Asro Pun’ Blog

Algoritma PID pada DCS Foxboro I/A Series

Posted by asro pada 5 September 2008

Kata PID (Proportional + Integral + Differential) tentunya sudah tidak asing lagi bagi mereka yang sehari-harinya menggeluti bidang instrumentasi maupun kontrol proses, karena memang kata ini merupakan nama dari jenis aksi kontrol yang paling banyak digunakan dalam kontrol proses. Semua perangkat kontrol proses mulai dari yang paling sederhana sampai dengan yang paling canggih menyediakan fungsi PID ini. Pada prakteknya, terdapat banyak jenis/varian dari PID, salah satu contohnya adalah yang ada di DCS Honeywell Experion PKS seperti yang pernah saya bahas dalam tulisan sebelumnya. Kali ini saya akan membahas varian kontrol PID lainnya yaitu yang ada di DCS Foxboro I/A Series.

DCS Foxboro I/A Series menyediakan 5 buah blok (function block) yang berisi berbagai jenis/varian kontrol PID. Ke-5 blok tersebut adalah PID, PIDE, PIDX, PIDXE dan PIDA.

Blok PID menyediakan algoritma interacting PID, yang dapat dikonfigurasi dalam 5 mode operasi, yaitu: 1) Proportional – P; 2) Integral – I; 3) Proportional Derivative – PD; 4) Proportional Integral – PI; dan 5) Proportional Integral Derivative – PID.

Blok PIDE (Proportional-Integral-Derivative with EXAC) menggunakan algoritma yang sama dengan blok PID ditambah dengan fasilitas self tunning. Beda dengan blok PID yang memiliki 5 mode operasi, blok PIDE hanya memiliki satu mode operasi yaitu PID.

Blok PIDX (Proportional-Integral-Derivative Extended) memiliki algoritma yang sama dengan blok PID, ditambah beberapa fitur, yaitu Nonliniear Gain Compensation, Sampling mode dan Batch control preload. Mode operasinya juga ada 5 seperti pada blok PID.

Blok PIDXE (Proportional-Integral-Derivative Extended with EXACT) memiliki algoritma dan fitur yang sama dengan blok PIDX ditambah fasilitas self tunning. Blok PIDXE hanya memiliki satu mode operasi.

Blok PIDA (Advance PID) merupakan blok kontrol dengan fitur yang paling komplit. Blok ini dilengkapi feedforward loop, adaptive tunning baik untuk feedback loop (FBTUNE) maupun feedforward loop (FFTUNE). Terdapat 8 jenis algoritma yang digunakan sesuai mode yang dipilih, yaitu: 1) Proportional – P; 2) Integral – I; 3) Proportional Derivative – PD; 4) Proportional Integral – PI; 5) Proportional Integral Derivative – PID; 6) Non-Interacting Proportional Integral Derivative – NIPID; 7) Proportional Integral with Deadtime – PITAU; dan 8.) Proportional Integral Derivative with Deadtime – PIDTAU. Pada beberapa algoritma kontrol juga dilengkapi dengan fitur tambahan seperti setpoint relative gain (SPLLAG) dan proses variable measurement filter. Berikut adalah detail perhitungan ke-8 algoritma tersebut, yang saya ambil dari dokumen elektronik Foxboro (FoxDoc).

Algoritma diatas dinyatakan dalam persamaan laplace (bentuk kontinyu)

Banyaknya varian kontrol PID ini disediakan untuk menangani berbagai macam proses dengan karakteristik yang berbeda-beda. Ada proses yang memiliki time delay besar, ada juga proses yang memiliki noise atau karakteristik khusus lainnya. Suatu algoritma yang baik untuk suatu jenis proses belum tentu cocok untuk jenis proses lainnya. Secara teoritis penentuan algoritma mana yang digunakan dan berapa besar parameter kontrol yang diberikan dapat dilakukan dengan menggunakan teknik/metoda yang banyak tersedia, misalnya Ziegler-Nichols, Cohen-Coon atau metoda yang lebih analitis seperti Root Locus, Bode Plot dan sebagainya. Akan tetapi dalam prakteknya metode yang bersifat teoritis ini jarang sekali digunakan karena kurang praktis. Yang dilakukan di kondisi nyata adalah dengan cara coba-coba (trial & error). Cara ini memang sangat praktis tetapi membutuhkan waktu yang lama dan terkadang mengalami kegagalan terutama jika proses yang dikontrol memiliki karakteristik yang kurang baik. Cara lainnya yang lebih moderat adalah menggunakan simulasi. Metoda simulasi ini juga masih menggunakan cara coba-coba, akan tetapi tidak langsung ke real plant, melainkan melalui model. Setelah dalam simulasi didapat algoritma dan parameter kontrol yang tepat, baru kemudian diterapkan ke real plant. Di pasaran sudah banyak tersedia software simulasi ini yang memiliki fitur-fitur yang sangat lengkap. Selain menggunakan software simulasi yang ada, sebenarnya kita juga bisa membuat sendiri program simulasi tersebut. Saya sendiri sudah membuatnya, dengan menggunakan microsoft Excel.

Diagram blok sistem simulasi yang saya buat seperti pada gambar berikut:

Blok DCS Foxboro I/A Series berisi algoritma kontrol diatas, sedangkan blok Plant berupa sistem orde satu dengan dead-time, yang dinyatakan dalam bentuk laplace berikut (variable PV dalam gambar ini sama dengan MEAS dalam persamaan diatas):

Penggunaan sistem orde satu dengan dead time sebagai model plant ini karena perhitungannya lebih mudah dan kebanyakan proses memiliki karakteristik seperti ini, kalaupun ada yang berorde lebih dari satu, dia bisa didekati ke orde satu dengan memperbesar deadtime-nya.

Perhitungan yang saya gunakan dalam simulasi ini merupakan kombinasi antara perhitungan diskrit untuk algoritma kontrol dan perhitungan analog untuk plant. Alasannya adalah perhitungan algoritma kontrol yang kompleks di Excel lebih mudah dalam bentuk diskrit ketimbang bentuk analog. Perhitungan untuk plant yang lebih sederhana dilakukan dalam bentuk analog karena hasilnya lebih halus (smooth).

Dalam simulasi ini, untuk blok DCS Foxboro I/A series saya hanya menggunakan 6 algoritma pertama, karena terlalu banyak jika ke-8 algoritma disimulasi secara bersamaan. Diskritisasi terhadap ke-6 algoritma pertama dengan metode backward difference [ s=(1-z-1)/Ts ], diperoleh persamaan dalam bentuk diskrit berikut:

Untuk Plant, inverse laplace transform terhadap persamaan orde satu dengan deadtime diatas dengan OUT berupa signal step akan mendapatkan persamaan untuk waktu kontinyu berikut:

Akhirnya Front-End simulasi yang saya buat terlihat seperti gambar berikut: 

6 Tanggapan to “Algoritma PID pada DCS Foxboro I/A Series”

  1. Mas Asro,

    Bias itu hanya muncul di output pengontrol proporsional. Bagaimana sih cara memahaminya?

    Salam,
    Nova Kurniawan

  2. asro said

    Salah satu kelemahan aksi proporsional adalah adanya offset, yaitu perbedaan antara output pada keadaan mantap (steady state) dan setpoint. Semakin besar PB (atau semakin kecil Kp), semakin besar pula offset yang terjadi. Offset dapat dihilangkan dengan menambah aksi integral. Jika tidak ada aksi integral (misalnya pada controller P-only atau PD), maka ditambahkan fasilitas bias untuk menghilangkan offset. Semoga penjelasan singkat ini bisa menjawab pertanyaan Nova.

  3. mukhlis said

    Haloo Mas Asro,
    Saya mukhlis, sepertinya mas asro sangat berpengalaman dan banyak pengetahuan tentang DCS Foxboro,apa mas asro punya software demo foxboro, dan jelaskan dong sistem pemrograman DCS Foxboro. Thanks

  4. asro said

    Buat Mukhlis, saya tidak terlalu ahli dengan DCS Foxboro. Saya memang pernah menggunakan DCS Foxboro, tetapi hanya pada level aplikasi controlnya saja, misalnya mengkonfigurasi blok kontrol dengan ICC. Untuk men-set-up systemnya termasuk membuat scrip-nya saya tidak berpengalaman. Saya tidak punya software demo-nya foxboro.

  5. wahid said

    Mas Asro,
    Saya Wahid, bisa kan minta simulasi pid bentuk excelnya?

    Makasih

  6. Ekana said

    Hello pak asro, saya sedang mempelajari tentang sistem kontrol, blog anda benar2 membantu saya dalam mempelajari nya.. Sebelumnya saya telah membaca juga mengenai algoritma PID pd DCS Honeywell, dibandingkan dengan yang itu, tampaknya pada Foxboro ini lebih rumit, ada beberapa istilah yang sya kurang mengerti seperti SPLLAG, INT, PBAND, DERIV, mohon penjelasan mengenai istilah tersebut, dan bagaimana perhitungan untuk nilai dari SPLLAG, INT, PBAND, dan DERIV diperoleh..

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

 
%d blogger menyukai ini: