SISTEM KONTROL INDUSTRI

(1)

SISTEM KONTROL INDUSTRI

Leterature :

Mikell P Groover, Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing, Second Edition, New Jersey, Prentice Hall Inc., 2001, Chapter 4

(2)

INDUSTRI PROSES VERSUS

INDUSTRI MANUFAKTUR DISKRIT

• Industri dan operasi produksinya dibagi dalam dua katagori dasar : (1) industri proses, dan (2) industri manufaktur diskrit;

• Industri proses cendrung menggunakan material dalam bentuk cairan, gas, serbuk, dan material-material seje- nis;

• Industri manufaktur diskrit cendrung menggunakan material dalam bentuk padat untuk pembuatan part atau produk diskrit;

• Karena perbedaan jenis material yang digunakan

dalam ke dua katagori tersebut, maka jenis operasi

yang dilakukan juga berbeda.

(3)

Jenis operasi dalam industri proses :

• reaksi-reaksi kimia,

• kominusi (pemecahan dalam bagian yang kecil-kecil, comminution ),

• deposisi (mis. deposisi uap secara kimiawi),

• distilasi,

• pencampuran dan peramuan unsur-unsur,

• pemisahan unsur-unsur.

Jenis operasi dalam industri manufaktur diskrit :

• penuangan,

• penempaan,

• ekstrusi,

• perakitan mekanis,

• pencetakan plastik,

• penstempelan logam lembaran.

(4)

Level Otomasi dalam Dua Industri

Level perusahaan : sistem informasi manajemen, perencanaan strategi, manajemen level tinggi perusahaan.

Level 5

Level otomasi dalam

industri proses Level otomasi dalam industri manufaktur diskrit

Level pabrik : penskedulan, pemin- dahan dan penanganan material, pemonitoran peralatan.

4

Level pabrik : penskedulan, pemin- dahan dan penanganan material ke dalam proses, pengaturan rute part melalui mesin, pemanfaatan mesin.

Level kendali pengawasan : pengen- dalian dan koordinasi beberapa interkoneksi unit-unit operasi untuk keseluruhan proses.

3

Level sel manufaktur atau sistem : pengendalian dan koordinasi group mesin dan peralatan pendukung pekerjaan dalam koordinasi, terma- suk peralatan penanganan material.

Level kendali dengan pengaturan : pengendalian unit-unit operasi.

2 Level mesin : mesin produksi dan

stasion kerja untuk manufaktur part diskrit dan produk.

Level peralatan : sensor dan aktua- tor terdiri dari loop-loop kendali dasar untuk unit-unit operasi.

1 Level peralatan : sensor dan aktua-

tor untuk kendali penyelesaian ak- tifitas mesin.

(5)

Perbedaan utama adalah pada level rendah dan level intermedit.

Pada level peralatan, terdapat perbedaan dalam jenis sensor dan aktuator yang digunakan dalam dua katagori industri tersebut :

(1)

 Dalam industri proses, peralatan yang digunakan kebanyakan untuk loop-loop kendali kimia, termal, atau operasi-operasi yang sejenis;

 Dalam industri manufaktur diskrit, peralatan yang digunakan adalah untuk pengendalian aktivitas mekanis.

Pada level di atasnya, perbedaannya adalah : (2)

 Dalam industri proses, yang dikendalikan adalah unit-unit operasi;

 Dalam industri manufaktur diskrit, yang dikendalikan adalah mesin- mesin produksi dan stasion kerja.

Pada level ke tiga, perbedaannya adalah : (3)

 Dalam industri proses, yang dikendalikan adalah interkoneksi antara unit-unit operasi pemrosesan;

 Dalam industri manufaktur diskrit, yang dikendalikan adalah interkoneksi antara mesin-mesin.

Pada level ke empat dan ke lima, sistem kendalinya sangat mirip untuk kedua katagori industri tersebut, perbedaannya hanya pada jenis operasinya.

(4) & (5)

(6)

Variabel dan Parameter dalam Dua Industri

Discrete variable other than binary

Discrete binary variable signal

(0 or 1)

Pulse data Continuous analog variable

Variable or parameter value

Time 1,0

2,0 3,0 4,0

Perbedaan antara industri proses dan industri manufaktur diskrit terletak pada variabel dan parameter yang menentukan karakteris- tik operasi produksi masing-masing. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, variabel didefinisikan sebagai output proses dan parameter didefinisikan sebagai input proses. Dalam industri proses, variabel dan parameter memiliki kecendrungan kontinu, sedang dalam industri manufaktur diskrit variabel dan parameter cendrung diskrit.

(7)

 Variabel (atau parameter) kontinu adalah sesuatu yang sifatnya terus-menerus, tidak terputus selama waktu manufaktur. Variabel kontinu pada umumnya analog, yang berarti dapat diambil sesua- tu nilai dalam daerah jangkau (range) tertentu. Operasi produksi baik dalam industri proses maupun dalam industri manufaktur diskrit memiliki karakteristik variabel kontinu. Sebagai contoh : gaya, temperatur, laju aliran, dan kecepatan. Semua variabel tersebut adalah kontinu selama waktu proses, dan dapat diambil sesuatu nilai dalam daerah jangkau tertentu.

 Variabel (atau parameter) diskrit adalah sesuatu yang memiliki hanya satu nilai pada suatu daerah jangkau tertentu. Jenis varia- bel diskrit yang paling umum adalah biner, yang berarti memiliki dua kemungkinan nilai, on atau off, tertutup atau terbuka, dan seterusnya. Contoh variabel dan parameter biner diskrit adalah : saklar batas terbuka atau tertutup, motor on atau off, dan benda- kerja ada atau tidak ada dalam alat pengencang. Tidak semua variabel (parameter) diskrit adalah biner. Ada kalanya variabel memiliki lebih dari dua kemungkinan nilai, tetapi bukan tak ber- hingga, yaitu variabel diskrit selain biner. Contoh : jumlah part dalam suatu operasi produksi yang dihitung secara harian, dan tampilan pada tacometer digital. Bentuk khusus variabel (dan pa- rameter) diskrit adalah data pulsa, yang terdiri dari deretan pulsa.

Deretan pulsa dapat digunakan untuk mengidentifikasikan jumlah barang; sebagai contoh jumlah part yang lewat pada suatu kon- veyor mengaktifkan suatu fotosel dan menghasilkan pulsa untuk setiap part diskrit. Sebagai parameter proses, deretan pulsa da- pat digunakan untuk menjalankan motor langkah (stepper motor).

(8)

KONTROL KONTINU VERSUS KONTROL DISKRIT

Sistem kontrol industri yang digunakan dalam industri proses pada umumnya menggunakan sistem kontrol kontinu sedangkan pada industri manufaktur diskrit menggunakan sistem kontrol diskrit. Perbandingan antara kedua sistem kontrol tersebut dapat dilihat dalam tabel berikut ini.

Faktor Komparasi Kontrol Kontinu dalam

Idustri Proses Kontrol Diskrit dalam Idustri Manufaktur Diskrit Pengukuran berat, pengukuran

volume likuid, pengukuran volume solid

Jumlah part, jumlah produk Jenis pengukuran

output produk

Jenis pengukuran

kualitas Konsistensi, konsentrasi larutan, ketiadaan kontaminasi, konfor- mansi terhadap spesifikasi

Dimensi, penyelesaian permuka- an, penampilan, ketiadaan cacat, keandalan produk

Jenis variabel dan

parameter Temperatur, laju aliran volume,

tekanan Posisi, kecepatan, percepatan, gaya

Jenis sensor Meter aliran, termokopel, sensor

tekanan Saklar batas, sensor fotoelektrik, strain gage, sensor piezoelektrik Jenis aktuator Kelep, pemanas, pompa Saklar, motor, piston

J e n i s k o n s t a n t e

waktu proses Detik, menit, jam Kurang dari sedetik

(9)

• Pada kenyataannya, kebanyakan operasi dalam indus- tri proses dan industri manufaktur diskrit cendrung menggunakan variabel dan parameter kontinu maupun diskrit.

• Akibatnya banyak kontroler industri didesain untuk mampu menerima dan mentransmisikan kedua jenis signal dan data tersebut.

• Untuk masalah yang kompleks, digunakan komputer untuk menggantikan kontroler analog dalam kendali proses kontinu.

• Dalam hal ini variabel kontinu tidak lagi diukur secara kontinu, tetapi diambil contoh ( sample ) secara perio- dik dan dibuat sistem data-contoh ( sampled-data sys- tem ) diskrit yang mendekati sistem kontinu sesung- guhnya.

• Demikian pula, signal kendali yang dikirimkan ke pro-

ses adalah jenis fungsi langkah ( stepwise fungtions )

yang mendekati sama dengan signal kontinu yang

ditransmisikan oleh kontroler.

(10)

Sistem Kontrol Kontinu

Kontrol kontinu, umumnya bertujuan untuk menjaga agar variabel output pada level yang diinginkan, sama seperti operasi sistem kontrol umpan balik. Tetapi, kebanyakan proses kontinu dalam praktiknya terdiri dari banyak jaringan umpan balik, yang semuanya harus dikendalikan dan dikoordinasikan untuk menjaga variabel output pada nilai yang diinginkan. Contoh proses kontinu adalah sebagai berikut :

 Pengendalian output reaksi kimia yang tergantung pada tempe- ratur, tekanan, dan laju aliran input beberapa reaksi. Semua variabel dan/atau parameter adalah kontinu.

 Pengendalian posisi bendakerja relatif terhadap perkakas potong dalam operasi pemfraisan kontour dimana harus dihasilkan permukaan kurve yang kompleks. Posisi bendakerja ditentukan oleh nilai koordinat x, y, dan z. Pada saat bendakerja bergerak, nilai x, y, dan z dapat dipandang sebagai variabel dan/atau parameter yang berubah setiap saat memesin bendakerja.

Terdapat beberapa pendekatan untuk mencapai tujuan pengenda-

lian dalam sistem kontrol proses kontinu, seperti misalnya : kontrol

dengan pengaturan, kontrol hantaran kedepan, optimasi keadan-

tetap, kontrol adaptif, dan lain-lain.

(11)

Kontrol dengan Pengaturan ( Regulatory Control )

Process

Contoller

Input parameters Output variables Performance measure

Measured variables

Index of performance Performance

target level Adjusment

to input parameters

Kelemahan sistem ini adalah : tindakan pembandingan dilakukan setelah gangguan terjadi pada output proses.

Kontrol dengan pengaturan bertujuan untuk menjaga agar perfor- mansi proses pada level tertentu atau berada dalam daerah tole- ransi yang diberikan pada level tersebut. Sebagai contoh, bila performansi tersebut adalah suatu pengukuran kualitas produk, sehingga sangat penting untuk menjaga agar kualitas pada level spesifikasinya atau pada daerah spesifikasinya. Pada umumnya, pengukuran performansi proses (kadang-kadang disebut indeks performansi) dihitung berdasarkan beberapa variabel output proses.

Dalam gambar di bawah ini, kontrol dengan pengaturan dilakukan terhadap keseluruhan proses dimana kontrol umpan balik dalam proses ini merupakan jaringan kontrol individual.

(12)

Process

Contoller

Input parameters Output variables

Index of performance Performance

target level Adjusment

to input parameters Feedforwad

control elements

Disturbance

Kontrol Hantaran Kedepan ( Feedforward Control )

Strategi kontrol hantaran kedepan ini bertujuan untuk mengantisi- pasi efek gangguan yang akan mengacaukan proses dengan cara mensensor dan mengkompensasikannya sebelum ganggaguan ter- sebut mempengaruhi proses. Dalam gambar di bawah ini elemen- elemen kontrol hantaran kedepan mensensor gangguan yang ada dan melakukan koreksi dengan mangatur parameter proses dan mengkompensasikannya untuk setiap gangguan yang terjadi pada proses. Dalam kondisi ideal kompensasi ini sangat efektif, tetapi pada kenyataannya sering terjadi penyimpangan dalam pengukuran umpan balik, operasi aktuator, dan algoritme pengendalian, sehing- ga sistem kontrol ini biasanya dikombinasikan dengan kontrol umpan balik seperti terlihat dalam gambar.

Kontrol dengan pengaturan dan kontrol hantaran kedepan lebih sesuai digunakan untuk industri proses dari pada manufaktur produk diskrit.

(13)

Optimisasi Keadaan Tetap ( Steady State Optimization )

Istilah optimisasi keadaan-tetap mengacu pada kelas teknik optimi- sasi dimana proses menunjukkan karakteristik sebagai berikut :

(2) Hubungan antara variabel proses dan indeks performansi dike- tahui (dalam model matematik);

(3) Nilai parameter sistem yang mengoptimasi indeks performansi tersebut dapat ditentukan secara matematik.

(1) Terdapat indeks performansi yang telah didefinisikan dengan baik, seperti biaya produksi, laju produksi, atau hasil proses;

Process

Contoller

(1) Index of performance (IP) Adjusment

to input parameters

(2)

Mathematical model of process and IP (3)

Algorithm to determine optimum

input parameter values

Bila karakteristik ini diaplikasikan, maka dapat dilakukan penga- turan (adjusment) terhadap input parameter proses hingga dicapai keadaan optimal. Sistem kontrol ini adalah jaringan terbuka.

(14)

Kontrol Adaptif ( Adaptive Control )

Process

Modification

Adjusment to input parameters

Decision

Identification

Index of performance Adaptive

controller

Kontrol optimisasi keadaan-tetap dioperasikan sebagai sistem jaringan terbuka. Sistem ini akan bekerja sempurna bila tidak ada gangguan diluar hubungan yang diketahui antara parameter proses dan performansi proses. Bila dalam aplikasinya terdapat gangguan, maka untuk optimalisasi kontrol dibutuhkan bentuk koreksi sendiri, yang disebut kontrol adaptif. Kontrol adaptif mengkombinasikan kontrol umpan balik dan kontrol optimal dengan cara pengukuran variabel proses yang terkait selama operasi (sebagaimana dalam kontrol umpan balik) dan penggunaan algoritme kontrol untuk mengopti-malkan beberapa indeks performansi (sebagaimana dalam kontrol optimal). Konfigurasi umum sistem kontrol adaptif dapat dilihat dalam gambar berikut ini :

(15)

Untuk mengevaluasi performansi sistem dan memberi respon yang sesuai, suatu sistem kontrol adaptif melakukan tiga fungsi, sebagai ditunjukkan dalam gambar.

(2) Fungsi pengambilan keputusan (decision fungtion). Sekali performansi sistem telah ditentukan, fungsi berikutnya adalah menetapkan perubahan apa yang harus dibuat untuk memper- baiki performansi. Fungsi pengambilan keputusan dilaksanakan dengan memakai algoritme terprogram dari sistem adaptif.

Tergantung pada algoritme tersebut, keputusan mungkin merubah satu atau lebih parameter input ke proses, untuk merubah beberapa parameter internal kontroler, atau peruba- han-perubahan yang lain.

(3) Fungsi modifikasi. Fungsi ketiga kontrol adaptif adalah untuk melaksanakan keputusan, dimana keputusan tersebut merupa- kan fungsi logika, modifikasi yang menyangkut perubahan fisik dalam sistem. Jadi modifikasi tersebut lebih kepada perubahan piranti keras dibandingkan dengan piranti lunak. Dalam modifi- kasi, parameter sistem atau input proses dirubah menggunakan aktuator yang ada untuk menjalankan sistem pada kondisi yang lebih optimal.

(1) Fungsi identifikasi. Dalam fungsi ini, nilai arus indeks perfor- mansi sistem ditentukan berdasarkan pada pengumpulan hasil pengukuran dari proses. Karena kondisi lingkungan berubah setiap saat, maka performansi sistem juga akan berubah. Sehu- bungan dengan hal tersebut, fungsi identifikasi harus lebih kurang kontinu setiap saat selama operasi sistem.

(16)

Sistem Kontrol Diskrit

• Dalam kontrol diskrit, parameter diskrit dan variabel diskrit suatu sistem dirubah pada saat-saat tertentu, dengan memakai program instruksi; sebagai contoh, program siklus kerja;

• Perubahan tersebut dilakukan baik karena kondisi sis- tem telah selesai dirubah atau karena waktu tertentu telah dicapai;

• Berdasarkan kedua hal tersebut, maka perubahan dapat dibedakan atas :

• perubahan gerak-kejadian ( event-drive changes ),

• perubahan gerak-waktu ( time-drive changes ).

(17)

• Perubahan Gerak-Kejadian ( Event-Drive Changes )

Perubahan gerak-kejadian, dilakukan oleh kontroler sebagai respon terhadap beberapa kejadian (

event

) yang telah menyebabkan keadaan sistem berubah. Perubahan dapat terjadi pada saat awal operasi atau pada saat akhir operasi, menjalankan motor atau menghentikan motor, membuka katup atau menutup katup, dan sebagainya.

 Suatu robot memasang bendakerja kedalam pemegang, dan part disensor dengan sebuah saklar batas. Pensensoran kebradaan part menunjukkan kejadian yang merubah keadaan sistem.

Perubahan gerak-kejadian menunjukkan bahwa siklus pemesinan otomatik sudah dapat dimulai.

 Level pengurangan bahan plastik dalam corong isi (

hopper

) mesin cetak injeksi menarik saklar batas-bawah sehingga katup terbu- ka dan memulai pengisian bahan plastik baru ke dalam corong isi.

Bila level pengisian plastik pada ketinggian tertentu telah dica- pai, maka saklar batas-atas akan ditarik sehingga katup tertutup, jadi aliran bahan plastik ke dalam corong isi terhenti.

 Penghitungan pergerakan part sepanjang konveyor melewati sensor optik adalah sistem gerak-kejadian. Setiap part yang mele- wati sensor merupakan kejadian yang menggerakkan penghitung.

Contoh :

(18)

• Perubahan Gerak-Waktu ( Time-Drive Changes )

Perubahan gerak-waktu, dilakukan oleh sistem kontrol sebagai respon terhadap pencapaian suatu kondisi tertentu dalam waktu tertentu atau dalam selang waktu tertentu telah terjadi suatu kondisi tertentu. Seperti pada perubahan gerak-kejadian, perubahan biasanya terdiri dari memulai sesuatu atau menghentikan sesuatu, dan waktu saat perubahan terjadi merupakan sesuatu yang utama.

 Dalam pabrik dengan waktu memulai dan waktu mengakhiri untuk kerja sift dan istirahat bersama bagi semua pekerja, jam bengkel disetel untuk membunyikan bel dalam saat tertentu selama hari tersebut untuk menyatakan waktu mulai dan berhenti bekerja.

 Operasi perlakuan panas harus dilaksanakan selama selang waktu tertentu. Siklus otomatis perlakuan panas terdiri dari memasang part ke dalam tungku (mungkin dengan robot) dan mengambil part tersebut setelah dipanaskan dalam selang waktu tertentu.

 Dalam operasi mesin cuci, sewaktu bak pencucian telah diisi air dengan ketinggian tertentu, dilanjutkan dengan siklus pengadu- kan untuk selang waktu tertentu yang disetel pada kendali. Bila waktu telah habis, timer menhentikan pengadukan dan kemudian air dalam bak dikosongkan (dalam hal ini pengisian air dalam bak merupakan event-driven, sedang selang waktu pengadukan meru- pakan time-driven).

Contoh :

(19)

Level Kontrol Proses Industri

Plant level

Cell or system level

Machine level

Devise level Enterprise

level

1 5

4

2 3

Data flow Automation level

Coordination control

Procedural control

Basic control Data

flow

Data flow

Control level

1 2 3

Secara umum, hirarcinya hampir sama dengan level otomasi yang telah dijelaskan pada pertemuan 3.

(1) kontrol dasar ( basic control ),

• kontrol prosedur ( procedural control ),

• Kontrol koordinasi ( coordination control ).

Fungsi kontrol proses dibagi

atas tiga level, yaitu :

(20)

Kontrol dasar, merupakan kontrol level terendah, berhubungan dengan level peralatan (device level) dalam hirarci otomasi.

Dalam industri proses, level ini dinyatakan dengan kontrol umpan balik dalam jaringan kontrol dasar. Dalam industri manufaktur diskrit, kontrol dasar dinyatakan dengan pengarahan servomotor dan aktuator yang lain mesin produksi. Kontrol dasar meliputi fungsi (seperti mis. umpan balik), pengumpulan, interlocking, interupsi, dan kegiatan penanganan khusus. Fungsi kontrol dasar dapat diaktifkan, dideaktifkan, atau dimodivikasi baik oleh level kontrol yang lebih atas (kontrol prosedur atau kontrol koordinasi) atau oleh perintah operator.

(1)

Kontrol prosedur, merupakan kontrol level medium ke level kontrol dengan pengaturan unit operasi dalam otomasi industri proses dan ke level mesin dalam otomasi manufaktur diskrit.

Dalam kendali kontinu, fungsi kontrol prosedur meliputi penggu- naan data yang dikumpulkan untuk menghitung beberapa nilai parameter proses, pengubahan setpoint dan parameter proses yang lain dalam kendali dasar, dan pengubahan kontroler terha- dap konstante. Dalam kendali diskrit, fungsinya adalah berkaitan dengan pelaksanaan program siklus kerja, yaitu mengarahkan mesin untuk melakukan aktifitas dalam urutan tertentu.

(2)

Kontrol koordinasi, merupakan kontrol level teratas dalam hirarci kendali. Kontrol ini berhubungan dengan level kontrol pengawa- san dalam industri proses dan level sistem sel dalam industri manufaktur diskrit. Kontrol ini juga berhubungan dengan level pabrik dan level perusahaan. Fungsi koordinasi pada level sel meliputi pengoordinasian aktifitas group peralatan atau mesin, pengkoordinasian penanganan material antara mesin. Pada level pabrik dan perusahaan, kontrol koordinasi berkaitan dengan fungsi pendukung, meliputi perencanaan produksi dan penske- dulan, pengkoordinasian peralatan yang digunakan untuk lebih dari satu mesin, dan lain-lain.

(3)

(21)

BENTUK-BENTUK KONTROL PROSES KOMPUTER

Process

Process Computer

Computer

Process variables

Process variables Data collection

Data collection Control

commands

Control commands

(a)

(b)

(c)

pemonitoran proses, (a)

kendali proses loop terbuka, dan (b)

kendali proses loop tertutup.

(c)

(22)

Perbedaan antara pemonitoran proses dan proses kontrol :

• dalam pemonitoran proses (gb.a), komputer digunakan untuk mengumpulkan data dari proses, sedang

• dalam kendali proses (gb. b & c), komputer mengatur proses.

Data yang dikumpulkan dalam pemonitoran proses meli- puti : data proses, data peralatan, dan data produk.

Dalam beberapa penerapan kontrol proses, aktifitas ter- tentu yang diterapkan dengan komputer kontrol tidak membutuhkan data umpan balik yang harus dikumpulkan dari proses; jadi ini merupakan jaringan terbuka (gb. b).

Tetapi, pada umumnya beberapa bentuk umpan balik atau

interlocking dibutuhkan untuk meyakinkan bahwa instruk-

si kontrol telah dilaksanakan dengan baik; jadi merupakan

jaringan tertutup (gb. c).

(23)

INSTRUMENTASI KONTROL PROSES

(24)

Apakah instrumentasi dan Pengendalian Proses itu ?

• Instrumentasi adalah seni dan ilmu pengetahuan dalam

penerapan alat ukur dan sistem pengendalian pada sobyek untuk mengetahui harga numerik variable besaran proses dan untuk mengendalikan besaran proses supaya berada dalam batas daerah tertentu atau pada nilai besaran yang diinginkan (set point).

• Operasi di industri proses seperti kilang minyak dan petrokimia sangat tergantung pada pengukuran dan

pengendalian besaran proses. Beberapa besaran proses yang harus diukur dan dikendalikan pada industri proses :

1. aliran (flow) di dalam pipa

2. tekanan (pressure) didalam sebuah vessel

3. suhu (temperature) di unit heat exchange

4. permukaan (level) zat cair di sebuah tangki.

(25)

Apakah instrumentasi dan Pengendalian Proses itu ?

• Beberapa besaran proses lain yang cukup

penting untuk diukur dan dikendalikan karena kebutuhan spesifik antara lain ;

1. hydrogen ion concentration (pH) 2. conductivity

3. density or specific gravity dan

sebagainya ^.

(26)

Apakah instrumentasi dan Pengendalian Proses itu ?

• Sistem pengendalian proses terdiri dari beberapa unit komponen antara lain ;

– sensor/transducer berfungsi menghasilkan informasi tentang besaran yang diukur

– transmitter memproses informasi atau sinyal yang

dihasilkan oleh sensor/transducer agar sinyal tersebut dapat ditransmisikan

– controller berfungsi membandingkan sinyal pengukuran dengan nilai besaran yang diinginkan (set point) dan

menghasilkan sinyal komando berdasarkan strategi control tertentu

– actuator berfungsi mengubah masukan proses sesuai

dengan sinyal komando dari pengontrol.

(27)

Mengapa Diperlukan Pengukuran dan Pengontrolan

• Pengukuran yang teliti dan sistem kontrol yang tepat dalam industri proses, dapat menghasilkan harga variable fisika dan kimia dari sistem yang

sesuai dengan harga rancangan dan dapat menghemat biaya operasi serta perbaikan hasil produksi.

• Tujuan dari penerapan sistem instrumentasi dan kontrol di dalam industri proses adalah berkaitan dengan segi ekonomis. Oleh karena itu

instrumentasi dan sistem kontrol yang diterapkan

diharapkan dapat menghasilkan ^:

(28)

Mengapa Diperlukan Pengukuran dan Pengontrolan

Instrumentasi dan sistem kontrol yang diterapkan diharapkan dapat menghasilkan :

1. Kualitas produk lebih baik dan waktu pemrosesan lebih singkat.

2. Biaya produksi lebih murah, karena :

• Penghematan bahan mentah dan bahan bakar.

• Peningkatan efisiensi waktu mesin dan pekerja.

• Pengurangan produksi yang rusak.

3. Peningkatan keselamatan personil dan peralatan.

4. Pengurangan polusi lingkungan dari bahan limbah hasil

proses.

(29)

Mengapa Diperlukan Pengukuran dan Pengontrolan

Beberapa yang termasuk dalam instrumentasi dan kontrol meliputi :

1. Karakteristik proses.

2. Sistem pengukuran.

3. Pemrosesan data otomatis.

4. Sistem pengontrolan dengan elemen kontrol akhir (final control element).

Gambar 1 seseorang ingin memperoleh temperatur air yang sesuai dengan keinginanya, dimana semua sistem dioperasikan manusia secara manual.

1. proses adalah pemanasan air dengan sumber kalor dari steam.

2. alat ukur adalah tangan kanan pemakai.

(30)

Mengapa Diperlukan Pengukuran dan Pengontrolan

3. prosesor adalah otak pemakai, yang mengevaluasi apakah temperatur air

sudah sesuai dengan keperluannya.

4. sistem kontrol dan final control

elemen adalah tangan kiri pemakai

dan kran steam.

(31)

Mengapa Diperlukan Pengukuran dan Pengontrolan

Gambar 1. Pengaturan temperatur air

secara manual

(32)

Mengapa Diperlukan Pengukuran dan Pengontrolan

Dalam pengembangan selanjutnya, tidak semua langkah dalam proses dilakukan oleh manusia. Misal :

1. temperatur yang dikehendaki (set point temperature) ditentukan sebagai acuan,

2. alat ukur temperatur dilakukan oleh sensor pressure thermometer

3. final control elemennya dilakukan oleh sistem

pneumatik dan katup pengontrol (control valve).

(33)

Mengapa Diperlukan Pengukuran dan Pengontrolan

Gambar 2. Pengaturan temperature air

secara pneumatik

(34)

Mengapa Diperlukan Pengukuran dan Pengontrolan

Dalam perkembangan berikutnya, pengukuran, pemprosesan data dan pengontrolan besaran fisika atau kimia tidak dilakukan

secara terpisah, tetapi dilakukan secara simultan.

1. Diperlukan processor yang dapat mengkoordinasi hasil pengukuran dan berdasarkan pilihan algoritma yang

digunakanuntuk koordinasi langkah sistem instrumentasi.

2. Melakukan pemantauan dan pengolahan data dan

mengeluarkan hasil pengolahan untuk memicu final control

element pada proses.

(35)

Mengapa Diperlukan Pengukuran dan Pengontrolan

Gambar 3. Sistem Instrumentasi berbasis

computer

(36)

Perkembangan Arsitektur Sistem Kontrol Proses

Sistem Kontrol Tradisional

• Awalnya sistem kontrol yang terdapat di kilang minyak adalah sistem kontrol terdistribusi (gambar 4) dan

peralatan instrumentasi serta sistem kontrol didistribusikan di seluruh plant, dimana :

1. operator membaca set point dan mengatur

keluaran. Antara satu sistem kontrol dengan sistem kontrol yang lain tidak dihubungkan, sehingga

operator harus bertugas mengkoordinasikan sistem kontrol yang terdistribusi tersebut.

2. Dilakukan komunikasi verbal antara satu operator dengan yang lain (interface antara manusia - manusia).

Konsep ini hanya dapat dilakukan pada proses yang tidak

rumit dan kecil.

(37)

Perkembangan Arsitektur Sistem Kontrol Proses

Gambar 4. Sistem Kontrol Tardisional

(38)

Perkembangan Arsitektur Sistem Kontrol Proses

• Ditemukan instrumentasi dan system control pneumatik tahun 1930. konsep arsitektur

sistem kontrol masih sama dengan sebelumnya, dimana elemen kontrol seperti sensor, controller dan hubungan antara operator dengan actuator tetap tersebar di seluruh plant.

• Awal tahun 60-an ditemukan sistem transmitter jenis pneumatik. Konsep arsitektur sistem

kontrol berubah menjadi terpusat dimana

monitoring dan pengendalian proses dilakukan

dari ruang kendali (control room) gambar 5

(interface manusia – mesin).

(39)

Perkembangan Arsitektur Sistem Kontrol Proses

Gambar 5. Sistem Kontrol Pneumatic

terpusat di Control Room

(40)

Perkembangan Arsitektur Sistem Kontrol Proses

Mekanisme sistem kontrol dengan arsitektur terpusat sebagai berikut ;

1. pengukuran proses variabel dilakukan oleh sensor di lapangan, hasil pengukuran ditransmisikan oleh transmiiter ke

controller yang berlokasi di ruang kendali.

2. Sinyal kontrol yang diinginkan ditransmisikan kembali ke actuator pada unit proses.

3. semua informasi yang diperlukan dapat ditampilkan di ruang kontrol, sehingga mudah dilihat oleh operator

Awal tahun 70-an, arsitektur sistem control terpusat bergeser dari pneumatik menjadi elektronik.

1. Perubahan ini mengurangi biaya pemasangan sistem kontrol dan waktu tunda (lag time) yang terjadi pada sistem

kontrol pneumatik.

40

(41)

Perkembangan Arsitektur Sistem Kontrol Proses

2. Pergantian kontrol pneumatic (3-15 psig atau 0.2- 1.0 kg/cm2g) menjadi elektronik (4-20 mA atau 1-5 V)

3. pergantian tubing yang diperlukan untuk sistem pneumatik menjadi kabel.

Keuntungan system control elektronik ini, memungkinkan pabrik lebih mudah diperbesar atau dikembangkan.

System Control berbasis Computer

❑ Penerapan computer dalam industri dipasang pada stasiun pembangkit tenaga listrik untuk monitoring plant. Penemuan ini memberikan kemampuan data aquisisi yang sebelumnya

tidak ada, dan membebaskan operator dari pengoperasian plant berupa pengambilan dan penyimpanan data yang selama ini

berulang dilakukan oleh operator.

(42)

Perkembangan Arsitektur Sistem Kontrol Proses

❑ Penerapan ini masih menggunakan sistem control analog elektronik sebagai controller utama. Komputer difungsikan sebagai supervisory dimana menggunakan data masukan yang tersedia untuk menghitung setpoint control menghasilkan

kondisi operasi yang efisien. Setpoint ini dikirim ke

controller analog yang berfungsi sebagai pengontrol loop tertutup. Kemampuan supervisory computer dalam mengambil, memperagakan dan menyimpan data yang dibutuhkan operator dapat memperbaiki pengoperasian pabrik dan menghasilkan nilai ekonomi yang optimum.

❑ Evolusi sistem kontrol computer berikutnya berupa penggunaan computer pada loop control utama, disebut Direct Digital Control (DDC) gambar 6.

1. Pengukuran proses dilakukan computer secara langsung,

⁴²

(43)

Perkembangan Arsitektur Sistem Kontrol Proses

2. computer menghitung keluaran kontrolnya

3. Computer mengirimkan ke alat penggerak (final element).

❑ Sistem DDC dipasang tahun 1970 pada pabrik kimia.

1. Untuk keamanan, sistem kontrol analog elektronik masih

disediakan, untuk menjamin proses tetap berjalan meskipun computer mengalami kegagalan.

2. sistem DDC masih ada masalah kehandalan perangkat keras computer.

3. sistem kontrol digital mempunyai kemampuan :

a. Lebih baik dari sistem kontrol analog dalam hal penalaan

(tuning) parameter dan set point. b. Algoritma control yang rumit dapat diterapkan untuk memperbaiki pengoperasian plant

c. tuning parameter loop control dapat diset secara adaptif (self tuning) mengikuti perubahan kondisisi operasi.

(44)

Perkembangan Arsitektur Sistem Kontrol Proses

Gambar 6. Sistem Kontrol Direct Digital

Control (DDC)

(45)

Perkembangan Arsitektur Sistem Kontrol Proses

System Control Berbasis DCS

❑ Diperkenalkan sekitar tahun 1976. Dari perkembangan DCS pertama kali hingga tahun 1995, telah terjadi penambahan

fungsi dan modifikasi sehingga pengunaannya menjadi lebih user friendly dan perawatan

yang mudah.

❑ DCS adalah suatu jaringan computer

control yang dikembangkan untuk tujuan

monitoring dan pengontrolan proses variable

pada industri proses ^.

(46)

Perkembangan Arsitektur Sistem Kontrol Proses

1. Sistem dikembangkan melalui penerapan

teknologi microcomputer, software dan network.

2. Sistem mampu menerima sinyal input berupa sinyal analog, digital maupun pulsa dari peralatan instrument di lapangan.

3. Dengan feedback control yuang sesuai algorithm control ( P. PI. PID ) maupun sequence program yang telah ditentukan, sistem menghasilkan sinyal output analog maupun digital yang digunakan untuk

mengendalikan final control element (control

valve) maupun untuk monitoring, reporting, dan

alarm

(47)

Perkembangan Arsitektur Sistem Kontrol Proses

Gambar 7. Sistem Kontrol Distributed

Control System (DCS)

(48)

Perkembangan Arsitektur Sistem Kontrol Proses

Gambar 8. Distributed Control System

(49)

Perkembangan Arsitektur Sistem Kontrol Proses

Arsitektur DCS dapat dilihat pada gambar 8, terdiri dari tiga bagian utama ;

1. Man-Machine Interface 2. Process Connection Device 3. Data Communication Facilities.

•

Man-Machine Interface (MMI) atau operator station berfungsi

sebagai pusat monitoring dan pengendalian proses di lapangan, dan ditempatkan secara terpusat di dalam ruang kendali (control room).

Fungsi utama operator station adalah sebagai layar minitor untuk menampilkan, mengoperasikan, serta me-record data-data yang diperoleh dari controller yang ditempatkan di out station.