Asro Pun’ Blog

Process Control : (7) Dead-Time Compensation

Posted by asro pada 15 Desember 2008

Dalam prakteknya, process yang lamban atau memiliki waktu tunda (dead-time) yang besar sangat sulit untuk dikontrol. Mengapa? Karena jika terjadi gangguan, baik pada beban, manipulated variable maupun setpoint, akibat yang ditimbulkan oleh gangguan tersebut tidak langsung dirasakan, tetapi setelah beberapa saat selama waktu tunda tersebut. Hal ini mengakibatkan aksi yang diambil oleh controller untuk mengatasi akibat dari gangguan tersebut juga terlambat. Jika gangguan terjadi terus menerus, maka variable yang dikontrol tidak akan pernah berada pada setpointnya.

Untuk mengatasi gangguan pada beban dan manipulated variable, digunakan konfigurasi feedforward dan cascade seperti yang sudah dibahas pada serie sebelumnya. Sedangkan untuk mengatasi gangguan pada setpoint (ini umumnya terjadi pada cascade loop, dimana setpointnya berasal dari control yang lain) digunakan suatu konfigurasi control yang disebut dead-time compensation. (Ini tidak berarti dead-time compensation hanya untuk mengatasi gangguan setpoint, konfigurasi ini juga bisa untuk mengatasi gangguan pada beban). Metoda ini pertama kali dikembangkan oleh O.J.M. Smith (1957), sehingga disebut juga dengan Smith Predictor.

Perhatikan suatu control loop seperti pada gambar berikut, dengan process dimodelkan oleh persamaan Gp (s) = G(s) e-Ds.  G(s) merupakan transfer function seperti   1/(ts + 1) ,  sedangkan  e-Ds  merupakan model untuk dead-time.

dead-time-1

Jika setpoint berubah, perubahan tersebut tidak langsung muncul di C, tetapi tunggu setelah waktu D. Selama kurun waktu D, kontrol belum beraksi, sementara itu gangguan terus terjadi, sehingga output C tidak akan pernah berada pada setpointnya. Untuk mengatasi permasalahan ini, Pa Smith mengusulkan konfigurasi kontrol seperti pada gambar berikut.

dead-time-2

Pada gambar tersebut, terdapat dua feedback loop, feedback luar yang diambil dari C dan feedback dalam yang diambil dari M. Gp adalah process, sedangkan G(s) dan  e-Ds  merupakan model process. Jika model yang dibuat sama persis dengan karakteristik prosesnya, maka output comparator A, yang merupakan feedback luar sama dengan nol, jadi tinggal feedback dalam, sehingga gambar tersebut dapat disederhanakan seperti berikut.

dead-time-3

Dari gambar terakhir ini bisa dilihat, jalur feedback tidak lagi melewati dead-time maupun proses, sehingga sistem tersebut lebih mudah dikontrol. Misalkan, jika terjadi perubahan setpoint R, perubahan tersebut akan langsung dirasakan oleh controller tanpa menunggu waktu D, karena feedbacknya diambil dari M bukan C, dengan demikian controller dapat bereaksi dengan cepat sebelum C berubah jauh.

Untuk keperluan implementasinya pada kondisi nyata, konfigurasi dead-time compensation diatas, dimodifikasi menjadi sbb:

 dead-time-4

Perhatikan bahwa, dalam konfigurasi ini, feedback yang nyata adalah yang diambil dari C, sedangkan yang lainnya hanya merupakan kalkulasi/perhitungan dalam controller (internal controller calculation).

Sekarang kita ambil contoh implementasinya pada sistem pemanas air seperti pada serie-serie sebelumnya. Konfigurasi feedback control dengan dead-time compensation akan menjadi sbb:

dead-time-5

TC adalah PID control, LD/LG merupakan fungsi lead-lag untuk perhitungan G(s) dan DT merupakan fungsi dead-time untuk   perhitungan   e-Ds .  Jangan kwatir, semua fungsi tersebut sudah tersedia dalam DCS maupun single loop control sebagai function block ,  kita tinggal menggunakannya.  Fungsi å , operator (+) dan (-) bisa menggunakan Calculation Block atau bisa juga menggunakan fasilitas penjumlahan dan pengurangan yang ada di setiap block yang digunakan.

Contoh penggunaan dead-time compensation lainnya adalah pada Vacuum Column, yaitu  untuk Vacuum column overflash to feed ratio control. Sebelum membahas konfigurasi control ini, terlebih dulu akan dijelaskan secara sepintas mengenai apa itu Vacuum unit. Vacuum unit merupakan unit proses yang memisahkan Long-Residue (CDU bottom product) menjadi produk yang lebih bernilai, pada tekanan dibawah tekanan atmosfir (vacuum). Untuk lebih jelas perhatikan gambar dibawah ini. Long residue dipanaskan di Heater hingga suhu tertentu, kemudian dimasukkan ke Vacuum Column, tepatnya pada flash zone, dimana terjadi vaporisasi, untuk selanjutnya dipisahkan menjadi produk-produk berdasarkan titik didihnya, yaitu LVGO, HVGO dan  Short-Residue. Sedangkan Slop Wax yang dikeluarkan dari Column, sebagiannya dikembalikan ke Heater sebagai feed (re-cycling) dan sebagian lainnya dicampur dengan bottom product menjadi Short-Residue.

 dead-time-6

Proses vaporisasi bergantung pada temperature fluida yang masuk, semakin tinggi temperaturenya semakin banyak yang menjadi vapor. Akan tetapi pada sisi lain, temperature yang terlalu tinggi akan menyebabkan meningkatnya overflash, yang berarti banyak energi yang terbuang percuma. Tujuan dari Overflash to Feed Ratio Control  adalah menjaga agar overflash tidak berlebih (energy saving) sambil tetap menjaga agar proses pemisahan terjadi dengan sempurna. Ini dilakukan dengan menjaga perbandingan/ratio antara overflash dan feed. Dalam konfigurasi control ini, yang dikontrol adalah Slop Wax Flow (yang menggambarkan overflash), dengan menggunakan flow controller FC. Setpoint FC diperoleh dari perkalian antara Overflash to Feed Ratio dan Feed Flow (R x F). Output FC di-cascade dengan Heater Temperature Control TC.

 dead-time-7

Pada konfigurasi ini, jika feed berubah-ubah maka setpoint FC juga berubah-ubah. Karena proses pemisahan feed menjadi product memiliki dead-time yang cukup besar,  maka sangat sulit untuk menjaga ratio R pada setpointnya. Untuk mengatasinya, ditambahkan dead-time compensation/smith predictor pada FC, seperti terlihat pada  gambar diatas.

2 Tanggapan to “Process Control : (7) Dead-Time Compensation”

  1. […] Terakhir che-mie pada Selamat Natal 2008 & Tahun Baru 2009Process Control : (7) Dead-Time Compensation « Asro Pun’ Blog pada Process Control : (2) Cascade Control.Process Control : (7) Dead-Time […]

  2. Hi, after reading this awesome paragraph i am also glad to share
    my familiarity here with friends.

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: