Override Control (Is it?)

This discussion came from my self question. If then the process engineering require the outlet of hot liquid (the red one) shall be controlled also with requirement temperature outlet hot liquid TT-2 shall not less than T2 degC. And the first controlled temperature cold liquid (blue) TT-1 shall be remain kept in original designated set point T1 degC, then what instrument engineer should do? The first step exactly we put temperature transmitter on outlet of red fluid as TT-2, and the original temperature monitoring the outlet of blue liquid is TT-1. What is the next step?

cascadecansplit

Pada projek saya sebelumnya pernah diaplikasikan susunan kontrol untuk mengontrol dua fluida pada process heat transfer untuk pendinginan. Fluida yang hendak didinginkan dikontrol temperature outletnya setelah di’ambil’ panasnya untuk kemudian bersirkulasi lagi dalam process cooling medium system, sedangkan fluida yang di’beri’ panas akan segera dibuang ke laut. Tetapi panasnya juga harus dikontrol untuk tidak melebihi suhu 40 degreeCentigrade agar tidak membahayakan biota laut.

Kembali pada bahan diskusi ini yang merupakan proses pemanasan fluida biru (TT-1) dengan mengambil panas dari fluida merah. Fluida merah yang diambil panasnya, temperaturenya tidak boleh jatuh ketika keluar dari chamber (TT-2). Ketika temperature TT-2 jatuh maka aliran fluida merah harus diperbesar flowratenya artinya TCV diperlebar. Hal yang sama ketika TT-1 jatuh maka TCV harus diperlebar juga. Keduanya adalah reverse control action. Ada dua proses variabel (TT-1 dan TT-2) untuk satu control valve (TCV) maka mau tidak mau action controllnya harus di override. Override ini yang akan menentukan kapan TCV harus merespon TIC-1 dengan feedback dari TT-1 atau kapan TCV harus merespon TIC-2 dengan feedback dari TT-2? Bagaimana kalau kita coba untuk aplikasikan override kontrol?

Seharusnya memang tidak boleh coba-coba. Penentuan fungsi kontrol harus berdasarkan analisis sistem. Sistem kita dibawah ini dapat dikategorikan sebagai sistem satu input proses (FT) yang melalui TCV dengan dua otput proses (TT-1 dan TT-2). Bagaimana hubungan antara flow dengan temperature TT-1 dan TT-2? Linear, kuadratik, logaritmik kah? Apakah pada flow tertentu ada yang dapat membawa ke-dua value yaitu TT-1 & TT-2 menuju nilai set-pointnya dan stabil? Analisa-nya tentu saja harus analisis matematika dan pertama kali tentu mencari persamaan yang menghubungkan antara flow dan kedua temperature. Seperti yang sering saya bilang, sayang sekali saya tidak mampu untuk melakukan analisis sistem secara matematis, termasuk untuk mendapatkan grafik kestabilan. Bagi yang masih kuliah mungkin jago untuk mencari kestabilan, kalo belum jago belajar lagi root locus dll, mumpung masih kuliah. Bagaimanapun juga kedua loop (TT-1 – TIC1 – TCV dan TT-2 – TIC2 – TCV) ini akan berinteraksi yang belum tentu menuju stabil, bisa jadi malah merusak system, malah tidak akan pernah stabil. Contohnya output TIC2 untuk TCV bisa jadi malahan mengacaukan TT-1 meski TT-2 akan tercontrol bagus. Ini baru Single Input Multiple Output, bagaimana kalau MIMO.

Pada kesempatan ini marilah kita asumsikan bahwa tidak ada masalah dengan kestabilan sistem. Artinya secara perhitungan akan didapatkan kestabilan pada kedua TT pada nilai flow tertentu. Sehingga kita dapat melanjutkan pembahasan tentang konsep override kontrol karena ketika running akan saling meng-override bukan?.

Di bawah ini adalah susunan override kontrol sebagai master dengan slave seperti apa adanya. Sehingga susunan loop ini dapat dikatakan sebagai override-cascade kontrol. Masternya yang dioverride ini yang merupakan bahasan. Sedangkan slave-nya seperti pembahasan pada topik sebelumnya. Manipulate Variable dari TIC1 & TIC2 di override berdasarkan besarnya. Manipulate Variable yang lebih besar yang akan digunakan sebagai output dari master dan kemudian dijadikan sebagai set-pointnya slave.

caccadesplit

Asumsi:

TT-2 Set Point 40 degreeCentigrade

TT-1 Set Point 35 degreeCentigrade

Fluida merah (hot) masuk ke sistem dengan suhu 60 degC, sedangkan fluida biru (cold) masuk dengan suhu 25 degC. Ketika masuk sistem diharapkan fluida biru terpanaskan menjadi 35 degC dan fluida merah tidak boleh jatuh dibawah 40 degC.

Case 1: Asumsi kondisi proses berjalan normal adalah TT-1 dengan suhu 35 degC (sesuai Set-Point), TT-2 adalah 55 degC. Apa yang terjadi dengan loop control? Hasil manipulated variabel TIC1 atau TIC2 yang lebih besar? Yang jelas TIC1 tetap akan memberikan signal MV1 untuk throthling TCV. Sedangkan TIC2 yang ditugaskan untuk menjaga TT-2 agar tidak jatuh kurang dari 40 degC, pada temperature TT-2 yang masih 50 degC, maka TIC2 memberi action MV2 untuk suatu nilai tertentu minus, karena errornya minus maka output TIC2 menjadi kecil bahkan bisa 0. Error menjadi positif ketika TT-2 dibawah 40 degC. Dengan TIC1 yang masih throthling dan TIC2 yang memberi perintah 0, maka tentu saja sesuai dengan hubungan ‘>’ maka TIC1 yang memegang peranan sebagai pengontrol pada master. MV1>MV2 sehingga TIC1 mengoverride TIC2.

Case 2: Asumsi kondisi proses belum berjalan normal fluida biru TT-1 masih 28 degC dan fluida merah TT-2 adalah 50 degC. TIC1 akan memilki selisih error (SP-PV) yang demikian lebar maka perintah MV1 untuk TCV pasti akan sedemikian besar. Dan TIC2 masih juga belum perlu bekerja karena temperature belum jatuh ke 40 degC maka errornya minus.  TIC1 masih memenangkan pertempuran. MV1 > MV2 sehingga TIC1 adalah tetap sebagai pengontrol master.

Case 3: Asumsi kondisi process tidak berjalan normal, fluida biru TT-1 masih 28 degC, akan tetapi TT-2 sudah jatuh ke 38 degC. TIC1 memberikan perintah MV1 untuk membuka valve TCV, demikian juga TIC2 karena suhunya sudah jatuh harus memberi perintah MV2 ke TCV. PID akan menghitung mana yang lebih besar ‘>’ antara MV1 atau MV2 dan yang lebih besar yang akan take over master pengontrol. Yang besar yang akan mengoverride. Ketika yang besar sudah ditentukan misal TIC2 maka akan memberikan MV2 ke TCV untuk membuka lebar dan makin lebar sampai maksimum. Jika suhunya masih tidak berubah maka berarti suhu telah jatuh pada upstream fluida merah (hot). Pertukaran kalor sesuai dengan requirement tidak akan pernah bisa terjadi. Process tidak akan mungkin berjalan normal sehingga satu-satunya adalah shutdown. But we are discussing about PCS, not about shutdown.

Is it correct?

Nova Kurniawan

Alumni Fisika Teknik ITB, 2004, sekarang bekerja di J Ray McDermott

3 Responses

  1. Mas Nova, sistem dengan jumlah controlled variable yang lebih besar dari manipulated variable, seperti yang dibahas disini, memang sangat sulit untuk dikontrol. Apalagi jika sistem tersebut adalah MIMO dengan karakteristik interaksi. Untuk mengatasi hal ini, digunakan jenis control yang disebut MPC (model predictive control).

    Sedikit masukan dari saya, pada case 1, dimana yang berperan adalah TIC-1, walaupun error = 0 (karena output sudah sesuai setpoint), control valve tidak menutup rapat, tetapi tetap terbuka pada posisi tertentu dan tetap pada posisi tersebut/tidak berubah selama error masih=0.

  2. Mas Asro, Apakah ini yang dinamakan ‘bias’? yang dimasukkan secara manual sebagai sebuah konstanta?

  3. Ini adalah output controller. Bisa dari bias, jika controller yang digunakan ada bias-nya.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: