BUKU III BUKU III
TRANSDUCER DAN TRANSMITTER TRANSDUCER DAN TRANSMITTER
TUJUAN
TUJUAN PELAJARAN PELAJARAN : : Setelah Setelah mengikuti mengikuti pelajaran pelajaran ini ini peserta peserta memahamimemahami transducer
transducer dan dan transmitter transmitter dan dan dapat dapat menerapkan menerapkan padapada pemeliharaan
pemeliharaan kontrol kontrol dan dan instrumen instrumen sesuai sesuai dengandengan kebutuhan Perusahaan.
kebutuhan Perusahaan.
DURASI
DURASI : : 8 8 JPJP
PENYUSUN
PENYUSUN : : 1. 1. M. M. MAWARDIMAWARDI 2. ERWIN
DAFTAR ISI DAFTAR ISI
TUJUAN
TUJUAN PELAJARPELAJARAN ... AN ... II DAFTAR
DAFTAR ISI ISI ... II... II DAFTAR
DAFTAR GAMBAR GAMBAR ... III... III 1.
1. PendahuPendahuluan luan ... ... 11 2.
2. Transducer Transducer Dan Dan Transmitter Transmitter ... ... 22 2.1.
2.1. Pneumatic Transmitter Pneumatic Transmitter ... ... 33 2.2.
2.2. Elektronik Transmitter Elektronik Transmitter ... ... 44 3.
3. Converter Converter ... ... 66 3.1
3.1 I/P I/P TransduceTransducer(Electropnr(Electropneumatic eumatic Transducer) Transducer) ... ... 66 3.2
3.2 P/I P/I TransduceTransducer (Pr (Pneumatic neumatic To CTo Current urrent TransduceTransducer) r) ... ... 77 4.
4. Transmisi Transmisi Sinyal Sinyal Instrumen Instrumen ... ... 99 4.1.
4.1. Media Media Transmisi Transmisi ... ... 99 4.2.
4.2. Jenis Jenis Sinyal Sinyal Instrumen Instrumen ... ... 1010 4.3.
4.3. Pemilihan Sinyal Pemilihan Sinyal Instrumen Instrumen ... ... 1111 5.
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Sistem Monitoring Proses (Open Loop System) ... 1
Gambar 2 Sistem Kontrol Proses (Closed Loop System) ... 2
Gambar 3 Blok diagram Pneumatic Transmitter ... 3
Gambar 4 DP type flow transmitter (foxboro model 13A, 13H, 15A) ... 3
Gambar 5 Pressure dan level transmitter (foxboro 11GM, 13F, 13FE) ... 4
Gambar 6 Blok diagram pneumatik transmitter ... 4
Gambar 7 Electronic flow transmitter tipe DP (Yokogawa model EJA110A) ... 5
Gambar 8 Gauge pressure transmitter (Yokogawa EJA430A dan EJA310A) ... 5
Gambar 9 Gauge liquid level transmitter (Yokogawa EJA210A, 220A dan EJA118W, EJA118Y) 5 Gambar 10 Blok diagram I/P converter ... 6
Gambar 11 Contoh beberapa model I/P converter ... 6
Gambar 12 Blok diagram dan contoh P/I Converter ... 7
Gambar 13 Pneumatic Indicator (foxboro 130 dan 52A) ... 8
Gambar 14 Pneumatic Recorder ... 8
Gambar 15 Electronic Recorder ... 9
Gambar 16 SFC Honeywell dan Brain Terminal Yokogawa ... 12
Gambar 17 375 Hart Comunicator dan 475 Hart Comunicator ... 13
Gambar 18 Bagian bagian HART Comunicator ... 14
Gambar 19 Koneksi HART dengan loop instrument ... 15
Gambar 20 Koneksi HART pada device HART ... 16
TRANSDUCER DAN TRANSMITTER
1.
PENDAHULUAN
Pada proses pembangkit listrik, untuk memonitor dan mengendalikan jalannya suatu proses diperlukan beberapa informasi besaran fisik. Untuk mendapatkan besaran fisik seperti flow, pressure, level dan temperature diperlukan komponen instrumentasi yang secara garis besar dapat dikelompokkan menjadi : Transmitter, Converter, Instrument Signal Transmition, Indicator, Controller, Recorder dan Control Valve .Secara garis besar langkah-langkah monitoring dan pengontrolan suatu proses dapat digambarkan sebagai berikut.
Gambar 1 Sistem Monitoring Proses (Open Loop System)
Langkah-langkah pada blok diagram di atas dipergunakan bila hanya diperlukan untuk memonitor besaran fisik dalam suatu proses. Blok diagram seperti di atas dikenal sebagai sistem lingkar terbuka (open loop system). Pada kenyataannya di dalam suatu proses tidak hanya diinginkan mengetahui ataumemonitor besaran fisik tetapi juga
sebuah pengontrol (controller) dan final control element (control valve)yang digambarkan sebagai berikut.
Gambar 2 Sistem Kontrol Proses (Closed Loop System)
2.
TRANSDUCER DAN TRANSMITTER
Tranducers adalah peralatan yang dapat mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya.Tranducers dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu:
Input Tranducers = Electric-Input Tranducers mengubah energi non-listrik seperti suara, cahaya menjadi energi listrik.
Output Tranducers= Output Tranducers merupakan kebalikan dari Electric-Input Tranducers.
Terdapat tipe-tipe tranducers yang dipergunakan untuk mengkonversi energi mekanik, magnetik, panas, optik, ataupun kimia menjadi arus dan tegangan listrik.
Transmitter adalah suatu peralatan instrument yang dapat mengubah sinyal yang berasal dari instrument ukur (sensor atau detector) menjadi bentuk sinyal yang dapat diterima oleh indicator, recorder dan controller. Terdapat dua type, yaituPneumatic TransmitterdanElectronic Transmitter.
2.1. Pneumatic Transmitter
Cara kerja dari alat ini diperlihatkan pada gambar 3.3. Jika tekanan input pada meter body naik, maka pada batang torsi (torque rod) akan terjadi kenaikan torsi. Primary beam yang dihubungkan langsung ke batang torsi mengakibatkan buffle (flapper) menutup nozzle. Pada nozzle terjadi tekanan balik, tekanan balik dari nozzle ini diperkuat oleh amplifier (pilot relay) dan relay output akan mengirimkan sinyal yang telah diperkuat ke receiver (receiver bellows) ataupun instrument lainnya berupa optional external devices. Dalam waktu yang sama, tekanan balik ini juga masuk ke feedback capsul. Kenaikan tekanan output dalam feedback capsul memberikan gaya feedback ke secondary beam, dan melalui span rider, gaya tersebut menekan primary beam untuk menggerakkan buffle menjauhi nozzle.
Gambar 3 Blok diagram Pneumatic Transmitter
Gambar 5 Pressure dan level transmitter (foxboro 11GM, 13F, 13FE)
Dalam umpan balik loop tertutup akan terjadi gaya perlawanan untuk menghambat atau melawan gaya akibat tekanan balik dari nozzle. Pada akhirnya tekanan sinyal output akan sebanding dengan nilai proses variable yang diukur.
2.2. Elektronik Transmitter
Transmitter elektronik juga memiliki mekanisme umpan balik pada sistem keseimbangan gaya untuk mendapatkan ketelitian dan stabilitas yang tinggi. Sistem ini menjaga keseimbangan gaya antara input dan output.Input sinyal atau variable proses diubah kedalam suatu gaya melalui input transfer element, output sinyal listrik merupakan gaya akibat dari feedback transfer element. Output akan berubah, yang disebabkan berubahnya beban, akibatnya keseimbangan dari mekanisme transmitter akan berubah.Jika hal ini terjadi, maka system akan menjadi seimbang kembali melalui mekanisme umpan balik sebagaimana elemen detektor mendeteksi terjadinya kesalahan. Setiap transfer element mempunyai karakteristik yang linear dan oleh karena itu output juga linear dan seimbang dengan sinyal input.
Gambar 7 Electronic flow transmitter tipe DP (Yokogawa model EJA110A)
Gambar 8 Gauge pressure transmitter (Yokogawa EJA430A dan EJA310A)
3.
CONVERTER
Converter adalah suatu peralatan instrumen yang berfungsi mengubah besaran sinyal tertentu menjadi besaran sinyal lain.
3.1 I/P Transducer(electropneumatic transducer)
I/P Transducer adalah peralatan instrument yang merubah sinyal arus listrik (4 – 20 mA) menjadi sinyal tekanan pneumatic (3 –15 psig atau 0.2 –1 g/cm2).Terdapat dua tipe yaitu ; Indoor Mount Type dan explosion-proof type
Gambar 10 Blok diagram I/P converter
3.2 P/I Transducer (pneumatic to current transducer)
P/ITransducer adalah peralatan instrument yang merubah sinyal tekanan pneumatic (3 – 15 psig atau 0.2 –1 kg/cm2) menjadi sinyal arus listrik (4 –20 mA).
1. INSTRUMEN INDICATOR
Indikator berfungsi untuk memberikan indikasi secara terus menerus variable proses yang diukur pada skala pointer. Indikator ini terdiri atas indicator digital dan indicator analog.
Gambar 13 Pneumatic Indicator (foxboro 130 dan 52A)
Gambar 15 Electronic Recorder
4.
TRANSMISI SINYAL INSTRUMEN
Transmisi data ialah proses pengiriman besaran yang diukur (data) ke tempat lain yang jauh (misalnyadari plant ke ruangan control room pada suatu industri)untuk diperagakan
(displaying), direkam (recording) atau mengendalikan (controlling) suatu proses.
4.1. Media Transmisi
Pengiriman data (data trasmisi) biasa dilakukan dengan cara yaitu : 1. Melalui fluida (tubing).
Media Tubing : Prinsip kerja transmisi data menggunakan tubing (pneumatik)adalah berdasarkan pada tekanan dari fluida atau angin sebagai media pembawa data. Jadi di sini data yang dikirimkan berupa perubahan dari tekanan fluida. Tekanan pneumatic yang umumnya digunakan pada transmisi data secara pneumatic adalah antara 3 ~ 15 psig(0.1 ~ 1 kg/cm2). 2. Melalui kawat (cable)
digunakan pada industri proses adalah transmisi dengan arus listrik (4-20 mA) dan tegangan (1 –5 V DC).
3. Melalui seratoptic(fiber optic)
Media Fiber Optic : Transmisi data yang paling akhir dikembangkan adalah transmisi data melalui serat optic. Di sini data ditransmisikan dengan cara memodulasi cahaya, dengan perkataan lain di sini sinyal pembawa datanya adalah cahaya. Sistem ini mempunyai kelebihan yaitu sedikit sekali dipengaruhi oleh noise.
4.2. Jenis Sinyal Instrumen
Beberapa standar sinyal instrumen yang didefenisikan oleh standards associations atau proprietary standard, meliputi :
a. Analog Signal
Pneumatic (signal lines / tubes)
3 -15 psig( 0.2 –1 kg/cm2) 20 - 100 kPa 6 - 30 psig Voltage 1 –5 V DC 0 –5 V DC 0 –10 V DC Current 4 –20 mA 8 –40 mA 10 –50 mA b. DigitalSignal HART Protocol SMAR Protocol Fieldbus
Modbus Profibus
Industrial Ethernet
Berbagai komunikasi tanpa cable (wireless communications)
4.3. Pemilihan Sinyal Instrumen
Pemilihan bentuk sinyal pengukuran (sinyal instrumen) sangat ditentukan oleh jenis controller yang akan dipakai (Analog ; pneumatik / elektronik atau Digital). Untuk menerjemahkan sinyal sistem pengukuran dari sensing element menjadi sinyal yang dapat dimengerti oleh controller, dibutuhkan sebuah unit yang disebut transmitter. Sebagai standarisasi sinyal keluar dari transmitter, baik analog (pneumatic atau elektric) maupun digital (HART Protocol, SMART Protocolatau Fieldbus), dibuat hanya bekerja pada standard skala tertentu seperti diperlihatkan pada point jenis sinyal instrumen.
Untuk aplikasi di dalam industri proses, sinyal pneumatik yang digunakan secara umum adalah dengan skala kerja 3 –15 psig atau 0.2 –1 kg/cm2, dan untuk sinyal elektrik skala kerja 4 –20 mA (sinyal arus) atau 1 –5 V DC (sinyal tegangan). Pada umumnya sinyal yang keluardari transmitter elektronik hampirselalu dalam bentuk 4-20 mA.
Transmisi sinyal elektrik seperti transmisi energi listrik lain, menggunakan kawat tembaga. Diameter kawat tersebut berkisar antara 1.5 ~ 2.5 mm. Sedangkan transmisi sinyal pneumatik hampir selalu menggunakan tubing (pipa kecil) berdiameter dalam 0.25 inci. Atau pada pemakaian tertentu ada yang 0.375 inci.Tubing dapat terbuat dari plastik, tembaga atau stainless steel. Pemilihan jenis material tubing selalu dikaitkan dengan daerah dimana instrumen beroperasi. Tubing tembaga misalnya tentu tidak akan dipilih untuk bagian terbuka di ladang minyak lepas pantai. Udara laut yang sangat korosif tentu akan mempercepat kerusakan tubing tembaga. Dan tubing platik tentu tidak akan dipakai di daerah dapur(furnace) yang mempunyai temperatu tinggi, karena akan mudah meleleh.
menggunakan sarana komunikasi sinyal radio atau sarana fiber optic. Ketiga jenis sinyal ini sifatnya sangat khusus dan tidak mempunyai standard umum. Bentuk sinyal itu akan sangat tergantung pada kerja sistim unit elektroniknya.
5.
TRANSMITTER COMMUNICATOR
Dalam aplikasi kalibrasi, secara teknikal baik kalibrasi yang dilakukan di lapangan ataupun di laboratorium kalibrasi umumnya peralatan transmitter menggunakan alat communicator untuk memasukan parameter parameter yang terkait dengan tindakan yang dilakukan saat kalibrasi. Dalam perkembanganya, saat ini bisa dikatakan terdapat dua jenis communicator yaitu :
Brand communicator, adalah communicator yang secara khusus hanya bisa digunakan oleh brand manufacture transmitter tertentu dan umumnya tidak berbasis protokol HART, misalnya Smart Transmitter Honeywell menggunakan SFC (Smart Field Comunicator) Honeywell , Smart Transmitter Yokogawa menggunakan Fieldmate Handheld Comunicator dan Brain Terminal , dll.
HART Communicator, adalah communicator yang dikembangkan oleh Emerson yang secara umum bisa digunakan untuk semua transmitter yang menggunakan protokol HART, Perkembangan terakhir dari HART communicator ini adalah HART COMUNICATOR 475 menggantikan versi sebelumnya yaitu HART COMUNICATOR tipe 375.
Gambar 17 375 Hart Comunicator dan 475 Hart Comunicator Bagian-bagian dari peralatan HART Comunicator adalah sebagai berikut :
Gambar 18 Bagian bagian HART Comunicator
Secara umum fungsi penting dari sebuah peralatan communicator adalah :
a. Memberikan detail indentifikasi dari peralatan instrument yang sedang dievaluasi, identifikasi tersebut meliputi tipe instrument, tipe sensor, no model
b. Dapat member nama/tagging dan merubahnya untuk setiap peralatan instrument c. Dapat melakukan diagnostic abnormality dari setiap HART Instrument seperti
halnya sensor malfunction, Transduser Malfunction, dll)
d. Dapat melakukan adjustment untuk URV (Upper Range Value) , LRV (Lower Range Value), Zero Trim dan D/A Trim.
e. Dapat memonitor nilai process variable dan nilai signal dalam mA
f. Dapat digunakan untuk me-reset dan men-setup reading value selama kalibrasi g. Perintah Auto-Manual Calibration untuk Control Valve
h. Dapat digunakan untuk menseting tipe sensor. Kejadian ini sering ditemui pada temperature transmitter yaitu ketika sensor thermokopel diseting sebagai RTD maka nilai dari sensor yang dikirim tentu tidak akan terbaca secara benar oleh transmitter
i. Dapat melakukan injeksi sinyal untuk simulasi
Dalam pembahasan communicator ini, akan dibahas penggunaan communicator HART, dikarenakan peralatan ini digunakan secara umum dan dengan menguasai penggunaan communicator jenis ini akan sangat membantu dalam upaya kegiatan kalibrasi.secara umum konfigurasi pemakaian alat kalibrasi ini adalah sebagai berikut.
a. Koneksi HART dengan loop instrument
Gambar 19 Koneksi HART dengan loop instrument
Pada koneksi ini, peralatan HART communicator digunakan dengan menghubungkan secara loop, dalam hal ini perlu perhatian khusus saat akan melakukan pemasangan alat dikarenakan akan memutus loop untuk sementara
b. Koneksi HART secara langsung pada peralatan HART
Gambar 20 Koneksi HART pada device HART
Pada koneksi ini, peralatan HART Comunicator dihubungkan secara langsung melalui terminal yang telah tersedia dalam device HART, konfigurasi ini memungkinkan tidak memutus loop sehingga lebih aman dilakukan pada saat peralatan beroperasi dengan tetap memperhatikan proteksi yang ada pada sistem. Umumnya terminal tersebut pada HART Device adalah terminal TEST.
c. Koneksi HART dengan menggunakan Resistor 250 Ohm
Gambar 21 Koneksi HART dengan menggunakan resistor 250 Ohm
Pada koneksi ini peralatan HART dihubungkan dengan menggunakan 250 Ohm resistor, tujuanya adalah agar secara loop peralatan tersambung. Koneksi ini umumnya digunakan ketika communicator tidak mampu mendeteksi peralatan HART yang akan di kenali oleh communicator. Penambahan resistor 250 Ohm dimaksudkan sebagai shunt resistor yang disamakan dengan terminal I/O.
Dalam aplikasi penggunaanya, HART communicator dapat digunakan dalam mode online untuk melakukan beberapa konfigurasi terhadap parameter device HART. Cara penggunaan field communicator untuk kalibrasi transmitter adalah sebagai berikut :
1. Koneksi kan communicator dengan HART device, seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya.
Display utama HART COMUNICATOR
3. Untuk melihat variable proses yang sedang diterima oleh device HART / Transmitter maka pilih Online menu yang berisikan.
Online Menu HART Comunicator
4. Untuk melihat proses variable yang sedang berlangsung pada peralatan device HART maka pilih Online Menu --- 1. Process Variables , maka semua variable proses
(PV,AO,PV%) yang sedang berjalan akan terlihat secara real time
Process Variables
5. Untuk melakukan fungsi diagnose pada peralatan HART device, pada communicator memiliki 3 (tiga) menu Test Device, Loop Test dan Kalibrasi.
Test device digunakan untuk melakukan inisiasi diagnostic terhadap HART device dan dapat memberikan report failure yang terjadi pada peralatan tersebut.
Loop Test, digunakan untuk melakukan test kontinuitas loop dari HART device
Online（*******） Device setup 1 Process Variables 2 Diag/Service 3 Basic setup 4 Detail setup HART Communicator 1 Online 2 Battery 3 Polling Online（*******） Process variables 1 PV ** KPA 2 AO ** mA 3 PV % ** %
Calibration , digunakan untuk melakukan konfigurasi seperti sensor trim dan untuk analog output trim.
Diagnostic /Service
Fungsi Zero Trim dan D/A trim juga ada pada menu ini, Zero trim maksudnya adalah mengeset transmitter pada nilai bacaan INPUT ZERO. ZERO trim mengedjust input dari transmitter dengan menggunakan value standar exactly ZERO. Contoh untuk pressure transmitter tekanan zero adalah ketika isolate process dan mengkoneksi ke vent. Maka ketika ketika kondisi itulah dari Communicator apply ZERO trim. Communicator harus menunjukkan nilai ZERO. D/A trim maksudnya adalah mengeset transmitter pada nilai OUTPUT signal 4-20 mA. Tidak diperlukan input dari process. D/A trim hanya gunakan multimeter untuk mengukur current 4-20 mA. Gunakan menu D/A trim pada Communicator 375 yang akan memerintahkan (Perintah Digital) transmitter untuk memproduce 4-20 mA (Output Analog). Multimeter anda sebagai kalibrator yang akan memvalidasi nilai current. Adjustment dapat dilakukan dari communicator apabila didapatkan nilai current tidak sama dengan yang diperintahkan oleh communicator melalui data digital
6. Basic Setup digunakan untu mengetahui identitas dari peralatan HART, identitas tersebut meliputi manufacture, Model, ID, Tag number (KKS), Informasi peralatan dan revisi peralatan. Untuk melakukan fungsi tersebut maka dipilih Online Menu --- Basic Setup. Online（*******） Diag/Service 1 Test Device 2 Loop test 3 Calibration
Basic setup
7. Detail Setup, digunakan untuk melakukan input terhadap sensor dan pengkondisian signal , meliputi setting URV (Upper Range Value) , LRV (Lower Range Value) , PV Unit dan sebagainya . untuk melakukan fungsi tersebut maka dipilih Online Menu ---Detail Setup. Detail Setup Online（*******） Basic setup 1 Distributor 2 Model 3 Dev id 4 Tag 5 Device information 6 Revision Online（*******） Detailed setup 1 Sensor 2 Signal condition
Untuk lebih memahami menu-menu yang ada pada HART Comunicator, berikut disajikan block chart penggunaan menu dalam peralatan tersebut :
1 Online 2 Battery 1 Process variables 2 Diag /Service 3 Basic setup 4 Detailed setup 1 Test Device 2 Loop test 1 Apply value 2 D/A trim 3 Sensor trim 1 Distributor 2 Model 3 Dev id 4 Tag 5 Device information 1 Date 2 Write Protect 3 Descriptor 1 Sensor 2 Signal 1 PV Snsr s/r 2 PV Snsr Unit 3 PV LSL 1 PV Unit 2 PV URV 3 PV LRV 1 Zero trim
1 Num req preams
2 Universal rev 3 Fld dev rev 4 Software rev
SOAL EVALUASI
1. Jelaskan fungsi penting dari communicator
