XI DCS FUNDAMENTAL 1

Transkripsi

1 XI DCS FUNDAMENTAL 1

2 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. Dengan diterapkannya sistim kendali terdistribusi ini maka kegagalan di suatu area tidak akan mempengaruhi area lainnya secara langsung, karena masing-masing area mempunyai CPU lengkap dengan memori dan I/O nya. 2

3 Perkembangan Computerized Control System - Aplikasi awal komputer dalam bidang kontrol proses : Sistem kontrol suvervisi dan monitoring pada stasiun pembangkit sistem tenaga sekitar tahun 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 Pada sistem DDC tersebut, ada 224 variabel proses yang diukur dan 129 valve yang dikontrol secara langsung oleh komputer 3

4 3. Process with Distributed Control Syatem (DCS) 4. Process with Direct Digital Control (DDC) TT = Temperature Transmitter TIC = Temperature Indicator & Controller CT = Composition Transmitter FT = Flow Transmitter FIC = Flow Indicator & Controller CIC = Composition Indicator & Controller LT = Level Transmitter LIT = Level Indicator & Controller 4

5 5

6 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 (3) fungsional 6

7 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 7

8 8

9 9

10 10

11 11

12 Arsitektur umum sistem DCS 12

13 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) 13

14 The system performs functions 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 10.Process management 11.Provides interface to other system 14

15 Sistem Network DCS MMI PC Host Computer Ethernet (100Mbps, TCP/IP) F Net (1Mbps, Twisted Pair) LG GLOGA-GM Ethernet Standart H/W : Ethernet IEEE 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 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 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 Remote In/Out Modem Telephone Line C Net (Modbus, DF1 Compatible) PC Remote I/O Other maker s Device (PLC, RF-ID, Bar Code ) 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 Inverter HMI Device Net Actuator Remote I/O GM7/K80S (G7L-DBEA) Solenoid Profibus-DP Robot GM6/K200S (G6L-PUEA/B) Remote I/O GM7/K80S (G7L-PBEA) 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 15

16 HErarkI SCADA Remote access Internet Control rooms Data Acquisition and Interface PLCS and local control loops Instruments, sensors, and actuators 16

17 17

18 Motivasi: DCS vs PLC Stereotif tentang PLC dan DCS 18

19 Motivasi: Contoh Aplikasi PLC sederhana PB Start (Manual) : NO PB Stop Manual : NC LSA (Limit switch atas) : NC LSB (Limit switch bawah) : NO Tandon Pompa air L1 PB Start PB Stop LSA RM L2 LSB RM Sumur Keterangan RM: Relay motor pompa 19

20 Motivasi: Contoh Aplikasi DCS sederhana Steam Control Valve CO TC: Temperature Controller (DCS) TC SP MV PV TT Temperature Transmiter (Sensor) Fluida In Fluida Out Heat Exchanger Kontroler PID komersil (DCS) Ex SP (SetPoint) - e (error) Kontroler (PID) Auto Manual CO Penggerak (Actuator) MV Proses PV Input dari Operator Sensor (Transmiter) 20

21 Motivasi: DCS vs PLC (cont.) Arsitektur Sistem DCS saat ini: 21

22 Motivasi: DCS vs PLC (cont.) Arsitektur Sistem PLC saat ini: 22

23 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

24 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 Bagaimana performansi yang diharapkan 24

25 Apa yang diproduksi oleh perusahaan? Dan Bagaimana? PLC DCS Tipikal produk: Barang (automasi manufacture dan perakitan) Proses produksi termonitor secara visual oleh operator Membutuhkan kontrol logika Kontrol Batch sederhana: menghasilkan satu jenis produk, prosedur tetap,resep konstan -tidak pernah berubah Tipikal produk: Bahan (melibatkan kombinasi dan transformasi bahan mentah) Proses produksi seringkali tidak terlihat oleh operator Membutuhkan sistem kontrol regulator Kontrol Batch kompleks menghasilkan berbagai jenis produk, prosedur dapat berubah,resep variabel 25

26 Aplikasi PLC: automasi, produk termonitor, kontrol logika 26

27 Aplikasi DCS: produk tidak termonitor, kontrol regulator Pengaduk = Fluida out d = PV in = in in TC SP Pompa Fluida in H in = H in h in Heat exchanger CO Power amplifier CO = CO co 27

28 Aplikasi PLC dan DCS: Batch control 28

29 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 menyebabkan kerusakan peralatan proses Jika terjadi kerusakan, waktu pemulihan relative cepat Downtime tidak hanya menyebabkan kehilangan produksi tetapi dapat menyebabkan keadaan yang berbahaya Downtime umumnya menyebabkan kerusakan peralatan proses dan produk Jika terjadi kerusakan, waktu pemulihan relative lambat 29

30 Jantung sistem bagi operator PLC DCS Kontroler HMI (Human machine Interface) 30

31 Apa yang diperlukan oleh operator agar proses berjalan lancar PLC DCS Tugas utama operator adalah mengatasi proses abnormal Informasi status (ON/Off, Run/Stop) sangat kritis bagi operator Alarm proses produksi abnormal adalah informasi kunci bagi operator Interaksi operator dan proses sangat ketat: operator harus dapat membuat keputusan dan secara terus menurus berinteraksi dengan proses (terkait dengan target) Trend sinyal analog pada HMI memberikan informasi kritis bagi operator: Apa yang sedang terjadi pada proses? Managemen alarm adalah kunci keamanan operasi proses 31

32 Trend sinyal analog 32

33 Bagaimana performansi yang diharapkan PLC Eksekusi program kontrol relative cepat (10 ms) Sistem redudansi tidak selalu diperlukan Untuk merubah konfigurasi sistem dapat dilakukan secara offline Sistem kontrol Analog: PID sederhana DCS Eksekusi program loop kontrol relative lambat ( ms) Sistem redudansi sangat penting Untuk merubah konfigurasi sistem harus dilakukan secara online Sistem kontrol Analog: sederhana sampai kompleks 33

34 Kontrol analog (regulator) pada PLC Single loop, simple PID: SP - PV e = SP - PV PID CO Proses direct PV Sensor/transmiter (a) SP - e = PV - SP PID CO Proses riverse PV PV (b) Sensor/transmiter PID Tipe A K P SP e K I s - PV K D s CO 34

35 Kontrol analog (regulator) pada DCS Advance PID PID tipe B: PID tipe C: K P SP e K P TI s - - CO SP PV - e K T s i p K p - CO - K T s p d PV K P T D s PV PV K P PV PIDF : PID standar ISA : SP e K P TI s - PV 1 T D s 1 N K P T D s CO SP - PV K T I K P P e( t) dt 1 T D s 1 N TD. K P d dt 35 CO

36 Kontrol analog (regulator) pada DCS Multiloop PID : cascade Steam (uap) MV CO 2 FC Loop sekunder PV 2 FT Flow SP PT CO 1 Loop primer TC PV 1 TT Fluida In Fluida Out - Loop Primer PID 1 Auto Manual CO Cascade (Remote SP) - Loop Sekunder PID 2 Auto Manual CO (Local SP) PV (sekunder) PV (primer) 36

37 Kontrol analog (regulator) pada DCS Multiloop PID : Feedfoward-feedback control, ratio, etc FF Steam (uap) CO Flow SP TC MV PV 1 TT TT d H d (s) Fluida In Fluida Out Hff(s) Fungsi alih gangguan sp e H(s) co H(s) Fungsi alih proses pv 37

38 Perbedaan-perbedaan lainnya: PLC Perancangan sistem kontrol bersifat Bottom Up Program aplikasi: diagram ladder DCS Perancangan sistem kontrol bersifat Top -down Program apliksi: blok fungsional Rutin-rutin customisasi biasanya telah tersedia Training staff operator: less Protokol komunikasi: Open Rutin-rutin umumnya bersifat kompleks Training staff/ operator :more (front up training) Protokol komunikasi: closed (propietary) Pemeliharaan, jika terjadi kerusakan: Operator Pemeliharaan, jika terjadi kerusakan: vendor 38

39 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 39

40 Perbandingan Cost instalasi DCS vs PLC berdasarkan ukuran plant 40

41 Migrasi Produk vendor DCS dan PLC 41

42 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 Area aplikasi: Umumnya ditemukan pada industri-industri farmasi, makanan, chemical, dll 42

43 Sarjono Wahyu Jadmiko, M.Eng. 43