Desain Anti-Surge Robust Controller Berbasis Filter Optimal untuk Kompresor Turbo Sentrifugal dengan Active Magnetic Bearing Sebagai Aktuator di PT Kaltim Methanol Industri

MICHAEL NATO ANDRETY, Dzuhri Radityo Utomo, S.T., M.E., Ph.D; Dr. Eng., Ir. Adha Imam Cahyadi, S.T., M.Eng., IPM

2022 | Skripsi | S1 TEKNIK ELEKTRO

Anti-Surge Controller adalah perangkat kendali yang wajib diberikan pada kompresor turbo industri bertenaga besar. Tanpa adanya perangkat tersebut, kinerja kompresor saat start up dan berbeban tidak akan berjalan dengan aman karena fenomena yang disebut surging. Fenomena surging terjadi akibat aliran fluida yang masuk ke kompresor turbo tidak sesuai dengan spesifikasi kerja kompresor turbo tersebut dan menyebabkan impeller/blade dengan putaran sangat cepat di dalam kompresor turbo bersentuhan dengan housing dari kompresor, akibat vibrasi yang tinggi. Aliran fluida yang tidak sesuai akan mengakibatkan karakteristik kerja kompresor ,dapat dilihat dari kurva performa kompresor, berubah secara drastis sehinngga kestabilan dari kompresor turbo terganggu. Dokumen C-501 capstone project kali ini berisikan tentang perancangan Anti-Surge Controller menggunakan Active Magnetic Bearing sebagai aktuator. Sistem pengendalian Anti-Surge Controller dirancang dengan penerapan algoritma filter optimal dan teori robust control, agar sistem pengendalian kokoh dan tetap berjalan walaupun terdapat derau pada sensor elektronik. Perancangan Anti-Surge Controller akan berbasiskan kondisi aktual di PT Kaltim Methanol Industri. Perancangan diawali dengan pemilihan aktuator yang cocok untuk keseluruhan sistem pengendali. Setelah itu, persamaan dinamika dari aktuator dan kompresor turbo akan disintesis dan dikombinasikan agar sistem pengendalian dapat berjalan secara simultan dan tepat. Variasi nilai variabel kendali oleh aktuator akan dijadikan sebagai pertubation input dari keseluruhan sistem yang bertujuan untuk mengubah karakteristik seluruh sistem guna menghindari fenomena surge. Oleh karena itu, Aktuator yang dipilih harus memiliki bandwidth berukuran tepat untuk menjadi pertubation input bagi keseluruhan sistem pengendalian. Algoritma filter optimal dan teori kendali robust akan diterapkan pada sistem pengendalian untuk menjamin fenomena surge dapat dihindari. Setelah melakukan simulasi, batasan kondisi operasi dan kinerja kompresor turbo dapat terpenuhi sesuai dengan set kerja kompresor turbo. Anti-Surge Controller juga dapat mencegah terjadinya surge walaupun sensor elektronik telah terkontaminasi derau bersifat Gaussian dan terdapat ketidakpastian pada faktor coprime sistem. Untuk keamanan pabrik industri, trip system kompresor turbo akibat vibrasi telah dirancang sedemikian rupa menggunakan gerbang digital pada dokumen C-501 capstone project kali ini. Selain itu, trip system dapat memberi perintah dengan tepat saat vibrasi mekanikal terjadi melebihi batas operasi kompresor turbo.

The Anti-Surge Controller is an important control device for high-power industrial turbo compressors. Without this device, compressor will not be working safely because of surge phenomenon, specifically when its starting and full loading conditions. Surge is caused by mismatch conditions between the compressor actual mass flow input and the desired compressor specifications. Therefore, high-speed impellers of compressor, on surge condition, will touch and badly damage compressor bodies because of large-amplitude rotor vibration. Insufficient condition of mass flow input will alter compressor characteristic and disturb stability, it can be assessed based on compressor performance curves. This capstone project presents an overview of anti-surge controller design using active magnetic bearing actuator. The anti-surge controller was designed by the use of optimal filter algorithm and robust control theory in order to achieve robustly control system and anticipate noisy electronic sensors. Resulted anti-surge controller will be based on actual conditions in PT Kaltim Methanol Industri. Anti-surge controller derivation begins with the choice of sufficient control actuator. Then, actuator dynamics will be mathematically modelled and combined with compressor dynamics for the sake of control algorithm simultaneity. The actuator will become perturbation input, control variable, of overall systems for preventing surge phenomenon. Therefore, the chosen actuator should have compatible bandwidth for being perturbation input of overall system. Optimal filter algorithm and robust control theory will apply on control system for avoiding surge phenomenon. After simulating the resulted control system, all of compressor mechanical constraints fulfilled and matched turbo compressor desired specifications. Resulted anti-surge controller could prevent surge phenomenon on noisy compressor systems, which have Gaussian noises characteristic. Moreover, resulted anti-surge controller could prevent surge phenomenon when compressor system was contaminated with normalized coprime factor uncertainty. For safety purposes, this capstone project will design a trip system for turbo compressors using combinations of digital gates in a such ways. The resulted trip system will shut down the overall system when the measured sensor data is outside the permitted value.

Kata Kunci : anti surge controller, active magnetic bearing, kalman filter, LQR, LQG, H_infinity