XI DCS FUNDAMENTAL 1

XI DCS FUNDAMENTAL

KONSEP DCS

DCS (Distributed Control System) merupakan suatu sistem kendali yang terdistribusi dimana ditempatkan LCU (Local Control Unit) pada tiap area yang akan dikendalikan dan adanya pusat pengendalian yang mengatur set-point, mengkoordinasikan kerja dari area-area pengendalian dan juga memonitoring kerja pengendalian dalam sistem DCS.

Konsep sistem kendali terdistribusi adalah untuk mengatasi kelemahan utama sistim kendali terpusat dimana jika terjadi kegagalan Central Processing Unit (CPU) pada pusat maka akan menimbulkan kegagalan pada seluruh sistem.

Perkembangan Computerized Control System

- Aplikasi awal komputer dalam bidang kontrol proses : Sistem kontrol suvervisi dan monitoring pada stasiun pembangkit sistem tenaga sekitar tahun 1958

- Evolusi selanjutnya adalah aplikasi komputer pada loop kontrolnya itu sendiri (dikenal dengan nama DDC- Direct Digital Control) yang pertama kali

diinstall di perusahaan petrokimia, inggris sekitar tahun 1962

- Pada sistem DDC tersebut, ada 224 variabel proses yang diukur dan 129 valve yang dikontrol secara langsung oleh komputer

3. Process with Distributed Control Syatem (DCS)

4. Process with Direct Digital Control (DDC)

Sejarah Kontrol proses Berkomputer

• Sekitar tahun 1975, untuk pertama kalinya Honeywell

meluncurkan produk kontrol proses komersil yang diistilahkan sebagai DCS –Distributed Control System (produk TDS 2000)

• DCS ini pada dasarnya merupakan pengembangan sistem kontrol DDC

• Perbedaan utama DCS dengan DDC terutama terletak dalam arsitektur sistem kontrol, dalam hal ini DCS:

Sistem kontrol yang mempunyai kesatuan kontrol yang terdistribusi dalam keseluruhan Proses Industri.

• Pengertian terdistribusi dalam DCS meliputi:

Terdistribusi secara (1) geografis (2) Resiko kegagalan operasi

Evoluation DCS

Pneumatic, Control System SLC. More hardware, less Accurate, maintenance yang rumit

SLPC , Electronic Controller, single, multi loop, more hardware

DCS, Introduction in the ‘80s, Microprocessor Based, Graphic User Interface, Interface with other devices, availability of reports and diagnostic, user friendly

Arsitektur umum sistem DCS

Performance Distributed Control Systems (DCS)

• Supervises and monitors all plant operations

• Robust, secure, and highly reliable

• Implements functions such as:

– Data logging and reporting – Signal processing

– Real-time control

– Hard decisions (emergency shut down, etc.)

• Access is highly restricted.

• Manufactured by many companies such as:

– Siemens

– Honeywell (TDC 3000) – Yokogawa

– Fisher-Rosemount (Emerson)

1.Control of process parameters.

2. Data acquisition and monitoring.

3.Alarming 4.Logging

5.Report generation 6.Recipe control 7.Logic operations 8.Sequence control

9.Corrects history data and display it in the trend display

The system performs functions

Sistem Network DCS

Ethernet

 Standart H/W : Ethernet IEEE 802.3

 Men-support 10BASE5, 10BASE2, 10BASE-T

 Pelayanan koneksi GMWIN melalui Ethernet

 Penyediaan Varisi Protocol (TCP/IP, DP,ARP. ICMP)

 Komunikasi dgn peralatan lain menggunakan Frame- Editor

C Net(Link Computer

 Standard RS-232C, RS-422/485(32 Station)

 Dedicated, Dial-up support(TM/TC)

 Komunikasi dgn peralatan lain menggunakan Frane- Editor

 Men-support Protokol MODBUS, AB DF1

 Baud Rate : 300Bps ~ 76,800Bps Device Net

 Kontrol Real Time dengan I/O Device

 Mult-Drop, Fasilitas `T-Connection

 Baud Rate : 125/256/500 kpps

 Maks. : 64 Link Station

 500/250/100m : Jarak

 Modul Interface Master, Slave

F Net(Fieldbus)

 1Mbps, Token passing

 Elektrik : 750m(Max.5.25km with 6 repeater), Optic 3km(MAX 21km)

 64 Station CPU ↔ CPU, CPU ↔ REMOTE I/O

Frofibus-DP

 Cocok untuk Network FA pada Field Level

 9.6kps(1.25km), 12Mbps/sec(100m), 256 Station, Twisted pair Two wire Cable

 Modul interface Master, Slave

 Jumlah Maks. Hubungan/Station : 127 Station

 Jumlah Maks. Slave Hubungan/Segmen : 32 Station

Ethernet (100Mbps, TCP/IP)

F Net (1Mbps, Twisted Pair)

Device Net

C Net (Modbus, DF1 Compatible)

MMI PC Host Computer

Other maker’s Device (PLC, RF-ID, Bar Code …) PC

Telephone Line

Modem

Remote In/Out

Inverter HMI Actuator Solenoid Robot Remote

I/O

GM7/K80S (G7L-PBEA)

Profibus-DP

GM6/K200S (G6L-PUEA/B)

GM7/K80S (G7L-DBEA) Remote

I/O

Remote I/O

LG

GLOGA-GM

HErarkI SCADA

PLCS and local control loops Data Acquisition and Interface Control rooms

Internet

Remote access

Motivasi: DCS vs PLC

Stereotif tentang PLC dan DCS

Motivasi: Contoh Aplikasi PLC sederhana

RM

RM

LSA LSB

L2

L1 PB Start PB Stop

RM: Relay motor pompa Keterangan

Tandon

Sumur

Pompa air PB Start (Manual) : NO

PB Stop Manual : NC LSA (Limit switch atas) : NC

LSB (Limit switch bawah) : NO

Motivasi: Contoh Aplikasi DCS sederhana

TT TC Steam

Control Valve

Heat Exchanger Fluida In

TC: Temperature Controller (DCS)

Temperature Transmiter (Sensor)

Fluida Out PV

CO

MV

SP

SP Auto

Kontroler PID komersil (DCS)

Ex

Motivasi: DCS vs PLC (cont.)

• Arsitektur Sistem DCS saat ini:

Motivasi: DCS vs PLC (cont.)

Arsitektur Sistem PLC saat ini:

Kesamaan Sistem DCS dan PLC berdasarkan Teknologi

• Masing-masing memiliki komponen:

-Perangkat field device: control valve, sensor,dll -Kontroler berbasis microprosessor

-Kontrol Supervisi -Jaringan

-Modul Input-output

-Integrasi bisnis: Sistem database

23

Penentuan (Strategi) Sistem Kontrol yang akan dipilih : DCS atau PLC?

• Apa yang diproduksi oleh perusahaan

• Bagaimana dengan nilai produk tersebut dan harga yang harus dibayar jika terjadi downtime

• Bagaimana kita meninjau “jantung” dari sistem

• Apa yang diperlukan oleh operator agar proses

berjalan lancar

Apa yang diproduksi oleh perusahaan? Dan Bagaimana?

PLC DCS

Tipikal produk: Barang

(automasi manufacture dan perakitan)

Tipikal produk: Bahan

(melibatkan kombinasi dan transformasi bahan mentah) Proses produksi termonitor secara

visual oleh operator

Proses produksi seringkali tidak terlihat oleh operator

Membutuhkan kontrol logika Membutuhkan sistem kontrol regulator

Kontrol Batch sederhana:

menghasilkan satu jenis produk, prosedur tetap,resep konstan -tidak pernah berubah

Kontrol Batch kompleks

menghasilkan berbagai jenis produk, prosedur dapat berubah,resep

variabel

Aplikasi PLC: automasi, produk termonitor, kontrol logika

Heat exchanger

CO = CO + co Fluida in

Fluida out

Power amplifier Pengaduk

H_in= H_in+ h_in

_in = _in +_in

 =  +





Pompa

_ = _ +_

TC

PV

CO

SP d

Aplikasi DCS: produk tidak termonitor, kontrol regulator

Aplikasi PLC dan DCS: Batch control

Nilai produk dan harga yang harus dibayar jika terjadi downtime

PLC DCS

Nilai individual produk relative murah Nilai material yang akan diolah dan hasil produk relative mahal

Downtime hanya menyebabkan kehilangan produksi

Downtime tidak hanya menyebabkan kehilangan produksi tetapi dapat

menyebabkan keadaan yang berbahaya

Downtime tidak menyebabkan kerusakan peralatan proses

Downtime umumnya menyebabkan kerusakan peralatan proses dan produk

Jika terjadi kerusakan, waktu pemulihan relative cepat

Jika terjadi kerusakan, waktu pemulihan relative lambat

29

Jantung sistem bagi operator

PLC DCS

Kontroler HMI (Human machine

Interface)

Apa yang diperlukan oleh operator agar proses berjalan lancar

PLC DCS

Tugas utama operator adalah mengatasi proses abnormal

Interaksi operator dan proses sangat ketat: operator harus dapat membuat keputusan dan secara terus menurus berinteraksi dengan proses (terkait dengan target)

Informasi status (ON/Off, Run/Stop) sangat kritis bagi operator

Trend sinyal analog pada HMI memberikan informasi kritis bagi operator: Apa yang sedang terjadi pada proses?

Alarm proses produksi abnormal adalah informasi kunci bagi operator

Managemen alarm adalah kunci keamanan operasi proses

Trend sinyal analog

Bagaimana performansi yang diharapkan

PLC DCS

Eksekusi program kontrol relative cepat (10 ms)

Eksekusi program loop

kontrol relative lambat (100- 500 ms)

Sistem redudansi tidak selalu diperlukan

Sistem redudansi sangat penting

Untuk merubah konfigurasi sistem dapat dilakukan

secara offline

Untuk merubah konfigurasi sistem harus dilakukan

secara online Sistem kontrol Analog: PID

sederhana

Sistem kontrol Analog:

sederhana sampai kompleks

Kontrol analog (regulator) pada PLC

• Single loop, simple PID:

PID

+ -

SP

PV

e = SP - PV CO

(a)

Proses direct

Sensor/transmiter

PV

PID +

- SP

PV

e = PV - SP CO

(b)

Proses riverse

Sensor/transmiter

PV

K

PID Tipe A

Kontrol analog (regulator) pada DCS

• Advance PID

KP

s T K

I P

s T K_{P D}

SP

PV

e CO

+ - +

- +

PV

Kp

s T K

i p

s T K_{p d} SP

PV

e CO

+ -

+ - -

PV PV

KP

s T

K

I

SP P

PV e

+ - +

+ CO



 1 1 N s T_D

+

s T K_{P D}

KP

^{et dt}

T1_I.K^P ()

dt K d T_D. _P

SP CO

- +

+ +



 1 1 N s T_D



+

+ -

+ -



PID tipe B: PID tipe C:

PIDF : PID standar ISA :

Kontrol analog (regulator) pada DCS

• Multiloop PID : cascade

TT

FT PT

Fluida In Fluida Out

FC TC

Steam (uap)

PV₁ CO₁

Flow SP PV₂

MV

CO₂

Loop primer Loop sekunder

Kontrol analog (regulator) pada DCS

• Multiloop PID : Feedfoward-feedback control, ratio, etc

TT

Fluida In Fluida Out

FF

TC Steam (uap)

PV₁ Flow SP

MV

CO

TT

+ +

H(s) H_d(s)

pv d

co +

+

Fungsi alih proses

Hff(s)

H(s)

Fungsi alih gangguan

sp e +

+

Perbedaan-perbedaan lainnya:

PLC DCS

Perancangan sistem kontrol bersifat Bottom Up

Perancangan sistem kontrol bersifat Top -down

Program aplikasi: diagram ladder Program apliksi: blok fungsional

Rutin-rutin customisasi biasanya telah tersedia

Rutin-rutin umumnya bersifat kompleks

Training staff operator: less Training staff/ operator :more (front up training)

Protokol komunikasi: Open Protokol komunikasi: closed

Isu-isu penting lain terkait DCS vs PLC

• Marketing:

Vendor PLC: PLC with DCS capability

Vendor DCS: DCS Controllers at PLC Prices

• Teknis:

PLC: “do it your selves”

DCS: “One-Stop Shop”

Perbandingan Cost instalasi DCS vs PLC

berdasarkan ukuran plant

Migrasi Produk vendor DCS dan PLC

Sistem kontrol Hibrid

• Sistem kontrol yang menawarkan kemampuan gabungan antara fungsi kontrol diskret (wilayah PLC) dan continue (wilayah DCS)

• Contoh produk:

DeltaV (Fisher-Rosemount) PlantScape (Honeywell)

Micro I/A series controller (Foxboro) Siemens Simatic PCS7

Rockwell ProcessLogix

Centum CS 100 (Yokogawa) Foxboro

Sarjono Wahyu Jadmiko, M.Eng.