INTEGRASI PLC SIEMENS S7 Lite 300 DAN DCS CENTUM CS 3000 UNTUK

IMPLEMENTASI PENGATURAN CONTROL VALVE

Samsul Rajab 2206100188

Presentasi Tugas Akhir

Bidang Studi Teknik Sistem Pengaturan

Jurusan Teknik Elektro - ITS

Agenda

Pendahuluan

Perancangan Sistem

Implementasi dan Analisa Data

Kesimpulan dan Saran

Latar Belakang

Industri proses kontinyu menggunakan Distributed Control System (DCS) sebagai piranti kontrol utama dan Programmable Logic Control (PLC) sebagai sub-kontroler.

Isu open system pada peralatan-peralatan kontrol

Permasalahan (1)

Mengintegrasikan PLC dan DCS, yang akan digunakan untuk mengatur flow (aliran) udara yang melewati sebuah control valve

Menjaga perbandingan bukaan control valve 1 dan control valve 2 agar selalu sama

Pembagian tugas dari beberapa peralatan kontrol dalam satu sistem

Permasalahan (2)

DCS sebagai kontroler utama yang akan menjalankan fungsi kontrol regulator dan PLC sebagai sub-kontroler yang akan menjalankan fungsi kontrol sekuensial

Tipe kontroler yang digunakan yaitu kontroler proporsional dan integral (PI)

Toleransi kesalahan perbandingan control valve 1 dancontrol valve 2 sebesar 10%

Sensor flow dianggap dalam kondisi linear

Tekanan kedua ujung pipa dianggap selalu sama

Tujuan

Membangun sistem dengan mengintegrasikan DCS dan PLC untuk mengatur control valve

Mengaplikasikan kontrol PI dan kontrol rasio pada control valve

Menganalisa respon plant

Distributed Control System (DCS)

DCS merupakan pengembangan dari sistem kontrol model supervisory dengan unit-unit kontroler yang tersebar diseluruh jaringan sistem.

Tujuan Pemakaian DCS

Meningkatkan Kinerja Sistem Kontrol Plant

Produksi Mengoptimalkan jadwal produksi (production schedule)

Mengoptimalkan penempatan peralatan (equipment assignment)

Konsistensi produk

Efisiensi Penghematan energi dan material

Biaya Optimisasi Plant-wide

Optimisasi tenaga kerja

Isu Perkembangan Teknologi DCS

Permasalahan standar terbuka (open system)

Penggunaan fieldbus

Tantangan metoda kontrol lanjut

Bagian Antarmuka DCS

Arsiterktur Konfigurasi DCS

Aplikasi DCS

Plant pembangkit listrik

Sistem pengaturan lingkungan

Sistem manajemen pengairan

Pengeboran minyak

Proses kimia

Proses produksi farmasi

Kapal pembawa minyak

Aplikasi DCS di Industri

DCS Yokogawa

Generasi pertama DCS dari Yokogawa diproduksi pada tahun 1975 bernama Centum yang komunikasinya menggunakan F-bus dengan kecepatan 250 kbps

Generasi yang terbaru adalah Centum VP diproduksi pada tahun 2008 menggunakan V-net/IP dengan kecepatan 1 Gbps

Perkembangan DCS Yokogawa

Centum telah dikembangan sebagai open system

Programmable Logic Control (PLC)

Tipe PLC yang digunakan adalah PLC Siemens S7 Lite 300 yang diproduksi oleh Seimens

Arsitektur PLC Siemens Step 7 Lite 300

Program Development Terminal (PDT) Central Processing Unit (CPU)

modul input dan modul output

Control Valve

Final control element yang digunakan untuk mengatur aliran fluida

agar mampu mengimbangi adanya gangguan serta tetap menjaga

variabel proses agar berada pada set point yang diinginkan

Aplikasi Control Valve di Industri

Struktur Dasar Control Valve

Actuator

A = Diaphragma

B = Upper Diagram Case

C = Pegas (Spring)

D = Yoke

E = Valve Stem

Valve

F = Plug

G = Seat

Electro Pneumatic Positioners YT-1000R

Arus maksimum : 120 mA

Suplai daya : Mendapat daya dari loop, 4 – 20 mA

Sinyal maksimum : 3,5 mA

Rentang temperatur standar : 40 hingga +85 Tekanan suplai : 1,4 – 8 bar

Tegangan beban : hingga 9,5 V DC/20 mA (475 Ω terkait)

Tegangan : Maksimum 30 V DC

Pneumatic Actuator EL-O-MATIC

Jenis aktuator ini bekerja menggunakan dua masukan udara sehingga memungkinkan untuk melakukan gerakan putar (rotary) dua arah

Karakteristik Control Valve

Perangkat Keras dan Lunak

Field Control Station (FCS) tipe PFCS-S

Centum CS 3000

PLC Siemens S7 – 300 cpu 312c

Step7Lite

Electro Pneumatic Positioners YT-1000R

Kontrol Rasio

Kedua laju aliran diukur dan rasionya dihitung. Setpointadalah rasio yang diinginkan.

Salah satu laju aliran tidak dikontrol, tetapi hanya diukur dan sinyal ini dikalikan dengan suatu konstanta pengali yang memenuhi rasio yang diinginkan.

BA

FY101A

F T101A

FY101B

F T101B

FFRC101

Langkah Perancangan Sistem

Merancang konfigurasi sistem integrasi DCS dan PLC

Survey kebutuhan sistem

Identifikasi plant

Konfigurasi Sistem Integrasi DCS

dan PLC

HIS

FCS

PLC

DCS

Kebutuhan Sistem

DCS Centum CS 3000

PLC Siemens step 7 lite 300

Komputer

Control valve

Voltage to current (V/I)

Koneksi

- Koneksi DCS dan PLC dengan menggunakan wiring pada modul analog masing-masing peralatan

- Koneksi PLC ke control valve dengan menggunakan wiring dari modul analog PLC ke control valve melalui V/I

Identifikasi Plant

Indentifikasi sistem dilakukan dengan memberikan sinyal masukkan ke control valve 1 sebesar 2.5 V

Hasil Identifikasi Control Valve

15,5

1.2

)(

)(

+=

ssX

sY (1.2)

DEMO

Skema Plant

H IS

F C S

P L C 1P L C 2

S e n s o r f lo w 1

S e n s o r f lo w 2

C o n tr o l v a lv e 1

C o n tr o l v a lv e 2

D C S

A li ra n u d a ra d a r i k o m p re s o r

Implementasi Sistem Pada Centum CS 3000

Pengujian Dengan Parameter Kp Yang

Berbeda

Tabel Pengujian Dengan Parameter Kp

Yang Berbeda

Pengujian Dengan Parameter Ki Yang

Berbeda

Tabel Hasil Pengujian Dengan

Parameter Ki Yang Berbeda

Pengujian Dengan Pemberian

Masukan Yang Berbeda

Tabel Hasil Pengujian Dengan

Pemberian Masukan Yang Berbeda

Analisa Data (1)

Hasil implementasi dengan pemberian parameter Kp yang berbeda dan Ki yang sama. Hasil yang diperoleh tidak sesuai dengan yang diharapakan. Dimana dari tiga kali pengujian yang dilakukan nilai kesalahan terkecil adalah 11.88%. Nilai kesalahan ini terjadi pada saat dilakukan pengujian dengan menggunakan parameter Kp=50 dan Ki=20

Hasil implementasi dengan pemberian nilai Kp yang tetap dan nilai Ki yang berbeda, diperoleh dua nilai kesalahan yang masih berada pada nilai toleransi yang diizinkan. Yang pertama kesalahan sebesar 6.69% untuk parameter kontroler yang digunakan Kp=50 dan Ki=5 dan kedua dengan nilai kesalahan sebesar 9.38% untuk parameter kontroler yang digunakan Kp=50 dan Ki=10.

Analisa Data (2)

Hasil pengujian dengan pemberian nilai masukan yang variatif diperoleh nilai kesalahan sebesar 8.22% untuk nilai masukan berupa bukaan 50% (bukaan control valve 2).

Kesimpulan dan Saran Proses kontrol dengan mengintegrasikan antara PLC dan DCS untuk

mengatur plant control valve dapat berjalan dengan baik.

permasalahan perbandingan bukaan control valve 1 dan control valve 2 dapat diatasi dengan menggunakan kontroler PI dengan spesifikasiparameter kontroler yang sesuai.

Akibat kurang presisi bacaan dari sensor flow mengakibatkan respon yang berosilasi

Penelitian selajutnya diharapkan integrasi PLC dan DCS dapat dilakukan dengan menggunakan modul komunikasi seperti modbusdan lain-lain.

Penggunaan plant dalam jumlah yang banyak (lebih dari satu).

TERIMA KASIH

Kontroler PID

Kontroler yang digunakan pada Centum CS 3000menggunakan algoritma kontrol PID diskrit

(1.2))ee(KT

1eTKeKu 1kkD

k

0kIkpk −−++= ∑

Desain Kontroler Proporsional

dan Integral

Dilakukan dengan menggunakan metode Zieger – Nichols

Kontrol Rasio

Pada perangkat lunak Centum CS 3000 blok fungsi kontrol rasio memenuhi persamaan 1.2

(1.2)

MV = Manipulated variable

Kr = Contant rasio

PV = Process variable

SV = Set variable

PVSVKrMV ××=