Distributed Control System 1

17
Distributed Control System Distributed Control System (DCS) adalah suatu pengembangan system control dengan menggunakan komputer dan alat elektronik lainnya agar didapat pengontrol suatu loop system yang lebih terpadu dan dapat dikendalikan oleh semua orang dengan cepat dan mudah. Alat ini dapat digunakan untuk mengontrol proses dalam skala menengah sampai besar. Proses yang dikontrol dapat berupa proses yang berjalan secara kontinyu atau proses yang berjalan secara batching. DCS secara umum terdiri dari digital controller terdistribusi yang mampu melakukan proses pengaturan 1 – 256 loop atau lebih dalam satu control box. Peralatan I/O dapat diletakkan menyatu dengan kontroler atau dapat juga diletakkan secara terpisah kemudian dihubungkan dengan jaringan. Saat ini, kontroler memiliki kemampuan komputasional yang lebih luas. Selain control PID, kontroler dapat juga melakukan pengaturan logic dan sekuensial. DCS modern juga mendukung aplikasi fuzzy dan neural network. Sistem DCS dirancang dengan prosesor redundant untuk meningkatkan kehandalan sistem. Untuk mempermudah dalam penggunaan, DCS sudah menyertakan tampilan / grafis kepada user dan software untuk konfigurasi control. Hal ini akan memudahkan user dalam perancangan aplikasi. DCS dapat bekerja untuk satu atau lebih workstation dan dapat dikonfigurasi di workstation atau dari PC secara offline. Komunikasi lokal dapat dilakukan melewati jaringan melalui kabel atau fiber optic. Fungsi DCS DCS berfungsi sebagai alat untuk melakukan kontrol suatu loop system dimana satu loop dapat mengerjakan beberapa proses control. Berfungsi sebagai pengganti alat control manual dan otomatis yang terpisah-pisah menjadi suatu kesatuan sehingga lebih mudah untuk pemeliharaan dan penggunaanya Sarana pengumpul dan pengolah data agar didapat output proses yang tepat.

Transcript of Distributed Control System 1

Distributed Control System

Distributed Control System (DCS) adalah suatu pengembangan system control dengan menggunakan komputer dan alat elektronik lainnya agar didapat pengontrol suatu loop system yang lebih terpadu dan dapat dikendalikan oleh semua orang dengan cepat dan mudah. Alat ini dapat digunakan untuk mengontrol proses dalam skala menengah sampai besar. Proses yang dikontrol dapat berupa proses yang berjalan secara kontinyu atau proses yang berjalan secara batching.DCS secara umum terdiri dari digital controller terdistribusi yang mampu melakukan proses pengaturan 1 256 loop atau lebih dalam satu control box. Peralatan I/O dapat diletakkan menyatu dengan kontroler atau dapat juga diletakkan secara terpisah kemudian dihubungkan dengan jaringan. Saat ini, kontroler memiliki kemampuan komputasional yang lebih luas. Selain control PID, kontroler dapat juga melakukan pengaturan logic dan sekuensial. DCS modern juga mendukung aplikasi fuzzy dan neural network.Sistem DCS dirancang dengan prosesor redundant untuk meningkatkan kehandalan sistem. Untuk mempermudah dalam penggunaan, DCS sudah menyertakan tampilan / grafis kepada user dan software untuk konfigurasi control. Hal ini akan memudahkan user dalam perancangan aplikasi. DCS dapat bekerja untuk satu atau lebih workstation dan dapat dikonfigurasi di workstation atau dari PC secara offline. Komunikasi lokal dapat dilakukan melewati jaringan melalui kabel atau fiber optic.Fungsi DCSDCS berfungsi sebagai alat untuk melakukan kontrol suatu loop system dimana satu loop dapat mengerjakan beberapa proses control.Berfungsi sebagai pengganti alat control manual dan otomatis yang terpisah-pisah menjadi suatu kesatuan sehingga lebih mudah untuk pemeliharaan dan penggunaanyaSarana pengumpul dan pengolah data agar didapat output proses yang tepat.Cara Kerja DCSDCS digunakan sebagai alat control suatu proses. Untuk mempelajari suatu sistem kontrol dengan DCS, harus dipahami terlebih dahulu apa yang disebut dengan loop system, dimana pada suatu loop system terdiri dari :Alat pengukur ( Sensor Equipment)Alat control untuk pengaturan proses (Controller)Alat untuk aktualisasi ( Actuator)DCS terhubung dengan sensor dan actuator serta menggunakan setpoint untuk mengatur aliran material dalam sebuah plant / proses. Sebagai contoh adalah pengaturan setpoint control loop yang terdiri dari sensor tekanan, controller, dan control valve. Pengukuran tekanan atau aliran ditransmisikan ke kontroler melalui I/O device. Ketika pengukuran variable tidak sesuai dengan set point (melebihi atau kurang dari setpoint), kontroller memerintahkan actuator untuk membuka atau menutup sampai aliran proses mencapai set point yang diinginkan.Kelebihan DCS- Fungsi control terdistribusi diantara FCS- Sistem redundancy tersedia di setiap level- Modifikasi interlock sangat mudah dan fleksible- Informasi variable proses dapat ditampilkan sesuai dengan keinginan user- Maintenance dan troubleshooting menjadi lebih mudahKomponen komponen DCSSecara umum komponen dari DCS terdiri dari 3 komponen dasar yaitu: Operator Station, Control Module, dan I/O module.a. Operator StationOperator station merupakan tempat dimana user melakukan pengawasan atau monitoring proses yang berjalan. Operator station digunakan sebagai interface dari sistem secara keseluruhan atau biasa juga dikenal dengan kumpulan dari beberapa HIS (Human Interface Station). Bentuk HIS berupa komputer biasa yang dapat mengambil data dari control station. Operator station dapat memunculkan variable proses, parameter control, dan alarm yang digunakan user untuk mengambil status operasi. Operator station juga dapat digunakan untuk menampilkan trend data, messages, dan data proses.b. Control ModuleControl modul merupakan bagian utama dari DCS. Control modul adalah pusat kontrol atau sebagai otak dari seluruh pengendalian proses. Control modul melakukan proses komputasi algoritma dan menjalankan ekspresi logika. Pada umumnya control module berbentuk blackbox yang terdapat pada lemari atau cabinet dan dapat ditemui di control room. Control module biasanya menggunakan mode redundant untuk meningkatkan kehandalan control.Fungsi dari control module adalah mengambil input variable yang akan dkontrol. Nilai variable tersebut akan dikalkulasi. Hasil dari kalkulasi ini akan dibandingkan dengan set point yang sudah ditentukan. Set point ini adalah nilai yang diharapkan sebuah proses. Jika hasil kalkulasi berbeda dengan set point, nilai tersebut harus dimanipulasi sehingga mencapai set point yang sudah ditentukan. Hasil manipulasi nilai akan dikirim ke input output modul dan untuk disampaikan ke aktuator.c. I/O ModuleI/O Module merupakan interface antara control module dengan field instrument. I/O module berfungsi menangani input dan output dari suatu nilai proses, mengubah sinyal dari digital ke analog dan sebaliknya. Modul input mendapatkan nilai dari transmitter dan memberikan nilai proses kepada FCU untuk diproses, sedangkan FCU mengirimkan manipulated value kepada modul output untuk dikirim ke actuator. Setiap field instrument pasti memiliki alias di I/O module. Setiap field instrument memiliki nama yang unik di I/O Module.

Distributed Control System (DCS)1. Pengertian DCSDistributed Control System merupakan suatu sistem yang mendistribusikan berbagai fungsi yang digunakan untuk mengendalikan berbagai variabel proses dan unit operasi proses menjadi suatu pengendalian yang terpusat pada suatu control room dengan berbagai fungsi pengendalian, monitoring dan optimasi[1].Distributed control system (DCS) adalah sebuah system kontrol yang biasanya digunakan pada sistem manufacturing atau proses, dimana elemen controller tidak berada pada sentral sistem (sebagai pusat) tetapi tersebar di sistem dengan komponen subsistem di bawah kendali satu atau lebih controller. Keseluruhan sistem dapat menjadi sebuah jaringan untuk komunikasi dan monitoring.Distributed control system (DCS) digunakan dalam industri untuk memonitor dan mengontrol peralatan yang tersebar dengan atau tanpa campur tangan manusia. Sebuah DCS biasanya menggunakan komputer sebagai controller dan menggunakan propietary interconections dan protokol untuk komunikasi. Modul input dan output membentuk part komponen untuk DCS, Prosesor menerima informasi dari modul input dan mengirim informasi ke modul output. Modul input menerima informasi dari instrumentasi input dalam sistem dan modul output mengirim ke instrumen output pada sistem. Bus komputer atau bus elektrikal menghubungkan prosessor dengan modul melalui multiplexer atau demultiplexer. Mereka juga menghubungkan kontroller yang tersebar dengan sentral kontroller dan akhirnya terhubung ke Human machine Interface (HMI) atau panel kontrol.DCS adalah sebuah istilah yang sangat luas yang menggambarkan sebuah solusi untuk industri yang sangat variatif, termasuk di dalamnya adalah : Electrical power grids dan electrical generation plants Environmental control systems Traffic signal Water management system Refining dan chemical plants Pharmaceutical manufacturingArsitektur memerlukan solusi yang luas melibatkan baik koneksi langsung dengan peralatan (aktuator) seperti saklar, pompa, valve atau koneksi via sistem sekunder seperti sistem SCADA. Sebuah DCS tidak memerlukan campur tangan operator untuk operasionalnya, tetapi dengan digabungnya SCADA dan DCS memungkinkan untuk interaksi dengan operator melalui sistem SCADA. DCS adalah sistem yang terintegrasi ditujukan untuk mengontrol proses manufakturing yang kontinyu ataubatch-oriented, sepertioil refining,petrochemical, central stationdan pembuatan kertas. DCS dihubungkan dengan sensor dan aktuator dan mengunakan set poin kontrol untuk mengatur aliran material ke pabrik. Contoh yang paling umum adalah set point control loop yang terdiri dari sensor tekanan, kontroler, dancontrol valve.Pengukuran tekanan atau aliran cairan ditransmisikan kepada kontroler, biasanya melalui bantuan sebuah alat sinyal kondisi Input/Output (I/O). saat variabel yang diukur mencapai titik tertentu, kontroler akan memerintahkan valve atau aktuator untuk membuka atau menutup sampai proses aliaran cairan mencapai titik yang ditentukan. Pengolahan minyak yang besar menggunakan ribuan I/O dan memberlakukan DCS yang sangat besar. Proses tidak dibatasi untuk mengatur aliran cairan melalui pipa saja tetapi juga termasuk mesin kertas, kontrol variasi kecepatan motor, mesin semen, operasi penambangan dan hal-hal lainnya.

2. Komponen DCSSecara umum komponen DCS dapat dibagi menjadi 3 bagian diantaranya:2.1 Human Interface Station (HIS)Operator Station digunakan untuk melakukan monitoring terpusat proses dari control room, menyajikan informasi plant terkini kepada operator melaluigraphical user interface(GUI), sehingga operator dapat melakukan fungsi operasi,maintenancedantroubleshooting, Pengembanganvariable proses, parameter kontrol, alarm, dll.

Gambar 1 Operator Station2.2 Field control station (FCS)Station ini Digunakan sebagai control unit untuk mengendalikan variabel variabel yang dikendalikan pada proses. Control station dikenal pula dengan istilah Field Control Station (FCS). Berikut adalah komponen dari FCS: Central Processor Unit (CPU) Catu daya (Power Supply Unit,PSU) VL net coupler Modul masukan/keluaran (I/O modules,IOM)FCS adalah otak dari DCS yang mengeksekusi kontrol dan mengkoputasi kontrol di lapangan.

Gambar 2 Bentuk fisik FCSKelebihan FCSFCS terhubung langsung dalam memproses,sehingga hal tersebut membutuhkan terutama kehandalan yang tinggi dan akurat serta dibutuhkan kehandalan untuk menjadi aman. Kelebihan daripada FCS untuk FIO dan FCS untuk RIO. Pada FCS untuk FIO dan FCS untuk RIO, model dari dual redundant telah digunakan. Pada dual redundant FCS, modul prosesor terdapat dua buah yang saling berkomunikasi (dual redundant) dan Vnet Coupler, Modul power supply, modul bus interface, buscoupler, dan node bus dalam yang dual redundant. Pada sistem duplex (dual redundant) modul prosesor (ada yang aktif , ada juga dalam kondisi standby) yang nantinya dapat di alihkan dari aktif ke standby tanpa banyak interupsi dalam mengontrol ketika modul yang aktif suatu saat drop atau terjadi gangguan.

Gambar 3 Duplex dual redundant processor card standard FCSBateraiUntuk Pensuplai cadangan untuk memori database dalam prosesor selama listrik mati /apabila terjadi ganguan listrik/mati lampu. Maksimum waktu back-up 72 jam

Gambar 4 Baterai

Tabel 1 Baterailife

3. Sistem KomunikasiSarana pertukaran data antara operator station,control station dan proses. Sarana komunikasi ini juga bisa dapat digunakan untuk menghubungkan DCS dengan sistem lain seperti PLC (Programmable Logic Control), SCADAsystem(Supervisory Control and Acquisition Data),Asset Management.

Engineering PC /Engineering Work Station (EWS).PC ini digunakan untuk melakukan modifikasi dari sistem yang sudah ada, juga untuk melakukan kegiatan maintenance dari sistem DCS Centum VP. Bentuk fisiknya sama seperti HIS, yang membedakan dengan HIS adalah software didalamnya. EWS dilengkapi dengan BUILDER sebagai window untuk modifikasi.Selama pekerjaan engineering tidak dilakukan, EWS dapat berfungsi sebagai HIS dan EWS juga dapat melakukan emulasi/ tes fungsi secara virtual.

Gambar 5 Bentuk EWS

Perlengkapan SISTEM KONFIGURASI BUSCommunication Gateway Unit (CGW)Alat ini berfungsi untuk menghubungkan Kabel Vnet dengan kabel Ethernet untuk keperluan supervisory computer ataupun untuk dihubungkan ke jaringan intranet. Dengan CGW, kita juga dapat menghubungkan dua sistem CENTUM VP yang jaraknya berjauhan dengan menggunakan jaringan telepon.V NetVnet adalah kabel komunikasi kontrol yang menghubungkan antara FCS, HIS, BCV dan CGW. Standar dari Vnet adalah dual redundant. Vnet/IP sebuah kabel berbasis IP yangreal-timeuntuk proses otomasi dan sudah menggunakan sistem komunikasi 1-Gbps.

EthernetVnet/IP sama seperti fungsi komunikasi Ethernet dan digunakan sebagai landasan kabel komunikasi di masa mendatang yang fungsinya sama seperti teknologi Vnet.FieldbusFoundation fieldbus adalah sebuah komunikasi berbasis digital yang diterapkan padafield instruments dan nantinya field bus akan menggantikan sistem konvensional antarmuka analog 4-20 mA.Engginering PC (ENG USER)Fungsi engginering PC adalah untuk manajemen dan pemeliharaan sistem.Operator PC (OFF USER)Fungsi operator PC adalah sebagai pencatatdata variable pada saatreal timeataupun data sebelumnya dan juga sebagai fungsi operasional harian sekaligus kontrol seperti: process alarm ,indikator level, dll[1]

2.3 Tipe Arsitektur DCSDCS memiliki arsitektur yang lengkap dan dibuat untuk sesuai dengan field dan kebutuhan yang dikontrol. Sistem utama DCS meliputi:1.Controller2.I/O3.Terminal Unit4.HMI / Supervisory Station5.Engineering Station6.Historian7.Sistem aset management & sistem report

Gambar 6 Arsitektur Umum DCS

Sistem utama tersebut dirangkai dalam suatu topografi yang bersusun membentuk sistem pengontrolan, menghasilkan report, dan penyimpanan data. Berikut ini topografi sistem DCS

Gambar 7 Topografi Sistem DCS

Dari gambar topografi tersebut, sampai saat ini DCS adalah sistem kontrol yang memiliki fungsi terlengkap dan cocok untuk aplikasi yang mengedepankan sistem integrasi. Adapun di bawah ini terdapat gambar arsitektur dari beberapa tipe DCS.Foxboro I/A Series

Gambar 8 Arsitektur DCS Foxboro I/A Series

Siemens PCS7

Gambar 9 Arsitektur DCS PCS 7Honeywell Experion PKS

Gambar 10 ArsitekturHoneywell Experion PKS

Honeywell TDC3000

Gambar 11 ArsitekturHoneywell TDC3000Honeywell Total Plant Solutions (TPS)

Gambar 12 ArsitekturHoneywell Total Plant Solutions (TPS)

Yokogawa Centum CS3000

Gambar 13 ArsitekturYokogawa Centum CS3000

4 Sistem Pengendalian Menggunakan DCS Centum CS 3000Teknologi DCS menggunakan beberapa kontroler yang terpisah. Masing-masing kontroler bekerja untuk menangani beberapa loop pengendalian. Sistem ini dinamakan Distributed control system (DCS), karena mekanisme pengendalian dilakukan beberapa kontroler (distributed). Gambar 13 menunjukkan sistem pengendalian DCS.

Gambar 14 Sistem pengendalian DCS

Dari gambar tersebut, Field instrument akan mengirimkan sinyal ke unit kontroler. Kontroler selanjutnya mengolah sinyal tersebut sesuai setting yang ada. Output sinyal dikirim ke field instrumentt di plant. Selama proses kalkulasi dan pengendalian, kontroler yang ada akan selalu mengirim sinyal ke sistem komputer pada kontrol room. Dengan demikian proses pengendalian dapat diawasi secara terus menerus.Perancangan Sistem Kontrol ProsesPerancangan sistem kontrol proses yaitu kontroler pada DCS Centum CS 3000 mengirimkan sinyal kontrol menuju plant dan umpan balik dari keluaran plant akan dikirimkan kembali ke DCS Centum CS 3000. Pada proses pengiriman sinyal kontrol, Kontroler terhubung ke plant melalui melalui jaringan. DCS Centum CS 3000 digunakan sebagai kontroler dan pusat dari perhitungan untuk mengirimkan sinyal kontrol, sehingga mempertahankan keluaran plant sesuai dengan set point. Sinyal kontrol dari kontroler akan dikirimkan melalui sistem tambahan(Embeded system), yaitu penggunaan Labview sebagai pertukaran data. Hal ini disebabkan, tidak tersedianya modul komunikais modbus ethernet pada DCS Centum CS 3000. Gambar 15 menunjukkan diagram blok sistem kontrol proses ini.

Gambar 15 Diagram blok sistem kontrol proses

5. Tipe Kontroller pada DCS Yokogawa CS3000Pada DCS yokogawa CS3000 ini pemrograman algoritma kontrol menggunakan function blok, dimana setiap blok memiliki fungsinya masing-masing, seperti :1Link blok PIO, digunakan sebagai masukan dan keluaran module dari centum CS30002PID, digunakan sebagai blok untuk algoritma kontrol PID3ST16, digunakan untuk pemrograman sekuensial4CALCU dan CALCU-L5LC64, digunakan untuk pemrograman logikaDan masih banyak lagi yang function blok-blok lain yang terdapat dalam program centum 3000 yang digunakan untuk membuat algoritma kontrol serta monitoring suatu plant. Pada DCS yokogawa memiliki beberapa algoritma pengendalian PID, yaitu :1Tipe kontrol dasar PID (PID)Melakukan aksi kontrol proporsional, integral dan derivatif mengikuti perubahan nilai set point. Bertujuan untuk menghasilkan respon yang cepat terhadap perubahan nilai set point.

2Tipe kontrol PID proporsional PV dan derivativ (I-PD)Hanya melakukan aksi integral saat nilai set point berubah. Menjamin kestabilan sistem meskipun nilai set point berubah secara mendadak.3Tipe kontrol PID derivativ PV (PI-D)Hanya melakukan aksi proporsional dan integral saat nilai set point berubah. Digunakan jika memerlukan respon yang lebih baik terhadap perubahan nilai, seperti blok kontrol hilir (downstream) pada loop kontrol cascade.4Tipe penentuan otomatisPada mode cascade atau remote cascade, menggunakan tipe kontrol PID derivatif PV (PI-D) agar dapat lebih baik dalam mengikuti perubahan nilai set point. Pada mode automatis, menggunakan tipe kontrol PID proporsional PV dan derivatif (I-PD) untuk menjaga kestabilan sistem.5Tipe penentuan otomatis 2 Pada mode cascade menggunakan tipe kontrol PID derivatif PV (PI-D). Pada mode automatis atau remote cascade menggunakan tipe kontrol PID proporsional PV dan derivatif (I-PD) untuk menjaga kestabilan sistem.