prologue

Assalamualaikum,

Komputer adalah alat yang serbaguna, buktinya dia bisa digunakan untuk segala aspek keperluan hidup ini.. mulai dari untuk menghitung yang memang aslinya hingga meramal cuaca..

Tentang meramal, maka komputer ini sering digunakan mensimulasikan suata keadaan nyata sehingga dia bisa digunakan untuk meramal suatu proses dengan memasukan beberapa input ke dalamnya, seperti misalnya pembuatan model iklim dunia menggunakan super komputer

proses pengsimulasian dengan komputer juga berlaku dalam proses industri pangan.. dimana komputer meramalkan kandungan makanan yang sedang diuji , membangun model pangan ,automatisasi instrumentasi pabrik pengolahan pangan dan menghitung input dan output bahan pangan yang akan dikeluarkan.

berikut adalah makalah tentang penggunaan simulasi komputer pada pengolahan pangan yang dikembangkan oleh perusahaan multinasional IDEAS

TEKNOLOGI SIMULASI KOMPUTER DINAMIS PADA TEKNIK PENGOLAHAN PANGAN

ABSTRAK
Makalah ini membahas ‘dynamic process’ peralatan modeling yang dikembangkan menggunakan teknik pemrograman berorientasi objek .keakurasian simulasi dicapai dengan menggunakan hubungan matematis dari prinsip-prinsip pertama fisika dan kimia serta data empiris. IDEAS adalah alat yang mudah bagi para desainer untuk digunakan. Hal ini dapat diterapkan untuk kebutuhan pemodelan hampir setiap aspek dari sebuah proyek rekayasa dari konsep, melalui desain proses dan kontrol untuk mengontrol sistem checkout, untuk pelatihan operasi, dan operasi yang sedang berlangsung troubleshooting dan optimasi. Hal ini berarti terdapat kekontinuitas , untuk proses desain kontrol, untuk mengendalikan konfigurasi sistem, pengendalian sistem check-out, untuk pelatihan dan akhirnya mulai start up. Setelah start-up model kemudian dapat digunakan untuk membantu operasi, dan untuk ongoing application enginereing. Masalah komunikasi dengan sistem kontrol dibahas
Kata Kunci
Dynamic Simulation, Process Control, Object Oriented, Engineering Design, DCS, PLC.
PENDAHULUAN
Insinyur dan manajer operasional secara tradisional tidak dapat menggunakan satu platform pemodelan untuk tujuan beberapa seperti desain proses, kontrol keluar sistem (DCS / PLC), desain kontrol maju dan pengujian, pelatihan dan optimasi proses. Karena ketelitian matematika yang diperlukan untuk model dinamis yang akurat, desain proses telah didominasi oleh simulasi steady-state. Mana model fidelity yang tinggi dinamis dikembangkan, mereka biasanya tidak cocok untuk checkout sistem kontrol atau pelatihan karena mereka terlalu rumit untuk dijalankan dalam waktu nyata dengan sumber daya komputer terjangkau. Simulasi sistem kontrol dan banyak Embedded pelatih operator eksternal biasanya diperlukan kompromi dalam asumsi model untuk mendapatkan kinerja real time, berpengaruh pada rendahnya fidelity pada proses simulasi

Menyadari kebutuhan untuk menggabungkan fidelity model yang akurat sesuai untuk desain proses dan kontrol dan operasi real time ke dalam satu paket, IDEAS Simulasi Inc berpartisipasi dalam upaya pembangunan untuk mengatasi masalah ini. Tujuannya adalah untuk merancang sebuah alat untuk integrated Design with Advanced Simulation(IDEAS) yang akan menjadi kontributor kunci siklus hidup lengkap dari sebuah pabrik pengolahan pangan, termasuk:
• Proses Desain Awal Konseptual
• Proses Desain rinci
• Advanced DCS Control • Desain / Checkout PLC
• Operator dan Pemeliharaan Optimasi Proses
• Pelatihan

Definisi
Dynamic Simulation :
“ proses apapun yang bias dimodelkan secara matematis, yang mewakili setidaknya perkiraan oleh perangkat aljabar dan persamaan diferensial yang variabelnya menampilkan karakteristik partikuler dari sebuah proses. Simulasi adalah solusi numeric dari model persamaan ini. Steady state simulasi menghasilkan nilai kebebasan waktu dari variable ketika simulasi dinamis member solusi sementara dari persamaan. Sebuah proses simulasi dinamis bias disebut juga sebagai sebuah system program yang mampu mensimulasikan karakteristik dinamis dari suatu pabrik
Lembar Kerja:
Sebuah wilayah dua lapis dimensi ke objek model yang mewakili proses dan kontrol ditempatkan.

FIRST

Gambar 1 Sebuah worksheet IDEAS, Dialog Box:
Pengguna berinteraksi dengan blok melalui ‘Dialog Box’. Kotak dialog adalah jendela ditunjukkan dengan mengklik dua kali pada grafik (atau ‘Ikon’) dari blok. Kotak dialog dapat berisi variabel, tombol, checkbox, tombol radio kontrol, tabel data, serta teks. Variabel-variabel, tombol, dll dapat diubah oleh user dengan mengetik nilai baru atau dengan menunjuk dan mengklik dengan mouse. Lapisan ketiga, yang biasanya tidak akan terlihat oleh pengguna, adalah kode sumber. Variabel di kotak dialog serta variabel yang diterima dari blok lain semua tersedia dengan kode sumber. Output dapat dikirim ke komplotan yang plot sedangkan model berjalan atau, jika perlu, pesan dapat dikirim ke layar. Simulasi A juga dapat menulis variabel ke file laporan dan / atau file debugging. Sehingga pengguna memiliki semua kekuatan source code dikompilasi di ujung jari, tapi dengan fleksibilitas untuk mengubah masukan, masukkan blok model baru dan melihat hasil dinamis semua tanpa harus memasukkan atau bahkan melihat baris kode.

second

Gambar 2 Sebuah Control Valve Dialog Box
Pemrograman berorientasi objek teknik menghasilkan sebuah sistem perangkat lunak yang terorganisasi dengan baik dan sangat cocok untuk simulasi dinamis. Objek menjadi analog dengan potongan peralatan proses dan instrumentasi. Pesan yg lewat di antara objek adalah analog dengan informasi yang dibawa melalui pipa proses dari salah satu peralatan kontrol ke yang lain.
Pendekatan berorientasi objek juga cocok terutama baik untuk sebuah antarmuka grafis berbasis ikon yang sangat penting untuk memastikan penerimaan oleh proses dan insinyur kontrol proses desain dan pemanfaatan praktis oleh personel industri. Lingkungan pemrograman berbasis grafis ikon memastikan bahwa grafis merupakan bagian integral dari proses pembentukan model. Ini memiliki kelebihan produktivitas atas depan grafis tradisional-ujung yang memerlukan bangunan model melalui teknik non-grafis, kemudian membangun sebuah grafis dan menghubungkan ke bagian yang tepat dari model.
Model ini mulai dibangun dengan layar komputer kosong yang di atasnya objek ditempatkan dari perpustakaan berbagai objek (lihat Deskripsi Tipe Objek bawah). Objek dihubungkan menggunakan mouse untuk membangun model analog dengan flowsheet yang sesuai (P & ID atau P & C). Setiap objek diberikan data tertentu untuk memberikan karakteristik yang sama sebagai mitra dunia nyata nya. Hal ini dilakukan dengan membuka kotak dialog untuk setiap objek dan mengisi informasi. Ini kotak dialog muncul ketika objek dipilih dan double-klik oleh mouse. Gambar 2 menunjukkan sebuah kotak dialog yang khas dengan informasi yang diperlukan dari pengguna.
Model FIDElity. Fidelity model adalah suatu ukuran untuk seberapa dekat model berpararel dengan proses nyata. Semakin tinggi fidelity lebih dekat cocok dengan proses nyata di bawah kondisi yang sama. Fidelity tinggi dicapai dengan menggunakan prinsip-prinsip pertama fisika dan kimia untuk menjelaskan proses operasi dimana adalah mungkin dan empiris data dari pengujian lapangan dan laboratorium di mana tidak mungkin. Tekanan jaringan pipa dan hubungan arus juga berkontribusi kepada model fidelity. Hampir semua platform pemodelan dinamis menggunakan hukum-hukum fisika kekekalan energi dan massa dalam menyelesaikan mengalir melalui pipa. Penggunaan lebih lanjut dari kekekalan momentum, bagaimanapun, tidak sebagai universal, tetapi benar-benar diperlukan untuk mencapai hasil yang akurat dalam banyak aplikasi. IDEAS juga menyertakan momentum konservasi dalam solusi metode pempipaannya
Seringkali teknik solusi yang digunakan untuk memecahkan aliran pipa dan tekanan hanya bekerja dengan arus menuju arah yang positif. Teknik yang digunakan dalam platform ini, bagaimanapun, memungkinkan arus balik. Jika, misalnya, objek pipa yang terhubung bersama tanpa katup cek, simulator ini memungkinkan untuk aliran di kedua arah untuk semua koneksi dan menyediakan untuk perhitungan pencampuran yang tepat untuk menutupi situasi ini untuk semua komponen aliran. Tekanan dinamika model menentukan arah aliran, seperti mereka akan di pabrik operasi.
Jenis Objek Deskripsi. Objek yang digunakan dalam IDEASAS diklasifikasikan ke dalam tujuh jenis:

1. Proses Objek

2. Tekanan Objek Arus Jaringan /

3. Material Properties / Stream Definisi Objek

4. Kontrol Objek

5. Komunikasi Objek

6. Pendataan dan Objek Tampilan.

7. Pelatihan Objek

Obyek Proses memiliki korespondensi 1-1 untuk peralatan dunia nyata. Hal ini memungkinkan simulasi yang akan dibangun langsung dari P & ID atau lembaran aliran dengan mengambil objek dari perpustakaan dan menghubungkan mereka bersama-sama dalam konfigurasi yang benar pada lembar kerja menggunakan mouse. Gambar 1 menggambarkan sebagian dari model menunjukkan benda-benda dan cara di mana mereka terhubung. prinsip pertama digunakan jika memungkinkan untuk memberikan persamaan pemodelan dan ketika hubungan empiris tidak mungkin digunakan. Objek Proses dimodelkan terpisah dari cairan yang sedang diproses. Sebagai contoh, sebuah penukar panas akan berfungsi dengan baik terlepas dari apakah itu diberi air atau minyak. Ini hanya proses materi yang tiba di sungai yang terhubung. Sifat fisik untuk setiap bahan dalam model yang tersedia untuk setiap objek pada worksheet.

Tekanan / Arus Objek terdiri dari pipa, katup, pompa, tekanan node (sambungan pipa) dan benda solver jaringan untuk aliran fluida mampat dan tak mampu-mampat. Orang membangun simulasi memasuki informasi berikut dalam kotak dialog untuk masing-masing item:

OBYEK PARAMETER
Object : Pipa
Parameter : Diameter Pipa • Panjang pipa • Kekasaran Pipa Fitting • Resistensi • Fluida kompresibel Atau mampat
Object : katup & Pipa
Parameter : • Cv sebesar 100 membuka% • Linear atau trim persentase yang sama • Tekanan Persentase terbuka dan delta untuk mode otomatis ukuran
Object : Pompa / Pipa Suction
Parameter : • Semua parameter pipa standar untuk pipa hisap (di atas)
Koefisien kurva cocok untuk: • Pompa Curve (dua-dimensi untuk kecepatan variabel atau dipilih impeller pompa • NPSH Curve • Arus Maksimum Curve • Ketinggian pusat pompa Flow • untuk ukuran mode
Object : Tekanan Node
Parameter: • Elevasi • kompresibel / Switch mampat
Object : Solver
Parameter : • Konvergensi Batas – Flow • mampat Maksimum Jumlah Iterasi – Aliran mampat. • Konvergensi Batas – Flow • kompresibel Maksimum Jumlah Iterasi – Arus kompresif.

Solver ini mampu mencapai sepenuhnya converged solusi jaringan pipa untuk massa, energi, dan momentum setiap langkah simulasi. Aliran dalam setiap cabang pipa dihitung baik dengan cara konvensional menggunakan persamaan Colebrook untuk cairan Newtonian atau menggunakan koefisien empiris untuk cairan non-Newtonian.
Properties Bahan / Stream Definisi Objek memungkinkan pengguna untuk mendefinisikan berbagai bahan yang akan membuat sebuah aliran fluida dalam model. Mengalir melalui masing-masing pipa, pompa katup, dll, adalah array (array aliran) yang terdiri dari informasi umum tentang aliran seperti suhu dan tekanan serta informasi spesifik tentang tiap komponen di sungai seperti fraksi massa dan komponen arus. Properti untuk materi ini juga tersedia untuk setiap objek dalam model. Properti ini materi termasuk tetapi tidak terbatas pada:
• Kepadatan sebagai fungsi temperatur dan tekanan
• Viskositas sebagai fungsi temperatur
• Entalpi sebagai fungsi temperatur dan tekanan
• Konstanta seperti Melting Point, Titik didih, Molekul Berat, dll

Proporsi fraksi massa dari berbagai bahan dapat ditentukan pada setiap lokasi sumber dalam model. Proporsi ini, serta sumber tekanan dan temperatur, dapat secara dinamis bervariasi selama menjalankan simulasi. Variasi tersedia, termasuk gangguan acak, landai dan gelombang sinus. Variasi ini dapat diprogram untuk terjadi dari benda lain di luar obyek sumber.
Jumlah komponen dalam stream dapat disesuaikan. Sebuah model terbaru dari sebuah proses metalurgi, misalnya, menggunakan 54 komponen aliran total.
Obyek Control memiliki korespondensi 1-1 dengan instrumen fisik seperti pemancar, analisis, pengendali yang berdiri sendiri, dll atau dengan fungsi DCS seperti algoritma kontrol PID, tinggi / blok pilih rendah, dll Mereka digunakan untuk menyediakan fungsi kontrol dengan model proses. Objek dapat berupa benda kontrol generik atau benda yang berhubungan dengan vendor peralatan khusus. Jika penggunaan akhir model adalah sebagai simulator berdiri sendiri, kontrol akan menjadi bagian dari model. Jika model ini akan digunakan untuk checkout DCS, kontrol akan berada di hardware DCS aktual / perangkat lunak dan model proses akan interface untuk mengontrol ini melalui saya virtual / kartu komunikasi O pada DCS.
Obyek Komunikasi digunakan untuk antarmuka sinyal kontrol atau informasi aliran array ke komputer lain, ke PLC, atau ke DCS. Benda-benda ini beroperasi dalam hubungannya dengan benda driver komunikasi pada worksheet. objek antarmuka DCS yang memungkinkan komunikasi langsung dengan Bailey Infi 90 ™, ABB advant, Rosemount Sistem 3 ™ dan Allen Bradley PLC telah dikembangkan dan lain-lain dapat dibuat tersedia dalam pemberitahuan dua bulan.
Koleksi Data dan Tampilan Objek memungkinkan pengguna untuk mengamati dan mencatat berbagai informasi dalam model. Plotter benda dapat dihubungkan untuk mengontrol sinyal atau variabel aliran (dengan menggunakan pemancar untuk mengekstrak variabel yang tepat dari array aliran). Objek Snapshot memungkinkan kondisi worksheet untuk disimpan sebagai file untuk pengambilan nanti dan replay. Plotter objek grafis plot informasi sebagai model berjalan serta menyajikan informasi dalam bentuk tabel (lihat Gambar 3).

third

Gambar 3 Merekam Tank Plotter Tingkat dan Arus
Obyek Pelatihan memungkinkan penciptaan dan pelaksanaan operasi skenario industri terprogram. Ketika model ini dikonfigurasi untuk pelatihan itu mencakup semua fungsi kontrol dan berkomunikasi langsung dengan DCS konsol sehingga operator dapat mengendalikan proses simulasi dari konsol seperti dia akan proses nyata. Menggunakan objek Skenario Manager ™, pelatih dapat melakukan satu atau lebih kegagalan / skenario anomali bagi operator. Benda lainnya bekerja di konser dengan Skenario Manager ™ untuk membuat perubahan dalam setpoints, pompa perjalanan, gagal pemancar baik tinggi atau rendah, dll obyek plotter kemudian dapat digunakan untuk merekam dan meninjau tanggapan operator. Misalnya, satu skenario dapat menyebabkan konsistensi dalam feeder saham untuk meningkatkan dengan mengurangi aliran pengenceran karena “kegagalan” aliran pemancar. Operator harus memperhatikan amper pengumpan bertahap meningkat dan secara manual meningkatkan aliran cairan. Jika operator
gagal melakukan hal ini logika pengendalian internal akan, seperti yang akan sistem kontrol nyata, perjalanan feeder. Gambar 5 menunjukkan Manager Skenario khas untuk model pabrik pemutih.
Manajemen Operasi
Bila digunakan selama fase desain proses asli simulator ini akan menghasilkan desain pabrik dioptimalkan dengan masalah yang dinamis lebih sedikit dan pembatasan operasional.
instalasi baru atau pabrik mengekspansi manfaat dari berkurangnya waktu start-up dan produk off-spesifikasi karena pengenalan operator dengan proses yang baru dan kontrol.
IDEAS berguna untuk mengelola hari ke hari operasional sebuah pabrik pengolahan pangan. Ini adalah kuat “apa-jika” alat untuk digunakan dalam proses pemecahan masalah dan mempertahankan proses kinerja pabrik yang optimal. Hal ini dapat digunakan untuk jadwal produksi untuk meminimalkan produk perubahan-over limbah, mengoptimalkan, pemakaian bahan baku dan mengurangi konsumsi daya. Pemeliharaan padam dan start-up dapat dijadwalkan lebih efektif. Proses dan modifikasi sistem kontrol dapat diuji sebelum pelaksanaan untuk meminimalkan gangguan dan hasil optimal.
MANFAAT
Kontrol Designer’s Perspektif:
• Proses dinamika dimodelkan cukup akurat untuk memungkinkan pengembangan dan pengujian strategi kontrol yang kompleks
logika kompleks • bisa diuji sebelum startup
• Kontrol desain dapat dioptimalkan untuk startup, shutdown.
• bisa mengukur ukuran kontrol katup, pompa dan sistem perpipaan secara bersamaan

Perspektif proses designer :
• Peningkatan komunikasi dengan klien
• Peningkatan koordinasi antara insinyur desain proses dan insinyur kontrol
• Hasil kemampuan Dinamis dalam desain proses sebagai suatu sistem
• Dioptimalkan desain untuk startups, shutdowns.
• Memungkinkan tips masalah proses yang sangat kompleks
• Peningkatan kualitas dengan “melakukan hal yang benar benar sejak pertama”

Perspektif Industri:
Pelatihan operator
• proses respon Realistis untuk mengontrol input
• Hands-on pengalaman tanpa kerusakan peralatan potensi dan jadwal pembatasan
• Dapatkah menguji apa-jika peralatan / skenario kegagalan operator
• Memungkinkan familiarisasi dengan peralatan kontrol dan strategi sebelum startup
• bisa menemukan spot kelemahan dalam keterampilan operator sebelum startup

Manajemen Operasi
• Hasil di desain tanaman dioptimalkan baik dari proses dan sudut pandang kontrol
• Memperkecil down-time dan start-up
• operasi yang sedang berlangsung Dioptimalkan
• Efektif pelatihan pemeliharaan
• Perencanaan produksi dan perubahan padam pemeliharaan
• perubahan proses selanjutnya dapat dilakukan dengan keyakinan

KESIMPULAN
Kekuatan pendorong biaya operasi yang lebih rendah, emisi rendah ditambah proses dengan produk berkualitas lebih tinggi akan mendorong penerapan simulasi dinamis menuju front-end proses desain. Kemudahan penggunaan dan transportasi model dinamis akan menghubungkan desainer proses dengan proses operasi. Model dinamis yang sama yang digunakan dalam karya desain front-end bisa bermigrasi hingga proses desain rinci dan pada konfigurasi DCS check-out. Setelah proses diletakkan on-line, model dinamis dapat diterapkan untuk terus-menerus pabrik melakukan evaluasi dan optimasi. IDEAS menempatkan kekuatan proses dinamis dan model kontrol ke dalam bentuk yang cocok untuk pengguna yang bukan ahli komputer atau ahli simulasi dinamis.

Judul asli : DYNAMIC COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY FOR FOOD PROCESSING ENGINEERING karangan Matthew Mc Garry dan rekan
Alih bahasa : Google translator dan Farid Darmawan

Daftar pustaka :
1) J.P. FLETCHER, J.E. OGBONDA, ‘A Modular Equation-Oriented Approach to Dynamic Simulation of Chemical Processes’, Comput. Chem. Engng, .12, No. 5, pp. 401-405, 1988
2) IDEAS simulation inc, www.ideas-simulation.com diakses 21 maret 2011.