara setting nilai derivative sama dengan nol, sehingga secara matematis dapat diformulakan sebagai berikut [3], [6]:
Mv(t) = Kp [𝑒(𝑡) + 1 𝑇𝑖 ∫ 𝑒(𝑡) 𝑑𝑡] 𝑡 0 + 𝐵 (4) Dimana : Kp = Konstanta Proportional
3 e (t)= Error (distance between PV and SV)
C. Tuning nilai PID pada Controller
Kesederhanaan struktur kendali kendali PID adalah salah satu alasannya digunakan di hampir setiap industri yang terlibat dalam proses tersebut. Terlepas dari kenyataan bahwa hanya ada tiga parameter kontrol untuk dimodifikasi atau disetel, operator dapat dengan jelas memahami efek dari mengubah setiap parameter PID pada dinamika kontrol. Metode pengontrol tuning melibatkan penyesuaian band proporsional (PB) atau Kp, integral / waktu reset (Ti), dan turunan / waktu laju (Td) untuk mencapai kinerja sistem operasi proses yang optimal. Kinerja sistem kendali harus dapat diandalkan (tidak ada fluktuasi), tepat (kesalahan keadaan stasioner), dan cepat untuk mendapatkan pengaturan tuning yang optimal (respon transien). Situasi tersebut dapat dilihat pada tabel di bawah ini [7].
Tabel 1. Pengaruh Tuning Parameter PID terhadap Unjuk Kerja Proses
Parameter Waktu Tanjakan Overshoot Penetapan Waktu Kestabilan Pembesaran Kp Berkurang Bertambah Sedikit Bertambah Menurun Pembesaran Ki Sedikit Berkurang Bertambah Bertambah Menurun Pmebesaran Kd Sedikit Berkurang Bertambah Berkurang Meningkat
Untuk menghasilkan nilai parameter PI pada proses IPDT yang optimal dapat dilakukan tuning dengan menggunakan beberapa metode yaitu sebagai berikut [1]:
Tabel 2 Beberapa Metode Tuning Control PI untuk Proses IPDT
Metode Kp TI Keterangan
Ziegler and Nichols 0.9/K’L 3.3L Quarter decay ratio Tyreus Luyben 0.487/K’L 8.75L Konstanta closed loop
√10𝐿
Penting untuk terlebih dahulu memahami tantangan yang dihadapi dalam proses sebelum menggunakan strategi penyetelan yang akan digunakan berdasarkan tabel. Jika beban terkontrol tidak berubah secara substansial atau terganggu selama operasi, pendekatan penyesuaian awal dipilih secara tegas untuk masalah regulator, dan sebaliknya. Jika titik kerja sering bervariasi selama operasi, pendekatan preset digunakan untuk menyelesaikan masalah servo. Namun, nilai parameter kontrol (Kp dan Ti) yang dihasilkan untuk setiap pendekatan tuning untuk proses tertentu pada dasarnya sama, karena formulasi setiap pendekatan hanya berubah dalam faktor pembobotannya.
3. PEMBAHASAN
A. Centrifugal Preparation Tank
Centrifugal Preparation Tank merupakan bagian dari unit pengolahan di PT. XXX Blora.
Fungsi dari Centrifugal Preparation Tank ini yaitu untuk memanaskan hot water yang berasal dari hot water head tank agar mencapai suhu pada set point yang selanjutnya dialirkan ke
Centrifugal seperti Gambar 1. Hot water dari heat tank memiliki temperature sekitar 80 ᵒC yang
dialirkan ke Centrifugal Preparation Tank agar dinaikkan temperaturnya menjadi antara 95 ᵒC – 100 ᵒC. Adapun bahan yang digunakan memanaskan pada Centrifugal Preparation Tank yaitu berupa steam. Set point control level pada centrifugal preparation tank yaitu sebesar 55%.
4
Gambar 1. Centrifugal Preparation Tank Spesifikasi Centrifugal Preparation Tank
Service : hot water Kapasitas : 3.7 m3
Tinggi : 2.250 mm
Diameter : 1.450 mm
Bahan konstruksi : mild steel
Terdapat control temperatur untuk menjaga output temperatur pada Centrifugal
Preparation Tank agar tetap pada set point yang telah ditetapkan dan terdapat control level
untuk menjaga ketinggian hot water agar tetap sesuai pada set point. Control level sendiri diaplikasikan pada Centrifugal Preparation Tank untuk menunjang safety dan durability dari alat tersebut. Kedua pengendali ini diatur melalui kontroller yang dikendalikan dari control
room menggunakan PLC.
B. Fungsi Alih Komponen Level Control Centrifugal Preparation Tank
Dalam sistem pengendalian fungsi alih seringkali digunakan untuk mencirikan hubungan masukkan dan keluaran dari sistem linier parameter konstan. Kontrol level sangat penting dijaga untuk menjaga keamanan dalam suatu proses instrumentasi [8]. Untuk itu perlu desain fungsi alih yang tepat agar suatu proses dapat dikendalikan dan stabil. Rasio transformasi laplace keluaran (fungsi respon) ke transformasi laplace masukan (control valve) didefinisikan sebagai parameter konstan fungsi transfer sistem linier, dengan asumsi bahwa semua kondisi awal adalah nol.
Respon dari sistem pengendalian level Centrifugal Preparation Tank dapat disimulasikan melalui MatLab Software. Tetapi, sebelumnya diperlukan suatu pendekatan matematis dengan memodelkan suatu sistem ke dalam suatu perhitungan fungsi alih. Elemen – elemen yang harus dihitung fungsi alihnya dapat dilihat pada daftar dibawah ini. Pendekatan untuk fungsi alih proses dapat dilakukan melalui uji bump test.
Spesifikasi level transmiter
Pabrikan : Siemens
No model : 7MF4433-IFA22-2AC-Z
Tegangan : 10.5-30 VDC
5 Max Pressure : 160 bar
Max Temperature: 100C
Fungsi alih dari level transmitter (𝐺𝑡) adalah:
𝐺𝑡 = 𝑆𝑝𝑎𝑛 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑙 𝑆𝑝𝑎𝑛 𝑑𝑖𝑓𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑡𝑖𝑎𝑙 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒 = 20 − 4 𝑚𝐴 20,2997 −1,01498 𝑐𝑚𝐻2𝑂 = 16 19,28472 = 0,8296
Spesifikasi kontrol indikator level
Tipe : PLC Siemens
Mode kontrol : Proportional + Integral
Aksi : Direct
Sinyal keluaran : 4-20 mA Integral (Ti) : 20 rpm
Fungsi alih dari level indicator controller (𝐺𝑐 ) adalah: 𝐺𝑐 (𝑠) = Kp (1 + 1 𝑇𝑖 𝑠 + 𝑇𝑑𝑠) 𝐺𝑐 (𝑠) = 5 (1 + 1 20𝑠 + 0) 𝐺𝑐 (𝑠) = 5 (1 + 0,05 𝑠 ) 𝐺𝑐 (𝑠) = 5 + 0,25 𝑠 𝐺𝑐 (𝑠) = 5𝑠+0,25 𝑠 Spesifikasi kontrol valve
Pabrikan : Sirca
Masukan aktuator : 0.2-1 Kg/cm2
Tipe bodi : Butterfly
Fungsi alih dari control valve (𝐺𝑐𝑣 ) adalah:
𝐺𝑐𝑣(𝑠) = 𝐺𝑠𝑝(𝑠) 𝑥 𝐺𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑡𝑜𝑟(𝑠) 𝑥 𝐺𝑏𝑜𝑑𝑦𝑣𝑎𝑙𝑣𝑒(𝑠) Gain Smart positioner
𝐺𝑖𝑝(𝑠) = 𝑠𝑖𝑛𝑦𝑎𝑙 𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟𝑎𝑛 𝑆𝑚𝑎𝑟𝑡 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛𝑒𝑟 𝑠𝑖𝑛𝑦𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘𝑎𝑛 𝑆𝑚𝑎𝑟𝑡 𝑃𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛𝑒𝑟 𝐺𝑖𝑝(𝑠) = 1.0−0.2 𝐾𝑔/𝑐𝑚2 20−4 𝑚𝐴 𝐺𝑖𝑝(𝑠) = 0.8 16 𝐺𝑖𝑝(𝑠) = 0,05
6
Dari data diketahui bahwa sinyal yang diterima oleh actuator sebesar 0.2 – 1.0 Kg/cm2 dengan range pergeseran stroke valve sebesar 90°, sehingga gain actuator valve dapat diperoleh melalui persamaan: 𝐺𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑡𝑜𝑟(𝑠) = 𝑝𝑒𝑟𝑔𝑒𝑠𝑒𝑟𝑎𝑛 𝑠𝑡𝑟𝑜𝑘𝑒 𝑣𝑎𝑙𝑣𝑒 𝑠𝑖𝑛𝑦𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘𝑎𝑛 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑡𝑜𝑟 𝐺𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑡𝑜𝑟(𝑠) = 1−0.2 𝐾𝑔/𝑐𝑚90ᵒ 2 𝐺𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑡𝑜𝑟(𝑠) = 0,890 𝐺𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑡𝑜𝑟(𝑠) = 112,5
Gain body valve dipengaruhi oleh besar gain smart positioner dan juga gain actuator. untuk mencari gain body valve dapat diperoleh melalui persamaan berikut:
𝐺𝑏𝑜𝑑𝑦𝑣𝑎𝑙𝑣𝑒(𝑠) = 1 𝜏𝑠+1
Dimana, 𝜏 adalah time constant valve, artinya 𝜏 waktu yang dibutuhkan oleh valve untuk mencapai kondisi bukaan sebesar 63,2% dari bukaan penuhnya. Control valve 031
– LV – 3602 membutuhkan waktu 1,6 detik untuk mencapai kondisi bukaan penuh,
sehingga time constant valve dapat diperoleh melalui persamaan berikut: 𝜏 = 63,2% x 1,6 = 1,01 detik
Setelah melakukan perhitungan – perhitungan komponen control valve diatas, maka dapat diperoleh fungsi alih dari control valve sebagai berikut:
𝐺𝑐𝑣(𝑠) = 𝐺𝑠𝑝(𝑠) 𝑥 𝐺𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑡𝑜𝑟(𝑠) 𝑥 𝐺𝑏𝑜𝑑𝑦𝑣𝑎𝑙𝑣𝑒(𝑠) 𝐺𝑐𝑣(𝑠) = 𝐺𝑖𝑝(𝑠) 𝑥 𝐺𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑡𝑜𝑟(𝑠) 𝑥 1 𝜏𝑠+1 𝐺𝑐𝑣(𝑠) = 0,05 x 112,5 x 1 1,01𝑠+1 𝐺𝑐𝑣(𝑠) = 5,625 1,01𝑠+1
Fungsi alih proses dapat diperoleh melalui pengambilan data yang dilakukan dengan metode bump test pada Control Room. Metode bump test dilakukan dengan cara memanualkan aksi control terhadap kontroler yang semula memiliki aksi control auto pada keadaan stabil. Dengan memanualkan aksi control controller maka proses akan tetap berada pada posisi terakhirnya sebelum aksi control diubah. Dengan metode bump test, proses perlu diubah dengan mengubah MV yang dihasilkan oleh kontroller.
Dalam hal ini, set point (SP) dari kontroller diatur pada 40% dengan level minimum 1% dan level maximum 100%. Besar SP diatur sedemikian rupa karena apabila control valve semakin ditutup maka level pada Centrifugal Preparation Tank akan semakin turun dengan cepat. Oleh karena itu, range antara SP dengan keadaan control valve pada saat tutup penuh dibuat jauh. Dalam melakukan bump test, MV yang pada awalnya bernilai 42% diubah atau dinaikkan dengan memberikan input step sebesar 5% sehingga MV bernilai 47%. Perubahaan pada MV menyebabkan nilai PV (process variable) mengalami kenaikan dari 55% menjadi 56%.
7
Gambar 2. Grafik Hasil Bump Test pada Excel
Grafik seperti yang ditunjukan pada Gambar 2, didapatkan dengan memindahkan data PV dan MV yang diperoleh dari hasil bump test di Control Room pada pukul 23.24 hingga pukul 23.26 ke Microsoft Excel. Data PV dan MV kemudian direpresentasikan ke dalam bentuk grafik seperti pada Gambar 2. dari gambar tersebut, dapat diketahui nilai – nilai yang mempengaruhi perhitungan gain proses, diantaranya:
L = delay time = 10 detik
PV0 = 55% 𝑡0 = 23:24:59 CO0 = 42% PV1 = 56% 𝑡1 = 23:26:00 CO1 = 47% ∆CO = ∆MV
Untuk mencari fungsi alih proses, dapat menggunakan persamaan sebagai berikut: 𝐺𝑝(𝑠) = 𝐾∗ 𝑠 𝑒 −𝑠𝐿 Dimana, K* = ∆𝑃𝑉 ∆𝑡 ∆𝐶𝑂 = 56 − 55 61 13−8 = 1 61 5 = 0,0163 5 = 0,00327
Jadi, fungsi alih dari proses level Centrifugal Preaparation Tank adalah: 𝐺𝑝(𝑠) = 0,00327
𝑠 𝑒
−10𝑠
C. Perancangan Kontroler Proportional dan Integral
Perancangan diperlukan untuk mencari nilai parameter PI agar sistem dapat berjalan optimal. Metode perancangan yang penulis gunakan merupakan metode Ziegler Nichols dan
Tyreus Luyben untuk proses IPDT (Integrating Plus Dead Time).
a. Perancangan dengan metode Ziegler Nichols [1]
Diketahui transfer function dari proses sebagai berikut : 𝐺𝑝(𝑠) = 0,00327
𝑠 𝑒
8
1. Menentukan nilai proportional dapat diketahui dengan cara berikut :
Kp = 0,9
𝐾 . 𝐿
= 0,9
0,00327 . 10 = 24,77
2. Menentukan nilai integral
Ti = 3,3 L
Berdasarkan persamaan diatas, nilai integral dapat diketahui dengan cara berikut :
Ti = 3,3 .10 = 33 i = 1 𝑇𝑖 = 1 33 = 0,0303
b. Perancangan dengan metode Tyreus Luyben dari proses sebagai berikut : 𝐺𝑝(𝑠) = 0,00327
𝑠 𝑒
−10𝑠
1. Menentukan nilai proportional dapat diketahui dengan cara berikut :
Kp = 0,487
𝐾 . 𝐿 = 0,487
0,00327 . 10 = 14,89
2. Menentukan nilai integral
Ti = 8.75 . L
Berdasarkan persamaan diatas, nilai integral dapat diketahui dengan cara berikut :
Ti = 8.75 . 10 = 87,5 i = 1 𝑇𝑖 = 1 87,5 = 0,0114
D. Perbandingan Response Semua Model Controller
Setiap model kontroller yang berbeda akan dilakukan simulasi menggunakan Simulink MatLab. Simulasi dilakukan dengan penggabungan seluruh elemen sistem pengendalian level pada Centrifugal Preparation Tank. Tujuan dari simulasi tersebut untuk mengetahui model kontroller mana yang paling efektif dan efisien untuk keperluan pengendalian level pada
Centrifugal Preparation Tank ditunjukkan pada Gambar 3.
9
Pada Gambar 4. Ditunjukkan perbandingan respone semua model kontroller tanpa
disturbance perlu dilakukan untuk mengetahui settling time, time constant, delay time, error steady state dan overshoot yang paling baik dan optimal dalam sistem pengendalian level pada Centrifugal Preparation Tank.
Gambar 4. Simulink Proses dengan Semua Model Kontroller Tanpa Disturbance
Gambar 5. Grafik Perbandingan Response Semua Model Kontroller Tanpa Disturbance Berdasarkan hasil simulasi semua model kontroller tanpa diberi disturbance dengan
Simulink pada gambar 5, dapat diketahui spesifikasi responnya pada Tabel 3. Tabel 3. Response Semua Model Kontroller
No Spesifikasi Nilai
PI Actual PI design Ziegler Nichols PI design Tyreus Luyben
1 Time Constant (s) 11,327 4,626 6
2 Settling Time (s) 107,9857 49,3407 88,2306
3 Delay Time (s) 9,408 4,206 5,259
4 Overshoot (%) 29,7527 29,3246 7,6881
5 Error Steady State (%) 0,2054 0,2047 0,2056
Setelah dilakukan simulasi menggunakan simulink, diperoleh data spesifikasi respone dari ketiga model kontroller seperti pada Tabel 3. Diketahui bahwa respone sistem pengendalian
level pada Centrifugal Preparation Tank dengan kontroller PI design menggunakan metode Ziegler Nichols memiliki time delay, settling time dan time constant lebih cepat daripada
kontroller PI actual dan kontroller PI design menggunakan metode Tyreus Luyben. Kedua kontroller memiliki error steady state dan overshoot.
10
Dalam kenyataannya flow dari hot water head tank yang keluar dari Centrifugal
Preparation Tank sering berubah – ubah sehingga dapat menjadi load disturbance.
Dikarenakan kebutuhan hot water untuk pembersihan centrifugals tidak berlangsung secara terus – menerus tetapi hanya setelah centrifugals selesai melakukan running 1 fase. Sehingga perbandingan semua model kontroller dengan diberi disturbance perlu dilakukan untuk mengetahui model kontroller yang paling cepat untuk mengatasi disturbance. Adapun menghitung gain disturbance dapat menggunakan persamaan berikut ini [4] yang dipengaruhi oleh luas penampang tangka (m2):
Diameter tangki = 1,450 m Jari – jari tangki = 0,725 m LPTangki = πr2 = 3,14 . (0,725 m)2 = 1,6504 m2 Gdistrubance = 1 𝐴 = 1 1,6504 = 0,6059
Hasil Simulink pada gambar 5 merupakan proses dengan semua model kontroller yang diberi disturbance saat 250 detik dengan nilai sebesar 1
1,6054.
Gambar 6. Grafik Perbandingan Response Semua Model Kontroller dengan diberi
Disturbance
Setelah dilakukan simulasi dengan Simulink diketahui bahwa kontroller PI actual setelah diberi disturbance menghasilkan undershoot sebesar 50,34% dan kembali steady state selama 318,55 detik. Begitupun dengan kontroller PI design menggunakan metode Tyreus Luyben setelah diberi disturbance menggasilkan undershoot sebesar 50,12% dan kembali steady state selama 277,22 detik. Sedangkan kontroller PI design menggunakan metode Ziegler Nihcols setelah diberi disturbance menghasilkan undershoot lebih kecil yaitu 49,89% dan kembali
11 4. SIMPULAN
Centrifugal Preparation Tank merupakan proses yang digunakan untuk menjaga
kestabilan hot water yang akan digunakan centrifugal pada temperatur 90 ᵒC – 100 ᵒC. Sistem pengendalian level pada centrifugal preparation tank menggunakan controller proportional +
integral rangkaian feedback control.
Hasil perancangan kontroller PI design menggunakan metode Ziegler Nichols didapatkan nilai gain proportional (Kp) sebesar 24,77, integral (i) sebesar 0,0303 repeat per second. Sedangkan hasil perancangan kontroller PI design menggunakan metode Tyreus Luyben didapatkan nilai gain proportional (Kp) sebesar 14,89, integral (i) sebesar 0,0114 repeat per
second.
Berdasarkan hasil pengujian tanpa disturbance menggunakan Simulink terhadap kontroller PI design dua metode yang digunakan dan kontroller PI actual , menyatakan bahwa kontroller PI design menggunakan metode Ziegler Nichols memiliki respon paling efektif dan efisien sesuai dengan kebutuhan lapangan dengan nilai Time constant: 4,626s, Delay time: 4,206s,
Settling time: 49,3047s, Overshoot: 29,3246%, Error: 0,2047.
Pada pengujian sistem dengan diberi disturbance, kontroller PI actual menghasilkan
undershoot sebesar 50,34% dan kembali steady state selama 318,55 detik. Begitupun dengan
kontroller PI design menggunakan metode Tyreus Luyben setelah diberi disturbance menghasilkan undershoot sebesar 50,12% dan kembali steady state selama 277,22 detik. Sedangkan kontroller PI design menggunakan metode Ziegler Nihcols setelah diberi
disturbance menghasilkan undershoot lebih kecil yaitu 49,89% dan kembali steady state lebih
cepat yaitu selama 182,75 detik. 5. DAFTAR PUSTAKA
[1] I. Setiawan, Kontrol PID untuk proses industri. Elex Media Komputindo, 2013.
[2] I. Winarno, H. Suryoatmojo, and M. Ashari, “Hybrid PI-Fuzzy Controller Based Static Var Compensator for Voltage Regulation under Uncertain Load Conditions,” J.
Telecommun. Electron. Comput. Eng., vol. 9, no. 2, pp. 109–112, 2017.
[3] A. S. Wardhana, M. Ashari, and H. Suryoatmojo, “Optimal Control of Robotic Arm System to Improve Flux Distribution on Dual Parabola Dish Concentrator,” Int. J.
Intell. Eng. Syst., vol. 13, no. 1, pp. 364–378, 2020, doi: 10.22266/ijies2020.0229.34.
[4] C. N. Hamdani, “Perancangan Sistem Kontrol Level Nonlinier Menggunakan Fuzzy-PID Supervision,” INOVTEK - Seri Elektro, vol. 2, no. 1, p. 10, 2020, doi:
10.35314/ise.v2i1.1269.
[5] B. Doicin, M. Popescu, and C. Patrascioiu, “PID Controller optimal tuning,” in In 2016
8th International Conference on Electronics, Computers and Artificial Intelligence (ECAI), 2016, pp. 1–4, Accessed: May 23, 2021. [Online]. Available:
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7861175/.
[6] H. A. Sujono, R. Sulistyowati, C. Anam, Ariadi, and H. Suryoatmojo, “Quadratic boost converter with proportional integral control in the mini photovoltaic system for grid,”
Prz. Elektrotechniczny, vol. 96, no. 6, pp. 47–53, 2020, doi: 10.15199/48.2020.06.09.
[7] K. H. Ang, G. C. Chong, and Y. Li, “PID control system analysis, design, and technology,” IEEE Trans. Control Syst. Technol., vol. 13, no. 4, p. 559, 2005, doi: 10.1109/TCST.2005.847331.
[8] A. K. Dewi, A. A. B. A. Sahaya, and S. Wahid, “Level and Temperature Monitoring System in Blending Process Using Zigbee Wireless Sensor Network,” in In 1st
Borobudur International Symposium on Humanities, Economics and Social Sciences (BIS-HESS 2019), 2020, pp. 372–375, Accessed: May 23, 2021. [Online]. Available:
