MODUL PRAKTIKUM SISTEM KENDALI DIGITAL

PROGRAM STUDI D3 TEKNIK ELEKTRONIKAPROGRAM PENDIDIKAN VOKASI

UNIVERSITAS HALU OLEOKENDARI

MODUL P1

PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER

I. Tujuan Praktikum :

1. Praktikan diharapkan dapat emahami dasar-dasar dan pemrograman PLC

2. Praktikan diharapkan dapat memahamai Bahasa pemrograman PLC

II. Dasar Teori ;

Pada dasarnya Programmable Logic Controller (PLC) itu merupakan suatu peralatan

elektronika yang berbasis mikroprocessor, yang dirancang khusus untuk menggantikan

kinerja peralatan – peralatan elektronik seperti counter, relay elektronik, timer dalam suatu

proses pengendalian (controller).

PLC mempunyai kelebihan yang kemungkinan tidak dimiliki oleh peralatan kontrol

konvensional yaitu bahwa PLC dapat bekerja pada industri dengan kondisi yang cukup berat,

dengan tingkat polusi tinggi, fluktuasi temperatur antara 0° sampai 60° dan kelembaban

relatif antara 0% sampai 95%. Dibandingkan dengan sistem kendali konvensional, PLC

mempunyai kelebihan antara lain :

a. Bekerja handal dan aman, serta fleksible.

b. Hemat dalam jumlah pengawatan.

c. Pemrogramannya sederhana dan mudah dirancang dalam bahasa atau instruksi yang

mudah dimengerti.

d. Pemasangan atau instalasinya mudah.

PLC dapat digunakan untuk mengendalikan peralatan-peralatan, mesin-mesin pada

proses produksi diberbagai industri logam, perusahaan perakitan, industri semen, industri

otomotif, pengolahan dikilang minyak, industri makanan dan minuman serta masih banyak di

bidang industri lain

PLC (Programmable Logic Controller) adalah sebuah alat instrument yang mempunyai

kemampuan menyimpan instruksi-instruksi yang berfungsi sebagai kendali atau

melaksanakan fungsi suatu perintah kerja yang sekuensial, perhitungan aritmatik, pemrosesan

numerik, sarana komunikasi dari suatu proses yang jenis input atau outputnya berupa sinyal

logic on-off. PLC merupakan sistem operasi elektronik digital yang dirancang untuk

keperluan lingkungan industri, PLC digunakan untuk menggantukan fungsi relay-relay yang

banyak digunakan.

Gambar 3.1 Kontrol Proses Closed Loop di Industri

PLC menerima sinyal input dari perlatan sensor berupa sinyal on off. Apabila input

berupa sinyal analog, maka dibutuhkan input analog modul yang menkonversikan sinyal

AKTUATOR

SENSOR

LOGIC

CONTROLLER DISPLAY PLANT

analog menjadi sinyal digital. Sinyal tersebut langsung dikirim ke cental Central Processing

Unit (CPU) untuk diproses sesuai program yang dibuat. Hasil pemrosesan berupa sinyal

keluaran digital yang dikirim ke modul output untuk menjalankan aktuator.

Pabrikan yang membuat produk PLC diantaranya Allan Bradley, Omron, Mitshubishi,

General Electric-Klocker Moler, Festo, Texas Instrument, Siemens, Toshiba, dan Scheneider.

PLC yang dipakai dalam praktikum kali ini adalah PLC Siemens S7-200 dan Allen Bradley

(logixpro).

Gambar 3.2 Diagram Block PLC

3.1 Dasar Pemroraman PLC

Kontrol program adalah komponen utama dalam sistem yang bekerja secara otomatis.

Kontrol program harus didesain secara sistematis, terstruktur dengan baik dan harus

terdokumentasi agar bebas dari kesalahan, pemeliharaan mudah, dan efektif dalam biaya.

Untuk memrogram PLC dapat digunakan prosedur berikut untuk menyelesaikan

permasalahan mengenai kontrol. Langkah-langkah dalam membuat program sebagai berikut :

a. Identifikasi Masalah

Definisi permasalahan untuk menjabarkan problem kontrol dalam bentuk detail.

Informasi yang diperlukan yaitu skema posisi, skema sekuensial, dan table kebenaran

untuk menerangkan hubungan I/O.

b. Allocation List

Allocation list berisi kondisi-kondisi program atau alamat yang dipakai oleh keluaran

atau masukan.

c. Pembuatan Program

Terdapat dua cara untuk membuat program, yaitu dengan menggunakan ladder

diagram atau statement list.

Berikut beberapa contoh program dasar PLC Allen Bradley (software logixpro) dengan

menggunakan ladder diagram.

Logika AND, OR, dan NOT

Gambar 3.3 AND, OR, NOT

TON (Timer On Delay) dan TOF (Timer Off Delay)

Gambar 3.4 TON dan TOF

Counter Up/Down

Gambar 3.5 Counter

3.2 Prosedur Percobaan

Alat dan Bahan

1. Modul PLC Siemens S7-200

2. Kabel Downlader MPI

3. Modul Mixing tank

4. PC yang terinstall Step 7 Micro

Langkah Percobaan

1. Siapkan alat dan bahan.

2. Wiring dan tentukan I/O Mixing tank ke input dan output PLC Siemens S7-200.

Tabel 3.1 Input dan Output PCT 17 to PLC Siemens S7-200

Modul Mixing Tank I/O PLC Siemens S7-200

Sensor 3 (bawah)

Sensor 2 (tengah)

Sensor 1 (atas)

Pompa 1

Pompa 2

Mixer

Indikator Pompa 1

Indikator Mixer

Indikator Pompa 2

MODUL P2

Simulasi Pengendalian Suhu Pada PCT 13 Dengan LABVIEW 2012

I. Tujuan:

1. Praktikan dapat mengetahui konfigurasi hardware National Instrument Field Point

yang digunakan untuk mengendalikan besarnya suhu pada PCT 13.

2. Praktikan dapat mengetahui cara pemrogramman Labview 2012.

3. Praktikan dapat mengetahui peran mode Kontrol PID secara Real Time.

II. Dasar teori :

Pada modul praktium ini praktikan akan mengendalikan suhu Aliran fluida dengan

menggunakan software LABVIEW 2012 yang terintergrasi dengan hardware National

Instrument Field Point yang digunakan sebagai interface antara LABVIEW 2012 dengan

plant yang akan dikendalikan yaitu PCT 13. Diagram block dari sistem pengendalian laju

aliran (flow) dengan menggunakan LABVIEW 2012 dapat dilihat pada dibawah ini:

Gambar 1. blok diagram sistem pengendalian suhu

untuk konfigurasi antara hardware field point, LABVIEW 2012, dan modul Flow

Control

LABVIEW 2012

Labview adalah sebuah software pemrograman buatan national instrument dengan

konsep yang berbeda seperti bahasa pemrograman lainnya yaitu: C++, Matlab, atau visual

basic, tetapi mempunyai fungi yang sama. Bahasa pemrograman labview berbasis pada grafis

atau blok diagram sementara yang lain menggunakan basis text. Labview bekerja mempunyai

dua bagian yaitu: front panel digunakan sebagai user interface yang akan mensimulasikan

panel untuk instrument dan block diagram digunakan sebagai source code dibuat dan

berfungsi sebagai instruksi untuk front panel.

Gambar 2. front panel dan block diagram

LABVIEW PCT 13

Pompa

T ref T out

Menu bar pada front panel labview.

run

Gambar 3. menu bar pada front panel

fungsi dari masing-masing bagian adalah:

1. Run : mengeksekusi VI sampai process selesai

2. Run continuously : mengeksekusi VI secara kontinu, setelah satu proses selesai maka

VI kembali dieksekusi sampai abort ditekan.

3. Abort : menghentikan eksekusi.

4. Pause : menghentikan eksekusi sementara

5. Highlight : melihat alur dari jalan program secara berlahan pada front panel.

6. Start single stepping: mengeksekusi VI per step

7. Align object : mengatur tampilan obejk

8. Distribute objek : mengatur tampilan beberapa objek

9. Recorder : mengatur tampilan beberapa objek yang saling bertumpukan

10. Icon : gambar yang ditampilkan VI tersebut bila dijadikan sub VI

Tool Pallete

Dalam membuat suatu VI ada beberapa tools yang harus dipakai dan masing mempunyai

kegunaannya:

Gambar 4. Tool pallete

1. Operate value: mengubah nilai parameter dari suatu objek

2. Connect wire : menghubungkan beberapa objek dengan kabel

3. Set/clear breakpoint : membuat atau menghilangkan sebuah breakpoint

4. Probe data : membuat sebuah probe yang berfungsi untuk monitoring data

5. Object Pop Up: menu yang berhubungkan dengan objek tersebut tersebut atau

memunculkan daftar objek

6. Position /size/select: memindahkan, mengubahkan ukuran atau memilih suatu

objek

7. Edit text : mengedit atau membuat tulisan.

8. Scroll window : memindahkan sudut pandangan pada layar

recorde

r

Start single stepping

abort Align object Run continues

highlight pause

icon

Distribute object

6

5

4

7

1

2

9

8

3

10

9. Get color : mengambil sampel warna

10. Set color : mengubah warna dan suatu objek.

Control palette

Dalam pemrograman berbasis grafis, hal yang perlu dilakukan untuk membuat

suata program adalah menaruh beberapa fungsi dan kemudian menghubungkan

dengan kabel pada bagian diagram. Fungsi-fungsi tersebut terletak pada control

palette. Banyak fungsi yang terletak dalam control palette bervariasi tergantung pada

seberapa lengkap LABVIEW yang diinstall. Pada praktikum ini menggunakan control

& simulation, PID palette yang digunakan untuk membuat kontrol PID pada front

panel LABVIEW.

Gambar 5. Control panel PID labview

Dalam praktikum ini hanya menggunakan PID advanced, sebagai kontroler

Fungsi PID lanjut (PID Advanced) menerapkan sebuah fungsi kontroller PID dalam bentuk

penjumlahan, contohnya adalah P, I dan D dijumlahkan, dengan parameter pengendalian Kc,

Ti dan Td. (Lebih tepatnya, bentuk penjumlahan akan membentuk sebuah fungsi pengendali

PID ideal. Bentuk penjumlahan lain adalah betuk parallel dengan parameter pengendali Kc,

Ki = Kc/Ti dan Kd = Kc*Td). Fungsi pengendali PID ini menerapkan anti-wind up dan dapat

dipasang pada modus manual. Pilihan yang tersedia adalah gain yang non-linier, dan bobot

setpoint yang dikurangi dalam jumlah yang proporsional. Fungsi pengendali ini tidak

memiliki fliter low pass pada penggunaan derivatif. (Pada penerapan, fungsi pengendali

lanjut selalu digunakan, dikarenakan oleh kurangnya pilihan mode manual).

Gambar 6. PID Advanced (DBL)

Keterangan tentang fungsi pada parameter pada PID advenced

1. Manual Control menentukan besarnya keluaran kontrol disaat “auto?” adalah

FALSE.

2. auto?menentukan apakah kontrol manual atau otomatis yang dipakai. Saat

“auto?” adalah FALSE, maka VI ini menggunakan kontrol manual. VI ini

menggunakan perpindahan dari kontrol mode manual menuju mode otomatis. Pada

kondisi default harganya adalah “true”.

3. Output range menentukan rentang yang memaksa keluaran dari kontrol.

Rentang normalnya adalah -100 sampai 100.

a. Output High menentukan harga maksimum dari keluaran kontroller,

normalnya adalah 100.

b. Output Low menentukan harga minimum dari keluaran kontroller,

normalnya adalah -100.

4. Setpoint menentukan harga dari Setpoint atau harga yang diinginkan dari

variabel proses yang sedang dikendalikan.

5. Process Variable menentukan harga yang diinginkan dari variabel proses yang

dikendalikan. Harga ini setara dengan harga umpan balik dari lup kendali umpan

balik.

6. Setpoint Range menentukan harga maksimum dan minimum dari rentang

variabel proses dan setpoint. VI ini menggunkan rentang setpoint untuk menghitung

aksi integral non-linier. Harga normal berkisar di 0-100.

a. Setpoint Low menentukan harga minimum dari rentang proses variabel dan

setpoint.

b. Setpoint High menentukan harga maksimum dari rentang variable proses

atau setpoint.

7. PID Gains menentukan parameter gain proporsional, waktu integral dan waktu

derivatif dari kontroller.

a. Proportional Gain (Kc) menentukan gain proporsional dari kontroller.

Harga defaultnya 1. Pada persamaan yang menentukan kontroller PID, Kc

merepresentasikan dari gain proporsional.

b. Integral Time (Ti, min) menentukan waktu integral dalam menit. Harga

default adalah 0.01

c. Derivative Time (Td, min) menentukan waktu derivatif dalam menit. Harga

default adalah 0.

8. dt (s) menentukan interval dalam detik, dimana VI ini disebut. Jika dt (s)

kurang dari atau setara dengan 0, VI ini menghitung waktu sejak ini terakhir disebut

menggunakan timer internal dengan resolusi milisekon. Harga default adalah 1.

9. Reinitialize?, menentukan apakah parameter internal harus dikenali ulang,

seperti error integrasi dari kontroller. Harga default adalah FALSE.

10. Beta menentukan penekanan relatif dari penolakan gangguan (disturbance

rejection) sampai ke penelusuran setpoint (setpoint tracking). Harga default adalah 1

untuk kebanyakan aplikasi. Harga diantara 0 sampai 1 bisa digunakan untuk

menentukan penekanan pada penolakan gangguan, seperti perubahan beban dari

proses.

11. Linearity menentukan linearitas dari respon error. Harga yang valid dari

linearitas adalah dari 0-1. Harga dari satu memberikan respon linier yang normal,

dimana harga sebesar 0.1 memberikan sebuah respon parabolik.

12. Output mengembalikan keluaran kontrol dari algoritma PID yang diterapkan

pada proses kontrol.

13. dt out (s) mengembalikan rentang waktu aktual dalam detik. dt out (s)

mengembalikan harga dari dt (s) atau rentang terhitung jika dt (s) dipasang pada harga

-1.

MODE CONTROLLER

Controller merupakan peralatan utama dalam pengendalian suatu variabel proses. Pada controller

ini terjadi proses pengolahan sinyal input pengendalian dari transmitter. Controller akan

membandingkan sinyal input dengan setting value yang kita kehendaki. Apabila sinyal input

terlalu besar dari setting value yang diberikan maka controller akan berusaha memperkecilnya

begitu pula sebaliknya. Besarnya koreksi dari kesalahan input tergantung dari mode

controllernya. Mode controller tersebut terdiri dari mode proportional, mode integral, mode

derivatif dan kombinasinya. Adapun macam dari aksi pengontrolannya, yaitu

Pengontrol On/Off

Aksi pengendalian dari controller ini hanya mempunyai dua kedudukan, maksimum atau

minimum, tergantung dari variable terkontrolnya, apakah lebih besar atau lebih kecil dari set

poin.

Pengontrol PID

Pengontrol PID adalah pengontrol konvensional yang banyak dipakai dalam dunia industri.

Pengontrol PID akan memberikan aksi kepada Control Valve berdasarkan besar error yang

diperoleh. Suhu fluida yang diinginkan disebut dengan Set Point. Error adalah perbedaan dari

Set Point dengan suhu air aktual. Persamaan Pengontrol PID adalah :

t

d

i

Pdt

tdeTdtte

TteKtmv

0

1

Keterangan :

mv(t) adalah output dari pengontrol PID atau Manipulated Variable

Kp adalah konstanta Proporsional

i adalah konstanta Integral

Td adalah konstanta Detivatif

e(t) adalah error (selisih antara set point dengan level aktual)

Persamaan Pengontrol PID diatas dapat juga dituliskan sebagai berikut :

t

dipdt

tdeKdtteKteKtmv

0

Dengan :

i

piT

KK1

dan TdKK pd

Untuk lebih memaksimalkan kerja pengontrol diperlukan nilai batas minimum dan

maksimum yang akan membatasi nilai Manipulated Variable yang dihasilkan.

Pengontrol Proporsional

Pengontrol proporsional memiliki keluaran yang sebanding/proporsional dengan besarnya

sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan harga aktualnya).

Ciri-ciri pengontrol proporsional :

1. Jika nilai Kp kecil, pengontrol proporsional hanya mampu melakukan koreksi

kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem yang lambat (menambah

rise time).

2. Jika nilai Kp dinaikkan, respon/tanggapan sistem akan semakin cepat mencapai keadaan mantapnya (mengurangi rise time).

3. Namun jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang berlebihan, akan

mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil atau respon sistem akan berosilasi. 4. Nilai Kp dapat diset sedemikian sehingga mengurangi steady state error, tetapi

tidak menghilangkannya.

Pengontrol Integral

Pengontrol Integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki kesalahan keadaan

mantap nol (Error Steady State = 0 ). Jika sebuah pengontrol tidak memiliki unsur

integrator, pengontrol proporsional tidak mampu menjamin keluaran sistem dengan

kesalahan keadaan mantapnya nol.

Keluaran pengontrol ini merupakan hasil penjumlahan yang terus menerus dari perubahan

masukannya. Jika sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan, maka keluaran akan

menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan. Sinyal keluaran

pengontrol integral merupakan luas bidang yang dibentuk oleh kurva kesalahan / error.

Bila nilai e(t) naik 2 kali, maka laju perubahan u(t) terhadap waktu menjadi 2 kali lebih

cepat. Bila e(t) tetap, maka nilai u(t) akan tetap seperti semula.

Ciri-ciri pengontrol integral :

1. Keluaran pengontrol integral membutuhkan selang waktu tertentu, sehingga

pengontrol integral cenderung memperlambat respon. 2. Ketika sinyal kesalahan berharga nil, keluaran pengontrol akan bertahan pada

nilai sebelumnya.

3. Jika sinyal kesalahan tidak berharga nol, keluaran akan menunjukkan kenaikan

atau penurunan yang dipengaruhi oleh besarnya sinyal kesalahan dan nilai Ki. 4. Konstanta integral Ki yang berharga besar akan mempercepat hilangnya offset.

Tetapi semakin besar nilai konstanta Ki akan mengakibatkan peningkatan osilasi dari sinyal

keluaran pengontrol.

Pengontrol Derivatif

Keluaran pengontrol diferensial memiliki sifat seperti halnya suatu operasi derivatif.

Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol akan mengakibatkan perubahan yang

sangat besar dan cepat.

Ketika masukannya tidak mengalami perubahan, keluaran pengontrol juga tidak

mengalami perubahan, sedangkan apabila sinyal masukan berubah mendadak dan menaik

(berbentuk fungsi step), keluaran menghasilkan sinyal berbentuk impuls. Jika sinyal

masukan berubah naik secara perlahan (fungsi ramp), keluarannya justru merupakan

fungsi step yang besar magnitudenya sangat dipengaruhi oleh kecepatan naik dari fungsi

ramp dan factor konstanta Kd.

Ciri-ciri pengontrol derivatif :

1. Pengontrol tidak dapat menghasilkan keluaran jika tidak ada perubahan pada

masukannya (berupa perubahan sinyal kesalahan)

2. Jika sinyal kesalahan berubah terhadap waktu, maka keluaran yang dihasilkan pengontrol tergantung pada nilai Kd dan laju perubahan sinyal kesalahan.

3. Pengontrol diferensial mempunyai suatu karakter untuk mendahului, sehingga

pengontrol ini dapat menghasilkan koreksi yang signifikan sebelum pembangkit kesalahan menjadi sangat besar. Jadi pengontrol diferensial dapat mengantisipasi pembangkit

kesalahan, memberikan aksi yang bersifat korektif dan cenderung meningkatkan stabilitas

sistem. 4. Dengan meningkatkan nilai Kd, dapat meningkatkan stabilitas sistem dan

mengurangi overshoot.

Berdasarkan karakteristik pengontrol ini, pengontrol diferensial umumnya dipakai untuk

mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi tidak memperkecil kesalahan pada keadaan

tunaknya. Kerja pengontrol diferensial hanyalah efektif pada lingkup yang sempit, yaitu

pada periode peralihan. Oleh sebab itu pengontrol diferensial tidak pernah digunakan tanpa

ada kontroler lainnya.

Efek dari setiap pengontrol Proporsional, Integral dan Derivatif pada sistem lup tertutup

disimpulkan pada table berikut ini :

Respon Lup

Tertutup Rise Time Overshoot Settling Time

Steady-State

Error

Proporsional Menurunkan Meningkatkan Perubahan

kecil

Menurunkan/

mengurangi

Integral Menurunkan Meningkatkan Meningkatkan Mengeliminasi

Derivatif Perubahan

Kecil Menurunkan Menurunkan

Perubahan

kecil

Pengontrol PID

Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing pengontrol P, I dan D dapat saling

menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel menjadi pengontrol proporsional

plus integral plus diferensial (pengontrol PID). Elemen-elemen pengontrol P, I dan D

masing-masing secara keseluruhan bertujuan :

mempercepat reaksi sebuah sistem mencapai set point-nya

menghilangkan offset

menghasilkan perubahan awal yang besar dan mengurangi overshoot.

Karakteristik pengontrol PID sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar dari ketiga parameter

P, I dan D. Penyetelan konstanta Kp, Ki dan Kd akan mengakibatkan penonjolan sifat dari

masing-masing elemen. Satu atau dua dari ketiga konstanta tersebut dapat disetel lebih

menonjol disbanding yang lain. Konstanta yang menonjol itulah akan memberikan

kontribusi pengaruh pada respon sistem secara keseluruhan.

III. ALAT dan METODOLOGI PERCOBAAN 3.1 Peralatan yang digunakan pada praktikum pengendalian kecepatan Laju Aliran :

1. LABVIEW 2013 dan hardware National Instrument Field Point

2. Satu set PCT 13 + kabel penghubung LM35

3. Rangkaian Triac 4. Pompa sirkulasi air dingin

5.

3.2 Prosedur Percobaan. Pengendalian Laju Aliran Real-Time Dengan LABVIEW. 1. Klik labview 2013, kemudian klik blank VI untuk membuat front panel dan block diagram

(a) (b)

Gambar 7. (a) Tampilan awal LabVIEW (b) Tampilan front panel & block diagram

2. Tampilan Front Panel secara lengkap seperti pada gambar dibawah ini.

Gambar 7. (c) Tampilan front panel temperature and level control simulation using Compact

Fieldpoint

Gambar 7. (d) Tampilan awal LabVIEW untuk PID gains and Process Flow Chart

3. Menyalakan power supply untuk pompa dan heater

4. Mengatur set point temperature yang diinginkan

5. Melakukan tuning pengendalian temperature

6. Amati dan catat respon sistem. (waktu dan temperature)

7. Pengambilan data dan tuning dilakukan sebanyak 5 kali

Modul P3

Pemrograman Distributed Control System

Centum CS 3000 R3 Yokogawa

Dasar Pemrograman Distributed Control System Yokogawa CS 3000

1. Tujuan :

1. Praktikan dapat mengerti fungsi dari hardware DCS Centum CS 3000 Yokogawa.

2. Praktikan dapat mengerti sistem konfigurasi DCS Centum CS 3000

3. Praktikan dapat mengerti dasar pemrograman Centum CS 3000

2. Dasar Teori

Distributed Control System (DCS)

Distributed Control System (DCS) merupakan suatu sistem yang berfungsi untuk

mendistribusikan berbagai parameter yang digunakan untuk mengendalikan berbagai variabel

proses dan unit operasi proses menjadi suatu pengendalian yang terpusat pada suatu control

room yang berfungsi sebagai pengendalian, monitoring dan optimasi. Pada umumnya DCS

terdiri dari beberapa bagian yang terintegrasi menjadi satu. Secara garis besar DCS terbagi

mencadi 3 bagian yaitu FCS, HIS & EWS dan Network. Secara umum arsitektur DCS

yokogawa centum cs 3000 sebagai berikut:

Gambar 40. Arsitektur DCS Yokogawa

Pada gambar diatas FCS (Field Control Station) terhubung dengan transmitter,control

valve serta alat instrumentasi yang lain yang berfungsi sebagai kontrol proces yang

digunakan untuk mengendalikan variable proces yang akan dikendalikan, GSGW/SIOS

digunakan sebagai penghubung antara DCS Yokogawa dengan DCS lain diluar dari sistem

DCS yokogawa untuk dapat saling berkonumikasi baik dalam kontrol data dan komunikasi

data , OPC server juga digunakan untuk menghubungkan DCS dengan sistem lain diluar di

DCS Yokogawa tetapi hanya dalam level software untuk dapat berkomunikasi satu sama

laian misalnya: PLC Siemens ingin dihubungkan dengan DCS Yokogawa dan Software

SCADA (supervisory control and data acquisition) . HIS (Human Interface System)

merupakan tampilan visual dari parameter-parameter dari pabrik yang ingin dikendalikan

dalam sebuah layar monitor sedangkan EWS (Engineering Work Station) sebuah personal

komputer yang digunakan untuk memperbaiki atau menambahkan program pada DCS

Yokogawa. Jenis network atau jaringan yang digunakan dalam DCS Centum 3000 ini

menggunakan teknologi Vnet/IP dengan topologi star. Garis kuning pada gambar diatas

merupakan representasi jalur data komunikasi dan coklat merepresentasikan jalur data

kendali.

FCS digunakan sebagai kendali proces dari suatu pabrik dan komunikasi antara FCS

dengan instrument yang lain. FCS generasi baru adalah FFCS-L yang mana komunikasi data

dan kendali data menggunakan teknologi TCP/IP, serta ukuran yang kecil dibandingkan

dengan FCS generaasi sebelumnya, dengan keunggulan ini FCS yokogawa tipe FFCS-L

sudah banyak menggantikan teknologi sebelumnya. Dibawah ini merupakan penjelasan

bagian dari FCS tipe FFCS-L :

Gambar 41. FCS tipe FFCS-L

Gambar 2 menjelaskan spesifikasi dari FCS tipe FFCS_L yang terdiri: ESB Bus ini

digunaka untuk menghubungkan field control unit dengan module FIO dalam mode local

node (FIO dekat dari FCS). ESB Bus ini juga digunakan untuk mengekspan masukan

keluaran , dalam satu FCS max menghubungkan 14 FIO.untuk menghubungkan antar FCU

atau FIO maka digunakan ESB Bus Conector sedang untuk mengakhir note baik local atau

remote maka digunakan ESB Bus conector dengan terminator. Kedua ER Bus ini digunakan

untuk menghubungkan FFCS dengan FIO(Field input output) dalam mode remote note (FIO

jauh dari FCS). ER Bus juga memiliki ER Bus conector dan ER Bus Conector dengan

terminal, untuk mengghubungkan antar ER Bus yang terpasang di FCU atau FIO digunakan

konektor 10 base 2 tipe T.

Bagian Ketiga adalah power supply pada FCS tipe ini menggunakan dua buah power

supply, power supply sebelah kiri dapat digunakan untuk memberikan tegangan ke processor

sebelah kiri CN1 atau ke unit interface luar, begitu pula sebaliknya. Kemudian bagian yang

keempat adalah processor module DCS yokogawa tipe FFCS-L ini menggunakan dua buah

processor tipe CP 401 yang bekerja secara redudant. processor utama merupakan tempat

program DCS berada sedangkan processor ke dua digunakan untuk mengkopi program dari

procesor satu sebagai cadangan.

Yang terakhir adalah module untuk masukan dan keluaran dari field instrument . Pada

FCS tipe FFCS-L banyak sekali module masukan keluaran dan module antar komunikasi

yang digunakan sesuai dengan kebutuhannya. Module masukan keluaran terbagi menjadi 3

bagian: Digital masukan keluaran ,Analog masukan keluaran dan Komunikasi masukan

keluaran. Sedangkan komponen lain yang wajib digunakan diluar komponen dari FCS(Field

Control Statiom) Vnet/IP Interface Card mode VI701 dipasang pada sebuah(PC) Personal

Computer digunakan untuk menghubungkan antara PC yang didalam terdapat program

centum dengan perangkat FCS sebagi HIS (Human Interface Station) centum VP, kemudian

komponen lain yang sering digunakan Vnet Router digunakan untuk menghubungkan FFCS-

L ini dengan FCS yokogawa lain yang masih menggunakan teknologi 10 base 2 dan 10 base

5 atau masih berdomain pada teknologi Vnet (komunikasi dengan menggunakan kabel

koaxsial), Pemasanngan Vnet router ini juga dapat digunakan untuk menghubungkan FCS

yang berbeda domain dan berbeda tipe teknologi komunikasi (Vnet/Ip dan Vnet).

Pada DCS Yokogawa CS 3000 ini pemrograman algoritma kontrol menggunakan

function blok, dimana setiap blok memiliki fungsi nya masing-masing, seperti

Gambar 42. Function blok

1. Link blok PIO

Digunakan sebagai masukan dan keluaran module dari centum CS 3000

2. PID

Digunakan sebagai blok untuk algoritma kontrol PID

3. ST16

Digunakan untuk pemrograman sequential

4. CALCU dan CALCU-L

5. LC64

Digunakan untuk pemrograman logika.

Dan 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:

1. Tipe kontrol dasar PID (PID)

• Melakukan aksi kontrol proporsional, integral dan derivatif mengikuti

perubahan nilai setpoint.

• Bertujuan untuk menghasilkan respon yang cepat terhadap perubahan nilai

setpoint.

2. Tipe kontrol PID proporsional PV dan derivatif (I-PD)

• Hanya melakukan aksi integral saat nilai setpoint berubah.

• Menjamin kestabilan sistem meskipun nilai setpoint berubah secara

mendadak.

3. Tipe kontrol PID derivatif PV (PI-D)

• Hanya melakukan aksi proporsional dan integral saat nilai setpoint berubah.

• Digunakan jika memerlukan respon yang lebih baik terhadap perubahan nilai,

seperti blok kontrol hilir (downstream) pada loop kontrol kaskade

4. Tipe penentuan otomatis

• Pada mode kascade (CAS) atau remote kaskade (RCAS), menggunakan tipe

kontrol PID derivatif PV (PI-D) agar dapat lebih baik dalam mengikuti

perubahan nilai setpoint.

• Pada mode automatis (AUT), menggunakan tipe kontrol PID proporsional PV

dan derivatif (I-PD) untuk menjaga kestabilan sistem.

5. Tipe penentuan otomatis 2

• Pada mode kascade (CAS) menggunakan tipe kontrol PID derivatif PV (PI-D).

• Pada mode automatis (AUT) atau remote kaskae (RCAS), menggunakan tipe

kontrol PID proporsional PV dan derivatif (I-PD) untuk menjaga kestabilan

sistem

Tabel konfigurasi PID Yokogawa

3. Alat dan Metodologi Percobaan.

Peralatan yang akan digunakan dalam Praktikum Dasar Pemrograman DCS

Centum CS 3000 Yokogawa ini adalah:

1. Personal Komputer

2. Software Centum CS 3000

3.1 Prosedur Percobaan

1. Aktifkan System View dengan cara klik [start] [All Program] [YOKOGAWA

CENTUM] [System View] atau pilih [Active System View] pada menu

[Window Call].

Gambar 43. System View

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 Project]. Masukkan data sebagai berikut:

Gambar 44. Project baru

Klik OK

4. 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 blank

Upper Equipment Name : Leave it blank

Kemudian Klik OK

5. Muncul window [Create New HIS]

Station Type : PC with Operation and monitoring functions

Station Address / Domain Number : 1

Station Address / Station Number : 64

Other items : Leave it blank

Gambar 45. Station type

6. Klik tombol OK. Konfirmasi bahwa ENGPJT t ada pada [System View]. Buka

ENGPJT untuk memastikan bahwa folder FCS0101 and HIS0164 telah dibuat.

3.2 PROCESS I/O DEFINITION-KFCS

Station Type : AFS40D Duplexed Field Control Unit (untuk FIO, dengan kabinet)

Tujuan : untuk menentukan analog I/O unit pada slot1, unit1.

3.2.1 Analog I/O Definition

1. Aktifkan System View dan pilih [ENGPJT] [FCS0101] [IOM] folder. Klik

kanan pada folder [IOM] [Create New] [Node].

Muncul window [Create New FIO Node]. Definisikan sebagai berikut.

Gambar 46. New FIO node

Klik tombol OK

1. Klik kanan pada folder [NODE1] [Create new] [IOM]. Muncul window

[Create New IOM]. Definisikan sebagai berikut:

IOM Type / Category : Analog Input/Output

IOM Type / Type : AAB841-S (8-Channel Voltage Input 8-Channel Current

Output)

Installation Position / Slot : 1

Gambar 47. Pembuatan IOM

Klik tombol OK dan pastikan bahwa file AABB41-S telah dibuat pada folder

[NODE1]

2. Aktifkan [IOM Builder] dengan cara double klik pada file 1AAB841-S. kemudian

muncul window [IOM Builder] seperti di bawah:

Gambar 48. Tag I/O

Exit dari IOM Builder atau pada toolbar, pilih [file] save kemudian exit from [IOM

Builder].

3.2.2 Digital I/O Definition

Tujuan : untuk menentukan status input 32-point pada slot 2 dan menentukan status

Output 32-point pada slot 3

Cara Kerja:

1. Klik kanan pada folder [NODE1] [Create New] [IOM]. Tentukan (ADV151-P)

32 channel Status input slot 2 seperti berikut:

Gambar 49. IOM statur input

Klik tombol OK

2. File 2ADV151-P telah dibuat pada folder [NODE1]. Aktifkan [IOM Builder] dengan

double klik pada file 2ADV151-P. Amati window yang muncul kemudian [Exit IOM

Builder].

3. Klik kanan pada folder [NODE1] [Create New] [IOM]. Tentukan status output

ADV551-P pada32-point slot3 dengan cara yang sama untuk membuat file

2ADV151-P.

Gambar 50. IOM status output

4. Tiga file akan terbuat pada folder [NODE1]. Untuk mengecek double click pada folder

[NODE1].

Station type: AFS40D Duplexed Filed Contol Unit (for FIO, with cabinet)

I/O Module Definiton for AFS40D Model

AAB841-S (8-Channel Voltage input 8-channel Current Output)

3.3 CASCADE LOOP CREATION

Tujuan : untuk membuat control loop cascade untuk sistem kontrol suhu pada furnace dengan

menggunakan kontrol blok PID.

Gambar 51. Shematic Function Blok cascade

3.3.1 Pembuatan Function Block

Cara Kerja:

1. Aktifkan Sistem View kemudian pilih folder [ENGPJT] [FCS0101]

[FUNCTION BLOCK].folder [FUNCTION BLOCK] mempunyai 200 kontrol

drawing dari DR0001 sampai DR0200. Buat sebuah loop cascade pada [DR0021].

Klik kanan pada [DR0021] kemudian pilih [Properties]. Ketikkan [Cascade Loop]

pada drawing Comment. Klik pada tombol [OK].

2. Double klik pada [DR0021] untuk mengaktifkan [Control Drawing Builder]. Maka

[Control Drawing Builder] akan nampak pada window.

Gambar 52. Function Block

3.3.2 Drawing dan Editing pada kontrol drawing window

Cara Kerja :

1. Pengaturan ukuran panel (Panel Size Setting).

Pilih [Properties] pada menu [File] pada [Control Drawing Builder]. Pilih tab.

[Attribute] cek apakah ukurannya [1024 x 686] kemudian klik pada tombol [OK].

Gambar 53. Penentuan size Function Block

2. Pengaturan Grid

Untuk penggambaran yang mudah, tampilkan grid pada drawing panel. Pilih [Draw]

dari toolbar kemudian akan nampak dialog [Grid Option]

Gambar 54. Grid Option

Klik OK. Muncul tampilan seperti berikut:

Gambar 55 Function Blok

3. Pembuatan fungsi blok

Membuat simbol blok pada blok fungsi di drawing panel.

Kontroler Temperatur primer [PID] :TIC100

Kontroler Laju Aliran sekunder [PID] :FIC100

Buat kontroler diatas dengan tata cara sebagai berikut:

a) Dari toolbar pilih [Insert] [function Block] atau menge-klik

b) [Select Function Block] akan kelihatan kemudian pilih [Regulatory Control

Block] [Controller [PID]. Klik pada tombol [OK].

Gambar 56. Select funtion blok

c) Klik di titik manapun pada sheet drawing panel menggunakan tombol kiri

pada mouse, kemudian simbol blok dari [PID] akan terlihat. Masukkan tag

name TIC100 kemudian tekan tombol <Enter>

Gambar 57. PID funtion block

d) Buat FIC 100 sama seperti sebelumnya seperti ditunjukkan pada gambar

dibawah:

Gambar 58. TIC100 dan FIC 100

e) Klik pada tombol Mode . Double klik di simbol blok pada blok fungsi

TIC100. [Function Block] akan terlihat jelas pada sheet. Masukkan nilai

berikut pada tab[Function Block]:

Tag Comment :P’ry Temp. Controller

Scale / High limit value :100.0

Engineering unit Symbol :DEGC

Klik pada tombol [OK]

Gambar 59. Penentuan range kontroler

f) Sama seperti cara diatas, atur item untuk blok fungsi fic100 Seperti berikut:

Tag Comment :S’ry Flow Controller

Scale / High Limit Value :50.0

Engineering unit Simbol :L/M

4. Pembuatan I/O Block Link:

a) Dari toolbar pilih [Insert] tombol [Function Block] atau untuk

mememunculkan [Select Function Block] dialog, pilih [Link Block] kemudian

[PIO].Klik tombol[OK].

Gambar 60. PIO function blok

b) Klik kiri pada drawing panel seperti ditunjukkan pada gambar dibawah.

Masukkan modul elemen nama masukkan [%Z011101] kemudian tekan

<enter>

Dengan cara yang sama buat I/O blok link seperti ditunjukkan pada drawing

berikut:

Element name for input connection untuk FIC100 :%Z011102

Element name for output connection untuk FIC100 :%Z011109

Gambar 61. PIO dan PID function blok

5. Pembuatan wiring (Pengkabelan)

a) Dari toolbar pilih [Insert] tombol [wiring] atau

b) Berikan Kabel dari [%Z011101] sampai [IN] terminal TIC100. Dengan cara

klik kiri posisi 1 dan double klik pada posisi 2.

c) Kemudian beri kabel terminal [OUT] pada TIC100 sampai terminal [SET]

pada FIC100. Dengan cara klik kiri pada posisi 3 dan double klik pada posisi

4.

Gambar 62. Wiring function blok

d) Ubah nama terminal FIC100 dari [IN] sampai [SET].

Klik kiri pada karakter [IN] kemudian kli kanan pada mouse. Pilih item seperti

ditunjukkan pada gambar dibawah. Ubah nama terminal sampai [SET].

Gambar 63. Ubah parameter function blok

e) Dengan cara yang sama, pengkabelan dapat dilakukan seperti berikut:

Dari [%Z011102] sampai terminal [IN] pada FIC100.

Dari terminal [OUT] pada FIC100 sampai [%Z011109]

Gambar 64. Cascade function blok

Pilih simbol blok [FIC100] kemudian pilih pada toolbar [Window] [Edit

Function Blok Detail] atau dengan mengeklik

f) [Function Block Detail Builder] akan nampak. Pilih 1: ya untuk pengkuran

tracking / MAN Mode

Gambar 65. Pengaturan PID function blok

g) Untuk mengkhususkan pengaturan yan terperinci, pilih dari toolbar : [View]

[Detailde Setting Items] atau dengan mengeklik

h) Setelah meng-update (File [update] ), keluar dari Function Block Detail

Builder dengan memilih [File] [Exit Function Block Detail Builder] dari

toolbar.

i) Simpan materi tersebut, dari toolbar pilih [File] [Save]

3.3.3 Control Window Creation

Cara kerja :

1. Dari sistem view pilih folder [ENGPJT] [HIS0164] [WINDOW]. Folder

[WINDOW] mempunyai file default window. Buat cascade loop pada [CG0001].

2. Double klik pada [CG0001] untuk membuka [Graphic Builder]. Panel Graphic

Builder akan terlihat seperti dibawah ini:

Gambar 66. Funtion blok

3. Delapan instrument akan terbuat secara default, gunakan 2 instrument sebelah kiri.

Klik kiri pada diagram instrumen yang paling kiri untuk memilih, kemudian klik

kanan untuk memilih [Properties] dari menu.

Gambar 67. faceolate

4. [Instrument Diagram] akan nampak pada window. Masukkan [TIC100] pada kolom

tag name. klik [Apply].

Gambar 68. Tagname pada instrument program

5. Tentukan diagram instrument FIC100 disamping TIC100. Klik kiri pada diagram

instrument kedua kemudian masukkan tag name [FIC100] kemudian klik [Apply] dan

tombol [OK].

6. Ketika pengaturan telah selesai simpan data tersebut, dari toolbar pilih [File]

[Save].

3.3.4 Trend Window Creation (Pembuatan trend window)

Cara Kerja :

1. Dari sistem view pilih folder [ENGPJT] [HIS0164] [CONFIGURATION].

Folder [CONFIGURATION] akan dibuat seperti ditunjukkan pada gambar berikut:

2. Pada folder [CONFIGURATION] klik kiri pada trend block 1 [TR0001] untuk

melakukan pemilihan kemudian klik kanan dan pilih [Properties].

3. [Properties] pada window akan nampak. Spsifikkan [Trend Format], [Sampling

Period], dan [Trend Block Comment] pada blok [TR0001] seperti berikut:

Trend Format :Continuous and Rotary Type

Sampling Period :1 Second

Trend Block Comment :1 sec trend-CAS Control

Gambar 69. Pembuatan trend window

Klik tombol [OK]

4. Aktifkan [Trend Acquisition Pen Assignment Builder] dengan melakukan double klik

pada [TR0001] trend block dari folder [CONFIGURATION]. Panel Builder akan

terlihat seperti gambar dibawah ini:

Gambar 70. Trend Acquation

Spesifikkan trend acquisition pens dari [Group01] seperti berikut:

Acquisition Data

1. TIC100.SV

2. TIC100.PV

3. TIC100.MV

4. FIC100.MV

Gambar 71 trend group

5. Ketika pengaturan telah selesai, simpan data tersebut, dari toolbar pilih [File]

[Save]

Jika terjadi error, keluarlah dari [Trend Acquisition Pen Assignment Builder].

3.4 Confirmation of Operation With Test Function

3.4.1 Start-up of Test Function

Cara Kerja :

1. Dari sistem View pilih folder [ENGPJT] [FCS0101]. Pilih [Test Function] dari

FCS yang terletak pada pada toolbar.

2. [Dialog] akan nampak pada window. Klik tombol [OK]

Proses Test Function Dimulai. Proses operasi meliputi :

men-switch monitoring dan operasi fungsi dengan cara virtual Test

start up simulator FCS dan

pembuatan data pengkabelan secara otomatis dan downloading.

Tunggu sampai Download wiring selesai (window sekarang dikelilingi dengan warna

merah.)

Gambar 72. Pembuatan test function

3.4.2 Wiring Data Change (Merubah Data pengkabelan)

Merubah data pengkabelan yang telah dibuat oleh wiring data creation function

otomatis dengan data yang tepat untuk karakteristik dari suatu proses tertentu.

Perubahan meliputi:

Pengkabelan data TIC100 : Lag (order lag time constant kesatu)=10 s

Pengkabelan data FIC100 : Lag (order lag time constant kesatu)=2 s

Cara Kerja :

1. Dari [Test Function] pada window pilih [Tools] [Wiring Editor] dari toolbar.

2. [Wiring Editor] pada widow akan nampak seperti berikut:

Gambar 73. Wiring Data Change

3. Buka file Wiring data untuk cascade loop dengan memilih [File] [Open] dari

toolbar. Pada window akan nampak seperti berikut. Pilih [DR0021.wrs] kemudian

klik [Open].

Gambar 74. Memasukan wiring

4. Masukkan data pada kolom [Lag] untuk masing-masing instrument seperti berikut:

Gambar 75. Pengaturan Lag

5. Setelah mengatur seperti diatas, load file wiring editor dengan FCS untuk me-refresh

data. Pilih [File] [Download] dari toolbar. Akan terlihat dialog window. Centang

file yang akan didownload kemudian klik [OK].

Gambar 76. Download wiring

3.4.3 Wiring Operation Function (Fungsi operasi pengkabelan)

Untuk mengesahkan bahwa fungsi wiring bekerja dengan terlibih dahulu direfresh

data wiringnya.

Cara Kerja:

1. Pilih [Wiring Operation] dari [Tools] pada toolbar window [Test Function]

Gambar 77. Wiring Operation Function

2. [Wiring Operation-DR0021] akan terlihat pada window, konfirmasi bahwa data pada

kolom [Lag]. Selain itu konfirmasi bahwa data pada masing-masing kolom [Status]

berada pada kondisi ON. Jika ON terdisplay, ini menunjukkan bahwa operasi wiring

sedang berfungsi.

Gambar 78. Wiring operation

3.4.4 Confirmation of Operation by Operation and Monitoring Function

Mengoperasikan cascade loop yang telah dibuat dengan memanggil kontrol window.

Cara Kerja :

1. Panggil kontrol window [CG0001] dari tombol masukan NAME CG0001 atau dari

navigator window.

Gambar 79. Pemanggilan windows

2. Masukkan 50% pada MV FIC100.

gambar 80. Pemasukan setpoint

(Wiring Function)

Dengan menggunakan Fungsi Pengkabelan, ketika nilai MV FIC100 dimanipulasi,

nilai PV FIC100 dan TIC100 akan mengikuti nilai MV. (mereka adalah keluaran dari

orde pertama fungsi lag)

(Measurement Tracking)

Pada mode MAN, nilai SV FIC100 mengikuti nilai PVnya dengan cara pengukuran

fungsi tracking (Measurement Tracking Function)

(Output Tracking)

Karena cascade loop terbuka (kontroller sekunder FIC100 pada MAN atau AUT)

mode block TIC100 adalah MAN dan IMAN (Initilized manual). Pun demikian pada

keadaan terbuka (Open State) MV pada TIC100 sama dengan SV pada FIC100

(Output Tracking Function).

3. Pindahkan mode block kontroller primer TIC00 ke AUT kemudian masukkan 80 pada

SV. Pindahkan mode block FIC100 ke CAS.

TIC100 berpindah ke AUT tanpa mengambil tempat / menggeser nilai MV.

Konfirmasi dengan memunculkan trend window [TG0101].