i

SISTEM PENGENDALIAN OTOMATIS

LAPORAN RESMIP3-PEMOGRAMAN DISTRIBUTED

CONTROLSYSTEM CENTUM CS 3000 R3

YOKOGAWA

KELOMPOK 28 :KHOIRI NURRAHMANI NRP 2414 105 046

ASISTEN :ANDHIKA

JURUSAN TEKNIK FISIKAFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya

SISTEM PENGENDALIAN OTOMATIS

LAPORAN RESMIP3-PEMOGRAMAN DISTRIBUTEDCONTROL SYSTEM CENTUM CS 3000R3 YOKOGAWA

KELOMPOK 28 :KHOIRI NURRAHMANI NRP 2414 105 046

ASISTEN :

ANDHIKA

JURUSAN TEKNIK FISIKAFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya2015

ii

ABSTRAK

Pada percobaan ini yang dibahas adalah DCS (Distributed Control System). Percobaan kali ini bertujuan agar mengerti fungsi, konfigurasi, dan pemrogaman dari DCS centum CS 3000 Yokogawa. DCS (Distributed Control System) adalah salah satu control model supervisory yang dapat melakukan pengontrolan serta monitoring plant dalam skala besar. DCS (Distributed Control System) merupakan sistem pengendali terdistribui. Distribusi ada tiga hal yaitu : distribusi resiko kegagalan, distribusi lokasi, distribusi pengendali. Proses yang dikontrol dapat berupa proses yang berjalan secara kontinyu atau proses yang berjalan secara batching, dan mode kontrol yang digunakan adalah mode kontrol PID. Pengendalian dilakukan dengan melakukan beberapa kali tunning pada elemen-elemen kontroler yang terdiri dari P (Proportional), I (Integratif), dan D (Derivatif).

Kata kunci: DCS, Proses, Control, PID

iii

ABSTRACT

In these experiments are discussed DCS (Distributed Control System). This experiment to understand the functionality, configuration, and programming of the DCS Centum CS 3000 Yokogawa. DCS (Distributed Control System) is a model of supervisory control that can perform control and monitoring of large-scale plant. DCS (Distributed Control System) is a distributed control system. Distribution of three things: the risk of failure distribution, the distribution location, distribution controller. The process can be controlled continuously running process or processes running in batching, and the control mode used is the PID control mode. Control is done by performing several times tunning the controller elements consisting of P ( Proportional ), I ( integrative ), and D ( Derivative ).

Keywords: DCS, Process, Control, PID

iv

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL iCOVER iiABSTRAK iiiDAFTAR ISI ivDAFTAR GAMBAR vDAFTAR TABEL viBAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 11.2 Perumusan Masalah 11.3 Tujuan 11.4 Sistematika Laporan 2

BAB II DASAR TEORI 32.1 Sistem Pengendalian 32.2 8

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN 103.1 Alat dan Bahan 103.2 Prosedur Percobaan 10

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 124.1 Analisa Data 124.2 Pembahasan 13

BAB V PENUTUP 155.1 Kesimpulan 15

5.2 Saran 15DAFTAR PUSTAKA viiLAMPIRAN

v

DAFTAR GAMBAR

Gambar 4.1 Grafik Controller DCS..........................................12

vi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Parameter Pengendalian..............................................12

vii

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangDalam perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan

yang terus berkembang, membuat semua yang dilakukan mejadi lebih mudah dan efisiensi dalam hal waktu dan produksi yang dihasilkan.

Dalam dunia industri dibutuhkan sistem pengontrolan yang tepat, teliti dan efisien dalam hal waktu. Pada perusahaan teknologi kotrol sudah berkembang pesat, seperti halnya DCS (Distributed Control System). DCS (Distributed Control System) adalah salah satu control model supervisory yang dapat melakukan pengontrolan serta monitoring plant dalam skala besar. DCS (Distributed Control System) merupakan sistem pengendali terdistribui. Distribusi ada tiga hal yaitu : distribusi resiko kegagalan, distribusi lokasi, distribusi pengendali.

Oleh karena itu diperlukannya percobaan kali ini tentang DCS (Distributed Control System) agar mengerti bagaimana fungsi dan cara pemrogaman dari DCS (Distributed Control System).

1.2 PermasalahanAdapun permasalahan yang yang didapat pada

praktikum ini adalah 1. Bagaimana cara mensimulasikan pengendalian levelplant

pada DCS Centum CS 3000 R3 Yokogawa? 2. Bagaimana cara melakukan tunning PID DCS Centum

CS 3000 R3 Yokogawa untuk mendapatkan nilai parameter PID yang sesuai dengan kebutuhan proses?

1.3 TujuanAdapun tujuan dari percobaan yang dilakukan adalah:

1. Praktikan mampu membuat simulasi sistem pengendalian yang berbasis PID kontroler pada DCS Centum CS 3000 R3 Yokogawa.

1

2. Praktikan mampu menentukan parameter PID yang sesuai dengan kebutuhan proses.

1.4 Sistematika LaporanBAB I PENDAHULUAN. Bab ini berisi tentang latar

belakang percobaan ini dilakukan, rumusan masalah yang harus dipacahkan pada percobaan kali ini, tujuan dari percobaan ini dan sistematika dari laporan percobaan kali ini.

BAB II TEORI DASAR. Bab ini berisi tentang teori-teori yang menunjang dari percobaan kali ini. Teori yang berisi tentang DCS Centum CS 3000 yokogawa, dan teori tentang PID kontrol.

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN. Bab ini berisi alat-alat yang diperlukan dalam percobaan ini. Dan berisi tentang perosedur percoban yang dilakukan dengan flowcart.

BAB IV ANALISA DATA PERCOBAAN. yang berisi tentang data hasil percobaan kali ini yang dilakukan pada percobaan kali ini untuk didapatkan pembahasan.

BAB V PENUTUP. Bab ini berisi tentang kseimpulan dari percoban yang telah dilakukan. Dan saran yang diperlukan untuk perbaikan kedepannya.

2

BAB IIDASAR TEORI

2.1 Pengertian DCSDistributed 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.

Distributed control system (DCS) digunakan dalam industri untuk memonitor dan mengontrol plant yang sebar. 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.[2]

Komponen utama DCS dapat dibagi menjadi beberapa bagian, antara lain:1. HIS (Human Interface Station)

HIS merupakan perangkat antar muka sistem dengan engineer/operator yang berfungsi untuk menampilkan variabel proses,parameter kontrol,alarm-alarm status kejadian pada plant.

2. FCU (Field Control Unit)

3

FCU adalah otak dari DCS, karena berfungsi sebagai kontroller yang mana semua perhitungan mengenai kontrol di plant dilakukan di FCU.3. FIO (Field Input-Output)

Berupa terminal input-output. Berfungsi untuk menerima sinyal-sinyal hasil pengukuran dari lapangan dan meneruskannya ke FCU, dan sebaliknya menerima sinyal kontrol dari FCU dan meneruskannya ke kontrol local/lapangan.4. FCS(Field Control Station)

FCS berupa seperangkat alat kontrol lengkap mulai dari FCU, FIO, power suplai, V-net coupler, dan juga modul komunikasi, seperti ethernet.5. Field InstrumentField Instrument adalah alat pendukung dalam sistem

pengaturan otomatis. Field Instrument berupa sensor dan aktuator.[2]

Gambar 2.1 Arsitektur DCS[3]

2.1.1 Cara Kerja DCS DCS digunakan sebagai alat control suatu proses. Untuk mempelajari suatu sistem kontrol dengan DCS, harus dipahami

4

terlebih dahulu apa yang disebut dengan loop system, dimana pada suatu loop system terdiri dari :1. Alat pengukur ( Sensor Equipment)2. Alat control untuk pengaturan proses (Controller)3. 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.

2.1.2 Kelebihan DCSAdapun kelebihan dari DCS sebagai berikut :

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 mudah

2.2 PID ControllerPID (Proportoinal Integral Derivative) controller

merupakan kontroler untuk menentukan kepresisian suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik / feed back pada sistem tersebut. Komponen PID terdiri dari 3 jenis, yaitu Proportional, Integratif, dan Derivative. ketiganya dapat diapaki bersamaan maupun sendiri-sendiri, tergantung dari respon yang kita inginkan terhadap plant.

5

Gambar 2.2 Blok Diagram PID kontroler[4]

Ada 3 macam control PID yaitu control PI, PD, dan PID. PI adalah kontrol yang menggunakan komponen Proportional dan Integratif. PD adalah kontrol yang menggunakan komponen propostional dan derivatif. Dan PID adalah kontrol yang menggunakan komponen proportional, integral, dan derivatif.

2.2.1 Kontrol Proportioanl Kontrol proporsional berfungsi untuk memperkuat sinyal

kesalahan penggerak (sinyal error), sehingga akan mempercepat keluaran sistem mencapai titik referensi. Hubungan antara input kontroler u(t) dengan sinyal error e(t) terlihat pada persamaan 1.

Kp adalah konstanta proporsional. Diagram blok kontrol proporsional ditunjukkan pada gambar.

Gambar 2.3 Blok Diagram Kontrol Proportional[4]

Berikut ini merupakan ketentuan-ketentuan kontroler proporsional yang perlu diperhatikan saat diterapkan pada suatu sistem, antara lain:

6

1. Jika nilai Kp kecil, kontroler proporsional hanya mampu melakukan koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem yang lambat.

2. Jika nilai Kp dinaikkan, respon sistem menunjukkan semakin cepat mencapai keadaan mantap. Namun jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang berlebihan, akan mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil, atau respon sistem akan berosilasi. Pengendali Proporsional menghasilkan keluaran sebanding

dengan masukan. Faktor penguatan proporsional (Kp) diuraikan sebagai hambatan Rf didalam rangkaian umpan balik dari terminal keluaran ke terminal masukan pada Op-Amp.

2.2.2 Kontrol IntegralKontrol integral pada prinsipnya bertujuan untuk

menghilangkan kesalahan keadaan tunak (offset) yang biasanya dihasilkan oleh kontrol proporsional. Hubungan antara output kontrol integral u(t) dengan sinyal error e(t) terlihat pada persamaan.

Ki adalah konstanta integral. Diagram blok kontrol integral ditunjukkan pada gambar.

Gambar 2.4 Blok Diagram Kontrol Integral[4]

2.2.3 Kontrol DerivatifKontrol derivatif dapat disebut pengendali laju, karena

output kontroler sebanding dengan laju perubahan sinyal error. Hubungan antara output kontrol derivatif u(t) dengan sinyal error e(t) terlihat pada persamaan

7

Blok kontrol derivatif ditunjukkan pada Gambar 3. Kontrol derivatif tidak akan pernah digunakan sendirian, karena kontroler ini hanya akan aktif pada periode peralihan. Pada periode peralihan, kontrol derivatif menyebabkan adanya redaman pada sistem sehingga lebih memperkecil lonjakan. Seperti pada kontrol proporsional, kontrol derivatif juga tidak dapat menghilangkan offset.

Gambar 2.5 Blok Diagram Kontrol Derivatif[4]

Gambar diatas menyatakan hubungan antara sinyal masukkan dengan sinyal keluaran kontroller diferensial. Ketika masukkannya tidak mengalami perubahan , keluaran kontroller juga tidak mengalami perubahan, sedangkan apabila sinyal masukkan berubah mendadak dan naik (berbentuk fungsi step), keluaran menghasilkan sinyal berbentuk impuls. Jika sinyal masukkan berubah naik secara perlahan (fungsi ramp), keluaranya justru merupakan fungsi step yang besar magnitudnya sangat dipengaruhi oleh kecepatan naik dari fungsi ramp dan faktor konstanta diverensialnya.[4]

8

BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat dan BahanPada simulasi tentang pengendalian level dengan DCS

Centum CS 3000 R3 Yokogawa diperlukan beberapa peralatan antara lain :a. PersonalComputerb. SoftwareDCS Centum CS 3000 R3 Yokogawa

3.2 Prosedur Percobaan

Berikut adalah prosedur percobaan yang dilakukan :1. Aktifkan System View dengan cara klik [start] [All

Program] [YOKOGAWA CENTUM] [System View] pada menu [Window Call].

2. Pilih [File] [Create New] [Project]. Muncul window [Outline]. Masukkan data pada kolom User, Organization, dan Project Information. Klik OK.

3. Muncul window [Create New FCS] Setting seperti berikut: Station type: AFS40D Duplexed Field Control Unit (for FIO, with Cabinet) Database Type : General - Purpose Domain Number : 1 Station Number : 1 Component / Number : Leave it blank Station Comment : Leave it blank Alias of Station : Leave it blank

Station Status Display : Leave it blankUpper Equipment Name : Leave it blank

Kemudian Klik OK.4. Muncul window [Create New HIS]

Station Type : PC with Operation and monitoring functions Station Address / Domain Number : 1

9

Station Address / Station Number : 64 Other items : Leave it blankKlik OK.

5. Mendefinisikan analog input/output.6. Membuat function block module.7. Memberi nama pada setiap block input, kontrol dan output.8. Membuat wiring pada function block.9. Memberikan nama pada setiap instrument yang digunakan

dan tentukan PV, MV, SV.10. Melakukan tes function block yang dibuat.

10

BAB IVANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa Data

Sesuai dengan prosedur simulasi percobaan nilai P, I serta D akan dituning untuk mendapatkan grafik respon yang diharapkan. Berikut adalah yang didapatkan dari DCS Centum CS 3000 R3 Yokogawa:

Tabel 4.1 Parameter Pengendalian

Tuning Pengendalian

Tuning SVParameter

P I D

11

100 0 0

21

50 20 0

Berikut adalah grafik respon yang didapatkan pada DCS Centum CS 3000 R3 Yokogawa :

11

Gambar 4.1 Grafik respon DCS

12

4.2 Pembahasan

Sistem Kontrol PID ( Proportional–Integral–Derivative controller ) merupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut ( Feed back ). Dalam implementasinya masing-masing cara dapat bekerja sendiri maupun gabungan diantaranya. Dalam perancangan sistem kontrol PID yang perlu dilakukan adalah mengatur parameter P, I atau D agar tanggapan sinyal keluaran system terhadap masukan tertentu sebagaimana yang diinginkan. Pada percobaan pengendalian level yang pertama dari grafik 4.1 didapatkan grafik yang berosilasi dengan menggunakan nilai Proportional 100. Penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik.

Pada percobaan pengendalian level yang kedua dengan menggunakan nilai Proporsional 50 dan Integral 20 dan Derivatif 0. Grafik yang dihasilkan lebih baik pada percobaan pengendalian level yang kedua karena sistem pada kondisi ini lebih cepat menuju set point dan tidak terjadi osilasi pada responnya.

Dengan kontrol proporsional bernilai 50, kontrol ini cukup mampu untuk memperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time. Dengan kontrol integral yang bernilai 20 yaitu dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde sistem. Dengan sifat ini dapat digunakan untuk memperbaiki respon transien dengan memprediksi error yang akan terjadi. Kontrol Derivative bernilai 0 dan hanya berubah saat ada perubahan error.

13

14

BAB VKESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil dari simulasi percobaan pengendalian level dengan DCS Centum CS 3000 R3 Yokogawa adalah :1. Dari percobaan diatas menunjukan bahwa untuk plant

pengendalian level yang digunakan cukup menggunakan parameter control Proporsional dan Integral.

2. Elemen-elemen kontroller P, I dan D masing-masing secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem, menghilangkan offset dan menghasilkan perubahan awal yang besar

5.2 Saran

Adapun dalam percobaan ini didapatkan saran sebagaiberikut:1. Pada simulasi selanjutnya sebaiknya membuat berbagai

variasi pada nilai P, I dan D sehingga didapatkan hasil yang lebih optimal dan lebik baik.

2. Dalam percobaan DCS Centum CS 3000 Yokogawa sebaiknya menggunakan spesifikasi komputer/laptop yang mempunyai kapasitas RAM yang besar sekitar 4 Gb untuk menghindari lambatnya proses simulasi

DAFTAR PUSTAKA

15

[1]. Kuo,B.C.,”Automatic Control Sistem”,6th ed., Printice-Hall, Englewood Cliffs,NJ.,1998, halaman 21 s/d 57.

[2] Ogata,K.,”Modern Control Engineering”, 4th ed., Printice-Hall, Englewood Cliff,NJ.,1997, halaman 1 s/d 176.

[3] Asisten Lab Larins.,”Distributed Control System”.2013

16

17