PERANCANGAN SIMULATOR VIRTUAL DCS CENTUM CS3000 YOKOGAWA PADA SISTEM PENGENDALIAN SUHUPENUKAR PANAS DI UNIT PHOSPHORIC ACID (PA)PABRIK III PT. PETROKIMIA GRESIK
Disampaikan dalam Seminar Tugas Akhir Teknik Fisika FTI ITSOleh : Haris Tunggul Uji PrasetyaPembimbing : Suyanto, S.T., M.T.
Surabaya, 6 Oktober 2010
Latar Belakang
Save Rp. 151.020.000.000,00 !!!
Solusi improve the quality
Otomatisasi sistemmenggunakan DCS Centum
Penerapan strategipengendalian cascade
Penurunan kapasitas produksi asam fosfat;hanya 77,225% dari kapasitas desain
Sistem pengendalian masihmanual Load berubah-ubah
Referensi: Tesis dari Rudy Karjono, ITB
Perumusan Masalah
Bagaimana mensimulasikan dinamika proses pada heaterdengan menggunakan DCS Centum CS3000 Yokogawa?
Bagaimana mutu sistem pengendalian temperatur padaheater setelah DCS Centum CS3000 Yokogawa diimplementasikan?
Tujuan Penelitian Membuat simulator proses pada penukar panas
menggunakan Virtual Test DCS Centum CS3000 Yokogawa
Mengetahui mutu sistem pengendalian temperatur padaheater setelah DCS Centum CS3000 Yokogawa diimplementasikan
Batasan Masalah
Plant yang dirancang adalah penukar panas E2501 di Unit PA Pabrik III PT Petrokimia Gresik.
Variabel yang dikendalikan adalah temperatur asam fosfatkeluaran penukar panas dengan memanipulasi laju aliranlow pressure steam (LPS) yang masuk ke heater.
Data proses yang digunakan merupakan data sekunderyang diambil pada saat plant beroperasi secara normal.
Simulasi dilakukan dengan menggunakan Virtual Test yang ada pada software DCS Centum CS3000 Yokogawa.
Tinjauan Pustaka
Dwi Hananto, Dery, 2009, Perancangan SistemPengendalian Level pada HP Feedwater Heater denganMetode Cascade dan Override, Surabaya, Indonesia.
Sodja, A., Zupancic, B., dan Sink, J., 2009. Some Aspects of The Modeling of Tube and Shell Heat Exchangers. Proceedings 7th Modelica Conference. Como, Italy, 2022 September.
Proses Produksi Asam Fosfat
Proses Produksi Asam Fosfat
steam
asam fosfat
kondensat
Penukar Panas E2501
Prinsip kerja penukar panas (heat exchanger) H3PO4 (high pressure) masuk pada tube inlet Steam (low pressure) masuk pada shell inlet
Referensi: Mohammed Kabiruddin, University of Petroleum & Energy Studies
Aksi Kontroler PID
Kontroler PI
Kontroler PID
Kontroler P
FIC2501
TIC2501
Referensi: Frans Gunterus
Mutu Pengendalian
Rise time
Delay
time
Peak time
Settling time
Max overshoot
Referensi: Katsuhiko Ogata
Existing Control System
Flow control
Temperature
controlTemperature
indicate
Aksi pengendaliandilakukan olehoperator dengan caramengubah set pointpada flow controller dan temperature controller
Redesigned Control System
manipulated value TIC = set point FIC
Cascade control: Digunakan untuk mengatasi
lambatnya reaksi prosespada sistem dengan time constant besar.
Digunakan untuk mengatasisistem yang seringmengalami perubahan load.
Diagram Blok
Existing
System
Redesigned
System
Distributed Control System (DCS)
Operator Station
Data Communication
Field Control Station
Process
Real Plant vs. Virtual Test
pemodelan
Metodologi Penelitian
Pengambilan Data Proses
Data proses dicatat oleh operator setiap dua jam sekali dalamsatu hari
Data proses yang digunakan pada tanggal 29 April 2010
Click for hasil pengolahan data
Pemodelan Heater E2501
Berdasarkan Hukum Kesetimbangan Energi
Model heater pada Simulink
genoutinst EEEE
genoutpoutinpinstpst ETcmTcmTcm 3,2,1,
genoutoutpoutininpinstp ETcmTcmdt
dTVc ,,,
87,20185
8,84433)(08,4464)(73,4433)(
sTsTsTs outin
Pemodelan Control Valve
controlsignalinputspan
PIpressurespanK PI
___
/__/
actuatorpressurespan
valvebukaanspanKactuator
__
__
totK
1
s
K
sU
sm
CV
totLPS
145,0
25,1
ssU
smLPS
108,0
25,11
ssU
smLPS
FV2501
TV2501
Fungsi transfer control valve:
Pemodelan Transmitter
FT251 TT2501
1
s
BsPVKsMV
Fungsi transfer transmitter:
TT2502-1/2
148,0
48,02501
s
sPVsMVFT
14
408,02501
s
sPVsMVTT
14
410667,02/12502
s
sPVsMVTT
Rekomendasi
Menerapkan strategi pengendalian cascade
Alasan:1. Pengendalian cascade dapat digunakan untuk mengatasi
lambatnya reaksi proses pada sistem dengan time constant besar.2. Pengendalian cascade dapat digunakan untuk mengatasi sistem
yang sering mengalami perubahan load.
Komponen Pengendalian:1. Controlled variable: Temperatur H3PO42. Manipulated variable: Laju aliran low pressure steam (LPS)
Perancangan Simulator
Simulator virtual terdiri dari 2 bagian penting, yaitu:
Control drawingDigunakan untuk mendefinisikan algoritma pengendalianyang akan diterapkan pada plant
HIS (Human Interface Station)Digunakan untuk membuat dan mengubah graphic windows untuk keperluan pengoperasian dan monitoring
Control drawing
Existing System
Redesigned System
Human interface station (HIS)
Existing System
Redesigned System
Tuning Kontroler
Menggunakan metode kurva reaksi Hasil tuning:
Validasi model
Hasil Pengujian (1/3)
Hasil Pengujian (2/3)
Hasil Pengujian (3/3)
Kesimpulan
Implementasi DCS Centum CS3000 dengan menerapkanstrategi pengendalian cascade dapat meningkatkanperformansi sistem pengendalian suhu penukar panas danmampu mengatasi fenomena perubahan beban.
Tuning kontroler menggunakan metode kurva reaksimenghasilkan nilai PB=269 dan Ti=12,8 pada FIC2501, sedangkan untuk TIC2501 pada existing dan redesigned system adalah PB=90,2 dan 85,7; Ti=20,4 dan 9,3; Td=4,2 dan 3,5.
Berdasarkan parameter kualitatif, performansi sistemmenjadi lebih baik setelah strategi pengendalian cascadediterapkan, yaitu dengan nilai tp=146s, ts=214s, Mp=0,02%, dan Ess=2%.
Saran
Distributed control system (DCS) yang membuat sistemmampu dioperasikan secara terkomputerisasi perluditerapkan pada Unit PA Pabrik III untuk meningkatkanperformansi sistem dan mempermudah kerja operator.
Strategi pengendalian cascade direkomendasikan untukmembuat existing system mampu beroperasi secaraotomatis sehingga efisiensi sistem dapat ditingkatkan dankestabilan konsentrasi Asam Fosfat dapat terjaga.
Daftar Pustaka
1) K. Rudi, "Peningkatan Produktivitas Pabrik Asam Fosfat PT. Petrokimia Gresik," Master theses, Institut Teknolgi Bandung, 2006.
2) G. L. Bela, "Process Control and Optimization", vol. II, 4th Edition, Taylor & Francis Group, CRC Press, 2006.
3) G. Frans, Falsafah Dasar Sistem Pengendalian Proses, Jakarta: Elex Media Komputindo, 1994.
4) K. Mohammed, "A Presentation of Heat Exchanger", University of Petroleum & Energy Studies.5) Sodja, A., Zupancic, B., dan Sink, J, Some Aspects of The Modeling of Tube and Shell Heat
Exchangers. Proceedings 7th Modelica Conference. Como, Italy, 2022 September, 2009.6) P. Kauhanen, Verifying The Dynamic Model of A Heat Exchanger Configuration. Sweden:
University of Lund.7) Incropera, Frank P., dan David De Witt. Fundamentals Of Heat And Mass Transfer. John
Willey and Sons Inc., 1990.8) Tim Pengembang Modul DCS, Modul Pelatihan Distributed Control System, Institut Teknologi
Sepuluh Nopember Surabaya, 2009.9) Piping & Instrumentation Diagram Unit Phosphoric Acid (PA), Pabrik III PT. Petrokimia Gresik,
1984.10) CS3000 Engineering Course Student Workbook. Yokogawa Electric Corp, Tokyo, 2003.11) Yokogawa Electric Corporation. Instruction manual of DCS Centum CS3000 14th Edition,
Tokyo: Yokogawa Electric Corporation, 2003.12) Control Valve Handbook Fouth Edition. Emerson Process Management.
Top Related