Pengendalian Proses

CHS32024 - 3 SKSIr. Abdul Wahid, MT.Departemen Teknik Kimia

FTUI

Uraian Singkat MA Pengendalian Proses

• Mata Ajar Pengendalian Proses adalah – Mata Ajar wajib program S1 Teknik

Kimia – Bobot 3 SKS.

• Di Departemen Teknik Kimia FTUI, MA ini diajarkan di – semester 5 (program S1 reguler) dan – semester 8 (program S1 ekstensi).

Filosofi Pengendalian Proses

Pemodelan Dinamik(Mekanistik)

Analisis Perilaku Model Dinamik

Pengendalian Proses

Pemodelan EmpirikPengendalian Proses

Penyetelen Kontroler

Analisis Stabilitas

Mata AjarSebelumnya

Mata AjarSedang Berjalan

SIMULASI(LAB. MAYA)

MODULINTERAKTIF

Next

VIDEO

LectureNotes

MetodeWILMO

Disain Pembelajaran SAP

Disain

Tujuan PembelajaranSetelah mengikuti MA Pengendalian Proses,

mahasiswa:• mampu mengkonstruksi pengetahuan dari

mata ajar yang sebelumnya dan yang bersamaan dengan mata ajar ini,

• mampu menjelaskan tiga persoalan penting dalam pengendalian proses, yaitu

– 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

Jadwal Kuliah

•Selasa–Jam 16.30 – 19.00–Ruang K105

CHS32024E Edisi 5 Peb ‘07

Akses Internet• Puskom FTUI• Lab SPK DTK FTUI

CHS32024E Edisi 5 Peb ‘07

Tujuan PembelajaranSetelah mengikuti MA Pengendalian Proses,

mahasiswa:• mampu mengkonstruksi pengetahuan dari

mata ajar yang sebelumnya dan yang bersamaan dengan mata ajar ini,

• mampu menjelaskan tiga persoalan penting dalam pengendalian proses, yaitu– 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

SAP

Sasaran Pembelajaran• Sasaran Afektif (ATTITUDE)• Sasaran Psikomotorik (SKILL)• Sasaran Kognitif (KNOWLEDGE)

SAP

Sasaran Afektif (ATTITUDE)• 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

Sasaran

Sasaran Psikomotorik (SKILL)

• 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

Sasaran

Sasaran Kognitif (KNOWLEDGE)

• 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 • 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

Sasaran

Kegiatan Belajar-Mengajar (1)

Pkn

Pokok Bahasan & Sub Pokok Bahasan

Tujuan Instruksional Umum dan/atau Sasaran

Pembelajaran

Kegiatan

Media Tugas Evaluasi

1 PENGANTAR PENGENDALIAN PROSESKenapa Pengendalian Proses dan Kenapa Sekarang?Pertanyaan Dasar tentang Pengendalian

Menjelaskan konsep umpan-balik (feedback) yang diaplikasikan pada kontrolMenjelaskan dan mengidentifikasikan tiga unsur dalam lup berumpan-balik (feedback loop)Dapat menerapkan umpan-balik manual pada beberapa contoh proses kimia

Kuliah Latihan

LCD Notebook

Papan Tulis

Akses WILMOTugas 1

PR

2 OBYEKTIF DAN BENEFIT PENGENDALIAN•Tujuh (7) Obyektif Pengendalian•Ukuran variabilitas•Dampak ekonomi dari variabilitas

Mengenal contoh-contoh dari tujuh (7) obyektif pengendalian pada proses-proses kimiaMenghitung indikator dari variabilitas pada variable prosesDapat menghitung dampak ekonomi dari variabilitas

Kuliah Latihan

LCD Notebook

Papan Tulis

Akses WILMOTugas 2

Kuis 1

Kegiatan Belajar-Mengajar (2)

3 PRINSIP PEMODELAN MATEMATIKA•Alasan mengapa kita perlu model dinamik•Enam (6) - tahapan prosedur pemodelan•Kesimpulan umum tentang model

Merumuskan model dinamik didasarkan pada prinsip neracaMenyelesaikan model dinamik orde satu yang sederhanaMenentukan aspek kunci yang bagaimana dari dinamik bergantung pada disain dan operasi proses

Kuliah Latihan Respon

si

LCD Notebook

Papan Tulis

Akses WILMOTugas 3

4-5 PEMODELAN DAN ANALISIS PENGENDALIAN PROSESTransformasi LaplacePenyelesaikan model dinamik linearStruktur model fungsi alihFitur kualitatif secara langsung dari modelRespon frekuensi

Menyelesaikan model dinamik linear orde satu dan dua secara analitisMenyatakan model dinamik kedalam fungsi alih (transfer function)Memperkirakan fitur penting dari perilaku dinamik dari dari model tanpa menyelesaikannya

Kuliah Latihan

LCD Notebook

Papan Tulis

Akses WILMOTugas 4

Kuis 2

Kegiatan Belajar-Mengajar (3)6 PERILAKU DINAMIK

SISTEM PROSES YANG KHASSistem dinamik sederhana: First order, Second order, Dead time dan (Non) Self-regulatoryStruktur penting dari sistem yang sederhana: Series, Parallel, Recycle dan Staged

Memprediksi output untuk input yang khas untuk sistem dinamikMenurunkan dinamik sistem tersebut untuk struktur penting dari sistem dinamik sederhanaMengetahui efek yang besar pada proses dinamik yang disebabkan oleh struktur proses

Kuliah Latihan Respon

si

LCD Noteboo

kPapan Tulis

Akses WILMOTugas 5

7 IDENTIFIKASI MODEL EMPIRIKDisain eksperimen untuk bangunan modelProcess reaction curve (graphical)Estimasi parameter statistik

Disain dan implementasi sebuah eksperimen yang baikMelakukan kalkulasi secara grafikMelakukan kalkulasi secara statistikMengkombinasikan pemodelan dasar dan empirik untuk sistem proses kimia

Kuliah Latihan Respon

si

LCD Noteboo

kPapan Tulis

Akses WILMO Tugas 6

Kuis 3

UJIAN TULIS MID TEST

Kegiatan Belajar-Mengajar (4)

8 LUP BERUMPAN-BALIKElemen-elemen lup yang khasVariabel berhubungan dengan obyektif pengendalianUkuran-ukuran kinerja pengendalian yang khasLima pendekatan terhadap pengendalian berumpan-balik

Mengidentfikasi elemen-elemen penting pada lup berumpan-balikMemilih variabel-variabel kandidat yang cocok untuk dikendalikan dan dimanipulasiMengevaluasi data kinerja pengendalian menggunakan ukuran standar dari kinerja dinamik

Kuliah Latihan

LCD Notebook

Papan Tulis

Akses WILMO

9 PENGENDALI PIDFitur-fitur umum dan sejarah PIDModel Proses dan kontroler – Diagram Blok Tiga jenis kontroler dengan fitur-fiturnya: Proportional, Integral dan DerivativePerilaku dinamik yang khas

Memahami kekuatan dan kelemahan tiga jenis kontroler PIDMenentukan model sistem berumpan-balik menggunakan aljabar diagram blokMenetapkan sifat-sifat umum berumpan-balik PID dari model lup tertutup

Kuliah Latihan Responsi

LCD Notebook

Papan Tulis

Akses WILMO

Kuis 4

Kegiatan Belajar-Mengajar (5)10-

12PENYETELAN PENGENDALI PIDPendekatan trial-and-error - kenapa tidak digunakanDefinisi masalah tuningMenyelesaikan dan Mengembangkan korelasiMenerapkan korelasi ke contoh-contohKehalusan penyetelan - sentuhan pribadi

Menjelaskan sasaran kinerja yang kita cari hingga ketemu lewat penyetelan (tuning). Menerapkan prosedur penyetelan menggunakan kurva reaksi porses (process reaction curve) dan persamaan tuning.Perbaikan kinerja lebih lanjut dengan penyetelan yang baik

Kuliah Latihan

LCD Notebook

Papan Tulis

Akses WILMO

Kuis 5

13-14

ANALISIS STABILITASDefinisi stabilitasPeninjauan kembali menentukan akar persamaan karakteristik (PK)Pengantar metode stabilitas BodePenerapan penentuan beberapa kecenderungan umum pada sistem berumpan-balik

Menentukan stabilitas dari sebuah proses tanpa pengendalianMenentukan stabilitas dari sebuah sistem pengendalian berumpan-balik lup tertutupMenggunakan pendekatan ini untuk mempelajari bagaimana dead time mempengaruhi stabilitas

Kuliah Latihan Responsi

LCD Notebook

Papan Tulis

Akses WILMO

Tugas Akhir

Kuis 6

UJIAN TULIS FINAL TEST

SAP

Evaluasi

25Ujian Akhir Semester5

25Ujian Tengah Semester4

10Akses WILMO3

30Tugas/Quiz2

10Absensi1

PERSENTASE (%)

KOMPONENNO

E0 – 29,95

D30 – 55,94

C56 – 69,93

B70 – 79,92

A85 – 1001

BOBOTRENTANG NILAINO

SAP

Perkembangan Nilai 1998 – 2006

Filosofi Pengendalian Proses

1. Pengantar pengendalian proses– 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

2. Obyektif dan benefit pengendalian– Mengenal contoh-contoh dari tujuh (7) obyektif

pengendalian pada proses-proses kimia– Menghitung indikator dari variabilitas pada variable

proses– Dapat menghitung dampak ekonomi dari variabilitas

Disain

Pemodelan Dinamik3. Prinsip pemodelan matematika

– Merumuskan model dinamik didasarkan pada prinsip neraca– Menyelesaikan model dinamik orde satu yang sederhana– Menentukan aspek kunci yang bagaimana dari dinamik

bergantung pada disain dan operasi proses

4. Pemodelan dan analisis pengendalian proses– Menyelesaikan model dinamik linear orde satu dan dua

secara analitis– Menyatakan model dinamik kedalam fungsi alih (transfer

function)– Memperkirakan fitur penting dari perilaku dinamik dari dari

model tanpa menyelesaikannya

Disain

Analisis Perilaku Model DinamikPengendalian Proses

5. Perilaku dinamik sistem proses yang khas– Memprediksi output untuk input yang khas

untuk sistem dinamik– Menurunkan dinamik sistem tersebut

untuk struktur penting dari sistem dinamik sederhana

– Mengetahui efek yang besar pada proses dinamik yang disebabkan oleh struktur proses

Disain

Pemodelan Empirik Pengendalian Proses

6. Identifikasi pemodelan empirik– Disain dan implementasi sebuah

eksperimen yang baik– Melakukan kalkulasi secara grafik– Melakukan kalkulasi secara statistik– Mengkombinasikan pemodelan dasar dan

empirik untuk sistem proses kimia

Disain

Penyetelan Kontroler7. Lup berumpan-balik

– Mengidentfikasi elemen-elemen penting pada lup berumpan-balik– Memilih variabel-variabel kandidat yang cocok untuk dikendalikan dan

dimanipulasi– Mengevaluasi data kinerja pengendalian menggunakan ukuran standar dari

kinerja dinamik8. Algoritma PID

– Memahami kekuatan dan kelemahan tiga jenis kontroler PID– Menentukan model sistem berumpan-balik menggunakan aljabar

diagram blok– Menetapkan sifat-sifat umum berumpan-balik PID dari model lup

tertutup

9. Penyetelan kontroler PID untuk kinerja dinamik– Menjelaskan sasaran kinerja yang kita cari hingga ketemu lewat

penyetelan (tuning). – Menerapkan prosedur penyetelan menggunakan kurva reaksi

porses (process reaction curve) dan persamaan tuning.– Perbaikan kinerja lebih lanjut dengan penyetelan yang baik Chart

Analisis Stabilitas10. Analisis Stabilitas Pengendalian P

roses

– Menentukan stabilitas dari sebuah proses tanpa pengendalian

– Menentukan stabilitas dari sebuah sistem pengendalian berumpan-balik lup tertutup

– Menggunakan pendekatan ini untuk mempelajari bagaimana dead time mempengaruhi stabilitas.

Disain

Silabus MA Pengendalian Proses

1. Pengantar pengendalian proses2. Obyektif dan benefit pengendalian3. Prinsip pemodelan matematika4. Pemodelan dan analisis pengendalian proses5. Perilaku dinamik sistem proses yang khas6. Identifikasi pemodelan empirik7. Lup berumpan-balik 8. Algoritma PID9. Penyetelan kontroler PID untuk kinerja

dinamik10. Analisis Stabilitas Pengendalian Proses

http://www.chemeng.ui.ac.id/~wahid/kendali1.htm Disain

http://www.chemeng.ui.ac.id/~wahid/kendali1.htm

Rujukan• Textbook:

T. Marlin, Process Control: Designing Processes and Control Systems for Dynamic Performance, 2nd Edition, McGraw-Hill, New York, 2000

• Rujukan :1. Carlos A. Smith, Armando B. Corripio, Principles and Practice of

Automatic Process Control, John Wiley & Sons, 1985, ISBN 0-471-88346-82. D. E Seborg, T. F. Edgar, D. A. Mellichamp, Process Dynamics and

Control, John Wiley & Sons, 1989, ISBN 0-471-86389-03. Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan), Jilid

1, Penerbit Erlangga, 1985, Bandung4. Bequette, R. W., Process Dynamics: Modeling, Analysis, and

Simulation, Prentice Hall,19985. Luyben, William L., Process Modeling, Simulation and Control for

Chemical Engineers, Second Edition, McGraw-Hill International Edition, 1990

6. Kuo, Benjamin C., Automatic Control Systems, Sixth Edition, Prentice-Hall International Editions, 1991

7. Stephanopoulos, George, Chemical Process Control: An Introduction to Theory and Practice, Prentice-Hall International, 1984

Rujukan (2)3. Jurnal :

a. Computers & Chemical Engineeringb. Journal of Process Controlc. Chemical Engineering Science

4. Internet: a. http://www.chemeng.ui.ac.id/~wahid/

kendali1.htm (Homepage Kuliah)b. http://www.pc-education.mcmaster.ca

(WILMO)c. http://lorien.ncl.ac.uk/ming/Dept/

Swot/connotes.htm (Jagad PC)5. Software: MATLAB with SIMULINK6. Process Control Videos

MA Ajar Sebelum Pengendalian Proses

• Matematika (kalkulus dan aljabar linear)• Metode Numerik• Termodinamika• Perpindahan Kalor• Naraca Massa dan Energi

Disain

MA Bersamaan dengan Pengendalian Proses

• Perancangan Alat Proses• Pemodelan dan Matematika Terapan• Teknik Reaksi Kimia• Perpindahan Massa

Disain

Proses Belajar dengan WILMO Proses Belajar dengan WILMO ((WWeb-based eb-based IInteractive nteractive LLearning earning

MOMOdules)dules)1. Initial reading 2. Class participation

3. Web learning Modules

4. Course assignments

Reading

5. Study in depth

Revisit WEB

Formulate own study questions

Disain

Virtual Lab of Process Control

Disain

WILMO

Disain

Pengendalian Proses di SCELE

Pengendalian Proses di SCELE

• Lecture Notes• Forum• Quiz

Quiz di SCELE

Pengujian 1S1 Reguler (Ganjil 2006/07)

• Uji coba sudah dilakukan pada awal Oktober 2006 dengan cara peserta MA Pengendalian Proses memberikan tanggapan terhadap web yang sudah dikembangkan

• Semua peserta MA Pengendalian Proses memberikan tanggapan karena ini merupakan tugas individu mereka

• Mayoritasnya memberikan masukan masalah disain web, terutama pilihan warna, sedangkan isinya mereka merasa sudah memuaskan.

• Untuk masalah pilihan warna sudah dilakukan perubahan, tapi hasilnya belum dimintakan tanggapan mereka.

• Dampak pada nilai mengalami peningkatan yang tinggi sekali

Perbandingan Nilai 2005 dan 2006

NO NILAI GANJIL 2005/06 GANJIL 2006/071 A 2 2.4% 23 38%

2 A- 7 8.5% 17 28%

3 B+ 8 9.8% 13 21%

4 B 12 14.6% 5 8%

5 B- 20 24.4% 0 0

6 C+ 20 24.4% 0 0

7 C 5 6.1% 3 5%

8 C- 6 7.3% 0 0

9 D 1 1.2% 0 0

E 1 1.2% 0 0

JUMLAH 82 100% 61 100%

Grafik Perbandingan Nilai 2005 dan 2006

Pengujian 2S1 Ekstensi (Genap 2006/07)

• Pembelajaran diadakan di Lab. Sistem Proses Kimia (Lab SPK) DTK FTUI– Tersedia komputer– Terakses dengan internet

• Ketika pembelajaran berlangsung, mahasiswa bisa download lecture notes dari website dan melihat di komputer masing-masing

• Quiz (4x) dilakukan menggunakan soal yang sudah tersedia di website (SCELE)

Quiz Online

• Mayoritas mahasiswa antusias ketika mengerjakan soal di Web, sehingga ada yang menjawab sampai 4 kali

• Ada mahasiswa yang tidak hadir, tetap mengerjakan soal dari tempat bekerja (Balikpapan)

• Karena belum ada penyaringan mahasiswa yang boleh mengakses Quiz, maka ada beberapa orang yang mencoba juga mengerjakan Quiz