LAPORAN PRAKTIKUM INSTRUMENTASI & PENGENDALIAN PROSES

PENGENDALIAN LEVEL CAIRAN OLEH : Edy Saputra 090307011

JURUSAN TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI MIGAS POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWE 2011LEMBAR TUGAS

Judul Praktikum Laboratorium Jurusan / Prodi Nama Kelas / Semester NIM Anggota Kelompok IV

: Pengendalian level cairan : Komputasi dan Pengendalian Proses : T. Kimia / Migas : Edy Saputra : 2 M / III ( Tiga) : 090307011 : Muhammad Iqbal Edy Saputra Maksalmina Syamsul Bahri

Uraian Tugas 1. Atur parameter pengendali Set point Proporsional Band Integral constan Derrivative constan 2. Noise Offset 30% 40% 150 30 menit 30 menit

Ka. Laboratorium

Dosen Pembimbing

Ir. Syafruddin. MSi NIP : 19650819 199802 1 001

Ir. Syafruddin. MSi NIP : 19650819 199802 1 001

LEMBAR PENGESAHAN

Judul Praktikum Mata Kuliah Nama NIM Kelas / Semester Nama Dosen Pembimbing NIP Ka Laboratorium NIP Tanggal Pengesahan

: Pengendalian level cairan : Praktek Instrumentasi dan Pengendalian Proses : Edy Saputra : 090307011 : 2 M / IV ( Empat ) : Ir. Syafruddin. MSi : 19650819 199802 1 001 : Ir. Syafruddin. MSi : 19650819 199802 1 001 :

Ka. Laboratorium

Dosen Pembimbing

Ir. Syafruddin. MSi NIP : 19650819 199802 1 001

Ir. Syafruddin. MSi NIP : 19650819 199802 1 001

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Tujuan percobaan.

Dapat mengetahui konsep-konsep dasar pengendalian level. Dapat mengetahui dan memahami unit-unit pengendalian level. Dapat mengendalikan suatu level ketinggian cairan. Dapat mengetahui dan memahami konfigurasi suatu pengendalian . 1.1. Alat yang digunakan Seperangkat alat pengendalian level (CRL/control regulation level). Stopwatch. 1.1. Bahan yang digunakan Air (aquadest). Udara. 1.1. Prosedur kerja 1.1.1. Prosedur pengendali on-off Cek power supplay ke CRL dan PC kabelnya dalam keadaan tidak tersambung. Cek semua modul pada CRL berada di dalam rangkaiannya. Buka katub tekanan udara dan atur tekanan sebesar 2 bar Atur pengendali on-off dengan upper level 85% dan lower level 75% Hubungkan kabel power pada controller CRL unit ke panel listrik, kemudian hidupkan main switch pada panel controller CRL unit. Hidupkan stopwatch dan catat waktunya, lakukan sebanyak 10 kali pengulangan Hitung waktu rata-ratanya Gambarkan zona netralnya

1.4.2.

Prosedur pengisian air dalam tangki Masukkan air dalam tangki Hidupkan stopwatch dan catat waktunya tiap kenaikan 5% level air dalam tangki. Hitung waktu rata-ratanya

Hitung waktu akumulasinya Plot kurva antara waktu akumulasi dan level tangki 1.4.2. Prosedur pengosongan air dalam tangki

Buka kran pengosongan tangki. Hidupkan stopwatch dan catat waktunya tiap penurunan 5% level air dalamtangki.

Hitung waktu rata-ratanya. Hitung waktu akumulasinya. Plot kurva antara waktu akumulasi dan level tangki.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA2.1 Pengendalian level cairan

2.1.1

Umum Unit ini memungkinkanuntuk menganalisis perilaku loop control dimana

kuantitas yang dikontrol adalah level air di dalam tangki. Perilaku kuantitas dikontrol dapat diikuti secara visual sehingga masiswa dapat memahami konsep-konsep dasar pengendalian dan peraturan teknik secara intuitif. Mahasiswa dapat memeriksa dari efek dari parameter control ytnag berbedaterhadap kinerja rantai control dan stabilitas sistem. 2.1.2 komposisi dari unit CRL terdiri dari: Proses riq dengan katup pneumatic dan peralatan listrik ( kode 916422 ) Kontrol dan monitoring software CRS ( kode 917020 ) Opsional mini req regulator elektronik (kode 916940) Opsional MRRP pneumatic mengendalikan dan merekam modul (kode 971704) Opsional listrik kompressordengan peredam ( kode 971227 ) The CRL/unit E terdiri dari: Proses riq dengan katup listrik dan peralatan listrik (kode 916929) Kontrol monitoring software CRS (kode 917020) Opsional listrik compressor mini req regulator elektronik (kode 916940) 2.1.3 DESKRIPSI

Proses rig dan peralatan listrikTujuan dan proses ini adalah untuk mengontrol level air didalam tangki dihadapan gangguan output. Level air yang diperoleh dengan suatu tranduser tekanan, diubah menjadi sinyal listrik (y) dan disediakan untuk peralatan listrik page 2 level air dikendalikan dengan menyesuaikan jumlah air dimasukkan ke dalam tangki dengan pompa sentrifugal.

Dalam CRL unit ini dilakukan dengan cara katup pneumatic dan dalam UNIT E/CRL unit ini dilakukan melalui katup listrik bermotor kontrol loop tertutup dapat dikatakan dengan cara yang berbeda, Melalui perangkat lunak, dengan menggunakan program perangkat lunak CRS dan pada berjalan pada personal computer. Melalui sistem proge tahan dimasukkan kedalam tangki. Melalui regulator elektronik opsional mini reg Melalui regulator elektronik opsional mini req Melalui regulator pneumatic opsional, MRPP Tindakan kontrol adalah,sal;ah satu dari tipe PID (PROPORSIONAL

INTEGRAL DEVIRATIF)/ on-off dan dicapaidengan membandingkan sinyal, sesuai dengan level aktual dengan sinyal set point yang dipilih oleh operator / pengguna. Sebagai fungsi kontrol logika, regulator menghasilkan sinyal penggerak (x) yang bekerja pada katup atau dan mengubah kuantitas air yang masuk kedalam tangki. Selain itu, personal komputer dapat mengontrol gangguan aliran air yang meninggalkan tangki dengan menghasilkan sinyal (n) yang bekerja pada katup solenoid. Peralatan listrik termasuk kontrol untuk komponen listrik utama unit AD/DA konversi papar untuk antarmuka dengan personal komputer melalui jalur radial RS 232, indicator digital untuk menampilkan level air. CRS/L pengendalian dan software monitoring perangkat lunak kontrol dan monitoriong berjalan di lingkungan MS.WINDOWS, memungkinkan untuk melakukan baik PID atau on-off kontrol jenis digital melalui perangkat lunak. Parmeter kontrol dapat diatur secar independent dan secara real time dan sehinggadapat karakteristik dari set point dan sinyal gangguan. Perangkat lunak ini memungkinkan untuk mengamati proses secara real time dengan menampilkan pada

layar diagram dikendalikan kuantitas, sinyal pelaksanaan, sinyal set point setiap saat. Sedangkan sampel sinyal dan parameterkontrol dapat disimpan dalam file, daloam format Ascll atau dicetak. Hal ini juga memungkinkan untuk menggunakan perangkat lunak hanya untuk mengamatiproses menggunakan regulator eksternal (misalnya mini req opsional). Dalam kasus ini, adalah untuk mungkin mengirimkan set point untuk regulator melalui perangkat. 2.1.4 PERCOBAAN

Studi proses dan komponen tinggi Penentuan karakteristik proses loop terbuka Penentuan karakteristik proses loop tertutup dengan PID dan efek dari tiga kegiatan pengendali (proporsional,integral,derivative) Studi stabilitas sistem dalam kondisi yang berbeda dan kalibras9i tekanan kontrol yang berbeda Penentuan karakteristik loop tertutup dengan on-off kontrol dan efek dari parameter regulator Demonstrasi penggunaan suatu regulator tipe elektronik dengan remote setpoint Demontrasi penggunaan regulator dan perekam jenis pneumatic (dengan regulator MRRP opsional, tidak tersedia pada CRL/E ) 2.1.5 Diperlukan PC konfigurasi Perangkat keras IBM PC atau kompatibel min 486 dengan harddisk, kartu gratis VGA atau lebih tinggi, mouse,Ram 8 GB, satu serial RS232 port yang tersedia. Printer Perangkat lunak MS-Windows 3.1 MS-Windows 95

2.1.6

LAYANAN YANG DIPERLUKAN

Power supply listrik ac 220/240 V 50/60 Hz Pasokan pneumatic 2-5 Bar (tidak diperlukan dengan CRL / E ) 2.1.7 berat dan Dimensi Dimensi : 770 x 450x 110 mm Berat : 50 kg. 2.2 PENGERTIAN SISTEM KONTROL Sistem kontrol merupakan sebuah sistem yang meliputi pengontrol variablevariabel seperti temperatur, tekanan, aliran level, dan kecepatan.

1) Sistem kontrol secara manual (open loop control) Proses pengaturan dilakukan secara manual oleh operator dengan mengamati keluaran secar visual, kemudian dilakukan koreksi variable-variabel kontrol yang mempertahankan hasil keluarannya. Perubahan ini dilakukan secara manual oleh operator setelah mengamati hasil keluarannya melalui alat ukur atau indikator. Keluaran

Pengatur controlled

Proses/plant

Sistem pengendali loop terbuka 2) Sistem kontrol secara otomatis (close loop control).

Sistem dapat melakukan koreksi variable x, kontrolnya secara otomatis dikarenakan ada rangkaian tertutup sebagai umpan balik dan hasi keluaran menuju ke masukan setelah dikurangkan dengan spnya.

masukan

keluaran

Perbandingan

pengatur

Proses/plant

pengukuran

sistem penngendali loop tertutup

2.32.3.1

Sistem pengendali.Jenis atau mode pengendali

Secara garis besar pengendali dibagi menjadi 2 bagian, yaitu : 1. Pengendali tidak menerus 2. Pengendali menerus Berikut ini dijelaskan masing-masing jenis alat pengendali, serta logika cara kerjanya. 1) Alat pengendali (on-off) atau tidak menerus Cara kerja pengendali yang paling dasar adalah mode on-off atau yang sering disebut mode dua posisi. Jenis pengendali on-off ini merupakan contoh dari mode pengendali tidak menerus (diskontinyu). Mode ini paling sederhana, murah dan

seringkali bisa dipakai untuk mengendalikan proses-proses yang penyimpangannya dapat ditoleransi. Sebagai cotoh adalah pengendali temperatur ruangan dengan memakai AC. Secara matematis pengendali on-off bisa dituliskan. P= 100% untuk E < 0 0% untuk E > 0 Dengan, P = keluaran dan E= galat Dari pernyataan matematis di atas dapat disimpulkan bahwa jenis pengendali on-off hanya dapat mengeluarkan keluaran 0 dan 100%. Pemakaian jenis pengendali on-off jarang dijumpai pada industri karena pengendalian dengan menggunakan jenis pengendali ini menghasilkan penyimpangan-penyimpangan yang cukup besar. Pada industri kimia peubah yang dikendalikan, pada umumnya, tidak boleh memiliki galat yang terlalu besar. Pada jenis pengendali on-off untuk memberikan batas rentang maksimum dan minimum saat pengendali bekerja dibatasi daerah netral.

Keluaran daerah netral

(-)

E=0

(+)

kesalahan

Gambar Daerah netral pengendali on-off Pengertian daerah netral dapat dijelaskan sebagai berikut.

Misalkan pengendali off pada posisi E = 0 (Gambar 4.5). apabila pengedali off, peubah yang dikendalikan turun ke bawah harga yang diinginkan galat bergerak dari E = 0 menuju daerah E yang bertanda (-). Pada saat tepat mencapai titik yang bertanda (-) pengendali akan on menyebabkan yang dikendalikan mulai naik. Galat berubah dari titik yang bertanda (-) menuju titik yang bertanda (+). Tepat pada saat E mencapai titik (+) alat pengendali off, demikian seterusnya. Daerah rentang bekerjanya alat mulai titik E(-) sampai E(+) disebut Daerah Netral atau Daerah Diferensial. Makin sempit daerah netral semakin cepat pengendali bekerja dari posisi on ke posisi off, demikian juga sebaliknya.

2) Alat pengendali menerusPengendali on-off baru bekerja apabila galatnya telah melewati rentang daerah netral yang ditentukan. Pengendali jenis ini hanya bekerja pada dua posisi dengan keluaran 0% dan 100%. Pada pengendali menerus keluarannya terus menerus. Setiap menerima masukkan galat, pengendali memberikan keluaran yang bergeser pada rentang 0% sampai 100% sebanding dengan galatnya. Mode pengendali menerus ada beberapa macam, yaitu 1. Mode proposional (P); 2. Mode proposional integral (PI); 3. Mode proposional derivatif (PD); 4. Mode proposional integral derivatif (PID).

Mode proposionalKeluaran pengendali proposional sebanding dengan galatnya. Bila dituliskan dalam bentuk matematis adalah :

P = KcE + PoDengan, P Po Kc E = = = = keluaran keluaran pengendali pada E = 0 gain pengendali error (galat)

Seringkali istilah gain pengendali dinyatakan dalam bentuk proposional band (Band Width) yang diberikan notasi Pb.

Hubungan Pb dan Kc adalah :Pb = 100 Kc

Harga Pb berkisar = 0 500 Pengertian proposional band adalah rentang galat maksimum sebagai masukan pengendali yang dapat menyebabkan pengendali memberikan keluaran pada rentang maksimumnya. Pengertian ini akan lebih mudah difahami dengan contoh 4.6 dibawah ini.

Mode Proporsional Integral ( PI )Tentu saja pengendali proporsional e (t) tidak pernah bernilai nol jika kita mengharapkan x (t) tidak sama dengan nol. Pengendalian dapat dirancang menjadi bentuk LP, sinyal akan menjadi proporsional (to the discrepancy) dan nilai differensial. X(t) = Kp. e(t) + K.I.Int (o,t,e(s)); T1 = 1KI

Pengaruh penambahan integral adalah : a. Memperlambat respon b. Cenderung stabil

Mode Proporsional Integral Diferensial (PID)Aksi kontrol yang ketiga dapat ditambahkan untuk mempercepat respon, yaitu derivative action. Meskipun respon cepat tetapi sistem menjadi peka terhadap noise/bising/turbulen, karena derivative perubahan error persamaan yang ada dalam PID. x (t) = Kp. e (t) + KI Int (0, t, e (v) + Kd. d(e(t))

Koefisien Kd seperti istilah koefisien integral juga diketahui sebagai waktu derivative atau waktu kenaikan (advance) Td = Kd

2.4

Sistem Orde PertamaSistem orde pertama adalah sistem yang keluarannya dapat dimodelkan atau

didekati dengan suatu persamaan matematis berupa persamaan differensial orde pertama. Bentuk umum sistem orde pertama untuk sistem linier atau linierisasi orde pertama adalah: a1 dydt+ a0 y = b f(t) dengan : a1, a0 dan b f(t) = konstanta = fungsi masukan

jika a0 0, persamaan dapat ditulis: a1a0+dydt+y= ba0 f(t)

Selanjutnya didefinisikan: a1a0= dan da0=kp Alih bentuk Laplace Alih bentuk laplace merupakan metode yang sesuai untuk menyelesaikan persamaan differensial. Metode alih bentuk laplace juga memudahkan penyusunan model masukan-masukan yang sangat berguna menganalisa dan memahami mekanisme kerja sistem pengendalian proses.

Definisi Alih Bentuk Laplace Alih bentuk laplace suatu fungsi f(t) menjadi f(s) mengikuti persamaan: f(s) = 0fte-st dt dengan f(s) = L {f(t)}

2.5

Konfigurasi Sistem Pengendali1. Pengendali umpan maju Logika kerjanya alat pengendali melakukan tindakan sebelum gangguan memberikan akibat pada proses. Umumnya mempergunakan pengatur (controller) serta aktuator kendali (control actuator) yang berguna untuk memperoleh respon sistem yang baik. Sistem kendali ini keluarannya tidak diperhitungkan ulang oleh kontroler. Suatu keadaan apakah plant benar-benar telah mencapai target seperti yang dikehendaki masukan atau referensi, tidak dapat mempengaruhi kinerja kontroler.

Gambar 2.1 Sistem pengendalian umpan maju

2. Pengendali umpan balik Logika kerjanya alat pengendali melakukan tindakan setelah gangguan memberikan akibat pada proses. sistem kendali ini memanfaatkan variabel yang sebanding dengan selisih respon yang terjadi terhadap respon yang diinginkan.

G ambar 2.1 Sistem pengendalian umpan balik

3. Pengendali Interensial Yaitu jenis pengendali yang menggunakan hasil pengukuran sekunder untuk mengatur peubah pengendalinya, misalnya untuk kasus pengaturan level. Hasil pengukuran yang dikontrol adalah aliran masuk dan keluar. 2.6 Sensor Sensor bertugas mendeteksi gerakan atau fenomena lingkungan yang diperlukan sistem kontroler. Sistem dapat dibuat dari sistem yang paling sederhana

seperti sensor on/off menggunakan limit switch, sistem analog, sistem bus paralel, sistem bus serial serta si stem mata kamera.

Liquid level sensor Liquid level sensor atau sensor level cairan digunakan untuk mengukur tinggi cairan dalam wadah / kontainer. Sensor ini diklasifikasikan menjadi dua : 1. Sensor level diskrit Sensor ini digunakan untuk mengetahui saat dimana cairan mencapai level tertentu. Tipe paling sederhana adalah dengan menggunakan float (pelampung) dan limit switch, contoh lainnya adalah menggunakan photosensor dan resistance probe.

Gambar 2.3 Jenis-jenis sensor level disktrit 2. Sensor level kontinu Sensor ini menghasilkan sinyal yang proporsional terhadap level cairan. Contohnya adalah dengan menggunakan :

a) Float and pot b) Sensing preasure head c) Weighing tank d) Electrodes measure R or C e) Ultrasonic ranging

Gambar 2.3 Jenis-jenis sensor level kontinu

GAMBAR PERALATAN

Gambar 2.4 seperangkat alat crl

Gambar 2.5 Seperangkat PC pengendalian crl

BAB III DATA PENGAMATANTabel 3.1 Tabel data pengamatan percobaan 1 CRL noise (30%)

Waktu (Menit)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Set point Proporsional band Integral constan Derrivative constan

Control variable93.2 69.8 88.3 72.8 75.1 77.9 67.7 82 61.6 82.9 64.4

Actual signal0 0.8 0 0.8 0.1 0 0 0.4 1.1 0.2 1.4

= 40 % = 150 % = 0.3 menit = 0.3 menit

Gambar 3.1 Grafik pengendalian CRL percobaan 1 Tabel 3.2 Tabel data pengamatan percobaan 2 CRL dengan noise (30%)

Waktu (Menit)

Control variable

Actual signal

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Set point Proporsional band Integral constan Derrivative constan = 50 % = 150 % = 1 menit = 1 menit

100 100 93.4 80.4 88.2 65.8 83.9 62.8 77 67.2 67.4

0 0 1.8 0.3 0.4 0.3 0.2 5.8 0.6 1.8 0.3

Gambar 3.2 Grafik pengendalian CRL percobaan 2

BAB IV PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN4.1 PembahasanPada praktikum pengendalian level ini kami menggunakan alat CRL (control regulation level), dimana air yang berada di dalam tangki akan di control levelnya, apabila terjadi kelebihan level air maka sensor akan mengirim signal ke transmiter selanjutnya ke transduser yang berfungsi untuk mengubah sinyal elektrik ke signal pneumatic dan dilanjutkan kedalam proses control. Kami melakukannya dengan 2 percobaan dengan prosedur kerja yang telah ada.

Pada percobaan yang telah dilakukan, dari grafik yang didapatkan terlihat kenaikan dan penurunan yang terjadi, hal ini dikarenakan pengendali mendapatkan noise ataupun gangguan, sehingga alat pengendali ini terus menstabilkan proses kearah set poin. Terlihat jelas pada grafik bahwa pengendalian yang naik turun ini terus menstabilkan proses menuju kepada keadaan yang diinginkan (set point). Semakin lama proses berjalan maka akan semakin stabil prosesnya, yaitu menuju set point. Namun pada percobaan ini didapatkan set point yang terpaut jauh dari proses, hal ini mungkin terjadi dikarenakan kesalahan pahaman kami dalam pemasukan data ke program pengendalian atau mugkin dikarenakan alat yang sudah mengalami gangguan sehingga data yang didapatkan tidak sesuai dengan keinginan. Tujuan pengendalian ini mengendalikan keadaan proses yang diberikan gangguan atau noise menuju kestabilan proses.

1.2. Kesimpulan

Setelah melakukan praktikum ini saya dapat mengambil beberapa kesimpulan:

Suatu sistem pengendalian akan sulit stabil jika gangguan yg terjadi dalam suatu proses besar. Suatu ganguan sangat berpengaruh pada sistem pengendalian.Alat yang dilakukan pada percobaan ini adalah CRL ( control Regulation level )

DAFTAR PUSTAKA http://majarimagazine.com/2008/02/pengendalian proses 1/. Diakses pada tanggal 02 Mei 2011 http://repository.usu.ac.id/handle/123456789/1347. Diakses pada tanggal 02 Mei 2011 htpp // www. didacta. it. Automation and Prosess Control. Diakses pada tanggal 02 Mei 2011 http://majarimagazine.com/2008/02/pengendalian proses 1/ Diakses pada tanggal 02 Mei 2011 http://repository.usu.ac.id/handle/123456789/1347 Diakses pada tanggal 02 Mei 2011