Distributed Control Systems DCS: General Architecture and Local Control Unit (materi II)

1. Distributed Control SystemsDCS: General Architecture and Local Control Unit(materi II) Iwan Setiawan Teknik Elektro Undip

2. Arsitektur umum sistem DCS

3. Diagram Blok Sistem DCS

4. Komponen DCS • Unit kontrol lokal (Local Control Unit, LCU) : Merupakan unit terkecil pada DCS yang mampu melaksanakan kontrol kalang tertutup. Contoh: PLC, mikroprosesor dll. • Antarmuka manusia tingkat rendah (Low-Level Human Interface, LLHI): Peralatan yang digunakan untuk antarmuka antara operator atau orang instrumen dengan LCU secara langsung, misalnya mengubah set-point, mode kontrol, konfigurasi kontrol atau menala parameter kontrol. • Data Input/Output Unit (DI/OU): Digunakan untuk antarmuka dengan proses dengan tujuan mengambil atau mengeluarkan data dan tidak melakukan aksi kontrol.

5. Komponen DCS (cont.) • Antarmuka manusia tingkat tinggi (High-Level Human Interface, HLHI): Seperangkat peralatan yang mempunyai fungsi sama seperti LLHI tetapi dengan kemampuan lebih bagus dan pemakaian lebih nyaman untuk pengguna (user friendliness). • Peralatan pemroses tingkat tinggi (High-Level Computing Device, HLCD): Sekumpulan perangkat berbasis mikroprosesor yang melakukan fungsi pengendalian terhadap plant. • Peralatan antarmuka komputer (Computer Interface Device, CID): Sekumpulan perangkat yang digunakan untuk interaksi antara komputer dengan komponen DCS lain. • Fasilitas komunikasi bersama (Shared Communication Facilities): Digunakan sebagai alat komunikasi data bersama antara peralatan DCS.

6. LOCAL CONTROL UNIT (LCU)

7. Komponen LCU 1. Unit pemroses utama (Central Processing Unit, CPU) Digunakan sebagai unit pemroses utama yang mengolah semua data yang masuk ke LCU. 2.Read Only Memory (ROM) Digunakan untuk menyimpan program secara permanen (Non-volatile Memory) artinya walaupun catu daya tidak ada maka program masih tetap tersimpan dalam ROM dan tidak terhapus/hilang. ROM ini hanya bisa dibaca dan tidak dapat ditulis. 3.Random Access Memory (RAM) Digunakan untuk menyimpan program yang sifatnya sementara (Volatile Memory). RAM bisa ditulis dan dibaca.

8. Komponen LCU (cont.) 4. Digital Input (DI)/Digital Output (DO) Peralatan yang digunakan untuk antarmuka dengan masukan/keluaran digital. Contoh: masukan digital : Limit Switch, Push-button, dll. keluaran digital : Motor, Lampu, dll. 5. Analog Input (AI)/Analog Output (AO) Peralatan yang digunakan untuk antarmuka dengan masukan/keluaran analog. Contoh: masukan analog : sensor suhu, sensor tekanan, dll. keluaran analog : pemanas, control valve continue, dll 6. Internal Bus Peralatan yang digunakan sebagai fasilitas komunikasi bersama antar komponen LCU, misalnya mengontrol aliran data, informasi status, dll.

9. Input/Output tipikal sistem DCS • Analog input: Current: • 0-20 mA • 4-20 mA • 10-50 mA Voltage: • 1-5 V • 0-10 V • (-10)-10 V Input Thermocouple: Tipe K,T,J,R, S dan E

10. Input/Output tipikal sistem DCS (cont.) • Analog Output: Current: • 4-20 mA • 10-50 mA Voltage: • 1-5 V • 0-10 V • Input Digital Voltage • TTL logic 0/5 volt • 24 Volt • 48 volt • Kontaktor internal

11. Input/Output tipikal sistem DCS (cont.) • Output Digital • TTL logic 0/5 volt • Open collector transistor output 0/24, 0/48 • Relay output • I/O lainnya: BCD I/O Pulse count RS 232 port

12. Persyaratan sebuah LCU • Fleksibilitas terhadap perubahan algoritma kontrol Plant yang ada di industri memiliki karakteristik/tingkat kerumitan yang berbeda sehingga dalam penerapan algoritma kontrolnya pun harus berbeda. Sebuah LCU harus fleksibel terhadap perubahan algoritma kontrol tanpa harus mengubah perangkat keras yang sudah ada.

13. Persyaratan sebuah LCU (cont.) • Kemampuan untuk digunakan sebagai pengendali tanpa harus menjadi ahli komputer/programmer. Orang-orang yang bekerja di industri biasanya lebih paham terhadap proses yang akan dikendalikan. Mereka biasanya tidak ahli dalam memprogram komputer. Sebuah LCU harus mampu diprogram dengan sederhana dan mudah dipahami sehingga operator secara mudah dapat memilih dan menerapkan algoritma kontrolnya untuk mengendalikan plant yang biasa mereka hadapi.

14. Persyaratan sebuah LCU (cont.) • Kemampuan untuk mem-bypass kontroller jika terjadi kerusakan, sedemikian sehingga proses masih bisa dikontrol secara manual. Sebuah LCU pasti sewaktu-waktu dapat mengalami kerusakan. Namun ketika LCU rusak kemudian sistem harus dimatikan, maka hal ini pasti akan sangat merugikan. LCU yang bagus harus bisa dikontrol secara manual jika terjadi kerusakan tanpa harus mematikan seluruh sistem.

15. Persyaratan sebuah LCU (cont.) • Kemampuan untuk saling berkomunikasi antar LCU dan dengan komponen lain dalam sistem. Kemampuan berkomunikasi menjadi hal yang tak kalah penting bagi sebuah LCU. Karena kalau LCU tidak mempunyai kemampuan untuk berkomunikasi antar LCU ataupun dengan komponen lain maka dapat dikatakan sistem tidak akan bisa berjalan.

16. Bahasa Pemrograman LCU • Bahasa LCU harus mengakomodasi kemampuan pengguna dengan latar belakang pendidikan yang berbeda untuk menentukan fungsi dan komputasi kontrol yang akan digunakan untuk mengendalikan plant. seorang operator akan lebih suka memilih blok-blok fungsi yang sudah ada seperti blok PID, Fuzzy dll, untuk menerapkan algoritma kontrolnya tanpa harus memprogramnya dengan bahasa tingkat tinggi apalagi tingkat rendah. Sebaliknya seorang insinyur komputer akan lebih suka meprogram LCU dengan bahasa yang dikuasainya untuk menerapkan algoritma kontrol daripada menggunakan blok fungsi, karena mungkin alasan fleksibilitas artinya jika perlu perubahan algoritma kontrol maka tinggal diubah saja program yang telah ditulisnya tanpa harus mengganti-ganti blok-blok fungsi.

17. Bahasa Pemrograman LCU (cont.) • Bahasa LCU harus memperbolehkan pengguna untuk menerapkan paling tidak sekumpulan fungsi kontrol yang telah disediakan sebelumnya oleh sistem analog, sekuensial dan sistem kontrol yang dapat diprogram. • Bahasa LCU harus menyediakan fungsi komunikasi yang digunakan untuk pertukaran informasi dengan elemen lain dalam DCS.

18. Function Blok

19. Function Blok (cont.)

20. Redundancy pada DCS • Networks redundancy • LCU redundancy • Power Supply redundancy • Etc

21. Networks redundancy

22. LCU redundancy

23. Power redundancy

24. Studi kasus DCS Bailey di PLTU Tambak lorok Konfigurasi Sistem Input Output • DCS Bailey INFI 90 bersama dengan sistem kendali lain seperti PLC, Mark V dimanfaatkan sebagai sistem pengendali semua proses produksi pada pengolahan air, turbin gas, HRSG dan turbin uap di PLTGU. • Pengaturan level LP Drum menggunakan program kendali PID digital yang ada di DCS. Program kontroler PID mengirimkan sinyal kontrol ke control valve sesuai dengan kondisi variabel process. • Komunikasi DCS berupa komunikasi menuju slave, operator dan sistem kendali lain. Komunikasi menuju slave berupa set-point atau sinyal kontrol yang dikirimkan dan sinyal umpan balik dari transmitter yang ada di modul slave. Sedangkan komunikasi ke operator berupa gambaran proses operasi, dan konfigurasi perubahan set-point untuk pengendalian secara manual. Sebuah Process Control Unit (PCU) dimanfaatkan sebagai master pengendalian sebuah proses pengaturan level LP Drum dengan memanfaatkan beberapa modul slave. • Modul slave merupakan modul yang berkaitan langsung dengan peralatan kendali dan unit terminasi input output terdiri atas Modul control input/output, Modul analog input output dan Modul digital input output.

26. Studi kasus DCS Bailey di PLTU Tambak lorok (cont.) • Modul Multi Function Processor (MFP) • Modul Multi Function Processor (MFP) merupakan modul utama untuk mengendalikan modul slave input output , sebagai jembatan modul NIS (INFI-NET) dan bertanggung jawab atas intruksi yang diberikan ke slaveinput-output dari INFI-NET. Sistem INFI 90 menggunakan modul I/O analog dan digital untuk berkomunikasi dengan proses kontrol. • Modul ini dijalankan oleh sebuah mikroprosesor 32 bit dengan kecepatan 16 MHZ. Memori yang terpasang pada modul ini adalah ROM 256 Kbyte, RAM 256 Kbyte, RAM degan backup baterai 64 Kbyte. • Modul MultiFunction Processor memiliki beberapa kelebihan antara lain : -Untuk mendiagnosis kendali modul baik pada saat start-up dan operasi-eksekusi. -Untuk memproses loop analog dari inputoutput 4 kali dalam satu detik, sedangkan loop digital 10 kali dalam satu detik. -Sebagai redundant dengan adanya dua MFP, saat MFP primer dalam keadaan operasi dan MFP sekunder selalu berada pada posisi stand-by. -Kemudahan pemrograman dengan menggunakan bahasa pemrograman seperti BASIC, C atau logika Diagram Ladder. -Memiliki dua unit terminal RS 232, sehingga bisa dihubungkan dengan peralatan luar seperti PLC.

27. Studi kasus DCS Bailey di PLTU Tambak lorok (cont.) • Analog Slave Input (ASI) • Analog Slave Input menerima input analog dari beberapa peralatan kendali dan keluarannya berupa arus atau tegangan antara lain : 4-20 mA, 0-5 VDC, 0-10 VDC, 1-5 VDC, atau –10 VDCsampai +10 VDC. ASI berfungasi melakukan konversi dari analog ke digital pada tiap-tiap channel input. Semua memori ASI mengubah angka digital sampai ASI mengirim angka digital ke MFP. Rangkaian input analog terdiri dari filter input dua kutub yang berguna untuk mengurangi sinyal derau. • Kegunaan Modul Analog Slave Input antara lain : Sebagai interface input analog ke Multi-Function Processor (MFP). Sebagai interface komunikasi antara sistem kontrol INFI 90 dan transmitter Bailey Control. Memberikan sebuah interface terminal komunikasi dengan transmitter Bailey Control.

28. Studi kasus DCS Bailey di PLTU Tambak lorok (cont.)

29. Studi kasus DCS Bailey di PLTU Tambak lorok (cont.) • Analog Slave Output (ASO) • Analog Slave Output berfungsi sebuah interface sinyal analog antara Multi-Function Processor (MFP) atau Multi-Function Controller (MFC) dengan peralatan kendali seperti control valve. Sebuah Master Modul berkomunikasi dengan Analog Slave Output dengan 12 line Slave Expander Bus. Tiap-tiap slave pada bus mempunyai alamat yang berbeda dengan alamat dipswitch. • Rangkaian keluaran analog mengubah sinyal digital 10 bit dari MFP menjadi keluaran sinyal analog 1-5 VDC atau 4-20 mA. Analog Slave Output mengontrol 14 modul output analog dan mengirimkan kembali status operasi slave ke MFP untuk mengetahui bahwa sinyal telah terkirim dengan baik.

30. Studi kasus DCS Bailey di PLTU Tambak lorok (cont.)