LAPORAN RESMI PRAKTIKUM
SISTEM PENGENDALIAN OTOMATIS
P3 Distributed Control System (DCS)
Disusun oleh :
Damayanti Sari
(2411031010)
Asisten Praktikum :
Rehan Rachmanda
(2411100123)
JURUSAN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH
NOPEMBER
SURABAYA
2015
ii
LAPORAN RESMI PRAKTIKUM
SISTEM INSTRUMENTASI INDUSTRI
Disusun oleh :
Damayanti Sari
(2411031010)
Asisten Praktikum :
Rehan Rachmanda
(24111100123)
JURUSAN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH
NOPEMBER
SURABAYA
2015
ABSTRAK
Sistem instrumentasi di industri, terdiri dari tiga hal
yang penting pada suatu pengendalian proses, monitoring, dan
optimasi variabel proses pada plant/sistemnya. Hal ini
dilakukan demi mengutamakan safety dari para pekerja,
optimasi hasil produksi dan pertimbangan dalam hal financial.
Oleh karena itu perlu dilakukannya suatu pengendalian dalam
sistem agar semua variabel yang berhubungan dengan sistem
dapat terkendali dan terjadwal. Dalam hal ini dilakukan
percobaan simulasi sistem kontrol munggunakan DCS
(Distributed Control System Centum CS3000 dengan mode
kontrol PID pada sistem pengendalian level pada tangki
tertutup. Respon yang paling cepat memperoleh respon adalah
control PI sebesar 100,10. Dalam waktu 2 menit respon sudah
mencapai setpoint dan sudah dalam keadaan stabil. Pada
system pengendalian level metode control yang tepat
digunakan adalah tipe control PI tanpa memerlukan control
derivative karena respon level sudah cepat.
iv
DAFTAR ISI
Cover ... i
Halaman Judul ... ii
ABSTRAK ... iii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... v
KATA PENGANTAR ... vi
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Permasalahan ... 1
1.3 Tujuan ... 2
1.4 Sistematika Laporan ... 2
BAB II DASAR TEORI ... 3
2.1
DCS (Disributed Control System) ... 3
2.2
Arsitektur DCS Centum CS 3000 Yokogawa ... 4
2.3
Algoritma Pengendalian DCS Centum CS 3000
Yokogawa ... 6
2.4
Algoritma PID pada DCS Centum CS 3000 Yokogawa
... 7
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN ... 9
3.1 Peralatan Percobaan ... 9
3.2 Prosedur Percobaan ... 9
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN... 13
4.1 Analisa Data ... 13
4.2 Pembahasan ... 16
BAB V PENUTUP ... 19
5.1 Kesimpulan ... 19
5.2 Saran ... 19
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Arsitektur DCS Centum CS 3000
Yokogawa ... 4
Gambar 2.2 FCS tipe FFCS-L ... 5
Gambar 3.1 Flowchart proses pembuatan simulasi DCS
Centum CS 3000 Yokogawa ... 10
Gambar 4.1 Function Block pada Pengendalian Level.13
Gambar 4.2 Hasil tuning dengan PI sebesar 180,20 ... 13
Gambar 4.3 Hasil tuning dengan PI sebesar 100, 10 .. 14
Gambar 4.2 Hasil tuning dengan PI sebesar 60,20 ... 14
Gambar 4.3 Hasil tuning dengan PID 100,10, 10 ... 15
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat ALLAH SWT yang telah
melimpahkan Rahmat dan Karunia-Nya sehingga dapat
menyelesaikan laporan resmi praktikum P3 Sistem
Pengendlaian Otomatis dengan baik.
Adanya praktikum Sistem Pengendlaian Otomatis
ini sangat banyak manfaat bagi kita khususnya pada
bidang industri. Untuk itulah kami mempersembahkan
sebuah laporan resmi praktikum Sistem Pengendlaian
Otomatis. Dengan harapan dapat membantu sebagai
bahan refrensi bagi mahasiswa.
Kami tak lupa mengucapkan terimakasih
kepada:
1.
Ketua Jurusan Teknik Fisika FTI ITS
2.
Dosen Pengajar mata kuliah Sistem Instrumentasi
Industri
3.
Asisten Laboratotrium Rekayasa Intrumentasi dan
Kontrol
4.
Seluruh teman-teman Teknik Fisika yang telah
membantu kelancaran tersusunnya laporan resmi ini.
Akhirnya, semoga laporan ini dapat bermanfaat
bagi semua yang membacanya serta kami mengharapkan
kritik dan saran demi kemajuan susunan laporan yang
lebih baik lagi.
Surabaya , 17 April 2015
Hormat kami
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Era globalisasi yang terjadi pada perkembangan
teknologi di dunia turut mempengaruhi kecanggihan
instrumen-instrumen yang digunakan pada industri.
Dimana seluruh instrumentasi dalam perindustrian ini
harus sesuai dengan standard internasional yang telah
ditentukan.Tenaga manusia dalam menjalankan sistem
plant
yang ada di industri kini dapat berkurang. Sistem
kontrol di berbagai industri sudah semakin canggih,
kebanyakan instrumen-instrumen yang ada sudah serba
otomatis. Namun demikian karena sebagian kinerja
dlakukan oleh mesin maka tidak menutup kemungkinan
akan terjadinya error atau lost dalam mengendalikan
beberapa sistem atau plant yang ada.
Oleh karena itu adanya DCS (Distributed Control
System) ini dapat dengan mudah mengendalikan beberapa
plant atau sistem secara terdistribusi pada satu controller.
Pada percobaan P3 mengenai DCS DCS (Distributed
Control System)
ini sangat diperlukan agar mahasiswa
dapat mengendalikan beberapa plant atau sistem secara
terdistribusi dengan hanya menggunakan 1 controller.
1.2.
Permasalahan
Adapun permasalahan yang diangkat dalam percobaan
ini adalah:
1.
Bagaimana fungsi dari hardware DCS Centum CS
3000 Yokogawa?
2.
Bagaimana sistem konfigurasi dari DCS Centum
CS 3000 Yokogawa?
3.
Bagaimana dasar pemrograman pada DCS Centum
CS 3000 Yokogawa?
2
1.3.
Tujuan
Tujuan dari percobaan P3 Sistem Instrumentasi
Industri ini adalah:
1.
Memahami fungsi dari hardware DCS Centum CS
3000 Yokogawa.
2.
Memahami sistem konfigurasi dari DCS Centum
CS 3000 Yokogawa.
3.
Memahami dasar pemrograman dari DCS Centum
CS 3000 Yokogawa.
1.4.
Sistematika Laporan
Sistematika laporan ini terdiri dari 5 bab yaitu bab I
pendahuluan, Bab II Dasar Teori, Bab III Metodologi
percobaan Bab IV Hasil Analisa Data dan Pembahasan dan
Bab V berisi tentang Kesimpulan dan Saran.
BAB II
DASAR TEORI
2.1
DCS (Disributed Control System)
DCS (Disributed Control System) merupakan suatu
sistem yang terdistribusi yang mampu mengendalikan
beberapa variabel proses atau unit pada satu control room
yang terpusat. Fungsi dari DCS (Disributed Control
System) ini adalah sebagai monitoring, controlling dan
optimation.
Distributed control system (DCS) digunakan dalam
industri untuk memonitor dan mengontrol peralatan yang
tersebar dengan atau tanpa campur tangan manusia.
Sebuah DCS biasanya menggunakan komputer sebagai
controller dan menggunakan propietary interconections
dan protokol untuk komunikasi. Modul input dan output
membentuk part komponen untuk DCS, Prosesor
menerima informasi dari modul input dan mengirim
informasi ke modul output. Modul input menerima
informasi dari instrumentasi input dalam sistem dan
modul output mengirim ke instrumen output pada sistem.
Bus komputer atau bus elektrikal menghubungkan
prosessor dengan modul melalui multiplexer atau
demultiplexer. Mereka juga menghubungkan kontroller
yang tersebar dengan sentral kontroller dan akhirnya
terhubung ke Human machine Interface (HMI) atau panel
kontrol
[1].
DCS adalah sebuah istilah yang sangat luas yang
menggambarkan sebuah solusi untuk industri yang sangat
variatif, termasuk di dalamnya adalah :
• Electrical power grids dan electrical generation
plants
4
• Environmental control systems
• Traffic signal
• Water management system
• Refining dan chemical plants
• Pharmaceutical manufacturing
[1]2.2
Arsitektur DCS Centum CS 3000 Yokogawa
DCS (Disributed Control System) terdiri dari
beberapa komponen utama yaitu FCS (Field Control
Station), HIS (Human Machine Interface), EWS
(Engineering Work Station) dan network. Arsitektur DCS
Centum CS 3000 Yokogawa dapat dilihat pada gambar
2.1
Gambar 2.1 Arsitektur DCS Centum CS 3000
Yokogawa
1.
FCS (Field Control Station)
FCS ini berfungsi sebagai unit pengendali proses
dari instrument-instrument yang ada di lapangan.
FCS yang digunakan oleh yokogawa adalah FCS
generasi baru yaitu FFCS-L, dimana komunikasi
5
data yang digunakan pada FCS-L ini adalah
TCP/IP dengan ukurannya semakin kecil.
Gambar 2.2 FCS tipe FFCS-L
FFCS-L terdiri dari bagian pertama adalah ESB Bus
connector yang berfungsi untuk menghubungkan field
control unit
dengan modul FIO dalam mode local node
dan berfungsi sebagai pengekspan masukan dan keluaran
dimana 1 FCS maximal dapat terhubung dengan 14 FIO.
Untuk menghubungkan FCS dan FIO ER Bus connector
namun jika ingin mengakhiri note local atau remote
menggunakan ER bus connector dengan terminator.
Bagian yang kedua adalah ER bus dapat digunakan
sebagai penghubung antara FFCS dengan FIO (Field
Input Output. Bagian ketiga adalah power supply dan
yang digunakan pada FCS ini adalah 2 power supply,
yang kiri digunakan untuk memberikan supply pada
processor CNI atau ke unit interface luar atau sebaliknya.
Dan processor FFCS-L bertipe CP 401 yang bekerja
secara paralel. Processor utama ini berfungsi sebagai
tempat program DCS berada dan processor kedua
digunakan untuk meng-copy program-program dari DCS
6
cadangan. Module masukan pada FFCS-L terbagi menjadi
3 yaitu analog input dan output, digital input dan output
serta komunikasi input dan output.
2.
HIS (Human Machine Interface)
HIS ini berfungsi sebagai monitor yang
menampilkan
variabel-variabel
pengendalian
secara visual.
3.
EWS (Engineering Work Station)
EWS ini berfungsi untuk menambahkan atau
menambahkan program-program pada DCS
centum CS 3000, EWS ini berupa personal
komputer.
4.
Network
Network yang digunakan pada DCS centum CS
3000 ini adalah teknologi Vnet/IP dengan
topologi star.
2.1.
Algoritma Pengendalian DCS Centum CS 3000
Yokogawa
Algoritma pengendalian yang digunakan pada DCS
Centum CS 3000 adalah function block yang tediri dari:
1.
Link blok PIO
Berfungsi untuk input output module Centum CS
3000
2.
PID
Berfungsi
sebagai
algoritma
kontrol
PID
(Proportional Integral Derrivative)
3.
ST 16
Berfungsi sebagai pemrograman untuk tipe
sequential
4.
CALCU dan CALCU-L
5.
LC64
7
2.3
Algoritma PID pada DCS Centum CS 3000
Yokogawa
Beberapa algoritma PID yang digunakan pada DCS
Centum CS 3000 Yokogawa, adalah:
1.
Tipe PID (Proportional Integral Derrivative)
control
Berfungsi untuk:
-
Melakukan aksi Proportional Integral Derrivative
sesuai dengan perubahan setpoint yang terjadi pada
plant
-
Berfungsi untuk menghasilkan setpoint secara
cepat berdasarkan respon plant yang ditentukan
2.
Tipe kontrol I-PD (Proportional PV dan
derrivative
-
Hanya integral yang beraksi saat nilai setpoint
berubah
-
Menjaga kestabilan respon walaupun terjadi
perubahan pelonjakan setpont
3.
Tipe kontrol (PI-D) PID derrivative PV
-
Hanya melakukan aksi proportional dan integral
saat terjai perubahan nilai setpoint.
-
Digunakan pada saat memerlukan respon yang
lebih baik, misalnya downstream pada control loop
tipe cascade.
4.
Tipe penentuan otomatis
-
Digunakan pada mode cascade (CAS) ATAU
remote cascade
(RCAS) yang bertujuan untuk
memperoleh perubahan nilai setpoint dengan baik.
-
Pada mode automatic (AUT) digunakan PID
control tipe (I-PD) untuk menjaga kestabilan sistem.
5.
Tipe penentuan otomatis 2
-
Pada mode control cascade (CAS) menggunakan
tipe kontrol PID derrivative PV (PI-D).
8
-
Pada mode automatic ( AUT) atau remote
cascade (RCAS) menggunakan PID control tipe PV
dan derrivative (I-PD) untuk menjaga kestabilan
sistem.
[1]BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1.
Peralatn Percobaan
Berikut ini adalah peralatan yang digunakan pada
percobaan p3 mengenai DCS (Distributed Control
System):
1.
PC (Personal Computer)
2.
Program DCS centum CS 3000 yang telah terinstal
pada PC
3.2.
Prosedur Percobaan
Adapun metodologi percobaan yang dilakukan pada
percobaaan p3 ini dapat dilihar pada gambar 3.1
10
Gambar 3.1 Flowchart proses pembuatan
simulasi DCS Centum CS 3000 Yokogawa
11
Dari gambar 3.1 di atas dapat dilihat bahwa
metodologi percobaan dari pembuatan DCS dapat
dilihat pada penjelasan di bawah ini:
1.
instalasi laptop dengan software DCS Centum CS 3000
Yokogawa dilakukan.
2.
Simulasi pengontrolan level dibuat pada tangki
tertutup dengan kontrol level. Dalam percobaan ini
dilakukan setting range tangki sebesar 0~100%.
3.
Pendefinisian Analog Input dan Output dilakukan pada
DCS. Dimana sistem kontrol ini menggunakan input
Z11101 dan Z11102 dan controller FIC100 dan TIC
100 dan menggunakan inisisasi akutuator Z11109.
4.
Penyambungan pengkabelan dilakukan dari blok yang
telah dibuat (Wiring Function Block)
5.
Update simulator FCS dilakukan menggunakan
Function Block Detail Builder.
6.
Simulasi grafik tangki dibuat dengan memasukkan
data proses.
7.
Tunning PID dilakukan dengan perubahan set point
sebagai berikut
8.
Hasil tuning PID dengan pemberian nilai tuning
proportional dan integral dianalisa perbedaannya.
12
BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1.
Analisa Data
Berikut ini adalah function block dari plant
pengendalian flow. Dapat dilihat pada gambar 4.1.
Gambar 4.1 Function Block pada Pengendalian Level
Dalam membuat simulasi sistem pengendalian pada
tangki tertutup ini menggunakan Z11101 sebagai
Temperature Transmitter kemudian masuk ke TIC 100
kemudian output dari TIC 100 menjadi set untuk FIC 100
Flow Controller. Flow controller mendapat masukan dari
Z11102 yaitu flow transmitter. Kemudian dijadikan input
untuk Z11109 sebagai Flow control valve.
Berikut ini adalah hasil grafik pada simulasi DCS
Centum CS 3000 dengan pemberian tuning proportional
sebesar 100, integral 20 dan setpoint sebesar 50.
14
Gambar 4.2 Hasil tuning dengan PI sebesar
180,20
Pada control PI 100,20 dapat dilihat pada gambar
4.1 respon plant mulai steady pada menit keempat baru
bisa mencapai setpoint
Hasil tuning PID dengan P=100, I=10
Gambar 4.3 Hasil tuning dengan PI sebesar 100,
10
15
PI 100,10 dapat dilihat pada gambar 4.2 saat control
integral diperkecil maka respon plant mulai steady pada
menit kedua baru bisa mencapai setpoint, berarti lebih
cepat ketika nilai integral diperkecil.
Berikut ini adalah hasil grafik pada simulasi DCS
Centum CS 3000 dengan pemberian tuning proportional
sebesar 60, integral 20 dan setpoint sebesar 50.
Gambar 4.2 Hasil tuning dengan PI sebesar
60,20
Pada control PI 60,20 nilai control proportional
diperkecil maka dapat dilihat pada gambar 4.3 respon
plant mulai steady pada menit ketiga baru bisa mencapai
setpoint.
Berikut ini adalah hasil grafik pada simulasi DCS
Centum CS 3000 dengan pemberian tuning proportional
sebesar 100, integral 10 dan setpoint sebesar 10.
16
Gambar 4.3 Hasil tuning dengan PID 100,10, 10
Berikut ini adalah hasil grafik pada simulasi DCS
Centum CS 3000 dengan pemberian tuning proportional
sebesar 170, integral 20 dan setpoint sebesar 80.
4.2.
Pembahasan
Pada percobaan P3 Sistem Pengendalian Otomatik
dilakukan simulasi tentang sistem pengendalian level
pada tangki dengan menggunakan software DCS (
Distributed Control System) Centum CS 3000. Sistem
pengendalian level ini menggunakan control PID jenis PI
(Proportional Integral), karena level termasuk proses yang
mempunyai respon yang cepat sehingga tidak memerukan
control Derrivative.
Pada percobaan ini dilakukan tuning sebanyak 4 kali
dengan menggunakan setpoint sebesar 50. Tuning yang
dilakukan antara lain PI 100,20 , PI 100,10 , PI 60,20 ,
PID 100,20,20.. Pada control Pada control PID
100,10,10 maka dapat dilihat pada gambar 4.4 respon
17
plant tidak akan mencapai setpoint respon akan random
naik turun.
Dari keempat hasil tuning tersebut respon yang
paling cepat mencapai setpoint adalah yang diberi control
PI sebesar 100,10. Dalam waktu 2 menit respon sudah
mencapai setpoint dan sudah dalam keadaan stabil.
Sedangkan respon yang paling lambat dalam mencapai
setpoint adalah yang diberi control PI sebesar 100,20.
Dalam waktu 4 menit grafik respon baru mencapai
setpoint dan mencapai keadaan stabil. Dari hasil
percobaan pengendalian level pada tangki dengan
menggunakan software DCS Centum CS 3000 dapat
disimpulkan bahwa berapapun besar nilai setpoint yang
ditentukan jika ingin memperoleh respon yang cepat
dalam mencapai setpoint dan keadaan stabil maka diberi
tuning Proportional yang tinggi dan tuning Integral yang
rendah. karena idealnya suatu grafik sistem adalah hasil
respon awal menuju ke titik set point tidak terlalu curam
namun mencapai respon awal yang tinggi.
Tipe control yang tepat untuk pengendalian level
adalah
control
PI
(Proportional
Integral)
tanpa
memerlukan derivative karena respon dari level sudah
cukup cepat. Sehingga apabila dikasih control PID
hasilnya akan random seperti gambar 4.4. Tipe control
Proportional berfungsi untuk meminimalisir error, control
integral mampu menghilangkan offset dan derivative
berfungsi untuk mempercepat respon.
18
BAB V
PENUTUP
5.1.
Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang diperoleh dari hasil
percobaan P3 mengenai sistem pengendalian level pada
tangki dengan menggunakan software DCS ( Distributed
Control System) Centum CS 3000 adalah:
1.
Instrumen kontrol dalam sistem pengendalian level
menggunakan Z011101, TIC100, FIC 100, Z011102
dan Z011109.
2.
Sistem control yang digunakan adalah PID controller
tipe PI (Proportional Integral) karena level termasuk
memiliki respon yang cepat.
3.
Respon yang paling cepat mencapi setpoint dan
mencapai keadaan stabil dalam waktu 2 menit adalah
dengan tuning Proportional sebesar 100 dan tuning
Integral sebesar 10 pada setpoint 50.
20
DAFTAR PUSTAKA
[1]
