quality of service pid prediktif pada networked...

QUALITY OF SERVICE PID PREDIKTIF PADA NETWORKED CONTROL SYSTEM DENGAN VARIABEL WAKTU TUNDA DAN KEGAGALAN PENGIRIMAN DATA

Ujian Tugas Akhir – Bidang Studi Teknik Sistem Pengaturan, Jurusan Teknik Elektro – FTI – ITSSurabaya, Juni 2013

MONDA PERDANA2211105052

TOPIK PEMBAHASAN

PENGUJIAN DAN SIMULASIPERANCANGAN SISTEM

KESIMPULAN

PENDAHULUAN

PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

PERMASALAHAN

BATASAN MASALAH

TUJUAN

LATAR BELAKANG

Keuntungan menggunakan jaringan komunikasi data

Perkembangan jaringan komunikasi data

Permasalahan yang timbul akibat penerapan jaringankomunikasi data pada sistem kontrol

Kontroler konvensional tidak dapat mengkompensasipermasalahan yang terjadi

PERMASALAHAN

Waktu tunda dan kegagalan pengiriman paket data

Waktu tunda bersifat dinamis (berubah-ubah)

Performa sistem tidak stabil

Diperlukan kontroler yang dapat mengkompensasi waktutunda dan kegagalan pengiriman paket data

BATASAN MASALAH

Media transmisi yang digunakan adalah kabel UTP

Waktu tunda yang terjadi merupakan penjumlahan dariwaktu pengiriman antara kontroler menuju plant danplant menuju kontroler

Rugi-rugi jaringan komunikasi yang lain diabaikan

TUJUAN

Kompensasi waktu tunda dan kegagalan pengirimanpaket data pada NCS melalui kontroler PID Prediktif

Menentukan nilai waktu tunda maksimum yang ditoleransi oleh sistem

Arsitektur NCS

Arsitektur NCS dengan menggunakan dua buah PC

UTP

UTP

JARINGAN LAN

Kontroler

Plant

PLTU

•

Deaerator

Boiler DrumLevel

Combustion

Turbine Generator

SIMULATOR PLTU

SIMULATOR PLTU – Virtual Plant(2)

Deaerator

Drum Level Boiler

G2

G1Feed Water

Flow Steam

Level+

+

SIMULATOR PLTU – Virtual Plant(3)

Pressure Steam & Combustion

Turbin Generator

GAS

AIRCurrent in Pressure

++

COAL

AKTUATOR+

FURNICE BOILER

SIMULATOR PLTUFeed water and Dosing

SIMULATOR PLTUBoiler Water and Steam

BOILER DRUM LEVEL (1)

Persamaan karakteristikDinamis Boiler Drum Level

Sistem sirkulasi air dan uap

Persamaan karakteristikDalam bentuk state space

DD

DDWW

WW uk

dtduTuk

dtduT

dtdhT

dthdTT 12

2

21

2

1010

TA

2

21

2

21

21

0

TTTTK

TTK

TTT

BDDW

D

01C

Txxx 21 TDW uuu

BOILER DRUM LEVEL (2)

Dimana

Koefisien pemancar level air (T1) = 0.95

Koefisien penampang boiler (T2) = 30

Koefisien aliran air (TW) ≈ 0

Koefisien aliran uap (TD) = 3.24

Koefisien pemancar aliran air(KW) = 0.037

Koefisien pemancar aliran uap(KD) = 0.37

Sistem sirkulasi air dan uap

Persamaan karakteristik Dalambentuk Transfer Function (TF)

ss

sGw

230035.0

ssssGD

215

035.007.3

Kontroler PID

• Kp = 5.58

• Ki = 0.159

• Kd = 115.9

ss

sGw

230035.0

ss

ssGD

215

035.037.0

Blok diagram Kontroler PID

RANCANG KONTROLER MPC

Bm +-

q-1 Cm

Cm

1-q-1

-Kx

1/(1-q-1)

++

-Ky

+ - r

y(k)xm(k)xm(k+1)

u(k)

∆u(k)

Blok diagram Kontroler MPC


1. Mengubah model Plant kedalam bentuk diskrit, sehingga didapat matriks Augmentasi

2. Menentukan prediksi state dan Variabel Output

PNCA

CACACA

F

3

2

BCABCABCABCA

CBCABBCACBCAB

CB

CPPPP NNNNN

321

2 000000

kuBC

Bkykx

IACA

kykx

B

mm

m

kx

m

A

mm

T

mm

kx

m

0

11

1

kx

m

m kykx

Iky

0


3. Optimisasi sinyal Kontrol

4. Mendapatkan “Gain mpc” dan “Gain y”

5. Sistem close loop krBKkxBKkAxkx ympc 1

xympc KKK

FRK TT

mpc 1

is

TT kFxRRU 1

PENGUJIAN dan SIMULASI

SIMULASI

IMPLEMENTASI

SIMULASI

Open Loop

0 100 200 300 400 500 6000

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Time (s)

Tanpa Kontroler

Respon sistemFlow Feedwater

Lev

el (m

m)

SIMULASI

Plant dengan Kontroler PID pada NCS

0 100 200 300 400 500 600

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Time (s)

Leve

l (m

m)

Level/SteamLevel/Feedwater

SIMULASI

Plant dengan Kontroler PID

0 100 200 300 400 500 6000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Time (s)

Leve

l (m

m)

Respon sistemSet point

SIMULASI

Plant dengan Kontroler PID pada NCS

0 100 200 300 400 500 600-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

Time (s)

Leve

l (m

m)

Respon sistemSet point

SIMULASI

Variasi waktu tunda dengan kontroler PID Prediktif (1)

0 100 200 300 400 500 6000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Time (s)

Leve

l (m

m)

Delay 0.1msDelay 0.2msDelay 0.3ms

1.109

1.11

1.111

1.112

1.113

1.114

1.115

1.116

Leve

l (m

m)

SIMULASI


0 100 200 300 400 500 6000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Time (s)

Leve

l (m

m)

Delay 0.1msDelay 1msDelay 2ms

1.06

1.08

1.1

1.12Le

vel (

mm

)

SIMULASI

Spesifikasi Respon Sistem pada Simulasi denganKontroler PID Prediktif

Waktu Tunda tp Mp ζ ωn ts(±5%)0.1 ms 92.37 detik 0.114 0.5688 0.0413 rad/detik 127.609 detik

0.2 ms 92.7 detik 0.113 0.5703 0.0412 rad/detik 127.547 detik


1 ms 92.14 detik 0.116 0.5657 0.4132 rad/detik 128.319 detik

2 ms 92.26 detik 0.116 0.5657 0.4127 rad/detik 128.486 detik


Hasil Overshoot sistem melalui NCS padasimulasi semakin tinggi seiring semakin besarwaktu tunda

IMPLEMENTASI


0 1 2 3 4 5 6 7 8-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

Time (s)

Leve

l (m

m)

IMPLEMENTASI


0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

2

4

6

8

10

12

Time (s)

Leve

l (m

m)

Respon SistemSet point

Overshoot 0.0187 dengan waktu puncak (tp) 639 detik

KESIMPULAN

• Pengaruh waktu tunda dapat di kompensasi denganmenggunakan kontroler MPC

• Besar waktu tunda pada simulasi tidak lebih dari 3.5 ms

• Variasi waktu tunda pada simulasi plant dan NCS diperoleh %Mp= ±11.5%, ts(±5%)=±128.388 detik daness=0%

• Implementasi PID Prediktif pada NCS memiliki waktustady state lebih lambat dibandingakan pada simulasi

TERIMA KASIH

SIMULASI PLTU – HMI

• Feed water Tank and Dosing• Boiler Water and Steam• Service Water and Steam• Circulate Water• RO System• RO System Filter• RO System Vessel• RO System Dosing• RO System Make Iup Water Tank• RO System Condensate

1. Water Treatment

• Combustion air and Flue Gas• Soot Blowing• Bottom Ash• Limestone• Solid Fuel System• Coal Handling• Diesel Oil System• Boiler Safety

2. Combustion • Compressed Air• Turbine Steam system• Measurement• Turbine Lubrication System• Turbine Generator System• Steam Diagram• Power Distribution Diagram• IO Cabinet• MCC Location

3. Power Generator

SIMULATOR PLTU – OPC DataHub

Konfigurasi OPC Datahub

SIMULATOR PLTU – HMI 1(Water Treatment)

SIMULATOR PLTU – HMI 2(Combustion)

SIMULATOR PLTU – HMI 3(Power Generator )

SIMULASI


0 100 200 300 400 500 6000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Time (s)

Leve

l (m

m)

Delay 2msDelay 3.2msDelay 3.5ms

KONTROLER PID

Tabel 1. Kontroler PID – model FOLIPD

(First Order Lag plus Integral Plus time Delay)Rule Kc Ti Td Comment

Kristianssonand

Lennartson

1Kc Ti Td 0 ≤ τm/Tm < 0.25

2Kc Ti 0.25 ≤ τm/Tm < 13Kc Ti 1 ≤ τm/Tm < 50

quality of service pid prediktif pada networked...

Documents