Purdue University

SIMULASIPENGENDALIAN PROSESSASARAN

Setelah melakukan simulasi ini, diharapkan mahasiswa, dapat menjelaskan

1) jenis elemen sistem pengendalian proses

2) respon lup terbuka pada proses

3) pengendalian manual dan otomasik

4) fungsi dasar pengendali PID

5) pengaruh gain pengendali Proporsional (P) dan Proporsional-Integral (PI) pada respon lup tertutup6) respon lup tertutup pada proses yang sulit dikendalikanMANUAL

This applet consists of 5 parts. The horizontal thin panels on top and bottom are the title panel and status panel, respectively. The title panel is permanent one and the status panel is changing depending on the situation to give the explanation to users. In the Middle, there are three panels. The leftmost panel shows the process and instrumentation. The middle panel shows the response of each variable and controls the run of this applet. The rightmost panel shows the PID controller and its option. In this help, only these three panels will be described.

PROCESS PANELThis panel shows the input, output and setpoint. The time axis is fixed as 10 times of dominant time constant and y axis is adjusted automatically. In the lower left corner, the thumbtack figure with "freeze" label will freeze or release the current plot. If it is freezed, next plots will be drawn on top of previous plots. In this case, the y axis scale is not adjusted automatically.

Depending on the option given by the web manager, there are 5 preset-run options (advanced mode) or just one option (beginner mode). In advanced mode, the options are self explanatory. For the beginner mode, there is on one option called "Reinitialize I-mode of PID". This will set the integrated value of I-mode to zero so that the fresh start can be simulated. After selecting one option, by pressing 'RUN' button, the simulation will be proceeded after 'RUN' button is chaged to 'PAUSE'. At the bottom, two listboxes will decide the speed of simulation and the difficulties of the process nature.

The advanced mode can be set by replace parameter value of 'User' with 'advanced' (it was 'beginner') in the main html page. There are 5 options that includes open/closed-loop response tests and run with present condition. Except the last option, the conditions will be initialized and set properly for each test run.

CONTROL PANEL

The setpoint (SP) and manipulated variable (MV) can directly be changed by dragging the indicators in the controller faceplate. Drag them slowly because the cursor may loose tracking the indicator depending on the performance of your computer. The AUTO/MAN mode can be toggled by clicking the area. By clicking the pull tab on the side of the faceplate, the parameter plate will be toggled to be shown.

The controller parameters (controller gain, inverse of integral time, and derivative time) can be increased or decreased by a predefined amount by pressing triangles. If the green # key in the middle is pressed an arbitrary number can be type in the top of the Controller Panel. "Direct acting/Reverse acting" can be switched by clicking the indicator region and by pressing relevant portion the options below, correponding options can be toggled. The first option for constrained MV will not be found in actual PID controller. Unconstrained MV case is possible only in simulation.

If green # keys in adjustment panels, the label for the input field will indicate which parameter is going to be modified. If you start typing in the input field the background color will change to red. After type the desired value, press 'ENTER' to reflect the change to the applet. Then, the background color will come back to white and the corresponding parameter value will be updated.

PROSEDUR PERCOBAANLatihan-1: Manual Control

Perhatikan nilai process variable (PV) ketika setpoint (SP) pada 50%. Mulailah simulasi dengan menekan tombol Run dan coba mengatur posisi steam valve (MV) dengan memakai penunjuk MV (biru) sehingga PV mencapai 50% dan tetap disitu. Berhasilkah Anda?

Latihan-2: Automatic Control.

Kembalikan posisi MV pada 75%. Tampilkan instrumentasi dengan cara meng-klik pada tiga bulatan kecil pada diagram skematik proses (dua sensor suhu dan satu control valve untuk laju steam). Kemudian, ubah pengendali ke AUTOMATIC dengan cara menekan tulisan MANUAL. Tekan tombol Run dan lihat bagaimana pengendali menemukan nilai MV yang benar. Bandingkan!

Latihan-3: Efek aksi kendali.1) Ubah aksi kendalidari Reverse (reverse-acting) ke Direct (direct-acting). Buat SP 75% dan jalankan simulasi. Apa yang terjadi ketika Anda salah meletakkan aksi kendali?

2) Ubah aksi kendali kembali ke Reverse dan jalankan simulasi kembali. and run the simulation again. Perhatikan PV menjuju nilai SP 75%.

Latihan-4: P-Control Meninggalkan offset. Offset berkurang jika controller gain diperbesar (atau proportional band) diperkecil. Tetapi controller gain tidak boleh terlalu besar, sebab dapat menimbulkan osilasi dan/atau ketidakstabilan.1) Buat pengendali pada P-Control dengan menyetel 1/(I ke 0 (atau matikan integral). Ubah SP ke 50%. Jalankan simulasi. Apakah PV sama dengan SP? Selisih antara SP dan PV pada steady state disebut offset.

2) Naikkan nilai gain (Kc) dari1.0 ke 3.0. Jalankan simulasi kembali. Apa yang terjadi pada offset?

3) Naikkan controller gain lagi dari 3.0 ke 5.0 dan 10.0. Jalankan simulasi dan amati apa yang yang terjadi. Apakah P-control Anda dapat menghilangkan offset seluruhnya?

Latihan-5: Pengaruh dinamika proses pada pengendalian. Kesulitan menala pengendali ditentukan oleh dinamika proses. Beberapa proses sulit dikendalikan sehingga performanya tidak memuaskan.

1) Buat penyetelan pengendali Kc=1.0 dan 1/(I=1.5. Ubah sifat proses dari Normal (normal) ke Hard (sulit). Setel SP ke 75%. Jalankan simulasi dan amati respons yang terjadi.

2) Jika Anda merasa respons itu terlalu berosilasi, Anda dapat menurunkan nilai Kc. Turunkan Kc ke 0.4, setel SP kembali ke 50%, jalankan simulasi kembali dan amati respons yang terjadi. Apa keuntungan dan kerugian Anda. Coba juga nilai Kc=0.2. Dapatkah Anda membuat respons cepat tapi halus (stabil)?

Latihan-6: Aksi derivatif dapat membantu mengurangi osilasi. Tetapi aksi derivatif terlalu besar menyebabkan sistem terlalu peka terhadap perubahan.1) Sebelum melakukan, kembalikan sifat proses dari Hard ke Normal. Setel Kc=1.5 dan 1/(I=2.0. Setel SP ke 75% dan jalankan simulasi. Bagaimana respons yang Anda peroleh?

2) Satu cara untuk mengurangi osilasi adalah menambah aksi derivatif. Setel (D=0.5. Setel SP ke 50% dan jalankan simulasi. Apakah responsnya lebih baik? Coba juga dengan nilai (D=1.0.

3) Set (D=2.0. Set SP to 75%. Run the simulation. What do you see?

Latihan-7: Pemakaian derivative control pada perubahan setpoint yang cepat dapat membuat valve berubah cepat (melompat) secara kasar. Masalah ini dapat diatasi dengan meletakkan aksi-D pada sinyal umpan balik.1) Setel (D kembali ke 0.5. Sekarang jalankan simulasi sampai selesai. Samapi selesai. Ulang simulasi, hentikan pada waktu 2.5 (setengah grafik). Ini membantu Anda untuk mengubah kecepatan simulasi ke normal atau slow. Ubah SP ke 65%. Lanjutkan simulasi. Apakah Anda mendapat masalah dengan aksi valve (MV)?

2) Aksi valve boleh jadi kasar! Ini merupakan respons terhadap perubahan cepat pada SP. Satu cara untuk memperhalus respons valve adalah menghilangkan derivative kick. Tekan tombol No Derivative Kick sehingga terlihat bersinar hijau. Jalankan simulasi, hentikan pada waktu 2.5. Ubah SP ke 75%. Lanjutkan simulasi. Apaka Anda melihat respons lebih halus pada posisi valve (MV)?

Latihan-8: Mode integral (PI atau PID controller) meniadakan offset, mengatasi perubahan beban besar, perubahan setpoint yang tidak wajar atau rancangan pengendali yang buruk. Valve menjadi tak aktif sampai akumulasi error yang besar menjadi cukup kecil. Hal ini dapat menimbulkan konsekuensi negatif pada pengendalian, yaitu timbulnya error permanen pada arah yang lain. Untuk mencegah reset-windup, pengendali dilengkapi dengan anti-reset-windup, yang mencegah aksi integral dari nilai terlalu besar dalam situasi ini.1) Buat nilai parameter kendali ke Kc=1.0 dan 1/(I=1.5 dan (D=0.0. Jalankan simulasi dan yakinkan penalaan ini sukup baik. Sekarang restart simulasi dan hentikan pada waktu sekitar t = 2.0. Ubah suhu masukan dari 28 ke 10 (sebagai gangguan). Klik pada pembacaan suhu inlet dan kenob kendali akan tampak (ada tombol naik/turun). Lanjutkan simulasi. Hentikan lagi di sekitar t = 5. Ubah suhu masukan kembali ke 28. Lanjutkan simulasi sampai selesai. Apa masalah yang Anda temukan dengan nilai MV setelah terjadi gangguan mulai t = 5?

2) Gerakan valve yang mendadak setelah periode error yang besar berhubungan dengan fenomena Reset-Windup. Pilih Anti-Reset-Windup dengan menekan tombol yang sesuai. Kemudian ulangi langkah (1). Amati pengembalian valve ke posisi normal sesudah terjadi gangguan.

3) Anda dapat mengamati fenomena windup dalam lain konteks.

Matikan Anti-Reset-Windup. Pilih aksi Direct. Jalankan simulasi sampai selesai. Anda akan melihat arah PV yang salah karena kesalahan memilih aksi kendali.

Sekarang matikan Reinitialize I-Mode of PID. Ini berarti modus integral tidak akan di-reset sehingga wound-up dari integral akan berlangsung terus dan berpengaruh pada simulasi selanjutnya.

Ubah pengendali kembali ke Reverse. Jalankan simulasi. Apa yang Anda lihat pada respons MV?

4) Ulangi beberapa simulasi dengan Anti-Reset-Windup pada posisi hidup. Apa pelajaran yang bisa Anda petik? Selalu lakukan reset pada pengendali setelah periode yang menghasilkan performa buruk atau memakai pengendali dengan anti-windup.TUGAS1) Copy hasil tiap kali run (tiap nomor). Cara sederhana dengan memanfaat printah dalam Windows berikut:

Tekan tombol Prt Scr (print screen)

Buka program paintbrush, dan paste hasil copy tadi dengan cara menekan tombol Ctrl+V

Ambil grafik respon system

2) Buat pembahasan hasil percobaan. Tiap mahasiswa membuat pembahasan masing-masing.