Aplikasi Sistem Kontrol pada Pengendalian Bioproses


Pengendalian Bioproses terdiri dari membangun strategi untuk mengelola lingkungan biokatalis. Bioproses meliputi beberapa unit yang berbeda, dimana suatu lingkungan optimal yang diinginkan untuk pertumbuhan mikroorganisme, berkembang biak, dan menghasilkan produk yang diinginkan. Bioproses dapat mengelola material biologi dan memanfaatkan agen biologi seperti sel, enzim, atau antibody untuk memproduksi beberapa campuran kimia yang telah disintesis oleh mikroorganisme, mengelola suatu biomass dan pemanfaatannya, ekstraksi metabolit, dan untuk mendegradasi polutan. Dalam pengendalian bioproses terdapat skema control utama, yaitu Model Kontrol Prediktif, Jaringan Kontrol Berbasis Kontrol, Kontrol Adaptif, dan Kontrol Fuzzy. Skema control utama ini digunakan dalam mengontrol bioproses untuk memastikan kinerja bioproses dan efisiensinya.

  1. 1.     Model Prediktif Kontrol

Model Prediktif Kontrol (MPC) adalah algoritma system control prediktif secara eksplisit menggunakan suatu model proses untuk memprediksi efek dari sinyal control (variable termanipulasi) terhadap output proses yang akan datang dan dapat langsung dimasukkan ke dalam desain kontroler.

Beberapa aplikasi Model prediktif control

Pada proses fermentasi ekstrasi alcohol dalam mempelajari desain, optimasi dan control menggunakan non-linear control prediktif dengan menerapkan Tautan Jaringan Fungsional (FLN). Dara simulasi dalam FLN diperoleh dari data simulasi yang dihasilkan oleh model deterministic dari parameter percobaan. Pada Tautan Jaringan Funsional dapat menggambarkan dinamika proses non-linear serta gangguan yang terjadi dapat diatasi dengan merubah nilai setpoint variable yang dikontrol.

Pada proses penyerapan glukosa dapat memperkirakan proses perubahan manipulasi variable dengan menggunakan pemodelan prediktif control dengan laju aliran yang disesuaikan dengan setpoint variable yang dikontrol, sehingga tingkat penyerapan glukosa mampu mempertahankan proses pada setpoint dengan tingkat kecil variabilitasnya.

  1. 2.     Neural Network Berbasis Controller

Neural Network Berbasis Controller merupakan metode jaringan saraf yang dapat memberikan presisi variable yang cukup dalam memperkirakan informasi yang tidak lengkap. Model ini tidak memerlukan pengetahuan tentang hubungan yang ada antara bagian system dan akurasi model dapat ditingkatkan dengan penggabungan alternative dan saling melengkapi sumber pengetahuan.

Beberapa aplikasi Neural Network Berbasis Controller

Diterapkan saraf controller untuk control suhu reactor batch. Sistem ini merupakan bioproses umu dan pekerjaan difokuskan pada desain dan pengembangan jaringan saraf serta mengembangkan struktur pengendalian yang didasarkan pada dua jaringan saraf. Pertama, saraf controller menhitung variable control yang diterapkan pada reactor dan kedua, model saraf dari proses. Saraf model ini digunakan untuk mengubah kesalahan antara reactor ke suhu setpoint ke sinyal. Hasil menunjukkan kinerja yang baik dari saraf controller, pelacakan sangat baik dari setpoint dan kelancaran variable control.

Aplikasi dalam bidang Teknologi Pertanian

Aliran air yang mengalir dalam sungai pada ketinggian level tertentu dapat digunakan untuk memutar kincir yang dapat menghasilkan energi putar. Bila putaran ini kita gunakan untuk memutar sebuah generator maka akan menghasilkan energi listrik. Pembangkit listrik mikro hidro adalah pembangkit listrik dalam kapasitas kecil yang bisa dibangun disetiap lokasi sesuai dengan kondisi lingkungan dan mampu menghasilkan listrik dalam kapasitas yang terbatas. Permasalahan yang muncul adalah frekwensi yang dihasilkan dari pembangkit mikro hidro tidak bisa stabil pada kisaran 50 Hz, hal ini akan sangat berpengaruh dengan tegangan yang dihasilkan akibat adanya penambahan beban, maka tegangan turun. Untuk mengontrol putaran turbin agar stabil pada putaran tertentu, selama ini hanya menggunakan ketinggian level didalam bak penampungan air sebagai input pipa pesat, sehingga diharapkan dapat menghasilkan putaran turbin yang tetap. Keadaan ini menjadikan sangat tidak stabil bila ada penambahan beban. Untuk mengatasi permasalahan ini, mengatur volume air yang masuk ke turbin digunakan control dengan Aplikasi Neural Network (ANN) dengan feedback dari frekwensi keluaran generator. ANN akan dapat menghasilkan keluaran sesuai dengan proses pembelajaran berdasarkan bobot input neuron dari frekwensi, putaran, level ketinggian untuk dapat mengatur microcontroller untuk mengontrol governor turbin air, sehingga putaran turbin dapat mengimbangi dengan adanya perubahan beban pada frekwensi yang stabil pada 50 Hz dan tegangan 220 VA.

  1. 3.     Kontrol Adaptif

Tujuan control adaptif adalah mengoptimalkan serta meningkatkan produksi bimass atau tingkat pertumbuhannya dari konsentrasi substrat dan parameter.

Mengimplementasikan adaptif internal model control (IMC) strategi untuk produksi penisilin. Strategi Adaptif IMC diuji dalam simulasi pabrik. Menunjukkan adaptasi yang benar pada variasi tak terduga terjadi disepanjang fermentasi. Menggunakan jaringan saraf dan logika fuzzy untuk membangun pengetahuan berbasis controller.

Aplikasi Kontrol Adaptif pada bidang teknologi pertanian

Dalam suatu usaha di bidang agro bisnis terutama di bidanghortikultura, lebih memilih memproduksi komoditas yang spesifik, yaitu yang membutuhkan teknologi dan perlakuan khusus dimana tidak semua orang bias memproduksinya. Untuk memenuhi kebutuhan itu, perlu teknologi yang dapat melakukan identifikasi antara masukan yang dibutuhkan dengan keluaran yang diinginkan dan mewujudkan hasil identifikasi tersebut, dengan kata lain teknologi yang dapat digunakan untuk kegiatan praktis dan sekaligus riset (fleksibel). Sehubungan hal di atas, dirancang sistem kontrol adaptif lingkunganbiologik untuk rumah tanaman dalam bentuk perangkat lunak yang juga memadukannya dengan fasilitas pilihan modus kontrol. Identifikasi lingkunganbiologik disini didasarkan pada pemahaman model yang menggambarkan hubungan antara faktor lingkungan optimal dengan produk maksimum tanaman yang dipanen, baik didasarkan pada kualitas, atau kuantitas, atau selera, atau kombinasi diantaranya, tergantung kondisi produk yang diinginkan. Produk tanaman yang dipanen dapat berupa hasil generatif maupun vegetatif. Penelitian, mencakup desain sistem kontrol adaptif lingkungan-biologik, membangun perangkat lunak dan model lingkungan-biologik (pindah panas), eksperimen dan pengamatan di lapangan (data volume nutrisi yang diberikan, out flow, citra kanopi, diameter batang, suhu udara, kelembaban relatif udara, dan radiasi matahari), pengolahan data mencakup model tanaman dengan jaringan syaraf tiruan, optimasi lingkungan-biologik dengan algoritma genetika, model lingkungan-biologik dengan pindah panas, optimasi parameter kontrol fazi dan PID dengan algoritma genetika, dan simulasi sistem kontrol adaptif lingkunganbiologik berdasarkan acuan lingkungan optimal dengan menggunakan parameter optimal untuk modus kontrol fazi dan PID.

  1. 4.     Kontrol Fuzzy

Logika Fuzzy (KLF) digunakan dalam menjaga kondisi mikroorganisme dalam tahap produksi xylitol dengan mengatur proporsi laju aliran udara dipasok ke fermentor. Keuntungan dari FLC yaitu, system control berbasis pengetahuan yang fleksibilitas untuk menangani informasi bioproses, baik dalam bentuk matematis dan linguistic yang diimplementasikan dalam suatu system computer.

Aplikasi Kontrol Fuzzy dalam bidang teknologi pertanian

Suatu mesin transmisi penerus putaran dan daya di dalam gearbox menggunakan oli atau minyak pelumas yang berfungsi sebagai pendingin dan juga berguna untuk mengurangi gesekan yang terjadi. Akan tetapi oli tersebut juga membutuhkan pendinginan yang dinamakan heat exchanger. Selama ini metode yang digunakan dalam dunia industri, kebanyakan menggunakan metode kontrol konvensional yaitu on-off dan kecepatan aliran yang konstan. Namun demikian, terkadang metode kontrol konvensional kurang mampu bekerja sesuai dengan yang diharapkan, sehingga memungkinkan untuk mengaplikasikan metode kontrol yang lebih modern, salah satunya adalah dengan teknik kontrol fuzzy. Heat exchanger merupakan suatu alat untuk memindahkan energi termal dari sumber panas ke sumber yang lebih dingin. Alat ini berguna untuk mendinginkan fluida oli yang digunakan pada pelumasan gearbox pada mesin vertikal mill dan menjaganya pada temperature normal dengan mengatur kecepatan aliran oli dan air sebagai media pendingin. Besar kecilnya kecepatan aliran ini ditentukan oleh temperature input heat exchanger. Jika temperatur keluaran heat exchanger masih tinggi dari setting point maka kecepatan aliran dari pompa akan membuka besar sehingga temperatur yang digunakan untuk mendinginkan oli sudah mencukupi, sebaliknya jika temperatur keluaran heat exchanger rendah dari setting point maka kecepatan aliran dari pompa akan menutup sehingga tidak ada aliran yang mengalir atau kecil sekali aliran yang mengalir yang digunakan untuk mendinginkan oli. Temperatur keluaran heat exchanger harus dikontrol extra karena jika tidak maka akan berpengaruh terhadap kegiatan operasional mesin itu sendiri.

Pada bioproses strategi control telah diaplikasikan dan dirancang dan telah berhasil mencapai lebih dari dua dekade. Pengendalian strategi yang umum diterapkan adalah Model Prediktif Kontrol, Neural Network Berbasis Controller, Kontrol Adaptif, dan Kontrol Fuzzy. Semua pengendalian strategi menunjukkan kinerja yang baik dalam mempertahankan set point dan memberikan penolakan terhadap gangguan untu mengendalikan system bioproses.

lk

One thought on “Aplikasi Sistem Kontrol pada Pengendalian Bioproses

Ada Komentar ?

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